JP4463236B2 - Fuel cell packing - Google Patents

Fuel cell packing Download PDF

Info

Publication number
JP4463236B2
JP4463236B2 JP2006124606A JP2006124606A JP4463236B2 JP 4463236 B2 JP4463236 B2 JP 4463236B2 JP 2006124606 A JP2006124606 A JP 2006124606A JP 2006124606 A JP2006124606 A JP 2006124606A JP 4463236 B2 JP4463236 B2 JP 4463236B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
packing
silicone rubber
layer
separator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006124606A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006237017A (en
Inventor
寛人 高良
治人 高尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tigers Polymer Corp
Original Assignee
Tigers Polymer Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tigers Polymer Corp filed Critical Tigers Polymer Corp
Priority to JP2006124606A priority Critical patent/JP4463236B2/en
Publication of JP2006237017A publication Critical patent/JP2006237017A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4463236B2 publication Critical patent/JP4463236B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Description

本発明は、燃料電池、特に固体高分子型燃料電池用パッキンに関するものである。The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a packing for a polymer electrolyte fuel cell.

固体高分子型燃料電池は、イオン導電性を有するイオン交換樹脂等の膜を高分子電解質膜として用い、この高分子電解質膜を挟んでその両側にカソード電極(正極)とアノード電極(負極)の両電極を配置し、例えば負極側に水素ガス等の燃料ガスを、一方正極側には酸素ガス又は空気等の酸化ガスを供給して電気化学反応を起こさせることにより、燃料ガスのもつ化学エネルギーを電気量に変換して電気を発生させるものである。   A polymer electrolyte fuel cell uses a membrane such as an ion exchange resin having ionic conductivity as a polymer electrolyte membrane, and a cathode electrode (positive electrode) and an anode electrode (negative electrode) on both sides of the polymer electrolyte membrane. By arranging both electrodes, for example, by supplying a fuel gas such as hydrogen gas on the negative electrode side and an oxidizing gas such as oxygen gas or air on the positive electrode side to cause an electrochemical reaction, the chemical energy of the fuel gas is obtained. Is converted into an amount of electricity to generate electricity.

このような固体高分子型燃料電池は単セルを複数積層して構成されるが、隣接する単セル間には、電極との間で燃料ガス流路および酸化ガス流路を形成しかつ燃料ガスと酸化ガスを仕切るセパレータが設けられている。そして、電極とセパレータ間は、燃料ガスや酸化ガスが高分子電解質膜の周縁部から漏出しないように気密にガスシールしなければならず、例えば特許文献１には、セパレータの所定位置表面にゴム溶液をスクリーン印刷により塗布して形成された未架橋のゴム薄膜を放射線架橋してゴムパッキンを成形一体化することが記載されている。
特開２００１−１９６０７８号公報 Such a polymer electrolyte fuel cell is configured by laminating a plurality of single cells. Between adjacent single cells, a fuel gas flow path and an oxidizing gas flow path are formed between the electrodes and the fuel gas. And a separator for partitioning the oxidizing gas. In addition, between the electrode and the separator, a gas seal must be hermetically sealed so that fuel gas and oxidizing gas do not leak from the peripheral edge of the polymer electrolyte membrane. It describes that a rubber packing is formed and integrated by radiation-crosslinking an uncrosslinked rubber thin film formed by applying a solution by screen printing.
JP 2001-196078 A

上記のゴムパッキンは、燃料ガスおよび酸化ガスに対するガスシールであり、そのシールは長期間に亘り厳重に保持する必要があり、上記ゴムパッキンとしては耐熱性および圧縮永久歪が優れたシリコーンゴムを主材料として使用する場合がある。しかし、シリコーンゴムは、燃料電池用パッキンに要求される酸や熱水等に対する耐薬品性に劣るほか、シロキサン等を抽出し易い傾向があり低抽出性が劣る問題があった。   The rubber packing described above is a gas seal against fuel gas and oxidizing gas, and the seal needs to be held strictly for a long period of time. May be used as a material. However, silicone rubber has a problem of poor low extractability because it tends to extract siloxane and the like in addition to inferior chemical resistance to acid and hot water required for a fuel cell packing.

