JP7022583B2 - Fuel cell and its manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、電解質膜およびセパレータに接着されるゴムガスケットを備える燃料電池セル、およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell including an electrolyte membrane and a rubber gasket adhered to a separator, and a method for manufacturing the same.

燃料電池は、多数のセルが積層されたスタック構造を呈している。セルは、電解質膜や電極を有する電極部材、それを挟持するセパレータ、および電極部材の周囲や隣り合うセパレータ間を封止するためのゴムガスケットを備えている。 The fuel cell has a stack structure in which a large number of cells are stacked. The cell includes an electrode member having an electrolyte membrane and an electrode, a separator sandwiching the electrode member, and a rubber gasket for sealing around the electrode member and between adjacent separators.

電極部材を封止するゴムガスケットは、電解質膜およびセパレータの両方に接着されている。接着方法としては、ゴムガスケット形成用のゴム組成物を相手部材に接触させた状態で加熱して、架橋するのと同時に接着する方法(熱架橋接着法)や、熱架橋して製造されたゴムガスケットと相手部材とを、接着剤で後接着する方法などが知られている(例えば、特許文献1、2参照)。 The rubber gasket that seals the electrode member is adhered to both the electrolyte membrane and the separator. As the bonding method, a method of heating a rubber composition for forming a rubber gasket in contact with a mating member and bonding the rubber at the same time as cross-linking (thermal cross-linking bonding method), or a rubber produced by heat-cross-linking. A method of post-bonding a gasket and a mating member with an adhesive or the like is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開2017-65042号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-65042 国際公開第2013/147020号International Publication No. 2013/147020

熱架橋接着法においては、原料のゴムに硫黄や有機過酸化物などの架橋剤を配合してゴム組成物を調製し、それを架橋剤が反応する温度まで加熱して架橋させる。セパレータの多くは金属製であるため、架橋接着の際にセパレータが高温に曝されても影響は少ない。しかし、電解質膜は高分子膜であるため、架橋接着の際に電解質膜が高温に曝されると、熱ダメージを受けやすく劣化するおそれがある。 In the thermal cross-linking bonding method, a cross-linking agent such as sulfur or an organic peroxide is mixed with the raw rubber to prepare a rubber composition, which is heated to a temperature at which the cross-linking agent reacts to cross-link. Since most of the separators are made of metal, there is little effect even if the separators are exposed to high temperatures during cross-linking and bonding. However, since the electrolyte membrane is a polymer membrane, if the electrolyte membrane is exposed to a high temperature during cross-linking and adhesion, it is susceptible to heat damage and may deteriorate.

また、電解質膜は、ガス圧の変動や外部からの振動などにより動いたり伸びたりする。このため、上記特許文献2に記載されているように、ゴムガスケットと電解質膜とを接着剤で接着する場合には、電解質膜に接する接着層に、電解質膜の動きや変形に追従できる程度の柔軟性が要求される。一方、セパレータに接する接着層には、それと同程度の柔軟性は要求されない。 In addition, the electrolyte membrane moves or stretches due to fluctuations in gas pressure or vibration from the outside. Therefore, as described in Patent Document 2, when the rubber gasket and the electrolyte membrane are adhered with an adhesive, the adhesive layer in contact with the electrolyte membrane can follow the movement and deformation of the electrolyte membrane. Flexibility is required. On the other hand, the adhesive layer in contact with the separator is not required to have the same degree of flexibility.

このように、燃料電池セルにおいては、接着対象部材に応じて、最適な接着方法や接着剤を選択することが望ましい。しかしながら、現状では、電解質膜に対してもセパレータに対しても同じ接着剤を使用しており、接着対象部材によって接着剤を使い分けてはいない。 As described above, in the fuel cell, it is desirable to select the optimum bonding method and adhesive according to the member to be bonded. However, at present, the same adhesive is used for both the electrolyte membrane and the separator, and the adhesive is not used properly depending on the member to be bonded.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、接着対象部材に応じた接着剤を用いることにより、電解質膜およびセパレータのいずれに対してもゴムガスケットの接着性が良好な燃料電池セル、およびその製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and by using an adhesive according to the member to be bonded, a fuel cell having good adhesiveness of a rubber gasket to both an electrolyte membrane and a separator. An object of the present invention is to provide a cell and a method for manufacturing the cell.

(1)上記課題を解決するため、本発明の燃料電池セルは、電解質膜と、セパレータと、該電解質膜および該セパレータの両方に接着され該電解質膜の周縁部を封止するゴムガスケットと、を備える燃料電池セルであって、該ゴムガスケットと該セパレータとの間には、第一接着層が配置され、該ゴムガスケットと該電解質膜との間には、該ゴムガスケット側から順にシランカップリング剤層と、該第一接着層とは異なる第二接着層と、が配置されることを特徴とする。 (1) In order to solve the above problems, the fuel cell of the present invention includes an electrolyte membrane, a separator, and a rubber gasket that is adhered to both the electrolyte membrane and the separator and seals the peripheral portion of the electrolyte membrane. A first adhesive layer is arranged between the rubber gasket and the separator, and a silane cup is placed between the rubber gasket and the electrolyte membrane in order from the rubber gasket side. It is characterized in that a ring agent layer and a second adhesive layer different from the first adhesive layer are arranged.

(2)上記課題を解決するため、本発明の燃料電池セルの製造方法は、電解質膜と、セパレータと、該電解質膜および該セパレータの両方に接着され該電解質膜の周縁部を封止するゴムガスケットと、を備える燃料電池セルの製造方法であって、該ゴムガスケットと該セパレータとを第一接着剤により接着するセパレータ接着工程と、該ゴムガスケットと該電解質膜とを、シランカップリング剤を該ゴムガスケット側に配置して、該シランカップリング剤、および該第一接着層とは異なる第二接着剤により接着する電解質膜接着工程と、を有することを特徴とする。 (2) In order to solve the above problems, the method for manufacturing a fuel cell of the present invention comprises an electrolyte membrane, a separator, and a rubber that is adhered to both the electrolyte membrane and the separator and seals the peripheral edge of the electrolyte membrane. A method for manufacturing a fuel cell cell including a gasket, wherein a separator bonding step of bonding the rubber gasket and the separator with a first adhesive, and a silane coupling agent of the rubber gasket and the electrolyte film are used. It is characterized by having an electrolyte film bonding step of arranging on the rubber gasket side and bonding with the silane coupling agent and a second adhesive different from the first adhesive layer.

