JP2023070703A - 燃料電池用ガスケットと、これを用いた燃料電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、長期にわたる燃料電池の使用において触媒被毒を抑制できる燃料電池用ガスケットとこれを用いた燃料電池とその製造方法を提供する。【解決手段】本開示に記載の燃料電池の製造方法は、金型で成型処理することにより、前記一対の燃料電池用ガスケットの表面で勘合するように、一方の前記燃料電池用ガスケットの表面に凸部を、他方の前記燃料電池用ガスケットの表面に凹部を、形成する勘合部形成工程と、燃料電池用ガスケットの電解質膜と当接する側の面または電解質膜の燃料電池用ガスケットと接する側の面の少なくともどちらか一方への溶剤の塗布と組み立てを行う塗布・組立工程と、電解質膜－電極接合体の電解質膜を燃料電池用ガスケットで挟持し、更にセパレータで電解質膜－電極接合体と燃料電池用ガスケットを挟持した状態で締結する締結工程と、を備える。【選択図】図３Ｃ

Description

本開示は、燃料電池用ガスケットとこれを用いた燃料電池及びその製造方法に関する。

特許文献１は、接着部材から不純物を除去するための除去部を備えた燃料電池スタックの組立装置および燃料電池スタックの乾燥方法を開示する。この方法は、所定位置に収納した一方のセパレータと膜－電極接合体または他方のセパレータと、を一方のセパレータに塗布した接着部材によって仮止めしてから硬化させて一方のセパレータにシールラインを形成する工程と、接着部材から不純物を水蒸気によって除去する工程と、を備える。

特開２０１７－１７４６８７号公報

本開示は、長期にわたる燃料電池の使用において触媒被毒を抑制できる燃料電池用ガスケットと、これを用いた燃料電池及びその製造方法とを提供する。

本開示に記載の燃料電池の製造方法は、電解質膜と、電解質膜の周縁部を残し、電解質膜の中央部の一方の面に配置されるアノード触媒層と、中央部の他方の面に配置されるカソード触媒層と、を有する電解質膜－電極接合体と、電解質膜－電極接合体の積層方向の両外側に配置される一対のセパレータと、一対のセパレータの間を接着する一対の燃料電池用ガスケットと、を備える燃料電池の製造方法であって、勘合部形成工程と、塗布・組立工程と、締結工程と、を備える。

勘合部形成工程は、金型で成型処理することにより、一対の燃料電池用ガスケットのうち一方の燃料電池用ガスケットの表面に凹部を形成し、このとき凹部の前記電解質膜側の壁面の、凹部が設けられている面と反対側の面である底面からの高さが、凹部の電解質膜側と反対側の壁面の、底面からの高さより高くなるように形成し、他方の燃料電池用ガスケットの表面に一方の燃料電池用ガスケットの凹部と勘合するように凸部を形成する工程である。

塗布・組立工程は、燃料電池用ガスケットの電解質膜と接する側の面または電解質膜の燃料電池用ガスケットと接する側の面の少なくともどちらか一方への溶剤の塗布と、電解質膜－電極接合体の電解質膜を燃料電池用ガスケットで挟持するように組み立てを行う工程である。

締結工程は、セパレータで電解質膜－電極接合体と燃料電池用ガスケットを挟持した状態で締結する工程である。

また、本開示に記載の燃料電池用ガスケットは、一対のガスケットで構成され、一対のセパレータの間に配置され、電解質膜の一部を挟むように構成され、一対のガスケットは互いに凹凸形状で勘合する勘合部を有していることを特徴とする。

また、本開示に記載の燃料電池は、電解質膜と、電解質膜の周縁部を残し、電解質膜の中央部の一方の面に配置されるアノード触媒層と、中央部の他方の面に配置されるカソード触媒層と、を有する電解質膜－電極接合体と、電解質膜－電極接合体の積層方向の両外側に配置される一対のセパレータと、一対のガスケットで構成され、一対のセパレータの間に配置され、電解質膜の一部を挟むように構成され、一対のガスケットは互いに凹凸形状で勘合する勘合部を有している燃料電池用ガスケットと、を備える。

本開示における燃料電池用ガスケットは、燃料電池用ガスケット表層の勘合部に溶剤を塗布し、燃料電池用ガスケット同士と、燃料電池用ガスケットと電解質膜とを溶着することで溶剤からアノード触媒層またはカソード触媒層に揮発成分が流れることを抑制し、長期にわたる燃料電池の使用において触媒被毒を抑制することができる。

