JP7064113B2

JP7064113B2 - 燃料電池用セルの製造方法

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Publication number: JP7064113B2
Application number: JP2017041215A
Authority: JP
Inventors: 秀之石黒; 猛吉川
Original assignee: Toyo Ink SC Holdings Co Ltd; Toyochem Co Ltd
Current assignee: Toyo Ink SC Holdings Co Ltd; Toyochem Co Ltd
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2022-05-10
Anticipated expiration: 2037-03-06
Also published as: JP2018147700A

Description

本発明は、燃料電池用セルの製造方法に関する。

燃料電池は、水素を電気化学的に酸化するときに発生する水の生成ギブスエネルギーを電気エネルギーとして取り出す装置である。

この種の燃料電池は、一般に、燃料電池用セルを複数積層してスタックとし、実用に供される。燃料電池用セルは、通常、電解質の一方面に燃料ガスを供給するアノード電極、他方面に酸化剤ガスを供給するカソード電極を接合した電解質電極接合体を、ガス流路、冷媒液流路などが形成された一対のセパレータにより挟持してなる。

このような構造を有する燃料電池では、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合、各ガスまたは冷媒の漏れなどを防止する必要がある。そのため、セパレータと電解質間、セパレータ間など、気密性、液密性が要求される部位には、接着性シール部材が設けられていることが多い。

例えば、燃料電池の製造方法としては、金属層、被着層との接合部に使用する接着剤としては、エポキシ系などの熱硬化性主成分とする接着剤（特許文献１，２）を用いる方法が発明されている。
エポキシ系接着剤は、硬化させる必要があり、硬化が完了するまで時間を要したことと、硬化の際に、不純物などの影響により硬化不良を起こすことがあり、作業環境など、取扱いに極めて注意する必要があった。
そこで、特許文献３には、接着剤としてオレフィン系の熱可塑性樹脂を含む熱可塑性ホットメルト接着剤を用いて、金属層を加熱して接着している。しかしながら、接着力が弱いなどの問題があった。
特許文献４には、接合面を一体ホットプレスなどにより直接高分子膜とガスセパレータを癒着させて接着させることが考案されているが加熱温度を高く上げる為には時間がかかるなどの問題が発生した。
特許文献５には、電磁誘導加熱方式により部材であるセパレータを加熱することにより熱硬化性接着剤を硬化させて接着させる方法が考案された。しかしながら、エポキシ接着剤は短時間では接着せず、十分な接着強度を得る為には時間がかかった。

特開平７－２４９４１７号公報特開２０１０－１７７００９号公報特開２００７－１８８７１８号公報特開平６－１１９９２８号公報特開２００６－３０２７４１号公報

上記課題に鑑み、本発明の目的は、短時間で接着可能であり、かつ耐熱性が良好な燃料電池用セルを得ることである。

本発明者らは、鋭利研究を重ねた結果、課題を解決する燃料電池用セル及び燃料電池用セルの製造方法を見出した。

すなわち、本発明は、金属層、熱可塑性ホットメルト接着剤層の順で積層されてなる積層体と、被着層とを、接着させる工程を含有する燃料電池用セルの製造方法であって、前記工程が電磁誘導加熱により金属層を加熱する工程を含み、かつ前記熱可塑性ホットメルト接着剤が、酸価1～２００ｍｇＫＯＨ／ｇの樹脂を含むことを特徴とする燃料電池用セルの製造方法に関する。

また本発明は、金属層が、セパレータ、またはガスケットであり、被着層が、シール材であることを特徴とする前記燃料電池用セルの製造方法に関する。

また本発明は、金属層が、セパレータであり、被着層がガスケット、またはシール材であることを特徴とする前記燃料電池用セルの製造方法に関する。

また本発明は、樹脂が、エチレンと（メタ）アクリル酸との共重合体、および／またはポリオレフィンを含むことを特徴とする前記燃料電池用セルの製造方法に関する。

また本発明は、樹脂が、酸変性スチレン系芳香族炭化水素と、共役ジエンブロックとの共重合体、または、その水添物を含むことを特徴とする前記燃料電池用セルの製造方法に関する。