(1)本発明の燃料電池セルにおいては、ゴムガスケットとセパレータとの間、ゴムガスケットと電解質膜との間に、各々異なる接着層が配置される。すなわち、セパレータと電解質膜とは、異なる接着剤によりゴムガスケットに接着されている。これにより、セパレータおよび電解質膜(以下、まとめて「相手部材」という場合がある)の特性や、各々に要求される特性を考慮して、相手部材に応じて最適な接着剤を選択することができ、従来のように同じ接着剤を用いることによる問題を解消することができる。例えば、電解質膜に対してのみ、反応温度が低い接着剤を用いることにより、熱ダメージによる電解質膜の劣化を抑制することができる。また、電解質膜に対してのみ、柔軟な接着剤を用いることにより、電解質膜に対する追従性を向上させることができる。 (1) In the fuel cell of the present invention, different adhesive layers are arranged between the rubber gasket and the separator, and between the rubber gasket and the electrolyte membrane. That is, the separator and the electrolyte membrane are adhered to the rubber gasket with different adhesives. As a result, the optimum adhesive can be selected according to the mating member in consideration of the characteristics of the separator and the electrolyte membrane (hereinafter, may be collectively referred to as "mating member") and the characteristics required for each. It is possible to solve the problem caused by using the same adhesive as in the conventional case. For example, by using an adhesive having a low reaction temperature only for the electrolyte membrane, deterioration of the electrolyte membrane due to heat damage can be suppressed. Further, by using a flexible adhesive only for the electrolyte membrane, it is possible to improve the followability to the electrolyte membrane.

本発明の燃料電池セルにおいては、ゴムガスケットと電解質膜との間に、シランカップリング剤層と第二接着層とが配置される。すなわち、ゴムガスケットと電解質膜とは、二種類の接着剤を用いて接着される。ゴムガスケット側にシランカップリング剤層を配置することにより、ゴムガスケットと第二接着層との接着強度が高まり、ゴムガスケットと電解質膜との接着性を向上させることができる。よって、シランカップリング剤層、第二接着層のいずれか一方では充分な接着力を得られなくても、二層を積層することにより、所望の接着性を確保することができる。例えば、接着剤の中には、150℃程度の高温に加熱しないと化学反応が進行しにくく充分な接着力が発揮されないものがある。しかし、シランカップリング剤層および第二接着層の二層を積層することにより、高温下で処理しなくても、所望の接着性を確保することが可能になる。この態様は、電解質膜が高温に曝されずに済むため、電解質膜の劣化を抑制するのに有効である。 In the fuel cell of the present invention, a silane coupling agent layer and a second adhesive layer are arranged between the rubber gasket and the electrolyte membrane. That is, the rubber gasket and the electrolyte membrane are adhered using two kinds of adhesives. By arranging the silane coupling agent layer on the rubber gasket side, the adhesive strength between the rubber gasket and the second adhesive layer is increased, and the adhesiveness between the rubber gasket and the electrolyte film can be improved. Therefore, even if sufficient adhesive strength cannot be obtained from either the silane coupling agent layer or the second adhesive layer, the desired adhesiveness can be ensured by laminating the two layers. For example, some adhesives do not easily undergo a chemical reaction and do not exhibit sufficient adhesive force unless they are heated to a high temperature of about 150 ° C. However, by laminating the two layers of the silane coupling agent layer and the second adhesive layer, it is possible to secure the desired adhesiveness without treatment at a high temperature. This aspect is effective in suppressing deterioration of the electrolyte membrane because the electrolyte membrane does not need to be exposed to a high temperature.

(2)本発明の燃料電池セルの製造方法においては、セパレータと電解質膜とを、異なる接着剤によりゴムガスケットに接着する。これにより、セパレータおよび電解質膜の特性や、各々に要求される特性を考慮して、相手部材に応じて最適な接着剤を選択することができ、従来のように同じ接着剤を用いることによる問題を解消することができる。例えば、電解質膜に対してのみ、反応温度が低い接着剤を用いることにより、熱ダメージによる電解質膜の劣化を抑制することができる。また、電解質膜に対してのみ、柔軟な接着剤を用いることにより、電解質膜に対する追従性を向上させることができる。 (2) In the method for manufacturing a fuel cell of the present invention, the separator and the electrolyte membrane are bonded to the rubber gasket with different adhesives. This makes it possible to select the optimum adhesive according to the mating member in consideration of the characteristics of the separator and the electrolyte membrane and the characteristics required for each, and the problem of using the same adhesive as in the past. Can be resolved. For example, by using an adhesive having a low reaction temperature only for the electrolyte membrane, deterioration of the electrolyte membrane due to heat damage can be suppressed. Further, by using a flexible adhesive only for the electrolyte membrane, it is possible to improve the followability to the electrolyte membrane.

本発明の燃料電池セルの製造方法においては、ゴムガスケットと電解質膜とを、シランカップリング剤および第二接着剤の二種類の接着剤を用いて接着する。ゴムガスケット側にシランカップリング剤を配置することにより、ゴムガスケットと第二接着剤との接着強度が高まり、ゴムガスケットと電解質膜との接着性を向上させることができる。よって、シランカップリング剤、第二接着剤のいずれか一方では充分な接着力を得られない場合でも、これらの両方を用いることにより、所望の接着性を確保することができる。上述したように、150℃程度の高温に加熱しないと充分な接着力が発揮されない接着剤を用いた場合でも、シランカップリング剤および第二接着剤を併用することにより、高温下で処理しなくても、所望の接着性を確保することが可能になる。この場合、電解質膜が高温に曝されずに済むため、電解質膜の劣化を抑制するのに有効である。 In the method for manufacturing a fuel cell of the present invention, the rubber gasket and the electrolyte membrane are bonded to each other by using two kinds of adhesives, a silane coupling agent and a second adhesive. By arranging the silane coupling agent on the rubber gasket side, the adhesive strength between the rubber gasket and the second adhesive is increased, and the adhesiveness between the rubber gasket and the electrolyte film can be improved. Therefore, even if sufficient adhesive strength cannot be obtained with either the silane coupling agent or the second adhesive, the desired adhesiveness can be ensured by using both of them. As described above, even when an adhesive that does not exhibit sufficient adhesive strength unless heated to a high temperature of about 150 ° C. is used, it is not treated under high temperature by using a silane coupling agent and a second adhesive together. However, it is possible to secure the desired adhesiveness. In this case, since the electrolyte membrane is not exposed to high temperature, it is effective in suppressing the deterioration of the electrolyte membrane.

本発明の燃料電池セルの一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the fuel cell of this invention.

<燃料電池セル>
本発明の燃料電池セルにおいては、ゴムガスケットとセパレータとの間には、第一接着層が配置され、ゴムガスケットと電解質膜との間には、ゴムガスケット側から順にシランカップリング剤層と、第一接着層とは異なる第二接着層と、が配置される。
<Fuel cell>
In the fuel cell of the present invention, a first adhesive layer is arranged between the rubber gasket and the separator, and between the rubber gasket and the electrolyte membrane, a silane coupling agent layer and a silane coupling agent layer are arranged in order from the rubber gasket side. A second adhesive layer different from the first adhesive layer is arranged.

[ゴムガスケット]
ゴムガスケットは、電解質膜およびセパレータの両方に接着され電解質膜の周縁部を封止する。ゴムガスケットは、ゴムまたは熱可塑性エラストマー(ゴム成分)を含むゴム組成物から製造される。このうち、ゴムとしては、エチレン-プロピレン-ジエンゴム(EPDM)、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム(IIR)、エチレン-プロピレンゴム(EPM)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、水素添加アクリロニトリル-ブタジエンゴム(H-NBR)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)などが挙げられる。ゴム組成物は、ゴム成分の他に、架橋剤、架橋促進剤、加工助剤、軟化剤、補強材などを含んでいてもよい。
[Rubber gasket]
The rubber gasket is adhered to both the electrolyte membrane and the separator to seal the peripheral edge of the electrolyte membrane. The rubber gasket is manufactured from a rubber composition containing rubber or a thermoplastic elastomer (rubber component). Among these, as rubber, ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), silicone rubber, fluororubber, butyl rubber (IIR), ethylene-propylene rubber (EPM), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber ( H-NBR), styrene-butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR) and the like. In addition to the rubber component, the rubber composition may contain a cross-linking agent, a cross-linking accelerator, a processing aid, a softening agent, a reinforcing material, and the like.

