KR102258681B1 - 연료 전지 셀의 제조 방법 및 연료 전지 셀 - Google Patents

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Abstract

[과제] 본 개시의 목적 중 하나는, 세퍼레이터에 대하여 높은 접착력을 발현할 수 있는 연료 전지 셀의 제조 방법을 제공하는 것이다.
[해결 수단] 본 실시 형태의 일 양태는, 결정성 고분자를 포함하는 열가소성 수지를 접착층으로서 포함하는 시일 부재에 의해 한 쌍의 세퍼레이터가 서로 접착되어 있는 연료 전지 셀의 제조 방법으로서, 상기 한 쌍의 세퍼레이터의 사이에 상기 시일 부재가 배치된 적층 구조체를 준비하는 준비 공정과, 상기 적층 구조체를 상기 열가소성 수지의 융점 이상으로 가열하는 가열 공정과, 상기 가열 공정 후에, 상기 적층 구조체를 상기 열가소성 수지의 결정화 온도의 ±10℃의 온도 범위로 보지하여, 상기 열가소성 수지의 결정화를 촉진시키는 제 1 냉각 공정과, 상기 제 1 냉각 공정 후에, 추가로 상기 적층 구조체를 냉각하는 제 2 냉각 공정을 포함하는, 제조 방법이다.

Description

연료 전지 셀의 제조 방법 및 연료 전지 셀{METHOD FOR MANUFACTURING FUEL CELL AND FUEL CELL}
본 개시는, 연료 전지 셀의 제조 방법 및 연료 전지 셀에 관한 것이다.
고체 고분자형 연료 전지의 연료 전지 셀은, 이온 투과성의 전해질막과, 당해 전해질막을 협지하는 애노드측 촉매층(전극층) 및 캐소드측 촉매층(전극층)으로 이루어지는 막 전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly)를 구비하고 있다. 막 전극 접합체의 양측에는, 연료 가스 혹은 산화제 가스를 제공함과 함께 전기 화학 반응에 의해 발생한 전기를 집전하기 위한 가스 확산층(GDL: Gas Diffusion Layer)이 형성되어 있다. GDL이 양측에 배치된 막 전극 접합체(막 전극 가스 확산층 접합체)는, MEGA(Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly)라고 칭해지고, MEGA는, 한 쌍의 세퍼레이터에 의해 협지되어 있다. 한 쌍의 세퍼레이터 사이의 MEGA의 외주에는, 반응 가스의 누설(이른바 크로스 리크(leak)), 및 전극끼리의 전기적 단락을 억제하기 위해, 시일 부재가 배치되고, 시일 부재에 의해 한 쌍의 세퍼레이터가 접착되어 있다.
예를 들면, 특허 문헌 1에는, 연료 전지로서, 막 전극 가스 확산층 접합체와, 상기 막 전극 가스 확산층 접합체의 외주부에 배치된 시일 부재와, 상기 막 전극 가스 확산층 접합체 및 상기 시일 부재를 협지하는 한 쌍의 세퍼레이터를 구비하고, 상기 시일 부재는, 열가소성 수지로 구성되는 코어층과, 상기 코어층의 상기 한 쌍의 세퍼레이터에 접하는 양측의 표층에 형성되어, 상기 한 쌍의 세퍼레이터와 상기 코어층을 접착하는 한 쌍의 스킨층을 구비하고, 상기 한 쌍의 세퍼레이터에 의해 협지되기 전의 상기 시일 부재의 두께는, 상기 한 쌍의 세퍼레이터에 의해 협지되기 전의 상기 막 전극 가스 확산층 접합체의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 연료 전지가 개시되어 있다.
또한, 특허 문헌 2에는, 전해질막, 상기 전해질막의 일방의 면에 형성된 제 1 촉매층, 상기 전해질막의 주연 영역을 노출하도록 상기 전해질막의 타방의 면에 형성된 제 2 촉매층, 상기 제 1 촉매층에 접합된 제 1 가스 확산층, 및 상기 주연 영역을 노출하도록 상기 제 2 촉매층에 접합된 제 2 가스 확산층을 가지는 막 전극 가스 확산층 접합체와, 상기 막 전극 가스 확산층 접합체를 협지하는 제 1 및 제 2 세퍼레이터와, 수지제이며 프레임 형상의 기재, 상기 기재의 일방의 면과 상기 제 1 세퍼레이터를 접착한 제 1 접착층, 및 상기 기재의 타방의 면과 상기 제 2 세퍼레이터를 접착한 제 2 접착층을 가진 시일 부재와, 상기 기재의 상기 일방의 면의 내주연측과, 상기 전해질막의 상기 주연 영역을 접착하는 접착부를 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 접착층은, 상기 전해질막의 평면 방향에서 상기 접착부로부터 상기 전해질막의 외측으로 떨어져 있으며, 상기 전해질막의 평면 방향에서 상기 기재의 내주연으로부터 상기 제 1 및 제 2 접착층까지의 사이에서, 상기 기재에는 상기 접착부 이외에 접착 성분은 마련되어 있지 않으며, 상기 기재는, 상기 제 1 및 제 2 접착층의 각각보다 선팽창 계수가 작은, 연료 전지 셀이 개시되어 있다.
일본공개특허 특개2014-120249호 공보 일본공개특허 특개2017-103126호 공보
연료 전지 셀의 제조에서는, 상기 서술한 바와 같이, 세퍼레이터와 세퍼레이터를 열가소성 수지 등을 포함하는 시일 부재에 의해 접착시키고 있다. 열가소성 수지는, 가열하여 용융시킨 후에 냉각하여 고화시키면, 접착력을 발현한다. 이 접착력을 발현한 열가소성 수지에 의해, 세퍼레이터끼리를 접착시켜, 셀 내부를 흐르는 가스의 시일성을 담보하고 있다. 그러나, 연료 전지의 사용 환경에 따라서는, 세퍼레이터가 시일 부재로부터 박리되어 버리는 경우가 있어, 보다 높은 접착력이 요구되고 있었다.
따라서, 본 개시의 목적 중 하나는, 세퍼레이터에 대하여 높은 접착력을 발현할 수 있는 연료 전지 셀의 제조 방법을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명자들은, 예의 검토한 바, 열가소성 수지를 그 융점 이상으로 가열한 후, 결정화 온도의 ±10℃의 온도 범위 내에서 열가소성 수지를 보지(保持)하여 결정화를 촉진시킴으로써, 열가소성 수지의 세퍼레이터에 대한 접착력을 향상시킬 수 있는 것을 발견하여, 본 실시 형태에 이르렀다.
