JP2015207490A - Manufacturing method of fuel cell and manufacturing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の製造方法及び製造装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell manufacturing method and a manufacturing apparatus.
近年、環境負荷の少ない電源として燃料電池が注目されている。燃料電池は、電極反応による生成物が原理的に水であり、地球環境への悪影響がほとんどないクリーンな発電システムである。特に固体高分子型燃料電池(PEFC)は、比較的低温で作動することから、電気自動車用電源として期待されている。 In recent years, fuel cells have attracted attention as a power source with a low environmental load. A fuel cell is a clean power generation system in which the product of an electrode reaction is water in principle and has almost no adverse effect on the global environment. In particular, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is expected as a power source for electric vehicles because it operates at a relatively low temperature.
このような燃料電池の製造方法は、例えば、セパレータをプレス成形する工程、セパレータを溶接(接合)する工程、及びセパレータを表面処理する工程を有する。燃料電池の製造方法はさらに、セパレータ及び膜電極接合体が組み込まれたモジュールを組み立てる工程、モジュールからスタックを組み立てる工程を有する。これに関連して、例えば下記の特許文献1には、セパレータの形成からモジュールの組立までを連続的に実施する燃料電池の製造方法が開示されている。 Such a fuel cell manufacturing method includes, for example, a step of press-molding the separator, a step of welding (joining) the separator, and a step of surface-treating the separator. The fuel cell manufacturing method further includes a step of assembling a module incorporating the separator and the membrane electrode assembly, and a step of assembling a stack from the module. In relation to this, for example, Patent Document 1 below discloses a method of manufacturing a fuel cell in which the process from the formation of the separator to the assembly of the module is continuously performed.
一方、モジュールを組み立てる工程は、膜電極接合体を支持する支持部に、接着剤を用いて、セパレータを接合する工程を有する。一般的に、支持部及び接着剤間の接着性は良好ではない。したがって、支持部及び接着剤間の接着性を向上させるために、例えば、スチレン系のプライマー処理を支持部に施す場合がある。このプライマー処理を施すと、プライマーが塗られた表面と接着剤の密着性が向上することで、支持部及び接着剤間の接着性が向上し、結果的に支持部及びセパレータ間の接着性が向上する。このとき、支持部及び接着剤は、プライマーを介して接合される。接着のメカニズムには、表面形状等に左右される機械的結合、材料の分子同士の結合力による物理的相互作用、化学処理等による化学的相互作用があることが、一般的に知られている。しかしながら、プライマー処理によってどの結合力が向上するか、特定出来ず、プライマーの選定は、経験上から実験的に得られた情報から選定している。 On the other hand, the step of assembling the module includes a step of bonding the separator to the support portion that supports the membrane electrode assembly using an adhesive. In general, the adhesion between the support and the adhesive is not good. Therefore, in order to improve the adhesion between the support part and the adhesive, for example, a styrene primer treatment may be applied to the support part. When this primer treatment is applied, the adhesion between the surface coated with the primer and the adhesive is improved, thereby improving the adhesion between the support part and the adhesive, and as a result, the adhesion between the support part and the separator is improved. improves. At this time, a support part and an adhesive agent are joined via a primer. It is generally known that the adhesion mechanism includes mechanical bonds that depend on the surface shape, etc., physical interactions due to the bonding force between the molecules of the material, and chemical interactions due to chemical treatment, etc. . However, it cannot be specified which binding force is improved by the primer treatment, and the primer is selected from information obtained experimentally from experience.
しかしながら、上述のプライマー処理を支持部に施す際に、プライマーを支持部に塗布する工程、塗布されたプライマーを乾燥する工程が必要となり、結果的にリードタイムが長くなり、生産性を向上させることが困難である。また、プライマーの塗布及び乾燥を行う際に、大量の揮発性有機化合物(VOC)が伴うため、対策として排気設備が必要となり、製造コストが増大するという問題がある。 However, when applying the above-described primer treatment to the support portion, a step of applying the primer to the support portion and a step of drying the applied primer are required, resulting in a long lead time and an improvement in productivity. Is difficult. In addition, since a large amount of volatile organic compound (VOC) is accompanied when applying and drying the primer, there is a problem that an exhaust facility is required as a countermeasure and the manufacturing cost increases.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、クリーンな環境下で、簡便な方法によって、支持部及びセパレータ間の接着性が向上した燃料電池を製造する燃料電池の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and a fuel cell manufacturing method for manufacturing a fuel cell with improved adhesion between a support portion and a separator by a simple method under a clean environment. And it aims at providing a manufacturing apparatus.
上記目的を達成する本発明に係る燃料電池の製造方法は、電解質膜の両面にアノード及びカソードの電極層を備える膜電極接合体と、セパレータと、を有する燃料電池を製造する燃料電池の製造方法である。燃料電池の製造方法は、前記膜電極接合体を支持する支持部の、前記セパレータが積層される側の表面を改質して前記表面自体の性状を変化させる表面改質工程と、前記表面改質工程において改質された前記表面に、接着剤を塗布する塗布工程と、を有する。また、燃料電池の製造方法は、前記塗布工程において塗布された前記接着剤を介して、前記セパレータを前記支持部に接合する接合工程をさらに有する。 A fuel cell manufacturing method according to the present invention that achieves the above object is a fuel cell manufacturing method for manufacturing a fuel cell having a membrane electrode assembly including anode and cathode electrode layers on both surfaces of an electrolyte membrane, and a separator. It is. The method of manufacturing a fuel cell includes a surface reforming step of modifying the surface of the support portion supporting the membrane electrode assembly on the side where the separator is laminated to change the property of the surface itself, and the surface modification. And an application step of applying an adhesive to the surface modified in the quality step. The fuel cell manufacturing method further includes a joining step of joining the separator to the support portion via the adhesive applied in the applying step.
また、上記目的を達成する本発明に係る燃料電池の製造装置は、電解質膜の両面にアノード及びカソードの電極層を備える膜電極接合体と、セパレータと、を有する燃料電池を製造する燃料電池の製造装置である。燃料電池の製造装置は、前記膜電極接合体を支持する支持部の、前記セパレータが積層される側の表面を改質して前記表面自体の性状を変化させる表面改質手段と、前記表面改質手段によって改質された前記表面に、接着剤を塗布する塗布手段と、を有する。また、燃料電池の製造装置は、前記塗布手段によって塗布された前記接着剤を介して、前記セパレータを前記支持部に接合する接合手段をさらに有する。 A fuel cell manufacturing apparatus according to the present invention that achieves the above object is a fuel cell manufacturing device that includes a membrane electrode assembly having anode and cathode electrode layers on both sides of an electrolyte membrane, and a separator. It is a manufacturing device. An apparatus for manufacturing a fuel cell includes a surface modifying means for modifying a surface of the support portion supporting the membrane electrode assembly on the side where the separator is laminated to change the property of the surface itself, and the surface modification. Coating means for applying an adhesive to the surface modified by the quality means. The fuel cell manufacturing apparatus further includes a joining unit that joins the separator to the support portion via the adhesive applied by the applying unit.
