JP2022066787A - Sub-gasket, fuel cell, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サブガスケット、燃料電池及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a sub-gasket, a fuel cell and a method for manufacturing the same.
燃料電池は、燃料ガスの化学反応によって発電する膜電極接合体が1対のセパレータに挟まれた構造を有する。膜電極接合体には、支持体としてサブガスケットが取り付けられている(例えば、特許文献1参照)。 The fuel cell has a structure in which a membrane electrode assembly that generates electricity by a chemical reaction of fuel gas is sandwiched between a pair of separators. A sub-gasket is attached to the membrane electrode assembly as a support (see, for example, Patent Document 1).
サブガスケットは、一般にフレーム状の樹脂フィルムである。このようなサブガスケットは、熱可塑性樹脂をフィルム成形した後、所定形状にカットすることにより製造される。 The sub-gasket is generally a frame-shaped resin film. Such a sub-gasket is manufactured by forming a film of a thermoplastic resin and then cutting it into a predetermined shape.
サブガスケットは、発電時に高温下に置かれ、水素ガス等の燃料ガスとも接触する。そのため、サブガスケットの樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)又はポリエチレンナフタレート(PEN)のような、強度、耐熱性又は耐薬品性等に優れた高機能な樹脂、いわゆるエンジニアリングプラスチックが用いられる。 The sub-gasket is placed at a high temperature during power generation and comes into contact with a fuel gas such as hydrogen gas. Therefore, as the resin material for the sub-gasket, a highly functional resin having excellent strength, heat resistance, chemical resistance, etc., such as polyethylene terephthalate (PET) or polyethylene naphthalate (PEN), so-called engineering plastic, is used.
一般的に、エンジニアリングプラスチックは、結晶化度が比較的高いが、サブガスケットとして使用される場合はより結晶化度を高めるため、フィルム成形後に延伸される。このようなフィルムは、フィルム同士又はセパレータ等の他の部材との接着性が低く、接着剤がなければ他の部材と接着できないため、燃料電池の組み立て時、フィルム表面に接着剤を塗工するプロセスが必要であった。 Generally, engineering plastics have a relatively high crystallinity, but when used as a sub-gasket, they are stretched after film molding in order to increase the crystallinity. Such a film has low adhesiveness to each other or to other members such as a separator, and cannot be adhered to other members without an adhesive. Therefore, when assembling a fuel cell, an adhesive is applied to the film surface. A process was needed.
本発明は、サブガスケットの接着性を高めることを目的とする。 An object of the present invention is to improve the adhesiveness of a sub-gasket.
本発明に係るガスケットは、非晶性樹脂を含有する樹脂フィルムである構成である。このような構成によれば、サブガスケット(5)の接着性を高めることができる。 The gasket according to the present invention is a resin film containing an amorphous resin. According to such a configuration, the adhesiveness of the sub-gasket (5) can be enhanced.
本発明に係る燃料電池は、電解質膜(1)と、電解質膜(1)に取り付けられるサブガスケット(5)とを備え、サブガスケット(5)は、非晶性樹脂を含有する樹脂フィルムである構成である。このような構成によれば、燃料電池(10)のサブガスケット(5)の隣接部材との接着性を高めることができる。また、燃料電池(10)の製造プロセスを簡略化することができる。 The fuel cell according to the present invention includes an electrolyte membrane (1) and a sub-gasket (5) attached to the electrolyte membrane (1), and the sub-gasket (5) is a resin film containing an amorphous resin. It is a composition. According to such a configuration, the adhesiveness of the fuel cell (10) to the adjacent member of the sub-gasket (5) can be enhanced. In addition, the manufacturing process of the fuel cell (10) can be simplified.