本発明は、上記問題点を解決するものであり、耐薬品性や低抽出性に劣るシリコーンゴムの弱点をカバーするとともに、パッキンを組み込む作業が不要となり、パッキンが所定位置に確実に配設されてシール性に完全を期すことを目的とするものである。   The present invention solves the above-mentioned problems, covers the weak points of silicone rubber that is inferior in chemical resistance and low extractability, eliminates the need to install a packing, and the packing is securely disposed at a predetermined position. The purpose is to ensure complete sealing performance.

本発明は、上記目的を達成するため、次の構成を備えるものである。
（１）燃料電池の単電池と、この単電池を挟持するセパレータとの間に介在されるパッキンであって、上記パッキンが、セパレータの周縁部に加硫接着して形成されたシリコーンゴム層に、シリコーンゴム層の表面全体を被覆するようにシロキサン抽出防止層が被着されて構成されるとともに、シロキサン抽出防止層はエチレン−プロピレンゴムまたはエチレン−プロピレン−ジエンゴムからなることを特徴とする燃料電池用パッキン。
（２）燃料電池の単電池と、この単電池を挟持するセパレータとの間に介在されるパッキンであって、上記パッキンが、セパレータの周縁部に加硫接着して形成されたシリコーンゴム層に、シリコーンゴム層の表面全体を被覆するようにシロキサン抽出防止層が被着されて構成されるとともに、シロキサン抽出防止層はエポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、アルキド樹脂、メラニン樹脂の中から選択される樹脂の１つからなることを特徴とする燃料電池用パッキン。
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
(1) and unit cell of the fuel cell, a gasket interposed between the separators sandwiching the unit cell, the packing, the silicone rubber layer formed by vulcanization bonded to the peripheral portion of the separator A fuel cell characterized in that a siloxane extraction prevention layer is applied so as to cover the entire surface of the silicone rubber layer, and the siloxane extraction prevention layer is made of ethylene-propylene rubber or ethylene-propylene-diene rubber. Packing for.
(2) A packing interposed between a unit cell of a fuel cell and a separator sandwiching the unit cell, wherein the packing is formed on a silicone rubber layer formed by vulcanization adhesion to the peripheral edge of the separator. The siloxane extraction prevention layer is applied to cover the entire surface of the silicone rubber layer, and the siloxane extraction prevention layer is selected from epoxy resin, phenol resin, acrylic resin, alkyd resin, and melanin resin. A fuel cell packing made of one of the following resins.

本発明によれば、燃料電池本体とセパレータとの間に介在させるシール材を、耐熱性や圧縮永久歪に優れたシリコーンゴム層を主体とし、シリコーンゴムの劣る耐薬品性や低抽出性等の物性については、保護層を形成する材料でカバーするとともに、これら両層をあらかじめセパレータの所定位置表面に積層一体化させたパッキンを構成したので、パッキンを組み込む作業が不要になり、パッキンの変形や位置ずれを生じることなく、燃料電池本体とセパレータ間におけるガスシールを容易かつ確実に行うことができる。そして、本発明によれば、シリコーンゴム層からのシロキサンの抽出を防止できる。

According to the present invention, the sealing material interposed between the fuel cell main body and the separator is mainly composed of a silicone rubber layer excellent in heat resistance and compression set, such as inferior chemical resistance and low extractability of silicone rubber. Concerning the physical properties, a packing is formed by covering these materials with a material for forming a protective layer and by previously laminating and integrating these layers on the surface of a predetermined position of the separator. A gas seal between the fuel cell main body and the separator can be easily and reliably performed without causing a displacement. And according to this invention, extraction of the siloxane from a silicone rubber layer can be prevented.

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、固体高分子型燃料電池を構成する単セル１の概略縦断面図であり、通常燃料電池はこの単セル１を複数積層した積層体(図示せず)として構成されている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a single cell 1 constituting a solid polymer fuel cell, and a normal fuel cell is configured as a laminate (not shown) in which a plurality of single cells 1 are stacked.