上記の燃料電池の製造方法であれば、表面改質工程において改質された支持部の表面に、塗布工程において接着剤が塗布される。このため、プライマー処理を施すことなく、支持部の表面と接着剤間の接着性を向上させることができる。したがって、クリーンな環境下で、簡便な方法によって、支持部及びセパレータ間の接着性が向上した燃料電池を製造する燃料電池の製造方法を提供することができる。 If it is the manufacturing method of said fuel cell, an adhesive agent will be apply | coated to the surface of the support part modified | reformed in the surface modification process in an application | coating process. For this reason, the adhesiveness between the surface of a support part and an adhesive agent can be improved, without performing a primer process. Therefore, it is possible to provide a fuel cell manufacturing method for manufacturing a fuel cell with improved adhesion between the support portion and the separator in a clean environment by a simple method.
また、上記の燃料電池の製造装置であれば、表面改質手段によって改質された支持部の表面に、塗布手段によって接着剤が塗布される。このため、プライマー処理を施すことなく、支持部の表面と接着剤間の接着性を向上させることができる。したがって、クリーンな環境下で、簡便な方法によって、支持部及びセパレータ間の接着性が向上した燃料電池を製造する燃料電池の製造装置を提供することができる。 Further, in the case of the fuel cell manufacturing apparatus described above, an adhesive is applied to the surface of the support portion modified by the surface modifying means by the applying means. For this reason, the adhesiveness between the surface of a support part and an adhesive agent can be improved, without performing a primer process. Therefore, it is possible to provide a fuel cell manufacturing apparatus that manufactures a fuel cell with improved adhesion between the support portion and the separator in a clean environment by a simple method.
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may differ from actual ratios.
図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池1を示す斜視図である。図2は、燃料電池1の積層構造の一部を示す要部拡大断面図である。図3は、支持部50が膜電極接合体20を支持する様子を示す図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a fuel cell 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a part of the laminated structure of the fuel cell 1. FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which the support unit 50 supports the membrane electrode assembly 20.
燃料電池1は、図1に示すように、燃料ガス(水素)と酸化剤ガス(酸素)との反応により起電力を生じる単セル2を所定数だけ積層した積層体3を有している。積層体3の両端のそれぞれに、集電板4、絶縁板5及びエンドプレート6を配置し、これらをタイロッドボルト7により締結することによって、燃料電池1を構成する。燃料電池1内部において燃料ガス、酸化剤ガス、及び冷却水のそれぞれを流通させるために、一方のエンドプレート6に、6つの貫通孔が形成される。6つの貫通孔は、燃料ガス導入口8、燃料ガス排出口9、酸化剤ガス導入口10、酸化剤ガス排出口11、冷却水導入口12、及び冷却水排出口13を構成する。 As shown in FIG. 1, the fuel cell 1 has a laminate 3 in which a predetermined number of single cells 2 that generate an electromotive force by a reaction between a fuel gas (hydrogen) and an oxidant gas (oxygen) are laminated. A current collector plate 4, an insulating plate 5, and an end plate 6 are disposed at both ends of the laminate 3, and these are fastened by tie rod bolts 7 to constitute the fuel cell 1. In order to distribute the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling water inside the fuel cell 1, six through holes are formed in one end plate 6. The six through holes constitute a fuel gas inlet 8, a fuel gas outlet 9, an oxidant gas inlet 10, an oxidant gas outlet 11, a cooling water inlet 12, and a cooling water outlet 13.
単セル2は、図2,3に示すように、電解質膜21の両面にアノード及びカソードの電極層(アノード側電極23、カソード側電極22)を備える膜電極接合体20と、膜電極接合体20を支持する支持部50と、を有する。単セル2は、膜電極接合体20の両面のそれぞれに配置される燃料電池用金属セパレータ30(以下、単にセパレータ30と称する)をさらに有する。 As shown in FIGS. 2 and 3, the unit cell 2 includes a membrane electrode assembly 20 including anode and cathode electrode layers (anode side electrode 23 and cathode side electrode 22) on both surfaces of an electrolyte membrane 21, and a membrane electrode assembly. The support part 50 which supports 20 is provided. The unit cell 2 further includes a fuel cell metal separator 30 (hereinafter simply referred to as a separator 30) disposed on each of both surfaces of the membrane electrode assembly 20.
膜電極接合体20は、図2に示すように、電解質膜21と、カソード側電極22と、アノード側電極23と、を有する。また、膜電極接合体20は、図3に示すように、矩形形状に構成される。 As shown in FIG. 2, the membrane electrode assembly 20 includes an electrolyte membrane 21, a cathode side electrode 22, and an anode side electrode 23. Moreover, the membrane electrode assembly 20 is configured in a rectangular shape as shown in FIG.
カソード側電極22は、カソード側触媒層221及びカソード側ガス拡散層222を有する。 The cathode side electrode 22 includes a cathode side catalyst layer 221 and a cathode side gas diffusion layer 222.
カソード側触媒層221は、触媒成分、触媒成分を担持する導電性の触媒担体及び電解質を含んでおり、酸素の還元反応が進行する触媒層であり、電解質膜21の一方の側に配置される。 The cathode-side catalyst layer 221 includes a catalyst component, a conductive catalyst carrier that supports the catalyst component, and an electrolyte. The cathode-side catalyst layer 221 is a catalyst layer in which an oxygen reduction reaction proceeds, and is disposed on one side of the electrolyte membrane 21. .
カソード側ガス拡散層222は、カソード側触媒層221に酸化剤ガスを供給するため、十分なガス拡散性及び導電性を有する。カソード側ガス拡散層222は、カソード側触媒層221の電解質膜21が配置される面と反対側の面に配置される。 The cathode side gas diffusion layer 222 has sufficient gas diffusibility and conductivity to supply an oxidant gas to the cathode side catalyst layer 221. The cathode side gas diffusion layer 222 is disposed on the surface of the cathode side catalyst layer 221 opposite to the surface on which the electrolyte membrane 21 is disposed.
アノード側電極23は、アノード側触媒層231及びアノード側ガス拡散層232を有する。 The anode side electrode 23 includes an anode side catalyst layer 231 and an anode side gas diffusion layer 232.
アノード側触媒層231は、触媒成分、触媒成分を担持する導電性の触媒担体及び電解質を含んでおり、水素の酸化反応が進行する触媒層であり、電解質膜21の他方の側に配置される。 The anode-side catalyst layer 231 includes a catalyst component, a conductive catalyst carrier that supports the catalyst component, and an electrolyte. The anode-side catalyst layer 231 is a catalyst layer in which an oxidation reaction of hydrogen proceeds, and is disposed on the other side of the electrolyte membrane 21. .
アノード側ガス拡散層232は、アノード側触媒層231に燃料ガスを供給するため、十分なガス拡散性及び導電性を有する。アノード側ガス拡散層232は、アノード側触媒層231の電解質膜21が配置される面と反対側の面に配置される。 The anode side gas diffusion layer 232 has sufficient gas diffusibility and conductivity to supply the fuel gas to the anode side catalyst layer 231. The anode side gas diffusion layer 232 is disposed on the surface of the anode side catalyst layer 231 opposite to the surface on which the electrolyte membrane 21 is disposed.
