JPH10189018A - 固体高分子型燃料電池のシール方法 - Google Patents
固体高分子型燃料電池のシール方法Info
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- JPH10189018A JPH10189018A JP8358189A JP35818996A JPH10189018A JP H10189018 A JPH10189018 A JP H10189018A JP 8358189 A JP8358189 A JP 8358189A JP 35818996 A JP35818996 A JP 35818996A JP H10189018 A JPH10189018 A JP H10189018A
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- polymer electrolyte
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】電解質膜とパッキン間のガスシールを容易且つ
確実に行え、また電解質膜とパッキンの間の密着性を向
上させることにより、高い耐久性を有する固体高分子型
燃料電池を得る。 【解決手段】固体高分子型燃料電池の高分子電解質膜と
パッキンとを予め電解質により接着して一体化すること
によりシールを行う方法において、該パッキンとして多
孔質のパッキンを用い、これに電解質溶液を含浸させた
後、電解質膜に圧着させることを特徴とする固体高分子
型燃料電池のシール方法。
確実に行え、また電解質膜とパッキンの間の密着性を向
上させることにより、高い耐久性を有する固体高分子型
燃料電池を得る。 【解決手段】固体高分子型燃料電池の高分子電解質膜と
パッキンとを予め電解質により接着して一体化すること
によりシールを行う方法において、該パッキンとして多
孔質のパッキンを用い、これに電解質溶液を含浸させた
後、電解質膜に圧着させることを特徴とする固体高分子
型燃料電池のシール方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型燃料
電池のシール方法に関し、より具体的には固体高分子型
燃料電池の固体高分子電解質膜とパッキン（ガスケッ
ト）とのガスシールを容易且つ確実にし、固体高分子型
燃料電池の耐久性、安全性を格段に向上させることがで
きる固体高分子型燃料電池のシール方法に関する。
電池のシール方法に関し、より具体的には固体高分子型
燃料電池の固体高分子電解質膜とパッキン（ガスケッ
ト）とのガスシールを容易且つ確実にし、固体高分子型
燃料電池の耐久性、安全性を格段に向上させることがで
きる固体高分子型燃料電池のシール方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池はイオン伝導体、
すなわち電解質が固体で且つ高分子である点に特徴を有
するものであるが、その固体高分子電解質としては具体
的にはイオン交換樹脂膜等の膜が使用され、この高分子
電解質膜を挟んで負極（アノード）及び正極（カソー
ド）の両電極を配置し、例えば負極側に燃料としての水
素ガスを、また正極側には酸素又は空気を供給して電気
化学反応を起こさせることにより電気を発生させるもの
である。
すなわち電解質が固体で且つ高分子である点に特徴を有
するものであるが、その固体高分子電解質としては具体
的にはイオン交換樹脂膜等の膜が使用され、この高分子
電解質膜を挟んで負極（アノード）及び正極（カソー
ド）の両電極を配置し、例えば負極側に燃料としての水
素ガスを、また正極側には酸素又は空気を供給して電気
化学反応を起こさせることにより電気を発生させるもの
である。
【０００３】この電池には各種態様のものがあるが、図
１は、その原理ないしは一態様を説明するための概略図
である。図１中、１は高分子電解質膜、２はカソード電
極（正極）、３はアノード電極（負極）であり、高分子
電解質膜１は相対する正負両電極２、３間に配置されて
いる。また４はカソード電極側集電体、５はアノード電
極側集電体であり、それぞれ正負の電極２及び３に当接
されている。このうちカソード電極側集電体４の電極２
側には酸素又は空気供給用の溝が設けられ、同じくアノ
ード電極側集電体５の電極３側には水素供給用の溝が設
けられ、正極側集電体４の溝は酸素又は空気供給管６
に、また負極側集電体５の溝は水素供給管７に連通して
いる。
１は、その原理ないしは一態様を説明するための概略図
である。図１中、１は高分子電解質膜、２はカソード電
極（正極）、３はアノード電極（負極）であり、高分子
電解質膜１は相対する正負両電極２、３間に配置されて
いる。また４はカソード電極側集電体、５はアノード電
極側集電体であり、それぞれ正負の電極２及び３に当接
されている。このうちカソード電極側集電体４の電極２
側には酸素又は空気供給用の溝が設けられ、同じくアノ
