JP5287357B2 - Gasket for fuel cell, fuel cell and fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池用ガスケット、燃料電池ならびに燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell gasket, a fuel cell, and a fuel cell system.

水素もしくは液体有機化合物の改質燃料を用いる固体高分子形燃料電池、あるいはメタノール、エタノール、ジメチルエーテルなどの液体有機化合物を燃料とする固体高分子形燃料電池は、騒音が小さい、運転温度が低い(約70〜80℃)、燃料の補給が容易などの特長を有する。そのため、可搬式電源、電気自動車の電源、あるいは電動バイクやアシスト式自転車、さらには医療介護用の車椅子やシニアカーなどの軽車両用電源として、幅広い用途が期待されている。   Solid polymer fuel cells that use hydrogen or liquid organic compound reformed fuel, or solid polymer fuel cells that use liquid organic compounds such as methanol, ethanol, and dimethyl ether as fuel, have low noise and low operating temperature ( (About 70 to 80 ° C.) and has features such as easy fuel supply. Therefore, a wide range of uses are expected as a portable power source, a power source for an electric vehicle, or a power source for an electric motorcycle, an assisted bicycle, and a light vehicle such as a wheelchair or a senior car for medical care.

これらの燃料電池は、プロトンを移動させる電解質膜の両面に電極を形成した膜−電極接合体、この電極のそれぞれに対面するように設置したセパレータを含む単位セルを有している。このセパレータには、燃料または酸化剤を流通させるための流路(チャンネル)が形成されている。   These fuel cells have a unit cell including a membrane-electrode assembly in which electrodes are formed on both surfaces of an electrolyte membrane that moves protons, and a separator placed so as to face each of the electrodes. The separator is formed with a flow path (channel) for circulating fuel or oxidant.

セパレータの流路に燃料または酸化剤を流通させるため、セパレータと膜−電極接合体との接触面での密封性(シール性)を確保することが重要な設計事項となる。この接触面から燃料等の流体がセルの外部に漏れ出すと、出力性能の低下などの不具合をもたらすからである。   In order to allow fuel or an oxidant to flow through the flow path of the separator, it is an important design matter to ensure the sealing property (sealability) at the contact surface between the separator and the membrane-electrode assembly. This is because if fluid such as fuel leaks from the contact surface to the outside of the cell, it causes problems such as a decrease in output performance.

従来の技術の例として、特許文献1〜5には、上記接触面における密封手段が開示されている。   As examples of conventional techniques, Patent Documents 1 to 5 disclose sealing means on the contact surface.

特許文献1には、電池構成用の機能性膜材(イオン交換膜、セパレータ膜等)と所定パターンのガスケット(ゴム製)とが、接着剤層を介さずに接合され一体化している電池用膜状部材が開示されている。   In Patent Document 1, a functional membrane material (ion exchange membrane, separator membrane, etc.) for battery configuration and a gasket (made of rubber) having a predetermined pattern are joined and integrated without an adhesive layer. A membrane member is disclosed.

特許文献2には、予め別体で成形したシールゴムをカーボン製セパレータのシール必要箇所に設けた溝部に後付で接着した燃料電池セパレータ接着シール構造が開示されている。   Patent Document 2 discloses a fuel cell separator adhesive seal structure in which a seal rubber molded in advance as a separate body is adhered to a groove portion provided in a required portion of a carbon separator as a retrofit.

特許文献3には、膜−電極接合体と接触するシールと一体化したディストリビュータプレート(セパレータ)が、弾性を有し、可塑変形可能で、かつ導電性を有し、シールが凸部を有する燃料電池が開示されている。セパレータとシールを同一材料で製造することができるため、上述のゴム系ガスケットを省略し、低コストのセパレータを提供することができる。   Patent Document 3 discloses a fuel in which a distributor plate (separator) integrated with a seal in contact with a membrane-electrode assembly has elasticity, is plastically deformable, has conductivity, and has a convex portion on the seal. A battery is disclosed. Since the separator and the seal can be manufactured from the same material, the above-described rubber gasket can be omitted, and a low-cost separator can be provided.

特許文献4には、膨張黒鉛シートに液状の熱硬化性樹脂を含浸後、金属薄板の両側にラミネートしてなる黒鉛質ガスケット材料が開示されている。この黒鉛質ガスケット材料は、エンジンガスケットに用いられるものであり、高荷重の締付けに対する機械的強度を有している。   Patent Document 4 discloses a graphite gasket material in which an expanded graphite sheet is impregnated with a liquid thermosetting resin and then laminated on both sides of a thin metal plate. This graphite gasket material is used for engine gaskets and has mechanical strength against high-load tightening.

特許文献5には、膨張黒鉛からなる合成樹脂含浸体において、イソシアネートおよび/またはエポキシ樹脂を含有する含浸体が開示されている。   Patent Document 5 discloses an impregnated body containing an isocyanate and / or an epoxy resin in a synthetic resin impregnated body made of expanded graphite.

特開2001−319669号公報JP 2001-319669 A 特開2002−033109号公報JP 2002-033109 A 米国特許5928807号公報U.S. Pat. No. 5,928,807 特開平1−158269号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-158269 特開2002−265212号公報JP 2002-265212 A

本発明の目的は、板厚が小さくとも曲げ強度が高く、製造が容易で、かつ燃料電池の気密性を向上させるガスケットを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a gasket that has high bending strength even if the plate thickness is small, is easy to manufacture, and improves the airtightness of the fuel cell.

本発明の燃料電池用ガスケットは、電解質膜とセパレータとの間のシールとして用いる燃料電池のガスケットにおいて、前記ガスケットが、黒鉛粒子と樹脂バインダとを混合した成形体で構成され、且つ、前記黒鉛粒子と前記樹脂バインダとが均質に分散された構成であることを特徴とする。   The gasket for a fuel cell of the present invention is a gasket for a fuel cell used as a seal between an electrolyte membrane and a separator, wherein the gasket is composed of a molded body obtained by mixing graphite particles and a resin binder, and the graphite particles And the resin binder are homogeneously dispersed.

また、本発明の燃料電池は、燃料を流通させるアノード流路を有するセパレータと、酸化剤を供給するカソード流路を有するセパレータと、前記両セパレータの間に配置されたアノード/電解質膜/カソードで構成された膜−電極接合体とを有する燃料電池において、前記各セパレータと前記電解質膜との間に上記の燃料電池用ガスケットを介在させたことを特徴とする。   Further, the fuel cell of the present invention comprises a separator having an anode flow path for flowing fuel, a separator having a cathode flow path for supplying an oxidant, and an anode / electrolyte membrane / cathode disposed between the two separators. In the fuel cell having the configured membrane-electrode assembly, the fuel cell gasket is interposed between each separator and the electrolyte membrane.

本発明によれば、厚さが小さくとも曲げ強度が高く、製造が容易で、かつ燃料電池の気密性を向上させるガスケットを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if thickness is small, a bending strength is high, manufacture is easy, and the gasket which improves the airtightness of a fuel cell can be provided.

本発明による実施例を示す燃料電池の単セルの断面図である。It is sectional drawing of the single cell of the fuel cell which shows the Example by this invention. 図1の単セルに用いるセパレータの上面図である。It is a top view of the separator used for the single cell of FIG. 図2AのセパレータのP−P断面図である。It is PP sectional drawing of the separator of FIG. 2A. 従来のガスケットを用いたときに内部リークが生じる状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which an internal leak produces when the conventional gasket is used. 本発明による実施例を示すガスケットの上面図である。It is a top view of the gasket which shows the Example by this invention. 本発明による実施例を示す単セルの断面図である。It is sectional drawing of the single cell which shows the Example by this invention. 本発明による他の実施例を示す単セルの断面図である。It is sectional drawing of the single cell which shows the other Example by this invention. 本発明による他の実施例を示す単セルの断面図である。It is sectional drawing of the single cell which shows the other Example by this invention. 本発明による実施例を示す燃料電池システムの断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell system which shows the Example by this invention.

本発明の目的は、2個のセパレータに挟持された膜−電極接合体(以下、MEAと称する。)を含む燃料電池(セル)の新たなシール手段を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a new sealing means for a fuel cell (cell) including a membrane-electrode assembly (hereinafter referred to as MEA) sandwiched between two separators.

本発明が解決しようとする技術課題は、(1)シールを設けてもセパレータを薄型化する上で障害にならないこと、(2)低荷重でも外部リークを十分に抑制できること、(3)内部リークも防止できることである。   The technical problems to be solved by the present invention are (1) that even if a seal is provided, it does not become an obstacle to making the separator thin, (2) that external leakage can be sufficiently suppressed even at low loads, and (3) internal leakage. It is also possible to prevent.

これらの3つの技術課題を説明するために、従来の燃料電池の構造を説明する。   In order to explain these three technical problems, the structure of a conventional fuel cell will be described.

図1は、従来の技術による単セルの断面構造を例示している。本発明の単セルも基本的な構造は同様である。   FIG. 1 illustrates a cross-sectional structure of a single cell according to the prior art. The basic structure of the single cell of the present invention is the same.

本図において、この単セルの断面中央には、MEAがある。このMEAは、電解質膜103の上面にアノード101を、下面にカソード102を積層した三層構造となっている。燃料側セパレータ104(第一のセパレータとも呼ぶ。)は燃料流路105を有し、その流路面をアノード101に接するように配置されている。酸化剤側セパレータ106(第二のセパレータとも呼ぶ。)は酸化剤流路107を有し、その流路面107はカソード102に接している。セパレータの外周部には、燃料と酸化剤が外部に漏れ出さないように、かつ、一方の反応物質が他方の反応物質の流路に漏れ出さないように、ガスケット108、109を設けている。それぞれの反応物質は、ガスケット108、109または電解質膜103によって区分されている。   In this figure, there is MEA in the center of the cross section of this single cell. This MEA has a three-layer structure in which the anode 101 is laminated on the upper surface of the electrolyte membrane 103 and the cathode 102 is laminated on the lower surface. The fuel-side separator 104 (also referred to as a first separator) has a fuel channel 105 and is disposed so that the channel surface is in contact with the anode 101. The oxidant side separator 106 (also referred to as a second separator) has an oxidant channel 107, and the channel surface 107 is in contact with the cathode 102. Gaskets 108 and 109 are provided on the outer peripheral portion of the separator so that fuel and oxidant do not leak to the outside, and so that one reactant does not leak into the flow path of the other reactant. Each reactant is separated by the gaskets 108 and 109 or the electrolyte membrane 103.

なお、反応物質を供給する貫通孔(マニホールドと称される。)および排出する貫通孔は、図1の断面より省略されている。   Note that a through hole (referred to as a manifold) for supplying the reactant and a through hole for discharging are omitted from the cross section of FIG.

図2Aは、図1の単セルに用いるセパレータの上面図を示したものであり、図2Bは、図2AのセパレータのP−P断面図である。ここでは、図1の燃料側セパレータ104に対応するセパレータ構造として説明する。   2A shows a top view of the separator used in the single cell of FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the separator of FIG. 2A taken along the line P-P. Here, a separator structure corresponding to the fuel-side separator 104 in FIG. 1 will be described.

燃料側セパレータ204には、燃料供給マニホールド210、燃料排出マニホールド211、酸化剤供給マニホールド212、酸化剤供給マニホールド213、冷却水供給マニホールド214、冷却水排出マニホールド215の貫通孔が形成されている。   The fuel separator 204 is formed with through holes for a fuel supply manifold 210, a fuel discharge manifold 211, an oxidant supply manifold 212, an oxidant supply manifold 213, a coolant supply manifold 214, and a coolant discharge manifold 215.

燃料は、燃料供給マニホールド210からセパレータ204の面内に導入される。燃料を流す流路205は複数(本例では、一例として5本)形成され、これらの流路205が折れ曲がりながらセパレータ204の面内を経由し、対角方向に設けた燃料排出マニホールド211に連絡されている。流路205は凸部206(リブとも称される。)によって区切られている。なお、流路205は一本でも良いが、セパレータ流路を通過する燃料等の圧力損失を低減するために、通常は複数本とされている。また、流路のパターンも図2Aのような蛇行した形状の他に、直線状その他、種々のパターンを採用することができる。   Fuel is introduced from the fuel supply manifold 210 into the plane of the separator 204. A plurality of flow paths 205 for flowing fuel are formed (in this example, 5 as an example), and these flow paths 205 are bent and pass through the surface of the separator 204 and communicate with a fuel discharge manifold 211 provided in a diagonal direction. Has been. The channel 205 is delimited by a convex portion 206 (also referred to as a rib). Note that the number of the flow path 205 may be one, but in order to reduce the pressure loss of the fuel or the like passing through the separator flow path, a plurality of the flow paths 205 are usually used. In addition to the meandering shape as shown in FIG. 2A, a linear pattern or other various patterns can be adopted as the flow path pattern.