본 실시 형태의 양태예를 이하에 나타낸다.
(1) 결정성 고분자를 포함하는 열가소성 수지를 접착층으로서 포함하는 시일 부재에 의해 한 쌍의 세퍼레이터가 서로 접착되어 있는 연료 전지 셀의 제조 방법으로서,
상기 한 쌍의 세퍼레이터의 사이에 상기 시일 부재가 배치된 적층 구조체를 준비하는 준비 공정과,
상기 적층 구조체를 상기 열가소성 수지의 융점 이상으로 가열하는 가열 공정과,
상기 가열 공정 후에, 상기 적층 구조체를 상기 열가소성 수지의 결정화 온도의 ±10℃의 온도 범위에서 보지하여, 상기 열가소성 수지의 결정화를 촉진시키는 제 1 냉각 공정과,
상기 제 1 냉각 공정 후에, 추가로 상기 적층 구조체를 냉각하는 제 2 냉각 공정을 포함하는, 제조 방법.
(2) 상기 제 1 냉각 공정에 있어서, 적어도 1초간 상기 적층 구조체를 상기 온도 범위 내에서 보지하는, (1)에 기재된 연료 전지 셀의 제조 방법.
(3) 상기 제 1 냉각 공정에 있어서, 제 1 냉각 프레스기를 이용하여 상기 적층 구조체를 상기 온도 범위 내에서 보지하는, (1) 또는 (2)에 기재된 연료 전지 셀의 제조 방법.
(4) 상기 제 2 냉각 공정에 있어서, 제 2 냉각 프레스기를 이용하여 상기 적층 구조체를 냉각하는, (3)에 기재된 연료 전지 셀의 제조 방법.
(5) 상기 가열 공정에 있어서, 가열 프레스기를 이용하여 상기 적층 구조체를 가열하는, (1)~(4) 중 어느 하나에 기재된 연료 전지 셀의 제조 방법.
(6) 상기 제 1 냉각 공정에 있어서의 결정화에 의해, 상기 세퍼레이터 및 상기 열가소성 수지의 사이의 계면 상에, 상기 결정성 고분자에 유래하는 라멜라 구조가 당해 계면에 대하여 대략 수직 방향으로 형성되는, (1)~(5) 중 어느 하나에 기재된 연료 전지 셀의 제조 방법.
(7) 상기 결정성 고분자가, 올레핀계 열가소성 고분자인, (1)~(6) 중 어느 하나에 기재된 연료 전지 셀의 제조 방법.
(8) 상기 시일 부재가, 코어층을 더 포함하고, 당해 코어층의 양면 상에 상기 접착층이 배치되어 있는, (1)~(7) 중 어느 하나에 기재된 연료 전지 셀의 제조 방법.
(9) 전해질막 및 당해 전해질막의 양면에 배치된 촉매 전극을 포함하는 막 전극 접합체와, 당해 막 전극 접합체를 협지하는 한 쌍의 세퍼레이터와, 상기 한 쌍의 세퍼레이터를 접착하는 시일 부재를 포함하는 연료 전지 셀로서,
상기 시일 부재는, 결정성 고분자를 포함하는 열가소성 수지를 접착층으로서 포함하고,
상기 열가소성 수지와 상기 세퍼레이터와의 사이의 계면 상에, 상기 결정성 고분자에 유래하는 라멜라 구조가 당해 계면에 대하여 대략 수직 방향으로 형성되어 있는, 연료 전지 셀.
(10) 상기 결정성 고분자가, 올레핀계 결정성 고분자인, (9)에 기재된 연료 전지 셀.
(11) 상기 시일 부재가, 코어층을 더 포함하고, 당해 코어층의 양면 상에 상기 접착층이 배치되어 있는, (9) 또는 (10)에 기재된 연료 전지 셀.
본 개시에 의해, 세퍼레이터에 대하여 높은 접착력을 발현할 수 있는 연료 전지 셀의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태와 관련된 연료 전지 셀인 단셀(100)의 분해 사시도이다.
도 2는 본 실시 형태와 관련된 연료 전지 셀의 개략 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 3a는 본 실시 형태와 관련된 연료 전지 셀의 제조 방법의 공정예에 대하여 설명하기 위한 개략 단면 공정도이다.
도 3b는 도 3a에 이어, 본 실시 형태와 관련된 연료 전지 셀의 제조 방법의 공정예에 대하여 설명하기 위한 개략 단면 공정도이다.
도 3c는 도 3b에 이어, 본 실시 형태와 관련된 연료 전지 셀의 제조 방법의 공정예에 대하여 설명하기 위한 개략 단면 공정도이다.
도 3d는 도 3c에 이어, 본 실시 형태와 관련된 연료 전지 셀의 제조 방법의 공정예에 대하여 설명하기 위한 개략 단면 공정도이다.
도 4a는 실시예 1에서 제작한 샘플 E1의 단면 TEM 화상이다.
도 4b는 비교예 1에서 제작한 샘플 C1의 단면 TEM 화상이다.
도 5a는 결정화도가 높은 경우에, 접착 강도가 높아지는 이유를 설명하기 위한 모식적 개략도이다.
도 5b는 도 5a에 이어, 결정화도가 높은 경우에, 접착 강도가 높아지는 이유를 설명하기 위한 모식적 개략도이다.
본 실시 형태는, 결정성 고분자를 포함하는 열가소성 수지를 접착층으로서 포함하는 시일 부재에 의해 한 쌍의 세퍼레이터가 서로 접착되어 있는 연료 전지 셀의 제조 방법으로서, 상기 한 쌍의 세퍼레이터의 사이에 상기 시일 부재가 배치된 적층 구조체를 준비하는 준비 공정과, 상기 적층 구조체를 상기 열가소성 수지의 융점 이상으로 가열하는 가열 공정과, 상기 가열 공정 후에, 상기 적층 구조체를 상기 열가소성 수지의 결정화 온도의 ±10℃의 온도 범위에서 보지하여, 상기 열가소성 수지의 결정화를 촉진시키는 제 1 냉각 공정과, 상기 제 1 냉각 공정 후에, 추가로 상기 적층 구조체를 냉각하는 제 2 냉각 공정을 포함하는, 제조 방법이다.