実施の形態１における燃料電池用ガスケットを用いた燃料電池の断面図 実施の形態１における燃料電池用ガスケットのアノードガスケット一体セパレータの断面図 実施の形態１における燃料電池用ガスケットのカソードガスケット一体セパレータの断面図 実施の形態１の塗布・組立工程のうちカソードガスケットへ溶剤を塗布するときのカソードガスケット一体セパレータの断面図 実施の形態１の塗布・組立工程のうち電解質膜に溶剤を塗布するときのカソードガスケット一体セパレータの断面図 実施の形態１の塗布・組立工程の組立時の積層状態を示した断面図 実施の形態１のカソードガスケット一体セパレータおよびアノードガスケット一体セパレータで電解質膜－電極接合体を挟持する締結工程を示した断面図 実施の形態１の塗布・組立工程のうちアノードガスケットへ溶剤を塗布するときのアノードガスケット一体セパレータの断面図 実施の形態１の塗布・組立工程のうちカソードガスケットへ溶剤を塗布するときのカソードガスケット一体セパレータの断面図 実施の形態１の塗布・組立工程のうち組立工程のカソードガスケット一体セパレータおよびアノードガスケット一体セパレータで電解質膜－電極接合体を挟持する様子を示した断面図 実施の形態１のカソードガスケット一体セパレータおよびアノードガスケット一体セパレータで挟持・締結する締結工程を示した断面図 他の実施の形態の塗布・組立工程の、溶剤を塗布し、組み立てる様子を示した断面図 他の実施の形態の、カソードガスケット一体セパレータおよびアノードガスケット一体セパレータを締結する締結工程を示した断面図 他の実施の形態の塗布・組立工程の、溶剤を塗布し、組み立てる様子を示した断面図 他の実施の形態のカソードガスケット一体セパレータおよびアノードガスケット一体セパレータを締結する締結工程を示した断面図

（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、電解質膜－電極接合体とセパレータを接着剤によって接着して燃料電池スタックを形成する技術は、広く行われており、一方で接着剤からの揮発する成分を分析しながら硬化の状態を判断していた。

当該業界では、硬化加熱時に接着剤から揮発する不純物が電解質膜－電極接合体の白金触媒上に付着して発電性能が低下する課題があり、接着剤を塗布したセパレータを乾燥用の治具に設置し、セパレータのマニホールドを通じてシールの内面側に、空気や水蒸気などの媒体で一定時間流通させて不純物を排出させる対策がとられていた。

そうした状況下において、発明者らは、接着剤と流通した媒体との表層接触だけでは、接着剤内部の不純物は十分に排出できず、長期にわたる燃料電池の使用環境下では、接着剤の内部から不純物の溶出を抑制できないことを見出し、不純物を揮発させる接着剤を用いず不純物の溶出を抑制したガスケットを作製し、このガスケットの表層のみを溶剤で溶かして溶着し従来の接着剤の代替とするという着想を得た。

そして発明者らは、その着想を実現するには、溶剤を部分的に貯留することで電解質膜－電極接合体側に溶剤が散逸しないようにしなければ溶剤から不純物が揮発してしまい、電解質膜－電極接合体の発電性能が低下するという課題があることを発見し、その課題を解決し本開示の主題の構成に至った。

ここで、本開示は、電解質膜と、前記電解質膜の周縁部を残し、中央部の一方の面に配置されるアノード触媒層と、他方の面に配置されるカソード触媒層と、を有する電解質膜－電極接合体と一対のセパレータの間とを接着する燃料電池用ガスケットを用いた燃料電池の製造方法を提供し、燃料電池用ガスケット表層の勘合部に溶剤を塗布し、燃料電池用ガスケット同士と、燃料電池用ガスケットと電解質膜とを溶着し、余剰溶剤は、電解質膜－電極接合体と逆方向に移動させて溶着させる。

これにより、長期にわたる燃料電池の使用において触媒被毒を抑制できる。

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

なお、添付図面及び以下の説明は、当事者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（実施の形態１）
以下、図１～４を用いて、実施の形態１を説明する。

［１－１．構成］
図１において、燃料電池１００は、電解質膜－電極接合体１０と、アノードガス拡散層８と、カソードガス拡散層９と、アノードセパレータ１と、カソードセパレータ２と、アノードガスケット３と、カソードガスケット４と、アノードガス流路１１と、カソードガス流路１２と、を備える。

電解質膜－電極接合体１０は、電解質膜５と、電解質膜５を挟んで一方の面に配置されるアノード触媒層６と、他方の面に配置されるカソード触媒層７と、を備える。

電解質膜５は、アノード触媒層６で生成する水素イオンをカソード触媒層７に輸送する機能を果たし、水素イオン伝導性を有する高分子材料で構成され、具体的には、水素イオン交換基としてスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸系の高分子材料で構成されている。