燃料流路205の溝幅や溝深さは、燃料の種類や流量に応じて最適な寸法に設定することができる。最適な寸法は、圧力損失を小さくすることと、セル電圧(または出力)をできるだけ高くするように設定される。なお、凸部206と流路205上のMEAと距離が大きくなりすぎると、電気抵抗が増大してしまうことから、溝の幅は1〜5mm、深さ0.1〜5mmの範囲に設定される。溝幅1〜2mm、溝深さ0.3〜2mmが特に望ましい。   The groove width and groove depth of the fuel flow path 205 can be set to optimum dimensions according to the fuel type and flow rate. Optimal dimensions are set to reduce pressure loss and to increase cell voltage (or output) as much as possible. If the distance between the protrusion 206 and the MEA on the flow path 205 becomes too large, the electrical resistance increases, so the width of the groove is set to a range of 1 to 5 mm and a depth of 0.1 to 5 mm. The A groove width of 1 to 2 mm and a groove depth of 0.3 to 2 mm are particularly desirable.

酸化剤流路は、図2Aの裏面に形成することができる。酸化剤は、酸化剤供給マニホールド212より供給され、燃料側セパレータの裏面に形成された酸化剤流路を経由し、酸化剤排出マニホールド213に排出される。酸化剤流路は図2Aの裏面に形成しているため図示されていないが、図2Aの燃料流路205と同様なパターンであっても良いし、異なっていても良い。また、酸化剤は逆にマニホールド213を供給マニホールドとし、下から上へ流して、マニホールド212から排出することもできる。   The oxidant channel can be formed on the back surface of FIG. 2A. The oxidant is supplied from the oxidant supply manifold 212 and discharged to the oxidant discharge manifold 213 via the oxidant flow path formed on the back surface of the fuel side separator. Although the oxidant flow path is not shown because it is formed on the back surface of FIG. 2A, it may be the same pattern as the fuel flow path 205 of FIG. 2A or may be different. Alternatively, the oxidant can be discharged from the manifold 212 by using the manifold 213 as a supply manifold and flowing from the bottom to the top.

同様に、酸化剤流路の溝幅や溝深さは、酸化剤の種類や流量に応じて最適な寸法に設定することができる。酸化剤流路上のMEAと近接する凸部との距離が大きくなりすぎると、電気抵抗が増大してしまう理由により、溝の幅は1〜5mm、深さ0.1〜5mmの範囲にすることが望ましい。さらに、溝幅1〜2mm、溝深さ0.3〜2mmが特に望ましい。   Similarly, the groove width and groove depth of the oxidant channel can be set to optimum dimensions according to the type and flow rate of the oxidant. If the distance between the MEA on the oxidant flow path and the adjacent convex part becomes too large, the width of the groove should be in the range of 1 to 5 mm and the depth of 0.1 to 5 mm because the electrical resistance increases. Is desirable. Further, a groove width of 1 to 2 mm and a groove depth of 0.3 to 2 mm are particularly desirable.

冷却水の流路は、図2Aの燃料流路の裏面に形成しても良いし、図2Aの表面の燃料流路を冷却水流路に置き換え、裏面に酸化剤流路を形成しても良い。冷却水は、冷却水供給マニホールド214から供給され、冷却水流路を経由して、冷却水排出マニホールド215に排出される。ここで、冷却水流路も、燃料流路205や酸化剤流路と同様に、任意のパターンにすることができ、マニホールド215から供給しマニホールド214から排出することも可能である。   The cooling water flow path may be formed on the back surface of the fuel flow path in FIG. 2A, or the fuel flow path on the front surface in FIG. 2A may be replaced with a cooling water flow path to form an oxidant flow path on the back surface. . The cooling water is supplied from the cooling water supply manifold 214 and discharged to the cooling water discharge manifold 215 via the cooling water flow path. Here, similarly to the fuel flow path 205 and the oxidant flow path, the cooling water flow path can also have an arbitrary pattern, and can be supplied from the manifold 215 and discharged from the manifold 214.

なお、メタノール等の液体燃料を用いる場合、電池の発熱を燃料排液または酸化剤排ガスとともに電池の外に排出することができれば、冷却水の供給マニホールド214と排出マニホールド215を省略しても良い。   When liquid fuel such as methanol is used, the cooling water supply manifold 214 and the discharge manifold 215 may be omitted as long as the heat generated by the battery can be discharged out of the battery together with the fuel drainage or the oxidant exhaust gas.

以上で述べたセル構造を例に採って、第一の技術課題(セパレータの薄型化)について説明する。   Taking the cell structure described above as an example, the first technical problem (thinning the separator) will be described.

図2Aのセパレータにおいてシールを施す手段の一つに、セパレータ自身の一部をシールとして利用する手段がある。すなわち、黒鉛とバインダの混合物から圧縮成形法により図2Aのセパレータを製作し、セパレータ外縁に凸状の易圧縮構造(低密度領域)を形成して、その凸部を押しつぶすことによってセルの気密性を得ることができる。この凸部は、所定の荷重で締め付けてシール性を得るために、低密度にする必要がある。ボルト本数の削減等による電池構造の簡略のために、可能な限り低荷重で十分なシール性を得ることが望ましい。   One means for applying a seal in the separator of FIG. 2A is a means for using a part of the separator itself as a seal. That is, the separator shown in FIG. 2A is manufactured from a mixture of graphite and a binder by a compression molding method, a convex easily compressible structure (low density region) is formed on the outer edge of the separator, and the convex portion is crushed so that the airtightness of the cell. Can be obtained. In order to obtain a sealing property by tightening the convex portion with a predetermined load, it is necessary to reduce the density. In order to simplify the battery structure by reducing the number of bolts or the like, it is desirable to obtain a sufficient sealing performance with as low a load as possible.

このようにシールをする部分に低密度領域を形成すると、MEAを2個のセパレータで挟持させ、セパレータの外側から圧力を加えることにより、その低密度領域を圧縮し、シールとして機能させることができる。例えば、黒鉛セパレータの外縁に、セパレータの流路面の密度よりも10〜50%の低密度の領域を形成し、その低密度領域を圧縮してシールする。一例として、図2Aの一点破線の位置に低密度領域216を形成した想定例を示した。   When the low density region is formed in the portion to be sealed in this way, the MEA is sandwiched between two separators, and pressure is applied from the outside of the separator, so that the low density region can be compressed and function as a seal. . For example, a low density region having a density of 10 to 50% of the density of the flow path surface of the separator is formed on the outer edge of the graphite separator, and the low density region is compressed and sealed. As an example, the assumption example in which the low density region 216 is formed at the position of the dashed line in FIG. 2A is shown.

しかし、セパレータの外縁部に低密度領域216を設けると、その部分の曲げ強度が低下し、低密度領域216を起点に割れが発生やすくなる。この問題は、セパレータ204の厚さを1mm以下に薄くすると、顕著となる。上述の問題は、セパレータの板厚を大きくすれば回避可能と思われる。しかしながら、1mm未満、特に厚さ0.3mm以下の薄型セパレータにすると、低密度領域の部分で破損が起きる。   However, when the low density region 216 is provided at the outer edge portion of the separator, the bending strength of that portion is reduced, and cracking is likely to occur starting from the low density region 216. This problem becomes significant when the thickness of the separator 204 is reduced to 1 mm or less. The above-mentioned problem can be avoided by increasing the thickness of the separator. However, if a thin separator with a thickness of less than 1 mm, particularly 0.3 mm or less, breakage occurs in the low density region.

低密度領域216を一方の面に形成すると、その下の部分もほぼ同じ密度となり、セパレータの厚さ方向に密度が低くなってしまう。この低密度領域全体は曲げに対する強度が低いので、低密度領域216を形成したセパレータの外縁から破損しやすくなる。これは製法に依存せず、黒鉛を圧縮成形したときも、射出成形したときも同様である。   When the low density region 216 is formed on one surface, the lower portion thereof has substantially the same density, and the density decreases in the thickness direction of the separator. Since the entire low density region has low bending strength, the low density region is easily damaged from the outer edge of the separator in which the low density region 216 is formed. This does not depend on the manufacturing method, and is the same when graphite is compression molded or injection molded.

また、セパレータの薄型化に伴い、ガスケットを薄型にすることが困難になり、製造上の問題が生じる。   Further, as the separator becomes thinner, it becomes difficult to reduce the thickness of the gasket, which causes manufacturing problems.

MEAは適正な圧縮率になるまで圧縮され、セルとしての機能が発現されるので、2枚のセパレータの間隔は基本的にMEAの厚さに支配される。しかし、ガスケットがMEAよりも厚くなると、セパレータ上のガスケット設置部分を薄くしなければならなくなる。その結果、ガスケットが厚くなればなるほど、セパレータの曲げ強度を確保するためにセパレータ全体が厚くなってしまう。このように、ガスケットの厚さをMEAに近い厚さにすれば、前記ガスケット設置部分を薄くする必要がなくなり、セパレータ自身の厚さを可能な限り薄くすることができる。通常は、MEA厚さが1mm以下なので、一枚のガスケットを用いる場合は1mm以下、2枚用いる場合には0.5mm以下の厚さにすることが望ましい。   Since the MEA is compressed until an appropriate compression ratio is obtained and the function as a cell is exhibited, the distance between the two separators is basically governed by the thickness of the MEA. However, if the gasket is thicker than the MEA, the gasket installation portion on the separator must be thinned. As a result, the thicker the gasket, the thicker the entire separator becomes in order to ensure the bending strength of the separator. Thus, if the thickness of the gasket is made close to the MEA, it is not necessary to make the gasket installation portion thin, and the thickness of the separator itself can be made as thin as possible. Usually, since the MEA thickness is 1 mm or less, it is desirable to use a thickness of 1 mm or less when using one gasket and 0.5 mm or less when using two sheets.

しかしながら、従来の含浸法により製造される黒鉛ガスケットによれば、エポキシ樹脂等を含浸する前の黒鉛成形体が薄くなればなるほどに、その曲げ強度が低下し、もろくなるため、薄型ガスケットを製造しにくくなっていた。特に、0.5mm以下の厚さになると、ひびが生じやすく、その取り扱い性は極めて悪い。これは、樹脂含浸前の黒鉛成形体に、黒鉛粒子同士を接着するものが添加されていないためである。   However, according to the graphite gasket manufactured by the conventional impregnation method, the thinner the graphite molded body before impregnation with the epoxy resin or the like, the lower the bending strength and the more fragile. It was difficult. In particular, when the thickness is 0.5 mm or less, cracks are likely to occur, and the handleability is extremely poor. This is because a material for adhering graphite particles to each other is not added to the graphite molded body before resin impregnation.

このようにセパレータの機械的強度の観点とガスケットの製造方法の観点から、第一の技術課題は薄型セパレータの実現に大きな障害となるものである。   Thus, from the viewpoint of the mechanical strength of the separator and the manufacturing method of the gasket, the first technical problem is a great obstacle to the realization of a thin separator.

次に、第二の技術課題(低荷重での外部リークの抑制)について説明する。上述の説明において、逆に外縁部を高密度になるように凸部を形成し、それを緻密な構造にすれば、セパレータ厚さを薄くしても外縁部からの破損を回避することができる。すなわち、第一の技術課題の解決のみに着眼すれば、薄型セパレータであっても気密性を得ることが可能である。   Next, a second technical problem (suppression of external leakage at a low load) will be described. In the above description, conversely, if the convex portion is formed so that the outer edge portion has a high density and has a dense structure, damage from the outer edge portion can be avoided even if the separator thickness is reduced. . That is, if only focusing on the solution of the first technical problem, it is possible to obtain airtightness even with a thin separator.

しかし、シールしようとする凸部を高密度にすると、荷重に対する凸部の圧縮率が減少し、結果として高荷重でセパレータ同士を締め付けないと気密性を確保することができなくなる。   However, if the convex portions to be sealed are made dense, the compressibility of the convex portions with respect to the load decreases, and as a result, the airtightness cannot be secured unless the separators are fastened with a high load.

例えば、シールしようとする領域216の密度を、図2Aの流路部分と同一の密度にする、すなわち、セパレータ全体を高密度で成形すれば、領域216からの破損を防ぎつつ、セパレータの薄型を図ることができる。しかし、シールをする凸部が硬くなるため、セパレータの外側から圧力を加えても、ほとんど圧縮されず外部へのリークが止まらないか、過大な荷重を加えない限りシールができなくなる。後者の場合には、MEAの電解質膜の破断、内部リークの問題が生じる。   For example, if the density of the region 216 to be sealed is the same as that of the flow path portion in FIG. 2A, that is, if the entire separator is molded at a high density, the separator 216 can be made thin while preventing damage from the region 216. Can be planned. However, since the convex portion for sealing becomes hard, even if pressure is applied from the outside of the separator, it is hardly compressed and leakage to the outside cannot be stopped or sealing cannot be performed unless an excessive load is applied. In the latter case, the MEA electrolyte membrane breaks and internal leaks occur.