ード電極側集電体５の電極３側には水素供給用の溝が設
けられ、正極側集電体４の溝は酸素又は空気供給管６
に、また負極側集電体５の溝は水素供給管７に連通して
いる。
【０００４】また、８は正極側集電体４に当接して設け
られたカソード端子板、９は負極側集電体５に当接して
設けられたアノード端子板であり、電池の作動中にこれ
らを通して電力が取り出される。１０は上部枠体すなわ
ち上部フレーム、１１は下部枠体すなわち下部フレーム
であり、これら上下両枠体１０、１１により高分子電解
質膜１からカソード端子板８及びアノード端子板９まで
の電池本体（この用語は、本明細書中、電解質膜に電極
を当接させたものを指すものとしても使用している）を
被って固定されている。
られたカソード端子板、９は負極側集電体５に当接して
設けられたアノード端子板であり、電池の作動中にこれ
らを通して電力が取り出される。１０は上部枠体すなわ
ち上部フレーム、１１は下部枠体すなわち下部フレーム
であり、これら上下両枠体１０、１１により高分子電解
質膜１からカソード端子板８及びアノード端子板９まで
の電池本体（この用語は、本明細書中、電解質膜に電極
を当接させたものを指すものとしても使用している）を
被って固定されている。
【０００５】これら上下両枠体１０、１１間には、高分
子電解質膜１からカソード端子板８及びアノード端子板
９までの電池本体の周縁部を囲ってパッキン（ガスケッ
ト）１２が設けられ、これによってその電池本体の周縁
部を密に固定してシールし、特に高分子電解質膜１及び
正負両電極２、３に対してガスシールされている。なお
図１中、１３及び１４は冷却水供給管であり、これらは
それぞれ上部枠体１０及び下部枠体１１の内面に設けら
れた溝（閉通路）に連通し、カソード端子板８の背面及
びアノード端子板９の背面から冷却するようになってい
る。
子電解質膜１からカソード端子板８及びアノード端子板
９までの電池本体の周縁部を囲ってパッキン（ガスケッ
ト）１２が設けられ、これによってその電池本体の周縁
部を密に固定してシールし、特に高分子電解質膜１及び
正負両電極２、３に対してガスシールされている。なお
図１中、１３及び１４は冷却水供給管であり、これらは
それぞれ上部枠体１０及び下部枠体１１の内面に設けら
れた溝（閉通路）に連通し、カソード端子板８の背面及
びアノード端子板９の背面から冷却するようになってい
る。
【０００６】以上は、電池本体が単一の場合であるが、
この電池本体を二つ以上積み重ねて構成することも行わ
れる。この場合には二つ以上の各電池本体間にセパレー
ター（スペーサー）を介在させ、これにも冷却水用の溝
等を設ける必要はあるが、電池本体の周縁部を囲ってパ
ッキンを設け、その電池本体の周縁部を密に固定してシ
ールし、高分子電解質膜１及び正負両電極２、３に対し
てガスシールをすること等を含めて、基本的には上述単
一の電池本体の場合と同じである。この場合には、パッ
キン等の締め付けは、上下両枠体１０、１１に加え、上
記セパレーターをも介して行われる。
この電池本体を二つ以上積み重ねて構成することも行わ
れる。この場合には二つ以上の各電池本体間にセパレー
ター（スペーサー）を介在させ、これにも冷却水用の溝
等を設ける必要はあるが、電池本体の周縁部を囲ってパ
ッキンを設け、その電池本体の周縁部を密に固定してシ
ールし、高分子電解質膜１及び正負両電極２、３に対し
てガスシールをすること等を含めて、基本的には上述単
一の電池本体の場合と同じである。この場合には、パッ
キン等の締め付けは、上下両枠体１０、１１に加え、上
記セパレーターをも介して行われる。
【０００７】前述単一の電池本体、またこの電池本体を
二つ以上積み重ねて構成する場合にも、その縁部を密に
（特にガス密に）シールする必要がある。そのシールの
仕方としては、これまで上述のとおり高分子電解質膜
の周囲にパッキンを介在させて密着させる、Ｏリング
を介在させ、これにより密着させる等の手法が用いら
れ、提案されている。
二つ以上積み重ねて構成する場合にも、その縁部を密に
（特にガス密に）シールする必要がある。そのシールの
仕方としては、これまで上述のとおり高分子電解質膜
の周囲にパッキンを介在させて密着させる、Ｏリング
を介在させ、これにより密着させる等の手法が用いら
れ、提案されている。
【０００８】図２は、このうちＯリングによるシール
の仕方の一例を示すものである（図には片側のみ示して
いるが、その他の側についても同様である）。図示のと
おり電解質膜１の両面上に電極２（３）が配置され、図
１の態様ではその上下から上下両枠体１０（１１）によ
り、また電池本体を二つ以上積み重ねて構成する場合に
は上下両枠体及びセパレータ１６、１７により、これら
と電解質膜１の周縁部との間にＯリング１５を介在させ
て密着させることでシールされる。なお図２中符号「１
６（１０）」、「１７（１１）」と示しているのは、セ
パレータ１６、１７が最上部又は最下部となる場合に、
上部枠体１０又は下部枠体１１に相当することになるこ
とを意味している。
の仕方の一例を示すものである（図には片側のみ示して
いるが、その他の側についても同様である）。図示のと
おり電解質膜１の両面上に電極２（３）が配置され、図
１の態様ではその上下から上下両枠体１０（１１）によ
り、また電池本体を二つ以上積み重ねて構成する場合に
は上下両枠体及びセパレータ１６、１７により、これら
と電解質膜１の周縁部との間にＯリング１５を介在させ
て密着させることでシールされる。なお図２中符号「１
６（１０）」、「１７（１１）」と示しているのは、セ
パレータ１６、１７が最上部又は最下部となる場合に、
上部枠体１０又は下部枠体１１に相当することになるこ
とを意味している。
【０００９】しかし、これらの手法でその密着を確実に
するためには、何れもそれらパッキン又はＯリングを強
く押圧する必要がある。このため、これらが当接する高
分子電解質膜自体を損傷するばかりでなく、前述電池本
体に対しても必要以上の締め付けが行われてしまうこと
にもなる。また電解質膜は、通常、温度や加湿の有無に
より伸縮する性質があり、これによりシール部に負担が
かかり易いため、上述、等の何れのシール手法をと
るにしても、この点にも十分配慮する必要がある。
するためには、何れもそれらパッキン又はＯリングを強
く押圧する必要がある。このため、これらが当接する高
分子電解質膜自体を損傷するばかりでなく、前述電池本
体に対しても必要以上の締め付けが行われてしまうこと
にもなる。また電解質膜は、通常、温度や加湿の有無に
より伸縮する性質があり、これによりシール部に負担が
かかり易いため、上述、等の何れのシール手法をと
るにしても、この点にも十分配慮する必要がある。
【００１０】本発明者は、その電池本体の周縁部を固定
してシールし、高分子電解質膜１及び正負両電極２、３
に対してガスシールをするに当たり、そのように高分
子電解質膜の周囲にパッキンを介在させ密着させる、
Ｏリングを介在させ密着させる等の手法における上記欠
点ないし問題点を一挙に解決し、高分子電解質膜を軽く
押さえるだけで十分にシールすることができ、またこれ
によって高分子電解質膜自体を損傷することのない等の
優れた利点を有するシール法を先に開発している（特開
平８ー１４８１６９号）。その内容は概略下記のとおり
である。
してシールし、高分子電解質膜１及び正負両電極２、３
に対してガスシールをするに当たり、そのように高分
子電解質膜の周囲にパッキンを介在させ密着させる、
Ｏリングを介在させ密着させる等の手法における上記欠
点ないし問題点を一挙に解決し、高分子電解質膜を軽く
押さえるだけで十分にシールすることができ、またこれ
によって高分子電解質膜自体を損傷することのない等の
優れた利点を有するシール法を先に開発している（特開
平８ー１４８１６９号）。その内容は概略下記のとおり
である。
【００１１】固体高分子型燃料電池の高分子電解質膜と
パッキン（ガスケット）とを予め接着剤により接着して
一体化することによりシールを行う。この場合、上記接
着・一体化をより効果的にする上では、その接着に先立
ちそのパッキンに、これが高分子電解質膜と当接する面
（電池と接する面）に対してサンドブラスト（スチール
ブラスト等を含む）やプラズマエッチング等により細か
い凹凸を付けておくのが特に有効である。これによって
高分子電解質膜に対してパッキンを密にシールし且つ強
固に固定することができる。
パッキン（ガスケット）とを予め接着剤により接着して
一体化することによりシールを行う。この場合、上記接
着・一体化をより効果的にする上では、その接着に先立
ちそのパッキンに、これが高分子電解質膜と当接する面
（電池と接する面）に対してサンドブラスト（スチール
ブラスト等を含む）やプラズマエッチング等により細か
い凹凸を付けておくのが特に有効である。これによって
高分子電解質膜に対してパッキンを密にシールし且つ強
固に固定することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記技術では、それら
の構成によって高分子電解質膜に対してパッキンを密に
シールし且つ強固に固定することができ、特に上記のよ
うにパッキンの表面に細かい凹凸を付けておく態様で
は、これに電解質を塗布、含浸させた場合、電解質膜と
パッキンとの接触面積が増加してシール性が向上する。
の構成によって高分子電解質膜に対してパッキンを密に
シールし且つ強固に固定することができ、特に上記のよ
うにパッキンの表面に細かい凹凸を付けておく態様で
は、これに電解質を塗布、含浸させた場合、電解質膜と
パッキンとの接触面積が増加してシール性が向上する。
【００１３】しかし、上記のようなシールは電池燃料と
しての水素や酸化剤である酸素、或いは生成水蒸気に対
するガスシールであるため、そのシールは長期間にわた
り厳密に行う必要があり、このためさらに高い精度を有
し、耐久性の高いシール法が望まれる。そこで、本発明
は、固体高分子型燃料電池におけるガスシールに対する
上記要請に応えるためになされたものであり、上記のよ
うなシール法をさらに改善したシール法を提供すること
を目的とするものである。
しての水素や酸化剤である酸素、或いは生成水蒸気に対
するガスシールであるため、そのシールは長期間にわた
り厳密に行う必要があり、このためさらに高い精度を有
し、耐久性の高いシール法が望まれる。そこで、本発明
は、固体高分子型燃料電池におけるガスシールに対する
上記要請に応えるためになされたものであり、上記のよ
うなシール法をさらに改善したシール法を提供すること
を目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、固体高分子型
燃料電池の高分子電解質膜とパッキン（ガスケット）と
を予め電解質（接着剤）により接着して一体化すること
によりシールを行う方法において、該パッキンとして多
孔質のパッキンを用い、これに電解質溶液を含浸させた
後、電解質膜に圧着させることを特徴とする固体高分子
型燃料電池のシール方法を提供する。
燃料電池の高分子電解質膜とパッキン（ガスケット）と
を予め電解質（接着剤）により接着して一体化すること
によりシールを行う方法において、該パッキンとして多
孔質のパッキンを用い、これに電解質溶液を含浸させた
後、電解質膜に圧着させることを特徴とする固体高分子
型燃料電池のシール方法を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】固体高分子型燃料電池用の電解質
膜としては、これまで、当初のフェノールスルフォン
酸とホルムアルデヒドとの縮合合成膜から逐次改善、改
良され、以降これまで部分的にスルホン化したポリス
チレン膜、スチレンージビニルベンゼンをフルオロカ
ーボンのマトリックスにクロスリンクさせた後スルホン
化した膜、、の膜でαＣーＨ結合を含まない膜、
トリフルオロスチレンスルホン酸の重合膜、フルオロ
カーボンマトリックスにトリフルオロエチレンをグラフ
ト化した膜、パーフルオロカーボンスルフォン酸系の
樹脂膜等が提案されている。
膜としては、これまで、当初のフェノールスルフォン
酸とホルムアルデヒドとの縮合合成膜から逐次改善、改
良され、以降これまで部分的にスルホン化したポリス
チレン膜、スチレンージビニルベンゼンをフルオロカ
ーボンのマトリックスにクロスリンクさせた後スルホン
化した膜、、の膜でαＣーＨ結合を含まない膜、
トリフルオロスチレンスルホン酸の重合膜、フルオロ
カーボンマトリックスにトリフルオロエチレンをグラフ
ト化した膜、パーフルオロカーボンスルフォン酸系の
樹脂膜等が提案されている。
【００１６】本発明に係るシール方法は、上記例示の高
分子電解質膜とは限らず、燃料電池用として用いられる
高分子電解質膜の種類如何を問わず何れも適用される。
また本発明におけるパッキンとしては、これが多孔質で
あることが必要不可欠であるが、その材質については、
ポリテトラフルオロエチレン系ポリマー（テトラフルオ
ロエチレンーヘキサフルオロプロピレン共重合体等の共
重合体、その他その誘導体をも含む）等のフッ素樹脂系
のゴムその他それ自体化学的に安定で、これと接触する
材料を変質させることなく、また水素や空気等のガス流
体が浸透しない等、パッキンとして所定の諸性質を備え
ているものであれば何れも使用される。また、その多孔
の程度については、電解質溶液が含浸され得る程度の孔
径であれば差し支えない。
分子電解質膜とは限らず、燃料電池用として用いられる
高分子電解質膜の種類如何を問わず何れも適用される。
また本発明におけるパッキンとしては、これが多孔質で
あることが必要不可欠であるが、その材質については、
ポリテトラフルオロエチレン系ポリマー（テトラフルオ
ロエチレンーヘキサフルオロプロピレン共重合体等の共
重合体、その他その誘導体をも含む）等のフッ素樹脂系
のゴムその他それ自体化学的に安定で、これと接触する
材料を変質させることなく、また水素や空気等のガス流
体が浸透しない等、パッキンとして所定の諸性質を備え
ているものであれば何れも使用される。また、その多孔
の程度については、電解質溶液が含浸され得る程度の孔
径であれば差し支えない。
【００１７】また、本発明において、上記予め高分子電
解質膜とパッキンとを接着して一体化する、その接着一
体化のさせ方としては、多孔質のパッキンに電解質溶液
を含浸させた後、電解質膜に圧着させることにより行う
ことができる。この場合、その圧着の圧力としては電解
質の電解質膜との接着力如何にもよるが、加熱下で実施
する場合には、５０〜２００ｋｇ／ｃｍ2 程度で行うこ
とができる。さらに、その電解質溶液としては、パッキ
ン及び高分子電解質膜を化学作用等により劣化させない
ものである必要があり、このためその両者、特に高分子
電解質膜と同系統の成分からなる接着剤であるのが望ま
しい。
解質膜とパッキンとを接着して一体化する、その接着一
体化のさせ方としては、多孔質のパッキンに電解質溶液
を含浸させた後、電解質膜に圧着させることにより行う
ことができる。この場合、その圧着の圧力としては電解
質の電解質膜との接着力如何にもよるが、加熱下で実施
する場合には、５０〜２００ｋｇ／ｃｍ2 程度で行うこ
とができる。さらに、その電解質溶液としては、パッキ
ン及び高分子電解質膜を化学作用等により劣化させない
ものである必要があり、このためその両者、特に高分子
電解質膜と同系統の成分からなる接着剤であるのが望ま
しい。
【００１８】この点、前記例示の高分子電解質膜のう
ち、パーフルオロカーボンスルホン酸系の樹脂膜は、
その優れた電気的特性に加え、化学的にも物理的にもき
わめて安定であり、機械的も大きいこと等から、この系
統の樹脂膜が好ましく使用されているが、高分子電解質
膜として、例えばこの膜を使用する場合には、上記電解
質（接着剤）溶液としては、好ましくはこれと同じ系統
の高分子電解質膜の溶液〔例えばＮａｆｉｏｎー１１７
（登録商標）の膜を使用するなら、Ｎａｆｉｏｎ溶液
（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製、登録商
標）〕を使用する。
ち、パーフルオロカーボンスルホン酸系の樹脂膜は、
その優れた電気的特性に加え、化学的にも物理的にもき
わめて安定であり、機械的も大きいこと等から、この系
統の樹脂膜が好ましく使用されているが、高分子電解質
膜として、例えばこの膜を使用する場合には、上記電解
質（接着剤）溶液としては、好ましくはこれと同じ系統
の高分子電解質膜の溶液〔例えばＮａｆｉｏｎー１１７
（登録商標）の膜を使用するなら、Ｎａｆｉｏｎ溶液
（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製、登録商
標）〕を使用する。
【００１９】次に、本発明に係るシール方法の〔電解質
溶液含浸後、溶媒除去を伴う〕一態様について、その概
略を述べると以下のとおりである。（１）まず、多孔性
のパッキンに電解質の溶液を含浸量が０．１〜５ｍｇ／
ｃｍ2 程度となるように含浸させる。（２）次に、溶液
中の溶媒を室温で乾燥させ、表面から溶媒から見えなく
なった時点で、例えば真空乾燥器を用いて、温度８０℃
程度、約３時間程度乾かし、溶媒を完全に取り除く。
溶液含浸後、溶媒除去を伴う〕一態様について、その概
略を述べると以下のとおりである。（１）まず、多孔性
のパッキンに電解質の溶液を含浸量が０．１〜５ｍｇ／
ｃｍ2 程度となるように含浸させる。（２）次に、溶液
中の溶媒を室温で乾燥させ、表面から溶媒から見えなく
なった時点で、例えば真空乾燥器を用いて、温度８０℃
程度、約３時間程度乾かし、溶媒を完全に取り除く。
【００２０】（３）こうして得られたパッキンを２枚用
意し、シール面（電解質溶液の含浸面）を内側にして、
その間に電解質膜を挟み、ホットプレスしてパッキンを
一体化した膜を得る。ホットプレス条件としては例えば
温度１２０℃以上、特に１４０〜２００℃程度、圧力５
０〜２００ｋｇ／ｃｍ2 程度で行う。（４）得られた膜
に電極を接合して燃料電池本体を得る。
意し、シール面（電解質溶液の含浸面）を内側にして、
その間に電解質膜を挟み、ホットプレスしてパッキンを
一体化した膜を得る。ホットプレス条件としては例えば
温度１２０℃以上、特に１４０〜２００℃程度、圧力５
０〜２００ｋｇ／ｃｍ2 程度で行う。（４）得られた膜
に電極を接合して燃料電池本体を得る。
【００２１】（５）次いで、この燃料電池本体をパッキ
ンがシール部分に収まる枠体（及びセパレータ）で挟
み、アノード電極、カソード電極の両電極その他必要な
構成要素を、例えば図１のように組み立てることによ
り、燃料電池を得る。また、パッキンの厚みや形状は燃
料電池構造の態様、規模等の如何により図１のような形
態とは異なる場合があるが、本発明のシール方法は、そ
れら態様、規模等如何により制限されることはなく、ま
た電池本体が単一の場合とは限らず、この電池本体を二
つ以上積み重ねて構成する場合についても同様に適用さ
れる。
ンがシール部分に収まる枠体（及びセパレータ）で挟
み、アノード電極、カソード電極の両電極その他必要な
構成要素を、例えば図１のように組み立てることによ
り、燃料電池を得る。また、パッキンの厚みや形状は燃
料電池構造の態様、規模等の如何により図１のような形
態とは異なる場合があるが、本発明のシール方法は、そ
れら態様、規模等如何により制限されることはなく、ま
た電池本体が単一の場合とは限らず、この電池本体を二
つ以上積み重ねて構成する場合についても同様に適用さ
れる。
【００２２】本発明において、上記接着・一体化をより
効果的にする上では、前記特開平８ー１４８１６９号の
ように、その電解質溶液の含浸に先立ち、その多孔質の
パッキンに、これが高分子電解質膜と当接する面（電池
と接する面）に対してサンドブラスト（スチールブラス
ト等を含む）やプラズマエッチング等により細かい凹凸
を付けておくと、さらに有効である。これによって高分
子電解質膜に対してパッキンをさらに密にシールし且つ
強固に固定することができる。
効果的にする上では、前記特開平８ー１４８１６９号の
ように、その電解質溶液の含浸に先立ち、その多孔質の
パッキンに、これが高分子電解質膜と当接する面（電池
と接する面）に対してサンドブラスト（スチールブラス
ト等を含む）やプラズマエッチング等により細かい凹凸
を付けておくと、さらに有効である。これによって高分
子電解質膜に対してパッキンをさらに密にシールし且つ
強固に固定することができる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例に基づき本発明をさら
に詳しく説明するが、本発明がこの実施例に限定される
ものではないことは勿論である。まず、多孔質で、厚
さ３ｍｍのパッキン（ＰＴＦＥ系の多孔性硬質ゴム、Ｄ
ｕ Ｐｏｎｔ社製）に電解質の溶液を含浸量が３ｍｇ／
ｃｍ2 となるように含浸させた。ここで、該電解質の溶
液としてはＮａｆｉｏｎ膜の溶液（パーフルオロカーボ
ンスルホン酸系の高分子電解質のアルコール溶液、Ａｌ
ｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製、登録商標）を使用
した。
に詳しく説明するが、本発明がこの実施例に限定される
ものではないことは勿論である。まず、多孔質で、厚
さ３ｍｍのパッキン（ＰＴＦＥ系の多孔性硬質ゴム、Ｄ
ｕ Ｐｏｎｔ社製）に電解質の溶液を含浸量が３ｍｇ／
ｃｍ2 となるように含浸させた。ここで、該電解質の溶
液としてはＮａｆｉｏｎ膜の溶液（パーフルオロカーボ
ンスルホン酸系の高分子電解質のアルコール溶液、Ａｌ
ｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製、登録商標）を使用
した。
【００２４】（２）次に、含浸溶液中の溶媒を室温で乾
燥させ、表面から溶媒から見えなくなった時点で、真空
乾燥器中で温度８０℃、３時間乾かし、溶媒を完全に取
り除いた。（３）得られたパッキンを２枚用意し、シー
ル面を内側にして、その間にＮａｆｉｏｎー１１７膜
（高分子電解質膜、Ｄｕ Ｐｏｎｔ社製、商品名）を挟
み、温度１４０℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ2 で１０秒間ホ
ットプレスをし、パッキンを接着、一体化した固体高分
子電解質膜を得た。
燥させ、表面から溶媒から見えなくなった時点で、真空
乾燥器中で温度８０℃、３時間乾かし、溶媒を完全に取
り除いた。（３）得られたパッキンを２枚用意し、シー
ル面を内側にして、その間にＮａｆｉｏｎー１１７膜
（高分子電解質膜、Ｄｕ Ｐｏｎｔ社製、商品名）を挟
み、温度１４０℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ2 で１０秒間ホ
ットプレスをし、パッキンを接着、一体化した固体高分
子電解質膜を得た。
【００２５】（４）次に、（３）で得られたパッキン一
体化固体高分子電解質膜にガス拡散電極を接合して実施
例燃料電池本体を得た。本実施例で用いたこのガス拡散
電極は、気孔率８０％、厚さ０．４ｍｍのカーボンペー
パーをテトラフルオロエチレンーヘキサフルオロプロピ
レン共重合体のディスパージョンで撥水化したカーボン
ペーパー上に、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂の
アルコール溶液でコーティングしてなるカーボンに白金
５０重量％を担持させた触媒粒子にポリテトラフルオロ
エチレンのディスパージョンを加えた懸濁液を堆積させ
て得たものである。
体化固体高分子電解質膜にガス拡散電極を接合して実施
例燃料電池本体を得た。本実施例で用いたこのガス拡散
電極は、気孔率８０％、厚さ０．４ｍｍのカーボンペー
パーをテトラフルオロエチレンーヘキサフルオロプロピ
レン共重合体のディスパージョンで撥水化したカーボン
ペーパー上に、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂の
アルコール溶液でコーティングしてなるカーボンに白金
５０重量％を担持させた触媒粒子にポリテトラフルオロ
エチレンのディスパージョンを加えた懸濁液を堆積させ
て得たものである。
【００２６】図３（ａ）は以上で得た多孔質パッキンを
一体化した高分子電解質膜を示し、また図３（ｂ）は、
そのパッキン一体化高分子電解質膜にガス拡散電極を接
合した燃料電池本体の構造を示したものである。図３
中、高分子電解質膜１及び正負両電極２、３の配置は図
１〜図２の場合と同じであるが、上記で得た電極２、３
は撥水化カーボンペーパーがガス拡散層１８を形成し、
また触媒粒子の堆積層が触媒層１９を形成している。こ
のため両電極２、３は、ともに触媒層１９側が高分子電
解質膜面に当接するように接合されている。
一体化した高分子電解質膜を示し、また図３（ｂ）は、
そのパッキン一体化高分子電解質膜にガス拡散電極を接
合した燃料電池本体の構造を示したものである。図３
中、高分子電解質膜１及び正負両電極２、３の配置は図
１〜図２の場合と同じであるが、上記で得た電極２、３
は撥水化カーボンペーパーがガス拡散層１８を形成し、
また触媒粒子の堆積層が触媒層１９を形成している。こ
のため両電極２、３は、ともに触媒層１９側が高分子電
解質膜面に当接するように接合されている。
【００２７】一方、比較例燃料電池本体として、厚さ３
ｍｍのバイトン製パッキン（フッ素ゴム、Ｄｕ Ｐｏｎ
ｔ社製、商品名）のシール面（電池と接する面）にサン
ドブラストにより細かい凸凹を付けた後、その処理面上
にロール法により上記と同じ電解質溶液を電解質膜が３
ｍｇ／ｃｍ2 となるように塗付した。以下、実施例の場
合と同様にして、パッキンを接着一体化した固体高分子
電解質膜を得た後、これに実施例と同じガス拡散電極を
接合して比較例燃料電池本体を得た。なお、この手法
は、前記特開平８ー１４８１６９号の方法に準じたもの
である。
ｍｍのバイトン製パッキン（フッ素ゴム、Ｄｕ Ｐｏｎ
ｔ社製、商品名）のシール面（電池と接する面）にサン
ドブラストにより細かい凸凹を付けた後、その処理面上
にロール法により上記と同じ電解質溶液を電解質膜が３
ｍｇ／ｃｍ2 となるように塗付した。以下、実施例の場
合と同様にして、パッキンを接着一体化した固体高分子
電解質膜を得た後、これに実施例と同じガス拡散電極を
接合して比較例燃料電池本体を得た。なお、この手法
は、前記特開平８ー１４８１６９号の方法に準じたもの
である。
【００２８】次いで、常法により、上記実施例燃料電池
本体及び比較例燃料電池本体に、それぞれ集電体、端子
板等を密着させ、水素及び酸素の出入口等を設置して図
１のように固体高分子型燃料電池としてセットし、それ
ぞれセル電圧の経時変化を測定した。本測定では、燃料
として水素を使用し、これをアノード側に供給する一
方、カソード側には酸素を供給した。この両ガスの供給
圧力はともに２ａｔｍとし、水素は温度７５℃で、酸素
については２５℃で加湿し、また電池の温度を６０℃に
保って操作して測定した。
本体及び比較例燃料電池本体に、それぞれ集電体、端子
板等を密着させ、水素及び酸素の出入口等を設置して図
１のように固体高分子型燃料電池としてセットし、それ
ぞれセル電圧の経時変化を測定した。本測定では、燃料
として水素を使用し、これをアノード側に供給する一
方、カソード側には酸素を供給した。この両ガスの供給
圧力はともに２ａｔｍとし、水素は温度７５℃で、酸素
については２５℃で加湿し、また電池の温度を６０℃に
保って操作して測定した。
【００２９】図４はその測定結果である。電流密度は、
実施例電池、比較例電池ともに０．３Ａ／ｃｍ2 と一定
の条件である。図４から明らかなとおり、実施例電池に
おいては、セル電圧は当初から一定で、１０００時間経
過後でもセル電圧に全く変化はないことが分かる。また
比較例電池でも、ほぼ同様の経過を示しているが、セル
電圧は２００時間余経過した時点から、僅かずつではあ
るが低下している。このように本発明によれば、その耐
久性が特開平８ー１４８１６９号よりもさらに改善さ
れ、長期間にわたり安定した電力が得られることを示し
ている。
実施例電池、比較例電池ともに０．３Ａ／ｃｍ2 と一定
の条件である。図４から明らかなとおり、実施例電池に
おいては、セル電圧は当初から一定で、１０００時間経
過後でもセル電圧に全く変化はないことが分かる。また
比較例電池でも、ほぼ同様の経過を示しているが、セル
電圧は２００時間余経過した時点から、僅かずつではあ
るが低下している。このように本発明によれば、その耐
久性が特開平８ー１４８１６９号よりもさらに改善さ
れ、長期間にわたり安定した電力が得られることを示し
ている。
【００３０】
【発明の効果】以上のとおり、本発明に係るシール方法
によれば、電解質膜とパッキン間のガスシールを容易且
つ確実に行うことができるだけでなく、電解質膜とパッ
キンの間の密着性がさらに向上させることができる。こ
のため、さらに高い耐久性を有する固体高分子型燃料電
池が得られる。また特開平８ー１４８１６９号の技術で
ある、パッキンのシール面に細かい凸凹を付ける手法を
併用すれば、両者の利点を併わせた効果が得られる。
によれば、電解質膜とパッキン間のガスシールを容易且
つ確実に行うことができるだけでなく、電解質膜とパッ
キンの間の密着性がさらに向上させることができる。こ
のため、さらに高い耐久性を有する固体高分子型燃料電
池が得られる。また特開平８ー１４８１６９号の技術で
ある、パッキンのシール面に細かい凸凹を付ける手法を
併用すれば、両者の利点を併わせた効果が得られる。
【図１】固体高分子型燃料電池の一態様を説明するため
の概略図。
の概略図。
【図２】Ｏリングによる従来のシール態様の一例を示す
図。
図。
【図３】実施例で得たパッキンを一体化した高分子電解
質膜及びこれにガス拡散電極を接合した燃料電池本体の
構造を示す図。
質膜及びこれにガス拡散電極を接合した燃料電池本体の
構造を示す図。
【図４】実施例及び比較例で製作した各供試電池につい
て測定したセル電圧の経時変化を示す図（電流密度＝
０．３Ａ／ｃｍ2）。
て測定したセル電圧の経時変化を示す図（電流密度＝
０．３Ａ／ｃｍ2）。
１ 高分子電解質膜 ２ カソード電極（正極） ３ アノード電極（負極） ４、５ 集電体 ６ 空気供給管 ７ 水素供給管 ８、９ 端子板 １０ 上部枠体（上部フレーム） １１ 下部枠体（下部フレーム） １２ パッキン １３、１４ 冷却水供給管 １５ Ｏリング １６、１７ セパレータ １８ ガス拡散層 １９ 触媒層
Claims (5)
- 【請求項１】固体高分子型燃料電池の高分子電解質膜と
パッキンとを予め電解質により接着して一体化すること
によりシールを行う方法において、該パッキンとして多
孔質のパッキンを用い、これに電解質溶液を含浸させた
後、電解質膜に圧着させることを特徴とする固体高分子
型燃料電池のシール方法。 - 【請求項２】上記多孔質パッキンのシール面に細かい凸
凹を付けた後、電解質溶液をその凹凸面から含浸させる
請求項１記載の固体高分子型燃料電池のシール方法。 - 【請求項３】上記多孔質のパッキンの材質がポリテトラ
フルオロエチレン系ポリマーからなるパッキンである請
求項１又は２記載の固体高分子型燃料電池のシール方
法。 - 【請求項４】上記固体高分子電解質膜がパーフルオロカ
ーボンスルホン酸系の樹脂膜である請求項１、２又は３
記載の固体高分子型燃料電池のシール方法。 - 【請求項５】上記電解質溶液がパーフルオロカーボンス
ルホン酸系の樹脂溶液である請求項１、２、３又は４記
載の固体高分子型燃料電池のシール方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8358189A JPH10189018A (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 固体高分子型燃料電池のシール方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8358189A JPH10189018A (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 固体高分子型燃料電池のシール方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10189018A true JPH10189018A (ja) | 1998-07-21 |
Family
ID=18457997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8358189A Pending JPH10189018A (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 固体高分子型燃料電池のシール方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10189018A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000074160A1 (de) * | 1999-05-28 | 2000-12-07 | Heliocentris Energiesysteme Gmbh | Membran-elektroden-einheit für brennstoffzellen und dgl. |
| JP2002216803A (ja) * | 2001-01-19 | 2002-08-02 | Sony Corp | 燃料電池及びその製法並びに使用方法 |
-
1996
- 1996-12-27 JP JP8358189A patent/JPH10189018A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000074160A1 (de) * | 1999-05-28 | 2000-12-07 | Heliocentris Energiesysteme Gmbh | Membran-elektroden-einheit für brennstoffzellen und dgl. |
| US6815114B1 (en) | 1999-05-28 | 2004-11-09 | Heliocentris Energiesysteme Gmbh | Membrane electrode unit for fuel cells and the like |
| JP2002216803A (ja) * | 2001-01-19 | 2002-08-02 | Sony Corp | 燃料電池及びその製法並びに使用方法 |
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