また本発明は、樹脂の融点が、７０～２５０℃であることを特徴とする前記燃料電池用セルの製造方法に関する。

また本発明は、熱可塑性ホットメルト接着剤が、２５℃のキシレンに可溶の成分を含むがその含量が５重量％未満であることを特徴とする前記燃料電池用セルの製造方法に関する。

また本発明は、被着層が金属層であることを特徴とする前記燃料電池用セルの製造方法に関する。

また本発明は、電磁誘導加熱により金属層を加熱する工程に要する時間が５秒以内であることを特徴とする前記燃料電池用セルの製造方法に関する。

また本発明は、前記燃料電池用セルの製造方法を用いることを特徴とする燃料電池の製造方法に関する。

上記のように本発明に係る燃料電池用セルの製造方法によれば、燃料電池用セルの接着を短時間で行い、かつ耐熱性があり、良好な接着を行うことが出来る。

本発明の燃料電池の代表的な実施態様を示す。本発明の燃料電池の代表的な実施態様を示す。

以下、本発明の燃料電池用セルの製造方法について説明する。

[燃料電池の構造]
本発明の燃料電池用セルの構造について、詳細に説明する。図１は、燃料電池用セル１の断面図を示す。燃料電池用セル１は、発電体１８とセパレータ１１からなる。発電体１８は電解質膜７１、アノード層４１、カソード層４２、ガス拡散層３１，３２からなり、セパレータ１１は、接着剤層１２で接着したシール材１３，金属層１６及び冷却液流路１４からなる。

電解質膜７１は、アノード層４１で発生した水素イオンをカソード層４２まで移動させる機能を有している。電解質膜７１の材料には、化学的に安定であるフッ素樹脂樹脂、例えばパーフルオロカーボン酸（ナフィヨン）樹脂膜が使用される。

アノード層４１、カソード層４２は、アノード極側での水素の酸化反応や、カソード極側での酸素の還元反応を促進する機能を有している。触媒は、反応させる電極面積をより大きくするため、一般的に粒子状にして、触媒の担体に付着させて使用される。触媒には、水素の酸化反応や酸素の還元反応について、より小さい活性化過電圧を有する白金族元素である白金等が使用される。触媒の担体としては、カーボン材料、例えば、カーボンブラック等が使用される。

ガス拡散層３１，３２は、燃料ガスである水素ガスなどと、酸化剤ガスである空気などとをアノード層４１，カソード層４２に拡散させる機能や、電子を移動させる機能などを有している。そして、ガス拡散層３１，３２には、電導性を有する材料であるカーボン繊維織布、カーボン紙などが使用される。

[セパレータ]
本発明のセパレータ１１とは、発電体１８に積層され、隣接する燃料電池用セルにおける燃料ガスと酸化剤ガスとを分離する機能を有している。セパレータ１１は、電気伝導材料で凸凹状に形成された金属層１６及び金属層１５と接着して形成されている。電気伝導層を凸凹状にすることにより、燃料ガスまたは酸化ガスが流れるガス流路１７、１９と、エチレングリコールなどが含有される冷却液ＬＬＣ（ｌｏｎｇ－Ｌｉｆｅ－Ｃｏｏｌａｎｔ）が使用され、流れる冷却液流路１４とが、形成される。

[金属層]
本発明の金属層としては、セパレータやガスケットなどが挙げられる。セパレータである場合は、導電体で耐酸性のあるチタン（Ｔｉ）、チタン合金、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ＳＵＳ３１６及びＳＵＳ３０４のステンレス鋼などが挙げられる。
ガスケットである場合には、チタン（Ｔｉ）、チタン合金、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）などから選択された材料で板状に成形されている。
金属層の厚さは、好ましくは１０～５００μｍ、さらに好ましくは５０～３００μｍである。金属層の厚さが１０μｍ未満であると金属層の疲労などで冷却水が漏れたり、５００μｍ以上であるとセルの重量が重くなり、現実的でない。