アノード触媒層６は、アノードセパレータ１のアノードガス流路１１からアノード触媒層６に供給される水素含有ガスに含まれる水素を水素イオンに解離する電気化学反応を促進する機能を果たし、白金（Ｐｔ）を担持したカーボン粒子と高分子電解質樹脂とを含んでいる。

カソード触媒層７は、アノード触媒層６から電解質膜５を通ってカソード触媒層７に移動する水素イオンと、カソードセパレータ２のカソードガス流路１２からカソード触媒層７に供給される空気に含まれる酸素から水を生成する電気化学反応を促進する機能を果たし、白金（Ｐｔ）を担持したカーボン粒子と高分子電解質樹脂とを含んでいる。

アノードガス拡散層８は、アノード触媒層６の電解質膜と接している面と反対側の面に配置される。

カソードガス拡散層９は、カソード触媒層７の電解質膜と接している面と反対側の面に配置される。

アノードガス拡散層８とカソードガス拡散層９は、それぞれアノード触媒層６とカソード触媒層７へのガスの供給と、アノード触媒層６とカソード触媒層７との間で電子の授受を行う機能を果たし、ガス透過性と電子伝導性を併せ持つ導電性カーボンペーパーを主な構成部材として構成されている。

アノードセパレータ１は、アノードガス拡散層８のアノード触媒層６と接している面と反対側の面に配置される。

カソードセパレータ２は、カソードガス拡散層９のカソード触媒層７と接している面と反対側の面に配置される。

アノードセパレータ１とカソードセパレータ２は、ガス透過性のない導電性部材である圧縮カーボンによって構成されている。

本実施の形態では、燃料電池用ガスケットとしてアノードガスケット３とカソードガスケット４を用いる。

アノードガスケット３は、アノードセパレータ１の周縁部に配置される。

カソードガスケット４は、カソードセパレータ２の周縁部に配置される。

アノードガス流路１１は、アノードセパレータ１に形成される。

カソードガス流路１２は、カソードセパレータ２に形成される。

アノードガスケット３とカソードガスケット４は、それぞれ水素含有ガスと酸素含有ガスの外部への漏出を遮断又は抑制するため、電解質膜－電極接合体１０の近傍に配置され、弾性体であるゴム材で形成される。

アノードガスケット３とカソードガスケット４は、未架橋ゴムをアノードセパレータ１とカソードセパレータ２にそれぞれ転写成型した後、加圧加熱処理をして架橋反応を行い、ゴム架橋を行う（図示せず）。このとき、架橋剤をあらかじめゴム材中に配合しておくことが必要である。架橋剤としては、高い架橋効率や反応性を考慮した場合、有機過酸化物架橋剤を用いる。また、架橋反応は、温度と圧力の制御で半架橋（半分架橋状態）になるように行う。

その後、アノードガスケット３とカソードガスケット４は、アノードセパレータ１とカソードセパレータ２に圧接着されて、それぞれアノードガスケット一体セパレータ２０１とカソードガスケット一体セパレータ２０２となる。

アノードガスケット３及びカソードガスケット４のゴム材としては、耐久性に優れたフッ素ゴムの半架橋材を用いる。また、溶剤１９としては、フッ素ゴムを溶解できるケトン系溶剤を用いる。

図２Ａにおいて、アノードガスケット一体セパレータ２０１のアノードガスケット３は、第１勘合部（凸）１４と、第２勘合部（凸）１５を備える。

図２Ｂにおいて、カソードガスケット一体セパレータ２０２のカソードガスケット４は、第１勘合部（凹）１６と、第２勘合部（凹）１７を備える。

アノードガスケット３とカソードガスケット４は、第１勘合部（凸）１４と第１勘合部（凹）１６とで電解質膜５の周縁部の一部を挟むようにして勘合し、第２勘合部（凸）１５と第２勘合部（凹）１７とで電解質膜５を挟まないように勘合する。

カソードガスケット４は、第１勘合部（凹）１６の電解質側の壁面の、カソードガスケット４の第１勘合部（凹）１６及び第２勘合部（凹）１７が設けられている面と反対側の面（以下、底面と記載する）からの高さが、第１勘合部（凹）１６の第２勘合部（凹）１７側の壁面の、カソードガスケット４の底面からの高さより高くなるように成形されている。