図１において、単セル１は、高分子電解質膜２とこの高分子電解質膜２を挟んで両側に配設されるカソード電極３およびアノード電極４とからなる燃料電池本体と、カソード電極３およびアノード電極４にそれぞれ当接するように設けられたセパレータ５,６とにより構成されている。また、カソード電極側セパレータ５の電極３側には酸化ガス供給用の溝７が設けられ、アノード電極側セパレータ６の電極４側には燃料ガス供給用の溝８が設けられ、溝７は図示しない酸化ガス供給管に、溝８は図示しない燃料ガス供給管にそれぞれ連通している。   In FIG. 1, a single cell 1 includes a fuel cell body comprising a polymer electrolyte membrane 2 and a cathode electrode 3 and an anode electrode 4 disposed on both sides of the polymer electrolyte membrane 2, and a cathode electrode 3 and an anode. The separators 5 and 6 are provided so as to be in contact with the electrodes 4 respectively. Further, an oxidizing gas supply groove 7 is provided on the electrode 3 side of the cathode electrode side separator 5, and a fuel gas supply groove 8 is provided on the electrode 4 side of the anode electrode side separator 6. The groove 8 communicates with a fuel gas supply pipe (not shown).

上記単位セル１において、高分子電解質膜２、カソード電極３およびアノード電極４で構成された単電池(燃料電池本体)の周囲に燃料ガスおよび酸化ガスが漏洩するのを防止するとともに、カソード電極側セパレータ５とアノード電極側セパレータ６との間の絶縁を確保するため、単電池とセパレータ５,６との間に額縁状(ループ状)のパッキン９,９が介在している。本発明においては、図２において一部を拡大して示すように、上記パッキン９が、主体となるシリコーンゴム層１０とその表面に被覆した保護層１１との積層構造であり、これらがあらかじめセパレータ５,６の周縁部表面に直接成形されたうえ、接着一体化されたものである。   In the unit cell 1, the fuel gas and the oxidizing gas are prevented from leaking around the unit cell (fuel cell main body) composed of the polymer electrolyte membrane 2, the cathode electrode 3 and the anode electrode 4, and the cathode electrode side In order to ensure insulation between the separator 5 and the anode electrode side separator 6, frame-shaped (loop-shaped) packings 9, 9 are interposed between the unit cell and the separators 5, 6. In the present invention, as shown in a partially enlarged view in FIG. 2, the packing 9 has a laminated structure of a silicone rubber layer 10 as a main component and a protective layer 11 coated on the surface thereof. It is directly molded on the peripheral surface of 5, 6 and bonded and integrated.

すなわち、まずシリコーンゴム層１０は、図３および図４に示すように、セパレータ５(６)の表面に額縁状の透孔１３を有する第１のマスク１２を装填したうえで、マスク上からシリコーンゴムコンパウンドを溶剤により溶解させたゴム溶液を塗布するスクリーン印刷を所定の回数行い、透孔１３を通じてその形状に合致した未加硫のゴム薄膜を形成し、乾燥して上記溶剤を揮発させてから前記ゴム薄膜を加硫する。この加硫は加熱処理、紫外線や電子線照射等により処理を行い、セパレータ５の周縁部に額縁状のシリコーンゴム層１０が加硫接着する。なお、ゴム溶液として液状シリコーンゴムのような液状ゴムを使用する場合には、溶剤で溶解することなく塗布することができる。   That is, first, as shown in FIGS. 3 and 4, the silicone rubber layer 10 is loaded with a first mask 12 having a frame-shaped through-hole 13 on the surface of the separator 5 (6), and then the silicone rubber layer 10 is coated from above the mask. Screen printing for applying a rubber solution in which a rubber compound is dissolved in a solvent is performed a predetermined number of times, an unvulcanized rubber thin film matching the shape is formed through the through holes 13, and dried to volatilize the solvent. The rubber thin film is vulcanized. This vulcanization is performed by heat treatment, ultraviolet ray or electron beam irradiation, and the frame-like silicone rubber layer 10 is vulcanized and bonded to the peripheral edge of the separator 5. In addition, when using liquid rubber like liquid silicone rubber as a rubber solution, it can apply | coat, without melt | dissolving with a solvent.