ゴム組成物に架橋剤や架橋促進剤が配合されていると、反応時に分解し、その分解物がゴムガスケットの表面にブリードアウトする。また、架橋時に使用した金型に塗布された離型剤や、金型に堆積されている汚染物が、ゴムガスケットに転写する場合もある。このため、架橋後のゴムガスケットを接着剤を用いて相手部材に接着する従来の方法においては、接着前にゴムガスケットの表面を洗浄し、接着性に悪影響を及ぼす成分を除去していた。また、熱架橋する際には金型やオーブンなどが用いられ、前者では金型からの伝熱で、後者では空気などの雰囲気からの伝熱で、ゴム組成物に熱が加えられる。生産効率の向上を図るためには、架橋時間の短縮が有効であるが、熱架橋においては熱伝熱経路の熱伝導率に依存するため容易ではない。また、ゴム組成物に配合されている架橋剤などが分解することで、架橋時に独特の臭気が発生するという問題もあった。 If the rubber composition contains a cross-linking agent or a cross-linking accelerator, it decomposes during the reaction and the decomposed product bleeds out to the surface of the rubber gasket. In addition, the mold release agent applied to the mold used at the time of crosslinking and the contaminants deposited on the mold may be transferred to the rubber gasket. For this reason, in the conventional method of adhering the crosslinked rubber gasket to the mating member using an adhesive, the surface of the rubber gasket is cleaned before adhering to remove components that adversely affect the adhesiveness. Further, a mold or an oven is used for thermal cross-linking. In the former, heat is transferred from the mold, and in the latter, heat is transferred from an atmosphere such as air to apply heat to the rubber composition. In order to improve the production efficiency, it is effective to shorten the crosslinking time, but it is not easy in the thermal crosslinking because it depends on the thermal conductivity of the heat transfer path. Further, there is also a problem that a unique odor is generated at the time of cross-linking due to decomposition of the cross-linking agent or the like contained in the rubber composition.

したがって、熱架橋における種々の問題を解消するためには、ゴムガスケットは、活性エネルギー線の照射によりゴム組成物が架橋した架橋物であることが望ましい。活性エネルギー線を用いる場合、ゴム組成物に架橋剤などを配合する必要はなく、ゴム組成物を加熱する必要もない。したがって、接着前にゴムガスケットを洗浄する工程を省略することができ、架橋時に臭気が発生するという問題も解消される。また、活性エネルギー線を用いると、架橋時間が短くて済み、寸法変化が少ないという利点がある。 Therefore, in order to solve various problems in thermal cross-linking, it is desirable that the rubber gasket is a cross-linked product in which the rubber composition is cross-linked by irradiation with active energy rays. When the active energy ray is used, it is not necessary to add a cross-linking agent or the like to the rubber composition, and it is not necessary to heat the rubber composition. Therefore, the step of cleaning the rubber gasket before bonding can be omitted, and the problem that odor is generated at the time of crosslinking can be solved. Further, the use of active energy rays has the advantages that the cross-linking time is short and the dimensional change is small.

[セパレータ]
セパレータの材質、形状などは特に限定されない。一例として、ステンレス鋼、チタンなどの金属製で、矩形薄板状のセパレータが挙げられる。
[Separator]
The material and shape of the separator are not particularly limited. One example is a rectangular thin plate-shaped separator made of metal such as stainless steel or titanium.

[電解質膜]
電解質膜としては、全フッ素系スルホン酸膜、全フッ素系ホスホン酸膜、全フッ素系カルボン酸膜、炭化水素系膜などの高分子膜が挙げられる。電解質膜は、矩形薄膜状を呈しており、その両面に各々配置されるアノード触媒層およびカソード触媒層と共に、膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly:MEA)を構成する。アノード触媒層およびカソード触媒層は、例えば、白金を担持したカーボン粒子を含む。
[Electrolyte membrane]
Examples of the electrolyte membrane include polymer membranes such as all-fluorine-based sulfonic acid membranes, all-fluorine-based phosphonic acid membranes, all-fluorine-based carboxylic acid membranes, and hydrocarbon-based membranes. The electrolyte membrane has a rectangular thin film shape, and together with the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer arranged on both sides thereof, constitutes a membrane electrode assembly (MEA). The anode catalyst layer and the cathode catalyst layer include, for example, carbon particles carrying platinum.

[第一接着層]
第一接着層は、ゴムガスケットとセパレータとの間に配置される。第一接着層は、第一接着剤が硬化して形成された層である。第一接着剤は、ゴムガスケットとセパレータとを接着できれば、特に限定されない。例えば、ポリオレフィン系接着剤、塩素ゴム系接着剤、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリウレタン系接着剤、ニトリルゴム系接着剤、塩化ビニル系接着剤、酢酸ビニル系接着剤、ポリエステル系接着剤、フェノール系接着剤、シリコーン系接着剤などが挙げられる。なかでも、加熱により溶融し、接着対象部材との密着性を高めることができるという観点から、第一接着剤として、熱可塑性樹脂系接着剤を用いることが望ましい。接着性をより向上させるためには、酸変性された熱可塑性樹脂系接着剤を用いることが望ましい。以上より、第一接着層は、熱可塑性樹脂系接着剤からなる態様、さらには酸変性された熱可塑性樹脂系接着剤からなる態様が好適である。
[First adhesive layer]
The first adhesive layer is arranged between the rubber gasket and the separator. The first adhesive layer is a layer formed by curing the first adhesive. The first adhesive is not particularly limited as long as the rubber gasket and the separator can be adhered to each other. For example, polyolefin adhesives, chlorine rubber adhesives, acrylic adhesives, epoxy adhesives, polyurethane adhesives, nitrile rubber adhesives, vinyl chloride adhesives, vinyl acetate adhesives, polyester adhesives. , Phenolic adhesives, silicone adhesives and the like. Above all, it is desirable to use a thermoplastic resin-based adhesive as the first adhesive from the viewpoint that it can be melted by heating and the adhesion to the member to be bonded can be improved. In order to further improve the adhesiveness, it is desirable to use an acid-modified thermoplastic resin-based adhesive. From the above, it is preferable that the first adhesive layer is made of a thermoplastic resin-based adhesive, and further preferably an acid-modified thermoplastic resin-based adhesive.

[第二接着層]
第二接着層は、ゴムガスケットと電解質膜との間の電解質膜側に配置される。第二接着層は、第一接着剤とは異なる第二接着剤が硬化して形成された層である。第二接着剤は、電解質膜の材質に応じて適宜選択すればよく、イオン成分や金属成分が含まれていないものが望ましい。
[Second adhesive layer]
The second adhesive layer is arranged on the electrolyte membrane side between the rubber gasket and the electrolyte membrane. The second adhesive layer is a layer formed by curing a second adhesive different from the first adhesive. The second adhesive may be appropriately selected depending on the material of the electrolyte membrane, and it is desirable that the second adhesive does not contain an ionic component or a metal component.