[被着層]
本発明の被着層としては、シール材やガスケットなどが挙げられる。シール材である場合には、ゴム系材料あるいはゴム状弾性を有する合成樹脂系材料で、成分の溶出性がなく、燃料電池内部の使用環境で所要の耐性を有するものであれば特に制限はない。例えばＦＫＭ（フッ素ゴム）、ＶＭＱ（シリコーンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）などである。
ガスケットである場合には、チタン（Ｔｉ）、チタン合金、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）などなどから選択された材料で板状に成形されている。
被着層の厚さは、好ましくは１０～５００μｍ、さらに好ましくは５０～３００μｍである。被着層の厚さが１０μｍ未満であると疲労などで冷却水が漏れたり、５００μｍ以上であるとセルの重量が重くなったり、燃料電池が厚くなり現実的でない。

［熱可塑性ホットメルト接着剤層］
本発明の熱可塑性ホットメルト接着剤層を形成する熱可塑性ホットメルト接着剤は、加熱すると溶融状態になり、冷却により固まり被着層と接着する。
（酸価が１～２００ｍｇＫＯＨ／ｇの樹脂）
熱可塑性ホットメルト接着剤は、酸価が１～２００ｍｇＫＯＨ／ｇの樹脂を含有することを特徴とする。
本発明の酸価とは、遊離脂肪酸１ｇを中和するのに必要な水酸化カリウムのｍｇ数である。
本発明の熱可塑性ホットメルト接着剤に含有される樹脂の酸価は、１～２００ｍｇＫＯＨ／ｇであることが特徴であり、さらに好ましくは酸価が１～１６０ｍｇＫＯＨ／ｇである。樹脂の酸価が１ｍｇＫＯＨ／ｇ未満であると金属との接着力が弱く使用できず、酸価が２００ｍｇＫＯＨ／ｇよりも大きい場合樹脂が脆くなり、接着しても簡単な衝撃で割れてしまい接着力が大きく低下してしまう。
熱可塑性ホットメルト接着剤に含まれる樹脂とは、酸変性オレフィン、（メタ）アクリル酸共重合体、酸変性スチレン系芳香族炭化水素と、スチレン－ブチレン－スチレンブロックポリマー（ＳＢＳ），スチレン－エチレン・プロピレン－スチレンブロックポリマー（ＳＥＰＳ），スチレン－イソプレン－スチレンブロックポリマー（ＳＩＳ），スチレン－ブチレン・ブタジエン－スチレンブロックポリマー（ＳＢＢＳ）等の共役ジエンブロックとの共重合体の酸変性物または、その水添物、ロジン系樹脂などが挙げられる。

（酸価が１～２００ｍｇＫＯＨ／ｇの樹脂の融点）
本発明の融点とは、ＪＩＳＫ７１２１における示差走査熱量測定（ＤＳＣ：熱流束）に準拠する。
発明の熱可塑性ホットメルト接着剤に含有される酸価が１～２００ｍｇＫＯＨ／ｇの樹脂の融点は７０～２５０℃が好ましく、さらに好ましくは、１３０～２５０℃である。樹脂の融点が７０℃未満であると耐熱性がなく、高温時剥離し、２５０℃より高いと低温で接着強度が低下し低温で剥離することがある。

（酸価が１～２００ｍｇＫＯＨ／ｇの樹脂の２５℃のキシレンに可溶の成分）
酸価が１～２００ｍｇＫＯＨ／ｇの樹脂は、２５℃のキシレンに可溶の成分を含むがその含量が５重量％未満であることが好ましい。さらに好ましくは２重量％未満である。２５℃のキシレンに可溶の成分を含むがその含量が５重量％以上であると酸価が１～２００ｍｇＫＯＨ／ｇの樹脂の融点が７０℃以上であっても７０℃未満で軟化する成分が含まれる為高温で接着力が低下して剥離することがある。酸価が１～２００ｍｇＫＯＨ／ｇの樹脂に２５℃のキシレンに可溶の成分を含まないことが良いのであるが、２５℃のキシレンに可溶の成分を含んでいても、その含有量が５重量％未満の場合には、強固に接着される。５重量％以上含有している場合は、接着力が低下する。