また、金属板をプレス加工により作製したセパレータの場合も同様で、セパレータのシールをしたい部分に凸部を形成した場合、その部分は硬く、圧縮による変形量が小さいため、第二の技術課題を達成することは困難である。   Similarly, in the case of a separator produced by pressing a metal plate, when a convex portion is formed on a portion where the separator is to be sealed, the portion is hard and the deformation amount due to compression is small. It is difficult to achieve.

このように、低荷重で外部リークを防止することが、第二の技術課題である。   Thus, the second technical problem is to prevent external leakage with a low load.

以上で説明したように、シールをセパレータと完全に同一の素材で、しかも同時に形成すると、セパレータの薄型化(第一の技術課題)と低荷重締付(第二の技術課題)の両立が極めて困難になる。このように、物理的・化学的にもセパレータと同一の構成でシールを形成する手段には、限界がある。   As explained above, if the seal is made of the same material as the separator and is formed at the same time, it is extremely possible to make the separator thinner (first technical problem) and lower load tightening (second technical problem). It becomes difficult. Thus, there is a limit to means for forming a seal with the same configuration as the separator physically and chemically.

次に、第三の技術課題(内部リークの防止)について検討する。   Next, the third technical problem (preventing internal leakage) will be examined.

図2BのP−P断面には、燃料流路205と凸部206とで形成された凹凸部分があり、この部分において、シール機能を有する部材を設置し、接触する電解質膜を介してセパレータに圧着される。このシールが不完全であるとき、燃料供給マニホールド210から供給される燃料の一部が、電解質膜の反対側(すなわち酸化剤側の流路面)に流れ込むことになる。これを内部リークと称する。燃料排出マニホールド211近傍の流路でも、シールと電解質膜の積層構造を形成してシールを確保するので、内部リークの発生メカニズムは同じである。   2B has a concavo-convex portion formed by the fuel flow path 205 and the convex portion 206. In this portion, a member having a sealing function is installed, and the separator is interposed through the contacting electrolyte membrane. Crimped. When this seal is incomplete, a part of the fuel supplied from the fuel supply manifold 210 flows into the opposite side of the electrolyte membrane (that is, the channel surface on the oxidant side). This is called an internal leak. Even in the flow path in the vicinity of the fuel discharge manifold 211, the seal is secured by forming a laminated structure of the seal and the electrolyte membrane, so the internal leak generation mechanism is the same.

さて、先に述べた黒鉛セパレータの一部を低密度化し、シールを得る手段によると、P−P断面の凸部206も低密度にすることになる。このような構造にすると、セパレータ同士の締付けによって、凸部206が変形し、ざ屈すれば流路205が閉塞してしまう。逆に凸部206を高密度にすると、締付荷重を大きくしなければならなくなる。凸部206とそれに対面するセパレータの間に電解質膜が挟持されているので、その電解質膜が破損し、セルの出力の低下という不具合が生じうる。   Now, according to the means for reducing the density of a part of the graphite separator described above and obtaining a seal, the protrusion 206 on the PP cross section is also reduced in density. With such a structure, the convex portion 206 is deformed by tightening the separators, and the flow path 205 is closed when the separator is bent. On the contrary, if the convex part 206 is made high density, the tightening load must be increased. Since the electrolyte membrane is sandwiched between the convex portion 206 and the separator facing the convex portion 206, the electrolyte membrane may be damaged, resulting in a problem that the output of the cell is reduced.

また、黒鉛セパレータの一部を低密度にする手段の代わりに、ゴム材料からなる平板状ガスケットを用いる手段も考えられる。しかし、次のような新たな課題が生じる。   Further, instead of means for reducing the density of a part of the graphite separator, means for using a flat gasket made of a rubber material can be considered. However, the following new problems arise.

図3は、図2BのP−P断面における2枚のガスケットと電解質膜の構造例を示す。本図面は、内部リークが発生した際の構造をやや強調して表現している。燃料流路305に接するガスケット308(図1のシール108に相当)は、燃料流路の凸部306(図2BのP−P断面の凸部206に対応する)に接している。そのガスケット308の上に電解質膜303、さらにその上に酸化剤流路側のガスケット309が配され、燃料側セパレータ304と酸化剤側セパレータ310との間にサンドウィッチ状に収納されている。   FIG. 3 shows a structural example of two gaskets and an electrolyte membrane in the PP cross section of FIG. 2B. In the drawing, the structure when an internal leak occurs is expressed with some emphasis. A gasket 308 in contact with the fuel flow path 305 (corresponding to the seal 108 in FIG. 1) is in contact with the convex part 306 of the fuel flow path (corresponding to the convex part 206 in the PP cross section in FIG. 2B). The electrolyte membrane 303 is disposed on the gasket 308, and the gasket 309 on the oxidant flow path side is further disposed on the gasket 308, and is sandwiched between the fuel side separator 304 and the oxidant side separator 310.

ゴム材料を用いたガスケットは、大きな圧縮変位特性を有し低荷重でもシールを得やすい。その反面、締付荷重の増加に伴って横方向への変形も進行し、ガスケット308、309が流路305の空間に垂れ込み、隙間317が生じる場合がある。この隙間が形成されると、流路305を流れる燃料の一部が隙間317に漏れ出して、電解質膜303の酸化剤流路側へ浸入することになる。このようなメカニズムで内部リークは、ゴム系平板ガスケットの圧縮による横方向の延びが原因となって発生し、特にセパレータ同士の締付荷重が大きいときによく見られる現象である。   A gasket using a rubber material has a large compressive displacement characteristic and is easy to obtain a seal even at a low load. On the other hand, as the tightening load increases, deformation in the lateral direction also progresses, and the gaskets 308 and 309 may sag into the space of the flow path 305, resulting in a gap 317. When this gap is formed, part of the fuel flowing through the flow path 305 leaks into the gap 317 and enters the oxidant flow path side of the electrolyte membrane 303. Due to such a mechanism, the internal leak occurs due to the lateral extension caused by the compression of the rubber-based flat gasket, and is a phenomenon that is often seen particularly when the tightening load between the separators is large.

また、燃料電池を起動・停止の繰り返しにより、発電の熱によるヒートサイクルを受けて、ガスケットが熱膨張・収縮を繰り返す。この熱膨張の割合は、ガスケットの線膨張係数で規定され、特にフッ素ゴム、エチレン・プロピレンゴムなどの弾性ゴムで大きい。その結果、図3に示したようなガスケットの変形がさらに助長される。   In addition, the gasket repeatedly undergoes thermal expansion and contraction due to the heat cycle of the power generation due to repeated starting and stopping of the fuel cell. The rate of thermal expansion is defined by the linear expansion coefficient of the gasket, and is particularly large for elastic rubber such as fluoro rubber and ethylene / propylene rubber. As a result, the deformation of the gasket as shown in FIG. 3 is further promoted.

これに対し、図2Aのマニホールド210のP−P断面付近(マニホールド211の相当部分も含む)のリブ206上にポイント状にガスケットを設置し、その他のセパレータ面には凸状ガスケットをセパレータに接着してセルを形成する手段も考えられる。   On the other hand, a gasket is installed in a point shape on the rib 206 near the PP cross section of the manifold 210 in FIG. 2A (including the corresponding portion of the manifold 211), and a convex gasket is bonded to the separator on the other separator surface. A means for forming a cell is also conceivable.

しかしながら、図3の流路直上(すなわち流路305の上)のガスケット308の部分がなくなるだけで、電解質膜303や酸化剤側ガスケット309の変形を防止することはできない。したがって、凸状ガスケットを形成する手段によっても、隙間317を完全に排除することは難しい。これが第三の技術課題である。   However, deformation of the electrolyte membrane 303 and the oxidant side gasket 309 cannot be prevented only by eliminating the portion of the gasket 308 immediately above the flow path in FIG. 3 (that is, above the flow path 305). Therefore, it is difficult to completely eliminate the gap 317 even by means for forming the convex gasket. This is the third technical problem.

また、上述の3つの技術課題の他に、ガスケットに必要な機能として、耐水性、水素による耐還元性や酸素による耐酸化性などの化学的耐久性も必要となる。そのため、特許文献4に記載されているような金属材料と組み合わせると、金属イオン(特に鉄イオン)の溶出により、電解質膜の水素イオンが交換され、膜抵抗の増大、過酸化水素による膜の分子構造の破壊が進行する。したがって、上述の化学的耐久性を考慮した材料選定も重要な要件となる。   In addition to the above three technical problems, chemical durability such as water resistance, reduction resistance by hydrogen, and oxidation resistance by oxygen is also required as a function required for the gasket. Therefore, when combined with a metal material as described in Patent Document 4, hydrogen ions in the electrolyte membrane are exchanged by elution of metal ions (especially iron ions), increasing the membrane resistance, and molecules of the membrane due to hydrogen peroxide. The destruction of the structure proceeds. Therefore, material selection considering the above-mentioned chemical durability is also an important requirement.

発明者らは、3つの技術課題を解決するために鋭意検討した結果、新規な手段を構築するに至った。   As a result of intensive studies to solve the three technical problems, the inventors have constructed a new means.

本発明の燃料電池用ガスケットは、電解質膜とセパレータとの間のシールとして用いる燃料電池のガスケットにおいて、前記ガスケットが、黒鉛粒子と樹脂バインダとを混合した成形体で構成され、且つ、前記黒鉛粒子と前記樹脂バインダとが均質に分散された構成であることを特徴とする。   The gasket for a fuel cell of the present invention is a gasket for a fuel cell used as a seal between an electrolyte membrane and a separator, wherein the gasket is composed of a molded body obtained by mixing graphite particles and a resin binder, and the graphite particles And the resin binder are homogeneously dispersed.

また、本発明の燃料電池は、燃料を流通させるアノード流路を有するセパレータと、酸化剤を供給するカソード流路を有するセパレータと、前記両セパレータの間に配置されたアノード/電解質膜/カソードで構成された膜−電極接合体とを有する燃料電池において、前記各セパレータと前記電解質膜との間に上記の燃料電池用ガスケットを介在させたことを特徴とする。   Further, the fuel cell of the present invention comprises a separator having an anode flow path for flowing fuel, a separator having a cathode flow path for supplying an oxidant, and an anode / electrolyte membrane / cathode disposed between the two separators. In the fuel cell having the configured membrane-electrode assembly, the fuel cell gasket is interposed between each separator and the electrolyte membrane.

以下、実施例を用いて説明する。   Hereinafter, description will be made using examples.

本発明による第一の実施例は、図1のガスケット108、109を本発明の黒鉛系ガスケットとしたものである。   In the first embodiment of the present invention, the gaskets 108 and 109 in FIG. 1 are replaced with the graphite-based gasket of the present invention.

本発明の黒鉛系ガスケットは、黒鉛と樹脂バインダとを混合し、加熱成形によりバインダを硬化させたものである。形状は図4に示すシート状とした。なお、使用する黒鉛は、任意の黒鉛粉末を選択することができる。特に、膨張黒鉛または塊状黒鉛が圧縮弾性に優れている。   The graphite-based gasket of the present invention is obtained by mixing graphite and a resin binder and curing the binder by thermoforming. The shape was a sheet shape shown in FIG. In addition, the graphite to be used can select arbitrary graphite powder. In particular, expanded graphite or massive graphite is excellent in compression elasticity.

まず、膨張黒鉛を用いて、図4の形状に切り出す前の予備成形シートの製法について説明する。   First, the manufacturing method of the preforming sheet before cutting into the shape of FIG. 4 using expanded graphite is demonstrated.

原料の黒鉛は、粒子状の天然黒鉛(例えば、天然鱗状黒鉛など)である。   The raw material graphite is particulate natural graphite (for example, natural scaly graphite).

この天然黒鉛を濃硫酸または濃硫酸と濃硝酸との混液に浸漬し、黒鉛層の間隔を膨張させた後に、水洗・脱水を行って、黒鉛の表面に付着している酸を十分に除去する。その後、黒鉛を急速に昇温して熱処理を行なう。   This natural graphite is immersed in concentrated sulfuric acid or a mixture of concentrated sulfuric acid and concentrated nitric acid to expand the interval between the graphite layers, and then washed with water and dehydrated to sufficiently remove the acid adhering to the surface of the graphite. . Thereafter, the graphite is rapidly heated and heat-treated.