본 실시 형태에 있어서, 세퍼레이터를 접착하는 재료(즉 접착제)로서, 결정성 고분자를 포함하는 열가소성 수지를 이용한다. 가열 공정으로, 당해 열가소성 수지를 용융시켜, 세퍼레이터 표면을 열가소성 수지로 젖게 한 후, 열가소성 수지의 결정화 온도의 ±10℃의 온도 범위에서 보지하여, 열가소성 수지의 결정화를 촉진시킨다(제 1 냉각 공정). 제 1 냉각 공정에 있어서, 열가소성 수지는 용융 상태로부터 냉각되지만, 이 때, 열가소성 수지의 결정화 온도의 ±10℃의 온도 범위에서 적층 구조체를 보지함으로써, 결정화를 촉진시킨다. 제 1 냉각 공정 후, 추가로 냉각을 행하여(제 2 냉각 공정), 열가소성 수지를 완전히 고화시킨다. 본 실시 형태에서는, 제 1 냉각 공정에서, 열가소성 수지의 결정화를 촉진시킴으로써, 접착층으로서의 열가소성 수지와 세퍼레이터와의 사이의 접착 강도를 향상시킬 수 있다.
결정화도(결정화의 정도)가 높으면 접착 강도가 높아지는 이유로서는, 이하의 이론을 추측으로 들 수 있다. 도 5a에 나타내는 바와 같이, 결정화도가 높은 경우, 열가소성 수지 중에 고분자쇄가 폴딩된 결정 구조(라멜라 구조)가 많이 존재하기 때문에, 이 결정 구조가 세퍼레이터에 접착되어 있는 부분이 많아진다. 이 상태에 있어서 세퍼레이터를 떼어 내는 경우, 결정 구조의 폴딩이 늘어나 망가져 가는데, 이 때, 고분자를 늘리는데 많은 에너지가 필요해진다. 그 결과, 접착 강도가 증가한다. 한편, 도 5b에 나타내는 바와 같이, 결정화도가 낮은 경우, 구조가 조밀하지 않은 비정질 구조가 세퍼레이터에 접착되어 있다. 이 상태에 있어서 세퍼레이터를 떼어 내는 경우, 결정 구조와 비교하면, 늘리는데 필요한 에너지는 작아진다. 이상의 이유에 의해, 결정화도가 높으면 접착 강도가 증가하는 것이라고 추측된다. 또한, 이러한 추측에 의해, 본 개시가 제한되지는 않는다.
이상으로부터, 본 실시 형태에 의해, 세퍼레이터에 대하여 높은 접착력을 발현할 수 있는 연료 전지 셀의 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서의 결정화 온도, 융점 및 유리 전이 온도는, 모두 DSC(시차 주사 열량 측정)에 의해 구할 수 있다. 통상, 유리 전이는 비정질 구조가 증가할 때에 일어난다. 이와 같은 전이는 DSC 곡선의 베이스 라인에 단(段)이 되어 나타난다. 이것은, 시료 중의 열 용량의 변화에 따른다. 온도의 상승에 따른, 비정질 구조는 점도가 감소하고, 어느 점에서 분자가 결정화되는데 충분한 온도(결정화 온도)가 된다. 비정질 구조로부터 결정 구조로 전이될 때에는 발열 반응이 되어, 결정화 온도는 마루(mountain)의 피크로서 나타난다. 또한 온도가 상승하면 최종적으로 융점에 도달하고, 흡열(골(valley)의 피크)로서 드러난다. DSC의 열 분석의 조건은, 예를 들면, 30℃/분으로 승온하고, 융점 피크를 측정(융해 온도)한 후, 100℃/분으로 강온하여, 재결정화 점(결정화 온도)을 측정한 것이다.
이하, 본 실시 형태의 구성 요소에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
[시일 부재]
시일 부재는, 크로스 리크 및 전극끼리의 전기적 단락을 방지하기 위한 부재이며, 세퍼레이터끼리를 접착한다. 시일 부재는, 결정성 고분자를 포함하는 열가소성 수지를 접착층으로서 포함한다. 열가소성 수지는, 세퍼레이터의 표면에 접착하는 접착제로서 기능한다.
본 실시 형태에 있어서, 열가소성 수지는, 주성분으로서 결정성 고분자를 포함하고, 또한, 결정성 고분자 외에, 각종 첨가제(예를 들면, 산화 방지제, 점착 부여제, 연화제, 가공 조제, WAX 등)를 포함해도 된다. 첨가제는, 1종을 단독으로 이용해도 되고, 또는 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 또한, 본 실시 형태의 효과를 방해하지 않는 범위이면, 상기 결정성 고분자 이외의 수지(예를 들면, 비결정성 열가소성 고분자, 열경화성 고분자)를 포함해도 된다.
또한, 「주성분으로서 결정성 고분자를 포함하는」이라고 하는 것은, 열가소성 수지 중에 포함되는 성분 중, 결정성 고분자가 가장 높은 함유량으로 포함되는 것을 의미하고, 열가소성 수지 중의 결정성 고분자의 함유량이, 50중량% 이상인 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 있어서, 결정성 고분자는 열가소성이며, 결정성 열가소성 고분자라고도 칭해진다. 결정성 고분자로서는, 예를 들면, 올레핀계 열가소성 고분자, 또는 아크릴계 열가소성 고분자를 들 수 있다. 이들 중, 올레핀계 열가소성 고분자는, 단시간에 접착성을 확보할 수 있어, 연료 전지의 생산성이 우수하기 때문에, 바람직하다. 올레핀계 열가소성 고분자로서는, 예를 들면, 폴리프로필렌 등의, 프로필렌을 주(主)중합 성분으로 하는 프로필렌계 고분자, 폴리에틸렌, 환상 올레핀, 폴리메틸펜텐 등을 예시할 수 있다. 올레핀계 열가소성 고분자는, 가공 온도나 접착 강도의 관점에서, 프로필렌계 고분자를 주성분으로서 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 「프로필렌계 고분자를 주성분으로서 포함하는」 것은, 올레핀계 열가소성 고분자 중, 프로필렌계 고분자의 함유량이 가장 많은 것을 의미하고, 올레핀계 열가소성 고분자 중의 프로필렌계 고분자의 함유량이 50질량% 이상인 것이 바람직하다. 결정성 고분자는, 1종을 단독으로 이용해도 되고, 또는 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 또한, 결정성 고분자는, 접착성의 관점에서, 측쇄에 -OH기 또는 -COOH기를 포함하는 것이 바람직하다. -OH기 또는-COOH기는, 접착 관능기로서 기능할 수 있다.
또한, 결정성 고분자(예를 들면 올레핀계 열가소성 고분자 또는 아크릴계 열가소성 고분자)는 산에 의해 변성되어 있어도 된다. 예를 들면, 산에 의해 변성된 올레핀계 열가소성 고분자는, 세퍼레이터의 재료인 금속이나 수지 등의 표면에 대한 젖음성이 우수하여, 높은 접착성을 가진다. 산으로서는, 예를 들면, 불포화 카르본산 또는 그 유도체 등을 예시할 수 있다. 산은, 1종을 단독으로 이용해도 되고, 또는 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 불포화 카르본산 또는 그 유도체로서는, 예를 들면, 말레산, 푸마르산, 아크릴산, 메타크릴산, 테트라히드로프탈산, 이타콘산, 시트라콘산, 크로톤산, 이소크로톤산 등의 불포화 카르본산이나, 무수 말레산, 무수 이타콘산, 무수 시트라콘산, 염화 말로닐, 말레이미드, 말레산 모노 메틸, 말레산 디메틸, 글리시딜말레에이트 등의 산 무수물 등을 들 수 있다.
열가소성 수지에 포함되는 유기 성분은, 결정성 고분자 단독이어도 되고, 필요에 따라, 결정성 고분자 이외의 재료, 예를 들면, 결정성 고분자 이외의 고분자, 고무 또는 엘라스토머 등의 1종 또는 2종 이상을 부성분으로서 포함하고 있어도 된다.
임의의 부성분인, 상기 결정성 고분자 이외의 고분자나 고무, 엘라스토머로서는, 예를 들면, 나일론계 고분자, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리부타디엔, 이소프렌 등을 예시할 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 이용해도 되고, 또는 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다.
시일 부재의 구성은, 상기 열가소성 수지가 접착층으로서 포함되어 있는 것이면 특별히 제한되는 것은 아니다. 일 실시 형태에 있어서, 시일 부재는, 예를 들면, 상기 열가소성 수지의 일층 단독으로 구성되어 있다. 또한, 일 실시 형태에 있어서, 시일 부재는, 예를 들면, 접착층에 더해 코어층을 더 포함하고, 코어층의 양면 상에 접착층이 배치되어 있다.
코어층은, 시일 부재의 기초가 되는 구조를 규정하는 재료로 구성된다. 코어층은, 접착층보다 높은 인장 강도를 가지는 것이 바람직하다. 또한, 코어층은 접착층보다 단단한 것이 바람직하다. 또한, 코어층은, 접착층에 비해 높은 융점을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 코어층은, 가열 공정에 있어서 용융되지 않는 것이 바람직하다.
코어층은, 예를 들면, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지 등의 다양한 재료를 이용하여 구성할 수 있다. 코어층에 이용할 수 있는 열가소성 수지로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)나 폴리프로필렌(PP) 등을 들 수 있다. 코어층의 재료는, 접착층의 재료와 동일해도 되고, 상이해도 된다.
[준비 공정]
본 실시 형태와 관련된 제조 방법은, 한 쌍의 세퍼레이터의 사이에 시일 부재가 배치된 적층 구조체를 준비하는 준비 공정을 포함한다. 열가소성 수지는 접착층이기 때문에, 열가소성 수지가 세퍼레이터에 면하도록 시일 부재가 배치된다.
세퍼레이터로서는, 예를 들면, 스테인리스나 티탄 등의 금속제의 것이나 수지제의 것을 들 수 있지만, 특별히 이들에 제한되는 것은 아니다.
[가열 공정]
본 실시 형태와 관련된 제조 방법은, 준비 공정 후, 적층 구조체를 열가소성 수지의 융점 이상으로 가열하는 가열 공정을 포함한다.
가열에 의해 열가소성 수지를 용융시켜, 세퍼레이터 표면을 열가소성 수지로 젖게 한다.
가열 수단은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 가열 프레스기(핫 프레스기)를 이용하는 것이 바람직하다. 가열 프레스기를 이용함으로써, 세퍼레이터와 접착층을 압착시키면서 열을 가할 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 가열 프레스기는, 가열하기 위해 이용되는 온도 제어 가능한 프레스기를 의미한다. 한편, 냉각 프레스기란, 냉각하기 위해 이용되는 온도 제어 가능한 프레스기를 의미한다. 가열 프레스기 및 냉각 프레스기의 실질적인 구성은 기본적으로 동일하다.
가열 온도는, 열가소성 수지의 융점 이상이면 특별히 제한되는 것은 아니다. 가열 온도는, 열가소성 수지의 종류에도 따르지만, 예를 들면, 120~180℃의 범위이다. 또한, 가열 온도는, 충분히 용해시킨다고 하는 관점에서, 열가소성 수지의 융점 +10℃ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 가열 온도는, 수지의 분해 등을 발생시키지 않는다고 하는 관점에서, 열가소성 수지의 융점 +30℃ 이하인 것이 바람직하다.
가열 시간은, 열가소성 수지가 용해되면 특별히 제한되는 것은 아니다. 가열 시간은, 예를 들면, 3초 이상이다. 또한, 가열 시간은, 바람직하게는 5초 이상이며, 30초 이하이다.
[제 1 냉각 공정]
본 실시 형태와 관련된 제조 방법은, 상기 가열 공정 후에, 적층 구조체를 열가소성 수지의 결정화 온도의 ±10℃의 온도 범위에서 보지하여, 열가소성 수지의 결정화를 촉진시키는 제 1 냉각 공정을 포함한다.
제 1 냉각 공정에 있어서, 적층 구조체를 열가소성 수지의 결정화 온도의 ±10℃의 온도 범위에서 보지함으로써, 열가소성 수지의 결정화를 촉진할 수 있다. 열가소성 수지의 결정화도가 높아지면, 상기 서술한 이유와 같이, 세퍼레이터를 떼어내는데 필요한 에너지가 높아지기 때문에, 접착 강도가 향상된다.
제 1 냉각 공정에 있어서의 결정화에 의해, 세퍼레이터 및 열가소성 수지의 사이의 계면 상에, 결정성 고분자에 유래하는 라멜라 구조가 당해 계면에 대하여 대략 수직 방향으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 계면에 라멜라 구조가 배열되어 있으면, 접착 강도가 높아진다. 이것은, 계면 상에 라멜라 구조로 배열함으로써, 세퍼레이터로의 접착점이 많아지기 때문이라고 추측된다. 그러나, 이 추측에 의해 본 개시가 제한되는 경우는 없다. 계면에 대하여 수직으로 형성된 결정성 고분자에 유래하는 라멜라 구조는, 세퍼레이터 및 열가소성 수지의 단면(예를 들면 TEM 단면 화상)에 있어서, 일정 길이의 계면(예를 들면 200~1000㎚)에 대하여 40% 이상의 범위로 형성되어 있는 것이 바람직하고, 50% 이상의 범위로 형성되어 있는 것이 바람직하며, 60% 이상의 범위로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 라멜라 구조의 계면에 대한 형성 비율은, 복수의 단면(예를 들면 3개 이상, 바람직하게는 5개 이상)에 있어서의 평균으로서 산출할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면 세퍼레이터 및 열가소성 수지의 TEM 단면 화상에 있어서, 일정 길이의 계면(250㎚)에 대한 라멜라 구조의 형성 비율(3개의 단면에 있어서의 평균)이 40% 이상(100㎚ 이상)이다.
제 1 냉각 공정에 있어서, 냉각 프레스기를 이용하여 적층 구조체를 상기 온도 범위 내에서 보지하는 것이 바람직하다. 냉각 프레스기를 이용함으로써, 세퍼레이터와 시일 부재를 압착시키면서 냉각할 수 있고, 또한, 효율적으로 시일 부재를 소정의 온도 범위 내에서 보지할 수 있다.
제 1 냉각 공정에 있어서, 적층 구조체를 적어도 1초간 상기 온도 범위 내에서 보지하는 것이 바람직하고, 적어도 3초간 상기 온도 범위 내에서 보지하는 것이 바람직하다. 냉각 시간은, 바람직하게는 1초 이상이며, 바람직하게는 3초 이상이고, 바람직하게는 5초 이상이며, 바람직하게는 10초 이상이다. 냉각 시간이 1초 이상인 경우, 결정화를 보다 효과적으로 촉진할 수 있다. 또한, 냉각 시간은, 바람직하게는 60초 이하이며, 보다 바람직하게는 40초 이하이고, 더 바람직하게는 20초 이하이다. 냉각 시간이 60초 이하인 경우, 공정에 필요한 시간을 짧게 할 수 있다.
제 1 냉각 공정에 있어서, 열가소성 수지의 결정화 온도의 ±5℃의 온도 범위 내에서 적층 구조체를 보지하는 것이 바람직하다.
[제 2 냉각 공정]
본 실시 형태와 관련된 제조 방법은, 제 1 냉각 공정 후에, 추가로 적층 구조체를 냉각하는 제 2 냉각 공정을 포함한다. 제 2 냉각 공정에 의해, 열가소성 수지를 완전히 고화시키고, 또한, 적층 구조체를 제조 작업자가 손으로 파지할 수 있는 온도까지 낮춘다.
제 2 냉각 공정에 있어서, 냉각 프레스기를 이용하는 것이 바람직하다. 냉각 프레스기를 이용함으로써, 세퍼레이터와 시일 부재를 압착시키면서 냉각시킬 수 있고, 또한, 효율적으로 시일 부재를 냉각할 수 있다. 또한, 제 2 냉각 공정은, 단순한 방치(예를 들면 실온 환경하에서의 방치)에 의한 것도 가능하다.
제 2 냉각 공정에 있어서, 냉각 시간은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 3초 이상이며, 보다 바람직하게는 5초 이상이고, 더 바람직하게는 10초 이상이다. 또한, 냉각 시간은, 바람직하게는 60초 이하이며, 보다 바람직하게는 40초 이하이고, 더 바람직하게는 20초 이하이다.
제 2 냉각 공정에 있어서, 냉각 온도는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 60℃ 이하이며, 바람직하게는 10~60℃의 온도 범위이고, 보다 바람직하게는 20~50℃의 온도 범위이다.
[연료 전지 셀]
이하, 연료 전지 셀의 구체적인 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은, 연료 전지 셀인 단셀(100)의 분해 사시도이다. 연료 전지는, 단셀(100)이 복수 적층됨으로써 구성된다. 이 연료 전지는, 반응 가스로서 연료 가스(예를 들면 수소)와 산화제 가스(예를 들면 산소)의 공급을 받아 발전하는 고체 고분자형 연료 전지이다. 단셀(100)은, 막 전극 가스 확산층 접합체(20)(MEGA)와, MEGA(20)를 협지하는 애노드측 세퍼레이터(30a) 및 캐소드측 세퍼레이터(30c)(이하, 세퍼레이터라고 칭함)를 포함한다. MEGA(20)는, 애노드측 가스 확산층(22a) 및 캐소드측 가스 확산층(22c)(이하, 확산층이라고 칭함)을 가지고 있다. MEGA(20)의 주연 영역에는, 상세하게는 후술하지만, 대략 프레임 형상이며 절연성을 가진 시일 부재(40)가 마련되어 있다.
애노드측 세퍼레이터(30a)의 2개의 짧은 변의 일방측에는 구멍(a1~a3)이 형성되고, 타방측에는 구멍(a4~a6)이 형성되어 있다. 마찬가지로, 캐소드측 세퍼레이터(30c)의 2개의 짧은 변의 일방측에는 구멍(c1~c3)이 형성되고, 타방측에는 구멍(c4~c6)이 형성되어 있다. 시일 부재(40)의 2개의 짧은 변의 일방측에는 구멍(s1~s3)이 형성되고, 타방측에는 구멍(s4~s6)이 형성되어 있다. 구멍(a1, s1 및 c1)은 연통하여 캐소드 입구 매니폴드를 획정(劃定)한다. 마찬가지로, 구멍(a2, s2 및 c2)은, 냉매 출구 매니폴드를 획정하고, 구멍(a3, s3 및 c3)은 애노드 출구 매니폴드를 획정하며, 구멍(a4, s4 및 c4)은 애노드 입구 매니폴드를 획정하고, 구멍(a5, s5 및 c5)은 냉매 입구 매니폴드를 획정하고, 구멍(a6, s6 및 c6)은 캐소드 출구 매니폴드를 획정한다.
MEGA(20)에 대향하는 애노드측 세퍼레이터(30a)의 면에는, 애노드 입구 매니폴드와 애노드 출구 매니폴드를 연통하여 연료 가스가 흐르는 애노드 유로(34a)가 형성되어 있다. MEGA(20)에 대향하는 캐소드측 세퍼레이터(30c)의 면에는, 캐소드 입구 매니폴드와 캐소드 출구 매니폴드를 연통하여 산화제 가스가 흐르는 캐소드 유로(34c)가 형성되어 있다. 애노드측 세퍼레이터(30a)의 애노드 유로(34a)와는 반대측의 면, 및 캐소드측 세퍼레이터(30c)의 캐소드 유로(34c)와는 반대측의 면에는, 냉매 입구 매니폴드와 냉매 출구 매니폴드를 연통하여 냉매가 흐르는 냉매 유로(35a 및 35c)가 각각 형성되어 있다.
이어서, 도 2는, 연료 전지 셀의 개략 구성을 나타내는 단면 모식도이다. 이 연료 전지 셀(100)은, 반응 가스로서의 연료 가스(예를 들면 수소) 및 산화제 가스(예를 들면 산소)의 공급을 받아 발전하는 고체 고분자형의 연료 전지이다. 또한, 연료 전지는, 통상, 복수의 연료 전지 셀(100)을 적층한 스택 구조가 된다.
연료 전지 셀(100)은, MEA(막 전극 접합체)(10)의 일방의 면에 애노드측 가스 확산층(22a), 타방의 면에 캐소드측 가스 확산층(22c)이 배치된 MEGA(막 전극 가스 확산층 접합체)(20)와, MEGA(20)의 외주부에 배치된 시일 부재(40)와, MEGA(20) 및 시일 부재(40)를 협지하는 애노드측 세퍼레이터(30a) 및 캐소드측 세퍼레이터(30c)를 구비한다. 또한, 애노드측 세퍼레이터(30a)와 캐소드측 세퍼레이터(30c)를, 특별히 구별하지 않는 경우에는, 단순히 「세퍼레이터(30)」라고도 한다.
MEA(10)는, 습윤 상태에서 양호한 프로톤 전도성을 나타내는 고체 고분자 박막인 전해질막(11)의 양면에, 연료 전지 반응을 촉진시키기 위한 촉매를 담지시킨 애노드측 촉매층(12a) 및 캐소드측 촉매층(12c)이 마련된 발전체이다. 전해질막(11)은, 예를 들면, 나피온(등록 상표) 등의 불소계의 이온 교환막으로 구성할 수 있다. 애노드측 촉매층(12a) 및 캐소드측 촉매층(12c)은, 예를 들면, 백금(Pt) 등을 담지한 카본 담체와, 프로톤 전도성을 가지는 아이오노머를 포함하는 촉매 잉크를, 전해질막(11)에 도포함으로써 형성할 수 있다.
MEGA(20)는, MEA(10)의 애노드측 촉매층(12a)이 마련되어 있는 면측에 애노드측 가스 확산층(22a)을, 캐소드측 촉매층(12c)이 마련되어 있는 면측에 캐소드측 가스 확산층(22c)을 구비하고 있다. 애노드측 가스 확산층(22a) 및 캐소드측 가스 확산층(22c)은, 가스 투과성을 가짐과 함께 도전성을 가지는 재료로 형성되어 있다. 이와 같은 재료로서는, 예를 들면, 카본 페이퍼나 카본 크로스, 스테인리스 섬유제 페이퍼 등을 이용할 수 있다.
한 쌍의 세퍼레이터(30)는, MEGA(20) 및 시일 부재(40)를 협지하고 있다. 세퍼레이터(30)로서는, 가스 차단성 및 전자 전도성을 가지는 부재를 이용할 수 있다. 일 실시 형태에서는, 프레스 성형된 스테인리스강에 의해 형성되어 있다. 또한, 세퍼레이터(30)는, 예를 들면, 티탄이나 티탄 합금, 스테인리스 등의 금속에 의해 형성되는 박판 형상 부재나, 치밀질 카본 등의 카본제 부재에 의해 형성할 수도 있다.
시일 부재(40)는, 크로스 리크 및 전극끼리의 전기적 단락을 방지하기 위한 부재이다. 일 실시 형태에 있어서, 시일 부재(40)는, 코어층(41)의 양면 상에 접착층(42)을 구비하는 3층 구조를 가지고 있다.
코어층(41)은, 시일 부재(40)의 기초가 되는 구조를 규정하는 재료로 구성된다. 코어층(41)은, 연료 전지의 사용 환경하에 있어서의 시일 부재(40)가 노출되는 온도 및 셀화 온도(연료 전지 셀을 형성할 때의 온도)에 있어서, 접착층(42)에 비해, 일정한 하중이 부여된 경우의 변형량이 작은 것이 바람직하다. 이 때문에, 코어층은, 접착층보다 인장 강도가 높은 것이 바람직하다. 접착층(42)은, 코어층(41)과 세퍼레이터(30)를 접착하여 시일성을 확보하기 위해 접착성이 높은 성질을 가진다. 접착층(42)은, 코어층(41)에 비해 융점이 낮은 것이 바람직하다.
코어층(41)은, 예를 들면, 열가소성 수지, 열경화성 수지 등의 다양한 재료를 이용하여 구성할 수 있다. 코어층(41)에 이용할 수 있는 열가소성 수지로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)나 폴리프로필렌(PP) 등을 들 수 있다. 코어층(41)은 2개의 접착층(42)보다 단단한 것이 바람직하고, 구체적으로는, 코어층(41)은 셀화 온도에 있어서 접착층(42)보다 단단한 것이 바람직하다.
접착층(42)으로서는, 상기 결정성 고분자를 포함하는 열가소성 수지가 이용된다.
또한, 도면에서는 생략되어 있지만, 연료 가스 유로는 애노드측 가스 확산층(22a)과 애노드측 세퍼레이터(30a)의 사이에, 산화제 가스 유로는 캐소드측 가스 확산층(22c)과 캐소드측 세퍼레이터(30c)와의 사이에 각각 형성되어 있다. 연료 가스 유로는 예를 들면 수소 가스의 유로이며, 산화제 가스 유로는 예를 들면 산소 가스의 유로이다.
도 3a~d는, 본 실시 형태와 관련된 연료 전지 셀의 제조 방법의 공정예에 대하여 설명하기 위한 개략 단면 공정도이다.
우선, 도 3a에 나타내는 바와 같이, MEGA(20)와, 시일 부재(40)와, 애노드측 세퍼레이터(30a) 및 캐소드측 세퍼레이터(30c)를 포함하는 적층 구조체를 준비한다(준비 공정). MEGA(20)는, 예를 들면, MEA(10)의 캐소드측 촉매층(12c)의 면에 캐소드측 확산층(22c)을 포함하고, 애노드측 촉매층(12a)의 면에 애노드측 가스 확산층(22a)을 포함한다. 시일 부재(40)는, 코어층(41) 및 2개의 접착층(42)을 포함하고, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 사이이며 MEGA의 외주에 배치되어 있다.
이어서, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 가열 프레스기(핫 프레스기)를 이용하여, 세퍼레이터(30)를 서로 열 압착한다.
가열 프레스기는, 한 쌍의 가압부를 구비한다. 가압부의 온도는, 온도 제어부에 의해 열가소성 수지의 융점 이상으로 제어된다. 그리고, 일방의 가압부 상에 적층 구조체를 얹고, 다른 일방의 가압부에 의해 위에서부터 적층 구조체를 프레스한다. 이 때, 코어층(41)이 과도하게 변형되지 않을 정도의 압력에 의해 세퍼레이터(30)를 시일 부재(40)에 밀어 넣는다. 이 가열 프레스에 의해, 열가소성 수지는 용융되고, 세퍼레이터 표면이 젖는다.
가열 온도는, 열가소성 수지의 융점 이상이며, 예를 들면, 120~180℃의 범위이다.
가열 공정에 있어서의 보지 시간(가열 프레스 시간)은, 예를 들면, 3초 이상이며, 바람직하게는 5초 이상이고, 바람직하게는 10초 이상이다. 또한, 보지 시간은, 예를 들면, 60초 이하이며, 바람직하게는 30초 이하이다.
이어서, 도 3c에 나타내는 바와 같이, 제 1 냉각 프레스기를 이용하여, 세퍼레이터(30) 및 시일 부재(40)를 압착하면서, 열가소성 수지의 결정화 온도의 ±10℃의 온도 범위에서 적층 구조체를 보지한다(제 1 냉각 공정). 이 제 1 냉각 공정에 의해, 열가소성 수지의 결정화를 촉진시킨다. 냉각 프레스기를 이용함으로써, 세퍼레이터와 시일 부재를 압착시키면서 냉각시킬 수 있고, 또한, 효율적으로 시일 부재를 소정의 온도 범위 내에서 보지할 수 있다.
냉각 프레스기는, 한 쌍의 가압부를 구비한다. 가압부의 온도는, 온도 제어부에 의해 열가소성 수지의 결정화 온도의 ±10℃의 온도 범위로 제어된다. 그리고, 일방의 가압부 상에 적층 구조체를 얹고, 다른 일방의 가압부에 의해 적층 구조체를 프레스한다. 이 때, 코어층(41)이 과도하게 변형되지 않을 정도의 압력에 의해 세퍼레이터(30)를 시일 부재(40)에 밀어 넣는다. 이 냉각 프레스에 의해, 열가소성 수지는 냉각되어, 결정화가 촉진된다.
제 1 냉각 공정에 있어서의 보지 시간(냉각 프레스 시간)은, 바람직하게는 1초 이상이며, 바람직하게는 3초 이상이고, 바람직하게는 5초 이상이며, 바람직하게는 10초 이상이다. 또한, 보지 시간은, 바람직하게는 60초 이하이며, 바람직하게는 40초 이하이고, 바람직하게는 20초 이하이다.
제 1 냉각 공정에 있어서의 보지 온도(냉각 프레스 온도)는, 열가소성 수지의 결정화 온도의 ±10℃의 온도 범위이며, 바람직하게는 열가소성 수지의 결정화 온도의 ±5℃의 온도 범위이다.
일 실시 형태에 있어서, 제 1 냉각 공정에 있어서의 결정화에 의해, 세퍼레이터 및 열가소성 수지의 사이의 계면 상에, 결정성 고분자에 유래하는 라멜라 구조가 당해 계면에 대하여 대략 수직 방향으로 형성된다. 상기 계면에 라멜라 구조가 배열되어 있으면, 접착 강도가 높아지기 때문에 바람직하다.
이어서, 도 3d에 나타내는 바와 같이, 제 2 냉각 프레스기를 이용하여, 세퍼레이터(30) 및 시일 부재(40)를 압착하면서 더 냉각한다(제 2 냉각 공정). 이 제 2 냉각 공정에 의해, 열가소성 수지를 완전히 고화시킨다. 냉각 프레스기를 이용함으로써, 세퍼레이터와 시일 부재를 압착시키면서 냉각시킬 수 있고, 또한, 효율적으로 시일 부재의 온도를 낮출 수 있다.
제 2 냉각 공정에 있어서의 보지 시간(냉각 프레스 시간)은, 바람직하게는 3초 이상이며, 바람직하게는 5초 이상이고, 바람직하게는 10초 이상이다. 또한, 보지 시간은, 바람직하게는 60초 이하이며, 바람직하게는 40초 이하이고, 바람직하게는 20초 이하이다.
제 2 냉각 공정에 있어서의 보지 온도(냉각 프레스 온도)는, 예를 들면, 60℃ 이하이며, 바람직하게는 10~60℃의 온도 범위이고, 보다 바람직하게는 20~50℃의 온도 범위이다.
이상의 공정에 의해, 연료 전지 셀을 제조할 수 있다.
또한, 제 2 냉각 공정 후에, 개스킷을 세퍼레이터(30)에 접착하거나, 복수의 셀을 적층하거나 하는 등의 공정을 얻음으로써 연료 전지(연료 전지 스택)가 제조된다.
또한, 본 개시는 상기 서술한 실시 형태에 어떠한 한정도 되지 않고, 본 개시의 기술적 범위에 속하는 한 다양한 양태로 실시할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
[실시예]
이하, 본 실시 형태에 대하여 실시예를 이용하여 보다 상세하게 설명하지만, 본 실시 형태는 이하의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
열가소성 수지(올레핀계 열가소성 고분자(폴리프로필렌)를 주성분으로서 포함함)의 일층으로 이루어지는 시일 부재를 준비했다. 또한, 당해 열가소성 수지의 결정화 온도 및 융점을 DSC로 측정한 바, 결정화 온도는 105℃이며, 융점은 140℃였다.
이어서, 시일 부재에 대하여 T자 박리 시험을 행하여, 접착 강도를 측정했다. T자 박리 시험에 의한 접착 강도의 측정은 아래와 같이 행했다.
우선, 직사각 형상의 티탄판(폭: 10mm)을 준비하고, 그 표면을 탈지했다.
이어서, 시일 부재를 한 쌍의 티탄판의 사이에 배치하여, 적층 구조체를 준비했다.
이어서, 한 쌍의 가압부의 온도를 140℃로 설정한 가열 프레스기를 이용하여, 가압부로 적층 구조체를 가압하면서 10초간 가열했다(가열 공정).
이어서, 한 쌍의 가압부의 온도를 100℃로 설정한 제 1 냉각 프레스기를 이용하여, 가압부로 적층 구조체를 가압하면서 5초간 냉각했다(제 1 냉각 공정).
이어서, 한 쌍의 가압부의 온도를 60℃로 설정한 제 2 냉각 프레스기를 이용하여, 가압부로 적층 구조체를 가압하면서 5초간 냉각했다(제 2 냉각 공정).
이에 따라, T자 박리 시험에 제공하는 샘플 E1을 제작했다.
이어서, 샘플 E1에 있어서의 한 쌍의 티탄판의 단부의 각각을, 인장 시험 장치의 2개의 그립 지그에 각각 장착했다. 이어서, 그립 지그에 장착한 적층 구조체를 온수(95℃) 중에 배치했다. 그리고, 2개의 그립 지그를 각각 반대 방향으로 인장, 티탄판과 시일 부재를 박리하여, 샘플(E1)의 접착 강도(T자 박리 강도)를 구했다.
[실시예 2]
가열 프레스기의 가압부의 온도를 160℃로 설정한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 샘플 E2를 제작했다. 또한, 실시예 1과 동일하게 하여, 샘플 E2의 접착 강도를 구했다.
[비교예 1]
가열 공정을 행한 후, 제 1 냉각 공정을 행하지 않고 제 2 냉각 공정을 행한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 샘플 C1을 제작했다. 또한, 실시예 1과 동일하게 하여, 샘플 C1의 접착 강도를 구했다.
[비교예 2]
가열 공정을 행한 후, 제 1 냉각 공정을 행하지 않고 제 2 냉각 공정을 행한 것 이외는, 실시예 2와 동일하게 하여 샘플 C2를 제작했다. 또한, 실시예 1과 동일하게 하여, 샘플 C2의 접착 강도를 구했다.
[결과]
샘플 C1의 접착 강도를 기준(1.00)으로 한 경우에 있어서의, 샘플 E1~E2 및 C2의 접착 강도의 결과(상대값)를 표 1에 나타낸다.
Figure 112019073800013-pat00001
표 1로부터, 실시예 1 및 2에 있어서, 높은 접착 강도가 얻어진 것이 이해된다.
또한, 샘플 E1 및 샘플 C1에 있어서의 티탄판과 접착층과의 부근을 TEM으로 촬영한 단면 TEM 화상을 도 4a(샘플 E1) 및 도 4b(샘플 C1)에 나타낸다. 도 4a의 TEM 화상(샘플 E1)에서는, 라멜라 구조를 나타내는 줄무늬 형상이 계면 상에 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 한편, 도 4b의 TEM 화상(샘플 C1)에서는, 라멜라 구조를 나타내는 줄무늬 형상은 계면 상에 확인되지 않았다.
이상, 본 실시 형태를 상세하게 설명해 왔지만, 구체적인 구성은 이 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서의 설계 변경이 있어도, 그들은 본 발명에 포함되는 것이다.
a1~6: 구멍
c1~6: 구멍
s1~6: 구멍
10: 막 전극 접합체(MEA)
11: 전해질막
12a: 애노드측 촉매층
12c: 캐소드측 촉매층
20: 막 전극 가스 확산층 접합체(MEGA)
22a: 애노드측 가스 확산층
22c: 캐소드측 가스 확산층
30a: 애노드측 세퍼레이터
30c: 캐소드측 세퍼레이터
34a: 애노드 유로
34c: 캐소드 유로
35a: 냉매 유로
35c: 냉매 유로
40: 시일 부재
41: 코어층
42: 접착층
100: 연료 전지 셀(단셀)

Claims (11)

  1. 결정성 고분자를 포함하는 열가소성 수지를 접착층으로서 포함하는 시일 부재에 의해 한 쌍의 세퍼레이터가 서로 접착되어 있는 연료 전지 셀의 제조 방법으로서,
    상기 한 쌍의 세퍼레이터의 사이에 상기 시일 부재가 배치된 적층 구조체를 준비하는 준비 공정과,
    상기 적층 구조체를 상기 열가소성 수지의 융점 이상으로 가열하는 가열 공정과,
    상기 가열 공정 후에, 적어도 1초간 상기 적층 구조체를 상기 열가소성 수지의 결정화 온도의 ±10℃의 온도 범위에서 보지하여, 상기 열가소성 수지의 결정화를 촉진시키는 제 1 냉각 공정과,
    상기 제 1 냉각 공정 후에, 추가로 상기 적층 구조체를 냉각하는 제 2 냉각 공정을 포함하고,
    상기 제 1 냉각 공정에 있어서, 제 1 냉각 프레스기를 이용하여 상기 적층 구조체를 상기 온도 범위 내에서 보지하는, 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 냉각 공정에 있어서, 제 2 냉각 프레스기를 이용하여 상기 적층 구조체를 냉각하는, 연료 전지 셀의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 공정에 있어서, 가열 프레스기를 이용하여 상기 적층 구조체를 가열하는, 연료 전지 셀의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 냉각 공정에 있어서의 결정화에 의해, 상기 세퍼레이터 및 상기 열가소성 수지의 사이의 계면 상에, 상기 결정성 고분자에 유래하는 라멜라 구조가 당해 계면에 대하여 수직 방향으로 형성되는, 연료 전지 셀의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정성 고분자가, 올레핀계 열가소성 고분자인, 연료 전지 셀의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 시일 부재가, 코어층을 더 포함하고, 당해 코어층의 양면 상에 상기 접착층이 배치되어 있는, 연료 전지 셀의 제조 방법.
  7. 전해질막 및 당해 전해질막의 양면에 배치된 촉매 전극을 포함하는 막 전극 접합체와, 당해 막 전극 접합체를 협지하는 한 쌍의 세퍼레이터와, 상기 한 쌍의 세퍼레이터를 접착하는 시일 부재를 포함하는 연료 전지 셀로서,
    상기 시일 부재는, 결정성 고분자를 포함하는 열가소성 수지를 접착층으로서 포함하고,
    상기 열가소성 수지와 상기 세퍼레이터와의 사이의 계면 상에, 상기 결정성 고분자에 유래하는 라멜라 구조가 당해 계면에 대하여 수직 방향으로 형성되어 있는, 제 1 항에 따라 제조된 연료 전지 셀.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 결정성 고분자가, 올레핀계 결정성 고분자인, 연료 전지 셀.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 시일 부재가, 코어층을 더 포함하고, 당해 코어층의 양면 상에 상기 접착층이 배치되어 있는, 연료 전지 셀.
  10. 삭제
  11. 삭제
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