電解質膜21は、アノード側触媒層231で生成したプロトンをカソード側触媒層221へ選択的に透過させる機能及びアノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとを混合させないための隔壁としての機能を有する。 The electrolyte membrane 21 selectively permeates protons generated in the anode side catalyst layer 231 to the cathode side catalyst layer 221 and does not mix the fuel gas supplied to the anode side and the oxidant gas supplied to the cathode side. Function as a partition wall.
セパレータ30は、単セル2を電気的に直列接続する機能及び燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水を互いに遮断する隔壁としての機能を有する。セパレータ30は、例えば、ステンレス鋼板にプレス加工を施すことで成形され、図2に示すように、流路溝を成形するために凹凸形状を有している。ステンレス鋼板は、複雑な機械加工を施しやすくかつ導電性が良好である点で好ましく、必要に応じて、耐食性のコーティングを施すことも可能である。セパレータ30は、膜電極接合体20の両面のそれぞれに配置されることによって、燃料ガスを流通させるための燃料ガス流路31、酸化剤ガスを流通させるための酸化剤ガス流路32、及び冷却水を流通させるための冷却水流路33を形成している。 The separator 30 has a function of electrically connecting the single cells 2 in series and a function of a partition that blocks fuel gas, oxidant gas, and cooling water from each other. The separator 30 is formed by, for example, pressing a stainless steel plate, and has a concavo-convex shape for forming a flow channel as shown in FIG. The stainless steel plate is preferable in that it can be easily subjected to complicated machining and has good conductivity, and can be coated with a corrosion-resistant coating as necessary. The separator 30 is disposed on each of both surfaces of the membrane electrode assembly 20 so that the fuel gas flow path 31 for flowing the fuel gas, the oxidant gas flow path 32 for flowing the oxidant gas, and the cooling. A cooling water flow path 33 for circulating water is formed.
支持部50は、図2,3に示すように、膜電極接合体20の外周に設けられ膜電極接合体20を支持する。支持部50は、熱可塑性樹脂が射出成形されることによって成形される。支持部50を射出成形によって成形する際、熱可塑性樹脂がガス拡散層222,232の外周部に含浸することによって、支持部50及び膜電極接合体20が一体化して、支持部50が膜電極接合体20を支持する。したがって、膜電極接合体20のハンドリング性が向上する。支持部50は、図3に示すように、エンドプレート6に対応して、燃料ガス導入口51、燃料ガス排出口52、酸化剤ガス導入口53、酸化剤ガス排出口54、冷却水導入口55、及び冷却水排出口56を有する。 As shown in FIGS. 2 and 3, the support unit 50 is provided on the outer periphery of the membrane electrode assembly 20 and supports the membrane electrode assembly 20. The support portion 50 is formed by injection molding of a thermoplastic resin. When the support portion 50 is molded by injection molding, the outer periphery of the gas diffusion layers 222 and 232 is impregnated with the thermoplastic resin, so that the support portion 50 and the membrane electrode assembly 20 are integrated, and the support portion 50 becomes a membrane electrode. The joined body 20 is supported. Therefore, the handleability of the membrane electrode assembly 20 is improved. As shown in FIG. 3, the support unit 50 corresponds to the end plate 6, and includes a fuel gas inlet 51, a fuel gas outlet 52, an oxidant gas inlet 53, an oxidant gas outlet 54, and a cooling water inlet. 55 and a cooling water discharge port 56.
セパレータ30及び支持部50は、図2に示すように、接着剤Sを介して接合される。支持部50の、セパレータ30が積層される側の表面57は、後述するようにプラズマが照射されることによって改質される。このため、支持部50の表面57及び接着剤S間の接着性が向上する。 The separator 30 and the support part 50 are joined via the adhesive S, as shown in FIG. The surface 57 of the support portion 50 on the side where the separator 30 is laminated is modified by being irradiated with plasma as will be described later. For this reason, the adhesiveness between the surface 57 of the support part 50 and the adhesive agent S improves.
燃料ガスは、燃料ガス導入口8から導入され、セパレータ30の燃料ガス流路31を流れ、燃料ガス排出口9から排出される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス導入口10から導入され、セパレータ30の酸化剤ガス流路32を流れ、酸化剤ガス排出口11から排出される。冷却水は、冷却水導入口12から導入され、セパレータ30の冷却水流路33を流れ、冷却水排出口13から排出される。 The fuel gas is introduced from the fuel gas inlet 8, flows through the fuel gas passage 31 of the separator 30, and is discharged from the fuel gas outlet 9. The oxidant gas is introduced from the oxidant gas introduction port 10, flows through the oxidant gas flow path 32 of the separator 30, and is discharged from the oxidant gas discharge port 11. The cooling water is introduced from the cooling water introduction port 12, flows through the cooling water flow path 33 of the separator 30, and is discharged from the cooling water discharge port 13.
次に、各構成部品の材質及びサイズなどについて記述する。 Next, the material and size of each component will be described.
電解質膜21は、パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーから構成されるフッ素系電解質膜、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂膜、リン酸やイオン性液体等の電解質成分を含浸した多孔質状の膜を、適用することが可能である。パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーは、例えば、ナフィオン(登録商標、デュポン株式会社製)、アシプレックス(登録商標、旭化成株式会社製)、フレミオン(登録商標、旭硝子株式会社製)である。多孔質状の膜は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)から成形される。 The electrolyte membrane 21 is a fluorine membrane made of a perfluorocarbon sulfonic acid polymer, a hydrocarbon resin membrane having a sulfonic acid group, or a porous membrane impregnated with an electrolyte component such as phosphoric acid or ionic liquid. It is possible to apply. The perfluorocarbon sulfonic acid polymer is, for example, Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont), Aciplex (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.), and Flemion (registered trademark, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.). The porous film is formed from, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyvinylidene fluoride (PVDF).
電解質膜21は、特に限定されないが、強度、耐久性及び出力特性の観点から5〜30μmが好ましく、より好ましくは10〜200μmである。 Although the electrolyte membrane 21 is not specifically limited, 5-30 micrometers is preferable from a viewpoint of intensity | strength, durability, and an output characteristic, More preferably, it is 10-200 micrometers.
触媒層221,231のうちカソード側触媒層221に用いられる触媒成分は、酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。触媒層221,231のうちアノード側触媒層231に用いられる触媒成分は、水素の酸化反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。 The catalyst component used for the cathode-side catalyst layer 221 in the catalyst layers 221 and 231 is not particularly limited as long as it has a catalytic action for the oxygen reduction reaction. The catalyst component used for the anode side catalyst layer 231 among the catalyst layers 221 and 231 is not particularly limited as long as it has a catalytic action in the oxidation reaction of hydrogen.
触媒成分は、例えば、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属、及びそれらの合金等などから選択される。触媒活性、一酸化炭素等に対する耐被毒性、耐熱性などを向上させるために、少なくとも白金を含むものが好ましい。カソード側触媒層221及びアノード側触媒層231に適用される触媒成分は、同一である必要はなく、適宜変更することが可能である。 The catalyst component is, for example, platinum, ruthenium, iridium, rhodium, palladium, osmium, tungsten, lead, iron, chromium, cobalt, nickel, manganese, vanadium, molybdenum, gallium, aluminum and other alloys, and alloys thereof. Selected. In order to improve catalytic activity, poisoning resistance to carbon monoxide, heat resistance, etc., those containing at least platinum are preferable. The catalyst components applied to the cathode side catalyst layer 221 and the anode side catalyst layer 231 do not have to be the same, and can be changed as appropriate.
