JP2021068622A - Method for manufacturing gas diffusion layer integrated gasket - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス拡散層一体ガスケット(GDL一体ガスケット)の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a gas diffusion layer integrated gasket (GDL integrated gasket).
燃料電池では、セル内部の燃料ガスが外部へ漏洩しないよう、またセル外部の異物が内部へ侵入しないようにガスケットが装着される。 In the fuel cell, a gasket is attached so that the fuel gas inside the cell does not leak to the outside and foreign matter outside the cell does not enter the inside.
図5(A)はその一例を示すもので、一対のセパレータ111A,111Bの間に内部積層体121が挟み込まれ、そのセル外側(図では左方)に位置してガスケット131が同じく一対のセパレータ111A,111Bの間に挟み込まれる。
FIG. 5A shows an example thereof, in which the
内部積層体121は、電解質膜123および一対の電極124A,124Bよりなる膜電極複合体(MEA)122を一対のガス拡散層(GDL)125A,125Bによって挟み込んだ構造とされ、これらの構成要素のうちで電解質膜123だけがその平面積を大きく形成されてガスケット131のほうへ突出している。
The
ガスケット131は、ゴム状弾性体よりなるガスケット本体132を有し、これ単独では取り扱い性に難点があることから、ガスケット本体132をシート状のガスケット取付部材133によって保持する構造とされている。ガスケット本体132は、ガスケット取付部材133に接着固定されるガスケット基部132aと、断面三角形状のシールリップ132bとを一体に備えている。
The
内部積層体121とガスケット131は、燃料電池のスタッキング時に電解質膜123とガスケット取付部材133とを接着剤141によって接着することにより一体化される。
The
しかしながら上記構造によるとスタッキング時、同一平面上に配置される一方のガス拡散層125Aとガスケット取付部材133との間に所定の幅w0を備える隙間cが形成されるため、図5(B)に示すように接着剤硬化時の熱によって線膨張する電解質膜123がこの隙間cに入り込んで破損することが懸念される。
However, since the time of stacking according to the above structure, a gap c with a predetermined width w 0 between one
本発明は、ガス拡散層とガスケット取付部材との間に隙間が残らず、よって電解質膜が隙間に入り込んで破損するのを防止することができるガス拡散層一体ガスケットの製造方法を提供することを課題とする。 The present invention provides a method for manufacturing a gas diffusion layer integrated gasket in which no gap remains between the gas diffusion layer and the gasket mounting member, and thus the electrolyte membrane can be prevented from entering the gap and being damaged. Make it an issue.
本発明のガス拡散層一体ガスケットの製造方法は、燃料電池セルにおけるシート状のガスケット取付部材とガス拡散層とを前記両者の間に隙間を設定した状態で同一平面上に並べる工程と、前記ガスケット取付部材の平面上にガスケット本体を形成する印刷部ならびに前記隙間を埋め前記ガスケット取付部材および前記ガス拡散層を一体化する隙間埋め部材を形成する印刷部を備えるスクリーン印刷用のスクリーンを前記ガスケット取付部材および前記ガス拡散層に被せる工程と、前記スクリーンを被せた前記ガスケット取付部材に対し前記ガスケット本体を形成する成形材料を塗布する工程と、前記スクリーンを被せた前記隙間に対し前記隙間埋め部材を形成する成形材料を充填する工程と、前記塗布または充填した成形材料を固化させる工程と、を備える。 The method for manufacturing a gasket integrated gasket with a gas diffusion layer of the present invention includes a step of arranging a sheet-shaped gasket mounting member and a gas diffusion layer in a fuel cell on the same plane with a gap set between them, and the gasket. The gasket mounts a screen for screen printing including a printing portion that forms a gasket body on a flat surface of the mounting member and a printing portion that fills the gap and forms a gap filling member that integrates the gasket mounting member and the gas diffusion layer. A step of covering the member and the gas diffusion layer, a step of applying a molding material for forming the gasket body to the gasket mounting member covered with the screen, and a step of applying the gap filling member to the gap covered with the screen. It includes a step of filling the molding material to be formed and a step of solidifying the coated or filled molding material.
本発明によれば、ガス拡散層とシート状ガスケット取付部材との間に隙間が残らず、よって電解質膜が隙間に入り込んで破損するのを防止することができる。 According to the present invention, no gap remains between the gas diffusion layer and the sheet-shaped gasket mounting member, and thus it is possible to prevent the electrolyte membrane from entering the gap and being damaged.
図1および図2は、実施の形態の製造方法によって製造するガス拡散層一体ガスケット31を単体で示し、図3はこのガス拡散層一体ガスケット31を燃料電池セルに組み込んだ状態を示している。
1 and 2 show a single gas diffusion layer integrated
図1および図2に示すように、ガス拡散層一体ガスケット31は、一対のガス拡散層41A,41B(図3)のうちの一方のガス拡散層41Aと、このガス拡散層41Aと同一平面上に配置され、ガス拡散層41Aの周囲を囲むよう枠状に形成され、ガス拡散層41Aとの間に所定の幅w1の隙間cを形成するシート状のガスケット取付部材51と、ガスケット取付部材51の平面上に接着固定され、ガス拡散層41Aの周囲を囲むよう枠状に形成されたガスケット本体61と、前記隙間cを埋めるようガスケット取付部材51およびガス拡散層41A間に配置され、両者51,41Aに接着固定され両者51,41Aを一体化した隙間埋め部材71とを一体的に備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the gas diffusion layer integrated
ガス拡散層41Aは、所定の厚みを備える平板状に形成され、図1に示すように平面長方形状に形成されている。ガス拡散層41Aは、カーボンペーパー等によって形成されている。
The
ガスケット取付部材51は、これも所定の厚みを備える平板状に形成され、上記したようにガス拡散層41Aの周囲を囲むように枠状に形成されている。また、その四隅それぞれに、スタック組立て時にマニホールド穴とされる厚み方向に貫通する透孔52が設けられている。ガスケット取付部材51は、PP、PEN、PI、PPS、PSPまたはPEN等よりなるフィルム材によって形成されている。ガスケット取付部材51はガスケット本体61を保持しその取り扱い性を向上させることからフィルム状ガスケット保持部材とも称され、或いはガスケット基材または単に基材とも称される。
The
ガスケット本体61は、これも所定の厚みを備える平板状に形成され、上記したようにガス拡散層41Aの周囲を囲むように枠状に形成されている。また、前記各透孔52の周囲を囲むようにしてマニホールド用シール部62が一体に設けられている。ガスケット本体61は上記図5(A)(B)に示したガスケット本体132と異なり断面三角形状のシールリップ132bを備えておらず、その代わりとして平面状のシール面63を備えている。ガスケット本体61は、VMQ、EPDMまたはFKM等よりなるゴム状弾性材によって形成されている。
The
隙間埋め部材71は、前記隙間cを埋め、かつガスケット取付部材51およびガス拡散層41Aに対しそれぞれ接着固定されてガス拡散層41Aとガスケット取付部材51とをこの隙間埋め部材71を介して一体化するために設けられており、隙間cがガス拡散層41Aの周囲の全周に亙って設けられているので、この隙間埋め部材71もガス拡散層41Aの周囲の全周に亙って設けられている。
The
また、隙間埋め部材71は図2に示すように、隙間c内に充填される隙間充填部72と、この隙間充填部72の厚み方向一方(図では上方)に重ねられ、隙間充填部72の幅w1(隙間cの幅w1と同じ)よりも大きな幅w2を備え、幅方向一方の端部73aをシート状ガスケット取付部材51の平面上に重ねられ、他方の端部73bをガス拡散層41Aの平面上に重ねられた隙間被覆部73とを一体に備える形状とされ、これによりガスケット取付部材51およびガス拡散層41Aに対する接着面積が拡大されている。ガス拡散層41Aの厚みとガスケット取付部材51の厚みが同じまたは略同じである場合、隙間被覆部73の厚みt1はガスケット本体61の厚みt2と同じまたは略同じに形成されても良い。隙間埋め部材71全体としての厚みt3はガスケット取付部材51の厚みおよびガスケット本体61の厚みの和t4と同じまたは略同じに形成されても良い。隙間埋め部材71は、VMQ、EPDMまたはFKM等よりなるゴム状弾性材によって形成されている。隙間埋め部材71はガスケット本体61と同一種類の成形材料によって形成されているが、ガスケット本体61と異なる種類の成形材料によって形成されても良い。
Further, as shown in FIG. 2, the
上記構成のガス拡散層一体ガスケット31は図3に示すように、電解質膜22および一対の電極23A,23Bよりなる膜電極複合体21や他方のガス拡散層41Bとともに一対のセパレータ11A,11Bの間に挟み込まれる。一対のセパレータ11A,11Bのうち一方のセパレータ11Aはガス拡散層一体ガスケット31と全面的に接触し、これを保持する。他方のセパレータ11Bには、この他方のセパレータ11Bに対しガスケット本体61を接触させるため、ガスケット本体61のほうへ向けて屈曲した屈曲部12が設けられている。セパレータ11Bが金属セパレータである場合、屈曲部12はプレス加工によって容易に形成される。
As shown in FIG. 3, the gas diffusion layer integrated
つぎに、上記ガス拡散層一体ガスケット31の製造方法を説明する。製造に際してはスクリーン印刷法を実施し、スクリーン印刷機を使用し、すなわちガスケット取付部材51およびガス拡散層41Aをスクリーン印刷機にセットし、隙間埋め部材71を形成するゴム材料にて両者51,41Aを接合する。工程としては、以下のようになる。
Next, a method of manufacturing the gas diffusion layer integrated
すなわち先ず、図4(A)に示すように、あらかじめ製品形状に形成したシート状のガスケット取付部材51およびガス拡散層41Aを両者51,41Aの間に隙間cを設定した状態で同一平面上(作業台81上)に並べて配置する。これにより枠状を呈するガスケット取付部材51の内側(内周側)に隙間cを介してガス拡散層41Aが配置され、ガス拡散層41Aの外側(外周側)に隙間cを介してガスケット取付部材51が配置されることになる。
That is, first, as shown in FIG. 4A, the sheet-shaped
次いで、図4(B)に示すように、ガスケット取付部材51およびガス拡散層41Aにスクリーン印刷用のスクリーン(マスク)82を被せる。スクリーン82にはあらかじめ、ガスケット本体61を形成すべく成形材料を透過させる印刷部(ガスケット取付部材51の平面上にガスケット本体61を形成する印刷部)82aと、隙間埋め部材71を形成すべく成形材料を透過させる印刷部(隙間cを埋めガスケット取付部材51およびガス拡散層41Aを一体化する隙間埋め部材71を形成する印刷部)82bが設けられている。
Next, as shown in FIG. 4B, the
次いで、図4(C)に示すように、スクリーン82を被せたガスケット取付部材51およびガス拡散層41Aに対しスクレーパ83等を作動させてペースト状の成形材料Gを塗布し、固化させる。尚、ここでは、ガスケット本体61と隙間埋め部材71とを同一種類の成形材料によって形成することを前提としているため、スクリーン82を被せたガスケット取付部材51に対しガスケット本体61を形成する成形材料Gを塗布する工程とスクリーン82を被せた隙間cに対し隙間埋め部材71を形成する成形材料Gを充填する工程とを一度の塗布作業で行っている。これに対しガスケット本体61と隙間埋め部材71とを異なる種類の成形材料によって形成する場合には、スクリーン82を被せたガスケット取付部材51に対しガスケット本体61を形成する成形材料Gを塗布する工程とスクリーン82を被せた隙間cに対し隙間埋め部材71を形成する成形材料Gを充填する工程とを個別に行うことも考えられる。
Next, as shown in FIG. 4C, a
次いで、スクリーン81を取り外すと図4(C)に示すように、ガスケット取付部材51の平面上にガスケット本体61が形成され、ガスケット取付部材51とガス拡散層41Aとの間に隙間埋め部材71が形成される。接着剤は事前に塗布され、よってガスケット取付部材51の平面上にガスケット本体61が接着固定されるとともに、ガスケット取付部材51とガス拡散層41Aの双方に対し隙間埋め部材71が接着固定され、両者51,41Aが一体化される。
Next, when the
上記構成のガス拡散層一体ガスケット31およびその製造方法によれば、ガスケット取付部材51およびガス拡散層41A間に形成される隙間cが隙間埋め部材71によって埋められ、結果、隙間cが消失して隙間cが残されないことになる。したがって電解質膜22が隙間cに入り込んで破損したり変形したりするのを未然に防止することが可能とされる。
According to the gas diffusion layer integrated
また、上記製造方法によれば、ガスケット本体61および隙間埋め部材71を同時に成形することが可能とされる。ガスケット本体61および隙間埋め部材71はこれらを一体に形成することにしても良い。
Further, according to the above manufacturing method, the gasket
11A,11B セパレータ
12 屈曲部
21 膜電極複合体
22 電解質膜
23A,23B 電極
31 ガス拡散層一体ガスケット
41A,41B ガス拡散層
51 ガスケット取付部材
52 透孔
61 ガスケット本体
62 マニホールド用シール部
63 シール面
71 隙間埋め部材
72 隙間充填部
73 隙間被覆部
73a,73b 端部
81 作業台
82 スクリーン
82a,82b 印刷部
83 スクレーパ
c 隙間
G 成形材料
11A,
Claims (4)
前記ガスケット取付部材の平面上にガスケット本体を形成する印刷部ならびに前記隙間を埋め前記ガスケット取付部材および前記ガス拡散層を一体化する隙間埋め部材を形成する印刷部を備えるスクリーン印刷用のスクリーンを前記ガスケット取付部材および前記ガス拡散層に被せる工程と、
前記スクリーンを被せた前記ガスケット取付部材に対し前記ガスケット本体を形成する成形材料を塗布する工程と、
前記スクリーンを被せた前記隙間に対し前記隙間埋め部材を形成する成形材料を充填する工程と、
前記塗布または充填した成形材料を固化させる工程と、