本発明に係る燃料電池の製造方法は、電解質膜(1)と、電解質膜(1)に取り付けられるサブガスケット(5)とを備えた燃料電池(10)の製造方法であり、サブガスケット(5)は、非晶性樹脂を含有する樹脂フィルムであって、非晶性樹脂を含有する樹脂組成物を用いて樹脂フィルムを形成するステップと、樹脂フィルムを電解質膜(1)の一部と重ねて加熱及び加圧することにより、サブガスケット(5)が取り付けられた電解質膜(1)を得るステップと、を含む構成である。このような構成によれば、燃料電池(10)のサブガスケット(5)の隣接部材との接着性を高めることができる。また、燃料電池(10)の製造プロセスを簡略化することができる。 The method for manufacturing a fuel cell according to the present invention is a method for manufacturing a fuel cell (10) including an electrolyte film (1) and a sub-gastaker (5) attached to the electrolyte film (1), and is a method for manufacturing a sub-gastaker (5). ) Is a resin film containing an amorphous resin, wherein the step of forming the resin film using the resin composition containing the amorphous resin and the resin film are overlapped with a part of the electrolyte film (1). It is a configuration including a step of obtaining an electrolyte film (1) to which a sub gasket (5) is attached by heating and pressurizing. According to such a configuration, the adhesiveness of the fuel cell (10) to the adjacent member of the sub-gasket (5) can be enhanced. In addition, the manufacturing process of the fuel cell (10) can be simplified.
なお、本発明は、本発明の請求項に記載された発明特定事項のみを有するものであって良いし、本発明の請求項に記載された発明特定事項とともに該発明特定事項以外の構成を有するものであっても良い。 The present invention may have only the invention-specific matters described in the claims of the present invention, and has a configuration other than the invention-specific matters together with the invention-specific matters described in the claims of the present invention. It may be a thing.
以下、本発明のサブガスケット、燃料電池及びその製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。以下に説明する構成は本発明の一例(代表)であり、本発明はこの構成に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the sub-gasket, the fuel cell, and the method for manufacturing the same of the present invention will be described with reference to the drawings. The configuration described below is an example (representative) of the present invention, and the present invention is not limited to this configuration.
(燃料電池)
図1は、固体高分子型燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)である燃料電池10の構成を示す。
(Fuel cell)
FIG. 1 shows the configuration of a
燃料電池10は、膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)3と、サブガスケット5と、1対のセパレータ4と、を備える。この1対のセパレータ4によりMEA3が挟まれた1つのユニットをセルという。燃料電池10は、複数のセルのスタックであってもよい。MEA3は、電解質膜1と、電解質膜1の両側に1対の電極2と、を備える。
The
電解質膜1は、イオン伝導性の高分子電解質の膜である。電解質膜1に使用できる高分子電解質としては、例えばナフィオン(登録商標)、アクイヴィオン(登録商標)等のパーフルオロスルホン酸ポリマー;スルホン化ポリエーテルエーテルケトン(SPEEK)、スルホン化ポリイミド等の芳香族系ポリマー;ポリビニルスルホン酸、ポリビニルリン酸等の脂肪族系ポリマー等が挙げられる。
The
1対の電極2のうち、一方の電極2はアノードであり、燃料極とも呼ばれる。他方の電極2はカソードであり、空気極とも呼ばれる。燃料ガスとして、アノードには水素ガスが供給され、カソードには酸素ガスを含む空気が供給される。
Of the pair of
アノードでは、水素ガス(H2)から電子(e-)とプロトン(H+)を生成する反応が生じる。電子は、図示しない外部回路を経由してカソードへ移動する。この電子の移動により外部回路では電流が発生する。プロトンは電解質膜1を経由してカソードへ移動する。