またアノードガスケット３の、カソードガスケット４の第１勘合部（凹）１６の電解質側及び第２勘合部（凹）１７側の壁面と接する部分の高さは、カソードガスケット４と勘合するように調整されて成形されている。

［１－２．製造方法］
以上のように構成された燃料電池用ガスケットの製造方法について、図３Ａ～３Ｄに基づいて、以下に説明する。

図３Ａでは塗布工程の第１段階を、図３Ｂでは塗布工程の第２段階を、図３Ｃでは組立工程を、図３Ｄでは締結工程を示す。

まず、図３Ａに示すように、塗布・組立工程では、カソードガスケット一体セパレータ２０２のカソードガスケット４の第１勘合部（凹）１６に溶剤塗布ノズル１８によって溶剤１９を適量塗布する。

次に、図３Ｂに示すように、カソードガスケット４の第１勘合部（凹）１６に溶剤塗布ノズル１８によって溶剤１９を適量塗布した面に当接するように電解質膜－電極接合体１０の電解質膜５を配置し、電解質膜５のカソードガスケット４の第１勘合部（凹）１６との当接面と反対側の面にも溶剤塗布ノズル１８によって溶剤１９を適量塗布する。

次に、図３Ｃに示すように、塗布・組立工程の組立時では、アノードガスケット一体セパレータ２０１のアノードガスケット３の第１勘合部（凸）１４と第２勘合部（凸）１５とが、カソードガスケット一体セパレータ２０２のカソードガスケット４の第１勘合部（凹）１６と第２勘合部（凹）１７と、それぞれ勘合し、カソードガスケット一体セパレータ２０２のカソードガスケット４の第１勘合部（凹）１６に塗布された溶剤１９を第２勘合部（凹）１７へ移動させると同時に積層する。

そして図３Ｄに示すように、締結工程では、所定の締結圧力をアノードガスケット一体セパレータ２０１とカソードガスケット一体セパレータ２０２の外側より加えて、加熱乾燥し、燃料電池１００とする。ここで、燃料電池１００組立て時に電解質膜－電極接合体１０を中立面とし、アノードガスケット一体セパレータ２０１とカソードガスケット一体セパレータ２０２との界面に溶剤（図示せず）を塗布され、相溶した溶着界面１３を介して圧縮されて反力を発生し、アノードガスケット３とカソードガスケット４としての機能を発揮する。

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、燃料電池１００は、電解質膜５とアノード触媒層６とカソード触媒層７とを有する電解質膜－電極接合体１０と、アノードガス拡散層８と、カソードガス拡散層９と、一対のアノードセパレータ１と、カソードセパレータ２と、アノードガスケット３と、カソードガスケット４と、を備える。

また、本実施の形態の燃料電池用ガスケットの製造方法は、勘合部形成工程と、塗布・組立工程と、締結工程と、を備える。

勘合部形成工程は、金型で成型処理することにより、アノードガスケット３とカソードガスケット４の表面で勘合するように、アノードガスケット３の表面に第１勘合部（凸）１４と第２勘合部（凸）１５を、カソードガスケット４の表面に第１勘合部（凹）１６と第２勘合部（凹）１７を、形成する工程である。

この時、カソードガスケット４は、第１勘合部（凹）１６の電解質側の壁面の、カソードガスケット４底面からの高さが、第１勘合部（凹）１６の第２勘合部（凹）１７側の壁面の、カソードガスケット４の底面からの高さより高くなるように成形されており、アノードガスケット３は、カソードガスケット４の第１勘合部（凹）１６の電解質側及び第２勘合部（凹）１７側の壁面と接する部分の高さが、カソードガスケット４と勘合するように成形されている。

塗布・組立工程は、アノードガスケット３とカソードガスケット４の電解質膜５と当接する側の面または電解質膜５のアノードガスケット３とカソードガスケット４とに当接する側の面の少なくともどちらか一方への溶剤の塗布と組み立てを行う工程である。

締結工程は、電解質膜－電極接合体１０の電解質膜５をアノードガスケット３とカソードガスケット４で挟持し、更にアノードセパレータ１とカソードセパレータ２とで、電解質膜－電極接合体１０とアノードガスケット３とカソードガスケット４を挟持した状態で締結する工程である。

これらの工程により、アノードガスケット３およびカソードガスケット４の表層の勘合部に溶剤を塗布し、アノードガスケット３およびカソードガスケット４同士と、アノードガスケット３と電解質膜５と、カソードガスケット４と電解質膜５と、を同時に溶着させることができる。