（その他の樹脂）
本発明の熱可塑性ホットメルト接着剤は、上記酸価が１～２００ｍｇＫＯＨ／ｇの樹脂以外にその他の樹脂を併用することできる。熱可塑性ホットメルト接着剤は、熱可塑性ポリマー、粘着付与剤、ワックスなど単独または混合することによって得られる。熱可塑性ポリマーは、ＡＢＳ、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ－１－ブテン、ポリイソブチレン、ポリメチルペンテン、プロピレン－エチレン共重合体、エチレン－プロピレン－ジエン共重合体、エチレン／ブテン－１共重合体、エチレン／オクテン共重合体などのポリオレフィン、シクロペンタジエンとエチレン及び／又はプロピレンとの共重合体などの環状ポリオレフィン、エチレン／酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン／アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、イソブチレン／無水マレイン酸共重合体などの極性基が導入されたポリオレフィン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、マレイン酸変性ポリプロピレン、アクリル酸変性ポリプロピレン、スチレン系エラストマーなどが挙げられる。粘着付与剤としては、特に限定されないがフェノール樹脂、変性フェノール樹脂、テルペンフェノール樹脂、キシレンフェノール樹脂、シクロペンタジエン－フェノール樹脂、キシレン樹脂、脂肪族系、脂環族系、芳香族系等の石油樹脂、水素添加された脂肪族系、脂環族系、芳香族系等の石油樹脂、フェノール－変性石油樹脂、ロジンエステル樹脂、水素添加されたロジンエステル樹脂、低分子量ポリスチレン系樹脂、テルペン樹脂、水素添加されたテルペン樹脂などの粘着付与樹脂などが挙げられる。ワックスとは、カルナバワックス、キャンデリアワックス、モンタンワックス、パラフィンワックス、マイクロワックス、フィッシャートロプシュワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、これらのワックスの酸化物、エチレンーアクリル酸共重合体、エチレンーメタクリル酸共重合体などが挙げられる。

（添加剤）
本発明の熱可塑性ホットメルト接着剤には、添加剤として、必要により各種のものが使用可能である。例えば、ブロッキング防止剤、無機フィラー、酸化防止剤、充填剤、難燃剤、可塑剤、帯電防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤や重金属不活性化剤などである。

無機フィラーとしては、金属、金属酸化物及び金属水酸化物など粒子、繊維状などが挙げられる。具体的には、ガラス繊維、炭素繊維、珪酸カルシウム、チタン酸カルシウム、ホウ酸アルミニウム繊維、フレーク状ガラス、タルク、カオリン、マイカ、ハイドロタルサイト、炭酸カルシウム、炭酸亜鉛、酸化亜鉛、リン酸一水素カルシウム、ワラストナイト、シリカ、ゼオライト、アルミナ、ベーマイト、水酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、珪酸カルシウム、アルミナ珪酸ナトリウム、珪酸マグネシウム、カーボンナノチーブ、グラファイト、銅、銀、アルミニウム、ニッケル、鉄、フッ化カルシウム、雲母、モンモリナイト、アパタイトなどが挙げられる。
酸化防止剤としては、高分子量ヒンダード多価フェノール、トリアジン誘導体、高分子量ヒンダード・フェノール、ジアルキル・フェノール・スルフィド、２，２－メチレン－ビス－（４－メチル－６－第三－ブチルフェノール）、４，４－メチレン－ビス－（２，６－ジ－第三－ブチルフェノール）、２，６－ジ－第三－ブチルフェノール－ｐ－クレゾール、２，５－ジ－第三－ブチルヒドロキノン、２，２，４－トリメチル－１，２－ジヒドロキノン、２，２，４－トリメチル－１，２－ジヒドロキノン、ジブチル・ジチオカルバミン酸ニッケル、１－オキシ－３－メチル－４－イソプロピルベンゼン、４，４－ブチリデンビス－（３－メチル－６－第三－ブチルフェノール）、２－メルカプトベンゾイミダゾールなどが挙げられる。