この一連の処理工程によって、原料の黒鉛粉末に対して数十倍の嵩密度を有する膨張黒鉛を製造することができる。得られた粉末状の膨張黒鉛(膨張黒鉛粒子と呼ぶ)は、不純物の濃度が数ppm以下の高純度であり、かつ、弾性を有している。ここで、膨張黒鉛粒子は、上記処理により、主成分が膨張黒鉛となったものをいうが、主成分の膨張黒鉛以外の黒鉛(例えば、未処理の天然黒鉛)を含むものも膨張黒鉛粒子と呼ぶことにする。すなわち、主成分の膨張黒鉛が体積基準で50%より多いものを含めて膨張黒鉛粒子と呼ぶことにする。   Through this series of processing steps, expanded graphite having a bulk density several tens of times that of the raw graphite powder can be produced. The obtained powdery expanded graphite (referred to as expanded graphite particles) has high purity with an impurity concentration of several ppm or less, and has elasticity. Here, expanded graphite particles refer to those whose main component is expanded graphite by the above treatment, but those containing graphite other than the main component expanded graphite (for example, untreated natural graphite) are also expanded graphite particles. I will call it. That is, expanded graphite particles including those whose main component is larger than 50% by volume are referred to as expanded graphite particles.

次に、この膨張黒鉛粒子に熱硬化性の樹脂バインダを添加する。この樹脂バインダとしては、フェノール樹脂粉末、エポキシ樹脂などを利用することができる。本発明においては、熱硬化性樹脂が特に望ましいが、燃料電池の作動温度で軟化せず、燃料電池の反応物質(水素やメタノール等の有機物質ならびに酸素)と反応しない樹脂であれば、熱可塑性の材料も適用することができる。例えば、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂などの熱可塑性材料を、熱硬化性材料の代わりに用いることができる。熱可塑性樹脂を用いれば、ガスケットの成形時間を短縮できるメリットがある。   Next, a thermosetting resin binder is added to the expanded graphite particles. As this resin binder, phenol resin powder, epoxy resin, or the like can be used. In the present invention, a thermosetting resin is particularly desirable, but if it is a resin that does not soften at the operating temperature of the fuel cell and does not react with the reactants of the fuel cell (organic substances such as hydrogen and methanol and oxygen), thermoplasticity is sufficient. These materials can also be applied. For example, a thermoplastic material such as a polyamide resin, a polycarbonate resin, or a polyphenylene oxide resin can be used instead of the thermosetting material. If a thermoplastic resin is used, there exists an advantage which can shorten the molding time of a gasket.

ここでは、フェノール樹脂を選択し、その添加量は全体重量に対し、10〜30%(重量組成比)とした。本発明では、電池の荷重に応じてガスケット厚さが必要な寸法まで圧縮されれば良いので、荷重に応じた種々の組成に設定することが可能である。   Here, a phenol resin was selected, and the amount added was 10 to 30% (weight composition ratio) with respect to the total weight. In the present invention, the gasket thickness only needs to be compressed to a required size according to the load of the battery, and therefore, it is possible to set various compositions according to the load.

以下の説明で述べる黒鉛シートとは、本発明の黒鉛(膨張黒鉛粒子)と樹脂との混合物を成形したガスケットを意味する。   The graphite sheet described in the following description means a gasket formed by molding a mixture of graphite (expanded graphite particles) of the present invention and a resin.

本発明では、膨張黒鉛粒子とバインダを混合し、ヘンシェルミキサーにより混練する。混合方法はこれに限定されず、攪拌、混錬など、いかなる方法でも適用可能である。混合時に粉体に添加できる溶媒には、プロピルアルコール等の非反応性溶媒のいずれかを選択することができる。ガスケットを成形する前にバインダと黒鉛粉末を均質に分散させることが、ガスケットの弾性的性質を発現させるために重要である。   In the present invention, expanded graphite particles and a binder are mixed and kneaded by a Henschel mixer. The mixing method is not limited to this, and any method such as stirring and kneading can be applied. As the solvent that can be added to the powder at the time of mixing, any non-reactive solvent such as propyl alcohol can be selected. It is important to uniformly disperse the binder and graphite powder before molding the gasket in order to develop the elastic properties of the gasket.

この混練物をロールプレス機あるいはバッチ式プレス機を用いて、シート状の予備成形シートを製作する。これを所定の厚さまで更に薄く延ばし、必要な厚さ精度を有する黒鉛シートを製作する。このように製作したシートの密度は、1.2〜2.0g/cmの範囲に設定する。より望ましくは、1.6〜1.8g/cmの範囲に設定すると、セパレータに組み込んだ際に、締付圧力が3〜7kg/cmの低圧力で十分な気密性を得ることができる。 A sheet-shaped preformed sheet is produced from the kneaded product using a roll press or a batch press. This is further thinned to a predetermined thickness to produce a graphite sheet having the required thickness accuracy. The density of the sheet thus produced is set in the range of 1.2 to 2.0 g / cm 3 . More desirably, is set to a range of 1.6~1.8g / cm 3, when incorporated into the separator, clamping pressure can be obtained a sufficient air-tightness at a low pressure of 3~7kg / cm 3 .

このようにして、MEAの電極層が3〜7kg/cmの範囲で圧縮されたときの厚さが、本発明のガスケットの厚さがほぼ同じになるように初期厚さを決めると、平坦なセパレータ上にMEAとガスケットを設置することができる。その結果、セパレータ上にガスケットの設置部分に段差や凸部を設ける必要がなくなり、セパレータ構造の複雑化あるいは成形不良を回避することができる。 In this way, when the MEA electrode layer is compressed in the range of 3 to 7 kg / cm 2 , the initial thickness is determined so that the thickness of the gasket of the present invention is substantially the same. MEA and a gasket can be installed on a simple separator. As a result, there is no need to provide a step or a convex portion on the separator where the gasket is installed, and the separator structure can be complicated or molding defects can be avoided.

また、黒鉛シートの密度を1.2〜1.6g/cmとしたときには、上記の圧力範囲を更に低くすることが可能となる。電解質膜の強度が比較的弱い場合に有効である。 Further, when the density of the graphite sheet is set to 1.2 to 1.6 g / cm 3 , the pressure range can be further reduced. This is effective when the strength of the electrolyte membrane is relatively weak.

逆に、黒鉛シートの密度を1.8g/cm以上にした場合、電解質膜等に樹脂補強を行なえば、電解質膜の機械的強度を増しつつ、低荷重の締付を実現することができる。樹脂補強をした実施態様については、後述する。 On the other hand, when the density of the graphite sheet is 1.8 g / cm 3 or more, if the resin membrane is reinforced with resin, the mechanical strength of the electrolyte membrane can be increased and low load tightening can be realized. . An embodiment with resin reinforcement will be described later.

上記の黒鉛と樹脂との混合法によれば、ガスケット成形前に樹脂が一種のバインダとして機能する。その結果、ガスケットの厚さが1mm以下になっても、ガスケットが破損することがない。本発明の方法は、厚さが1mm以下、特に0.5mm以下の薄型ガスケットの製造に適している。   According to the above-mentioned mixing method of graphite and resin, the resin functions as a kind of binder before molding the gasket. As a result, even if the thickness of the gasket is 1 mm or less, the gasket is not damaged. The method of the present invention is suitable for manufacturing a thin gasket having a thickness of 1 mm or less, particularly 0.5 mm or less.

これに対し、黒鉛成形体(樹脂を含まないシート状の成形体)を予め製作した後に、そのシートに樹脂を含浸する方法を採ると、黒鉛表面近傍での樹脂濃度は高くなるが、内部への樹脂の浸透が遅いため、黒鉛内部と表面近傍の間に濃度差が生じやすかった。特に、樹脂が表面に偏析すると、硬化した樹脂層とセパレータとの密着性が悪化する問題があった。   On the other hand, if a method of impregnating the sheet with a resin after pre-manufacturing a graphite molded body (sheet-shaped molded body not containing a resin), the resin concentration in the vicinity of the graphite surface increases. Because of the slow penetration of the resin, a concentration difference was likely to occur between the graphite interior and the vicinity of the surface. In particular, when the resin segregates on the surface, there is a problem that the adhesiveness between the cured resin layer and the separator deteriorates.

本発明の混合法によれば、表面およびバルクにおいて樹脂がほぼ均一に分散されるので、密着性の問題を回避することができる。さらに、成形時の圧力を制御すれば、黒鉛シートの密度を調整することは容易であるので、ガスケットとして必要な弾性を得ることができる。   According to the mixing method of the present invention, since the resin is dispersed almost uniformly on the surface and in the bulk, the problem of adhesion can be avoided. Furthermore, if the pressure at the time of forming is controlled, it is easy to adjust the density of the graphite sheet, so that the elasticity necessary for the gasket can be obtained.

一方、含浸法により黒鉛成形体の微細孔に樹脂を充填すると、樹脂の硬化後には黒鉛成形体の厚さ方向に硬い柱状構造が形成される。この構造体はガスの通路を閉塞し、気密性を得るのには適している。   On the other hand, when the resin is filled into the fine pores of the graphite molded body by the impregnation method, a hard columnar structure is formed in the thickness direction of the graphite molded body after the resin is cured. This structure is suitable for closing the gas passage and obtaining airtightness.

しかし、その柱状構造がガスケットに印加される圧縮力に反発し、一種の梁のような作用をする。その結果、ガスケットとして本来備えるべき弾性が不十分となる。   However, the columnar structure repels the compressive force applied to the gasket and acts like a kind of beam. As a result, the elasticity that should originally be provided as a gasket is insufficient.

セパレータの表面の凹凸は通常50μm程度なので、ガスケットに圧縮力を加えたときに、少なくとも50μmの変位量が必要である。この要求に対し、含浸法では、ガスケット厚み方向での伸縮する性質(いわゆる弾性)が不十分であり、セパレータとガスケットとの密着性に問題があった。   Since the unevenness on the surface of the separator is usually about 50 μm, a displacement amount of at least 50 μm is required when a compressive force is applied to the gasket. In response to this requirement, the impregnation method has insufficient properties to expand and contract in the thickness direction of the gasket (so-called elasticity), and there is a problem in the adhesion between the separator and the gasket.

また、黒鉛成形体の細孔容積全体に樹脂が充填されないように、樹脂の添加量を調整することも考えられる。これが実現できれば、梁のような強度を減少させることができるように思われる。   It is also conceivable to adjust the amount of resin added so that the resin does not fill the entire pore volume of the graphite compact. If this can be realized, it seems that the strength of the beam can be reduced.

しかし、樹脂は黒鉛成形体の表面にある細孔から徐々に充填されていくので、表面の樹脂量は多く、内部では少なくなる。その結果、ガスケットの表面は硬く、内部は柔らかくなってしまう。このようなガスケット表面での硬化現象も、セパレータとガスケットとの密着性を阻害する要因である。さらに、ガスケット内部での樹脂量の減少は、ガスケット内部の強度を損ない、ガスケット全体の強度を低下させる。   However, since the resin is gradually filled from the pores on the surface of the graphite molded body, the amount of the resin on the surface is large and decreases inside. As a result, the surface of the gasket is hard and the inside is soft. Such a curing phenomenon on the gasket surface is also a factor that hinders the adhesion between the separator and the gasket. Furthermore, a decrease in the amount of resin inside the gasket impairs the strength inside the gasket and lowers the strength of the entire gasket.

これに対し、本発明の混合法によれば、粒状または塊状の樹脂を黒鉛粉末と混合するので、樹脂粒子同士が一体となって強く連結されていない。そのため、樹脂がガスケット内部で梁のような反発性を示さず、ガスケット全体において黒鉛粒子が厚み方向に伸縮する性質を示すようになる。この特性によって、ガスケット表面も微小に変形し、セパレータ表面に密着し、ガスのリークを防止することができる。   On the other hand, according to the mixing method of the present invention, since the granular or lump resin is mixed with the graphite powder, the resin particles are not strongly connected together. For this reason, the resin does not exhibit resilience like a beam inside the gasket, and the graphite particles expand and contract in the thickness direction throughout the gasket. Due to this characteristic, the gasket surface is also deformed minutely and adheres closely to the separator surface, thereby preventing gas leakage.

本発明のガスケット408(黒鉛シート)は、金型で打ち抜けば、任意の形状にすることができる。図4はその具体例の一つである。   The gasket 408 (graphite sheet) of the present invention can be formed into an arbitrary shape by punching with a mold. FIG. 4 shows one specific example.