At the anode, a reaction occurs that produces electrons (e − ) and protons (H + ) from hydrogen gas (H 2 ). The electrons move to the cathode via an external circuit (not shown). This movement of electrons causes an electric current to be generated in the external circuit. Protons move to the cathode via the
カソードでは、外部回路から移動してきた電子により、酸素ガス(O2)から酸素イオン(O2
-)が生成される。酸素イオンは、電解質膜1から移動してきたプロトン(2H+)と結合して、水(H2O)になる。
At the cathode, oxygen ions (O 2- ) are generated from oxygen gas (O 2 ) by electrons transferred from an external circuit. Oxygen ions combine with protons (2H + ) that have moved from the
電極2は、触媒層21を備える。本実施形態の電極2は、燃料ガスの拡散性向上のため、ガス拡散層22及びマイクロポーラス層23を備える。ガス拡散層22及びマイクロポーラス層23は、この順に触媒層21のセパレータ4側に配置される。
The
触媒層21は、触媒によって水素ガス及び酸素ガスの反応を促進する。触媒層21は、触媒と、触媒を担持する担体及びこれらを被覆するアイオノマーを含む。触媒としては、例えば白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、又はタングステン(W)等の金属、これら金属の混合物、合金等が挙げられる。なかでも、触媒活性、一酸化炭素に対する耐被毒性、又は耐熱性等の観点から、白金、白金を含む混合物、又は合金等が好ましい。
The
担体としてはメソポーラスカーボン、又はPtブラック等の細孔を有する導電性の多孔性金属化合物が挙げられる。分散性が良好で表面積が大きく、触媒の担持量が多い場合でも高温での粒子成長が少ない観点からは、メソポーラスカーボンが好ましい。アイオノマーとしては、電解質膜1と同様のイオン伝導性の高分子電解質を使用することができる。
Examples of the carrier include mesoporous carbon or a conductive porous metal compound having pores such as Pt black. Mesoporous carbon is preferable from the viewpoint of good dispersibility, large surface area, and small particle growth at high temperature even when the amount of catalyst supported is large. As the ionomer, a polymer electrolyte having the same ion conductivity as that of the
ガス拡散層22は、燃料電池10に供給された燃料ガスを触媒層21の全面に均一に拡散させる目的で設けられ得る。ガス拡散層22は、MEA3の最表層としてガス拡散層用シートを配置することで形成できる。ガス拡散層用シートとしては、例えば導電性、ガス透過性及びガス拡散性を有するカーボン繊維等の多孔性繊維シートの他、発泡金属、エキスパンドメタル等の金属製のシート材等が挙げられる。
The
マイクロポーラス層23は、発電時に生成する水の排水性の向上、及びガス拡散層22の電気抵抗の低減を目的として設けられ得る。マイクロポーラス層23は、炭素粒子等の導電性材料を含むインクをガス拡散層22上にコートし、乾燥することにより、形成することができる。インクは、必要に応じて、炭素繊維のような強化材又はバインダーを含んでもよい。
The
セパレータ4はバイポーラプレートとも呼ばれる。セパレータ4は、凹凸構造を有する。この凹凸構造は、チタン、チタン合金、又はステンレス鋼等の金属基板をプレス成形することによって形成され得る。凹凸構造は、カーボンを含む組成物をモールド成形することによっても形成され得る。
The
セパレータ4の凹部4aは、セパレータ4とMEA3との間に流体の流路を形成する。流路は、燃料ガスの供給路であるだけでなく、発電時に化学反応により生成された水の排出路でもある。燃料電池10の冷却に冷却水が使用される場合、流路は冷却水の通路としても使用される。
The
(サブガスケット)
本実施形態のサブガスケット5は、中央に開口を有するフレーム体である。サブガスケット5は、電解質膜1に取り付けられ、支持体として機能する。また、サブガスケット5は、セパレータ4と当接することにより、燃料電池10内部を封止する。
(Sub-gasket)
The
サブガスケット5は、非晶性樹脂を含有する樹脂フィルムである。サブガスケット5は、非晶性樹脂からなる樹脂フィルムであってもよいし、非晶性樹脂に結晶性樹脂を併用した混合樹脂フィルムであってもよい。樹脂フィルムは、必要に応じて添加剤を含有してもよい。
The
本明細書において、非晶性樹脂とは、示差走査熱量測定(DSC:Differential Scanning Calorimeter)において融点(Tm)を有しないが、ガラス転移温度(Tg)を有する熱可塑性樹脂をいう。また、結晶性樹脂とは、DSCにおいて融点を有する熱可塑性樹脂をいう。 As used herein, the amorphous resin refers to a thermoplastic resin having no melting point (Tm) but having a glass transition temperature (Tg) in differential scanning calorimetry (DSC). Further, the crystalline resin refers to a thermoplastic resin having a melting point in DSC.