充填剤としては、湿式シリカ、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、モンモリロナイト、マイカ、スメクタイト、有機化モンモリロナイト、有機化マイカ、有機化スメクタイト等が挙げられる。

難燃剤としては、燐含有化合物系難燃剤、ハロゲン含有化合物系難燃剤、スルホン酸金属塩系難燃剤、珪素含有化合物系難燃剤等が挙げられる。
可塑剤としては、フタル酸エステル系可塑剤、ポリエステル系可塑剤、脂肪族二塩基酸エステル系可塑剤、脂肪族一塩基酸エステル系可塑剤、リン酸エステル系可塑剤、クエン酸エステル系可塑剤、エポキシ系可塑剤、トリメリット酸エステル系可塑剤、テトラヒドロフタル酸エステル系可塑剤、グリコール系可塑剤、及びビスフェノールＡアルキレンオキサイド誘導体などが挙げられる。
帯電防止剤としては、プラスチックの帯電防止剤として汎用されているものでよく、具体的には、非イオン界面活性剤（例えば、多価アルコールの脂肪酸エステル、アルキルアミンのエチレンオキサイド付加物、及びアルキルアミンのエチレンオキサイド付加物の脂肪酸エステルなど）、陰イオン界面活性剤（例えば、アルキルベンゼンスルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩など）、陽イオン界面活性剤（例えば、脂肪族アミン塩、４級アンモニウム塩など）、両性界面活性剤（例えばイミダゾリン型、ベタイン型など）が挙げられる。

光安定剤としては、ヒンダードアミン系化合物及びベンゾエイト系化合物などが挙げられる。
紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、トリアジン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤などが挙げられる。
重金属不活性化剤としては、サリチル酸誘導体、ヒドラジド誘導体又はシュウ酸アミド誘導体などが挙げられる。

上記添加剤は、１種を単独で、又は必要に応じて任意の比率で２種以上混合して用いることができる。

[電磁誘導加熱]
本発明の電磁誘導加熱とは、電磁誘導加熱装置のコイルに高周波の交流電流を流すことにより交流磁界を発生させて、磁界中の導電物質の内部に渦電流を発生させて、この渦電流に基づくジュール熱で導電物質を発熱させる加熱方法である。コイルに流す交流の周波数を高くする程磁界の変化が速くなり、それに基づく渦電流が大きくなって、加熱時間を短くすることが出来る。コイルは、例えばソレノイド型コイルであり、必ずしも円筒形である必要はなく、内部に鉄心、フェライトなどの磁性体を備えても良い。
加熱方法としては、加熱する金属層または、被着層の上又は下にコイルに電流を印加して加熱しても、コイル内にセパレータを入れてコイルに電流を印加して加熱しても良い。

[セルの製造方法]
本発明の燃料電池用セルの製造方法は、金属層１６及び/またはガスケット１５に熱可塑性ホットメルト接着剤を付着させ、被着層１３で挟み込む。例えば、ディスペンサーの塗布又は予め熱可塑性ホットメルト接着剤をフィルムにして、被着層１５と金属層１３を挟み込んでも貼り合せても良い。次に電磁誘導加熱装置により加熱可能な程度に、金属層１６の上から５秒以内より好ましくは３秒以内電磁誘導加熱装置のコイルに電流を流し、金属層１６及び/またはガスケット１５を加熱させ熱可塑性ホットメルト接着剤を溶融させる。電磁誘導加熱装置の電流が切れて加熱が終了しても、金属層１６及びガスケット１５が冷えるまで待機する。