上述したように、電解質膜は、ガス圧の変動や外部からの振動などにより動いたり伸びたりする。よって、第二接着層は、電解質膜の動きや変形に追従できるように柔軟であることが望ましい。このような観点から、第二接着層の弾性率は、第一接着層の弾性率よりも小さいことが望ましい。例えば、第二接着層の弾性率は、100MPa以下であると好適である。50MPa以下、さらには10MPa以下であるとより好適である。比較的弾性率が小さい第二接着剤としては、シリコーン樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤などが挙げられる。接着性をより向上させるためには、変性シリコーン樹脂系接着剤を用いることが望ましい。以上より、第二接着層は、シリコーン樹脂系接着剤またはアクリル樹脂系接着剤からなる態様、さらには変性シリコーン樹脂系接着剤からなる態様が好適である。また、第二接着剤が、比較的低温で硬化する接着剤であれば、熱ダメージによる電解質の劣化を抑制することができる。さらに、常温硬化型の接着剤であれば、接着時に加熱しなくて済むため、熱ダメージにより電解質膜が劣化するおそれはない。 As described above, the electrolyte membrane moves or stretches due to fluctuations in gas pressure, vibrations from the outside, and the like. Therefore, it is desirable that the second adhesive layer is flexible so as to be able to follow the movement and deformation of the electrolyte membrane. From this point of view, it is desirable that the elastic modulus of the second adhesive layer is smaller than the elastic modulus of the first adhesive layer. For example, the elastic modulus of the second adhesive layer is preferably 100 MPa or less. It is more preferable that it is 50 MPa or less, more preferably 10 MPa or less. Examples of the second adhesive having a relatively small elastic modulus include a silicone resin-based adhesive and an acrylic resin-based adhesive. In order to further improve the adhesiveness, it is desirable to use a modified silicone resin-based adhesive. From the above, it is preferable that the second adhesive layer is made of a silicone resin-based adhesive or an acrylic resin-based adhesive, and further is made of a modified silicone resin-based adhesive. Further, if the second adhesive is an adhesive that cures at a relatively low temperature, deterioration of the electrolyte due to heat damage can be suppressed. Further, if the adhesive is a room temperature curing type, it does not need to be heated at the time of bonding, so that there is no possibility that the electrolyte membrane is deteriorated due to heat damage.

[シランカップリング剤層]
シランカップリング剤層は、ゴムガスケットと電解質膜との間のゴムガスケット側に配置される。シランカップリング剤層は、ゴムガスケットに対する接着力を向上させる役割を果たす。
[Silane coupling agent layer]
The silane coupling agent layer is arranged on the rubber gasket side between the rubber gasket and the electrolyte membrane. The silane coupling agent layer serves to improve the adhesive force to the rubber gasket.

[燃料電池セルの構成例]
図1に、本発明の燃料電池セルの一実施形態の断面図を示す。図1に示すように、燃料電池セル1は、電極部材20と、セパレータ30a、30bと、ゴムガスケット40a、40bと、第一接着層50と、シランカップリング剤層51と、第二接着層52と、を備えている。
[Example of fuel cell configuration]
FIG. 1 shows a cross-sectional view of an embodiment of the fuel cell of the present invention. As shown in FIG. 1, the fuel cell 1 includes an electrode member 20, separators 30a and 30b, rubber gaskets 40a and 40b, a first adhesive layer 50, a silane coupling agent layer 51, and a second adhesive layer. 52 and.

電極部材20は、MEA21と、ガス拡散層22a、22bと、を有している。MEA21は、電解質膜23を有している。電解質膜23は、全フッ素系スルホン酸膜であり、矩形薄膜状を呈している。電解質膜23の上下両面には触媒層が配置されている。触媒層は、白金を担持したカーボン粒子を含んでいる。ガス拡散層22a、22bは、いずれも焼結発泡金属製であり、矩形薄板状を呈している。ガス拡散層22aは、MEA21の上面に積層され、ガス拡散層22bは、MEA21の下面に積層されている。 The electrode member 20 has a MEA 21 and gas diffusion layers 22a and 22b. The MEA 21 has an electrolyte membrane 23. The electrolyte membrane 23 is an all-fluorine-based sulfonic acid membrane and has a rectangular thin film shape. Catalyst layers are arranged on both the upper and lower surfaces of the electrolyte membrane 23. The catalyst layer contains carbon particles carrying platinum. Both the gas diffusion layers 22a and 22b are made of sintered foam metal and have a rectangular thin plate shape. The gas diffusion layer 22a is laminated on the upper surface of the MEA 21, and the gas diffusion layer 22b is laminated on the lower surface of the MEA 21.

セパレータ30a、30bは、いずれもチタン製であり、矩形薄板状を呈している。セパレータ30aは、ガス拡散層22aの上面に積層されている。セパレータ30bは、ガス拡散層22bの下面に積層されている。 The separators 30a and 30b are both made of titanium and have a rectangular thin plate shape. The separator 30a is laminated on the upper surface of the gas diffusion layer 22a. The separator 30b is laminated on the lower surface of the gas diffusion layer 22b.

ゴムガスケット40a、40bは、いずれもEPDMをゴム成分とするゴム組成物を電子線架橋した架橋物からなり、矩形枠状を呈している。第一接着層50は、ゴムガスケット40aとセパレータ30aとの間に配置されている。第一接着層50は、酸変性された熱可塑性樹脂系接着剤からなる。ゴムガスケット40aは、第一接着層50を介してセパレータ30aに接着されている。同様に、第一接着層50は、ゴムガスケット40bとセパレータ30bとの間に配置されている。ゴムガスケット40bは、第一接着層50を介してセパレータ30bに接着されている。 Both the rubber gaskets 40a and 40b are made of a crosslinked product obtained by electron beam cross-linking of a rubber composition containing EPDM as a rubber component, and have a rectangular frame shape. The first adhesive layer 50 is arranged between the rubber gasket 40a and the separator 30a. The first adhesive layer 50 is made of an acid-modified thermoplastic resin-based adhesive. The rubber gasket 40a is adhered to the separator 30a via the first adhesive layer 50. Similarly, the first adhesive layer 50 is arranged between the rubber gasket 40b and the separator 30b. The rubber gasket 40b is adhered to the separator 30b via the first adhesive layer 50.