結晶性樹脂は、加熱によりガラス転移温度(Tg)に到達した後も融点(Tm)を超えるまでは大きく軟化しないが、サブガスケット5が含有する非晶性樹脂は、ガラス転移温度(Tg)に到達すると急激に軟化する。したがって、サブガスケット5を非晶性樹脂のガラス転移温度(Tg)以上に加熱すると、サブガスケット5中の非晶性樹脂の軟化により、粘性が大きくなり、サブガスケット5同士又はサブガスケット5と隣接する電解質膜1、セパレータ4等の部材の表面との接着性を高めることができる。表面の凹凸に軟化した非晶性樹脂成分が入り込み、冷却によって固まるためである。したがって、サブガスケット5の隣接部材との接着性を高めることができ、当該サブガスケット5を加熱することにより、接着剤を使用することなく、サブガスケット5を隣接部材と接着させることができる。
Even after the crystalline resin reaches the glass transition temperature (Tg) by heating, it does not soften significantly until it exceeds the melting point (Tm), but the amorphous resin contained in the
図2は、セパレータ4を配置する前のサブガスケット5の拡大断面図である。サブガスケット5は電解質膜1の周囲に配置され、サブガスケット5の中央の開口の周縁部と電解質膜1の端部とが重ねられる。電解質膜1の面積は、触媒層21が積層されたアクティブエリアよりも広く、電解質膜1はアクティブエリアから突出する。この突出した電解質膜1の端部を挟むように、2つのサブガスケット5が電解質膜1の両側にそれぞれ配置される。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the
サブガスケット5は、セパレータ4から電解質膜1へ向かう方向Y1に加圧されると、電解質膜1と重ならないサブガスケット5の表面5aは方向Y2に移動し、対面するもう1つのサブガスケット5の表面5aと接触する。この状態でサブガスケット5が加熱されると、サブガスケット5中の非晶性樹脂が軟化し、接触したサブガスケット5の表面5a同士が接着する。また、電解質膜1と重なるサブガスケット5の表面5bも、非晶性樹脂の軟化によって電解質膜1と接着する。このように、接着剤なしでも接着するため、接着剤を塗工するプロセスを省略でき、燃料電池10の製造プロセスを簡略化できる。
When the
非晶性樹脂としては、例えばポリカーボネート(PC)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニルエーテル(PPE又はPPO)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリスチレン(PS)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体(ABS)等が挙げられる。非晶性樹脂は、これら単独共重合体に限定されず、各単独重合体のモノマー同士の共重合体も使用できる。また、これらの1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 Examples of the amorphous resin include polycarbonate (PC), polyether sulfone (PES), polyphenyl ether (PPE or PPO), polyamide-imide (PAI), polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), and acrylonitrile. Examples thereof include a butadiene / styrene copolymer (ABS). The amorphous resin is not limited to these homopolymers, and copolymers of monomers of each homopolymer can also be used. In addition, one of these can be used alone or in combination of two or more.
耐熱性の観点からは、非晶性樹脂は、ガラス転移温度(Tg)が100℃以上であるポリカーボネート(Tg:約150℃)、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体(Tg:約110℃)、又はポリメタクリル酸メチル(Tg:約100℃)が好ましく、ガラス転移温度(Tg)が110℃以上であるポリカーボネート又はアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体が好ましい。燃料電池10の稼働時の温度は、通常常温~100℃程度であり、上記のように非晶性樹脂のガラス転移温度(Tg)が100℃以上であれば、サブガスケット5の十分な耐熱性が得られやすい。
From the viewpoint of heat resistance, the amorphous resin is a polycarbonate (Tg: about 150 ° C.) having a glass transition temperature (Tg) of 100 ° C. or higher, an acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (Tg: about 110 ° C.), and the like. Alternatively, polymethyl methacrylate (Tg: about 100 ° C.) is preferable, and polycarbonate or an acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer having a glass transition temperature (Tg) of 110 ° C. or higher is preferable. The operating temperature of the
非晶性樹脂と併用できる結晶性樹脂としては、例えばポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニルスルフィド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)等が挙げられる。これらの1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 Examples of the crystalline resin that can be used in combination with the amorphous resin include polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyetheretherketone (PEEK), and polyphenylsulfide (PPS). ), Liquid crystal polymer (LCP) and the like. One of these can be used alone or in combination of two or more.