触媒層221,231に用いられる触媒の導電性担体は、触媒成分を所望の分散状態で担持するための比表面積、及び集電体として十分な電子導電性を有しておれば、特に限定されないが、主成分がカーボン粒子であることが好ましい。カーボン粒子は、例えば、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛から構成される。 The conductive carrier of the catalyst used for the catalyst layers 221 and 231 is not particularly limited as long as it has a specific surface area for supporting the catalyst component in a desired dispersed state and sufficient electronic conductivity as a current collector. However, the main component is preferably carbon particles. The carbon particles are composed of, for example, carbon black, activated carbon, coke, natural graphite, and artificial graphite.
触媒層221,231に用いられる電解質は、少なくとも高いプロトン伝導性を有する部材であれば、特に限定されない。具体的には例えば、ポリマー骨格の全部又は一部にフッ素原子を含むフッ素系電解質や、ポリマー骨格にフッ素原子を含まない炭化水素系電解質が適用可能である。触媒層221,231に用いられる電解質は、電解質膜21に用いられる電解質と同一であっても異なっていてもよいが、電解質膜21に対する触媒層221,231の密着性を向上させる観点から、同一であることが好ましい。 The electrolyte used for the catalyst layers 221 and 231 is not particularly limited as long as it is a member having at least high proton conductivity. Specifically, for example, a fluorine-based electrolyte containing fluorine atoms in the whole or a part of the polymer skeleton, or a hydrocarbon-based electrolyte not containing fluorine atoms in the polymer skeleton can be applied. The electrolyte used for the catalyst layers 221 and 231 may be the same as or different from the electrolyte used for the electrolyte membrane 21, but from the viewpoint of improving the adhesion of the catalyst layers 221 and 231 to the electrolyte membrane 21. It is preferable that
触媒層221,231の厚みは、水素の酸化反応(アノード側)及び酸素の還元反応(カソード側)の触媒作用が十分発揮できる厚みであれば、特に制限されず、従来と同様の厚みが使用できる。具体的には、各触媒層の厚みは、1〜10μmが好ましい。 The thicknesses of the catalyst layers 221 and 231 are not particularly limited as long as they can sufficiently exhibit the catalytic action of the hydrogen oxidation reaction (anode side) and the oxygen reduction reaction (cathode side). it can. Specifically, the thickness of each catalyst layer is preferably 1 to 10 μm.
ガス拡散層222,232は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパー、またはカーボンフェルトから成形される。ガス拡散層222,232は、撥水剤を含ませることで、撥水性をより高めてフラッディング現象などを防ぐことが好ましい。撥水剤は、特に限定されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)などのフッ素系の高分子材料、ポリプロピレン、ポリエチレンである。 The gas diffusion layers 222 and 232 are formed from, for example, carbon cloth woven with yarns made of carbon fibers, carbon paper, or carbon felt. It is preferable that the gas diffusion layers 222 and 232 contain a water repellent to further improve water repellency and prevent a flooding phenomenon or the like. Although the water repellent is not particularly limited, for example, a fluorine-based polymer such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyhexafluoropropylene, and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP). High polymer materials, polypropylene and polyethylene.
ガス拡散層222,232の厚さは、機械的強度及びガスや水などの透過距離を考慮して、30〜500μm程度が好ましい。なお、撥水性は、独立した層を成形することによって、向上させることも可能である。 The thickness of the gas diffusion layers 222 and 232 is preferably about 30 to 500 μm in consideration of mechanical strength and a permeation distance such as gas or water. The water repellency can be improved by forming an independent layer.
セパレータ30は、上述したようにステンレス鋼板から構成される。しかしながら、ステンレス鋼板に限定されず、その他の金属材料(例えば、アルミニウム板やクラッド材)、緻密カーボングラファイトや炭素板などのカーボンを適用することも可能である。カーボンを適用する場合、燃料ガス流路31及び酸化剤ガス流路32は、切削加工やスクリーン印刷によって成形することが可能である。 The separator 30 is made of a stainless steel plate as described above. However, the present invention is not limited to the stainless steel plate, and other metal materials (for example, an aluminum plate or a clad material), carbon such as dense carbon graphite or a carbon plate can be applied. When carbon is applied, the fuel gas channel 31 and the oxidant gas channel 32 can be formed by cutting or screen printing.
セパレータ30の板厚は、例えば、0.2mm以下である。このようにセパレータ30を薄肉に成形することによって、電気抵抗をできるだけ小さくし、燃料電池の性能評価の1つ指標である出力密度(「起電力/単位容積」と定義される)を高めることができる。 The plate thickness of the separator 30 is, for example, 0.2 mm or less. By forming the separator 30 into a thin wall in this way, the electrical resistance can be made as small as possible, and the output density (defined as “electromotive force / unit volume”), which is one index for evaluating the performance of the fuel cell, can be increased. it can.
支持部50を構成する樹脂は、熱可塑性樹脂である。熱可塑性樹脂としては例えば、塩化ビニル(PVC)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、アクリル(PMMA)、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、ポリブチレンテフタレート(PBT)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリイミド(PI)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、液晶ポリマー(LCP)、ポリオレフィン等のプラスチックまたはエラストマーが用いられる。また、これらの熱可塑性樹脂を2種以上併用(ブレンド)したり、フィラーを適宜混入したりすることも可能である。 The resin constituting the support part 50 is a thermoplastic resin. Examples of the thermoplastic resin include vinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), acrylic (PMMA), polyamide (PA), polyacetal (POM), polycarbonate (PC), and polybutylene. Tephthalate (PBT), polyetheretherketone (PEEK), polyethylene naphthalate (PEN), polysulfone (PSF), polyethersulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS), polyimide (PI), polytetrafluoroethylene (PTFE) ), A liquid crystal polymer (LCP), a plastic such as polyolefin, or an elastomer. Further, two or more of these thermoplastic resins can be used together (blended), or a filler can be mixed appropriately.
接着剤Sは、例えばエポキシ樹脂系の熱硬化型の接着剤であり、加熱することで硬化する。 The adhesive S is, for example, an epoxy resin thermosetting adhesive, and is cured by heating.
次に、本発明の実施形態に係る燃料電池1の製造装置100を説明する。 Next, the manufacturing apparatus 100 of the fuel cell 1 according to the embodiment of the present invention will be described.