密度を調整した黒鉛シートの熱膨張係数(線膨張係数)は0.1%/℃未満であり、通常は0.02〜0.05%/℃である。従来のゴムと比較すると、100℃以下の環境温度においてフッ素ゴムは2%程度あるので、本発明のガスケットが熱膨張しにくい特性を有していることがわかる。この優れた低熱膨張性により、図3に示した断面構造にて、燃料電池の発熱による変形と内部リークを防止することができる。   The thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the graphite sheet with adjusted density is less than 0.1% / ° C., and usually 0.02 to 0.05% / ° C. Compared with conventional rubber, fluororubber is about 2% at an environmental temperature of 100 ° C. or lower, and it can be seen that the gasket of the present invention has a characteristic that it is difficult to thermally expand. Due to this excellent low thermal expansibility, deformation and internal leakage due to heat generation of the fuel cell can be prevented in the cross-sectional structure shown in FIG.

黒鉛シート408には、中央に電極と流路が接するように開口部418が設けられている。また、燃料供給マニホールド410、燃料排出マニホールド411、酸化剤供給マニホールド412、酸化剤排出マニホールド413、冷却水供給マニホールド414、冷却水排出マニホールド415が、図2Aのセパレータとほぼ同じ位置に形成されている。   The graphite sheet 408 has an opening 418 at the center so that the electrode and the flow path are in contact with each other. Further, the fuel supply manifold 410, the fuel discharge manifold 411, the oxidant supply manifold 412, the oxidant discharge manifold 413, the cooling water supply manifold 414, and the cooling water discharge manifold 415 are formed at substantially the same position as the separator of FIG. 2A. .

本発明による第二の実施例は、シールとセパレータとの接触面に絶縁層を形成したものである。その構成を図5に示した。   In the second embodiment of the present invention, an insulating layer is formed on the contact surface between the seal and the separator. The configuration is shown in FIG.

図1と同様に、燃料流路505は、燃料側セパレータ504とアノード501との間に形成されている。一方、酸化剤流路507を有する酸化剤側セパレータ506がカソード502と対向している。アノード501およびカソード502は電解質膜503に保持されている。   As in FIG. 1, the fuel flow path 505 is formed between the fuel side separator 504 and the anode 501. On the other hand, an oxidant side separator 506 having an oxidant flow path 507 faces the cathode 502. The anode 501 and the cathode 502 are held by the electrolyte membrane 503.

本発明のアノード側ガスケット508およびカソード側ガスケット509は、図4に示した形状の黒鉛シートと、後述の樹脂製の絶縁層519とで形成されている。黒鉛シートの厚さは150μm(公差±30μm)、密度は1.7g/cmとした。 The anode side gasket 508 and the cathode side gasket 509 of the present invention are formed of a graphite sheet having the shape shown in FIG. 4 and a resin insulating layer 519 described later. The thickness of the graphite sheet was 150 μm (tolerance ± 30 μm), and the density was 1.7 g / cm 3 .

この黒鉛シートの片面にエポキシ樹脂をディスペンサーで塗布し、燃料流路505を有するセパレータ504および酸化剤流路507を有するセパレータ506に圧着して硬化させ、アノード側ガスケット508およびカソード側ガスケット509を形成した。ディスペンサーによるエポキシ樹脂は硬化時の荷重が1kg/cmにて50μmになるように、添加量を調整した。硬化時の荷重は、2枚の金属平板の上に、アノード側ガスケット508またはカソード側ガスケット509を接着させたセパレータ504または506を挟みこんで、ホットプレス機により制御した。硬化温度は100℃、硬化時間2時間として、大気中で行なった。これにより、極薄の絶縁層519が形成された。 An epoxy resin is applied to one side of the graphite sheet with a dispenser, and is pressed and cured to a separator 504 having a fuel flow path 505 and a separator 506 having an oxidant flow path 507 to form an anode side gasket 508 and a cathode side gasket 509. did. The addition amount of the epoxy resin by the dispenser was adjusted so that the load upon curing was 50 μm at 1 kg / cm 3 . The load at the time of curing was controlled by a hot press machine by sandwiching a separator 504 or 506 with an anode side gasket 508 or a cathode side gasket 509 bonded on two metal flat plates. The curing temperature was 100 ° C. and the curing time was 2 hours. As a result, an extremely thin insulating layer 519 was formed.

MEA(アノード501、電解質膜503およびカソード502を含む)の電解質503の部分に黒鉛ガスケットの面が接するように、図5の構成のセルを組み立てた。セパレータ504および506の平均締付荷重は、7kg/cmとした。 The cell having the configuration shown in FIG. 5 was assembled so that the surface of the graphite gasket was in contact with the electrolyte 503 portion of the MEA (including the anode 501, the electrolyte membrane 503, and the cathode 502). The average tightening load of the separators 504 and 506 was 7 kg / cm 3 .

さらに、セパレータ504および506の外側には、2枚の集電板をそれぞれ配置させた。これらの集電板と端板の間にはPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などの絶縁性樹脂板を挿入し、両端の端板にボルトを通してから端板の外側からバネで締め付けた。   Further, two current collector plates were arranged outside the separators 504 and 506, respectively. Insulating resin plates such as PTFE (polytetrafluoroethylene) were inserted between the current collector plates and the end plates, and bolts were passed through the end plates at both ends and tightened with springs from the outside of the end plates.

本実施例の単セルの気密性を計測するために、燃料、酸化剤および冷却水の配管コネクタから大気圧に対して50kPa相当のヘリウムガスを充填し、内部の圧力変化を圧力センサにて計測した。初期50kPaの圧力は10分後においても49.8kPaの高い圧力を保持し、外部へのリークがほとんど起こっていないことがわかった。   In order to measure the air tightness of the single cell of this embodiment, helium gas equivalent to 50 kPa with respect to atmospheric pressure is filled from the piping connector of fuel, oxidant and cooling water, and the internal pressure change is measured by the pressure sensor. did. The initial pressure of 50 kPa maintained a high pressure of 49.8 kPa even after 10 minutes, and it was found that there was almost no leakage to the outside.

また、燃料側にのみヘリウムガスを50kPa充填し、酸化剤側は大気開放にしたところ、燃料側の圧力は10分後において48.9kPaの高い気密性を保持していた。後述の図6の構成(実施例3)よりも、セパレータに本発明のガスケットを、直接、接着した方が、ガスケット608がセパレータにしっかり固定され、ずれが生じにくくなっていた。その結果、図3に示した隙間317ができにくくなり、内部リーク防止に有効になると考えられる。   Further, when 50 kPa of helium gas was charged only on the fuel side and the oxidant side was opened to the atmosphere, the pressure on the fuel side maintained high airtightness of 48.9 kPa after 10 minutes. Compared to the configuration of FIG. 6 (Example 3) described later, when the gasket of the present invention was directly bonded to the separator, the gasket 608 was firmly fixed to the separator, and displacement was less likely to occur. As a result, it is considered that the gap 317 shown in FIG.

その後、上記単セルに70℃の温水を循環させ、燃料には純水素、酸化剤に空気を供給し、発電試験と停止操作の繰り返しを行った。発電試験は、燃料利用率85%、酸化剤利用率55%、電流密度0.3A/cm、発電時間3時間とした。発電終了後に冷却水の入口温度を30℃とし、電池を急速に冷却した。その後、約1時間後に30℃になったことを確認した後に、冷却水入口温度を再び70℃に昇温させ、先の発電試験を再開した。このように、発電および冷却の繰り返しによるヒートサイクル試験を200回行なった。 Thereafter, hot water at 70 ° C. was circulated through the single cell, pure hydrogen was supplied as fuel, and air was supplied to the oxidant, and the power generation test and the stop operation were repeated. The power generation test was performed with a fuel utilization rate of 85%, an oxidant utilization rate of 55%, a current density of 0.3 A / cm 2 and a power generation time of 3 hours. After power generation, the cooling water inlet temperature was set to 30 ° C., and the battery was rapidly cooled. Thereafter, after confirming that the temperature became 30 ° C. after about 1 hour, the cooling water inlet temperature was again raised to 70 ° C., and the previous power generation test was resumed. Thus, the heat cycle test by repeating power generation and cooling was performed 200 times.

上述のヒートサイクル試験後に、再び気密試験を行った。その結果、燃料、酸化剤および冷却水の配管コネクタから大気圧に対して50kPa相当のヘリウムガスを充填し、内部の圧力変化を圧力センサにて計測した。初期50kPaの圧力は10分後においても49.5kPaの高い圧力を保持し、外部へのリークがほとんど起こっていないことがわかった。   After the above heat cycle test, an airtight test was performed again. As a result, helium gas equivalent to 50 kPa with respect to atmospheric pressure was filled from the piping connector of fuel, oxidant and cooling water, and the internal pressure change was measured with a pressure sensor. The initial pressure of 50 kPa maintained a high pressure of 49.5 kPa even after 10 minutes, and it was found that almost no leakage to the outside occurred.

また、燃料側にのみヘリウムガスを50kPa充填し、酸化剤側は大気開放にしたところ、燃料側の圧力は10分後において48.5kPaの高い気密性を保持していた。内部リーク抑制効果が極めて優れ、本発明が有効であることがわかる。   Further, when 50 kPa of helium gas was charged only on the fuel side and the oxidant side was opened to the atmosphere, the pressure on the fuel side maintained high airtightness of 48.5 kPa after 10 minutes. It can be seen that the internal leak suppression effect is extremely excellent and the present invention is effective.

なお、本実施例にて、絶縁層(接着層)にエポキシ樹脂を用いたが、燃料電池の作動温度にて形状が変化せず、耐水性、水素による耐還元性や酸素による耐酸化性などの化学的耐久性を有していれば、いかなる材料でも適用可能である。   In this example, an epoxy resin was used for the insulating layer (adhesive layer), but the shape did not change depending on the operating temperature of the fuel cell, water resistance, reduction resistance by hydrogen, oxidation resistance by oxygen, etc. Any material can be used as long as it has the chemical durability of

本発明による第三の実施例は、シールと電解質膜との接触面に絶縁層を形成したものである。その構成を図6に示した。   In the third embodiment of the present invention, an insulating layer is formed on the contact surface between the seal and the electrolyte membrane. The configuration is shown in FIG.

図1と同様に、燃料流路605は、燃料側セパレータ604とアノード601との間に形成されている。一方、酸化剤流路607を有する酸化剤側セパレータ606がカソード602と対向している。アノード601およびカソード602は電解質膜603に保持されている。   Similar to FIG. 1, the fuel flow path 605 is formed between the fuel-side separator 604 and the anode 601. On the other hand, an oxidant side separator 606 having an oxidant flow path 607 is opposed to the cathode 602. The anode 601 and the cathode 602 are held by the electrolyte membrane 603.

本実施例に用いた黒鉛ガスケットは、黒鉛シートと後述の粘着層(接着層とも呼ぶ)とを含む。黒鉛シート608、609は、図4に示した形状としたものを製作した。厚さは150μm(公差±30μm)、密度は1.7g/cmとした。 The graphite gasket used in this example includes a graphite sheet and an adhesive layer (also referred to as an adhesive layer) described later. Graphite sheets 608 and 609 having the shape shown in FIG. 4 were manufactured. The thickness was 150 μm (tolerance ± 30 μm), and the density was 1.7 g / cm 3 .

黒鉛シート608、609の片面にアクリル系粘着層を形成し、膜−電極接合体の電解質膜603および黒鉛シート608、609の外形位置を揃えた状態で両者を圧着させ、アクリル系接着層を電解質膜603に接着させた。必要に応じて、電解質膜の耐熱温度の範囲で加熱しても良い。例えば、フッ素系電解質膜の場合は80〜90℃の耐熱性を有する。この場合、剛性のある2枚の板の間にガスケットと電解質膜との積層体を収納し、剛性板の上下に荷重を印加した状態で、上述の温度範囲にて加熱処理をすることが可能である。加重は、剛性板にボルトを通し、バネによって荷重を調節することができる。本実施例の粘着層619は、厚さ50μmの2枚の金属製スペーサーをガスケット外周に設置し、2枚の剛性板に荷重をくわえて、50μmの厚さに制御した。   An acrylic adhesive layer is formed on one side of the graphite sheets 608 and 609, and both the electrolyte membrane 603 of the membrane-electrode assembly and the graphite sheets 608 and 609 are pressure-bonded together so that the acrylic adhesive layer is the electrolyte. The film 603 was adhered. As needed, you may heat in the range of the heat-resistant temperature of an electrolyte membrane. For example, a fluorine-based electrolyte membrane has a heat resistance of 80 to 90 ° C. In this case, the laminate of the gasket and the electrolyte membrane is accommodated between two rigid plates, and the heat treatment can be performed in the above temperature range in a state where a load is applied to the upper and lower portions of the rigid plate. . For the load, a bolt can be passed through the rigid plate, and the load can be adjusted by a spring. The adhesive layer 619 of this example was controlled to a thickness of 50 μm by installing two metal spacers with a thickness of 50 μm on the outer periphery of the gasket and adding a load to the two rigid plates.