以下に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。

＜酸価が1～２００ｍｇＫＯＨ／ｇの樹脂Ａの合成例＞
重量平均分子量（以下Ｍｗと略す）１０，０００のポリプロピレン１００部に無水マレイン酸２０部及びキシレン３７５部を窒素吹き込み口、温度計、攪拌機を備えた１リットルも３口フラスコに仕込み、窒素還流下１３０℃に昇温後、０．１部の過酸化ベンゾイルを４０部のキシレンに溶解し、９０分間滴下する。滴下後１３０℃で４時間反応させた後、６０分間室温まで冷却する。得られた懸濁液をろ過し、キシレンを除去した後メチルエチルケトンで洗浄を２～３回繰り返し、メチルエチルケトン中に無水マレイン酸及び無水マレイン酸単独反応物が液体クロマトグラフィーによって殆ど認められなくなるまで洗浄を続ける。得られた無水マレイン酸変性プロピレン樹脂のパウダーを風乾して得た。
＜酸価が１～２００ｍｇＫＯＨの樹脂Ｂ～Ｇの合成例＞
Ｍｗがそれぞれ７，０００、２０，０００、５０，０００、１００，０００、２００，０００及び３００，０００であるポリプロピレンを用いて、＜酸価が1～２００ｍｇＫＯＨ／ｇの樹脂Ａの合成例＞と同様の方法で、原料のポリプロピレンのＭｗが、７，０００、２０，０００、５０，０００、１００，０００、２００，０００及び３００，０００である無水マレイン酸変性プロピレン樹脂（樹脂Ｂ～Ｇ）をえた。

＜酸価が１～２００ｍｇＫＯＨの樹脂Ｈ＞
エチレン－アクリル酸共重合体であるダウ・ケミカル社製プリマコール５９８０Ｉを用いた。
＜酸価が１～２００ｍｇＫＯＨの樹脂Ｉ＞
酸変性スチレン系芳香族炭化水素と、共役ジエンブロックとの共重合体の水添物が、旭化成社製タフテックＭ１９５３（スチレン含有量４０重量％、酸価１０ｍｇＫＯＨ／ｇ）を用いた。
＜酸価が１～２００ｍｇＫＯＨの樹脂Ｊ＞
酸変性スチレン系芳香族炭化水素と、共役ジエンブロックとの共重合体が、クレイトン・ポリマー社製クレイトンＦＧ１９０１Ｘ（スチレン含有量２８重量％、無水マレイン酸付加量２．０重量％、酸価２２ｍｇＫＯＨ／ｇ）を用いた。
＜樹脂Ｋ＞
ポリプロピレンである日本ポリエチレン社製ノバテックＬＤＬＣ６００Ａを用いた。酸価：１ｍｇＫＯＨ／ｇ未満。
＜樹脂Ｌ＞
スチレン－アクリル酸樹脂である星光ＰＭＣ社製ＶＳ－１０４７を用いた。酸価：２４０ｍｇＫＯＨ／ｇ。

＜熱可塑性ホットメルト接着剤樹脂（１）、（２），（４）～（７）の製造方法＞
本発明の熱可塑性樹脂は、上記樹脂を酸価が１未満及び/又は２００ｍｇ以上の樹脂とポリプロピレンＡ（日本ポリプロ社製ＦＬ０２Ａ）を混合して、押し出し機によりブレンドして、製造した。
＜熱可塑性ホットメルト接着剤（３）、（８）～（１０）＞
熱可塑性ホットメルト接着剤（３）及び（８）～（１０）は、樹脂Ｂ，Ｈ，Ｉ，Ｊをそのまま使用した。

＜２５℃のキシレンに可溶の成分の測定方法＞
酸価が１～２００ｍｇＫＯＨ／ｇの樹脂中の２５℃のキシレンに可溶の成分は以下の方法で算出した。樹脂ペレット又はパウダーを約５０重量倍のキシレンを用いて１３０℃にて３時間加熱して溶解した後、２５℃で一晩放冷して晶析物を析出させた。晶析物をろ過して、ろ液を回収し、濃縮乾固した。さらに、８０℃にて一晩減圧乾燥して残留溶媒を除去し、２５℃のキシレンに可溶の成分を得た。樹脂ペレットと２５℃のキシレンに可溶の成分の重量から、２５℃のキシレンに可溶の成分の重量％を算出した。
樹脂Ｈ，Ｉ，Ｊは、トルエンに可能である為測定が出来なかった。