本実施形態に係る燃料電池1の製造装置100は、電解質膜21の両面にアノード側電極23及びカソード側電極22を備える膜電極接合体20と、セパレータ30と、を有する燃料電池1を製造する燃料電池1の製造装置100である。燃料電池1の製造装置100は、膜電極接合体20を支持する支持部50の、セパレータ30が積層される側の表面57を改質して表面57自体の性状を変化させる表面改質手段110を有する。燃料電池の製造装置100は、表面改質手段110によって改質された表面57に、接着剤Sを塗布する塗布手段120を有する。燃料電池の製造装置100は、塗布手段120によって塗布された接着剤Sを介して、セパレータ30を支持部50に接合する接合手段130を有する。以下、図4を参照して、表面改質手段110について詳述し、塗布手段120及び接合手段130については、後述する製造方法と併せて説明する。 The fuel cell 1 manufacturing apparatus 100 according to this embodiment manufactures a fuel cell 1 having a separator 30 and a membrane electrode assembly 20 including an anode side electrode 23 and a cathode side electrode 22 on both surfaces of an electrolyte membrane 21. This is a manufacturing apparatus 100 of the fuel cell 1. The manufacturing apparatus 100 of the fuel cell 1 includes a surface reforming unit 110 that modifies the surface 57 of the support unit 50 that supports the membrane electrode assembly 20 on the side where the separator 30 is laminated to change the property of the surface 57 itself. Have The fuel cell manufacturing apparatus 100 includes an application unit 120 that applies the adhesive S to the surface 57 modified by the surface modification unit 110. The fuel cell manufacturing apparatus 100 includes a joining unit 130 that joins the separator 30 to the support 50 via the adhesive S applied by the applying unit 120. Hereinafter, the surface modification unit 110 will be described in detail with reference to FIG. 4, and the coating unit 120 and the bonding unit 130 will be described together with a manufacturing method described later.
本明細書において「表面改質」とは、表面57自体の性状が、化学的、機械的、物理的に変化することを意味し、プライマー処理など他の種類の部材が表面57に形成するものは含まれない。 In this specification, “surface modification” means that the property of the surface 57 itself changes chemically, mechanically, and physically, and other types of members such as primer treatment are formed on the surface 57. Is not included.
表面改質手段110は、支持部50の表面57を改質する。表面改質手段110は、図4に示すように、載置部111と、プラズマ装置112と、X方向移動手段113と、Y方向移動手段114と、を有する。 The surface modifying means 110 modifies the surface 57 of the support part 50. As shown in FIG. 4, the surface modifying unit 110 includes a placement unit 111, a plasma device 112, an X direction moving unit 113, and a Y direction moving unit 114.
載置部111には、膜電極接合体20を支持する支持部50(図3参照)が載置される。また、不図示の固定部によって、支持部50は載置部111に固定される。固定部は、例えば、板ばねであるがこれに限定されない。 On the placement portion 111, a support portion 50 (see FIG. 3) that supports the membrane electrode assembly 20 is placed. Further, the support portion 50 is fixed to the placement portion 111 by a fixing portion (not shown). The fixing portion is, for example, a leaf spring, but is not limited thereto.
プラズマ装置112は、支持部50の表面57にプラズマを照射して(図4矢印P参照)、支持部50の表面57を改質する。プラズマ装置112は、例えば、PS−601SW(ウエッジ株式会社製)であって、プラズマ装置112のプラズマ照射口から、表面までの距離は、例えば10mmである。 The plasma device 112 irradiates the surface 57 of the support portion 50 with plasma (see arrow P in FIG. 4) to modify the surface 57 of the support portion 50. The plasma device 112 is, for example, PS-601SW (manufactured by Wedge Corporation), and the distance from the plasma irradiation port of the plasma device 112 to the surface is, for example, 10 mm.
X方向移動手段113は、プラズマ装置112をX方向に移動させる。X方向移動手段113は、それぞれ図示しないが、載置部111に固定されたX固定部と、X固定部に対してX方向に移動自在なX可動部と、X可動部を駆動させるX駆動部と、を有する。X駆動部を駆動することによって、プラズマ装置112がX方向に移動される。 The X direction moving means 113 moves the plasma device 112 in the X direction. Although not shown in the drawings, the X direction moving means 113 includes an X fixed portion fixed to the mounting portion 111, an X movable portion movable in the X direction with respect to the X fixed portion, and an X drive for driving the X movable portion. Part. By driving the X driving unit, the plasma device 112 is moved in the X direction.
Y方向移動手段114は、プラズマ装置112をY方向に移動させる。Y方向移動手段114は、それぞれ図示しないが、X方向移動手段113に固定されたY固定部と、Y固定部に対してY方向に移動自在なY可動部と、Y可動部を駆動させるY駆動部と、を有する。Y駆動部を駆動することによって、プラズマ装置112がY方向に移動される。 The Y direction moving means 114 moves the plasma device 112 in the Y direction. Although not shown, the Y-direction moving unit 114 is not shown, but a Y-fixed portion fixed to the X-direction moving unit 113, a Y-movable portion that is movable in the Y-direction with respect to the Y-fixed portion, and Y that drives the Y-movable portion And a drive unit. By driving the Y driving unit, the plasma device 112 is moved in the Y direction.
次に、図5〜図11を参照して、本実施形態に係る燃料電池1の製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the fuel cell 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
本実施形態に係る燃料電池1の製造方法は、概説すると、支持部50の表面57を改質して表面57自体の性状を変化させる表面改質工程S041と、表面改質工程S041において改質された表面57に、接着剤Sを塗布する塗布工程S042と、を有する。燃料電池1の製造方法は、塗布工程S042において塗布された接着剤Sを介して、セパレータ30を支持部50に接合する接合工程S043をさらに有する。以下、本実施形態に係る燃料電池1の製造方法を詳述する。 The manufacturing method of the fuel cell 1 according to the present embodiment can be outlined as follows: a surface reforming step S041 for modifying the surface 57 of the support portion 50 to change the properties of the surface 57 itself, and a reforming in the surface reforming step S041. An application step S042 for applying the adhesive S to the surface 57 is provided. The manufacturing method of the fuel cell 1 further includes a joining step S043 for joining the separator 30 to the support portion 50 via the adhesive S applied in the applying step S042. Hereinafter, the manufacturing method of the fuel cell 1 according to the present embodiment will be described in detail.
図5は、本実施形態に係る燃料電池1の製造方法を説明するためのフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the fuel cell 1 according to this embodiment.
本発明の実施形態に係る燃料電池1の製造方法は、図5に示すように、プレス成形工程S01、溶接工程S02、防食処理工程S03、モジュール化工程S04、スタッキング工程S05、組立工程S06、及び性能検査工程S07を有する。 As shown in FIG. 5, the manufacturing method of the fuel cell 1 according to the embodiment of the present invention includes a press molding step S01, a welding step S02, an anticorrosion treatment step S03, a modularization step S04, a stacking step S05, an assembly step S06, and It has a performance inspection step S07.
プレス成形工程S01においては、セパレータ素材が、セパレータ30の外面形状に対応する凹凸部が形成された成形型によって押圧されて、セパレータ30がプレス成形される。 In the press molding step S01, the separator material is pressed by a molding die in which an uneven portion corresponding to the outer shape of the separator 30 is formed, and the separator 30 is press molded.
溶接工程S02においては、隣接する単セル2間において隣接するセパレータ30同士が互いに溶接され、一体化される。 In the welding step S02, adjacent separators 30 between adjacent single cells 2 are welded together and integrated.
防食処理工程S03は、洗浄工程、酸化被膜除去工程、及び硬質炭素被膜形成工程を有する。 The anticorrosion treatment step S03 includes a cleaning step, an oxide film removal step, and a hard carbon film formation step.