また、アノードガスケット３及びカソードガスケット４を全て接着剤で構成する場合と比べて、アノードガスケット３及びカソードガスケット４から発生する揮発成分が少ないので、長期にわたる燃料電池の使用においてアノードガスケット３及びカソードガスケット４から発生する揮発成分による触媒被毒を抑制することができる。

本実施の形態では、カソードガスケット一体セパレータ２０２のカソードガスケット４に形成された第１勘合部（凹）１６に溶剤塗布ノズル１８を用いて溶剤１９を塗布した後、電解質膜５を配置し、さらに溶剤１９を電解質膜５のカソードセパレータ２と接している側と反対側に適量塗布し、アノードガスケット一体セパレータ２０１のアノードガスケット３に形成された第１勘合部（凸）１４と勘合するように積層後、締結する。

これにより、下層から順に積層接着することで、溶剤１９の液垂れを抑制し、締結工程における製品の品質の信頼性向上とシール不良を抑制することができる。

なお、別の手順として、アノードガスケット３及びカソードガスケット４のそれぞれに溶剤１９を塗布した後、電解質膜５の周縁部を挟むように当接させ、所定の締結圧力をアノードガスケット一体セパレータ２０１とカソードガスケット一体セパレータ２０２の外側より加えて締結してもよい。

具体的に以下で説明する。

まず、図４Ａ～４Ｂに示すように、アノードガスケット一体セパレータ２０１とカソードガスケット一体セパレータ２０２において、それぞれ第１勘合部（凸）１４と第１勘合部（凹）１６に溶剤塗布ノズル１８によって溶剤１９を適量塗布する。

次に図４Ｃで示すようにそれぞれの溶剤塗布面を向かい合わせ間に電解質膜－電極接合体１０の電解質膜５を配置して組み立て、アノードガスケット一体セパレータ２０１のアノードガスケット３の第１勘合部（凸）１４と第２勘合部（凸）１５とを、カソードガスケット一体セパレータ２０２のカソードガスケット４の第１勘合部（凹）１６と第２勘合部（凹）１７とに、それぞれ勘合させる。

アノードガスケット一体セパレータ２０１とカソードガスケット一体セパレータ２０２で挟持した後、図４Ｄで示すように締結させる。この時、カソードガスケット一体セパレータ２０２のカソードガスケット４の第１勘合部（凹）１６に塗布された溶剤１９は第２勘合部（凹）１７へ移動する。

これにより、予めアノードガスケット３とカソードガスケット４に溶剤１９を塗布したもので電解質膜５やガスケット同士を溶着させるため、下層から順に接着するより、一括で塗布することができるため、工程作業時間を短縮させることができる。

また、本実施の形態において、予め溶剤１９を塗布したアノードガスケット３がアノードセパレータ１と一体化されているアノードガスケット一体セパレータ２０１と、カソードガスケット４がカソードセパレータ２と一体化されているカソードガスケット一体セパレータ２０２は、締結することで、アノードガスケット３とカソードガスケット４が軟化して変形するようにアノードガスケット３とカソードガスケット４の材料及び溶剤の塗布後の経過時間を調節してもよい。

これにより、アノードガスケット３とカソードガスケット４とが、電解質膜５の組立工程での位置決めとしての役割と、締結工程でガスケット間の組立公差をガスケットが吸収する役割と、を兼ね備え、組立工程と締結工程における製品の品質の信頼性向上に寄与することができる。

また、本実施の形態において、アノードセパレータ１とカソードセパレータ２が、配置されたアノードガスケット３とカソードガスケット４において、２か所以上の凹凸形状で勘合する。

これにより、アノードガスケット一体セパレータ２０１とカソードガスケット一体セパレータ２０２に配置されたアノードガスケット３とカソードガスケット４との位置ズレを防止し、ガスシール性を保持すると共に、富士山型の形状のように尖ったシール形状であるリップシール形状を取ることで、ガスケットの締結圧力を減らせるため、締結部材の簡素化を図ることができる。

本実施の形態では、アノードガスケット３及びカソードガスケット４の凹凸形状を２か所以上設けたが、アノードガスケット３の電解質膜５と当接する側に第１勘合部（凸）１４を、カソードガスケット４の電解質膜５と当接する側に第１勘合部（凹）１６を持つように、凹凸形状が１か所存在する構造であってもよい（図示せず）。

このとき、アノードガスケット３とカソードガスケット４の最も外側で当接している接点（以下、接点Ａと記載する）の、カソードガスケット４の底面からの高さが、第１勘合部（凸）１４と第１勘合部（凹）１６の接点のうち電解質膜５の中心から最も遠い方の接点（以下、接点Ｂと記載する）のカソードガスケット４の底面からの高さより低くなるように、接点Ａと接点Ｂを結ぶ面は傾斜または階段状に構成してもよい。