樹脂フィルム中の非晶性樹脂の含有量は、少なくとも10質量%以上である。含有量が多いほど、接着性を向上させることができる。したがって、接着性を向上させる観点からは、同含有量は、50質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、80質量%以上がさらに好ましい。 The content of the amorphous resin in the resin film is at least 10% by mass or more. The higher the content, the better the adhesiveness. Therefore, from the viewpoint of improving the adhesiveness, the content is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and further preferably 80% by mass or more.
例示したように、結晶性樹脂にはPEN、PEEK等の高機能なエンジニアリングプラスチックが多い一方、非晶性樹脂は汎用樹脂が多い。接着性だけでなくコスト削減の観点からは、樹脂フィルム中の非晶性樹脂の含有量は100質量%であることが特に好ましい。サブガスケット5の製造時、樹脂フィルムのカットにより排出された不要なフィルムは再利用されることがあるが、100質量%の非晶性樹脂からなる樹脂フィルムは再利用が容易である。
As exemplified, many crystalline resins are high-performance engineering plastics such as PEN and PEEK, while many amorphous resins are general-purpose resins. From the viewpoint of not only adhesiveness but also cost reduction, the content of the amorphous resin in the resin film is particularly preferably 100% by mass. When the
非晶性樹脂の含有割合は、樹脂フィルムの厚み方向において内側より表面側の方が多いことが好ましい。隣接する部材との接着面である樹脂フィルムの表面の非晶性樹脂の割合が多いほど、隣接する部材との接着性が高まる。 The content ratio of the amorphous resin is preferably higher on the surface side than on the inner side in the thickness direction of the resin film. The higher the proportion of the amorphous resin on the surface of the resin film, which is the adhesive surface with the adjacent member, the higher the adhesiveness with the adjacent member.
例えば、非晶性樹脂を含む複数種類の樹脂の混合物である樹脂組成物を溶融押出しして単層構造の樹脂フィルムを形成した後、これを加熱して軟化した非晶性樹脂を表面側に移行させることにより、表面側の非晶性樹脂の含有量を増やすことができる。この移行は、電解質膜1にサブガスケット5を取り付けるときの熱プレスによって実施され得る。熱プレス時の加熱時間は通常数秒~数分だが、移行のために通常より長い時間をかけて加熱してもよい。
For example, a resin composition which is a mixture of a plurality of types of resins including an amorphous resin is melt-extruded to form a resin film having a single-layer structure, which is then heated to soften the amorphous resin on the surface side. By migrating, the content of the amorphous resin on the surface side can be increased. This transition can be performed by hot pressing when attaching the
サブガスケット5としての樹脂フィルムは、多層構造を有してもよい。この場合、フィルムの厚み方向において、内側より表面側の層中の非晶性樹脂の含有割合が多いことが好ましい。このような樹脂フィルムは、例えばフィードブロック法、マルチマニホールド法等の共押出法、又は各層を順番に溶融押出して積層する押出ラミネート法等により形成できる。
The resin film as the
図3は、3層構造を有するサブガスケット5Aの例を示す。サブガスケット5Aにおいて、電解質膜1又はセパレータ4と接する最表層51として非晶性樹脂からなる樹脂フィルムを用い、内側の層52として結晶性樹脂からなる樹脂フィルムを用いることができる。このようなサブガスケット5Aは、加熱及び加圧によって最表層51が軟化し接着性が高まるため、接着剤を使用することなく、電解質膜1、セパレータ4、又は対面するもう1つのサブガスケット5Aと接着することができる。
FIG. 3 shows an example of a sub-gasket 5A having a three-layer structure. In the sub-cascade 5A, a resin film made of an amorphous resin can be used as the