洗浄工程においては、セパレータ30の表面にレーザー光線が照射されることによって、セパレータ30が脱脂及び洗浄される。セパレータ30の脱脂及び洗浄は、例えば乾式のレーザー洗浄に限定されず、湿式の洗浄を適用することも可能である。また、例えば、適当な溶媒を用いて、セパレータ30表面を脱脂及び洗浄することも可能である。溶媒は、例えば、エタノール、エーテル、アセトン、イソプロピルアルコール、トリクロロエチレンなどである。 In the cleaning step, the separator 30 is degreased and cleaned by irradiating the surface of the separator 30 with a laser beam. The degreasing and cleaning of the separator 30 is not limited to dry laser cleaning, for example, and wet cleaning can also be applied. Further, for example, the surface of the separator 30 can be degreased and washed using an appropriate solvent. Examples of the solvent include ethanol, ether, acetone, isopropyl alcohol, trichloroethylene, and the like.
酸化被膜除去工程においては、例えば、イオンボンバード処理によって、セパレータ30表面に形成される酸化被膜が除去される。 In the oxide film removal step, for example, the oxide film formed on the surface of the separator 30 is removed by ion bombardment.
硬質炭素被膜形成工程においては、例えば、スパッタリング処理によって、ダイヤモンドライクカーボン(DLC:Diamond Like Carbon)からなる硬質炭素被膜層が形成される。 In the hard carbon film forming step, for example, a hard carbon film layer made of diamond-like carbon (DLC) is formed by sputtering.
モジュール化工程S04においては、セパレータ30は、接着剤Sを利用して、膜電極接合体20と一体化され、その後、接着剤Sを加熱硬化することで、モジュールが形成される。モジュールは、複数の単セル2を有するように適宜構成される。 In the modularization step S04, the separator 30 is integrated with the membrane electrode assembly 20 using the adhesive S, and then the adhesive S is heated and cured to form a module. The module is appropriately configured to have a plurality of single cells 2.
スタッキング工程S05においては、例えば、モジュールを直列に数百枚積層して、積層体3が組立てられる。この際、搭載姿勢における厚みが測定され、荷重調整用のスペーサが選択される。 In the stacking step S05, for example, several hundred modules are stacked in series, and the stacked body 3 is assembled. At this time, the thickness in the mounting posture is measured, and a load adjusting spacer is selected.
組立工程S06においては、積層体3の両端のそれぞれに、集電板4、絶縁板5及びエンドプレート6を配置し、これらをタイロッドボルト7により締結することによって、燃料電池1が組立てられる。 In the assembling step S06, the current collector plate 4, the insulating plate 5 and the end plate 6 are arranged at both ends of the laminate 3, and these are fastened by tie rod bolts 7, whereby the fuel cell 1 is assembled.
性能検査工程S07においては、燃料電池1のエージング運転(慣らし運転)を実施し、電池電圧の飽和値を測定することで、発電性能が検査される。 In the performance inspection step S07, the power generation performance is inspected by performing the aging operation (break-in operation) of the fuel cell 1 and measuring the saturation value of the battery voltage.
次に、モジュール化工程S04を詳述する。 Next, the modularization step S04 will be described in detail.
図6は、モジュール化工程S04を説明するためのフローチャートである。図7は、塗布手段120によって、支持部50の表面57に接着剤Sを塗布する様子を示す図である。図8は、接合手段130によって、セパレータ30を支持部50に接合する様子を示す図である。図9は、プラズマが照射される前の支持部50の表面57における状態を模式的に示す図である。図10は、プラズマが照射された後の支持部50の表面57における状態を模式的に示す図である。図11は、活性化された表面57に対し、接着剤S中の官能基が結合する様子を示す図である。 FIG. 6 is a flowchart for explaining the modularization step S04. FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which the adhesive S is applied to the surface 57 of the support portion 50 by the applying unit 120. FIG. 8 is a view showing a state in which the separator 30 is joined to the support portion 50 by the joining means 130. FIG. 9 is a diagram schematically showing a state on the surface 57 of the support portion 50 before being irradiated with plasma. FIG. 10 is a diagram schematically showing a state on the surface 57 of the support portion 50 after being irradiated with plasma. FIG. 11 is a diagram showing how the functional groups in the adhesive S are bonded to the activated surface 57.
モジュール化工程S04は、図6に示すように、表面改質工程S041、塗布工程S042、及び接合工程S043を有する。 As shown in FIG. 6, the modularization step S04 has a surface modification step S041, a coating step S042, and a joining step S043.
表面改質工程S041においては、支持部50の表面57にプラズマを照射することによって、支持部50の表面57を改質して表面57自体の性状を変化させる。具体的には、図4に示すように、まず膜電極接合体20を支持した支持部50を載置部111に載置する。次に、プラズマ装置112を所定の位置にセットする。次に、プラズマを支持部50の表面57に照射させつつ、X方向移動手段113及びY方向移動手段114によって、プラズマ装置112をXY方向へ移動させ、表面57上の所定の範囲(図3において2点鎖線で示す)にプラズマを照射する。 In the surface modification step S041, the surface 57 of the support unit 50 is modified by changing the properties of the surface 57 itself by irradiating the surface 57 of the support unit 50 with plasma. Specifically, as shown in FIG. 4, first, the support portion 50 that supports the membrane electrode assembly 20 is placed on the placement portion 111. Next, the plasma device 112 is set at a predetermined position. Next, the plasma device 112 is moved in the X and Y directions by the X direction moving means 113 and the Y direction moving means 114 while irradiating the surface 57 of the support portion 50 with plasma, and a predetermined range on the surface 57 (in FIG. 3). Plasma is irradiated on the two-dot chain line.
塗布工程S042においては、表面改質工程S041において改質された支持部50の表面57に接着剤Sを塗布する。具体的には、図7に示すように、塗布手段120によって、プラズマが照射された範囲に接着剤Sを塗布する。塗布手段120は例えばノズルであるが、これに限定されない。また、図示は省略するが、塗布手段120は、プラズマ装置112と同様に、XY方向に移動可能に構成される。 In the application step S042, the adhesive S is applied to the surface 57 of the support portion 50 modified in the surface modification step S041. Specifically, as shown in FIG. 7, the adhesive S is applied to the area irradiated with plasma by the applying means 120. The application unit 120 is, for example, a nozzle, but is not limited thereto. Although not shown, the coating unit 120 is configured to be movable in the XY directions, like the plasma device 112.
接合工程S043においては、支持部50の表面57に塗布された接着剤Sを介して、セパレータ30を支持部50に接合する。具体的には、図8に示すように、接合手段130によって、セパレータ30を支持部50に接合する。図8において、明瞭化のため、接着剤Sは省略し、またセパレータ30は簡略化して示す。接合手段130は、支持部50を載置する台部131と、セパレータ30を支持部50に近接する際にガイドをするガイド手段132と、を有する。以上の工程によって、モジュールが形成される。 In the joining step S043, the separator 30 is joined to the support unit 50 via the adhesive S applied to the surface 57 of the support unit 50. Specifically, as shown in FIG. 8, the separator 30 is joined to the support portion 50 by the joining means 130. In FIG. 8, for the sake of clarity, the adhesive S is omitted, and the separator 30 is shown in a simplified manner. The joining means 130 includes a base part 131 on which the support part 50 is placed, and guide means 132 that guides the separator 30 when approaching the support part 50. A module is formed by the above steps.