を備えることを特徴とするガス拡散層一体ガスケットの製造方法。 A step of arranging a sheet-shaped gasket mounting member and a gas diffusion layer in a fuel cell on the same plane with a gap set between them.
A screen for screen printing comprising a printing portion for forming a gasket body on a flat surface of the gasket mounting member and a printing portion for filling the gap and forming a gap filling member for integrating the gasket mounting member and the gas diffusion layer. The process of covering the gasket mounting member and the gas diffusion layer,
A step of applying a molding material for forming the gasket body to the gasket mounting member covered with the screen, and
A step of filling the gap covered with the screen with a molding material for forming the gap filling member, and
The step of solidifying the coated or filled molding material and
A method for manufacturing a gas diffusion layer integrated gasket.
前記ガスケット本体と前記隙間埋め部材とを同一種類の成形材料によって形成することを特徴とするガス拡散層一体ガスケットの製造方法。 In the manufacturing method according to claim 1,
A method for manufacturing a gas diffusion layer integrated gasket, wherein the gasket body and the gap filling member are formed of the same type of molding material.
前記スクリーンを被せた前記ガスケット取付部材に対し前記ガスケット本体を形成する成形材料を塗布する工程と前記スクリーンを被せた前記隙間に対し前記隙間埋め部材を形成する成形材料を充填する工程とを一度の塗布作業で行うことを特徴とするガス拡散層一体ガスケットの製造方法。 In the manufacturing method according to claim 1,
The step of applying the molding material forming the gasket body to the gasket mounting member covered with the screen and the step of filling the gap covered with the screen with the molding material forming the gap filling member are performed once. A method for manufacturing a gas diffusion layer integrated gasket, which is characterized by performing a coating operation.
前記隙間埋め部材は、前記隙間内に充填される隙間充填部と、前記隙間充填部の厚み方向一方に重ねられ、前記隙間充填部よりも大きな幅を備え、幅方向一方の端部を前記シート状ガスケット取付部材に重ね、他方の端部を前記ガス拡散層に重ねる隙間被覆部とを一体に備えることを特徴とするガス拡散層一体ガスケットの製造方法。
In the manufacturing method according to claim 1, 2 or 3,
The gap filling member is overlapped with a gap filling portion filled in the gap and one end in the thickness direction of the gap filling portion, has a width larger than that of the gap filling portion, and has one end in the width direction as the sheet. A method for manufacturing a gas diffusion layer integrated gasket, which is integrally provided with a gap covering portion which is overlapped with a shaped gasket mounting member and whose other end is overlapped with the gas diffusion layer.
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