これにより、第１勘合部（凹）１６と、電解質膜５または第１勘合部（凸）１４とに塗布された溶剤１９は、接点Ｂから接点Ａに向かって流れるため、電解質膜－電極接合体１０側に溶剤１９が流れ込むのを防止することができる。

なお、この時も、締結工程時の第１勘合部（凸）１４と第１勘合部（凹）１６の接点のうち、電解質膜５の中心から最も近い方の接点（以下、接点Ｃと記載する）の、カソードガスケット４の底面からの高さが、接点Ｂの、カソードガスケット４の底面からの高さより高くなるように構成されている。これにより、接点Ｂから電解質膜－電極接合体１０と反対側に余剰溶剤が流れやすくなる。

また、本実施の形態において、第２勘合部（凹）１７の凹部のカソードガスケット４の底面からの高さが第１勘合部（凹）１６の凹部のカソードガスケット４の底面からの高さよりも低くなるように構成している方が好ましい。

これにより、第１勘合部（凹）１６に塗布された溶剤１９が第２勘合部（凹）１７に流れ、その後燃料電池１００外に流れていきやすくなる。

ただし、第２勘合部（凹）１７の凹部のカソードガスケット４の底面からの高さが第１勘合部（凹）１６の凹部のカソードガスケット４の底面からの高さよりも高くなるように構成している場合であっても、溶剤塗布ノズル１８によって第１勘合部（凹）１６に塗布された溶剤１９は、締結工程時に締結時の押圧により余剰溶剤は第１勘合部の壁面を超えて第２勘合部側へ流れるため、揮発成分による触媒非毒を抑制する効果は得られる。

なお、アノードガスケット３とカソードガスケット４に熱硬化性エラストマーを主材とすることで、加熱硬化後、圧縮時にシール反力を発するように構成してもよい。これにより、アノードガスケット３とカソードガスケット４と、電解質膜５との界面において、引き剥がし強度が軽減されることで、長期にガスシール性を確保することができる。

また、アノードガスケット３とカソードガスケット４にフッ素系ゴムを主材として用いてもよい。これにより、フッ素ゴムはその性質上揮発成分の溶出が少ないためガスケット材からの溶出性が抑えられ、酸化や加水分解の耐久性が向上し、硬化後圧縮して使用することで弾性変形し、またフッ素ゴムの持つ酸化劣化などに対する耐久性からシール反力を長期間維持することができる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

そこで、以下、他の実施の形態を図５Ａ～５Ｂおよび図６Ａ～６Ｂを用いて例示する。

実施の形態１では、燃料電池用ガスケットの製造方法の一例として、アノードガスケット３とカソードガスケット４の双方に勘合部を設け、溶剤１９を塗布し、アノードガスケット３とカソードガスケット４と電解質膜５を溶着する方法を説明した。

燃料電池用ガスケットの製造方法として、図５Ａに示すように、電解質膜－電極接合体１０の外周縁部（図示せず）に溶剤１９を予め適量含侵した状態で配置し、図５Ｂに示すように第１勘合部（凸）１４を有したアノードガスケット３と第１勘合部（凹）１６を有したカソードガスケット４で締結する方法を用いてもよい。

この方法を用いれば、アノードガスケット３の第１勘合部（凸）１４とカソードガスケット４の第１勘合部（凹）１６との双方に塗布せずに溶着できるので、工程作業時間を短宿してシールすることができる。

また、燃料電池用ガスケットの製造方法として、図６Ａに示すように電解質膜－電極接合体１０の外周縁部（図示せず）に溶剤１９を予め適量含侵した状態で、図６Ｂに示すように電解質膜５と当接する面が、アノードガスケット３とカソードガスケット４の概平面の部分で締結する方法を用いてもよい。

この方法を用いれば、電解質膜５に局所応力を立てる凸形状がないため、電解質膜５への損傷を軽減しつつ、シールすることができる。また凹凸形状は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、アノードガスケット３及びカソードガスケット４ともに電解質膜から離れる方向に１か所だけであってもよい。