以下、図9〜図11を参照して、支持部50の表面57にプラズマを照射することによって、支持部50及びセパレータ30間の接着性が向上するメカニズムについて説明する。 Hereinafter, with reference to FIGS. 9 to 11, a mechanism for improving the adhesion between the support portion 50 and the separator 30 by irradiating the surface 57 of the support portion 50 with plasma will be described.
例えば、C−H結合のような安定状態にある原子間結合(図9参照)にプラズマ(図10矢印P参照)が照射されることによって、原子間結合が切断されてラジカルが生成する(図10参照)。すなわち、支持部50の表面57が活性化される(ラジカル状態)。この活性化された表面57に対して、接着剤Sを塗布することによって、接着剤S中の官能基(例えば、酸素原子を含むもの)が結合しやすくなるため(図11参照)、支持部50の表面57及び接着剤S間の結合が強固になる。したがって、支持部50及びセパレータ30間の接着性が向上する。 For example, when an interatomic bond in a stable state such as a C—H bond (see FIG. 9) is irradiated with plasma (see an arrow P in FIG. 10), the interatomic bond is cut to generate a radical (see FIG. 10). That is, the surface 57 of the support part 50 is activated (radical state). By applying the adhesive S to the activated surface 57, functional groups in the adhesive S (for example, those containing oxygen atoms) can be easily bonded (see FIG. 11). The bond between the surface 57 of the 50 and the adhesive S is strengthened. Therefore, the adhesiveness between the support part 50 and the separator 30 improves.
以上説明したように、本実施形態に係る燃料電池1の製造方法は、電解質膜21の両面にアノード側電極23及びカソード側電極22を備える膜電極接合体20と、セパレータ30と、を有する燃料電池1を製造する燃料電池1の製造方法である。燃料電池1の製造方法は、膜電極接合体20を支持する支持部50の、セパレータ30が積層される側の表面57を改質して表面57自体の性状を変化させる表面改質工程S041を有する。燃料電池1の製造方法は、表面改質工程S041において改質された支持部50の表面57に、接着剤Sを塗布する塗布工程S042を有する。燃料電池1の製造方法は、塗布工程S042において塗布された接着剤Sを介して、セパレータ30を支持部50に接合する接合工程S043を有する。この製造方法によれば、表面改質工程S041において改質された支持部50の表面57に、塗布工程S042において接着剤Sが塗布される。このため、プライマー処理を施すことなく支持部50の表面57と接着剤S間の接着性を向上させることができる。したがって、クリーンな環境下で、簡便な方法によって、支持部50及びセパレータ30間の接着性が向上した燃料電池1を製造する製造方法を提供することができる。 As described above, the method for manufacturing the fuel cell 1 according to this embodiment includes a fuel having the membrane electrode assembly 20 including the anode side electrode 23 and the cathode side electrode 22 on both surfaces of the electrolyte membrane 21 and the separator 30. This is a method for manufacturing the fuel cell 1 for manufacturing the battery 1. The manufacturing method of the fuel cell 1 includes a surface modification step S041 that modifies the surface 57 of the support portion 50 that supports the membrane electrode assembly 20 on the side where the separator 30 is laminated to change the property of the surface 57 itself. Have. The manufacturing method of the fuel cell 1 includes an application step S042 in which the adhesive S is applied to the surface 57 of the support portion 50 that has been modified in the surface modification step S041. The manufacturing method of the fuel cell 1 includes a joining step S043 for joining the separator 30 to the support portion 50 via the adhesive S applied in the applying step S042. According to this manufacturing method, the adhesive S is applied to the surface 57 of the support portion 50 modified in the surface modification step S041 in the coating step S042. For this reason, the adhesiveness between the surface 57 of the support part 50 and the adhesive agent S can be improved without performing primer treatment. Therefore, a manufacturing method for manufacturing the fuel cell 1 with improved adhesion between the support portion 50 and the separator 30 can be provided by a simple method in a clean environment.
また、表面改質工程S041において、支持部50の表面57にプラズマを照射することによって、支持部50の表面57を改質する。このため、塗布及び乾燥する工程を有するプライマー処理と比較して、より短いリードタイムで、支持部50及びセパレータ30間の接着性が向上した燃料電池1を製造することができる。 In the surface modification step S041, the surface 57 of the support unit 50 is modified by irradiating the surface 57 of the support unit 50 with plasma. For this reason, compared with the primer process which has the process of apply | coating and drying, the fuel cell 1 which the adhesiveness between the support part 50 and the separator 30 improved can be manufactured with shorter lead time.
また、支持部50は熱可塑性樹脂によって成形され、熱可塑性樹脂は、塩化ビニル(PVC)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、アクリル(PMMA)、ポリアミド(PA)、ポリカーボネート(PC)、ポリブチレンテフタレート(PBT)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリイミド(PI)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、液晶ポリマー(LCP)、ポリオレフィンのプラスチック及びエラストマーのうち少なくとも1つである。このような熱可塑性樹脂を用いれば、支持部50の表面57にプラズマを照射することによって、安定状態にあった原子間結合が切断されて表面57が活性化する。そして、この活性化した表面に接着剤Sを塗布することによって、支持部50の表面57と接着剤S間の接着性が向上し、結果的に支持部50及びセパレータ30間の接着性が向上した燃料電池1を提供することができる。 Moreover, the support part 50 is shape | molded with a thermoplastic resin, and a thermoplastic resin is a vinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), a polypropylene (PP), a polystyrene (PS), an acryl (PMMA), a polyamide (PA), a polycarbonate. (PC), polybutylene terephthalate (PBT), polyether ether ketone (PEEK), polyethylene naphthalate (PEN), polysulfone (PSF), polyether sulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS), polyimide (PI), At least one of polytetrafluoroethylene (PTFE), liquid crystal polymer (LCP), polyolefin plastic and elastomer. If such a thermoplastic resin is used, by irradiating the surface 57 of the support part 50 with plasma, the interatomic bond in a stable state is cut and the surface 57 is activated. Then, by applying the adhesive S to the activated surface, the adhesion between the surface 57 of the support portion 50 and the adhesive S is improved, and as a result, the adhesion between the support portion 50 and the separator 30 is improved. The fuel cell 1 can be provided.