なお、多層構造において最表層51に非晶性樹脂を含有する樹脂フィルムを用いる場合、内側の層52として熱硬化性樹脂からなる樹脂フィルムを用いることができる。熱硬化性樹脂としては、例えばポリイミド(PI)、メラミン樹脂、又はフェノール樹脂等が挙げられる。
When a resin film containing an amorphous resin is used for the
非晶性樹脂のガラス転移温度(Tg)は、燃料電池10の発電時の温度として設定された温度よりも高いことが好ましく、設定された温度より10℃以上高いことがより好ましく、20℃以上高いことがさらに好ましい。このようなガラス転移温度(Tg)を有する非晶性樹脂は、発電時の高温下でも軟化しにくく、軟化によるフィルム変形等を抑えることができる。
The glass transition temperature (Tg) of the amorphous resin is preferably higher than the temperature set as the temperature at the time of power generation of the
例えば、燃料電池10の発電時の温度が90~130℃に設定された場合、ガラス転移温度(Tg)が150℃のポリカーボネートを非晶性樹脂として使用できる。発電時の温度が90~150℃に設定された場合、ガラス転移温度(Tg)が230℃のポリエーテルスルホン(PSU)を非晶性樹脂として使用できる。
For example, when the temperature of the
サブガスケット5が結晶性樹脂も含む場合、非晶性樹脂のガラス転移温度(Tg)は、併用される結晶性樹脂の融点よりも低いことが好ましい。このようなガラス転移温度(Tg)を有する非晶性樹脂は、結晶性樹脂の溶融温度下で軟化しやすく、フィルム成形しやすい。また、サブガスケット5を加熱して隣接する部材と接着させる際に、少ない熱エネルギーによって接着させることができる。接着時に結晶性樹脂を溶融させることもないため、フィルム変形等を抑えることができる。
When the sub-cascade 5 also contains a crystalline resin, the glass transition temperature (Tg) of the amorphous resin is preferably lower than the melting point of the crystalline resin used in combination. The amorphous resin having such a glass transition temperature (Tg) is easy to soften under the melting temperature of the crystalline resin and is easy to form a film. Further, when the
例えば、融点が265℃のポリエチレンナフタレートを結晶性樹脂として使用する場合、ガラス転移温度(Tg)が150℃のポリカーボネートを非晶性樹脂として使用することができる。 For example, when polyethylene naphthalate having a melting point of 265 ° C. is used as the crystalline resin, polycarbonate having a glass transition temperature (Tg) of 150 ° C. can be used as the amorphous resin.
サブガスケット5としての樹脂フィルムの厚みは均一であってもよいが、位置によって異なってもよい。例えば、樹脂フィルムの電解質膜1と重ならない部分の厚みを、重なる部分の厚みより大きくすることもできる。
The thickness of the resin film as the
図4は、厚みが異なるサブガスケット5Bの例を示す。サブガスケット5Bの電解質膜1と重ならない部分の厚みd1は、重なる部分の厚みd2より大きい。厚みd2が大きい領域では対面するサブガスケット5B間の距離が短く、サブガスケット5B同士を隙間なく接着できる。したがって、アノードとカソード間をサブガスケット5Bで絶縁しやすく、短絡を防ぎやすい。
FIG. 4 shows an example of a sub-gasket 5B having a different thickness. The thickness d1 of the portion of the sub-gasket 5B that does not overlap with the
なお、非晶性樹脂を含有する樹脂フィルムは、耐熱性を高める観点から、結晶性樹脂からなる樹脂フィルムに比べて、1.5~3倍程度厚くしてもよい。例えば結晶性樹脂からなる樹脂フィルムの場合、一定のガスバリア性が得られる厚みが25~100μmであった場合、非晶性樹脂を含有する樹脂フィルムの厚みを40~200μmとすることができる。 The resin film containing the amorphous resin may be about 1.5 to 3 times thicker than the resin film made of the crystalline resin from the viewpoint of increasing the heat resistance. For example, in the case of a resin film made of a crystalline resin, when the thickness at which a certain gas barrier property is obtained is 25 to 100 μm, the thickness of the resin film containing the amorphous resin can be 40 to 200 μm.
(燃料電池の製造方法)
燃料電池10は、次のようにして製造することができる。まず、非晶性樹脂を含有する樹脂組成物を用いて樹脂フィルムが形成される。フィルム形成方法は特に限定されず、溶融押出法、キャスト法、共押出法等の公知の方法を用いることができる。樹脂フィルムは、カッターにより所定サイズの矩形状にカットされる。この矩形状の樹脂フィルムの内側がさらにカッターにより矩形状にカットされて、中央が開口するサブガスケット5が製造される。
(Fuel cell manufacturing method)
The
一方、コート装置によって電解質膜1上に触媒層21形成用のインクがコートされ、触媒層21が積層された電解質膜1(CCM:Catalyst Coated Membrane)が形成される。このCCMにおける電解質膜1の端部がサブガスケット5の開口の周縁部に重ねられ、熱プレスされる。熱プレスの条件は特に限定されないが、例えば温度が150~180℃、圧力が0.1~2MPaである。熱プレスにより、サブガスケット5と電解質膜1の重なり部分が接着し、サブガスケット5が電解質膜1に取り付けられる。
On the other hand, the coating device coats the
次いで、ガス拡散層22用の多孔質基材上にマイクロポーラス層23形成用のインクがコートされ、マイクロポーラス層23が積層されたガス拡散層22が形成される。このガス拡散層22は、マイクロポーラス層23がCCMと接するように、CCMの両面に配置される。さらにその両側にセパレータ4が配置され、CCMの両面にガス拡散層22、マイクロポーラス層23、セパレータ4がこの順に積層された燃料電池10が製造される。
Next, the ink for forming the
以上のように、本実施形態によれば、非晶性樹脂を含有する樹脂フィルムをサブガスケット5として用いるため、少ないプロセスでサブガスケット5及び燃料電池10を製造することができる。
As described above, according to the present embodiment, since the resin film containing the amorphous resin is used as the
サブガスケット5が結晶性樹脂からなる樹脂フィルムである場合、フィルムを形成した後、延伸するプロセスが実施されることが一般的である。結晶性樹脂は結晶化度が徐々に上昇しやすく、この結晶化度の上昇によるフィルムサイズの変動やフィルムの不均一性が生じやすい。延伸によりあらかじめ結晶化度を高めることにより、このような変動を減らすことができる。
When the
結晶性が高い樹脂フィルムは隣接する部材との接着性が低いため、接着剤を塗工して接着層を形成するプロセスがさらに実施される。ここで、接着層上に保護シートを設ける場合は、保護シートをラミネートするプロセス、接着する際に保護シートを剥がすプロセスも必要となる。 Since a resin film having high crystallinity has low adhesiveness to an adjacent member, a process of applying an adhesive to form an adhesive layer is further carried out. Here, when the protective sheet is provided on the adhesive layer, a process of laminating the protective sheet and a process of peeling off the protective sheet at the time of adhesion are also required.
したがって、結晶性樹脂からなる樹脂フィルムをサブガスケット5として用いる場合、サブガスケット5を形成して燃料電池10に組み込む際、次のようなプロセスが実施される。
ステップS1 : フィルムの形成
ステップS2 : フィルムの延伸
ステップS3 : 接着剤をコートし、接着層を形成
ステップS4 : 接着層上に保護シートをラミネート
ステップS5 : フィルムから保護シートを剥離
ステップS6 : CCMにフィルムを熱プレス
Therefore, when a resin film made of a crystalline resin is used as the
Step S1: Film formation Step S2: Film stretching Step S3: Adhesive is coated to form an adhesive layer Step S4: Protective sheet is laminated on the adhesive layer Step S5: Protective sheet is peeled off from the film Step S6: CCM Heat press the film
一方、本実施形態のサブガスケット5のように、非晶性樹脂を含有する樹脂フィルムは、結晶性樹脂からなる樹脂フィルムに比べて隣接する部材との接着性が高い。接着剤を使用することなく、加熱及び加圧によってサブガスケット5を隣接する部材と接着させることができるため、接着層の形成、保護シートのラミネート及び剥離の各プロセスを省略することができる。また、非晶性樹脂からなる樹脂フィルムの場合は、経時により結晶化度が上昇することがないため、延伸のプロセスが不要である。
On the other hand, a resin film containing an amorphous resin, such as the
すなわち、下記3ステップで済む。
ステップS1 : フィルムの形成
ステップS2 : フィルムの延伸
ステップS6 : CCMにフィルムを熱プレス
非晶性樹脂の含有割合が100質量%の樹脂フィルムの場合は、ステップS2の延伸プロセスも省略できる。
That is, the following three steps are sufficient.