実施の形態１では、燃料電池用ガスケットの製造方法に用いる溶剤１９の一例として、アノードガスケット３とカソードガスケット４の双方に勘合部を設け、ケトン系溶剤を塗布し、ガスケット同士と電解質膜を溶着する方法を説明した。燃料電池用ガスケットの製造方法は、長期にわたる燃料電池の使用環境で触媒被毒が抑制され、ガスシール性を付与でき、低コスト化に寄与するガスケットであればよい。したがって、燃料電池用ガスケットの製造方法に用いる溶剤１９は、ケトン系溶剤に限定されない。ここで、溶剤１９として、ケトン系溶剤を用いれば、汎用溶剤のため、コストを抑えることができる。また、溶剤１９として、メチルエチルケトン、アセトンなどのケトン類や、ベンゼン、トルエン、キシレン、スチレンなどの芳香族炭化水素類や、イソプロピルアルコール、メタノールなどのアルコール類や、エチルエーテルなどのエーテル類、ノルマルヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素類などを用いた溶剤を挙げることができ、またこれらを単独、あるいは混合して用いることもできる。特に、電解質膜５と、アノードガスケット３及びカソードガスケット４の燃料電池用ガスケットの双方との溶解性から、メチルエチルケトンが望ましい。

また、燃料電池用ガスケットの製造方法に用いる溶剤１９の塗布方法として、局所に塗布することができるものであれば、特に限定されない。例えば、スクリーン印刷、ダイコート、ポッティング印刷、グラビア印刷、スプレーコートなどを用いた塗布方法を挙げることができ、またこれらの塗布方法を単独、あるいは組み合わせて用いることもできる。特に、シールライン形状対応の観点から、スプレーコートが望ましい。

実施の形態１では、燃料電池用ガスケットの一例として、熱硬化性エラストマーのフッ素ゴムを用いる方法を説明した。燃料電池用ガスケットは、電解質膜－電極接合体１０のアノード触媒層６やカソード触媒層７に対して被毒作用の無いものであればよい。したがって、燃料電池用ガスケットは、熱硬化性エラストマーのフッ素ゴムに限定されない。

ただし、燃料電池用ガスケットとして、熱硬化性エラストマーのフッ素ゴムを用いれば、ガスケット材からの溶出性が抑えられ、酸化や加水分解の耐久性が向上し、硬化後圧縮して使用することで弾性変形し、シール反力を長期間維持することができる。

また燃料電池用ガスケットとして、シリコーンゴム、天然ゴム、ＥＰＤＭ、ブチルゴム等の熱硬化性エラストマー、あるいはイソプレンゴム及びブタジエンゴム等のラテックスを用いた接着剤、液状のポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、シリコーンゴム等を用いた接着剤等を挙げることができ、またこれらを単独、あるいは組み合わせて用いてもよいが、耐薬品性や耐機械的特性から、フッ素系ゴム材が望ましい。

またアノードガスケット３及びカソードガスケット４に設けられる凹凸形状は三か所以上であってもよい。その場合、第１勘合部（凸）１４と第１勘合部（凹）１６の間に塗布された溶剤１９が電解質膜－電極接合体１０から見て外側に設けられた凹凸で形成される勘合部に向かって順次流れ込むように形成される。

これにより、２か所の凹凸形状で形成された勘合部を備える場合に比べて、より強固にアノードガスケット３とカソードガスケット４との位置ズレを防止することができる。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、燃料電池車や定置型燃料電池等の固体高分子型燃料電池に用いられる燃料電池用ガスケットに適用可能である。

１ アノードセパレータ
２ カソードセパレータ
３ アノードガスケット
４ カソードガスケット
５ 電解質膜
６ アノード触媒層
７ カソード触媒層
８ アノードガス拡散層
９ カソードガス拡散層
１０ 電解質膜－電極接合体
１１ アノードガス流路
１２ カソードガス流路
１３ 溶着界面
１４ 第１勘合部（凸）
１５ 第２勘合部（凸）
１６ 第１勘合部（凹）
１７ 第２勘合部（凹）
１８ 溶剤塗布ノズル
１９ 溶剤
１００ 燃料電池
２０１ アノードガスケット一体セパレータ
２０２ カソードガスケット一体セパレータ

Claims (10)