シランカップリング剤層51および第二接着層52は、ゴムガスケット40aと電解質膜23との間に配置されている。シランカップリング剤層51は、ゴムガスケット40a側に配置されている。第二接着層52は、電解質膜23側に配置されている。第二接着層52は、変性シリコーン樹脂系接着剤からなる。ゴムガスケット40aは、シランカップリング剤層51および第二接着層52を介して電解質膜23に接着されている。同様に、シランカップリング剤層51および第二接着層52は、ゴムガスケット40bと電解質膜23との間に配置されている。シランカップリング剤層51は、ゴムガスケット40b側に配置されている。第二接着層52は、電解質膜23側に配置されている。ゴムガスケット40bは、シランカップリング剤層51および第二接着層52を介して電解質膜23に接着されている。このようにして、ゴムガスケット40a、40bは、電極部材20を外部から遮断して封止している。 The silane coupling agent layer 51 and the second adhesive layer 52 are arranged between the rubber gasket 40a and the electrolyte membrane 23. The silane coupling agent layer 51 is arranged on the rubber gasket 40a side. The second adhesive layer 52 is arranged on the side of the electrolyte membrane 23. The second adhesive layer 52 is made of a modified silicone resin-based adhesive. The rubber gasket 40a is adhered to the electrolyte membrane 23 via the silane coupling agent layer 51 and the second adhesive layer 52. Similarly, the silane coupling agent layer 51 and the second adhesive layer 52 are arranged between the rubber gasket 40b and the electrolyte membrane 23. The silane coupling agent layer 51 is arranged on the rubber gasket 40b side. The second adhesive layer 52 is arranged on the side of the electrolyte membrane 23. The rubber gasket 40b is adhered to the electrolyte membrane 23 via the silane coupling agent layer 51 and the second adhesive layer 52. In this way, the rubber gaskets 40a and 40b are sealed by blocking the electrode member 20 from the outside.

なお、本発明の燃料電池セルの構成は、本形態に限定されない。本形態においては、ゴムガスケットが上下に分割された二部材で構成されているが、ゴムガスケットは単一の部材でも構わない。また、本発明の燃料電池セルは、他の構成部材を有してもよい。例えば、ガス拡散層の積層方向両側に、多孔質材料からなるガス流路層を配置してもよい。 The configuration of the fuel cell of the present invention is not limited to this embodiment. In this embodiment, the rubber gasket is composed of two members divided into upper and lower parts, but the rubber gasket may be a single member. Further, the fuel cell of the present invention may have other components. For example, gas flow path layers made of a porous material may be arranged on both sides of the gas diffusion layer in the stacking direction.

<燃料電池セルの製造方法>
本発明の燃料電池セルの製造方法は、セパレータ接着工程と、電解質膜接着工程と、を有する。ここで、セパレータ接着工程と電解質膜接着工程とは、順不同であり、どちらを先に行っても、両工程を同時に行ってもよい。以下、各工程を説明する。
<Manufacturing method of fuel cell>
The method for manufacturing a fuel cell of the present invention includes a separator bonding step and an electrolyte membrane bonding step. Here, the separator bonding step and the electrolyte membrane bonding step are in no particular order, and either step may be performed first or both steps may be performed at the same time. Hereinafter, each step will be described.

[セパレータ接着工程]
本工程は、ゴムガスケットとセパレータとを第一接着剤により接着する工程である。ゴムガスケット、セパレータ、第一接着剤については、本発明の燃料電池セルの実施形態において述べたとおりである。第一接着剤は、ゴムガスケットおよびセパレータの少なくとも一方の接着面に配置すればよい。第一接着剤が液状の場合には、スプレー、ディスペンサーなどで塗布すればよい。第一接着剤がフィルム状などの固体の場合には、そのまま配置すればよい。ゴムガスケットとセパレータとの間に第一接着剤を介在させた状態で、所定の温度下および必要に応じて加圧して、接着させればよい。
[Separator bonding process]
This step is a step of adhering the rubber gasket and the separator with the first adhesive. The rubber gasket, the separator, and the first adhesive are as described in the embodiment of the fuel cell of the present invention. The first adhesive may be placed on at least one adhesive surface of the rubber gasket and the separator. If the first adhesive is liquid, it may be applied with a spray, dispenser, or the like. If the first adhesive is a solid such as a film, it may be placed as it is. With the first adhesive interposed between the rubber gasket and the separator, the adhesive may be adhered by applying pressure at a predetermined temperature and if necessary.

例えば、枠状のゴムガスケットにおけるセパレータとの接着面に第一接着剤を配置し、その上にセパレータを重ねた後、120~200℃程度の温度下で数秒~数十秒間加圧して接着することができる。この場合、第一接着剤を予熱して軟化させておくと、ゴムガスケットとのなじみが良くなり接着性の向上につながると共に、接着に要する時間を短縮することができる。 For example, the first adhesive is placed on the adhesive surface of the frame-shaped rubber gasket with the separator, the separator is placed on it, and then the adhesive is pressed and bonded at a temperature of about 120 to 200 ° C. for several seconds to several tens of seconds. be able to. In this case, if the first adhesive is preheated and softened, the compatibility with the rubber gasket is improved, the adhesiveness is improved, and the time required for adhesion can be shortened.

[電解質膜接着工程]
本工程は、ゴムガスケットと電解質膜とを、シランカップリング剤をゴムガスケット側に配置して、シランカップリング剤、および第一接着剤とは異なる第二接着剤により接着する工程である。ゴムガスケット、電解質膜、シランカップリング剤、および第二接着剤については、本発明の燃料電池セルの実施形態において述べたとおりである。電解質膜と接する第二接着層を柔軟にするという観点から、第二接着剤の弾性率は、第一接着剤の弾性率よりも小さいことが望ましい。
[Electrolyte membrane adhesion process]
This step is a step of arranging the silane coupling agent on the rubber gasket side and adhering the rubber gasket and the electrolyte film with a silane coupling agent and a second adhesive different from the first adhesive. The rubber gasket, the electrolyte membrane, the silane coupling agent, and the second adhesive are as described in the embodiment of the fuel cell of the present invention. From the viewpoint of softening the second adhesive layer in contact with the electrolyte membrane, it is desirable that the elastic modulus of the second adhesive is smaller than the elastic modulus of the first adhesive.

シランカップリング剤は、ゴムガスケットにおける電解質膜との接着面に、スプレー、ディスペンサーなどで塗布すればよい。第二接着剤は、シランカップリング剤に重ねて配置しても、電解質膜側に配置してもよい。第二接着剤が液状の場合には、スプレー、ディスペンサーなどで塗布すればよい。第二接着剤がフィルム状などの固体の場合には、そのまま配置すればよい。 The silane coupling agent may be applied to the adhesive surface of the rubber gasket with the electrolyte membrane by a spray, a dispenser or the like. The second adhesive may be placed on top of the silane coupling agent or may be placed on the electrolyte membrane side. If the second adhesive is liquid, it may be applied with a spray, dispenser, or the like. If the second adhesive is a solid such as a film, it may be placed as it is.

ゴムガスケットと電解質膜との間に、シランカップリング剤および第二接着剤をこの順で介在させた状態で、所定の温度下および必要に応じて加圧して、接着させればよい。電解質膜の熱ダメージを回避して劣化を抑制するという観点から、本工程の接着を50℃以下で行うことが望ましい。例えば、枠状のゴムガスケットにおける電解質膜との接着面にシランカップリング剤を塗布し、その上に第二接着剤を塗布した後、電解質膜を重ねて、室温下で数秒~数十秒間保持して接着するとよい。 A silane coupling agent and a second adhesive may be interposed between the rubber gasket and the electrolyte membrane in this order, and the adhesive may be adhered by applying pressure at a predetermined temperature and if necessary. From the viewpoint of avoiding thermal damage of the electrolyte membrane and suppressing deterioration, it is desirable to perform the adhesion in this step at 50 ° C. or lower. For example, a silane coupling agent is applied to the adhesive surface of the frame-shaped rubber gasket with the electrolyte membrane, a second adhesive is applied on the surface, and then the electrolyte membrane is overlapped and held at room temperature for several seconds to several tens of seconds. And glue it.

ゴムガスケットと電解質膜との接着を低温下で行うという点に着目すると、セパレータの接着に用いる接着剤との異同を問わず、燃料電池セルの製造方法を、ゴムガスケットと電解質膜との間に、該ゴムガスケット側からシランカップリング剤およびこれとは別の接着剤をこの順で配置して、該ゴムガスケットと該電解質膜とを50℃以下で接着する工程を有するように構成することができる。 Focusing on the fact that the rubber gasket and the electrolyte membrane are bonded at a low temperature, the method for manufacturing the fuel cell is to be applied between the rubber gasket and the electrolyte membrane, regardless of the difference between the adhesive used to bond the separator and the adhesive. A silane coupling agent and another adhesive may be arranged in this order from the rubber gasket side so as to have a step of adhering the rubber gasket and the electrolyte film at 50 ° C. or lower. can.

[ゴムガスケット製造工程]
上述したように、ゴムガスケットを熱架橋により製造する場合に生じる種々の問題を解消するためには、ゴムガスケットを、活性エネルギー線の照射により製造することが望ましい。例えば、本発明の燃料電池セルの製造方法を、セパレータ接着工程および電解質膜接着工程の前に、活性エネルギー線を照射することにより未架橋ゴム部材を架橋してゴムガスケットを製造するゴムガスケット製造工程を有するように構成することができる。
[Rubber gasket manufacturing process]
As described above, in order to solve various problems that occur when the rubber gasket is manufactured by thermal cross-linking, it is desirable to manufacture the rubber gasket by irradiation with active energy rays. For example, in the method for manufacturing a fuel cell of the present invention, a rubber gasket manufacturing step of cross-linking an uncrosslinked rubber member by irradiating an active energy ray before a separator bonding step and an electrolyte film bonding step to manufacture a rubber gasket. Can be configured to have.

未架橋ゴム部材は、ゴム組成物を成形した部材である。活性エネルギー線を用いる場合、ゴム組成物に架橋剤などを配合する必要はなく、ゴム組成物を加熱する必要もない。したがって、接着前にゴムガスケットを洗浄する工程を省略することができ、架橋時に臭気が発生するという問題も解消される。また、活性エネルギー線を用いると、架橋時間が短くて済み、寸法変化が少ないという利点がある。活性エネルギー線としては、電子線、紫外線などが挙げられる。 The uncrosslinked rubber member is a member obtained by molding a rubber composition. When the active energy ray is used, it is not necessary to add a cross-linking agent or the like to the rubber composition, and it is not necessary to heat the rubber composition. Therefore, the step of cleaning the rubber gasket before bonding can be omitted, and the problem that odor is generated at the time of crosslinking can be solved. Further, the use of active energy rays has the advantages that the cross-linking time is short and the dimensional change is small. Examples of the active energy ray include an electron beam and ultraviolet rays.

燃料電池セルの電解質膜、セパレータ、ゴムガスケットに用いられる材料でテストピースを製造し、部材間の接着性を評価した。 A test piece was manufactured from the materials used for the electrolyte membrane, separator, and rubber gasket of the fuel cell, and the adhesiveness between the members was evaluated.

<セパレータが接着されたテストピースの製造>
本発明の燃料電池セルの製造方法におけるセパレータ接着工程に従ってテストピースを製造した。まず、EPDM100質量部、カーボンブラック50質量部、パラフィン系プロセスオイル(出光興産(株)製「ダイアナ(登録商標)プロセスオイルPW380」)20質量部からなるゴム組成物を押出成形して、シート状の未架橋ゴム部材(厚さ1mm)を製造した。次に、未架橋ゴム部材に電子線を照射して(吸収線量200kGy)、架橋ゴムシートを製造した。続いて、架橋ゴムシートの一面に接着剤A(無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂フィルム(三井化学(株)製「アドマー(登録商標)NF518」、厚さ0.05mm)を載置した。それから、チタン製の薄板(厚さ0.1mm)を接着剤Aの上に重ねて、積層体を製造した。製造した積層体を、温度180℃に保持された一対の金属板で挟持して、面圧1MPaで加圧しながら10秒間保持した。その後、室温下で一日放置した。このようにして、架橋ゴムシートとチタン製の薄板とが接着されたテストピースを製造した。テストピースにおける接着面の大きさは、幅5mm、長さ40mmである。本実施例において、チタン製の薄板はセパレータに相当する。よって、以下においては、便宜上、チタン製の薄板をセパレータと称す。接着剤Aは第一接着剤の概念に含まれる。表1に、テストピースの構成を示す。

Figure 0007022583000001
<Manufacturing of test pieces with separators adhered>
A test piece was manufactured according to the separator bonding step in the method for manufacturing a fuel cell of the present invention. First, a rubber composition consisting of 100 parts by mass of EPDM, 50 parts by mass of carbon black, and 20 parts by mass of paraffin-based process oil (“Diana (registered trademark) process oil PW380” manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd.) is extruded into a sheet. The uncrosslinked rubber member (thickness 1 mm) was manufactured. Next, the uncrosslinked rubber member was irradiated with an electron beam (absorbed dose 200 kGy) to produce a crosslinked rubber sheet. Subsequently, Adhesive A (maleic anhydride-modified polyolefin resin film (“Admer (registered trademark) NF518” manufactured by Mitsui Chemicals, Inc., thickness 0.05 mm) was placed on one surface of the crosslinked rubber sheet), and then titanium. A thin plate (thickness 0.1 mm) made of the same material was laminated on the adhesive A to produce a laminated body. The manufactured laminated body was sandwiched between a pair of metal plates maintained at a temperature of 180 ° C., and the surface pressure was increased. It was held for 10 seconds while being pressurized at 1 MPa. Then, it was left at room temperature for one day. In this way, a test piece in which the crosslinked rubber sheet and the thin plate made of titanium were adhered was produced. The size is 5 mm in width and 40 mm in length. In this embodiment, the thin plate made of titanium corresponds to a separator. Therefore, in the following, for convenience, the thin plate made of titanium is referred to as a separator. The adhesive A is the first. (1) Included in the concept of adhesive. Table 1 shows the configuration of the test piece.
Figure 0007022583000001

<電解質膜が接着されたテストピースの製造>
[実施例1]
本発明の燃料電池セルの製造方法における電解質膜接着工程に従ってテストピースを製造した。まず、セパレータが接着されたテストピースを製造した時に用いた架橋ゴムシートを準備した。次に、架橋ゴムシートの一面にシランカップリング剤を塗布し、さらにその上にシランカップリング剤以外の接着剤を塗布して乾燥させた。続いて、電解質膜(全フッ素系スルホン酸膜、デュポン社製「Nafion」(登録商標)、厚さ20μm)を接着剤の上に重ねて、積層体を製造した。製造した積層体を、温度25℃に保持された一対の金属板で挟持して、面圧1MPaで加圧しながら10秒間保持した。その後、室温下で一日放置した。このようにして、架橋ゴムシートと電解質膜とが接着されたテストピースを製造した。テストピースにおける接着面の大きさは、幅10mm、長さ40mmである。本実施例で使用した後述の接着剤Bは、第二接着剤の概念に含まれる。
<Manufacturing of test pieces with electrolyte membrane adhered>
[Example 1]
A test piece was manufactured according to the electrolyte membrane bonding step in the method for manufacturing a fuel cell of the present invention. First, a crosslinked rubber sheet used when manufacturing a test piece to which a separator was adhered was prepared. Next, a silane coupling agent was applied to one surface of the crosslinked rubber sheet, and an adhesive other than the silane coupling agent was further applied thereto and dried. Subsequently, an electrolyte membrane (all-fluorine-based sulfonic acid membrane, "Nafion" manufactured by DuPont (registered trademark), thickness 20 μm) was layered on the adhesive to produce a laminate. The produced laminate was sandwiched between a pair of metal plates maintained at a temperature of 25 ° C. and held for 10 seconds while being pressurized at a surface pressure of 1 MPa. Then, it was left at room temperature for one day. In this way, a test piece in which the crosslinked rubber sheet and the electrolyte membrane were adhered was manufactured. The size of the adhesive surface in the test piece is 10 mm in width and 40 mm in length. The adhesive B described later used in this embodiment is included in the concept of the second adhesive.

[比較例1]
接着剤を全く使用しないで積層体を製造した点以外は、実施例1と同様にしてテストピースを製造した。
[Comparative Example 1]
The test piece was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the laminate was manufactured without using any adhesive.

[比較例2、3]
シランカップリング剤および接着剤のうちいずれか一方のみを使用して積層体を製造した点以外は、実施例1と同様にしてテストピースを製造した。
[Comparative Examples 2 and 3]
A test piece was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the laminate was manufactured using only one of the silane coupling agent and the adhesive.

[比較例4、5]
シランカップリング剤および接着剤のうちいずれか一方のみを使用して積層体を製造した点、および金属板の温度(接着温度)を150℃に変更した点以外は、実施例1と同様にしてテストピースを製造した。
[Comparative Examples 4 and 5]
The same as in Example 1 except that the laminate was manufactured using only one of the silane coupling agent and the adhesive, and the temperature (adhesion temperature) of the metal plate was changed to 150 ° C. Manufactured a test piece.

表2に、テストピースの構成を示す。使用したシランカップリング剤および接着剤は以下の通りである。
シランカップリング剤a:ロードファーイースト社製「ケムロック(登録商標)607」。
接着剤B:変性シリコーン樹脂系接着剤(セメダイン(株)製「スーパーX No.8008」)。

Figure 0007022583000002
Table 2 shows the configuration of the test piece. The silane coupling agents and adhesives used are as follows.
Silane coupling agent a: "Chemlock (registered trademark) 607" manufactured by Lord Far East.
Adhesive B: Modified silicone resin adhesive (“Super X No. 8008” manufactured by Cemedine Co., Ltd.).
Figure 0007022583000002

<弾性率の測定方法>
接着剤A、Bの弾性率を、動的粘弾性測定装置((株)ユービーエム製「Rheogel-E4000F」)を用いて測定した。測定には、幅5mm、長さ30mmの平板状の試験片を用いた。測定は、試験片を上下のホルダーで挟み、下側のホルダーを周波数5Hzにて上下に振動させて行った。振幅は0.005mm、チャック間距離は20mmとした。表1および表2に、弾性率の測定結果をまとめて示す。
<Measurement method of elastic modulus>
The elastic modulus of the adhesives A and B was measured using a dynamic viscoelasticity measuring device (“Rheogel-E4000F” manufactured by UBM Co., Ltd.). For the measurement, a flat plate-shaped test piece having a width of 5 mm and a length of 30 mm was used. The measurement was performed by sandwiching the test piece between the upper and lower holders and vibrating the lower holder up and down at a frequency of 5 Hz. The amplitude was 0.005 mm and the distance between chucks was 20 mm. Tables 1 and 2 summarize the measurement results of the elastic modulus.

<接着性の評価方法>
各テストピースについて、JIS K 6256-2:2013に規定される90°剥離試験を行い、架橋ゴムシートに対するセパレータまたは電解質膜の接着性を評価した。
<Evaluation method of adhesiveness>
Each test piece was subjected to a 90 ° peeling test specified in JIS K 6256-2: 2013 to evaluate the adhesiveness of the separator or electrolyte membrane to the crosslinked rubber sheet.

セパレータの接着性は、90°剥離試験により得られた剥離強さが0.3N/mm以上の場合を接着性良好(先の表1中、〇印で示す)とした。電解質膜の接着性は、90°剥離試験により得られた剥離強さの値から、次式(I)により算出した接着力指数を基準にして評価した。接着力指数が100以上、かつ電解質膜の劣化が見られない場合を接着性良好(先の表2中、〇印で示す)、接着力指数が100未満、または電解質膜の劣化が見られる場合を接着性不良(同表中、×印で示す)とした。表1、表2に、接着性の評価結果をまとめて示す。
接着力指数=(各テストピースの剥離強さ/比較例4のテストピースの剥離強さ)×100 ・・・(I)
<総合評価の方法>
電解質膜が接着されたテストピースについて、接着性の評価が良好、かつ使用した接着剤(第二接着層)の弾性率が接着剤A(セパレータを接着した接着剤、第一接着層)の弾性率よりも小さい場合を非常に適する(先の表2中、◎印で示す)、接着性の評価が不良である場合を適さない(同表中、×印で示す)、と総合的に評価した。表2に、総合評価をまとめて示す。
Regarding the adhesiveness of the separator, when the peeling strength obtained by the 90 ° peeling test was 0.3 N / mm or more, the adhesiveness was good (indicated by ◯ in Table 1 above). The adhesiveness of the electrolyte membrane was evaluated based on the adhesive strength index calculated by the following formula (I) from the value of the peeling strength obtained by the 90 ° peeling test. When the adhesive strength index is 100 or more and the electrolyte membrane is not deteriorated, the adhesiveness is good (indicated by a circle in Table 2 above), when the adhesive strength index is less than 100, or when the electrolyte membrane is deteriorated. Was regarded as poor adhesiveness (indicated by a cross in the same table). Tables 1 and 2 summarize the evaluation results of adhesiveness.
Adhesive strength index = (peeling strength of each test piece / peeling strength of the test piece of Comparative Example 4) × 100 ... (I)
<Comprehensive evaluation method>
For the test piece to which the electrolyte film was adhered, the adhesiveness was evaluated well, and the elasticity of the adhesive (second adhesive layer) used was the elasticity of the adhesive A (adhesive to which the separator was adhered, the first adhesive layer). Comprehensive evaluation that it is very suitable when it is smaller than the rate (indicated by ◎ in Table 2 above) and not suitable when the evaluation of adhesiveness is poor (indicated by × in the same table). did. Table 2 summarizes the comprehensive evaluation.

<評価結果>
表1に示すように、セパレータの接着性は良好であった。また、表2に示すように、シランカップリング剤とそれ以外の接着剤とを併用した実施例1のテストピースにおいては、電解質膜の接着性は良好であった。一方、接着剤を用いないか、シランカップリング剤およびそれ以外の接着剤のうちの一方しか用いなかった比較例1~5のテストピースにおいては、電解質膜の接着性は不良であった。接着力の基準とした比較例4のテストピースにおいては、接着温度を150℃と高温にしたため、シランカップリング剤のみでも所望の剥離強さを得ることができた。しかし、接着温度が高温であったため、電解質膜に劣化が見られた。このため、接着性は不良となった。また、比較例5のテストピースにおいては、接着温度を高温にしても剥離強さが小さく、さらには電解質膜に劣化も見られた。
<Evaluation result>
As shown in Table 1, the adhesiveness of the separator was good. Further, as shown in Table 2, in the test piece of Example 1 in which the silane coupling agent and the other adhesive were used in combination, the adhesiveness of the electrolyte membrane was good. On the other hand, in the test pieces of Comparative Examples 1 to 5 in which no adhesive was used or only one of the silane coupling agent and the other adhesive was used, the adhesiveness of the electrolyte membrane was poor. In the test piece of Comparative Example 4 as a standard of adhesive strength, since the adhesive temperature was as high as 150 ° C., the desired peeling strength could be obtained only with the silane coupling agent. However, since the bonding temperature was high, deterioration was observed in the electrolyte membrane. Therefore, the adhesiveness was poor. Further, in the test piece of Comparative Example 5, the peeling strength was small even when the bonding temperature was high, and the electrolyte membrane was also deteriorated.

実施例1のテストピースにおいては、接着剤B(第二接着層)の弾性率が、セパレータを接着した接着剤A(第一接着層)の弾性率よりも小さい。このため、電解質膜と接する第二接着層が柔軟であり、電解質膜の動きや変形に対する追従性に優れる。したがって、実施例1のテストピースの総合評価は、使用した接着剤が電解質膜の接着に非常に適するという結果になった。 In the test piece of Example 1, the elastic modulus of the adhesive B (second adhesive layer) is smaller than the elastic modulus of the adhesive A (first adhesive layer) to which the separator is adhered. Therefore, the second adhesive layer in contact with the electrolyte membrane is flexible and has excellent followability to the movement and deformation of the electrolyte membrane. Therefore, the comprehensive evaluation of the test piece of Example 1 resulted in that the adhesive used was very suitable for adhering the electrolyte membrane.

1:燃料電池セル、20:電極部材、22a、22b:ガス拡散層、23:電解質膜、30a、30b:セパレータ、40a、40b:ゴムガスケット、50:第一接着層、51:シランカップリング剤層、52:第二接着層。 1: Fuel cell, 20: Electrode member, 22a, 22b: Gas diffusion layer, 23: Electrolyte membrane, 30a, 30b: Separator, 40a, 40b: Rubber gasket, 50: First adhesive layer, 51: Silane coupling agent Layer, 52: Second adhesive layer.

Claims (8)

電解質膜と、セパレータと、該電解質膜および該セパレータの両方に接着され該電解質膜の周縁部を封止するゴムガスケットと、を備える燃料電池セルであって、
該ゴムガスケットと該セパレータとの間には、第一接着層が配置され、
該ゴムガスケットと該電解質膜との間には、該ゴムガスケット側から順にシランカップリング剤層と、該第一接着層よりも弾性率が小さい第二接着層と、が配置され
該第二接着層は常温硬化型の接着剤からなることを特徴とする燃料電池セル。
A fuel cell comprising an electrolyte membrane, a separator, and a rubber gasket that is adhered to both the electrolyte membrane and the separator and seals the peripheral edge of the electrolyte membrane.
A first adhesive layer is arranged between the rubber gasket and the separator.
Between the rubber gasket and the electrolyte membrane, a silane coupling agent layer and a second adhesive layer having a lower elastic modulus than the first adhesive layer are arranged in order from the rubber gasket side.
The fuel cell is characterized in that the second adhesive layer is made of a room temperature curable adhesive .
前記第一接着層は、熱可塑性樹脂系接着剤からなる請求項1に記載の燃料電池セル。 The fuel cell according to claim 1, wherein the first adhesive layer is made of a thermoplastic resin adhesive. 前記第二接着層は、シリコーン樹脂系接着剤からなる請求項1または請求項2に記載の燃料電池セル。 The fuel cell according to claim 1 or 2 , wherein the second adhesive layer is made of a silicone resin-based adhesive. 前記ゴムガスケットは、活性エネルギー線の照射によりゴム組成物が架橋した架橋物である請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の燃料電池セル。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 3 , wherein the rubber gasket is a crosslinked product in which the rubber composition is crosslinked by irradiation with active energy rays. 電解質膜と、セパレータと、該電解質膜および該セパレータの両方に接着され該電解質膜の周縁部を封止するゴムガスケットと、を備える燃料電池セルの製造方法であって、
該ゴムガスケットと該セパレータとを第一接着剤により接着するセパレータ接着工程と、
該ゴムガスケットと該電解質膜とを、シランカップリング剤を該ゴムガスケット側に配置して、該シランカップリング剤、および該第一接着剤よりも弾性率が小さい第二接着剤により、50℃以下で接着する電解質膜接着工程と、
を有することを特徴とする燃料電池セルの製造方法。
A method for manufacturing a fuel cell, comprising: an electrolyte membrane, a separator, and a rubber gasket that is adhered to both the electrolyte membrane and the separator and seals the peripheral edge of the electrolyte membrane.
A separator bonding step of bonding the rubber gasket and the separator with a first adhesive, and
The rubber gasket and the electrolyte film are placed at 50 ° C. by arranging the silane coupling agent on the rubber gasket side and using the silane coupling agent and the second adhesive having a lower elastic modulus than the first adhesive. The electrolyte film bonding process to be bonded below and
A method for manufacturing a fuel cell, which comprises.
前記電解質膜接着工程においては、前記ゴムガスケットと前記電解質膜とを加熱しないで接着する請求項5に記載の燃料電池セルの製造方法。 The method for manufacturing a fuel cell according to claim 5 , wherein in the electrolyte membrane bonding step, the rubber gasket and the electrolyte membrane are bonded without heating. 前記電解質膜接着工程においては、前記ゴムガスケットに前記シランカップリング剤を塗布し、該シランカップリング剤の表面に前記第二接着剤を塗布した後、前記電解質膜を重ねて接着する請求項5または請求項6に記載の燃料電池セルの製造方法。 5. In the electrolyte membrane bonding step, the silane coupling agent is applied to the rubber gasket, the second adhesive is applied to the surface of the silane coupling agent , and then the electrolyte membrane is laminated and bonded. Alternatively, the method for manufacturing a fuel cell according to claim 6 . 前記セパレータ接着工程および前記電解質膜接着工程の前に、活性エネルギー線を照射することにより未架橋ゴム部材を架橋して前記ゴムガスケットを製造するゴムガスケット製造工程を有する請求項5ないし請求項7のいずれかに記載の燃料電池セルの製造方法。 Claim 5 to claim 7 , further comprising a rubber gasket manufacturing step of cross-linking an uncrosslinked rubber member by irradiating an active energy ray to manufacture the rubber gasket before the separator bonding step and the electrolyte film bonding step. The method for manufacturing a fuel cell according to any one.
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