また、本実施形態に係る燃料電池1の製造装置100は、電解質膜21の両面にアノード側電極23及びカソード側電極22を備える膜電極接合体20と、セパレータ30と、を有する燃料電池1を製造する燃料電池1の製造装置100である。燃料電池1の製造装置100は、膜電極接合体20を支持する支持部50の、セパレータ30が積層される側の表面57を改質して表面57自体の性状を変化させる表面改質手段110を有する。燃料電池1の製造装置100は、表面改質手段110によって改質された支持部50の表面57に、接着剤Sを塗布する塗布手段120を有する。燃料電池1の製造装置100は、塗布手段120によって塗布された接着剤Sを介して、セパレータ30を支持部50に接合する接合手段130を有する。この製造装置によれば、表面改質手段110によって改質された支持部50の表面57に、塗布手段120によって接着剤Sが塗布される。このため、プライマー処理を実施することなく、支持部50の表面57と接着剤S間の接着性を向上させることができる。したがって、クリーンな環境下で、簡便な方法によって、支持部50及びセパレータ30間の接着性が向上した燃料電池1を製造する製造装置100を提供することができる。 In addition, the fuel cell 1 manufacturing apparatus 100 according to the present embodiment includes a fuel cell 1 having a membrane electrode assembly 20 including an anode side electrode 23 and a cathode side electrode 22 on both surfaces of an electrolyte membrane 21 and a separator 30. This is a manufacturing apparatus 100 of the fuel cell 1 to be manufactured. The manufacturing apparatus 100 of the fuel cell 1 includes a surface reforming unit 110 that modifies the surface 57 of the support unit 50 that supports the membrane electrode assembly 20 on the side where the separator 30 is laminated to change the property of the surface 57 itself. Have The manufacturing apparatus 100 of the fuel cell 1 includes an application unit 120 that applies the adhesive S to the surface 57 of the support 50 modified by the surface modification unit 110. The manufacturing apparatus 100 of the fuel cell 1 includes a joining unit 130 that joins the separator 30 to the support 50 via the adhesive S applied by the applying unit 120. According to this manufacturing apparatus, the adhesive S is applied to the surface 57 of the support portion 50 modified by the surface modifying means 110 by the applying means 120. For this reason, the adhesiveness between the surface 57 of the support part 50 and the adhesive S can be improved without performing the primer treatment. Therefore, it is possible to provide the manufacturing apparatus 100 that manufactures the fuel cell 1 with improved adhesion between the support portion 50 and the separator 30 in a clean environment by a simple method.
また、表面改質手段110は、プラズマを発生するプラズマ装置112を有し、プラズマ装置112が支持部50の表面57にプラズマを照射することによって、支持部50の表面57を改質する。このため、塗布及び乾燥する工程を有するプライマー処理と比較して、より短いリードタイムで、支持部50及びセパレータ30間の接着性が向上した燃料電池1を製造することができる。 The surface modifying means 110 includes a plasma device 112 that generates plasma, and the plasma device 112 irradiates the surface 57 of the support unit 50 with plasma, thereby modifying the surface 57 of the support unit 50. For this reason, compared with the primer process which has the process of apply | coating and drying, the fuel cell 1 which the adhesiveness between the support part 50 and the separator 30 improved can be manufactured with shorter lead time.
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々改変することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims.
例えば、上述した実施形態では、プラズマを照射して支持部50の表面57を改質することによって、支持部50の表面57及び接着剤S間の接着性を向上させた。しかしながら、支持部50の表面57及び接着剤S間の接着性の向上させる方法は、これらに限定されず、研磨紙、研磨布、サンドブラスト、ショットピーニング等のような機械的処理を用いて支持部50の表面57を粗面化して改質する方法であってもよい。さらに、紫外線照射処理、コロナ放電処理等のような物理的処理を用いて支持部50の表面57を改質する方法であってもよい。 For example, in the above-described embodiment, the adhesion between the surface 57 of the support part 50 and the adhesive S is improved by modifying the surface 57 of the support part 50 by irradiating plasma. However, the method for improving the adhesion between the surface 57 of the support portion 50 and the adhesive S is not limited to these, and the support portion is used by using a mechanical process such as abrasive paper, polishing cloth, sandblasting, shot peening, or the like. A method of roughening and modifying the surface 57 of 50 may be used. Furthermore, a method of modifying the surface 57 of the support portion 50 using a physical process such as an ultraviolet irradiation process or a corona discharge process may be used.
また、上述した実施形態では、支持部50が膜電極接合体20を支持した状態で、支持部50の表面57の改質を行った。しかしながら、支持部50が膜電極接合体20を支持していない状態で、支持部50の表面57の改質を行った後に、支持部50が膜電極接合体20を支持してもよい。 In the above-described embodiment, the surface 57 of the support portion 50 is modified while the support portion 50 supports the membrane electrode assembly 20. However, the support unit 50 may support the membrane electrode assembly 20 after modifying the surface 57 of the support unit 50 in a state where the support unit 50 does not support the membrane electrode assembly 20.
また、上述した実施形態では、プラズマ装置112をXY方向に走査して、支持部50の表面57の所定の位置にプラズマを照射した。しかしながら、載置部111を走査して、支持部50の表面57の所定の位置にプラズマを照射してもよい。 In the above-described embodiment, the plasma device 112 is scanned in the XY directions, and plasma is irradiated to a predetermined position on the surface 57 of the support portion 50. However, the mounting unit 111 may be scanned to irradiate plasma to a predetermined position on the surface 57 of the support unit 50.
1 燃料電池、
20 膜電極接合体、
21 電解質膜、
22 カソード側電極、
23 アノード側電極、
30 セパレータ、
50 支持部、
57 表面、
100 燃料電池の製造装置、
110 表面改質手段、
112 プラズマ装置、
120 塗布手段、
130 接合手段、
S041 表面改質工程、
S042 塗布工程、
S043 接合工程、
S 接着剤。
1 Fuel cell,
20 Membrane electrode assembly,
21 electrolyte membrane,
22 Cathode side electrode,
23 Anode side electrode,
30 separator,
50 support,
57 surface,
100 Fuel cell manufacturing equipment,
110 Surface modification means,
112 plasma device,
120 application means,
130 joining means,
S041 surface modification step,
S042 coating process,
S043 joining process,
S Adhesive.
Claims (5)
前記膜電極接合体を支持する支持部の、前記セパレータが積層される側の表面を改質して前記表面自体の性状を変化させる表面改質工程と、
前記表面改質工程において改質された前記表面に、接着剤を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程において塗布された前記接着剤を介して、前記セパレータを前記支持部に接合する接合工程と、を有する燃料電池の製造方法。 A fuel cell manufacturing method for manufacturing a fuel cell having a membrane electrode assembly including anode and cathode electrode layers on both surfaces of an electrolyte membrane, and a separator,
A surface modification step of modifying the surface of the support part for supporting the membrane electrode assembly on the side where the separator is laminated to change the property of the surface itself;
An application step of applying an adhesive to the surface modified in the surface modification step;
A joining step of joining the separator to the support portion via the adhesive applied in the applying step.
前記膜電極接合体を支持する支持部の、前記セパレータが積層される側の表面を改質して前記表面自体の性状を変化させる表面改質手段と、
前記表面改質手段によって改質された前記表面に、接着剤を塗布する塗布手段と、
前記塗布手段によって塗布された前記接着剤を介して、前記セパレータを前記支持部に接合する接合手段と、を有する燃料電池の製造装置。 A fuel cell manufacturing apparatus for manufacturing a fuel cell having a membrane electrode assembly including anode and cathode electrode layers on both surfaces of an electrolyte membrane, and a separator,
A surface modifying means for modifying the surface of the support portion supporting the membrane electrode assembly on the side where the separator is laminated to change the properties of the surface itself;
Application means for applying an adhesive to the surface modified by the surface modification means;
A fuel cell manufacturing apparatus comprising: a joining unit that joins the separator to the support portion via the adhesive applied by the applying unit.
前記プラズマ装置が前記表面にプラズマを照射することによって、前記表面を改質する請求項4に記載の燃料電池の製造装置。 The surface modification means has a plasma device for generating plasma,
The fuel cell manufacturing apparatus according to claim 4, wherein the plasma device irradiates the surface with plasma to modify the surface.
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