＜製膜方法＞
押出しラミネーターを用いて、表２に示す熱可塑性ホットメルト接着剤を、離型処理したＰＥＴフィルム（厚み：２５μｍ）に、膜厚を変えて積層し、巻取部で巻取り、熱可塑性接着層を作製した。
以下に加工条件を示した。
押出しラミネーター：ムサシノキカイ製４００Ｍ／ＭテストＥＸＴラミネーター
ダイ直下樹脂温度：１４０～２４０℃（樹脂のＭＦＲ等により適宜調整した）
加工速度：３０ｍ／分
Ｔダイ幅：４００ｍｍ
冷却ロール表面温度：２０℃

＜接着構造物の製造方法＞
本発明のセルの製造方法の性能を評価するため、下記の製造方法により接着構造物を作成し、評価を行った。用いた熱可塑性ホットメルト接着剤の組成および評価結果を表１および表２に示す。
(セパレータ（金属層）／ガスケット)
セパレータ層（チタン板）、熱可塑性ホットメルト接着剤層、ガスケットに用いられるチタン板を積層し、入力電圧：１００Ｖ、消費電力：５５０Ｗの電磁誘導加熱装置により１～５秒加熱し、熱可塑性ホットメルト接着剤を軟化させ、加熱を終了することにより、電磁誘導加熱装置で圧着させて熱可塑性ホットメルト接着剤を冷却・固化させ、接着構造物が得られる。
(セパレータ（金属層）／シール材)
セパレータ層（チタン板）、熱可塑性ホットメルト接着剤層、シール材に用いられるＥＰＤＭを積層し、入力電圧：１００Ｖ、消費電力：５５０Ｗの電磁誘導加熱装置により１～５秒加熱し、熱可塑性ホットメルト接着剤を軟化させ、加熱を終了することにより、電磁誘導加熱装置で圧着させて熱可塑性ホットメルト接着剤を冷却・固化させ、接着構造物が得られる。
(ガスケット／シール材)
ガスケット（チタン板）、熱可塑性ホットメルト接着剤層、シール材に用いられるＥＰＤＭを積層し、入力電圧：１００Ｖ、消費電力：５５０Ｗの電磁誘導加熱装置により１～５秒加熱し、熱可塑性ホットメルト接着剤を軟化させ、加熱を終了することにより、電磁誘導加熱装置で圧着させて熱可塑性ホットメルト接着剤を冷却・固化させ、接着構造物が得られる。

＜接着力＞
接着構造物を、引張試験機を用いて、Ｔ剥離強度を測定した。測定条件は、下記の通りである。
・サンプル巾：１０ｍｍ
・測定温度：２３℃、８０℃
・引張速度：１０ｍｍ／ｍｉｎ
評価結果は、１００Ｎ／１０ｍｍ以上：◎、８０Ｎ／１０ｍｍ以上を〇、２０Ｎ／１０ｍｍ未満：△、８０Ｎ／１０ｍｍ未満を×とした。
＜温水後接着力＞
接着構造物を８０℃の温水に９６時間を浸漬した後接着構造物を、引張試験機を用いて、Ｔ剥離強度を測定した。測定条件は、下記の通りである。
・サンプル巾：１０ｍｍ
・測定温度：２３℃
・引張速度：１０ｍｍ／ｍｉｎ
評価結果は、１００Ｎ／１０ｍｍ以上：◎、８０Ｎ／１０ｍｍ以上：〇、２０Ｎ／１０ｍｍ未満：△、２０Ｎ／１０ｍｍ未満：×とした。〇及び◎を合格とした。