1. 電解質膜と、前記電解質膜の周縁部がはみ出るように前記電解質膜の中央部の一方の面に配置されるアノード触媒層と、前記中央部の他方の面に配置されるカソード触媒層と、を有する電解質膜－電極接合体と、
   前記電解質膜－電極接合体の積層方向の両外側に配置される一対のセパレータと、
   前記一対のセパレータの間を接着する一対の燃料電池用ガスケットと、
   を備える燃料電池の製造方法であって、
   前記一対の燃料電池用ガスケットのうち一方の前記燃料電池用ガスケットの表面に凹部を形成し、このとき前記凹部は、前記凹部の前記電解質膜側の壁面の、前記凹部が設けられている面と反対側の面である底面からの高さが、前記凹部の前記電解質膜側と反対側の壁面の、前記底面からの高さより高くなるように形成され、他方の前記燃料電池用ガスケットの表面に前記一方の燃料電池用ガスケットの凹部と勘合するように凸部を形成する勘合部形成工程と、
   前記燃料電池用ガスケットの前記電解質膜と接する側の面または前記電解質膜の前記燃料電池用ガスケットと接する側の面の少なくともどちらか一方への溶剤の塗布と、前記電解質膜－電極接合体の前記電解質膜を前記一対の燃料電池用ガスケットで挟持するように組み立てを行う塗布・組立工程と、
   前記一対のセパレータで前記電解質膜－電極接合体と前記一対の燃料電池用ガスケットを挟持した状態で締結する締結工程と、
   を備える、燃料電池の製造方法。
2. 前記一対の燃料電池用ガスケットは、前記一対のセパレータのうち一方に配置されるガスケットである第１ガスケットと、
   前記一対のセパレータのうち他方に配置されるガスケットである第２ガスケットと、から構成され、
   前記塗布・組立工程は、
   前記第１ガスケットの前記電解質膜と当接する側の面に前記溶剤を塗布する工程と、
   前記第１ガスケットに前記電解質膜を当接する工程と、
   前記電解質膜の前記第１ガスケットと当接している面と反対側の面の、前記第２ガスケットと当接する部分に前記溶剤を塗布する工程と、
   前記第２ガスケットを前記電解質膜と前記第１ガスケットに当接させる工程と、
   を含む、
   請求項１に記載の燃料電池の製造方法。
3. 前記一対の燃料電池用ガスケットは、前記一対のセパレータのうち一方に配置されるガスケットである第１ガスケットと、
   前記一対のセパレータのうち他方に配置されるガスケットである第２ガスケットと、から構成され、
   前記塗布・組立工程は、
   前記第１ガスケットと前記第２ガスケットとの両方の、前記電解質膜と接する側の面に前記溶剤を塗布する工程と、
   前記第１ガスケットに前記電解質膜を当接させる工程と、
   前記第２ガスケットを前記電解質膜と前記第１ガスケットに当接させる工程と、
   を含む、
   請求項１に記載の燃料電池の製造方法。
4. 前記締結工程において、前記セパレータに対して締結する方向に所定の力が加わると前記ガスケットが軟化することを特徴とする、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池の製造方法。
5. 一対のガスケットで構成され、
   一対のセパレータの間に配置され、
   電解質膜の一部を挟むように構成され、
   前記一対のガスケットは互いに凹凸形状で勘合する勘合部を有していることを特徴とする燃料電池用ガスケット。
6. 前記勘合部は、
   前記電解質膜を勘合している第１勘合部と、
   前記電解質膜を勘合してない第２勘合部と、を有し、
   前記一対のガスケットのうち、前記第１勘合部で凸形状を有する前記ガスケットである第１ガスケットは、前記第２勘合部において凸形状を有し、
   前記一対のガスケットのうち、前記第１勘合部で凹形状を有する方の前記ガスケットである第２ガスケットは、前記第２勘合部において凹形状を有し、
   前記第２ガスケットの前記第１勘合部の前記電解質膜側の壁面の、前記第２ガスケットの前記勘合部が設けられている面と反対側の面である底面からの高さが、前記第２ガスケットの前記第１勘合部の前記第２勘合部側の壁面の前記底面からの高さより高い、
   請求項５に記載の燃料電池用ガスケット。
7. 前記第２ガスケットは、前記底面から前記第２勘合部の最も低い部分までの高さが、前記底面から前記第１勘合部の最も低い部分までの高さより低いことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池用ガスケット。
8. 前記燃料電池用ガスケットは、熱硬化性エラストマーを主材とすることを特徴とする、請求項５～７のいずれか１項に記載の燃料電池用ガスケット。
9. 前記燃料電池用ガスケットは、フッ素系ゴムを主材とすることを特徴とする、
   請求項５～８のいずれか１項に記載の燃料電池用ガスケット。
10. 電解質膜と、前記電解質膜の周縁部を残し、前記電解質膜の中央部の一方の面に配置されるアノード触媒層と、前記中央部の他方の面に配置されるカソード触媒層と、を有する電解質膜－電極接合体と、
    前記電解質膜－電極接合体の積層方向の両外側に配置される一対のセパレータと、
    請求項５～９のいずれか１項に記載の燃料電池用ガスケットと、
    を備える燃料電池。

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