電解質膜603の反対面にもガスケットが必要なので、上述と同様に、アクリル系接着層を形成したガスケットを電解質膜603に接着させる。   Since a gasket is also required on the opposite surface of the electrolyte membrane 603, a gasket on which an acrylic adhesive layer is formed is adhered to the electrolyte membrane 603 as described above.

ガスケットの接着は電解質膜603の片面ずつ行なっても良いし、2個のガスケットの間に膜−電極接合体を挿入し、一括で同時に行なってもよい。   The gasket may be bonded to each side of the electrolyte membrane 603, or a membrane-electrode assembly may be inserted between the two gaskets and may be performed simultaneously.

また、ガスケットの接着剤は、アクリル系に限定されず、燃料、酸化剤または水との反応もしくは溶解をしない材料であれば、いずれの材料でも接着剤として用いることができる。また、燃料電池の動作温度範囲において変質しない材料を用いることが必要である。燃料電池の作動温度にて形状が変化せず、耐水性、水素による耐還元性、酸素による耐酸化性などの化学的耐久性を有していれば、いかなる材料でも適用可能である。   Further, the gasket adhesive is not limited to acrylic, and any material that does not react or dissolve with fuel, oxidant, or water can be used as the adhesive. In addition, it is necessary to use a material that does not change in the operating temperature range of the fuel cell. Any material can be used as long as the shape does not change depending on the operating temperature of the fuel cell and has chemical durability such as water resistance, hydrogen reduction resistance, and oxygen oxidation resistance.

上述のように、2個のガスケットと膜−電極接合体(アノード601、電解質膜603、カソード602を含む)の積層体を、燃料流路605を形成したセパレータ604と酸化剤流路607を形成したセパレータ606との間に挿入し、図6に示す構成のセルを組み立てた。両セパレータの平均締付荷重は、7kg/cmとした。セパレータ604、606の外側には、2枚の集電板をそれぞれ配置させた。これらの集電板と端板との間には、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などの絶縁性樹脂板を挿入し、両端の端板にボルトを通してから端板の外側からバネで締め付けた。 As described above, a laminate of two gaskets and a membrane-electrode assembly (including an anode 601, an electrolyte membrane 603, and a cathode 602), a separator 604 in which a fuel channel 605 is formed, and an oxidant channel 607 are formed. The cell having the structure shown in FIG. 6 was assembled. The average tightening load of both separators was 7 kg / cm 3 . Two current collector plates were disposed outside the separators 604 and 606, respectively. Insulating resin plates such as PTFE (polytetrafluoroethylene) were inserted between the current collector plates and the end plates, and bolts were passed through the end plates at both ends, and then tightened with springs from the outside of the end plates.

このような単セルの気密性を計測したところ、燃料と酸化剤と冷却水の配管コネクタから大気圧に対し50kPa相当のヘリウムガスを充填し、内部の圧力変化を圧力センサにて計測した。初期50kPaの圧力は10分後においても49.6kPaの高い圧力を保持し、外部へのリークがほとんど起こっていないことがわかった。   When the airtightness of such a single cell was measured, helium gas equivalent to 50 kPa with respect to atmospheric pressure was filled from the piping connector of fuel, oxidant, and cooling water, and the internal pressure change was measured with a pressure sensor. The initial pressure of 50 kPa maintained a high pressure of 49.6 kPa even after 10 minutes, and it was found that there was almost no leakage to the outside.

また、燃料側にのみヘリウムガスを50kPa充填し、酸化剤側は大気開放にしたところ、燃料側の圧力は10分後において47.7kPaの高い気密性を保持していた。実施例2の場合よりも、若干内部リークが大きくなった結果であるが、実用上は全く問題がない。本発明の構成により、外部気密性のみならず、内部気密性も十分に確保できる。   Further, when 50 kPa of helium gas was charged only on the fuel side and the oxidant side was opened to the atmosphere, the pressure on the fuel side maintained high airtightness of 47.7 kPa after 10 minutes. Although the result is that the internal leak is slightly larger than in the case of Example 2, there is no problem in practical use. With the configuration of the present invention, not only the external airtightness but also the internal airtightness can be sufficiently secured.

その後、上記単セルに70℃の温水を循環させ、燃料には純水素、酸化剤に空気を供給し、発電試験と停止操作の繰り返しを行った。発電試験は、燃料利用率85%、酸化剤利用率55%、電流密度0.3A/cm、発電時間3時間とした。発電終了後に冷却水の入口温度を30℃とし、急速に電池を冷却した。その後、約1時間後に30℃になったことを確認した後に、冷却水入口温度を再び70℃に昇温し、先の発電試験を再開した。このように、発電と冷却の繰り返しによるヒートサイクル試験を200回行なった。 Thereafter, hot water at 70 ° C. was circulated through the single cell, pure hydrogen was supplied as fuel, and air was supplied to the oxidant, and the power generation test and the stop operation were repeated. In the power generation test, the fuel utilization rate was 85%, the oxidant utilization rate was 55%, the current density was 0.3 A / cm 2 , and the power generation time was 3 hours. After power generation, the cooling water inlet temperature was set to 30 ° C., and the battery was rapidly cooled. Then, after confirming that it became 30 degreeC after about 1 hour, the cooling water inlet temperature was heated up again to 70 degreeC, and the previous electric power generation test was restarted. Thus, the heat cycle test by repeating power generation and cooling was performed 200 times.

上述のヒートサイクル試験後に、再び気密試験を行った。その結果、燃料と酸化剤と冷却水の配管コネクタから大気圧に対し50kPa相当のヘリウムガスを充填し、内部の圧力変化を圧力センサにて計測した。初期50kPaの圧力は10分後においても49.4kPaの高い圧力を保持し、外部へのリークがほとんど起こっていないことがわかった。   After the above heat cycle test, an airtight test was performed again. As a result, helium gas equivalent to 50 kPa with respect to atmospheric pressure was filled from the piping connector of fuel, oxidant, and cooling water, and the internal pressure change was measured with a pressure sensor. The initial pressure of 50 kPa maintained a high pressure of 49.4 kPa even after 10 minutes, and it was found that almost no leakage to the outside occurred.

また、燃料側にのみヘリウムガスを50kPa充填し、酸化剤側は大気開放にしたところ、燃料側の圧力は10分後において47.6kPaの高い気密性を保持していた。内部リーク量はほとんど変化がなく、本発明が内部リーク抑制に効果があることが実証された。   Further, when 50 kPa of helium gas was filled only on the fuel side and the oxidizer side was opened to the atmosphere, the pressure on the fuel side maintained a high airtightness of 47.6 kPa after 10 minutes. The amount of internal leak hardly changed, and it was proved that the present invention is effective in suppressing internal leak.

本発明による第四の実施例は、ガスケットの内部に絶縁層719を設け、セパレータと電解質膜との接触面に絶縁層を設けない構成である。絶縁層719の両面に黒鉛シート708または709が接合されている。その構成を図7に示した。   The fourth embodiment of the present invention has a configuration in which an insulating layer 719 is provided inside the gasket, and no insulating layer is provided on the contact surface between the separator and the electrolyte membrane. Graphite sheets 708 or 709 are bonded to both surfaces of the insulating layer 719. The configuration is shown in FIG.

本実施例における絶縁層719は、厚さ50μmのポリイミド樹脂シートの両面に厚さ60μmの黒鉛ガスケットを接合したものである。接合は、ポリイミド樹脂シートの表面に極薄のエポキシ樹脂を塗布し、100℃の熱処理により、接着させた。ガスケットシート全体の平均厚さは200μm、ばらつきは±10μmであった。これを図4の形状に打ち抜いて、ガスケットを製作した。   The insulating layer 719 in this example is obtained by joining a graphite gasket having a thickness of 60 μm to both surfaces of a polyimide resin sheet having a thickness of 50 μm. For bonding, an extremely thin epoxy resin was applied to the surface of the polyimide resin sheet, and was bonded by heat treatment at 100 ° C. The average thickness of the entire gasket sheet was 200 μm, and the variation was ± 10 μm. This was punched into the shape of FIG. 4 to produce a gasket.

上述のように、2個のガスケットとMEA(アノード701、電解質膜703、カソード702からなる)の積層体を、燃料流路705を形成したセパレータ704と酸化剤流路707を形成したセパレータ706の間に挿入し、図7の構成のセルを組み立てた。両セパレータの平均締付荷重は、7kg/cmとした。さらに外側には、2枚の集電板をそれぞれ配置させた。これらの集電板と端板の間にはPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などの絶縁性樹脂板を挿入し、両端の端板にボルトを通してから端板の外側からバネで締め付けた。 As described above, the laminate of two gaskets and MEA (consisting of the anode 701, the electrolyte membrane 703, and the cathode 702) is combined with the separator 704 in which the fuel channel 705 is formed and the separator 706 in which the oxidant channel 707 is formed. The cell having the structure shown in FIG. 7 was assembled. The average tightening load of both separators was 7 kg / cm 3 . Further, two current collecting plates were arranged on the outside. Insulating resin plates such as PTFE (polytetrafluoroethylene) were inserted between the current collector plates and the end plates, and bolts were passed through the end plates at both ends and tightened with springs from the outside of the end plates.

このような単セルの気密性を計測したところ、燃料と酸化剤に大気圧に対し50kPa相当のヘリウムガスを充填し、内部の圧力変化を圧力センサにて計測した。初期50kPaの圧力は10分後においても49.5kPaの高い圧力を保持し、外部へのリークがほとんど起こっていないことがわかった。   When the airtightness of such a single cell was measured, helium gas equivalent to 50 kPa with respect to atmospheric pressure was filled in the fuel and the oxidant, and the internal pressure change was measured with a pressure sensor. The initial pressure of 50 kPa maintained a high pressure of 49.5 kPa even after 10 minutes, and it was found that almost no leakage to the outside occurred.

また、燃料側にのみヘリウムガスを50kPa充填し、酸化剤側は大気開放にしたところ、燃料側の圧力は10分後において47.5kPaの高い気密性を保持していた。実施例3の場合よりも、わずかに内部リークが大きくなった結果であるが、実用上は全く問題がない。本発明の構成により、外部気密性のみならず、内部気密性も十分に確保できる。   Further, when 50 kPa of helium gas was charged only on the fuel side and the oxidant side was opened to the atmosphere, the pressure on the fuel side maintained a high airtightness of 47.5 kPa after 10 minutes. Although the result is that the internal leak is slightly larger than in the case of Example 3, there is no problem in practical use. With the configuration of the present invention, not only the external airtightness but also the internal airtightness can be sufficiently secured.

その後、上記単セルに70℃の温水を循環させ、燃料には純水素、酸化剤に空気を供給し、発電試験と停止操作の繰り返しを行った。発電試験は、燃料利用率85%、酸化剤利用率55%、電流密度0.3A/cm、発電時間3時間とした。発電終了後に冷却水の入口温度を30℃とし、急速に電池を冷却した。その後、約1時間後に30℃になったことを確認した後に、冷却水入口温度を再び70℃に昇温し、先の発電試験を再開した。このように、発電と冷却の繰り返しによるヒートサイクル試験を200回行なった。 Thereafter, hot water at 70 ° C. was circulated through the single cell, pure hydrogen was supplied as fuel, and air was supplied to the oxidant, and the power generation test and the stop operation were repeated. In the power generation test, the fuel utilization rate was 85%, the oxidant utilization rate was 55%, the current density was 0.3 A / cm 2 , and the power generation time was 3 hours. After power generation, the cooling water inlet temperature was set to 30 ° C., and the battery was rapidly cooled. Then, after confirming that it became 30 degreeC after about 1 hour, the cooling water inlet temperature was heated up again to 70 degreeC, and the previous electric power generation test was restarted. Thus, the heat cycle test by repeating power generation and cooling was performed 200 times.

上述のヒートサイクル試験後に、再び気密試験を行った。その結果、燃料と酸化剤と冷却水の配管コネクタから大気圧に対して50kPa相当のヘリウムガスを充填し、内部の圧力変化を圧力センサにて計測した。初期50kPaの圧力は10分後においても49.2kPaの高い圧力を保持し、外部へのリークがほとんど起こっていないことがわかった。   After the above heat cycle test, an airtight test was performed again. As a result, helium gas equivalent to 50 kPa with respect to atmospheric pressure was filled from the piping connector of fuel, oxidant, and cooling water, and the internal pressure change was measured with a pressure sensor. The initial pressure of 50 kPa maintained a high pressure of 49.2 kPa even after 10 minutes, and it was found that almost no leakage to the outside occurred.