［比較例１，２］
比較例１に酸価１ｍｇＫＯＨ／ｇのポリプロピレン樹脂（熱可塑性ホットメルト接着剤（１１））、比較例２に酸価２４０ｍｇＫＯＨ／ｇのスチレン－アクリル酸樹脂（熱可塑性ホットメルト接着剤（１２））を用いて、評価した結果示す。いずれの比較例も接着力が低かった。

［比較例３］
比較例３には、熱可塑性ホットメルト接着剤（１）を用いて、ヒートシール（２５０℃）でサンプルを作製し、評価した。接着力は接着力が低かった。

［比較例４］
比較例４には、接着剤として熱硬化性接着剤（１）を用いて、電磁誘導加熱装置により加熱硬化させ、評価した。接着力は接着力が低かった。
熱硬化性接着剤（１）は、下記の主剤１００重量部及び硬化剤５２．５重量部を混合して得た。
主剤：オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬株式会社製ＥＯＣＮ-１０２Ｓ（エポキシ当量２００、軟化点６５℃））
硬化剤：フェノール樹脂（フェノールノボラック樹脂、住友ベークライト（株）製ＰＲ-５３１９５（水酸基当量１０５、軟化点８０℃））

なお、表２中、ＥＰＤＭは、エチレンプロピレンゴムの略であり、ＥＰＤＭを用いた場合には、接着強度試験を行うために、厚みを１０ｍｍとした。
また、表２中のチタンはセパレータおよびガスケットを想定しており、ＥＰＤＭはシール材を想定している。

表２で示されるとおり、本発明の燃料電池用セルの製造方法を用いることで、セパレータとガスケットとの接着を想定したチタンどうしの接着、およびセパレータやガスケットとシール材との接着を想定したチタンとＥＰＤＭとの接着、いずれにおいても、短時間で接着し、接着強度（常温及び８０℃）、温水後接着強度が良好であり、燃料電池用セルおよびそれを用いた燃料電池の製造方法に有用である。

１燃料電池用セル、１１セパレータ、１２熱可塑性ホットメルト接着剤層、
１３シール層、１４冷却液流路、１５ガスケット、１６金属層、
１７，１９ガス流路、１８発電体、４１アノード層、
４２カソード層、３１，３２ガス拡散層、７１電解質膜

Claims

金属層、熱可塑性ホットメルト接着剤層の順で積層されてなる積層体と、被着層とを、接着させる工程を含有する燃料電池用セルの製造方法であって、前記工程が電磁誘導加熱により金属層を加熱する工程を含み、かつ前記熱可塑性ホットメルト接着剤が、酸価1～２００ｍｇＫＯＨ／ｇの樹脂を含むことを特徴とする燃料電池用セルの製造方法。
金属層が、セパレータ、またはガスケットであり、被着層が、シール材であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用セルの製造方法。
金属層が、セパレータであり、被着層がガスケット、またはシール材であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用セルの製造方法。
樹脂が、エチレンと（メタ）アクリル酸との共重合体、および／またはポリオレフィンを含むことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の燃料電池用セルの製造方法。
樹脂が、酸変性スチレン系芳香族炭化水素と、共役ジエンブロックとの共重合体、または、その水添物を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の燃料電池用セルの製造方法。
樹脂の融点が、７０～２５０℃であることを特徴とする請求項１～５いずれか１項に記載の燃料電池用セルの製造方法。
熱可塑性ホットメルト接着剤が、２５℃のキシレンに可溶の成分を含むがその含量が５重量％未満であることを特徴とする請求項１～６いずれか１項に記載の燃料電池用セルの製造方法。
被着層が金属層であることを特徴とする請求項１～７いずれか１項に記載の燃料電池用セルの製造方法。
電磁誘導加熱により金属層を加熱する工程に要する時間が５秒以内であることを特徴とする請求項１～８いずれか１項に記載の燃料電池用セルの製造方法。
請求項１～９いずれか１項に記載の燃料電池用セルの製造方法を用いることを特徴とする燃料電池の製造方法。