Step S1: Film formation Step S2: Film stretching Step S6: Heat-pressing the film on the CCM In the case of a resin film having an amorphous resin content of 100% by mass, the stretching process of step S2 can also be omitted.
このように、少ないプロセスによってサブガスケット5を製造し、燃料電池10を組み立てることができることから、燃料電池10の製造プロセスを簡略化することができる。また、接着剤のコストも減らすことができる。
As described above, since the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されない。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.
10・・・燃料電池、3・・・MEA、1・・・電解質膜、2・・・電極、4・・・セパレータ、5・・・サブガスケット 10 ... Fuel cell, 3 ... MEA, 1 ... Electrolyte membrane, 2 ... Electrode, 4 ... Separator, 5 ... Sub-gasket
Claims (8)
非晶性樹脂を含有する樹脂フィルムである、
サブガスケット(5)。 It is a sub-gasket (5) of the fuel cell (10) and
A resin film containing an amorphous resin,
Sub-gasket (5).
請求項1に記載のサブガスケット(5)。 The sub-gasket (5) according to claim 1, wherein the content ratio of the amorphous resin on the surface side of the resin film is higher than that on the inside.
表面側の層中の前記非晶性樹脂の含有割合が内側の層よりも多い
請求項2に記載のサブガスケット(5)。 The resin film has a multilayer structure and has a multilayer structure.
The sub-gasket (5) according to claim 2, wherein the content ratio of the amorphous resin in the surface side layer is higher than that in the inner layer.
請求項1~3のいずれか一項に記載のサブガスケット(5)。 The sub-gasket (5) according to any one of claims 1 to 3, wherein the glass transition temperature of the amorphous resin is higher than the temperature set as the temperature at the time of power generation of the fuel cell (10).
前記非晶性樹脂のガラス転移温度は、前記結晶性樹脂の融点よりも低い
請求項1~4のいずれか一項に記載のサブガスケット(5)。 The resin film further contains a crystalline resin and
The subgasket (5) according to any one of claims 1 to 4, wherein the glass transition temperature of the amorphous resin is lower than the melting point of the crystalline resin.
前記樹脂フィルムの端部は、前記電解質膜(1)の端部に重ねて配置され、
前記樹脂フィルムの前記電解質膜(1)と重ならない部分の厚みは、重なる部分の厚みより大きい
請求項1~5のいずれか一項に記載のサブガスケット(5)。 The fuel cell (10) includes an electrolyte membrane (1).
The end portion of the resin film is arranged so as to be overlapped with the end portion of the electrolyte membrane (1).
The sub-gasket (5) according to any one of claims 1 to 5, wherein the thickness of the portion of the resin film that does not overlap with the electrolyte membrane (1) is larger than the thickness of the overlapping portion.
前記サブガスケット(5)が、非晶性樹脂を含有する樹脂フィルムである
燃料電池(10)。 A fuel cell (10) provided with an electrolyte membrane (1) and a sub-gasket (5) attached to the electrolyte membrane (1).
The fuel cell (10) in which the sub-gasket (5) is a resin film containing an amorphous resin.
前記サブガスケット(5)は、非晶性樹脂を含有する樹脂フィルムであり、
前記非晶性樹脂を含有する樹脂組成物を用いて前記樹脂フィルムを形成するステップと、
前記樹脂フィルムを前記電解質膜(1)の一部と重ねて加熱及び加圧することにより、前記サブガスケット(5)が取り付けられた前記電解質膜(1)を得るステップと、
を含む燃料電池(10)の製造方法。
A method for manufacturing a fuel cell (10) including an electrolyte membrane (1) and a sub-gasket (5) attached to the electrolyte membrane (1).
The sub-gasket (5) is a resin film containing an amorphous resin.
The step of forming the resin film using the resin composition containing the amorphous resin, and
A step of obtaining the electrolyte membrane (1) to which the sub-gasket (5) is attached by superimposing the resin film on a part of the electrolyte membrane (1) and heating and pressurizing the resin film.
A method for manufacturing a fuel cell (10) including.
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