また、燃料側にのみヘリウムガスを50kPa充填し、酸化剤側は大気開放にしたところ、燃料側の圧力は10分後において47.2kPaの高い気密性を保持していた。内部リーク量はほとんど変化がなく、本発明が内部リーク抑制に効果があることが実証された。   Further, when 50 kPa of helium gas was charged only on the fuel side and the oxidant side was opened to the atmosphere, the pressure on the fuel side maintained high airtightness of 47.2 kPa after 10 minutes. The amount of internal leak hardly changed, and it was proved that the present invention is effective in suppressing internal leak.

次に、本発明のシールを用いてセルスタックへの適用例を図8に示す。内部リーク抑制効果の最も高かった図5のセパレータを複数個製作し、定格出力1kWの固体高分子形燃料電池スタックを製作した。   Next, an application example to a cell stack using the seal of the present invention is shown in FIG. A plurality of separators shown in FIG. 5 having the highest internal leak suppression effect were manufactured, and a polymer electrolyte fuel cell stack having a rated output of 1 kW was manufactured.

二枚の単セル用セパレータ804の間に、実施例4にて製作したガスケット805、MEAの電解質膜部分、ガスケット805の順に積層し、圧着させることによって、燃料や酸化剤の漏洩を防止している。   By laminating the gasket 805 manufactured in Example 4, the MEA electrolyte membrane portion, and the gasket 805 in this order between the two single-cell separators 804, the leakage of fuel and oxidant is prevented. Yes.

カソードは、触媒層とガス拡散層から構成される。触媒層は電解質膜802の表面に固定されている。これは、ガス拡散層に塗布したものであっても良い。触媒層は白金微粒子を黒鉛粉体に担持させた粉末と、電解質バインダとの混合物であることが一般的であるが、他の触媒を用いても良い。この触媒層の上にガス拡散層を設ける。   The cathode is composed of a catalyst layer and a gas diffusion layer. The catalyst layer is fixed to the surface of the electrolyte membrane 802. This may be applied to the gas diffusion layer. The catalyst layer is generally a mixture of a powder in which platinum fine particles are supported on graphite powder and an electrolyte binder, but other catalysts may be used. A gas diffusion layer is provided on the catalyst layer.

アノードも触媒層とガス拡散層から構成される。触媒層は、白金微粒子を黒鉛粉体に担持させ、あるいは、燃料酸化の過程で生じる一酸化炭素を酸化除去する機能を有するルニテウム等の助触媒と白金を合金にした微粒子を黒鉛粉体に担持させ、さらに電解質バインダで結合させたものである。他の触媒を用いても良い。この触媒層は、電解質膜の他方の面に固定された後、触媒層の上にガス拡散層を設ける。また、カソードまたはアノードの触媒層は、ガス拡散層に塗布したものであっても良い。   The anode is also composed of a catalyst layer and a gas diffusion layer. The catalyst layer supports platinum fine particles on graphite powder, or supports fine particles made of platinum alloyed with a promoter such as lutite that has the function of oxidizing and removing carbon monoxide generated during the process of fuel oxidation. And further bonded with an electrolyte binder. Other catalysts may be used. After this catalyst layer is fixed to the other surface of the electrolyte membrane, a gas diffusion layer is provided on the catalyst layer. The cathode or anode catalyst layer may be applied to the gas diffusion layer.

また、2セルごとに、冷却水流路を内部に有する冷却セル808を挿入した。これは、発電中に生じる熱を除去するためのものである。   Moreover, the cooling cell 808 which has a cooling water flow path inside was inserted for every two cells. This is for removing heat generated during power generation.

複数の単セル801を直列に接続し、両末端に集電板813、814を設置し、さらに絶縁板807を介して外側より端板809で締め付ける。端板が絶縁性の材料であれば、絶縁板807を省略することができる。締め付け部品として、ボルト816、ばね817、ナット818を用いる。なお、締め付け荷重は、MEAの電極面と本発明のガスケットに、それぞれ3〜7kg/cmの平均圧力になるように調整した。 A plurality of single cells 801 are connected in series, current collector plates 813 and 814 are installed at both ends, and are further tightened by an end plate 809 from the outside via an insulating plate 807. If the end plate is an insulating material, the insulating plate 807 can be omitted. Bolts 816, springs 817, and nuts 818 are used as fastening parts. The tightening load was adjusted so that the MEA electrode surface and the gasket of the present invention each had an average pressure of 3 to 7 kg / cm 2 .

なお、集電板813と端部セパレータとの間、および集電板814と端部セパレータとの間に、黒鉛板803を挿入している。これは、前記セパレータ上に冷却水流路を形成しているため、その冷却水が集電板813、814に直接、接触しないようにするものである。   Note that a graphite plate 803 is inserted between the current collector plate 813 and the end separator and between the current collector plate 814 and the end separator. This is to prevent the cooling water from directly contacting the current collector plates 813 and 814 because the cooling water flow path is formed on the separator.

燃料は、左側の端板809に設けた供給用コネクタ810から供給し、各単セル801を通過して、燃料がMEAのアノード上にて酸化された後に、反対の端板809に設けた排出用コネクタ822から排出される。ここで、燃料は、メタノール等の液体有機燃料を用いることができる。さらに、メタノール水溶液などの液体燃料を用いることも可能である。   The fuel is supplied from a supply connector 810 provided on the left end plate 809, passes through each single cell 801, and is discharged on the opposite end plate 809 after the fuel is oxidized on the anode of the MEA. It is discharged from the connector 822. Here, a liquid organic fuel such as methanol can be used as the fuel. Furthermore, it is possible to use a liquid fuel such as a methanol aqueous solution.

同様に、酸化剤は、図8に示す左側の端板809に設けた供給側コネクタ811から供給され、反対の端板809の排出側コネクタ823から排出される。空気は、電池の外部に設置した空気ブロアから配管を通じて供給した。   Similarly, the oxidizing agent is supplied from a supply-side connector 811 provided on the left end plate 809 shown in FIG. 8 and discharged from a discharge-side connector 823 of the opposite end plate 809. Air was supplied through piping from an air blower installed outside the battery.

冷却水は、端板809に設けた供給側コネクタ812から供給され、反対の端板809の排出側コネクタ824から排出される。ここから排出された冷却水は、熱交換器(図示省略)にて冷水により除熱され、再び配管コネクタ812に供給される。冷却水の循環にはポンプを用いた。   The cooling water is supplied from a supply-side connector 812 provided on the end plate 809 and discharged from a discharge-side connector 824 of the opposite end plate 809. The cooling water discharged from here is removed by cold water in a heat exchanger (not shown) and supplied again to the pipe connector 812. A pump was used to circulate the cooling water.

このような部品構成にて、25個の単セル801からなるセルスタックを製作した。このセルスタックの燃料、酸化剤および冷却水の配管コネクタから大気圧に対して50kPa相当のヘリウムガスを充填し、内部の圧力変化を圧力センサにより計測した。初期50kPaの圧力は10分後においても49.1kPaの高い圧力を保持し、外部へのリークがほとんど起こっていないことがわかった。   A cell stack composed of 25 single cells 801 was manufactured with such a component structure. The cell stack was filled with helium gas equivalent to 50 kPa with respect to atmospheric pressure from the pipe connector of fuel, oxidant and cooling water, and the internal pressure change was measured by a pressure sensor. The initial pressure of 50 kPa maintained a high pressure of 49.1 kPa even after 10 minutes, and it was found that almost no leakage to the outside occurred.

また、燃料側にのみヘリウムガスを50kPa充填し、酸化剤側は大気開放にしたところ、燃料側の圧力は10分後において47.0kPaの高い気密性を保持していた。また、逆に燃料側を大気開放とし、酸化剤側に50kPaのヘリウムガスを充填すると、酸化剤側の圧力は10分後に46.8kPaの高い気密性を保持していた。なお、いずれの試験においても、冷却水の配管は大気に対し開放した。   Further, when 50 kPa of helium gas was charged only on the fuel side and the oxidant side was opened to the atmosphere, the pressure on the fuel side maintained high airtightness of 47.0 kPa after 10 minutes. On the contrary, when the fuel side was opened to the atmosphere and helium gas of 50 kPa was filled on the oxidant side, the pressure on the oxidant side maintained high airtightness of 46.8 kPa after 10 minutes. In both tests, the cooling water piping was open to the atmosphere.

その後、このセルスタックに70℃の温水を循環させ、燃料には水素70%と二酸化炭素30%の混合ガスとし、酸化剤に空気を供給し、発電試験と停止操作の繰り返しを行った。燃料電池の集電板端子813、814は、ケーブル819を介してインバータ820(DC−DCコンバータでもよい。)に接続されている。ここで、負荷821に交流の電力を供給するようにした。   Thereafter, hot water at 70 ° C. was circulated through the cell stack, the fuel was a mixed gas of 70% hydrogen and 30% carbon dioxide, air was supplied to the oxidant, and the power generation test and the stop operation were repeated. The current collector plate terminals 813 and 814 of the fuel cell are connected to an inverter 820 (which may be a DC-DC converter) via a cable 819. Here, AC power is supplied to the load 821.

また、燃料電池の発電試験は、燃料利用率85%、酸化剤利用率55%、電流密度0.3A/cm、発電時間3時間とした。発電終了後に冷却水の入口温度を30℃とし、急速に電池を冷却した。その後、約1時間後に30℃になったことを確認した後に、冷却水入口温度を再び70℃に昇温させ、先の発電試験を再開した。このように、発電と冷却の繰り返しによるヒートサイクル試験を200回行なった。 In the power generation test of the fuel cell, the fuel utilization rate was 85%, the oxidant utilization rate was 55%, the current density was 0.3 A / cm 2 , and the power generation time was 3 hours. After power generation, the cooling water inlet temperature was set to 30 ° C., and the battery was rapidly cooled. Thereafter, after confirming that the temperature became 30 ° C. after about 1 hour, the cooling water inlet temperature was again raised to 70 ° C., and the previous power generation test was resumed. Thus, the heat cycle test by repeating power generation and cooling was performed 200 times.

上述のヒートサイクル試験後に、再び気密試験を行った。その結果、燃料と酸化剤と冷却水の配管コネクタからに大気圧に対し50kPa相当のヘリウムガスを充填し、内部の圧力変化を圧力センサにて計測した。初期50kPaの圧力は10分後においても48.9kPaの高い圧力を保持し、外部へのリーク量がほとんど増加していなかった。   After the above heat cycle test, an airtight test was performed again. As a result, helium gas equivalent to 50 kPa with respect to atmospheric pressure was filled from the pipe connector of fuel, oxidant, and cooling water, and the internal pressure change was measured with a pressure sensor. The initial pressure of 50 kPa maintained a high pressure of 48.9 kPa even after 10 minutes, and the amount of leakage to the outside hardly increased.

また、燃料側にのみヘリウムガスを50kPa充填し、酸化剤側は大気開放にしたところ、燃料側の圧力は10分後において46.7kPaの高い気密性を保持していた。内部リーク量はほとんど変化がなく、本発明が内部リーク抑制に効果があることが実証された。   Further, when 50 kPa of helium gas was charged only on the fuel side and the oxidizer side was opened to the atmosphere, the pressure on the fuel side maintained high airtightness of 46.7 kPa after 10 minutes. The amount of internal leak hardly changed, and it was proved that the present invention is effective in suppressing internal leak.

本発明のシール材料を用いると、そのリサイクルが可能となる副次的効果も得られる。例えば、図8のセルスタックに組み込まれたガスケットを回収し、粉砕、熱処理等により、カーボンを再利用することが可能である。カーボン自体は化学的に安定であり、実質的に劣化しないためである。用途としては、燃料電池用ガスケットとしての再利用の他に、導電性を有する各種モールド材料、伝熱材料などが考えられる。   When the sealing material of the present invention is used, a secondary effect that enables recycling is also obtained. For example, the gasket incorporated in the cell stack of FIG. 8 can be collected and carbon can be reused by pulverization, heat treatment, or the like. This is because carbon itself is chemically stable and does not substantially deteriorate. In addition to reuse as a fuel cell gasket, various mold materials having heat conductivity, heat transfer materials, and the like are conceivable.

従来のゴム材料を用いたガスケットでは、図2Aのマニホールド210の近傍(P−P断面の周囲部)上、対角位置にあるマニホールド211の近傍における流路上、およびセパレータ204の外縁部全体を覆うようにガスケットを製作する。そして、流路205とリブ206からなる中央の面の大部分は開口状態とし、アノードと流路とが対面するようになっている。   In the gasket using the conventional rubber material, the vicinity of the manifold 210 in FIG. 2A (periphery of the PP cross section), the flow path in the vicinity of the manifold 211 at the diagonal position, and the entire outer edge of the separator 204 are covered. Make a gasket as follows. And most of the central surface consisting of the flow path 205 and the rib 206 is in an open state so that the anode and the flow path face each other.

したがって、従来のゴム材料を用いた平板状のガスケットの場合、平板シートを製作した後に、この開口部およびマニホールド部分を打ち抜いて使用されることになる。このように打ち抜かれたゴム材料は、架橋処理が施され、化学的に変化しているため、再利用することは困難である。また、セルスタックに使用したものについても、使用後に再利用することも困難である。セパレータに凸状のガスケットを形成した場合も、セパレータからガスケットを回収することも困難で、それを再利用することも難しい。   Therefore, in the case of a flat gasket using a conventional rubber material, the opening and the manifold portion are punched out after the flat sheet is manufactured. The rubber material punched out in this way is subjected to a crosslinking treatment and is chemically changed, so that it is difficult to reuse. Also, it is difficult to reuse the cell stack used after use. Even when a convex gasket is formed on the separator, it is difficult to recover the gasket from the separator, and it is difficult to reuse it.

本発明によれば、従来の技術課題を解決しつつ、材料のリサイクルも可能になり、環境負荷の低減にも有効である。   According to the present invention, it is possible to recycle materials while solving the conventional technical problems, and it is effective in reducing the environmental load.

本発明による第五の実施例は、実施例3の粘着層619を、電解質膜603に予め接着させた樹脂製補強シートを介在させてから形成した構成である。   The fifth embodiment according to the present invention has a configuration in which the adhesive layer 619 of the embodiment 3 is formed after interposing a resin reinforcing sheet previously bonded to the electrolyte membrane 603.

樹脂製補強シートは、図6の粘着層619と電解質膜603の界面に形成した(図6では省略されている。)。樹脂製補強シートは、ポリイミド製フィルム(厚さ50μm)とし、極薄に塗布したエポキシ樹脂で接着させた。樹脂製補強シートは、MEA(膜−電極接合体)のアノード面とカソード面の両方に接着させた。   The resin reinforcing sheet was formed at the interface between the adhesive layer 619 and the electrolyte membrane 603 in FIG. 6 (omitted in FIG. 6). The resin reinforcing sheet was a polyimide film (thickness: 50 μm) and was adhered with an extremely thin epoxy resin. The resin reinforcing sheet was bonded to both the anode surface and the cathode surface of MEA (membrane-electrode assembly).

樹脂製補強シートの追加に伴い、黒鉛ガスケットの厚さは、150μm(公差±30μm)から100μm(公差±30μm)に変更した。密度は1.7g/cmとした。 With the addition of the resin reinforcing sheet, the thickness of the graphite gasket was changed from 150 μm (tolerance ± 30 μm) to 100 μm (tolerance ± 30 μm). The density was 1.7 g / cm 3 .

黒鉛シート608、609の両面にアクリル系粘着層を塗布し、MEAの樹脂製補強シートに接着させ、黒鉛ガスケット付きMEAを作製した。   An acrylic adhesive layer was applied to both surfaces of the graphite sheets 608 and 609 and adhered to a MEA resin reinforcing sheet to prepare an MEA with a graphite gasket.

これを、燃料流路605に形成したセパレータ604と酸化剤流路607を形成したセパレータ606との間に挿入し、図6に示す構成のセルを組み立てた。両セパレータの平均締付荷重は、7kg/cmとした。セパレータ604、606の外側には、2枚の集電板をそれぞれ配置させた。これらの集電板と端板との間には、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などの絶縁性樹脂板を挿入し、両端の端板にボルトを通した後、端板の外側からバネで締め付けた。 This was inserted between the separator 604 formed in the fuel flow path 605 and the separator 606 formed with the oxidant flow path 607 to assemble a cell having the configuration shown in FIG. The average tightening load of both separators was 7 kg / cm 3 . Two current collector plates were disposed outside the separators 604 and 606, respectively. Insert an insulating resin plate such as PTFE (polytetrafluoroethylene) between these current collector plates and end plates, pass bolts through the end plates on both ends, and tighten them with springs from the outside of the end plates It was.

実施例3と同様の手順により単セル全体の気密性を計測したところ、初期50kPaの圧力は10分後においても49.8kPaの高い圧力を保持し、外部へのリークがほとんど起こっていないことがわかった。   When the airtightness of the entire single cell was measured by the same procedure as in Example 3, the initial pressure of 50 kPa maintained a high pressure of 49.8 kPa even after 10 minutes, and there was almost no leakage to the outside. all right.

また、燃料側にのみヘリウムガスを50kPa充填し、酸化剤側は大気開放にしたところ、燃料側の圧力は10分後において49.5kPaの高い気密性を保持していた。実施例3の場合よりも内部気密性は良好であった。これは、電解質膜に接合した樹脂製補強膜が図3に示すガスケットの変形を効果的に防止できることを示唆している。   Further, when 50 kPa of helium gas was charged only on the fuel side and the oxidizer side was opened to the atmosphere, the pressure on the fuel side maintained high airtightness of 49.5 kPa after 10 minutes. The internal airtightness was better than in the case of Example 3. This suggests that the resin reinforcing membrane joined to the electrolyte membrane can effectively prevent the deformation of the gasket shown in FIG.

101:アノード、102:カソード、103:電解質膜、104:燃料側セパレータ、105:燃料流路、106:酸化剤側セパレータ、107:酸化剤流路、108:アノード側ガスケット、109:カソード側ガスケット、205:燃料流路、206:凸部(リブ)、210:燃料供給マニホールド、211:燃料排出マニホールド、212:酸化剤供給マニホールド、213:酸化剤排出マニホールド、214:冷却水供給マニホールド、215:冷却水排出マニホールド、304:燃料側セパレータ、305:燃料流路、306:凸部(リブ)、308:アノード側ガスケット、309:カソード側ガスケット、310:カソード側セパレータ、317:隙間、408:ガスケット、410:燃料供給マニホールド、411:燃料排出マニホールド、412:酸化剤供給マニホールド、413:酸化剤排出マニホールド、414:冷却水供給マニホールド、415:冷却水排出マニホールド、418:開口部、501:アノード、502:カソード、503:電解質膜、504:燃料側セパレータ、505:燃料流路、506:酸化剤側セパレータ、507:酸化剤流路、508:アノード側ガスケット、509:カソード側ガスケット、519:絶縁層、601:アノード、602:カソード、603:電解質膜、604:燃料側セパレータ、605:燃料流路、606:酸化剤側セパレータ、607:酸化剤流路、608:アノード側ガスケット、609:カソード側ガスケット、619:絶縁層、701:アノード、702:カソード、703:電解質膜、704:燃料側セパレータ、705:燃料流路、706:酸化剤側セパレータ、707:酸化剤流路、708:アノード側ガスケット、709:カソード側ガスケット、719:絶縁層、801:単セル、802:膜−電極接合体(MEA)、803:冷却水流路に対面する平板部品、804:単セル用セパレータ、805:ガスケット(シール)、807:絶縁板、808:冷却セル、809:端板、810:燃料配管用コネクタ、811:酸化剤配管用コネクタ、812:冷却水配管用コネクタ、813:集電板、814:集電板、816:ボルト、817:ばね、818:ナット、819:外部電力線、820:インバータ、821:外部に設置した負荷、822:燃料配管用コネクタ、823:酸化剤配管用コネクタ、824:冷却水配管用コネクタ。   101: anode, 102: cathode, 103: electrolyte membrane, 104: fuel side separator, 105: fuel flow path, 106: oxidant side separator, 107: oxidant flow path, 108: anode side gasket, 109: cathode side gasket 205: fuel flow path, 206: convex portion (rib), 210: fuel supply manifold, 211: fuel discharge manifold, 212: oxidant supply manifold, 213: oxidant discharge manifold, 214: cooling water supply manifold, 215: Cooling water discharge manifold, 304: fuel side separator, 305: fuel flow path, 306: convex portion (rib), 308: anode side gasket, 309: cathode side gasket, 310: cathode side separator, 317: gap, 408: gasket 410: Fuel supply manifold, 411: Fuel Outlet manifold, 412: Oxidant supply manifold, 413: Oxidant discharge manifold, 414: Cooling water supply manifold, 415: Cooling water discharge manifold, 418: Opening, 501: Anode, 502: Cathode, 503: Electrolyte membrane, 504 : Fuel side separator, 505: fuel flow path, 506: oxidant side separator, 507: oxidant flow path, 508: anode side gasket, 509: cathode side gasket, 519: insulating layer, 601: anode, 602: cathode, 603: Electrolyte membrane, 604: Fuel side separator, 605: Fuel channel, 606: Oxidant side separator, 607: Oxidant channel, 608: Anode side gasket, 609: Cathode side gasket, 619: Insulating layer, 701: Anode, 702: cathode, 703: electrolyte membrane, 704 Fuel side separator, 705: Fuel channel, 706: Oxidant side separator, 707: Oxidant channel, 708: Anode side gasket, 709: Cathode side gasket, 719: Insulating layer, 801: Single cell, 802: Membrane Electrode assembly (MEA), 803: flat plate component facing cooling water flow path, 804: separator for single cell, 805: gasket (seal), 807: insulating plate, 808: cooling cell, 809: end plate, 810: fuel Connector for piping, 811: Connector for oxidant piping, 812: Connector for cooling water piping, 813: Current collecting plate, 814: Current collecting plate, 816: Bolt, 817: Spring, 818: Nut, 819: External power line, 820 : Inverter, 821: Load installed outside, 822: Connector for fuel piping, 823: Connector for oxidant piping, 824: For cooling water piping connector.

Claims (9)

電解質膜とセパレータとの間のシールとして用いる燃料電池のガスケットにおいて、前記ガスケットが、黒鉛粒子と樹脂バインダとを混合した成形体で構成され、且つ、前記黒鉛粒子と前記樹脂バインダとが均質に分散された構成であり、前記ガスケットの内部に絶縁層を設けたことを特徴とする燃料電池用ガスケット。 In a fuel cell gasket used as a seal between an electrolyte membrane and a separator, the gasket is formed of a molded body in which graphite particles and a resin binder are mixed, and the graphite particles and the resin binder are uniformly dispersed. configurations der is, fuel cell gaskets, characterized in that provided inside the insulating layer of the gasket. 前記黒鉛粒子が膨張黒鉛粒子を含むことを特徴とする請求項1記載の燃料電池用ガスケット。   2. The fuel cell gasket according to claim 1, wherein the graphite particles include expanded graphite particles. 前記樹脂バインダが熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池用ガスケット。   The fuel cell gasket according to claim 1, wherein the resin binder contains a thermosetting resin. 前記燃料電池の前記セパレータに接触する接触部を有するガスケットであって、その接触部の一部に凸部を設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池用ガスケット。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the gasket has a contact portion that contacts the separator of the fuel cell, and a convex portion is provided at a part of the contact portion. Gasket. 燃料を流通させるアノード流路を有するセパレータと、酸化剤を供給するカソード流路を有するセパレータと、前記両セパレータの間に配置されたアノード/電解質膜/カソードで構成された膜−電極接合体とを有する燃料電池において、前記各セパレータと前記電解質膜との間に請求項1〜のいずれか一項に記載の燃料電池用ガスケットを介在させたことを特徴とする燃料電池。 A separator having an anode flow path for flowing fuel, a separator having a cathode flow path for supplying an oxidizing agent, and a membrane-electrode assembly composed of an anode / electrolyte membrane / cathode disposed between the two separators; A fuel cell comprising: a fuel cell gasket according to any one of claims 1 to 4 interposed between each separator and the electrolyte membrane. 前記ガスケットと前記各セパレータまたは前記電解質膜との接触部に絶縁層を設けたことを特徴とする請求項記載の燃料電池。 6. The fuel cell according to claim 5 , wherein an insulating layer is provided at a contact portion between the gasket and each separator or the electrolyte membrane. 前記絶縁層が、粘着性のある樹脂層を有することを特徴とする請求項記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 6 , wherein the insulating layer includes an adhesive resin layer. 前記ガスケットに接触する接触部を有する前記セパレータの少なくとも一つが、その接触部の一部に凸部を有することを特徴とする請求項のいずれか一項に記載の燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 5 to 7 , wherein at least one of the separators having a contact portion that contacts the gasket has a convex portion at a part of the contact portion. 請求項のいずれか一項に記載の燃料電池を複数個組み込んだことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system comprising a plurality of the fuel cells according to any one of claims 5 to 8 .
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