次いで、図５および図６に示すように、形成したシリコーンゴム層１０の表面に上記透孔１３より若干大きい寸法の額縁状の透孔１５を有する第２のマスク１４を装填したうえで、マスク上からオレフィン系ゴム(エチレンープロピレンゴム(ＥＰＭ)、エチレンープロピレンージエンゴム(ＥＰＤＭ)など)のゴムコンパウンドを溶剤により溶解させたゴム溶液を塗布するスクリーン印刷を所定の回数行い、透孔１５を通じてその形状に合致した保護層１１を形成し、乾燥して上記溶剤を揮発させてから保護層１１を加硫する。この加硫は加熱処理、紫外線や電子線照射等により処理を行い、シリコーンゴム層の表面に保護層１１が接着一体化する。   Next, as shown in FIGS. 5 and 6, the second mask 14 having the frame-shaped through holes 15 having a size slightly larger than the through holes 13 is loaded on the surface of the formed silicone rubber layer 10. Screen printing for applying a rubber solution in which a rubber compound of an olefin rubber (ethylene-propylene rubber (EPM), ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), etc.) is dissolved in a solvent is performed a predetermined number of times from above. Then, the protective layer 11 matching the shape is formed, and dried to volatilize the solvent, and then the protective layer 11 is vulcanized. This vulcanization is performed by heat treatment, ultraviolet ray or electron beam irradiation, and the protective layer 11 is bonded and integrated on the surface of the silicone rubber layer.

そして、保護層１１は、酸や熱水に強く優れた耐薬品性を発揮し、かつシリコーンゴム層からのシロキサン等の抽出を防止する。なお、保護層１１は、上記ゴム溶液の代わりに、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、アルキド樹脂、メラニン樹脂等の樹脂コーティング材を溶剤により溶解させた樹脂溶液を使用して形成し、加熱処理、紫外線や電子線照射等により硬化処理したものでもよく、同様にシリコーンゴムの欠点を是正できる。   The protective layer 11 exhibits excellent chemical resistance that is strong against acid and hot water, and prevents extraction of siloxane and the like from the silicone rubber layer. The protective layer 11 is formed using a resin solution in which a resin coating material such as a fluororesin, an epoxy resin, a phenol resin, an acrylic resin, an alkyd resin, or a melanin resin is dissolved in a solvent instead of the rubber solution. It may be cured by heat treatment, ultraviolet ray or electron beam irradiation, and the defects of silicone rubber can be corrected in the same manner.

固体高分子型燃料電池を構成する単セルの概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view of the single cell which comprises a polymer electrolyte fuel cell. 図１の一部拡大断面図。The partially expanded sectional view of FIG. シリコーンゴム層の成形工程の一部を示す図。The figure which shows a part of shaping | molding process of a silicone rubber layer. セパレータにシリコーンゴム層が一体成形された状態を示す図。The figure which shows the state by which the silicone rubber layer was integrally molded by the separator. 保護層の成形工程の一部を示す図。The figure which shows a part of shaping | molding process of a protective layer. シリコーンゴム層に保護層が被覆された状態を示す図。The figure which shows the state by which the protective layer was coat | covered by the silicone rubber layer.

符号の説明Explanation of symbols

１ 単セル
２ 高分子電解質膜
３ カソード電極
４ アノード電極
５ カソード電極側セパレータ
６ アノード電極側セパレータ
７,８ 溝
９,９ パッキン
１０ シリコーンゴム層
１１ 保護層
１２ 第１のマスク
１３ 透孔
１４ 第２のマスク
１５ 透孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single cell 2 Polymer electrolyte membrane 3 Cathode electrode 4 Anode electrode 5 Cathode electrode side separator 6 Anode electrode side separator 7, 8 Groove 9, 9 Packing 10 Silicone rubber layer 11 Protective layer 12 First mask 13 Through-hole 14 Second Mask 15 through-hole

Claims (2)

燃料電池の単電池と、この単電池を挟持するセパレータとの間に介在されるパッキンであって、上記パッキンが、セパレータの周縁部に加硫接着して形成されたシリコーンゴム層に、シリコーンゴム層の表面全体を被覆するようにシロキサン抽出防止層が被着されて構成されるとともに、シロキサン抽出防止層はエチレン−プロピレンゴムまたはエチレン−プロピレン−ジエンゴムからなることを特徴とする燃料電池用パッキン。 And unit cell of the fuel cell, a gasket interposed between the separators sandwiching the unit cell, the packing, the silicone rubber layer formed by vulcanization bonded to the periphery of the separator, the silicone rubber A fuel cell packing comprising a siloxane extraction prevention layer deposited so as to cover the entire surface of the layer, and the siloxane extraction prevention layer comprising ethylene-propylene rubber or ethylene-propylene-diene rubber . 燃料電池の単電池と、この単電池を挟持するセパレータとの間に介在されるパッキンであって、上記パッキンが、セパレータの周縁部に加硫接着して形成されたシリコーンゴム層に、シリコーンゴム層の表面全体を被覆するようにシロキサン抽出防止層が被着されて構成されるとともに、シロキサン抽出防止層はエポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、アルキド樹脂、メラニン樹脂の中から選択される樹脂の１つからなることを特徴とする燃料電池用パッキン。 A packing interposed between a unit cell of a fuel cell and a separator sandwiching the unit cell, wherein the packing is formed on a silicone rubber layer formed by vulcanizing and bonding to a peripheral portion of the separator. A siloxane extraction prevention layer is formed to cover the entire surface of the layer, and the siloxane extraction prevention layer is made of an epoxy resin, a phenol resin, an acrylic resin, an alkyd resin, or a melanin resin. A fuel cell packing comprising one.
JP2006124606A 2006-04-28 2006-04-28 Fuel cell packing Expired - Fee Related JP4463236B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006124606A JP4463236B2 (en) 2006-04-28 2006-04-28 Fuel cell packing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006124606A JP4463236B2 (en) 2006-04-28 2006-04-28 Fuel cell packing

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001311434A Division JP3862210B2 (en) 2001-10-09 2001-10-09 Fuel cell sealing structure and packing molding method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006237017A JP2006237017A (en) 2006-09-07
JP4463236B2 true JP4463236B2 (en) 2010-05-19

Family

ID=37044380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006124606A Expired - Fee Related JP4463236B2 (en) 2006-04-28 2006-04-28 Fuel cell packing

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4463236B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2537196A4 (en) * 2010-02-19 2016-10-26 Trenergi Corp Integrated sealing for fuel cell stack manufacturing

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006237017A (en) 2006-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109148913B (en) Fuel cell and method of manufacturing fuel cell
JP3542550B2 (en) Method of forming fuel cell seal
JP2008512828A (en) Gasket-integrated electrode membrane assembly and fuel cell having the same
JP5643146B2 (en) Fuel cell
EP3257097B1 (en) Seal for solid polymer electrolyte fuel cell
US11171341B2 (en) Fuel cell and method of manufacturing fuel cell
JP2015215958A (en) Method for manufacturing fuel cell
JP3862210B2 (en) Fuel cell sealing structure and packing molding method
US9425469B2 (en) Integrated gas diffusion layer with sealing function and method of making the same
JP4463236B2 (en) Fuel cell packing
JP6666664B2 (en) Electrolyte membrane / electrode structure with resin frame for fuel cells
JP6100230B2 (en) Electrolyte membrane / electrode structure with resin frame for fuel cell and production method thereof
JP4954025B2 (en) Method for forming packing for fuel cell
KR102512284B1 (en) Membrane-electrode assembly and preparation method thereof
JP4954024B2 (en) Fuel cell packing and seal structure
JP2021099953A (en) Fuel battery unit cell
KR101822246B1 (en) Fuel cell stack
JP5809614B2 (en) Fuel cell stack
JP6133255B2 (en) Electrolyte membrane / electrode structure with resin frame for fuel cells
US10074869B2 (en) Fuel cell
JP2023092550A (en) Fuel battery
JP2021140880A (en) Fuel battery cell
JP2013109885A (en) Fuel cell
JP2010127424A (en) Manufacturing method for seal structural body

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091130

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100121

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100215

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100216

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160226

Year of fee payment: 6

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4463236

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees