JP2014225456A - Adhesion fuel cell assembly, method, system for manufacturing adhesion fuel cell assembly, and sealant composition - Google Patents

Adhesion fuel cell assembly, method, system for manufacturing adhesion fuel cell assembly, and sealant composition Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an adhesion fuel cell assembly, a method, system for manufacturing adhesion fuel cell assembly, and a sealant composition.SOLUTION: In a fuel cell having improved seating for leakage, a sealant 140 is arranged on the peripheral portion of a membrane electrode assembly by injection molding so as to infiltrate a gas diffusion layer 126. The sealant 140 can be thermally cured at a low temperature, e/g., 130°C or less, or can be cured at room temperature by application of a chemical beam. The sealant 140 may be one-part or two-parts, and the useful fuel cell component to be bonded includes a cathode flow field plate 128, an anode flow field plate 112, a resin frame, a gas diffusion layer 126, an anode catalyst layer 120, a cathode catalyst layer 124, a membrane electrolyte, a membrane electrode assembly frame and their combinations.

Description

関連出願の相互参照
本願は、２００６年１０月１３日出願の米国特許出願第１１／５４９，３３１号の一部継続出願であり、参照によりそれら全ての内容が本明細書中に援用される２００６年１月１７日出願の米国仮特許出願第６０／７５９，３８０号、２００６年１月１７日出願の米国仮特許出願第６０／７５９，４５２号、および２００６年１月１７日出願の米国仮特許出願第６０／７５９，４５６号の利益を主張する。 This application is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 11 / 549,331, filed Oct. 13, 2006, the entire contents of which are incorporated herein by reference. US Provisional Patent Application No. 60 / 759,380 filed January 17, 2006, US Provisional Patent Application No. 60 / 759,452 filed January 17, 2006, and US Provisional Application filed January 17, 2006. Claims the benefit of patent application 60 / 759,456.

本発明は、燃料電池などの電気化学電池の部品を接着し封止するための方法、組成物およびシステム、ならびにこれらにより形成される電気化学電池に関する。より詳細には、本発明は、膜電極アセンブリ、流体流れプレート、プロトン交換膜およびこれらの組合せなどの燃料電池部品を接着し封止するための方法、組成物およびシステムに関する。   The present invention relates to methods, compositions and systems for bonding and sealing components of electrochemical cells such as fuel cells, and electrochemical cells formed therefrom. More particularly, the present invention relates to methods, compositions and systems for bonding and sealing fuel cell components such as membrane electrode assemblies, fluid flow plates, proton exchange membranes and combinations thereof.

様々な公知のタイプの電気化学電池があるが、１つの一般的なタイプは、ポリマー電解質膜燃料電池とも称されるプロトン交換膜（「ＰＥＭ」）燃料電池などの燃料電池である。ＰＥＭ燃料電池は、２枚の流れ場または二極性プレート間に設けられる膜電極アセンブリ（「ＭＥＡ」）を含む。二極性プレートとＭＥＡとの間にガスケットを使用して、その場でシールを提供する。加えて、個々のＰＥＭ燃料電池は通常比較的低い電圧または出力を提供するため、複数のＰＥＭ燃料電池を積み重ねて、得られた燃料電池アセンブリの電気出力全体を増大させる。個々のＰＥＭ燃料電池間には封止も必要となる。さらには、燃料電池内の温度を制御するために、冷却プレートも通常設けられる。このようなプレートも、燃料電池アセンブリ内での漏れを防止するために封止される。組み立てた後、燃料電池スタックをクランプしてアセンブリを固定する。   While there are various known types of electrochemical cells, one common type is a fuel cell, such as a proton exchange membrane (“PEM”) fuel cell, also referred to as a polymer electrolyte membrane fuel cell. A PEM fuel cell includes a membrane electrode assembly (“MEA”) provided between two flow fields or bipolar plates. A gasket is used between the bipolar plate and the MEA to provide a seal in situ. In addition, since individual PEM fuel cells typically provide a relatively low voltage or output, multiple PEM fuel cells are stacked to increase the overall electrical output of the resulting fuel cell assembly. Sealing is also required between individual PEM fuel cells. Further, a cooling plate is usually provided to control the temperature in the fuel cell. Such plates are also sealed to prevent leakage within the fuel cell assembly. After assembly, the fuel cell stack is clamped to secure the assembly.

米国特許第６０５７０５４号に記載されているように、膜電極アセンブリ上に成形するための液状シリコーンゴムが提案されている。しかしながら、シリコーン組成物は、燃料電池の所望の動作寿命を達成する前にしばしば劣化することがある。また、このようなシリコーンゴムは、燃料電池を汚染する物質を放出し、それにより燃料電池の性能に悪影響が及ぼされる。セパレータプレート上への液状シリコーンゴムの成形も、米国特許第５２６４２９９号に記載されている。燃料電池の動作寿命を増大させるために、燃料電池部品の表面を接着するための、米国特許第６１６５６３４号に記載されているようなフルオロエラストマー類などより耐久性のあるエラストマー類、および米国特許第６１５９６２８号に記載されているようなポリオレフィン炭化水素が提案されている。しかしながら、これらの組成物は、ガス拡散層などの多孔質構造に十分には含浸されない。これらの熱可塑性およびフルオロエラストマー組成物の粘度はまた、基板に損傷を与えることなく射出成形するまたは多孔質構造に含浸させるためには高すぎる。   As described in US Pat. No. 6,057,054, a liquid silicone rubber has been proposed for molding on a membrane electrode assembly. However, silicone compositions can often degrade before achieving the desired operating life of the fuel cell. Such silicone rubber also releases substances that contaminate the fuel cell, thereby adversely affecting the performance of the fuel cell. Molding of liquid silicone rubber on the separator plate is also described in US Pat. No. 5,264,299. More durable elastomers, such as fluoroelastomers as described in US Pat. No. 6,165,634, and US Pat. No. 6,165,634 for bonding the surfaces of fuel cell components to increase the operating life of the fuel cell Polyolefin hydrocarbons such as those described in US Pat. No. 6,159,628 have been proposed. However, these compositions do not fully impregnate porous structures such as gas diffusion layers. The viscosity of these thermoplastic and fluoroelastomer compositions is also too high to be injection molded or impregnated into a porous structure without damaging the substrate.

米国特許出願公開第２００５／０２６３２４６号Ａ１には、融点またはガラス転移温度が約１００℃である熱可塑性フィルム膜を用いてガス拡散層に含浸させる縁部シールを電極アセンブリ上に作製するための方法が記載されている。このような方法は、プロトン交換膜をさらすことができる最高温度により溶融加工温度が制限されることになるため問題となる。このシールによりその後、燃料電池の動作温度の上限が制限されることになる。たとえば、プロトン交換膜は通常１３０℃の最高温度にさらすことしかできないが、一方で少なくとも９０℃の温度で通常は動作する。したがって、この開示の接着方法によって燃料電池の通常動作温度および最高動作温度が制限されることになる。   US 2005/0263246 A1 describes a method for making an edge seal on an electrode assembly in which a gas diffusion layer is impregnated using a thermoplastic film having a melting point or glass transition temperature of about 100 ° C. Is described. Such a method is problematic because the melt processing temperature is limited by the maximum temperature to which the proton exchange membrane can be exposed. This seal then limits the upper limit of the operating temperature of the fuel cell. For example, proton exchange membranes can usually only be exposed to a maximum temperature of 130 ° C, while they normally operate at a temperature of at least 90 ° C. Accordingly, the normal and maximum operating temperatures of the fuel cell are limited by the disclosed adhesion method.

米国特許第６８８４５３７号には、燃料電池部品を封止するためのシーリングビーズを備えたゴムガスケットを使用することが記載されている。接着剤の層を使用することによりガスケットを燃料電池部品に固定して、ガスケットの動きまたは滑り（ｓｌｉｐｐａｇｅ）を防止する。同様に、国際特許公開第ＷＯ２００４／０６１３３８号Ａ１および第ＷＯ２００４／０７９８３９号Ａ２には、燃料電池部品を封止するために複数部品および単一部品のガスケットを使用することが記載されている。そのように記載されているガスケットは、接着剤を使用することにより燃料電池部品に固定される。これらの接着材およびガスケットの設置は時間がかかるだけでなく、ずれ（ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）により燃料電池の漏れおよび性能損失が生じることがあるため問題となる。   US Pat. No. 6,884,537 describes the use of rubber gaskets with sealing beads for sealing fuel cell components. The gasket is secured to the fuel cell component by using an adhesive layer to prevent gasket movement or slippage. Similarly, International Patent Publication Nos. WO 2004/061338 A1 and WO 2004/079839 A2 describe the use of multi-part and single-part gaskets to seal fuel cell parts. The gasket so described is secured to the fuel cell component by using an adhesive. The installation of these adhesives and gaskets is not only time consuming, but is problematic because misalignment can cause fuel cell leakage and performance loss.

米国特許第６８７５５３４号には、燃料電池のセパレータプレートの周縁を封止するための現場硬化型（ｃｕｒｅｄ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ）組成物が記載されている。この現場硬化型組成物は、各末端に終端アリルラジカルを有するポリイソブチレンポリマーと、有機ポリシロキサンと、各々がシリコン原子と結合している少なくとも２つの水素原子を有する有機水素ポリシロキサンと、白金触媒とを含む。米国特許第６４５１４６８号には、燃料電池のセパレータ、電極またはイオン交換膜を封止するための現場形成型（ｆｏｒｍｅｄ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ）組成物が記載されている。この現場形成型組成物は、各末端に終端アルケニル基を有する線状ポリイソブチレンペルフルオロポリエーテルと、各々がシリコン原子と結合している少なくとも２つの水素原子を有する架橋剤または硬化剤と、ヒドロシリル化触媒とを含む。これらの組成物の架橋密度および得られる特性は、アリルまたはアルケニル二官能性基を有する線状ポリイソブチレンオリゴマー類を使用することによって制限される。これらの組成物における官能性は、ヒドロシリル官能基を変えることによって変更されるが、これにより得られる組成物の特性が制限される。   US Pat. No. 6,875,534 describes a cured-in-place composition for sealing the periphery of a fuel cell separator plate. The in-situ curable composition comprises a polyisobutylene polymer having a terminal allyl radical at each end, an organic polysiloxane, an organic hydrogen polysiloxane having at least two hydrogen atoms each bonded to a silicon atom, and a platinum catalyst. Including. US Pat. No. 6,451,468 describes a formed-in-place composition for sealing fuel cell separators, electrodes or ion exchange membranes. This in situ forming composition comprises a linear polyisobutylene perfluoropolyether having a terminal alkenyl group at each end, a crosslinking or curing agent having at least two hydrogen atoms each bonded to a silicon atom, and hydrosilylation And a catalyst. The crosslink density and resulting properties of these compositions are limited by the use of linear polyisobutylene oligomers having allyl or alkenyl bifunctional groups. The functionality in these compositions is altered by changing the hydrosilyl functionality, but this limits the properties of the resulting composition.

国際特許公開第ＷＯ２００４／０４７２１２号Ａ２には、燃料電池の流体輸送層またはガス拡散層を封止するためにフォームラバーガスケット、液状シリコーンシーラントまたは固体フッ素プラスチックを使用することが記載されている。固体ガスケット、すなわち、フォームラバーおよび／または固体フッ素プラスチックテープもしくはフィルムを使用すると、これらの材料の設置ならびにその後に続く燃料電池部品およびガスケットの位置合わせに時間がかかり、問題となる。   International Patent Publication No. WO 2004/047212 A2 describes the use of foam rubber gaskets, liquid silicone sealants or solid fluoroplastics to seal fluid transport layers or gas diffusion layers of fuel cells. The use of solid gaskets, i.e. foam rubber and / or solid fluoroplastic tapes or films, is time consuming to install these materials and the subsequent alignment of fuel cell components and gaskets.

米国特許出願公開第２００３／００５４２２５号には、燃料電池電極に電極材料を塗布するためにドラムやローラなどの回転装置を使用することが記載されている。この公報には、燃料電池電極を形成するための自動プロセスが記載されているが、この公報は形成された燃料電池の封止の問題を扱っていない。   US Patent Application Publication No. 2003/0054225 describes the use of a rotating device such as a drum or roller to apply electrode material to a fuel cell electrode. Although this publication describes an automated process for forming fuel cell electrodes, this publication does not address the problem of sealing the formed fuel cell.

欧州特許出願第１５９４７７号Ａ１には、イソブチレン、イソプレンおよびパラメチルスチレンの過酸化物硬化性ターポリマーが記載されている。この組成物を燃料電池で使用することは言及されているが、用途、加工またはデバイスの詳細については提供されていない。   European Patent Application No. 159477 A1 describes peroxide curable terpolymers of isobutylene, isoprene and paramethylstyrene. Although the use of this composition in a fuel cell is mentioned, no details of application, processing or device are provided.

米国特許第６９４２９４１号には、異なるシートを接着して二極性セパレータプレートを形成するための導電性接着剤を使用することが記載されている。まず、導電性プライマを２枚のプレート上に塗布し、約１００℃に加熱することによって部分的に硬化する。その後、２枚のプレート間に接着剤を塗布し、これらのプレートを押し付けた後、約２６０℃まで加熱することによって接着剤を硬化する。   US Pat. No. 6,942,2941 describes the use of a conductive adhesive to bond different sheets to form a bipolar separator plate. First, a conductive primer is applied on two plates and partially cured by heating to about 100 ° C. Thereafter, an adhesive is applied between the two plates, and after pressing the plates, the adhesive is cured by heating to about 260 ° C.

最先端の技術があるにもかかわらず、現場硬化型または現場形成型ガスケット組成物として電気化学電池部品と共に使用するために適したシーラント組成物、ならびに燃料電池部品にシーラントを適用する方法およびシステムの必要性が依然としてある。   Despite state-of-the-art technology, a sealant composition suitable for use with electrochemical cell components as an in-situ curable or in-situ gasket composition, and a method and system for applying a sealant to a fuel cell component There is still a need.

単一電池配置においては、流体流れ場プレートが、アノード側およびカソード側のそれぞれに設けられる。これらのプレートは電流コレクタとして働き、電極を支持し、アノード表面およびカソード表面それぞれへの燃料および酸化剤のアクセスチャネルを提供し、電池の動作時に形成される水を除去するために一部の燃料電池設計においてチャネルを提供する。複数の電池の配列においては、構成部品を積層して、複数の個別の燃料電池を有する燃料電池アセンブリが提供される。２つ以上の燃料電池を一般的には直列に、時折並列に互いに接続して、アセンブリの全出力を増大させることができる。直列配置においては、あるプレートの一方の側が１つの電池のアノードプレートとして働き、そのプレートのもう一方の側は隣接する電池のカソードプレートとして働くことができる。このような直列接続の複数の燃料電池の配列は、燃料電池スタックと称され、通常その組み立てられた状態でタイロッドおよびエンドプレートによって一緒に保持される。このスタックは、典型的には、燃料および酸化剤をアノードおよびカソード流れ場チャネルに方向づけるためのマニホルドおよび流入ポートを備える。   In a single cell arrangement, fluid flow field plates are provided on each of the anode and cathode sides. These plates act as current collectors, support the electrodes, provide fuel and oxidant access channels to the anode and cathode surfaces, respectively, and remove some of the fuel to remove water formed during cell operation. Provides channels in battery design. In a plurality of cell arrangements, a fuel cell assembly is provided having a plurality of individual fuel cells stacked together. Two or more fuel cells can be connected together, typically in series and sometimes in parallel, to increase the overall output of the assembly. In a series arrangement, one side of a plate can serve as the anode plate for one cell and the other side of the plate can serve as the cathode plate for an adjacent cell. Such an array of fuel cells connected in series is referred to as a fuel cell stack and is usually held together by tie rods and end plates in their assembled state. The stack typically includes manifolds and inlet ports for directing fuel and oxidant to the anode and cathode flow field channels.

燃料電池の中央の要素は、ガス拡散層（「ＧＤＬ」）とイオン伝導性ポリマー電解質との間に配置された２つの電極（アノード、カソード）を備えるＭＥＡである。各電極層は、白金、パラジウム、ルテニウムおよび／またはニッケルなどの電気化学触媒を含む。ＧＤＬは、電極材料へのガス輸送および電極材料からのガス輸送を容易にし、電流を伝導するために、電極の上に配置する。燃料（水素）および酸化剤（酸素）を供給すると、２つの電気化学半電池反応が起こる。アノードに供給された水素が酸化されて、触媒の存在下プロトンおよび電子を生成する。得られたプロトンは、水環境内で電解質を越えてカソードへと輸送される。外部回路中を移動してからカソードに到達することが可能となる電子によって、有用な電気エネルギーが利用される。カソードでは、空気からの気体酸素が還元され、プロトンおよび電子と結合する。電池反応全体により、水素１モルおよび酸素１／２モル当たり１モルの水がもたらされる。   The central element of the fuel cell is an MEA comprising two electrodes (anode, cathode) disposed between a gas diffusion layer (“GDL”) and an ion conducting polymer electrolyte. Each electrode layer includes an electrochemical catalyst such as platinum, palladium, ruthenium and / or nickel. The GDL is placed over the electrode to facilitate gas transport to and from the electrode material and conduct current. When supplying fuel (hydrogen) and oxidant (oxygen), two electrochemical half-cell reactions occur. Hydrogen supplied to the anode is oxidized to generate protons and electrons in the presence of the catalyst. The resulting protons are transported across the electrolyte to the cathode in an aqueous environment. Useful electrical energy is utilized by electrons that can travel through the external circuit before reaching the cathode. At the cathode, gaseous oxygen from the air is reduced and combined with protons and electrons. The overall cell reaction results in 1 mole of water per mole of hydrogen and 1/2 mole of oxygen.

燃料電池を組み立てると、膜電極アセンブリが、セパレータプレート、典型的には二極性または単極性プレート間に押し込まれる。これらのプレートは、反応ガス用の流れチャネルを内蔵し、熱伝達用の導管も含むことができる。したがって、本発明は、電池内に水和反応ガスを密閉するための方法を提供する。このプロセスの第１のステップは、膜電極アセンブリの縁部上への液状シーラントの圧縮成形を含む。望ましくは、非電導性シーラントがガス拡散層に浸透して、燃料電池内における電気的短絡を防止する。この成形プロセスの結果、容易に取り扱うことができる縁部シールを備えた膜電極アセンブリを提供することができる。いったんアセンブリが提供されると、この成形された膜電極アセンブリをセパレータプレートと併せて配置して、単電池（ｕｎｉｔ ｃｅｌｌ）を提供する。燃料電池スタックは通常、複数の単電池で構成される。   When the fuel cell is assembled, the membrane electrode assembly is pushed between separator plates, typically bipolar or unipolar plates. These plates contain flow channels for the reaction gases and can also include heat transfer conduits. Accordingly, the present invention provides a method for sealing a hydration reaction gas within a battery. The first step of this process involves compression molding of a liquid sealant onto the edge of the membrane electrode assembly. Desirably, the non-conductive sealant penetrates the gas diffusion layer to prevent electrical shorts in the fuel cell. As a result of this molding process, a membrane electrode assembly with an edge seal that can be easily handled can be provided. Once the assembly is provided, the molded membrane electrode assembly is placed in conjunction with a separator plate to provide a unit cell. A fuel cell stack is usually composed of a plurality of single cells.

本発明の一実施形態によれば、液状射出成形（ｌｉｑｕｉｄ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ）プロセスにおいて、１液型の熱硬化性炭化水素シーラントを使用することができる。このシーラントは、モールド型の形状をとることが可能となるように、その未硬化状態において吸出し可能な（ｐｕｍｐａｂｌｅ）粘度を有する。このシーラントは、アリル終端炭化水素、反応性希釈剤、有機水素ポリシロキサン、禁止剤および触媒を含むことができる。反応性希釈剤は、硬化シールの架橋密度がもたらされるように、一官能性であっても、二官能性であっても、三官能性であっても、または多官能性であってもよい。触媒および禁止剤の適当量が、高温でシーラントが硬化されるように選択される。典型的な硬化温度は、５０〜２００℃の範囲内である。硬化温度は、望ましくは、シーラントが時宜に即して完全に硬化されるように、また膜と適合するように選択される。たとえば、典型的なペルフルオロスルホン酸ＰＥＭを１３０℃よりも高く加熱することはできない。本発明による成形プロセスでは、膜を電極およびＧＤＬと共に射出成形機のモールド型内に設置し、クランプして閉じた。１液型の炭化水素シーラントを適当な温度で加熱したモールド型、すなわちダイ内に注入し、硬化してＭＥＡに縁部シールを設けた。   According to one embodiment of the present invention, a one-part thermosetting hydrocarbon sealant can be used in a liquid injection molding process. This sealant has a pumpable viscosity in its uncured state so that it can take the shape of a mold. The sealant can include allyl-terminated hydrocarbons, reactive diluents, organohydrogenpolysiloxanes, inhibitors and catalysts. The reactive diluent may be monofunctional, bifunctional, trifunctional, or polyfunctional so as to provide a crosslink density for the cured seal. . Appropriate amounts of catalyst and inhibitor are selected so that the sealant is cured at elevated temperatures. Typical curing temperatures are in the range of 50-200 ° C. The curing temperature is desirably selected so that the sealant is fully cured in a timely manner and compatible with the film. For example, typical perfluorosulfonic acid PEM cannot be heated above 130 ° C. In the molding process according to the present invention, the membrane was placed in the mold of an injection molding machine with the electrode and GDL, clamped and closed. A one-part hydrocarbon sealant was poured into a mold heated at an appropriate temperature, ie, a die, and cured to provide an edge seal on the MEA.

本発明の炭化水素シーラント材料により、シリコーン、エチレンプロピレンジエンモノマー（「ＥＰＤＭ」）ゴム、フルオロエラストマー類など他の典型的なシールおよびガスケット材料を超えるいくつかの利点がもたらされる。シリコーンは通常、燃料電池の攻撃的な酸性および熱条件においては長時間安定であることはなく、有機汚染物質に対する必要な感度も提供しない。ＥＰＤＭゴムは、燃料電池内で組み立てられた後、電気的短絡を防止するためのガス拡散層への必要な含浸を提供しない。フルオロエラストマーは一般的に高価で、プロトン交換膜の劣化温度よりも高い温度で硬化する必要がある。   The hydrocarbon sealant material of the present invention provides several advantages over other typical seal and gasket materials such as silicone, ethylene propylene diene monomer ("EPDM") rubber, fluoroelastomers and the like. Silicones are usually not stable for long periods in the aggressive acidic and thermal conditions of fuel cells and do not provide the necessary sensitivity to organic contaminants. EPDM rubber does not provide the necessary impregnation into the gas diffusion layer to prevent electrical shorts after being assembled in the fuel cell. Fluoroelastomers are generally expensive and need to be cured at a temperature higher than the degradation temperature of the proton exchange membrane.

本発明の成形ＭＥＡ設計により、他のシール構成を超えるいくつかの利点がもたらされる。５層のＭＥＡ上に直接シールを射出成形することによって、縁部シールを設けて反応ガスのＭＥＡからの漏れを防止する。硬化シールにより、ＭＥＡ（ＰＥＭ、電極、ＧＤＬ）の後に続く部品をまとめて保持するための方法がもたらされる。シーラントは、射出成形プロセス中にＧＤＬに含浸させる。これにより、ＭＥＡへのシールの付着力が向上し、短絡をもたらすことになるＧＤＬの接触が防止される。この一段階シーリングプロセスにより組立て時間が低減され、燃料電池スタック中のシールの数が低減される。   The molded MEA design of the present invention provides several advantages over other seal configurations. By injection molding the seal directly over the five layers of MEA, an edge seal is provided to prevent reactant gas leakage from the MEA. The hard seal provides a way to hold the parts that follow the MEA (PEM, electrode, GDL) together. The sealant is impregnated into the GDL during the injection molding process. This improves the adhesion of the seal to the MEA and prevents GDL contact that would cause a short circuit. This one-step sealing process reduces assembly time and the number of seals in the fuel cell stack.

本発明の一態様においては、液状射出成形シーラントを使用して、膜電極アセンブリのガス拡散層に含浸させることができ、また重合させて、膜電極アセンブリがシーラントの付与温度を上回る温度で動作することができるように膜電極アセンブリの縁部に沿ってシールを作り出すことができる。ＰＥＭ燃料電池の通常の動作温度は、約９０℃である。典型的なＭＥＡの温度上限は約１３０℃である。したがって、公知の熱可塑性シーラントは通常、９０℃〜１３０℃の温度範囲内で加工される。熱可塑性シーラントは、９０℃未満では溶融してはならない。というのは、そうでなければ燃料電池が動作しているときに流出してしまうからである。さらに、より速い製造時間を得るために、熱可塑性物質の加工温度を１３０℃よりも高く上昇させることはできない。というのは、ＭＥＡが劣化してしまうからである。本発明の一態様においては、熱硬化性シーラントの使用が有利である。熱硬化性シーラントは、低温でモールド型および／またはＭＥＡの部品、すなわちＧＤＬに流れ込むことができ、また９０℃〜１３０℃の温度範囲内で硬化して、燃料電池の動作温度においてだけでなく、通常の動作温度をはるかに上回る温度においても安定な架橋材料を提供することができる。有用な組成物には、官能性炭化水素および官能性フッ素含有ポリマーを含めることができる。   In one aspect of the invention, a liquid injection molded sealant can be used to impregnate the gas diffusion layer of the membrane electrode assembly and polymerize so that the membrane electrode assembly operates at a temperature above the application temperature of the sealant. A seal can be created along the edge of the membrane electrode assembly so that it can. The normal operating temperature of a PEM fuel cell is about 90 ° C. A typical MEA upper temperature limit is about 130 ° C. Thus, known thermoplastic sealants are usually processed within a temperature range of 90 ° C to 130 ° C. The thermoplastic sealant must not melt below 90 ° C. This is because otherwise it will flow out when the fuel cell is operating. Furthermore, the processing temperature of the thermoplastic cannot be raised above 130 ° C. in order to obtain a faster production time. This is because the MEA deteriorates. In one aspect of the invention, the use of a thermosetting sealant is advantageous. Thermoset sealants can flow into molds and / or MEA parts, i.e. GDL, at low temperatures and cure within the temperature range of 90C to 130C, not only at the operating temperature of the fuel cell, A stable cross-linked material can be provided even at temperatures well above normal operating temperatures. Useful compositions can include functional hydrocarbons and functional fluorine-containing polymers.

本発明の別の態様においては、液状射出成形プロセスにおいて硬化性炭化水素シーラントを使用する。このシーラントは、官能性炭化水素、反応性希釈剤、有機水素ポリシロキサン、禁止剤および触媒を含むことができる。触媒および禁止剤の量は、短時間、たとえば約１５分以内に１３０℃以下でシーラントが硬化されるように望ましくは選択される。成形プロセスにおいて、このシーラントを、適当な温度でモールド型またはダイを介して膜電極アセンブリ上に直接射出することができ、また硬化して膜電極アセンブリに縁部シールを提供することができる。   In another aspect of the invention, a curable hydrocarbon sealant is used in the liquid injection molding process. The sealant can include functional hydrocarbons, reactive diluents, organohydrogen polysiloxanes, inhibitors and catalysts. The amount of catalyst and inhibitor is desirably selected so that the sealant is cured at a temperature of 130 ° C. or less within a short period of time, for example, within about 15 minutes. In the molding process, the sealant can be injected directly onto the membrane electrode assembly through a mold or die at an appropriate temperature and can be cured to provide an edge seal to the membrane electrode assembly.

本発明の別の態様においては、特定の電磁放射、たとえば紫外線に対して透明または透過性であるモールド型またはダイにポリマー組成物を射出する。この組成物を射出し、所与の波長の電磁放射にダイを介してさらし、重合させてシールを形成する。   In another aspect of the invention, the polymer composition is injected into a mold or die that is transparent or transparent to certain electromagnetic radiation, such as ultraviolet light. The composition is injected, exposed to electromagnetic radiation of a given wavelength through a die and polymerized to form a seal.

本発明の別の態様においては、Ｂステージ組成物を膜電極アセンブリへと溶融含浸させ、重合させて機能性シールを提供する。   In another aspect of the invention, the B-stage composition is melt impregnated into a membrane electrode assembly and polymerized to provide a functional seal.

本発明の一態様においては、燃料電池を形成するための方法が、ガス拡散層を備える膜電極アセンブリを提供するステップ、キャビティを有するモールド型を提供するステップ、キャビティが膜電極アセンブリと流体連通するようにモールド型を位置決めするステップ、キャビティ中に硬化性液状シーラント組成物を付与(塗布)するステップ、および組成物を硬化するステップを含む。シーラントを付与(塗布)するステップは、シーラントがガス拡散層に浸透するようにシーラントに圧力を加えるステップおよび／または膜電極アセンブリの縁部が完全にシーラントで覆われるようにシーラントを付与(塗布)するステップをさらに含むことができる。組成物を硬化するステップは、約１３０℃以下の温度で、望ましくは約１００℃以下の温度で、より望ましくは約室温を含めた約９０℃以下の温度でシーラントを熱硬化することをさらに含むことができる。この硬化ステップは、化学線を提供してシーラントを約室温で硬化するステップを含むことができる。望ましくは、硬化性シーラント組成物は、（メタ）アクリレート、ウレタン、ポリエーテル、ポリオレフィン、ポリエステル、これらのコポリマーおよびこれらの組合せから選択される化学線硬化性材料を含む。有用な熱硬化性シーラント組成物は、アルケニル終端炭化水素オリゴマーと、多官能性アルケニルモノマーと、少なくとも約２つの水素化ケイ素官能基を有するシリル硬化剤と、ヒドロシリル化触媒とを含む。望ましくは、アルケニル終端炭化水素オリゴマーはアルケニル終端ポリイソブチレンオリゴマーを含む。   In one aspect of the present invention, a method for forming a fuel cell includes providing a membrane electrode assembly with a gas diffusion layer, providing a mold having a cavity, and the cavity is in fluid communication with the membrane electrode assembly. Positioning the mold in such a manner, applying (applying) a curable liquid sealant composition in the cavity, and curing the composition. The step of applying (applying) the sealant includes applying pressure to the sealant so that the sealant penetrates the gas diffusion layer and / or applying (applying) the sealant so that the edges of the membrane electrode assembly are completely covered with the sealant. The method may further include the step of: Curing the composition further comprises thermally curing the sealant at a temperature of about 130 ° C. or less, desirably about 100 ° C. or less, more desirably about 90 ° C. or less, including about room temperature. be able to. This curing step can include providing actinic radiation to cure the sealant at about room temperature. Desirably, the curable sealant composition comprises an actinic radiation curable material selected from (meth) acrylates, urethanes, polyethers, polyolefins, polyesters, copolymers thereof, and combinations thereof. Useful thermosetting sealant compositions comprise an alkenyl terminated hydrocarbon oligomer, a multifunctional alkenyl monomer, a silyl curing agent having at least about two silicon hydride functional groups, and a hydrosilylation catalyst. Desirably, the alkenyl terminated hydrocarbon oligomer comprises an alkenyl terminated polyisobutylene oligomer.

本発明の別の態様においては、燃料電池を形成するためのシステムは、対向する合わせ面を有する第１および第２のモールド型部材であって、合わせ面の少なくとも１つがガスケットの形のキャビティおよびキャビティと流体連通するポートを有し、それらの少なくとも１つが化学線を透過させる第１および第２のモールド型部材と、化学線の線源であって、そこから発生した化学線が、対向する合わせ面が実質的な当接関係に配置されたときに、キャビティに透過可能（伝達可能）である線源とを備える。望ましくは、燃料電池部品が、第１および第２モールド型部材間に固定的に配置可能であり、キャビティは燃料電池部品と流体連通する。あるいは、モールド型部材の一方が膜電極アセンブリなどの燃料電池部品であってもよく、その上に現場硬化型ガスケットを形成して一体ガスケットを提供することができる。   In another aspect of the invention, a system for forming a fuel cell includes first and second mold members having opposing mating surfaces, wherein at least one of the mating surfaces is a gasket-shaped cavity and The first and second mold members having a port in fluid communication with the cavity and at least one of which is transparent to actinic radiation, and the actinic radiation source, the actinic radiation generated therefrom are opposed to each other And a radiation source that is transmissive (transmittable) to the cavity when the mating surfaces are disposed in a substantially abutting relationship. Desirably, the fuel cell component can be fixedly disposed between the first and second mold members and the cavity is in fluid communication with the fuel cell component. Alternatively, one of the mold members may be a fuel cell component such as a membrane electrode assembly, and an in-situ cured gasket may be formed thereon to provide an integral gasket.

本発明の別の態様においては、燃料電池を形成するためのシステムが、対向する合わせ面を有する第１および第２のモールド型部材を備え、合わせ面の少なくとも１つがガスケットの形のキャビティおよびキャビティと流体連通するポートを有し、対向する合わせ面が実質的な当接関係に配置されたときに、熱エネルギーがキャビティに透過可能となるように、モールド型部材の少なくとも１つが加熱可能である。望ましくは、燃料電池部品が、第１および第２モールド型部材間に固定的に配置可能であり、キャビティは燃料電池部品と流体連通する。あるいは、モールド型部材の一方が膜電極アセンブリなどの燃料電池部品であってもよく、その上に現場硬化型ガスケットを形成して一体ガスケットを提供することができる。   In another aspect of the invention, a system for forming a fuel cell includes first and second mold members having opposing mating surfaces, wherein at least one of the mating surfaces is a gasket-shaped cavity and cavity. At least one of the mold members is heatable so that heat energy can be transmitted through the cavity when the opposing mating surfaces are disposed in a substantially abutting relationship. . Desirably, the fuel cell component can be fixedly disposed between the first and second mold members and the cavity is in fluid communication with the fuel cell component. Alternatively, one of the mold members may be a fuel cell component such as a membrane electrode assembly, and an in-situ cured gasket may be formed thereon to provide an integral gasket.

本発明の別の態様においては、硬化シーラント組成物がアセンブリの周縁部の上に配置されたＭＥＡが提供され、硬化シーラント組成物は、アルケニル終端ジアリルポリイソブチレンオリゴマーと、約１個の水素原子のみがシリコン原子と結合している少なくとも約２つの水素化ケイ素官能基を有するシリル硬化剤と、ヒドロシリル化触媒とを含む。硬化した組成物は、多官能性アルケニルモノマーを含むことができる。   In another aspect of the invention, an MEA is provided in which a cured sealant composition is disposed on the periphery of the assembly, the cured sealant composition comprising only an alkenyl terminated diallyl polyisobutylene oligomer and about one hydrogen atom. Includes a silyl curing agent having at least about two silicon hydride functional groups bonded to a silicon atom, and a hydrosilylation catalyst. The cured composition can include a multifunctional alkenyl monomer.

本発明の別の態様においては、硬化シーラント組成物がアセンブリの周縁部の上に配置されたＭＥＡが提供され、硬化シーラント組成物は、（メタ）アクリレート、ウレタン、ポリエーテル、ポリオレフィン、ポリエステル、これらのコポリマーおよびこれらの組合せから選択される化学線硬化性材料を含む。   In another aspect of the invention, an MEA is provided in which a cured sealant composition is disposed on the periphery of the assembly, the cured sealant composition comprising (meth) acrylate, urethane, polyether, polyolefin, polyester, these Actinic radiation curable materials selected from copolymers of these and combinations thereof.

本発明の別の態様において、燃料電池が提供される。この燃料電池は、硬化シーラントを有する燃料電池部品を備え、硬化シーラントは、テレケリック官能性ポリイソブチレンと、有機水素ポリシロキサン架橋剤と、白金触媒と、光開始剤とを含む。テレケリック官能性ポリイソブチレンは、アルケニル終端ジアリルポリイソブチレンオリゴマーを含むことができる。燃料電池部品は、カソード流れ場プレート、アノード流れ場プレート、樹脂フレーム、ガス拡散層、アノード触媒層、カソード触媒層、膜電解質、膜電極アセンブリフレームおよびこれらの組合せであってよい。   In another aspect of the invention, a fuel cell is provided. The fuel cell comprises a fuel cell component having a cured sealant, the cured sealant comprising a telechelic functional polyisobutylene, an organohydrogenpolysiloxane crosslinker, a platinum catalyst, and a photoinitiator. The telechelic functional polyisobutylene can comprise an alkenyl terminated diallyl polyisobutylene oligomer. The fuel cell component may be a cathode flow field plate, an anode flow field plate, a resin frame, a gas diffusion layer, an anode catalyst layer, a cathode catalyst layer, a membrane electrolyte, a membrane electrode assembly frame, and combinations thereof.

本発明の別の態様において、燃料電池を形成するための方法は、基板を備える燃料電池部品を提供すること、キャビティを有するモールド型を提供すること、キャビティが基板と流体連通するようにモールド型を位置決めすること、テレケリック官能性ポリイソブチレンと、少なくとも約２つの水素化ケイ素官能基を有するシリル架橋剤と、白金触媒と、光開始剤とを含む硬化性液状シーラント組成物をキャビティ内に付与(塗布)すること、および組成物を化学線で硬化することを含む。テレケリック官能性ポリイソブチレンは、アルケニル終端ジアリルＰＩＢオリゴマーを含むことができる。燃料電池部品は、カソード流れ場プレート、アノード流れ場プレート、樹脂フレーム、ガス拡散層、アノード触媒層、カソード触媒層、膜電解質、膜電極アセンブリフレームおよびこれらの組合せであってよい。   In another aspect of the present invention, a method for forming a fuel cell includes providing a fuel cell component comprising a substrate, providing a mold having a cavity, and the mold so that the cavity is in fluid communication with the substrate. A curable liquid sealant composition comprising telechelic functional polyisobutylene, a silyl crosslinker having at least about two silicon hydride functional groups, a platinum catalyst, and a photoinitiator in the cavity ( Application) and curing the composition with actinic radiation. The telechelic functional polyisobutylene can comprise an alkenyl terminated diallyl PIB oligomer. The fuel cell component may be a cathode flow field plate, an anode flow field plate, a resin frame, a gas diffusion layer, an anode catalyst layer, a cathode catalyst layer, a membrane electrolyte, a membrane electrode assembly frame, and combinations thereof.

本発明の別の態様において、燃料電池を形成するための方法は、基板を含む燃料電池部品を提供すること、キャビティを有するモールド型を提供すること、キャビティが基板と流体連通するようにモールド型を位置決めすること、（メタ）アクリレート、ウレタン、ポリエーテル、ポリオレフィン、ポリエステル、これらのコポリマーおよびこれらの組合せから選択される化学線硬化性材料を含む硬化性液状シーラント組成物をキャビティ中に付与(塗布)すること、および組成物を化学線で硬化することを含む。硬化性組成物は、アルケニル終端ジアリルＰＩＢオリゴマーなどのテレケリック官能性ＰＩＢを含むことができる。燃料電池部品は、カソード流れ場プレート、アノード流れ場プレート、樹脂フレーム、ガス拡散層、アノード触媒層、カソード触媒層、膜電解質、膜電極アセンブリフレームおよびこれらの組合せであってよい。   In another aspect of the invention, a method for forming a fuel cell includes providing a fuel cell component that includes a substrate, providing a mold having a cavity, and mold mold such that the cavity is in fluid communication with the substrate. A curable liquid sealant composition comprising an actinic radiation curable material selected from (meth) acrylates, urethanes, polyethers, polyolefins, polyesters, copolymers thereof and combinations thereof in a cavity (application) ) And curing the composition with actinic radiation. The curable composition can include a telechelic functional PIB such as an alkenyl terminated diallyl PIB oligomer. The fuel cell component may be a cathode flow field plate, an anode flow field plate, a resin frame, a gas diffusion layer, an anode catalyst layer, a cathode catalyst layer, a membrane electrolyte, a membrane electrode assembly frame, and combinations thereof.

本発明の別の態様において、燃料電池を形成するための方法は、基板を含む第１の燃料電池部品および基板を含む第２の燃料電池部品を提供すること、その第１の部分がテレケリック官能性ポリイソブチレンおよび有機水素ポリシロキサンを、第２の部分が光開始剤を含む２液型の化学線硬化性液状シーラントを提供すること、第１の燃料電池部品の基板にシーラントの第１の部分を付与(塗布)すること、第２の燃料電池部品の基板にシーラントの第２の部分を付与(塗布)すること、第１および第２の燃料電池部品の基板を近接して並置して位置合わせすること、およびシーラントを化学線で硬化することを含む。同一であっても異なっていてもよい第１または第２の燃料電池部品は、カソード流れ場プレート、アノード流れ場プレート、樹脂フレーム、ガス拡散層、アノード触媒層、カソード触媒層、膜電解質、ＭＥＡフレームおよびこれらの組合せであってよい。基板を位置合わせするステップは、キャビティを有するモールド型を提供すること、およびキャビティが基板と流体連通するようにモールド型を位置決めすることをさらに含むことができる。望ましくは、モールド型が、紫外線などの化学線に対して透過性である。   In another aspect of the present invention, a method for forming a fuel cell provides a first fuel cell component including a substrate and a second fuel cell component including a substrate, the first portion of which is a telechelic sensor. Providing a two-part actinic radiation curable liquid sealant, wherein the second part comprises a photoinitiator, the first part of the sealant on the substrate of the first fuel cell component; Applying (applying), applying (applying) the second portion of the sealant to the substrate of the second fuel cell component, and placing the substrates of the first and second fuel cell components in close proximity to each other Combining, and curing the sealant with actinic radiation. The first or second fuel cell component, which may be the same or different, includes: cathode flow field plate, anode flow field plate, resin frame, gas diffusion layer, anode catalyst layer, cathode catalyst layer, membrane electrolyte, MEA It may be a frame and combinations thereof. Aligning the substrate can further include providing a mold having a cavity and positioning the mold such that the cavity is in fluid communication with the substrate. Desirably, the mold is transmissive to actinic radiation such as ultraviolet light.

本発明は、燃料電池部品を接着し封止するための方法、組成物およびシステムも提供する。燃料電池の部品を接着し封止するために使用するシーラント組成物は、別々には安定であるが、組み合わせるまたはエネルギー源にさらすと硬化性となる２つ以上の成分を含む。２成分シーラントの系では、シーラントの第１の部分を第１の燃料電池部品基板に付与(塗布)することができ、第２の部分を第２の燃料電池基板に付与(塗布)することができる。これらの基板を接合し、シーラントを硬化して接着した燃料電池部品アセンブリを形成する。   The present invention also provides methods, compositions and systems for bonding and sealing fuel cell components. Sealant compositions used to bond and seal fuel cell components contain two or more components that are separately stable but become curable when combined or exposed to an energy source. In a two-component sealant system, a first portion of the sealant can be applied (applied) to the first fuel cell component substrate, and a second portion can be applied (applied) to the second fuel cell substrate. it can. These substrates are bonded and the sealant is cured to form a bonded fuel cell component assembly.

本発明の別の態様において、燃料電池部品を形成するための方法は、第１の部分が開始剤を含み、第２の部分が重合可能な材料を含む２液型のシーラントを提供すること、第１の燃料電池部品の基板に、シーラントの第１の部分を付与(塗布)すること、第２の燃料電池部品の基板に、シーラントの第２の部分を付与(塗布)すること、第１および第２の燃料電池部品の基板を近接して並置して位置合わせすること、およびシーラントを硬化して、第１および第２の燃料電池部品を互いに接着することを含む。望ましくは、開始剤は化学線開始剤であり、それによりシーラントが化学線によって硬化される。重合可能な材料は、重合可能なモノマー、オリゴマー、テレケリックポリマー、官能性ポリマーおよびこれらの組合せでよい。望ましくは、官能基はエポキシ、アリル、ビニル、（メタ）アクリレート、イミド、アミド、ウレタンおよびこれらの組合せである。接着しようとする有用な燃料電池部品には、カソード流れ場プレート、アノード流れ場プレート、樹脂フレーム、ガス拡散層、アノード触媒層、カソード触媒層、膜電解質、膜電極アセンブリフレームおよびこれらの組合せが含まれる。   In another aspect of the invention, a method for forming a fuel cell component provides a two-part sealant in which a first portion includes an initiator and a second portion includes a polymerizable material; Applying (applying) a first portion of a sealant to a substrate of a first fuel cell component; applying (applying) a second portion of a sealant to a substrate of a second fuel cell component; And aligning the substrates of the second and second fuel cell components in close proximity, and curing the sealant to bond the first and second fuel cell components together. Desirably, the initiator is an actinic radiation initiator, whereby the sealant is cured by actinic radiation. The polymerizable material may be a polymerizable monomer, oligomer, telechelic polymer, functional polymer, and combinations thereof. Desirably, the functional group is epoxy, allyl, vinyl, (meth) acrylate, imide, amide, urethane, and combinations thereof. Useful fuel cell components to be bonded include cathode flow field plates, anode flow field plates, resin frames, gas diffusion layers, anode catalyst layers, cathode catalyst layers, membrane electrolytes, membrane electrode assembly frames and combinations thereof. It is.

本発明の別の態様において、燃料電池部品を形成するための方法は、第１の部分が開始剤を含み、第２の部分が重合可能な材料を含む２液型のシーラントを提供すること、第１および第２のセパレータプレートならびに第１および第２の樹脂フレームを提供すること、第１のセパレータプレートの一方の側面または両側面、望ましくは両側面をシーラントの第１の部分でコーティングすること、第１のセパレータプレート上のシーラントの第１の部分を、化学線で活性化すること、第１の樹脂フレームの一方の側面または両側面、望ましくは一側面をシーラントの第２の部分でコーティングすること、第１のセパレータプレートと第１の樹脂フレームとを近接して並置して整合させること、シーラントを硬化して、第１のセパレータプレートと第１の樹脂フレームとを互いに接着すること、第２のセパレータプレートの一方の側面または両側面、望ましくは両側面をシーラントの第２の部分でコーティングすること、第２の樹脂フレームの一方の側面または両側面、望ましくは一側面をシーラントの第１の部分でコーティングすること、第２の樹脂フレーム上のシーラントの第１の部分を、化学線で活性化すること、第２のセパレータプレートと第２の樹脂フレームとを近接して並置して整合させること、シーラントを硬化して、第２のセパレータプレートと第２の樹脂フレームとを互いに接着すること、第１および第２のセパレータプレートを近接して並置して整合させること、シーラントを硬化して前記第１および第２のセパレータプレートを互いに接着させて、二極性セパレータプレートを形成することを含む。望ましくは、開始剤は化学線開始剤であり、それによりシーラントが化学線によって硬化される。重合可能な材料は、重合可能なモノマー、オリゴマー、テレケリックポリマー、官能性ポリマーおよびこれらの組合せでよい。望ましくは、官能基はエポキシ、アリル、ビニル、（メタ）アクリレート、イミド、アミド、ウレタンおよびこれらの組合せである。接着しようとする有用な燃料電池部品には、カソード流れ場プレート、アノード流れ場プレート、樹脂フレーム、ガス拡散層、アノード触媒層、カソード触媒層、膜電解質、膜電極アセンブリフレームおよびこれらの組合せが含まれる。   In another aspect of the invention, a method for forming a fuel cell component provides a two-part sealant in which a first portion includes an initiator and a second portion includes a polymerizable material; Providing first and second separator plates and first and second resin frames, coating one or both sides, preferably both sides, of the first separator plate with a first portion of sealant Activating the first part of the sealant on the first separator plate with actinic radiation, coating one or both sides, preferably one side of the first resin frame with the second part of the sealant And aligning the first separator plate and the first resin frame in close proximity to each other, curing the sealant, and the first separator plate Bonding the first resin frame to each other; coating one side or both sides of the second separator plate, preferably both sides with a second portion of the sealant; one side of the second resin frame Or coating both sides, preferably one side, with a first part of the sealant, activating the first part of the sealant on the second resin frame with actinic radiation, the second separator plate and the second The two resin frames are closely juxtaposed and aligned, the sealant is cured, and the second separator plate and the second resin frame are bonded to each other, and the first and second separator plates are close to each other. The first separator plate and the second separator plate are bonded to each other to form a bipolar separator. It includes forming a Tapureto. Desirably, the initiator is an actinic radiation initiator, whereby the sealant is cured by actinic radiation. The polymerizable material may be a polymerizable monomer, oligomer, telechelic polymer, functional polymer, and combinations thereof. Desirably, the functional group is epoxy, allyl, vinyl, (meth) acrylate, imide, amide, urethane, and combinations thereof. Useful fuel cell components to be bonded include cathode flow field plates, anode flow field plates, resin frames, gas diffusion layers, anode catalyst layers, cathode catalyst layers, membrane electrolytes, membrane electrode assembly frames and combinations thereof. It is.

本発明の別の態様においては、燃料電池部品を形成するためのシステムが、２液型のシーラントの、開始剤を含む第１の部分を提供するための第１のディスペンサと、２部構成のシーラントの、重合可能な材料を含む第２の部分を提供するための第２のディスペンサと、第１の燃料電池部品の基板にシーラントの第１の部分を付与(塗布)するための第１のステーションと、第２の燃料電池部品の基板にシーラントの第２の部分を付与(塗布)するための第２のステーションと、第１および第２の燃料電池部品の基板を近接して並置して位置合わせするための第３のステーションと、シーラントを硬化して、第１および第２の燃料電池部品を互いに結合するための硬化ステーションとを備える。望ましくは、開始剤は化学線開始剤であり、それによりシーラントが化学線によって硬化される。重合可能な材料は、重合可能なモノマー、オリゴマー、テレケリックポリマー、官能性ポリマーおよびこれらの組合せでよい。望ましくは、官能基はエポキシ、アリル、ビニル、（メタ）アクリレート、イミド、アミド、ウレタンおよびこれらの組合せである。接着しようとする有用な燃料電池部品には、カソード流れ場プレート、アノード流れ場プレート、樹脂フレーム、ガス拡散層、アノード触媒層、カソード触媒層、膜電解質、膜電極アセンブリフレームおよびこれらの組合せが含まれる。   In another aspect of the present invention, a system for forming a fuel cell component includes a first dispenser for providing a first part of a two-part sealant containing an initiator, and a two-part configuration. A second dispenser for providing a second portion of the sealant comprising a polymerizable material, and a first dispenser for applying (applying) the first portion of the sealant to the substrate of the first fuel cell component. A station, a second station for applying (applying) a second portion of sealant to the substrate of the second fuel cell component, and a substrate of the first and second fuel cell components in close proximity A third station for aligning and a curing station for curing the sealant to bond the first and second fuel cell components together. Desirably, the initiator is an actinic radiation initiator, whereby the sealant is cured by actinic radiation. The polymerizable material may be a polymerizable monomer, oligomer, telechelic polymer, functional polymer, and combinations thereof. Desirably, the functional group is epoxy, allyl, vinyl, (meth) acrylate, imide, amide, urethane, and combinations thereof. Useful fuel cell components to be bonded include cathode flow field plates, anode flow field plates, resin frames, gas diffusion layers, anode catalyst layers, cathode catalyst layers, membrane electrolytes, membrane electrode assembly frames and combinations thereof. It is.

本発明は、漏れに対する封止が改善された、燃料電池などの電気化学電池も対象とする。この電気化学電池は、（ａ）合わせ面を有する第１の電気化学電池部品と、（ｂ）第１の電気化学電池部品の合わせ面の上に配置された硬化シーラント組成物と、（ｃ）その場所でシールを提供する硬化シーラント組成物の上に当接して配置された合わせ面を有する第２の電気化学電池部品とを備える。硬化シーラント組成物は有利には、重合可能なポリイソブチレンの反応生成物、アルケニル終端ポリイソブチレンオリゴマー、約１つの水素原子のみがシリコン原子と結合している少なくとも約２つの水素化ケイ素官能基を有するシリル硬化剤、およびヒドロシリル化触媒を含む。さらに、このシーラント組成物は、第１の電気化学電池部品の合わせ面に接着接合させることができる。   The present invention is also directed to electrochemical cells, such as fuel cells, with improved sealing against leakage. The electrochemical cell includes (a) a first electrochemical cell component having a mating surface, (b) a cured sealant composition disposed on the mating surface of the first electrochemical cell component, and (c) And a second electrochemical cell component having a mating surface disposed abutting over a cured sealant composition that provides a seal in place. The cured sealant composition advantageously has a reaction product of polymerizable polyisobutylene, an alkenyl-terminated polyisobutylene oligomer, at least about two silicon hydride functional groups in which only about one hydrogen atom is bonded to the silicon atom. A silyl curing agent and a hydrosilylation catalyst are included. Furthermore, the sealant composition can be adhesively bonded to the mating surface of the first electrochemical cell component.

この硬化シーラント組成物は、第２の電池部品の合わせ面に接着結合していてもしていなくてもよい。組成物が第２の電池の合わせ面に接着結合している場合、組成物は現場形成型ガスケットとして働く。組成物が第２の電池の合わせ面に接着結合していない場合、組成物は現場硬化型ガスケットとして働く。第１の電池部品は様々で、典型的にはカソード流れ場プレート、アノード流れ場プレート、ガス拡散層、アノード触媒層、カソード触媒層、膜電解質、膜電極アセンブリフレームおよびこれらの組合せである。同様に、第２の電池部品も、第１の電池部品とは異なることを条件に、典型的にはカソード流れ場プレート、アノード流れ場プレート、ガス拡散層、アノード触媒層、カソード触媒層、膜電解質、膜電極アセンブリフレームおよびこれらの組合せである。   This cured sealant composition may or may not be adhesively bonded to the mating surface of the second battery component. When the composition is adhesively bonded to the mating surface of the second battery, the composition acts as a field-formed gasket. When the composition is not adhesively bonded to the mating surface of the second battery, the composition acts as an in-situ curable gasket. The first cell component varies and is typically a cathode flow field plate, an anode flow field plate, a gas diffusion layer, an anode catalyst layer, a cathode catalyst layer, a membrane electrolyte, a membrane electrode assembly frame, and combinations thereof. Similarly, the second battery component is typically cathode flow field plate, anode flow field plate, gas diffusion layer, anode catalyst layer, cathode catalyst layer, membrane, provided that it is different from the first battery component. An electrolyte, a membrane electrode assembly frame, and combinations thereof.

望ましくは、硬化シーラント組成物は、１，９−デカジエン、ＴＶＣＨおよびその組合せから選択される硬化性多官能性アルケニルモノマーを含む。   Desirably, the cured sealant composition comprises a curable multifunctional alkenyl monomer selected from 1,9-decadiene, TVCH and combinations thereof.

本発明の別の態様においては、電気化学電池に現場硬化型組成物が備わっている。この電気化学電池は、（ａ）合わせ面を有する第１の電気化学電池部品と、（ｂ）第１の電気化学電池部品の合わせ面の上に配置された硬化シーラント組成物と、（ｃ）その場所でシールを提供する硬化シーラント組成物の上に当接して配置された合わせ面を有する第２の電気化学電池部品とを備える。硬化シーラント組成物は有利には、アルケニル終端ポリイソブチレンオリゴマー、多官能性アルケニルモノマー、少なくとも約２つの水素化ケイ素官能基を有するシリル硬化剤、およびヒドロシリル化触媒を含む。望ましくは、アルケニル終端ポリイソブチレンオリゴマーは、アルケニル終端ジアリルポリイソブチレンオリゴマーである。望ましくは、約１つの水素原子のみが、シリル硬化剤中の任意のシリコン原子と結合している。   In another aspect of the invention, an electrochemical cell is provided with an in-situ curable composition. The electrochemical cell includes (a) a first electrochemical cell component having a mating surface, (b) a cured sealant composition disposed on the mating surface of the first electrochemical cell component, and (c) And a second electrochemical cell component having a mating surface disposed abutting over a cured sealant composition that provides a seal in place. The cured sealant composition advantageously includes an alkenyl terminated polyisobutylene oligomer, a multifunctional alkenyl monomer, a silyl curing agent having at least about two silicon hydride functional groups, and a hydrosilylation catalyst. Desirably, the alkenyl terminated polyisobutylene oligomer is an alkenyl terminated diallyl polyisobutylene oligomer. Desirably, only about one hydrogen atom is bonded to any silicon atom in the silyl hardener.

燃料電池などの電気化学電池を形成するための方法も提供される。本発明の一態様においては、電気化学電池を形成するための方法は、（ａ）各々が合わせ面を有する第１および第２の電気化学電池部品を提供するステップと、（ｂ）アルケニル終端ポリイソブチレンオリゴマーと、多官能性アルケニルモノマーと、少なくとも約２つの水素化ケイ素官能基を有するシリル硬化剤と、ヒドロシリル化触媒とを含む硬化性シーラント組成物を、第１の電気化学電池部品または第２の電気化学電池部品の少なくとも一方の合わせ面に付与(塗布)するステップと、（ｃ）シーラント組成物を硬化するステップと、（ｄ）第２の電気化学電池部品の合わせ面を第１の電気化学電池部品の合わせ面と位置合わせするステップとを含む。望ましくは、アルケニル終端ポリイソブチレンオリゴマーが、アルケニル終端ポリイソブチレンオリゴマーである。望ましくは、約１つの結合水素原子のみが、シリル硬化剤中の任意のシリコン原子と結合している。   A method for forming an electrochemical cell, such as a fuel cell, is also provided. In one aspect of the invention, a method for forming an electrochemical cell comprises: (a) providing first and second electrochemical cell components each having mating surfaces; and (b) an alkenyl terminated poly. A curable sealant composition comprising an isobutylene oligomer, a polyfunctional alkenyl monomer, a silyl curing agent having at least about two silicon hydride functional groups, and a hydrosilylation catalyst is provided as a first electrochemical cell component or second Applying (applying) to at least one mating surface of the electrochemical cell component of (1), (c) curing the sealant composition, and (d) the mating surface of the second electrochemical cell component as the first electricity. Aligning with the mating surface of the chemical battery component. Desirably, the alkenyl terminated polyisobutylene oligomer is an alkenyl terminated polyisobutylene oligomer. Desirably, only about one bonded hydrogen atom is bonded to any silicon atom in the silyl hardener.

本発明の別の態様においては、電気化学電池を形成するための方法は、（ａ）合わせ面を有する第１の電気化学電池部品を提供するステップと、（ｂ）第２の電気化学電池部品の合わせ面を第１の電気化学電池部品の合わせ面と整合させるステップと、（ｃ）アルケニル終端ポリイソブチレンオリゴマーと、少なくとも約２つの水素化ケイ素官能基を有するシリル硬化剤と、ヒドロシリル化触媒とを含む硬化性シーラント組成物を、第１または第２の電気化学電池部品の少なくとも一方の合わせ面の少なくとも一部に付与(塗布)するステップと、（ｄ）シーラント組成物を硬化して第１および第２の合わせ面を接着結合するステップとを含む。望ましくは、アルケニル終端ポリイソブチレンオリゴマーが、アルケニル終端ジアリルポリイソブチレンオリゴマーである。望ましくは、約１つの水素原子のみが、シリル硬化剤中の任意のシリコン原子と結合している。   In another aspect of the invention, a method for forming an electrochemical cell includes (a) providing a first electrochemical cell component having a mating surface; and (b) a second electrochemical cell component. Aligning the mating surface of the first electrochemical cell component with the mating surface of the first electrochemical cell component; (c) an alkenyl-terminated polyisobutylene oligomer; a silyl curing agent having at least about two silicon hydride functional groups; and a hydrosilylation catalyst; Applying (applying) a curable sealant composition comprising: at least a portion of at least one mating surface of the first or second electrochemical cell component; and (d) curing the sealant composition to form the first And adhesively bonding the second mating surface. Desirably, the alkenyl terminated polyisobutylene oligomer is an alkenyl terminated diallyl polyisobutylene oligomer. Desirably, only about one hydrogen atom is bonded to any silicon atom in the silyl hardener.

本発明の別の態様においては、追加の硬化性ポリイソブチレン含有組成物中におけるポットライフを向上させるための方法が提供される。この方法は、組成物へのＴＶＣＨの添加を含む。望ましくは、全組成に基づき、約０．１〜約４０重量パーセントのＴＶＣＨ、より望ましくは約１〜約２０重量パーセントのＴＶＣＨを添加する。望ましくは、この方法は、全組成に基づき少なくとも約１５モルｐｐｍ（ｍｏｌａｒ−ｐａｒｔｓ−ｐｅｒ−ｍｉｌｌｉｏｎ：ｍｐｐｍ）までヒドロシリル化触媒を添加するステップをさらに含む。   In another aspect of the invention, a method is provided for improving pot life in an additional curable polyisobutylene-containing composition. This method involves the addition of TVCH to the composition. Desirably, about 0.1 to about 40 weight percent TVCH, more desirably about 1 to about 20 weight percent TVCH, is added based on the total composition. Desirably, the method further includes adding a hydrosilylation catalyst to at least about 15 mole ppm (molar-parts-per-million) based on the total composition.

本発明の別の態様においては、追加の硬化性組成物が提供される。この組成物は、アルケニル終端ポリイソブチレンオリゴマーと、多官能性アルケニルモノマーと、少なくとも約２つの水素化ケイ素官能基を有するシリル硬化剤と、ヒドロシリル化触媒とを含む。望ましくは、アルケニル終端ポリイソブチレンオリゴマーがジアリルポリイソブチレンオリゴマーである。望ましくは、約１つの水素原子のみが、シリル硬化剤中の任意のシリコン原子と結合している。望ましくは、組成物の水素化ケイ素対アルケニルモル比が少なくとも１．２：１またはそれ以上である。望ましくは、多官能性アルケニルモノマーが、１，９−デカジエン、ＴＶＣＨおよびこれらの組合せから選択される。望ましくは、シリル硬化剤が、１，９−デカジエンと２，４，６，８−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの反応生成物である二環式化合物を含む。   In another aspect of the invention, an additional curable composition is provided. The composition includes an alkenyl terminated polyisobutylene oligomer, a polyfunctional alkenyl monomer, a silyl curing agent having at least about two silicon hydride functional groups, and a hydrosilylation catalyst. Desirably, the alkenyl terminated polyisobutylene oligomer is a diallyl polyisobutylene oligomer. Desirably, only about one hydrogen atom is bonded to any silicon atom in the silyl hardener. Desirably, the composition has a silicon hydride to alkenyl molar ratio of at least 1.2: 1 or greater. Desirably, the multifunctional alkenyl monomer is selected from 1,9-decadiene, TVCH and combinations thereof. Desirably, the silyl curing agent comprises a bicyclic compound that is the reaction product of 1,9-decadiene and 2,4,6,8-tetramethylcyclotetrasiloxane.

本発明のこれらの、また他の目的、態様、特徴および利点が、添付の図面と併せて読むべき本発明の例示的な諸実施形態についての以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。図面中、同様の参照文字は、異なる図を通して同じ部分または要素を指す。図面は必ずしも原寸に比例しておらず、代わりに本発明の原理の説明に重きを置いている。   These and other objects, aspects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of illustrative embodiments of the present invention which should be read in conjunction with the accompanying drawings. In the drawings, like reference characters refer to the same parts or elements throughout the different views. The drawings are not necessarily to scale, emphasis instead being placed upon illustrating the principles of the invention.

アノード流れ場プレート、ガス拡散層、アノード触媒、プロトン交換膜、カソード触媒、第２のガス拡散層およびカソード流れ場プレートを有する燃料電池の断面図である。1 is a cross-sectional view of a fuel cell having an anode flow field plate, a gas diffusion layer, an anode catalyst, a proton exchange membrane, a cathode catalyst, a second gas diffusion layer, and a cathode flow field plate. カソード流れ場プレートとアノード流れ場プレートとの間、アノード流れ場プレートとガス拡散層との間、ガス拡散層と第２のカソード流れ場プレートとの間、また第２のカソード流れ場プレートと第２のアノード流れ場プレートとの間に配置されたシーラントを有する燃料電池の断面図である。Between the cathode flow field plate and the anode flow field plate, between the anode flow field plate and the gas diffusion layer, between the gas diffusion layer and the second cathode flow field plate, and between the second cathode flow field plate and the second. 2 is a cross-sectional view of a fuel cell having a sealant disposed between two anode flow field plates. FIG. カソード流れ場プレートとアノード流れ場プレートとの間、アノード流れ場プレートとアノード触媒との間、カソード触媒と第２のカソード流れ場プレートとの間、また第２のカソード流れ場プレートと第２のアノード流れ場プレートとの間に配置されたシーラントを有する燃料電池の断面図である。Between the cathode flow field plate and the anode flow field plate, between the anode flow field plate and the anode catalyst, between the cathode catalyst and the second cathode flow field plate, and between the second cathode flow field plate and the second 1 is a cross-sectional view of a fuel cell having a sealant disposed between an anode flow field plate and FIG. カソード流れ場プレートとアノード流れ場プレートとの間、アノード流れ場プレートとプロトン交換膜との間、プロトン交換膜と第２のカソード流れ場プレートとの間、また第２のカソード流れ場プレートと第２のアノード流れ場プレートとの間に配置されたシーラントを有する燃料電池の断面図である。Between the cathode flow field plate and the anode flow field plate, between the anode flow field plate and the proton exchange membrane, between the proton exchange membrane and the second cathode flow field plate, and between the second cathode flow field plate and the second. 2 is a cross-sectional view of a fuel cell having a sealant disposed between two anode flow field plates. FIG. カソード流れ場プレートとアノード流れ場プレートとの間、アノード流れ場プレートと膜電極アセンブリとの間、膜電極アセンブリと第２のカソード流れ場プレートとの間、また第２のカソード流れ場プレートと第２のアノード流れ場プレートとの間に配置されたシーラントを有する燃料電池の断面図である。Between the cathode flow field plate and the anode flow field plate, between the anode flow field plate and the membrane electrode assembly, between the membrane electrode assembly and the second cathode flow field plate, and between the second cathode flow field plate and the second. 2 is a cross-sectional view of a fuel cell having a sealant disposed between two anode flow field plates. FIG. 対向する合わせ面を有し、合わせ面の一方に現場硬化型シーラント組成物が配置された、隣接する燃料電池部品の部分断面図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional view of adjacent fuel cell components having opposing mating surfaces and having an in-situ curable sealant composition disposed on one of the mating surfaces. 現場硬化型シーラント組成物が合わせ面の両方を封止している、図６の隣接する燃料電池部品の部分断面図である。FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the adjacent fuel cell component of FIG. 6 with an in-situ curable sealant composition sealing both mating surfaces. 対向する合わせ面を有し、合わせ面の一方にビード状の現場硬化型シーラント組成物が配置された、隣接する燃料電池部品の部分断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view of adjacent fuel cell components having opposing mating surfaces and a bead-like in-situ curable sealant composition disposed on one of the mating surfaces. 対向する合わせ面を有し、現場形成型シーラント組成物が合わせ面の両方を封止している、隣接する燃料電池部品の部分断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view of adjacent fuel cell components having opposing mating surfaces and a field-forming sealant composition sealing both mating surfaces. Ｍｎ１０，０００のアルケニル官能性ポリイソブチレン組成物におけるＴＶＣＨ量の変化に対する粘度効果のグラフである。2 is a graph of viscosity effect on change in TVCH content in an alkenyl functional polyisobutylene composition with Mn 10,000. Ｍｎ２０，０００のアルケニル官能性ポリイソブチレン組成物におけるＴＶＣＨ量の変化に対する粘度効果のグラフである。2 is a graph of viscosity effect on change in TVCH content in an alkenyl functional polyisobutylene composition of Mn 20,000. ピーク発熱温度への触媒濃度の影響のグラフである。It is a graph of the influence of the catalyst concentration on the peak exothermic temperature. 異なるＳｉ−Ｈ対アルケニル基比における圧縮永久ひずみデータのグラフである。2 is a graph of compression set data at different Si—H to alkenyl group ratios. ＴＶＣＨありおよびなしの組成物についての反応熱グラフである。2 is a heat of reaction graph for compositions with and without TVCH. 化学量論比１：１で温度上限１８０℃の場合の二峰性の示差走査熱量計（「ＤＳＣ」）データのグラフである。2 is a graph of bimodal differential scanning calorimetry (“DSC”) data for a stoichiometric ratio of 1: 1 and a temperature upper limit of 180 ° C. FIG. 化学量論比１．５：１で温度上限１４０℃未満の場合の非対称曲線を有する二峰性のＤＳＣデータのグラフである。FIG. 6 is a graph of bimodal DSC data having an asymmetric curve with a stoichiometric ratio of 1.5: 1 and an upper temperature limit of less than 140 ° C. FIG. 過剰なＳｉ−Ｈを有するネットワーク中のＳｉ−Ｈの存在を確認するＦＴＩＲ−ＡＴＲデータのグラフである。FIG. 6 is a graph of FTIR-ATR data confirming the presence of Si—H in a network with excess Si—H. アノード流れ場プレート、樹脂プレート、ガス拡散層、アノード触媒、プロトン交換膜、カソード触媒、第２のガス拡散層、第２の樹脂プレートおよびカソード流れ場プレートを有する燃料電池の断面図である。1 is a cross-sectional view of a fuel cell having an anode flow field plate, a resin plate, a gas diffusion layer, an anode catalyst, a proton exchange membrane, a cathode catalyst, a second gas diffusion layer, a second resin plate, and a cathode flow field plate. アセンブリの周縁部に配置されたシーラントを有する図１８の燃料電池の膜電極アセンブリの断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view of the membrane electrode assembly of the fuel cell of FIG. 18 having a sealant disposed at the periphery of the assembly. アセンブリの周縁部に、またアセンブリの周縁端部の上に配置されたシーラントを有する図１８の燃料電池の膜電極アセンブリの断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view of the membrane electrode assembly of the fuel cell of FIG. 18 having a sealant disposed at the periphery of the assembly and over the peripheral edge of the assembly. スタック燃料電池アセンブリを形成するために、図１８の燃料電池の膜電極アセンブリと流れ場プレートとの間にシーラントが配置された燃料電池の断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view of a fuel cell with a sealant disposed between a membrane electrode assembly and a flow field plate of the fuel cell of FIG. 18 to form a stacked fuel cell assembly. 本発明によるガスケットを形成するための上部モールド型部材および下部モールド型部材を有するモールド型の斜視図である。1 is a perspective view of a mold having an upper mold member and a lower mold member for forming a gasket according to the present invention. FIG. 軸２３−２３に沿った図２２のモールド型の断面図である。FIG. 23 is a cross-sectional view of the mold of FIG. 22 along axis 23-23. 上部モールド型部材および下部モールド型部材を示す図２３のモールド型の分解組立図である。FIG. 24 is an exploded view of the mold of FIG. 23 showing the upper mold member and the lower mold member. 軸２５−２５に沿った図２４の上部モールド型部材の下面図である。FIG. 25 is a bottom view of the upper mold member of FIG. 24 along axis 25-25. 軸２６−２６に沿った図２５の上部モールド型部材の左正面図である。FIG. 26 is a left front view of the upper mold member of FIG. 25 along the axis 26-26. 軸２７−２７に沿った図２５の上部モールド型部材の右正面図である。FIG. 26 is a right front view of the upper mold member of FIG. 25 taken along axis 27-27. 軸２８−２８に沿った図２５の上部モールド型部材の断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view of the upper mold member of FIG. 25 taken along axis 28-28. 本発明による代替のモールド型の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of an alternative mold according to the present invention. モールド型内に配置された燃料電池部品を示す、軸３０−３０に沿った図２９のモールド型の断面図である。FIG. 30 is a cross-sectional view of the mold of FIG. 29 along axis 30-30 showing the fuel cell components disposed within the mold. モールド型内に配置された燃料電池部品を示す、軸３０−３０に沿った図２９のモールド型の断面図である。FIG. 30 is a cross-sectional view of the mold of FIG. 29 along axis 30-30 showing the fuel cell components disposed within the mold. 透明材料を有する上部モールド型部材を示す、図２２または図２９の上部モールド型部材の斜視図である。FIG. 30 is a perspective view of the upper mold member of FIG. 22 or FIG. 29 showing the upper mold member having a transparent material. 軸３２−３２に沿った図３１の透明な上部モールド型部材の断面図である。FIG. 32 is a cross-sectional view of the transparent upper mold member of FIG. 31 taken along axis 32-32. 本発明による組み立てられたセパレータプレートと樹脂フレームとのアセンブリの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of an assembled separator plate and resin frame assembly according to the present invention. 図３３のセパレータプレートと樹脂フレームとのアセンブリの分解断面図である。FIG. 34 is an exploded cross-sectional view of the assembly of the separator plate and the resin frame of FIG. 33. 本発明の接着燃料電池部品を形成するためのアセンブリの図である。1 is an illustration of an assembly for forming an adhesive fuel cell component of the present invention. FIG.

本発明は、電気化学電池の部品を接着するための方法および組成物を対象とする。本明細書中で使用する電気化学電池は、化学反応および化学的燃焼を含むがこれらに限定されない化学的な源から電気を生成する装置である。有用な電気化学電池には、燃料電池、乾電池、湿電池等が含まれる。以下により詳細に説明する燃料電池は、化学反応物の燃焼を使用して電気を生成する。湿電池は液状電解質を有する。乾電池は多孔質媒体中に吸収されているか、またはそうでなければ流動性であることが抑制されている電解質を有する。   The present invention is directed to methods and compositions for bonding electrochemical cell components. As used herein, an electrochemical cell is a device that generates electricity from a chemical source including, but not limited to, chemical reactions and chemical combustion. Useful electrochemical cells include fuel cells, dry cells, wet cells and the like. The fuel cell described in greater detail below uses chemical reactant combustion to generate electricity. The wet battery has a liquid electrolyte. Dry cells have an electrolyte that is absorbed in a porous medium or otherwise suppressed from being fluid.

図１は、燃料電池１０などの電気化学燃料電池の基本的要素の断面図を示す。電気化学燃料電池は、燃料および酸化剤を電気および反応生成物に変換する。燃料電池１０は、片側に開口冷却剤チャネル１４を有し第２の側にアノード流れチャネル１６を有するアノード流れ場プレート１２と、ガス拡散層１８と、アノード触媒２０、プロトン交換膜２２と、カソード触媒２４と、第２のガス拡散層２６と、片側に開口冷却剤チャネル３０を有し第２の側にカソード流れチャネル３２を有するカソード流れ場プレート２８で構成され、これらは図１に示すように相互に関連している。アノード触媒２０、プロトン交換膜２２およびカソード触媒２４の組合せ、また場合によりガス拡散層１８および２６は、しばしば膜電極アセンブリ３６と称される。ガス拡散層１８および２６は、典型的には炭素繊維紙などの多孔質導電性シート材料で形成されている。しかしながら、本発明は炭素繊維紙の使用に限定されず、他の材料を適切に使用することもできる。しかしながら、燃料電池は、部品のこのような図示した配置に限定されない。アノードおよびカソード触媒層２０および２４は、典型的には細かく粉砕した形の白金である。アノード３４およびカソード３６を電気的に結合して（図示せず）、外部負荷（図示せず）へ電極間の電子を伝導するための経路を提供する。流れ場プレート１２および２８は、典型的には黒鉛含浸プラスチック、圧縮および剥離黒鉛、多孔質黒鉛、ステンレス鋼または他の黒鉛組成物で形成される。これらのプレートは、表面ぬれなどの表面特性をもたらすために処理することができるが、未処理のままでもよい。しかしながら、本発明は、流れ場プレートとして使用するためのこのような材料の使用に限定されず、他の材料を適切に使用することができる。さらに、本発明は、図１に示す燃料電池部品およびそれらの配置に限定されない。たとえば、一部の燃料電池では、流れ場プレートが、金属または金属含有材料、限定されないが典型的にはステンレス鋼から作製される。これらの流れ場プレートは、図１に示すように、二極性プレート、すなわち、対向するプレート表面に流れチャネルを有するプレートでよい。あるいは、これらの二極性プレートを、単極性プレートを互いに固定することによって作製することもできる。   FIG. 1 shows a cross-sectional view of the basic elements of an electrochemical fuel cell, such as fuel cell 10. Electrochemical fuel cells convert fuel and oxidant into electricity and reaction products. The fuel cell 10 comprises an anode flow field plate 12 having an open coolant channel 14 on one side and an anode flow channel 16 on the second side, a gas diffusion layer 18, an anode catalyst 20, a proton exchange membrane 22, a cathode It comprises a catalyst 24, a second gas diffusion layer 26, and a cathode flow field plate 28 having an open coolant channel 30 on one side and a cathode flow channel 32 on the second side, as shown in FIG. Are interrelated. The combination of anode catalyst 20, proton exchange membrane 22 and cathode catalyst 24, and sometimes gas diffusion layers 18 and 26, are often referred to as membrane electrode assembly 36. The gas diffusion layers 18 and 26 are typically formed of a porous conductive sheet material such as carbon fiber paper. However, the present invention is not limited to the use of carbon fiber paper, and other materials can be used appropriately. However, the fuel cell is not limited to such an illustrated arrangement of components. The anode and cathode catalyst layers 20 and 24 are typically finely divided platinum. The anode 34 and cathode 36 are electrically coupled (not shown) to provide a path for conducting electrons between the electrodes to an external load (not shown). The flow field plates 12 and 28 are typically formed of graphite impregnated plastic, compressed and exfoliated graphite, porous graphite, stainless steel or other graphite compositions. These plates can be treated to provide surface properties such as surface wetting, but may remain untreated. However, the present invention is not limited to the use of such materials for use as flow field plates, and other materials can be used appropriately. Furthermore, the present invention is not limited to the fuel cell components shown in FIG. 1 and their arrangement. For example, in some fuel cells, the flow field plate is made from a metal or metal-containing material, typically but not limited to stainless steel. These flow field plates may be bipolar plates, i.e. plates having flow channels on opposite plate surfaces, as shown in FIG. Alternatively, these bipolar plates can be made by fixing the unipolar plates together.

さらに、図１８に示すように、一部の燃料電池の設計では、膜電極アセンブリ１３６とセパレータプレート１１２との間、また膜電極アセンブリ１３６とセパレータプレート１１８との間の樹脂フレーム１１５を利用して、膜電極アセンブリ１３６の耐久性を向上させ、また燃料電池の組立て時に、膜電極アセンブリ１３６とセパレータプレート１１２との間、また膜電極アセンブリ１３６とセパレータプレート１２８との間に正確な間隔（ｓｐａｃｉｎｇ）を提供する。このような設計においては、セパレータプレート１１２と樹脂フレーム１１５との間、セパレータプレート１２８と樹脂フレーム１１５との間にシールを設けることが必要である。   Further, as shown in FIG. 18, some fuel cell designs utilize a resin frame 115 between the membrane electrode assembly 136 and the separator plate 112 and between the membrane electrode assembly 136 and the separator plate 118. Improve the durability of the membrane electrode assembly 136 and ensure accurate spacing between the membrane electrode assembly 136 and the separator plate 112 and between the membrane electrode assembly 136 and the separator plate 128 when the fuel cell is assembled. I will provide a. In such a design, it is necessary to provide a seal between the separator plate 112 and the resin frame 115 and between the separator plate 128 and the resin frame 115.

さらに、本発明は、図１に示す燃料電池部品およびそれらの配置に限定されない。たとえば、直接メタノール型燃料電池（「ＤＭＦＣ」）は、冷却剤チャネル以外は図１に示す同じ部品で構成することができる。さらに、燃料電池１０は、内部または外部マニホルド（図示せず）を用いて設計することもできる。   Furthermore, the present invention is not limited to the fuel cell components shown in FIG. 1 and their arrangement. For example, a direct methanol fuel cell (“DMFC”) can be composed of the same components shown in FIG. 1 except for the coolant channel. Furthermore, the fuel cell 10 can also be designed with an internal or external manifold (not shown).

本発明をＰＥＭ燃料電池に関して説明してきたが、本発明は任意のタイプの燃料電池に適用可能であることを理解されたい。本発明における概念は、リン酸型燃料電池、アルカリ燃料電池、固体電解質型燃料電池や溶融炭酸塩型燃料電池などの高温型燃料電池、ならびに他の電気化学装置に適用することができる。   Although the present invention has been described with respect to a PEM fuel cell, it should be understood that the present invention is applicable to any type of fuel cell. The concept of the present invention can be applied to phosphoric acid fuel cells, alkaline fuel cells, high temperature fuel cells such as solid electrolyte fuel cells and molten carbonate fuel cells, and other electrochemical devices.

アノード３４では、アノード流れチャネル１６を通って移動する燃料（図示せず）が、ガス拡散層１８に浸透し、アノード触媒層２０で反応して水素カチオン（プロトン）を形成し、これら水素カチオンがプロトン交換膜２２の中を通ってカソード３８へと移動する。プロトン交換膜２２は、アノード３４からカソード３８への水素イオンの移動を容易にする。水素イオンを伝導することに加えて、プロトン交換膜２２は、酸素含有酸化剤流から水素含有燃料流を分離する。   At the anode 34, fuel (not shown) traveling through the anode flow channel 16 penetrates into the gas diffusion layer 18 and reacts with the anode catalyst layer 20 to form hydrogen cations (protons), which are It moves through the proton exchange membrane 22 to the cathode 38. The proton exchange membrane 22 facilitates the transfer of hydrogen ions from the anode 34 to the cathode 38. In addition to conducting hydrogen ions, the proton exchange membrane 22 separates the hydrogen-containing fuel stream from the oxygen-containing oxidant stream.

カソード３８では、空気や実質的な純酸素などの酸素含有ガスが、プロトン交換膜２２を横断したカチオンまたは水素イオンと反応して、反応生成物として液状水を形成する。水素／酸素燃料電池におけるアノードおよびカソード反応を以下の式に示す。   At the cathode 38, an oxygen-containing gas such as air or substantially pure oxygen reacts with cations or hydrogen ions crossing the proton exchange membrane 22 to form liquid water as a reaction product. The anode and cathode reactions in a hydrogen / oxygen fuel cell are shown in the following equation.

アノード反応：Ｈ２ → ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− （Ｉ）
カソード反応：１／２Ｏ２ ＋ ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− → Ｈ２Ｏ （ＩＩ） Anode reaction: H 2 → 2H + + 2e − (I)
Cathode reaction: 1 / 2O 2 + 2H + + 2e - → H 2 O (II)

単一電池配置においては、流体流れ場プレートが、アノード側およびカソード側のそれぞれに設けられる。これらのプレートは電流コレクタとして働き、電極を支持し、アノード表面およびカソード表面それぞれへの燃料および酸化剤のアクセスチャネルを提供し、電池の動作時に形成される水を除去するために一部の燃料電池設計においてチャネルを提供する。複数の電池の配列においては、複数の個別の燃料電池を有する燃料電池アセンブリが提供されるように部品を積層する。２つ以上の燃料電池１０を一般的には直列に、時折並列に互いに接続して、アセンブリの全出力を増大させることができる。直列配置においては、所与のプレートの一方の側がある電池のアノードプレートとして働き、そのプレートのもう一方の側は隣接する電池のカソードプレートとして働くことができる。このような直列接続の複数の燃料電池の配列は、燃料電池スタック（図示せず）と称され、通常その組み立てられた状態でタイロッドおよびエンドプレートによって一緒に保持される。このスタックは、典型的には、燃料および酸化剤をアノードおよびカソード流れ場チャネルに方向づけるためのマニホルドおよび流入ポートを備える。   In a single cell arrangement, fluid flow field plates are provided on each of the anode and cathode sides. These plates act as current collectors, support the electrodes, provide fuel and oxidant access channels to the anode and cathode surfaces, respectively, and remove some of the fuel to remove water formed during cell operation. Provides channels in battery design. In a multiple cell arrangement, the components are stacked to provide a fuel cell assembly having a plurality of individual fuel cells. Two or more fuel cells 10 can be connected together, typically in series and sometimes in parallel, to increase the overall output of the assembly. In a series arrangement, one side of a given plate can serve as the anode plate of a cell and the other side of that plate can serve as the cathode plate of an adjacent cell. Such an array of a plurality of fuel cells connected in series is referred to as a fuel cell stack (not shown) and is normally held together by tie rods and end plates in its assembled state. The stack typically includes manifolds and inlet ports for directing fuel and oxidant to the anode and cathode flow field channels.

図２は、燃料電池１０の基本的要素の断面図を示し、電池アセンブリ１０’が提供されるように隣接する要素の一部がそれらの間に硬化したまたは硬化性の組成物４０を有する。図２に示すように、組成物４０は、アノード場プレート１２を封止し、かつ／またはガス拡散層１８に接着する。カソード場プレート２８も封止されかつ／またはガス拡散層２６に接着される。この実施形態では、燃料電池アセンブリ１０’は、アノード触媒２０およびカソード触媒２４がその上に配置された、事前に形成された膜電池アセンブリ３６を有することが多い。燃料電池アセンブリ１０’の様々な部品間に配置される組成物４０は、同じ組成物であっても異なる組成物であってもよい。加えて、図２に示すように、組成物４０は、アノード流れ場プレート１２を封止し、かつ／または第２のカソード流れプレート２８’など第２の燃料電池の部品に接着することができる。さらに、図２に示すように、組成物４０は、カソード流れ場プレート２８を封止し、かつ／または第２のアノード流れプレート１２’など第３の燃料電池の部品に接着することができる。このようにして、部品が封止接合および／または接着接合された複数の燃料電池で燃料電池アセンブリ１０’を形成して、複数電池電気化学装置を提供する。   FIG. 2 shows a cross-sectional view of the basic elements of the fuel cell 10, with some of the adjacent elements having a cured or curable composition 40 therebetween, such that a cell assembly 10 'is provided. As shown in FIG. 2, the composition 40 seals the anode field plate 12 and / or adheres to the gas diffusion layer 18. The cathode field plate 28 is also sealed and / or adhered to the gas diffusion layer 26. In this embodiment, the fuel cell assembly 10 'often has a pre-formed membrane cell assembly 36 with the anode catalyst 20 and cathode catalyst 24 disposed thereon. The composition 40 disposed between the various parts of the fuel cell assembly 10 'can be the same composition or a different composition. In addition, as shown in FIG. 2, composition 40 can seal anode flow field plate 12 and / or adhere to a second fuel cell component, such as second cathode flow plate 28 '. . Further, as shown in FIG. 2, the composition 40 can seal the cathode flow field plate 28 and / or adhere to a third fuel cell component, such as the second anode flow plate 12 '. In this way, a fuel cell assembly 10 'is formed from a plurality of fuel cells with components sealed and / or adhesively bonded to provide a multi-cell electrochemical device.

図３は、電池アセンブリ１０’’の基本的要素の断面図を示し、隣接する要素の一部がそれらの間に、同じであっても異なっていてもよい硬化したまたは硬化性の組成物４０を有する。本発明のこの実施形態においては、ガス拡散層１８がアノード流れ場プレート１２の延在する末端壁１３間に配置され、ガス拡散層２６がカソード流れ場プレート２８の延在する末端壁２７間に配置される。組成物４０を使用して、アノード流れ場プレート１２を封止し、かつ／またはアノード触媒２０に接着すると共に、カソード流れプレートを封止し、かつ／またはカソード触媒２４に接着する。   FIG. 3 shows a cross-sectional view of the basic elements of the battery assembly 10 ″, with a cured or curable composition 40 in which some of the adjacent elements may be the same or different between them. Have In this embodiment of the invention, a gas diffusion layer 18 is disposed between the extending end walls 13 of the anode flow field plate 12 and a gas diffusion layer 26 is disposed between the extending end walls 27 of the cathode flow field plate 28. Be placed. The composition 40 is used to seal the anode flow field plate 12 and / or adhere to the anode catalyst 20 and to seal the cathode flow plate and / or adhere to the cathode catalyst 24.

図４は、電池アセンブリ１０’’’の基本的要素の断面図を示し、隣接する要素の一部がそれらの間に、同じであっても異なっていてもよい硬化したまたは硬化性の組成物４０を有する。本発明のこの実施形態においては、ガス拡散層１８およびアノード触媒２０がアノード流れ場プレート１２の延在する末端壁１３間に配置され、ガス拡散層２６およびカソード触媒２４がカソード流れ場プレート２８の延在する末端壁２７間に配置される。組成物４０を使用して、アノード流れ場プレート１２を封止し、かつ／またはプロトン交換膜２２に接着すると共に、カソード流れプレートを封止し、かつ／またはプロトン交換膜２２に接着する。   FIG. 4 shows a cross-sectional view of the basic elements of the battery assembly 10 ′ ″ with a cured or curable composition in which some of the adjacent elements may be the same or different between them. 40. In this embodiment of the invention, the gas diffusion layer 18 and the anode catalyst 20 are disposed between the extending end walls 13 of the anode flow field plate 12, and the gas diffusion layer 26 and the cathode catalyst 24 are disposed on the cathode flow field plate 28. Located between the extending end walls 27. The composition 40 is used to seal the anode flow field plate 12 and / or adhere to the proton exchange membrane 22 and to seal the cathode flow plate and / or adhere to the proton exchange membrane 22.

図５は、電池アセンブリ１０’’’’の基本的要素の断面図を示し、隣接する要素の一部がそれらの間に、同じであっても異なっていてもよい硬化したまたは硬化性の組成物４０を有する。本発明のこの実施形態においては、ガス拡散層１８およびアノード触媒２０が膜電池アセンブリ３６の膜電池アセンブリフレーム４２間に配置され、ガス拡散層２６およびカソード触媒２４が膜電池アセンブリ３６の膜電池アセンブリフレーム４２間に配置される。組成物４０を使用して、アノード流れ場プレート１２を封止し、かつ／または膜電極アセンブリフレーム４２に接着すると共にカソード流れプレートを封止し、かつ／または膜電極アセンブリフレーム４２に接着する。   FIG. 5 shows a cross-sectional view of the basic elements of the battery assembly 10 '' '' with a cured or curable composition in which some of the adjacent elements may be the same or different between them. It has the thing 40. In this embodiment of the invention, gas diffusion layer 18 and anode catalyst 20 are disposed between membrane cell assembly frames 42 of membrane cell assembly 36, and gas diffusion layer 26 and cathode catalyst 24 are membrane cell assembly of membrane cell assembly 36. Arranged between the frames 42. Composition 40 is used to seal anode flow field plate 12 and / or adhere to membrane electrode assembly frame 42 and to seal cathode flow plate and / or adhere to membrane electrode assembly frame 42.

組成物４０は現場硬化型または現場形成型組成物でよく、それにより現場硬化型または現場形成型ガスケットとして働く。本明細書中で使用する語句「現場硬化型」およびその変形は、ある部品の表面に付与(塗布)されその場所で硬化される組成物を指す。封止は、ある部品と別の部品との組立て時に硬化材料を圧縮することにより実現される。この組成物は、典型的には、トレーシング（ｔｒａｃｉｎｇ）、スクリーン印刷等によって精密なパターンで付与(塗布)される。さらには、組成物を被膜として基板上に付与(塗布)することもできる。このような付与(塗布)技法は、大規模または大量生産が可能である。本明細書中で使用する語句「現場形成型」およびその変形は、２つの組み立てられた部品間に配置され両方の部品に対して硬化される組成物を指す。現場形成型および／または現場硬化型ガスケットとして重合可能な組成物を使用すると、モジュール式または統合式の燃料アセンブリスタック設計が可能となる。望ましくは、この組成物は、燃料アセンブリスタック設計の組立て時に封止が容易となるように圧縮性組成物である。   Composition 40 may be an in-situ curable or in-situ formed composition, thereby acting as an in-situ curable or in-situ formed gasket. As used herein, the phrase “in situ curable” and variations thereof refer to a composition that is applied (applied) to the surface of a part and cured in place. Sealing is achieved by compressing the cured material during assembly of one part with another. This composition is typically applied (applied) in a precise pattern by tracing, screen printing or the like. Furthermore, the composition can be applied (coated) on the substrate as a coating. Such application (application) techniques can be large scale or mass production. As used herein, the phrase “in-situ formed” and variations thereof refers to a composition that is placed between two assembled parts and cured to both parts. The use of the polymerizable composition as an in-situ and / or in-situ cured gasket allows for a modular or integrated fuel assembly stack design. Desirably, the composition is a compressible composition to facilitate sealing during assembly of the fuel assembly stack design.

図６〜図９には、隣接する燃料電池部品がカソード流れ場プレート２８およびアノード流れ場プレート１２’として示してあるが、他の隣接する燃料電池部品も本発明と共に適切に使用することができる。本明細書中で使用する語句「合わせ面」およびその変形は、両者の間にシールを形成することができるように別の基板と近位で位置合わせ可能な基板の表面を指す。   Although adjacent fuel cell components are shown in FIGS. 6-9 as cathode flow field plate 28 and anode flow field plate 12 ′, other adjacent fuel cell components can also be suitably used with the present invention. . As used herein, the phrase “mating surface” and variations thereof refer to the surface of a substrate that can be aligned proximally with another substrate so that a seal can be formed therebetween.

図６に示すように、組成物４０を現場硬化型ガスケットとして形成することができ、この場合アノード流れ場プレート１２’上に組成物４０を配置し硬化するが、カソード流れ場プレート２８上には硬化のためには配置しない。図７に示すように、燃料アセンブリを組み立てると、流れ場プレート１２’とカソード流れ場プレート２８とは互いに圧迫し合い、それにより組成物４０が現場硬化型ガスケットとして働く。組成物４０は流れ場プレート１２’に接着接合および封止接合されるが、カソード流れ場プレート２８を封止係合するだけである。したがって、燃料電池アセンブリを容易にこの接合部で解体することができる。というのは、組成物４０はカソード流れ場プレート２８とは接着接合していないからである。   As shown in FIG. 6, the composition 40 can be formed as an in-situ cured gasket, in which case the composition 40 is placed and cured on the anode flow field plate 12 ′, but on the cathode flow field plate 28. Do not place for curing. As shown in FIG. 7, when the fuel assembly is assembled, the flow field plate 12 'and the cathode flow field plate 28 compress each other, thereby causing the composition 40 to act as an in-situ curable gasket. Composition 40 is adhesively and sealingly bonded to flow field plate 12 ', but only sealingly engages cathode flow field plate 28. Therefore, the fuel cell assembly can be easily disassembled at this joint. This is because the composition 40 is not adhesively bonded to the cathode flow field plate 28.

図８に示すように、組成物４０は現場形成型組成物であってもよく、この場合組成物４０は流れ場プレート１２’にカソード流れ場プレート２８を封止接合および接着接合する。図６〜図８に示すように、組成物４０は平らな平面ストリップとして示してある。しかしながら、本発明はこれに限定されない。   As shown in FIG. 8, composition 40 may be an in-situ formed composition, in which case composition 40 seals and adhesively bonds cathode flow field plate 28 to flow field plate 12 '. As shown in FIGS. 6-8, the composition 40 is shown as a flat planar strip. However, the present invention is not limited to this.

図９に示すように、組成物４０は現場硬化型ガスケットで、アノード流れ場プレート１２’上にビードとして配置される。組成物４０は、燃料電池部品の組立て時にカソード流れ場プレート２８を封止係合する。しかしながら、本発明はこれに限定されず、突起および／または切り欠きを有する合わせ面など、他の形状を適切に使用することもできる。   As shown in FIG. 9, composition 40 is an in-situ cured gasket and is disposed as a bead on anode flow field plate 12 '. Composition 40 sealingly engages cathode flow field plate 28 during assembly of the fuel cell component. However, the present invention is not limited to this, and other shapes such as a mating surface having protrusions and / or notches can be used appropriately.

さらに、組成物４０は、燃料電池部品の周縁または周縁部に付与(塗布)することもできる。望ましくは、組成物４０は燃料電池部品の周縁を覆うだけでなく、燃料電池部品の周囲または周縁端部を超えて延在する。このように、その周縁またはその周縁の一部分付近に組成物４０が配置されているまたは延在している燃料電池部品を、別の燃料電池部品と合わせるように位置合わせして、これらの２つの部品を封止係合させることができる。言い換えると、燃料電池部品の周縁面は、燃料電池部品を封止係合させるためにそこに本発明の組成物を付与(塗布)することができる合わせ面であってもよい。   Further, the composition 40 can be applied (applied) to the peripheral edge or peripheral edge of the fuel cell component. Desirably, the composition 40 not only covers the periphery of the fuel cell component, but also extends around the periphery or the edge of the fuel cell component. Thus, aligning a fuel cell component having or extending a composition 40 near its periphery or a portion of the periphery with another fuel cell component so that these two The parts can be in sealing engagement. In other words, the peripheral surface of the fuel cell component may be a mating surface to which the composition of the present invention can be applied (applied) for sealing engagement of the fuel cell component.

図１８は、膜電極アセンブリ１３６の耐久性を向上させ、また燃料電池の組立て時に膜電極アセンブリ１３６とセパレータプレート１１２との間および膜電極アセンブリ１３６とセパレータプレート１２８との間に正確な間隔を提供するために、膜電極アセンブリ１３６とセパレータプレート１１２との間、また膜電極アセンブリ１３６とセパレータプレート１２８との間の樹脂フレーム１１５を有する燃料電池を示す。このような設計においては、セパレータプレート１１２と樹脂フレーム１１５との間、セパレータプレート１２８と樹脂フレーム１１５との間にシールを設けることが必要である。   18 improves the durability of the membrane electrode assembly 136 and provides precise spacing between the membrane electrode assembly 136 and the separator plate 112 and between the membrane electrode assembly 136 and the separator plate 128 when the fuel cell is assembled. To illustrate, a fuel cell having a resin frame 115 between the membrane electrode assembly 136 and the separator plate 112 and between the membrane electrode assembly 136 and the separator plate 128 is shown. In such a design, it is necessary to provide a seal between the separator plate 112 and the resin frame 115 and between the separator plate 128 and the resin frame 115.

図１９は、膜電池アセンブリ１３６の周縁部１３３に、または周縁部１３３付近に硬化したまたは硬化性組成物１４０を有する膜電池アセンブリ１３６を示す。以下に説明するように、組成物１４０は、燃料電池の異なる部品を互いに封止および／または接着するために有用である。   FIG. 19 shows a membrane cell assembly 136 having a cured or curable composition 140 at or near the periphery 133 of the membrane cell assembly 136. As described below, the composition 140 is useful for sealing and / or bonding different parts of a fuel cell to each other.

しかしながら、本発明は、膜電極アセンブリ１３６などの燃料電池部品を有し、膜電極アセンブリ１３６の周縁部１３３に、または周縁部１３３付近に組成物１４０を有する構成に限定されない。たとえば、図２０に示すように、硬化したまたは硬化性組成物１４０は、膜電極アセンブリ１３６の周縁部１３３に、または周縁部１３３付近に配置し、かつ膜電極アセンブリ１３６の周縁端部１３５を覆うこともできる。   However, the present invention is not limited to a configuration having a fuel cell component such as the membrane electrode assembly 136 and having the composition 140 at or near the peripheral portion 133 of the membrane electrode assembly 136. For example, as shown in FIG. 20, the cured or curable composition 140 is disposed at or near the peripheral edge 133 of the membrane electrode assembly 136 and covers the peripheral edge 135 of the membrane electrode assembly 136. You can also

図２１は、燃料電池１１０の基本的要素の断面図を示し、燃料電池アセンブリ１１０’が提供されるように、隣接する要素の一部がそれらの間に硬化したまたは硬化性の組成物１４０を有する。図２１に示すように、組成物１４０はアノード流れ場プレート１１２を封止し、かつ／またはガス拡散層１１８または膜電極アセンブリ１３６に接着する。カソード場プレート１２８も封止され、かつ／またはガス拡散層１２６または膜電極アセンブリ１３６に接着される。本実施例において、燃料電池アセンブリ１１０’は、アノード触媒１２０およびカソード触媒１２４がその上に配置された、事前に形成された膜電池アセンブリ１３６を有することが多い。燃料電池アセンブリ１１０’の様々な部品間に配置される組成物１４０は、同じ組成物であっても異なる組成物であってもよい。加えて、図２１に示すように、組成物１４０は、カソード流れプレート１２８を封止し、かつ／または第２のアノード流れプレート１１２’など第２の燃料電池の部品に接着することができる。さらに、図２１に示すように、組成物１４０は、第２のアノード流れプレート１１２’を封止し、かつ／または第２の膜電極アセンブリ１３６’など第２の燃料電池の部品に接着することができる。このようにして、部品が封止接合および／または接着接合された複数の燃料電池で燃料電池アセンブリ１１０’を形成して、複数電池電気化学装置を提供する。   FIG. 21 illustrates a cross-sectional view of the basic elements of the fuel cell 110, with a portion of adjacent elements having a cured or curable composition 140 therebetween, such that a fuel cell assembly 110 ′ is provided. Have. As shown in FIG. 21, composition 140 seals anode flow field plate 112 and / or adheres to gas diffusion layer 118 or membrane electrode assembly 136. Cathode field plate 128 is also sealed and / or adhered to gas diffusion layer 126 or membrane electrode assembly 136. In this example, the fuel cell assembly 110 'often has a pre-formed membrane cell assembly 136 with an anode catalyst 120 and a cathode catalyst 124 disposed thereon. The composition 140 disposed between the various parts of the fuel cell assembly 110 'can be the same composition or a different composition. In addition, as shown in FIG. 21, the composition 140 can seal the cathode flow plate 128 and / or adhere to a second fuel cell component, such as the second anode flow plate 112 '. Further, as shown in FIG. 21, the composition 140 seals the second anode flow plate 112 ′ and / or adheres to a second fuel cell component, such as the second membrane electrode assembly 136 ′. Can do. In this way, a fuel cell assembly 110 'is formed from a plurality of fuel cells with components sealed and / or adhesively bonded to provide a multi-cell electrochemical device.

図２２は、本発明による現場硬化型ガスケットの形成に有用なモールド型４８の斜視図である。モールド型４８は、図のように相互に間連する上部モールド型部材５０と、下部モールド型部材１３６’と、注入ポート５２とを備える。この実施形態では、組成物１４０を下部モールド型部材１３６’上に配置して、その場所でまたはその上にガスケットを形成する。本発明のこの実施形態では、下部モールド型部材１３６’が望ましくは燃料電池部品、たとえば、膜電極アセンブリ１３６である。しかしながら、本発明は、下部モールド型部品として膜電極アセンブリ１３６を使用することに限定されず、他の燃料電池部品が下部モールド型部品であってもよい。図２５に示すように、注入ポート５２は、モールド型キャビティ５４と流体連通している。   FIG. 22 is a perspective view of a mold 48 useful for forming an in-situ cured gasket according to the present invention. The mold 48 includes an upper mold member 50, a lower mold member 136 ′, and an injection port 52 that are interconnected as shown in the figure. In this embodiment, the composition 140 is placed on the lower mold member 136 'to form a gasket at or on that location. In this embodiment of the invention, the lower mold member 136 ′ is desirably a fuel cell component, such as a membrane electrode assembly 136. However, the present invention is not limited to using the membrane electrode assembly 136 as the lower mold part, and other fuel cell parts may be the lower mold part. As shown in FIG. 25, the injection port 52 is in fluid communication with the mold cavity 54.

図２３は、軸２３−２３に沿った図２２のモールド型４８の断面図である。図２３に示すように、上部モールド型部材５０はモールド型キャビティを備える。液状のガスケット形成組成物を、注入ポート５２を通してモールド型キャビティ５４に導入することができる。   FIG. 23 is a cross-sectional view of the mold 48 of FIG. 22 taken along the axis 23-23. As shown in FIG. 23, the upper mold member 50 includes a mold cavity. A liquid gasket-forming composition can be introduced into the mold cavity 54 through the injection port 52.

図２４は、図２３のモールド型４８の部分分解図である。モールド型部材５０は合わせ面５６を備え、モールド型部材１３６’は合わせ面５８を備える。モールド型部材５０および１３６’は、合わせ面５６および５８が互いに実質的に近接して並置されるよう、図２３に示すように互いに整合させることができる。図２４に示すように、ガスケット１４０は、モールド型キャビティ５４が取り除かれ、合わせ面５８に接合される。   24 is a partially exploded view of the mold 48 of FIG. The mold member 50 includes a mating surface 56 and the mold member 136 ′ includes a mating surface 58. Mold members 50 and 136 'can be aligned with each other as shown in FIG. 23 such that mating surfaces 56 and 58 are juxtaposed substantially in close proximity to each other. As shown in FIG. 24, the gasket 140 is joined to the mating surface 58 with the mold cavity 54 removed.

図２５に示すように、モールド型キャビティ５４は閉周囲設計の形をしている。図２５にはモールド型キャビティ５４が丸みを帯びた矩形として示してあるが、本発明はこれに限定されず、他の形状のキャビティを適切に使用することができる。さらに、図２４には、モールド型キャビティ５４の断面形状が矩形または方形として示してあるが、本発明はこれに限定されず、円、楕円、封止の改善のための延長部を有する幾何学的形状など、他の断面形状を適切に使用することができる。   As shown in FIG. 25, the mold cavity 54 is in the form of a closed perimeter design. Although the mold cavity 54 is shown as a rounded rectangle in FIG. 25, the present invention is not limited to this, and cavities of other shapes can be used appropriately. Furthermore, although the cross-sectional shape of the mold cavity 54 is shown as a rectangle or a rectangle in FIG. 24, the present invention is not limited to this, and a geometry having an extension for improving a circle, an ellipse, or a seal. Other cross-sectional shapes, such as a target shape, can be used appropriately.

図２５に示すように、モールド型５０は第２のポート６０を備えることができる。第２のポート６０は、モールド型キャビティ５４と流体連通している。第２のポート６０を使用して、ガスケット形成材料で満たされているキャビティ５４のガス抜きをすることができる。ポート５２を通してキャビティ５４にガスケット形成材料を導入するため、第２のポート６０を通って空気が逃げて、モールド型キャビティ５４のガス抜きをすることができる。第２のポート６０の寸法が本発明を限定することはない。望ましくは、第２のポート６０の寸法、すなわち、断面の範囲は、空気の脱出が可能となるように最小限に抑えるが、そこを流れるガスケット形成材料の液体の流れを制限するように十分に小さい。言い換えると、第２のポート６０は、その中を空気は流れることができるが液状ガスケット形成材料の実質的な流れは阻止されるピンホールの大きさでよい。さらに、本発明は、単一ポート５２または単一ポート６０を使用することに限定されず、ガスケット材料の導入および／または空気の放出のために複数のポートを使用することができる。   As shown in FIG. 25, the mold 50 can include a second port 60. Second port 60 is in fluid communication with mold cavity 54. The second port 60 can be used to vent the cavity 54 that is filled with gasket forming material. Introducing the gasket-forming material into the cavity 54 through the port 52 allows air to escape through the second port 60 and vent the mold cavity 54. The dimensions of the second port 60 do not limit the present invention. Desirably, the dimensions of the second port 60, i.e., the extent of the cross-section, is minimized to allow air escape, but is sufficient to limit the liquid flow of gasket-forming material flowing therethrough. small. In other words, the second port 60 may be a pinhole size that allows air to flow therethrough but prevents substantial flow of the liquid gasket-forming material. Further, the present invention is not limited to using a single port 52 or a single port 60, and multiple ports can be used for introduction of gasket material and / or release of air.

図２６は、図２５の軸２６−２６に沿ったモールド型部材５０の断面図である。図２６に示すように、注入ポート５２は、適切にはモールド型部材５０のキャビティまたは穴でよい。注入ポート５２の一部がネジ山（図示せず）を有していても、その中を通してガスケット形成材料を送り届けることができるバルブ（図示せず）またはチューブもしくはホース（図示せず）を有していてもよい。   26 is a cross-sectional view of mold member 50 along axis 26-26 in FIG. As shown in FIG. 26, the injection port 52 may suitably be a cavity or hole in the mold member 50. Even if a portion of the injection port 52 has threads (not shown), it has a valve (not shown) or a tube or hose (not shown) through which gasket-forming material can be delivered. It may be.

図２７は、図２５の軸２７−２７に沿ったモールド型部材５０の断面図である。図２７に示すように、ポート６０は、適切にはモールド型部材５０のキャビティまたは穴でよい。ポート６０の一部が、空気および／またはガスケット形成材料の脱出を制御するためのバルブ（図示せず）を有していてもよい。   FIG. 27 is a cross-sectional view of the mold member 50 along the axis 27-27 of FIG. As shown in FIG. 27, the port 60 may suitably be a cavity or hole in the mold member 50. A portion of the port 60 may have a valve (not shown) for controlling the escape of air and / or gasket forming material.

図２８は、図２５の軸２８−２８に沿ったモールド型部材５０の断面図である。モールド型キャビティ５４は、モールド型部材５０中にその合わせ面５６で延在するものとして示してある。   FIG. 28 is a cross-sectional view of mold member 50 along axis 28-28 of FIG. The mold cavity 54 is shown as extending in the mold member 50 at its mating surface 56.

図２９は、本発明による現場硬化型ガスケットの形成に有用なモールド型４８’’の斜視図である。モールド型４８’’は、上部モールド型部材５０、下部モールド型部材７０を備える。図３０Ａおよび図３０Ｂに示すように、モールド型部材５０および７０は上述のようにして互いに当接可能で（ｆｉｔｔａｂｌｅ）、それらの間に膜電極アセンブリ１３６などの燃料電池部品を配置することができるように構成される。図３０Ａに示すように、本発明のモールド型４８’’を使用して、燃料電池部品１３６の対向する側面の周縁部上にガスケット１４０を形成することができる。図３０Ｂに示すように、本発明のモールド型４８’’を使用して、燃料電池部品１３６の対向する側面上に、また燃料電池部品１３６の周縁側面を覆ってガスケット１４０を形成することもできる。   FIG. 29 is a perspective view of a mold 48 ″ useful for forming an in-situ cured gasket according to the present invention. The mold 48 ″ includes an upper mold member 50 and a lower mold member 70. As shown in FIGS. 30A and 30B, mold members 50 and 70 can fit together as described above, and a fuel cell component such as membrane electrode assembly 136 can be disposed therebetween. Configured as follows. As shown in FIG. 30A, a gasket 140 can be formed on the peripheral edge of the opposite side surface of the fuel cell component 136 using the mold 48 ″ of the present invention. As shown in FIG. 30B, the mold 140 ″ of the present invention can be used to form a gasket 140 on the opposite side of the fuel cell component 136 and covering the peripheral side of the fuel cell component 136. .

図３１は、モールド型部材５０、７０を透明材料で作製することができること、またはモールド型部材５０、７０が透明材料を含むことができることを示す、モールド型部材５０、７０の斜視図である。望ましくは、モールド型部材５０、７０は透明である、すなわち、化学線、たとえば、紫外線に対して透過性または実質的に透過性である。透明なモールド型部材５０、７０の断面図を図３２に示す。   FIG. 31 is a perspective view of mold members 50, 70 showing that mold members 50, 70 can be made of a transparent material or that mold members 50, 70 can include a transparent material. Desirably, the mold members 50, 70 are transparent, i.e., transparent or substantially transparent to actinic radiation, e.g., ultraviolet light. A cross-sectional view of the transparent mold members 50 and 70 is shown in FIG.

本発明のこの態様の方法は、液状の化学線硬化性ガスケット形成組成物の注入前に、または注入時にキャビティのガス抜きをするステップをさらに含むことができる。望ましくは、このガス抜きをするステップは、キャビティ５４と流体連通している第２のポート６０を通してガス抜きをすることを含む。   The method of this aspect of the invention may further comprise venting the cavity prior to or upon injection of the liquid actinic radiation curable gasket-forming composition. Desirably, the venting step includes venting through a second port 60 that is in fluid communication with the cavity 54.

キャビティ５４のガス抜きにより、また上述の流体特性により、液状組成物が、過度の液状処理圧力を必要とすることなく十分にキャビティ５４を満たす。望ましくは、液状組成物は、６９０ｋＰａ（１００ｐｓｉｇ）以下の流体処理圧力でキャビティ５４を十分に満たす。   Due to degassing of the cavities 54 and the fluid characteristics described above, the liquid composition will sufficiently fill the cavities 54 without the need for excessive liquid processing pressure. Desirably, the liquid composition sufficiently fills the cavity 54 at a fluid processing pressure of 690 kPa (100 psig) or less.

組成物を硬化したまたは少なくとも部分的に硬化した後、モールド型部材５０、１３６’または５０、７０を互いに解除してガスケットを露出させることができ、その後、ガスケット１４０をモールド型キャビティ５４から取り外すことができる。ガスケット１４０を、望ましくは、燃料電池部品、たとえば、膜電極アセンブリ１３６に配置および／または固定する。   After the composition is cured or at least partially cured, the mold members 50, 136 ′ or 50, 70 can be released from each other to expose the gasket, and then the gasket 140 is removed from the mold cavity 54. Can do. The gasket 140 is desirably disposed and / or secured to a fuel cell component, such as the membrane electrode assembly 136.

上部モールド型部材５０、７０が溝またはモールド型キャビティ５４を有するものとして本発明を説明してきたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、下部モールド型部材１３６’、７０および／または膜電極アセンブリ１３６などの燃料電池部品が、上部モールド型部材のモールド型キャビティ５４に加えて、または上部モールド型部材のモールド型キャビティ５４の代わりに、シールの設置および形成用の溝またはモールド型キャビティを有することもできる。   Although the present invention has been described with the upper mold members 50, 70 having grooves or mold cavities 54, the present invention is not limited thereto. For example, a fuel cell component such as lower mold member 136 ′, 70 and / or membrane electrode assembly 136 may be added to or in place of mold cavity 54 of the upper mold member. It can also have grooves or mold cavities for the installation and formation of seals.

さらに、本発明の燃料電池の流れ場プレートは、二極性プレート、すなわち、対向するプレート表面に流れチャネルを有するプレートでよい。たとえば、図３３〜図３４に示すように、二極性流れ場プレート１１９を、片側だけに流れチャネルを有する単極性プレート１１２、１２８から作製することができる。単極性プレート１１２、１２８を互いに固定して二極性プレート１１９を形成することができる。本発明の一態様では、本発明の組成物で、また本発明の方法によって、プレート１１２および１２８の封止も行う。   Furthermore, the flow field plate of the fuel cell of the present invention may be a bipolar plate, i.e. a plate having flow channels on the opposing plate surfaces. For example, as shown in FIGS. 33-34, a bipolar flow field plate 119 can be made from unipolar plates 112, 128 having flow channels on only one side. The bipolar plates 119 can be formed by fixing the unipolar plates 112 and 128 to each other. In one aspect of the invention, the plates 112 and 128 are also sealed with the composition of the invention and by the method of the invention.

燃料電池バリアシーラントの物理的特性要件の要求があるため、ポリイソブチレンなど表面エネルギーが低いポリマー類が望ましい。架橋結合をもたらすためには、ビニル終端ポリイソブチレンなどのテレケリック官能性ポリイソブチレン類がより望ましい。これらテレケリック官能性ポリイソブチレン類は、適切な可溶性有機水素ポリシロキサン架橋剤と反応して硬化シーラントを形成することができる。典型的には、本発明の前に、白金触媒の存在下、以下のように架橋を行った。   Polymers with low surface energy, such as polyisobutylene, are desirable because of the physical property requirements of fuel cell barrier sealants. Telechelically functional polyisobutylenes, such as vinyl terminated polyisobutylene, are more desirable to provide cross-linking. These telechelic functional polyisobutylenes can react with a suitable soluble organohydrogen polysiloxane crosslinker to form a cured sealant. Typically, prior to the present invention, crosslinking was performed in the presence of a platinum catalyst as follows.

Figure 2014225456
ヒドロシリル化により硬化した有機ベースの配合物を、典型的には白金触媒を用いて熱硬化するが、このような硬化は通常、高温で少なくとも１時間を要する。しかしながら、このような硬化条件により、連続製造プロセスが制限される。
Figure 2014225456
 Organic based formulations cured by hydrosilylation are typically thermally cured using a platinum catalyst, but such curing typically requires at least one hour at elevated temperatures. However, such curing conditions limit the continuous manufacturing process.

本発明の一態様においては、本発明の液状シーラント組成物を、室温または室温付近で短時間内に、たとえば、約５分以内に硬化することができる。より望ましくは、この液状組成物を１分以内に硬化する、たとえば、３０秒以内に硬化する。   In one embodiment of the present invention, the liquid sealant composition of the present invention can be cured in a short time, for example, within about 5 minutes, at or near room temperature. More desirably, the liquid composition is cured within 1 minute, for example, within 30 seconds.

望ましくは、本発明で使用する硬化シーラント組成物は、アルケニル終端ポリイソブチレンオリゴマー、たとえば、アルケニル終端ジアリルポリイソブチレンオリゴマーと、任意に多官能性アルケニルモノマーと、少なくとも１つの水素原子がシリコン原子に結合しているシリル硬化剤または架橋剤と、ヒドロシリル化触媒とを含むことができる。望ましくは、約１個の水素原子だけが、シリル硬化剤中の任意のシリコン原子と結合している。   Desirably, the cured sealant composition used in the present invention comprises an alkenyl terminated polyisobutylene oligomer, such as an alkenyl terminated diallyl polyisobutylene oligomer, optionally a multifunctional alkenyl monomer, and at least one hydrogen atom bonded to a silicon atom. A silyl curing agent or cross-linking agent, and a hydrosilylation catalyst. Desirably, only about one hydrogen atom is bonded to any silicon atom in the silyl hardener.

本発明の組成物は改質されら分子構造を有し、その結果機械的特性、架橋密度および反応熱が高まる。本発明の組成物は式（Ａ−Ａ ＋ Ａｆ ＋ Ｂｆ）によって表すことができ、式中、「Ａ−Ａ」はアルケニル終端ポリイソブチレンオリゴマー、たとえば、ジアリルポリイソブチレンのアルケニル基を示し、「Ａ」はアルケニル基を示し、「Ｂ」はＳｉ−Ｈ基を示し、「ｆ」は対応する官能基の数を指す。 The composition of the present invention has a modified molecular structure resulting in increased mechanical properties, crosslink density and heat of reaction. The composition of the present invention can be represented by the formula (AA + Af + Bf ), wherein "AA" represents an alkenyl group of an alkenyl-terminated polyisobutylene oligomer, such as diallyl polyisobutylene, “A” represents an alkenyl group, “B” represents a Si—H group, and “f” refers to the number of corresponding functional groups.

アルケニルと水素化物が共に二官能性である場合、重合により直線構造がもたらされる。しかしながら、このような直線構造における官能性水素化物基の数により、反応ネットワークの全体としての官能性および架橋密度が限定される。単一のモノマーまたはオリゴマーに３つ以上のアルケニル基を組み込むことによって、架橋密度が増大し、機械的特性が向上する。   When both alkenyl and hydride are difunctional, the polymerization results in a linear structure. However, the number of functional hydride groups in such a linear structure limits the overall functionality and crosslink density of the reaction network. Incorporating three or more alkenyl groups into a single monomer or oligomer increases crosslink density and improves mechanical properties.

３つ以上のアルケニル基を有する１つの有用な多官能性アルケニルモノマーは、下記化学式のＴＶＣＨである。   One useful multifunctional alkenyl monomer having three or more alkenyl groups is TVCH of the formula:

Figure 2014225456
Figure 2014225456

ＴＶＣＨは、低粘度（１．３ｍＰａｓ）の三官能性モノマーである。ＴＶＣＨのモル質量は、１モル当たり１６２．３グラムである。しかしながら、本発明は、三官能性モノマーの使用に限定されず、４つ以上のアルケニル基を有するモノマー類を、本発明の組成物と共に適切に使用することもできる。   TVCH is a low viscosity (1.3 mPas) trifunctional monomer. The molar mass of TVCH is 162.3 grams per mole. However, the invention is not limited to the use of trifunctional monomers, and monomers having 4 or more alkenyl groups can also be suitably used with the compositions of the invention.

アルケニル基を２つ有する有用な１つの多官能性アルケニルモノマーは、１，９−デカジエン（ＣＡＳ Ｎｏ．１６４７−１６−１）であり、その分子量は１モル当たり１３８．２５グラムである。   One useful multifunctional alkenyl monomer having two alkenyl groups is 1,9-decadiene (CAS No. 1647-16-1) and its molecular weight is 138.25 grams per mole.

多官能性アルケニルモノマーまたはアルケニルモノマー類の組合せは、全組成に基づく約０．０１重量パーセント〜約９０重量パーセントの量で存在することができる。望ましくは、多官能性アルケニルモノマーまたはアルケニルモノマー類の組合せは、全組成に基づく約０．１重量パーセント〜約５０重量パーセントの量で存在することができる。より望ましくは、多官能性アルケニルモノマーまたはアルケニルモノマー類の組合せは、全組成に基づく約１重量パーセント〜約１０重量パーセントの量を含めた、全組成に基づく約１重量パーセント〜約２０重量パーセントの量で存在することができる。   The multifunctional alkenyl monomer or combination of alkenyl monomers can be present in an amount from about 0.01 weight percent to about 90 weight percent based on the total composition. Desirably, the multifunctional alkenyl monomer or combination of alkenyl monomers can be present in an amount of about 0.1 weight percent to about 50 weight percent based on the total composition. More desirably, the multifunctional alkenyl monomer or combination of alkenyl monomers is about 1 weight percent to about 20 weight percent based on the total composition, including an amount of about 1 weight percent to about 10 weight percent based on the total composition. Can be present in quantities.

相溶性も重量な問題であり、本発明の二官能性オリゴマーと適合する多官能性モノマー類のみを組み込むことが望ましい。２相に分離した多官能性モノマー類は適合しない。ＴＶＣＨは、本発明のポリイソブチレン樹脂と完全に適合している。重量百分率が最大約２０重量パーセントのＴＶＣＨでは、得られる本発明の組成物により、アルケニル樹脂と混合した場合に透明な単一相溶液が形成される。   Compatibility is also a significant issue, and it is desirable to incorporate only multifunctional monomers that are compatible with the bifunctional oligomers of the present invention. Polyfunctional monomers separated into two phases are not compatible. TVCH is perfectly compatible with the polyisobutylene resin of the present invention. For TVCH with a weight percentage of up to about 20 weight percent, the resulting composition of the present invention forms a clear single phase solution when mixed with an alkenyl resin.

有用なジアルケニル終端線状ポリ（イソブチレン）オリゴマー類は、日本の大阪にある株式会社カネカから、ＥＰ２００Ａ、ＥＰ４００ＡおよびＥＰ６００Ａとして市販されている。これら３種のオリゴマー類は、同じ官能性を有するが、分子量が異なる。ＥＰ２００Ａ、ＥＰ４００ＡおよびＥＰ６００Ａの近似分子量（Ｍｎ）は、それぞれ５，０００、１０，０００および２０，０００である。これら３種のオリゴマー類は、それぞれ２５℃で９４４，３００センチポアズ（「ｃｐｓ」）から１，５００，０００ｃｐｓ、２，７１１，０００ｃｐｓと粘度も異なる。   Useful dialkenyl-terminated linear poly (isobutylene) oligomers are commercially available from Kaneka Corporation in Osaka, Japan as EP200A, EP400A and EP600A. These three oligomers have the same functionality but differ in molecular weight. The approximate molecular weights (Mn) of EP200A, EP400A and EP600A are 5,000, 10,000 and 20,000, respectively. These three oligomers also differ in viscosity from 944,300 centipoise (“cps”) to 1,500,000 cps and 2,711,000 cps at 25 ° C., respectively.

本発明の組成物は、反応性水素化ケイ素官能基を少なくとも２つ、すなわち、Ｓｉ−Ｈ基を少なくとも２つ有するシリコーンを含むこともできる。この成分は、アルケニル終端ポリイソブチレンオリゴマー向けの硬化剤または架橋剤として機能する。ヒドロシリル化触媒の存在下、架橋成分中のシリコンと結合した水素原子が、ヒドロシリル化と称される、反応性オリゴマー中の不飽和基との付加反応を受ける。この反応性オリゴマーは不飽和基を少なくとも２つ含むため、シリコーン架橋成分は、硬化生成物中で最終的な架橋構造を実現するために、望ましくは少なくとも２つのシリコンと結合した水素原子を含むことができる。シリコーン架橋成分中に存在するシリコンと結合した有機基は、実質的にエチレン不飽和またはアセチレン不飽和でないということ以外は、反応性シリコーン成分について上に記載したような置換または非置換の一価炭化水素ラジカルと同じ群から選択することができる。シリコーン架橋剤は、直鎖構造、分岐した直鎖構造、環状構造またはネットワーク構造でよい分子構造を有することができる。   The composition of the present invention may also comprise a silicone having at least two reactive silicon hydride functional groups, i.e. at least two Si-H groups. This component functions as a curing or crosslinking agent for the alkenyl terminated polyisobutylene oligomer. In the presence of a hydrosilylation catalyst, the hydrogen atoms bonded to silicon in the crosslinking component undergo an addition reaction with unsaturated groups in the reactive oligomer, referred to as hydrosilylation. Since this reactive oligomer contains at least two unsaturated groups, the silicone crosslinking component preferably contains at least two silicon bonded hydrogen atoms to achieve the final crosslinked structure in the cured product. Can do. Substituted or unsubstituted monovalent carbonization as described above for the reactive silicone component, except that the silicon-bonded organic groups present in the silicone crosslinking component are not substantially ethylenically or acetylenically unsaturated. It can be selected from the same group as the hydrogen radical. The silicone crosslinking agent can have a molecular structure that can be a linear structure, a branched linear structure, a cyclic structure, or a network structure.

シリコーン架橋成分は、望ましくは下記式に従う幅広い化合物から選択することができる。   The silicone crosslinking component can desirably be selected from a wide range of compounds according to the formula:

Figure 2014225456
式中、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３のうち少なくとも２つはＨであり、そうでなければＲ１、Ｒ２およびＲ３は同一であっても異なってもよく、アルキル、アルケニル、アリール、アルコキシ、アルケニルオキシ、アリールオキシ、（メタ）アクリルまたは（メタ）アクリルオキシを含めた炭化水素ラジカルなど、Ｃ１−２０からの置換または非置換炭化水素ラジカルでよく、したがってＳｉＨ基は末端で結合していても、ペンダント基としてシロキサン骨格に沿って結合していても、またはその両方でもよく、Ｒ４は、Ｃ１−２０のアルキル、アルケニル、アリール、アルコキシ、アルケニルオキシ、アリールオキシ、（メタ）アクリルまたは（メタ）アクリルオキシを含めた炭化水素ラジカルなど、Ｃ１−２０からの置換または非置換炭化水素ラジカルでよく、望ましくはメチルなどのアルキル基であり、ｘは１０〜１，０００の整数であり、ｙは１〜２０の整数である。望ましくは、Ｒ２およびＲ３が共に水素ではない、たとえば、Ｒ１がＨで、Ｒ２およびＲ３の両方ではなくいずれか一方がＨである。望ましくは、ＨではないＲ基はメチルである。水素化ケイ素架橋剤は、所望の量の架橋を実現するのに十分な量で、望ましくは組成物の約０．５〜約４０重量パーセントの量で、より望ましくは、組成物の約１〜約２０重量パーセントの量で存在すべきである。
Figure 2014225456
 Wherein at least two of R 1 , R 2 and R 3 are H, otherwise R 1 , R 2 and R 3 may be the same or different and may be alkyl, alkenyl, aryl, It can be a substituted or unsubstituted hydrocarbon radical from C 1-20 , such as a hydrocarbon radical including alkoxy, alkenyloxy, aryloxy, (meth) acrylic or (meth) acryloxy , so the SiH group is attached at the end. Or bonded along the siloxane skeleton as a pendant group, or both, and R 4 is a C 1-20 alkyl, alkenyl, aryl, alkoxy, alkenyloxy, aryloxy, (meth) acrylic or (meth) hydrocarbon radicals, including acryloxy, substituted or unsubstituted from C 1-20 Well hydride radicals, preferably an alkyl group such as methyl, x is an integer of 10 to 1,000, y is an integer from 1 to 20. Desirably, R 2 and R 3 are not both hydrogen, for example, R 1 is H and either one of R 2 and R 3 but not both is H. Desirably, the R group that is not H is methyl. The silicon hydride crosslinker is in an amount sufficient to achieve the desired amount of crosslinking, desirably in an amount of about 0.5 to about 40 weight percent of the composition, more desirably from about 1 to about 1 of the composition. It should be present in an amount of about 20 weight percent.

二環式架橋化合物を一段階反応で調製したが、本発明の官能性炭化水素エラストマー類と適合した。２モルの２，４，６，８−テトラメチルシクロテトラシロキサンを、触媒の存在下１モルの１，９−デカジエンと反応させて液状水素化物を生成した。この液状水素化物は炭化水素オリゴマー類と適合し、またアルケニルオリゴマー類と反応して、燃料電池等の封止に有用なエラストマー類を形成する。このような有用な二環式架橋化合物は、本発明の実施に際して有用である。しかしながら、本発明はこれに限定されず、フルオロエーテル類など他の二環式化学構造を適切に使用することもできる。この二環式架橋剤は、所望の量の架橋を実現するのに十分な量で、望ましくは組成物の約０．５〜約４０重量パーセントの量で、より望ましくは、組成物の約１〜約２０重量パーセントの量で存在すべきである。   Bicyclic bridging compounds were prepared in a one-step reaction and were compatible with the functional hydrocarbon elastomers of the present invention. Two moles of 2,4,6,8-tetramethylcyclotetrasiloxane was reacted with 1 mole of 1,9-decadiene in the presence of a catalyst to produce a liquid hydride. This liquid hydride is compatible with hydrocarbon oligomers and reacts with alkenyl oligomers to form elastomers useful for sealing fuel cells and the like. Such useful bicyclic bridging compounds are useful in the practice of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and other bicyclic chemical structures such as fluoroethers can be appropriately used. The bicyclic crosslinker is in an amount sufficient to achieve the desired amount of crosslinking, desirably in an amount of about 0.5 to about 40 weight percent of the composition, more desirably about 1 of the composition. Should be present in an amount of ˜about 20 weight percent.

本発明の二環式架橋剤の構造は、以下に示すような、１，９−デカジエンと２，４，６，８−テトラメチルシクロテトラシロキサンとの反応生成物である。   The structure of the bicyclic crosslinking agent of the present invention is a reaction product of 1,9-decadiene and 2,4,6,8-tetramethylcyclotetrasiloxane as shown below.

Figure 2014225456
Figure 2014225456

有用な白金触媒には、米国特許第３１５９６０１号および第３１５９６６２号に記載されている白金炭化水素錯体、米国特許第３２２０９７２号に記載されている白金アルコラート触媒、米国特許第３８１４７３０号に記載されている白金錯体、および米国特許第３５１６９４６号に記載されている塩化白金−オレフィン錯体などの白金または白金含有錯体が含まれる。白金または白金含有触媒に関するこれらの特許のそれぞれは、参照により本明細書中に明示的に援用される。望ましくは、白金または白金含有錯体はジカルボニル白金シクロビニル錯体、白金シクロビニル錯体、白金ジビニル錯体またはこれらの組合せである。   Useful platinum catalysts include platinum hydrocarbon complexes described in US Pat. Nos. 3,159,601 and 3,159,662, platinum alcoholate catalysts described in US Pat. No. 3,220,972, and US Pat. No. 3,814,730. Platinum complexes and platinum-containing complexes such as platinum chloride-olefin complexes described in US Pat. No. 3,516,946 are included. Each of these patents relating to platinum or platinum-containing catalysts is expressly incorporated herein by reference. Desirably, the platinum or platinum-containing complex is a dicarbonyl platinum cyclovinyl complex, a platinum cyclovinyl complex, a platinum divinyl complex, or a combination thereof.

白金触媒は、組成物が約１３０℃以下の温度で、望ましくは約１００℃以下の温度で、より望ましくは約９０℃以下の温度で硬化するように十分な量であってよい。より望ましくは、本発明の組成物を紫外線なとの化学線によって硬化することができるように、以下に記載する光開始剤のうちの１つまたは複数などの光開始剤。望ましくは、室温で、または室温付近で約５分以内に液状組成物を硬化することができる。より望ましくは、液状組成物を１分以内に硬化する、たとえば、３０秒以内に硬化する。   The platinum catalyst may be in an amount sufficient to cure the composition at a temperature of about 130 ° C. or less, desirably about 100 ° C. or less, more desirably about 90 ° C. or less. More desirably, a photoinitiator, such as one or more of the photoinitiators described below, so that the composition of the present invention can be cured by actinic radiation such as ultraviolet light. Desirably, the liquid composition can be cured within about 5 minutes at or near room temperature. More desirably, the liquid composition is cured within 1 minute, for example, within 30 seconds.

本発明の一態様において、液状のガスケット形成材料としては、化学線硬化性（メタ）アクリレート類、ウレタン類、ポリエーテル類、ポリオレフィン類、ポリエステル類、これらのコポリマーおよびこれらの組合せを挙げることができる。望ましくは、この硬化性材料は、少なくとも２つの（メタ）アクリロイルペンダント基を有する（メタ）アクリロイル終端材料を含む。望ましくは、（メタ）アクリロイルペンダント基は一般式−ＯＣ（Ｏ）Ｃ（Ｒ１）＝ＣＨ２で表され、式中、Ｒ１は水素またはメチルである。より望ましくは、液状ガスケット形成材料は（メタ）アクリロイル終端ポリ（メタ）アクリレートである。この（メタ）アクリロイル終端ポリ（メタ）アクリレートは、望ましくは約３，０００〜約４０，０００の、より望ましくは約８，０００〜約１５，０００の分子量を有することができる。さらに、この（メタ）アクリロイル終端ポリ（メタ）アクリレートは、２５℃（７７°Ｆ）で望ましくは約２００Ｐａｓ（２００，０００ｃＰｓ）〜約８００Ｐａｓ（８００，０００ｃＰｓ）の、より望ましくは約４５０Ｐａｓ（４５０，０００ｃＰｓ）〜約５００Ｐａｓ（５００，０００ｃＰｓ）の粘度を有することができる。このような硬化性（メタ）アクリロイル終端材料の詳細は、Ｎａｋａｇａｗａらの欧州特許出願第１０５９３０８号Ａ１に見ることができ、また日本の株式会社カネカから市販されている。 In one embodiment of the present invention, the liquid gasket-forming material can include actinic radiation curable (meth) acrylates, urethanes, polyethers, polyolefins, polyesters, copolymers thereof, and combinations thereof. . Desirably, the curable material includes a (meth) acryloyl terminated material having at least two (meth) acryloyl pendant groups. Desirably, the (meth) acryloyl pendant group is represented by the general formula —OC (O) C (R 1 ) ═CH 2 , where R 1 is hydrogen or methyl. More desirably, the liquid gasket forming material is (meth) acryloyl terminated poly (meth) acrylate. The (meth) acryloyl-terminated poly (meth) acrylate can desirably have a molecular weight of about 3,000 to about 40,000, more preferably about 8,000 to about 15,000. Further, the (meth) acryloyl-terminated poly (meth) acrylate is preferably at about 25 Pa (77 ° F), preferably about 200 Pas (200,000 cPs) to about 800 Pas (800,000 cPs), more preferably about 450 Pas (450,450, 000 cPs) to about 500 Pas (500,000 cPs). Details of such curable (meth) acryloyl terminated materials can be found in Nakagawa et al., European Patent Application No. 1059308A1, and are commercially available from Kaneka Corporation of Japan.

本発明の別の態様においては、硬化性シーラントを液状射出成形プロセスで使用することができる。セパレータプレートおよび樹脂フレームを、モールド型内で積み重ね整合させることができる。これらの部品を、たとえばカソード樹脂フレーム、カソードセパレータ、アノードセパレータおよびアノード樹脂フレームの順に下から上へ積み重ねる。これらの燃料電池部品は、１つまたは複数の連続的な経路またはゲートを含むことができ、これらの経路またはゲートにより、シーラントが、上面、下面および／または縁部に成形シールを提供しながら各部品中を通過し部品を接着することが可能となる。このシーラントは、モールド型の形状をとることが可能となるように、その未硬化状態において吸出し可能な粘度を有する。この硬化性シーラントを、適当な温度の加熱したモールド型、すなわちダイに注入して、燃料電池部品を接着し封止する。   In another aspect of the invention, a curable sealant can be used in a liquid injection molding process. The separator plate and the resin frame can be stacked and aligned in the mold. These parts are stacked from the bottom to the top in the order of, for example, a cathode resin frame, a cathode separator, an anode separator, and an anode resin frame. These fuel cell components can include one or more continuous paths or gates, each allowing the sealant to provide a molded seal on the top, bottom and / or edges. It is possible to pass through the parts and bond the parts. This sealant has a viscosity capable of being sucked in its uncured state so that it can take the shape of a mold. This curable sealant is injected into a heated mold or die at an appropriate temperature to adhere and seal the fuel cell components.

本発明の別の態様においては、硬化性シーラントを液状射出成形プロセスで使用する。２つのセパレータプレートを、セパレータの冷却剤経路側が互いに向かい合うように、モールド型内で積み重ね整合させる。これらのセパレータは、１つまたは複数の連続的な経路を含むことができ、これらの経路により、シーラントが、各端部および／または縁部に成形シールを提供しながら各部品を接着することが可能となる。このシーラントは、モールド型の形状をとることが可能となるように、その未硬化状態において吸出し可能な粘度を有する。この硬化性シーラントを、適当な温度の加熱したモールド型、すなわちダイに注入して、セパレータを接着し封止する。連続的な経路がない場合には、縁部が封止された二極性プレートを製造する。   In another aspect of the invention, a curable sealant is used in a liquid injection molding process. The two separator plates are stacked and aligned in the mold so that the coolant path sides of the separator face each other. These separators can include one or more continuous paths that allow the sealant to bond each part while providing a molded seal at each end and / or edge. It becomes possible. This sealant has a viscosity capable of being sucked in its uncured state so that it can take the shape of a mold. This curable sealant is injected into a heated mold, that is, a die at an appropriate temperature, and the separator is adhered and sealed. If there is no continuous path, a bipolar plate with a sealed edge is produced.

本発明の別の態様においては、硬化性シーラントを液状射出成形プロセスで使用する。１つまたは複数のゲートまたはホールを有することができる、樹脂フレームなどの燃料電池部品を、モールド型、すなわちダイ内に設置する。このシーラントは、モールド型の形状をとることが可能となるように、その未硬化状態において吸出し可能な粘度を有する。この硬化性シーラントを、適当な温度の加熱したモールド型、すなわちダイに注入してシーラントを硬化する。一体化したシールを両側に、また場合によっては縁部に有する樹脂フレームが提供される。   In another aspect of the invention, a curable sealant is used in a liquid injection molding process. A fuel cell component, such as a resin frame, which can have one or more gates or holes, is placed in a mold or die. This sealant has a viscosity capable of being sucked in its uncured state so that it can take the shape of a mold. This curable sealant is poured into a heated mold or die at an appropriate temperature to cure the sealant. A resin frame is provided having integral seals on both sides and possibly at the edges.

選択した部品を別のプロセスにおいて接着し、その後接着し封止するために本発明で説明した方法に進むことができることも想定される。一例として、ＭＥＡおよび接着アセンブリを、成形プロセスにおいて積み重ね整合させる。接着アセンブリは、一例として、樹脂フレームおよびセパレータで構成することができる。これらＭＥＡおよび接着アセンブリは、１つまたは複数の連続的な経路を含むことができ、これらの経路により、シーラントが、各端部および／または縁部に成形シールを提供しながら各部品を接着することが可能となる。このシーラントは、モールド型の形状をとることが可能となるように、その未硬化状態において吸出し可能な粘度を有する。この硬化性シーラントを、適当な温度の加熱したモールド型、すなわちダイに注入して、セパレータを接着し封止する。   It is also envisioned that the selected parts can be bonded in a separate process and then proceeded to the method described in the present invention for bonding and sealing. As an example, the MEA and adhesive assembly are stacked and aligned in the molding process. As an example, the adhesive assembly can be composed of a resin frame and a separator. These MEAs and adhesive assemblies can include one or more continuous paths that allow the sealant to bond each part while providing a molded seal at each end and / or edge. It becomes possible. This sealant has a viscosity capable of being sucked in its uncured state so that it can take the shape of a mold. This curable sealant is injected into a heated mold, that is, a die at an appropriate temperature, and the separator is adhered and sealed.

本発明の一態様において、本発明で使用する硬化シーラント組成物は、アルケニル終端ポリイソブチレンオリゴマー、たとえば、アルケニル終端ジアリルポリイソブチレンオリゴマーと、場合により多官能性アルケニルモノマーと、シリコン原子に結合した水素原子を少なくとも１つ有するシリル硬化剤または架橋剤と、ヒドロシリル化触媒とを含む。望ましくは、約１個の結合水素原子だけが、シリル硬化剤中の任意のシリコン原子と結合している。   In one embodiment of the present invention, the cured sealant composition used in the present invention comprises an alkenyl terminated polyisobutylene oligomer, such as an alkenyl terminated diallyl polyisobutylene oligomer, optionally a multifunctional alkenyl monomer, and a hydrogen atom bonded to a silicon atom. And a hydrosilylation catalyst. Desirably, only about one bonded hydrogen atom is bonded to any silicon atom in the silyl hardener.

望ましくは、この液状組成物は光開始剤を含むこともできる。上で言及した本発明の利益および利点を提供するために、複数の光開始剤を組成物中に採用することもできる。光開始剤により、光硬化性組成物全体を化学線などの電磁放射にさらした場合に、硬化プロセスの速度が高まる。本発明で使用するための適切な光開始剤の例には、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ」および「ＤＡＲＯＣＵＲ」の商品名でＣｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから市販されている光開始剤、特に、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ」１８４（１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン）、９０７（２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルホリノプロパン−１−オン）、３６９（２−ベンジル−２−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ−１−（４−モルホリノフェニル）−１−ブタノン）、５００（１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンとベンゾフェノンとの組合せ）、６５１（２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン）、１７００（ビス（２，６−ジメトキシベンゾイル−２，４，４−トリメチルペンチル）ホスフィンオキシドと２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オンとの組合せ）、および８１９［ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド］、ならびに「ＤＡＲＯＣＵＲ」１１７３（２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−１−プロパン−１−オン）および４２６５（２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニル−ホスフィンオキシドと２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オンとの組合せ）、ならびに可視光［青］光開始剤、ｄｌ−カンファーキノンおよび「ＩＲＧＡＣＵＲＥ」７８４ＤＣが含まれるが、これらに限定されない。もちろん、これらの材料の組合せを本発明で採用することもできる。   Desirably, the liquid composition can also include a photoinitiator. Multiple photoinitiators can also be employed in the composition to provide the benefits and advantages of the invention referred to above. Photoinitiators increase the speed of the curing process when the entire photocurable composition is exposed to electromagnetic radiation such as actinic radiation. Examples of suitable photoinitiators for use in the present invention include photoinitiators commercially available from Ciba Specialty Chemicals under the trade designations “IRGACURE” and “DAROCUR”, in particular “IRGACURE” 184 (1-hydroxy Cyclohexyl phenyl ketone), 907 (2-methyl-1- [4- (methylthio) phenyl] -2-morpholinopropan-1-one), 369 (2-benzyl-2-N, N-dimethylamino-1- ( 4-morpholinophenyl) -1-butanone), 500 (combination of 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone and benzophenone), 651 (2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone), 1700 (bis (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethylpentyl) phosph In combination with 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one), and 819 [bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) phenylphosphine oxide], and “DAROCUR” 1173 (2 -Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propan-1-one) and 4265 (2,4,6-trimethylbenzoyldiphenyl-phosphine oxide and 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propane-1 -In combination), as well as visible light [blue] photoinitiators, dl-camphorquinone and “IRGACURE” 784DC. Of course, combinations of these materials can also be employed in the present invention.

本発明において有用な他の光開始剤には、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、ピルビン酸ブチルなどのピルビン酸アルキル、およびフェニル、ベンジルなどのピルビン酸アリール、ならびに適宜置換されたこれらの誘導体が含まれる。本発明における使用に特に適している光開始剤には、紫外線光開始剤、例えば２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン（たとえば、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ」６５１）、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−１−プロパン（たとえば、「ＤＡＲＯＣＵＲ」１１７３）、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド（たとえば、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ」８１９）、および紫外線／可視光開始剤の組合せのビス（２，６−ジメトキシベンゾイル−２，４，４−トリメチルペンチル）ホスフィンオキシドと２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オン（たとえば、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ」１７００）、ならびに可視光開始剤のビス（η５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス［２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）フェニル］チタン（たとえば、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ」７８４ＤＣ）が含まれる。有用な化学線には、紫外光、可視光およびこれらの組合せが含まれる。望ましくは、液状ガスケット形成材料を硬化するために使用する化学線は、約２００ｎｍ〜約１，０００ｎｍの波長を有する。有用な紫外線には、ＵＶＡ（約３２０ｎｍ〜約４１０ｎｍ）、ＵＶＢ（約２９０ｎｍ〜約３２０ｎｍ）、ＵＶＣ（約２２０ｎｍ〜約２９０ｎｍ）およびこれらの組合せが含まれるが、これらに限定されない。有用な可視光には、青色光、緑色光およびこれらの組合せが含まれるが、これらに限定されない。このような有用な可視光は、約４５０ｎｍ〜約５５０ｎｍの波長を有する。 Other photoinitiators useful in the present invention include alkyl pyruvates such as methyl pyruvate, ethyl pyruvate, propyl pyruvate, butyl pyruvate, and aryl pyruvates such as phenyl, benzyl, and these optionally substituted Derivatives thereof. Photoinitiators that are particularly suitable for use in the present invention include ultraviolet photoinitiators such as 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone (eg, “IRGACURE” 651), 2-hydroxy-2-methyl-1- Phenyl-1-propane (eg “DAROCUR” 1173), bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) phenylphosphine oxide (eg “IRGACURE” 819), and UV / visible initiator bis (2 , 6-dimethoxybenzoyl-2,4,4-trimethylpentyl) phosphine oxide and 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one (eg “IRGACURE” 1700), as well as visible light initiators Bis (η 5 -2,4-cyclopentadien-1-yl) -bi [2,6-difluoro-3- (1H-pyrrol-1-yl) phenyl] titanium (eg, “IRGACURE” 784DC). Useful actinic radiation includes ultraviolet light, visible light, and combinations thereof. Desirably, the actinic radiation used to cure the liquid gasket-forming material has a wavelength of about 200 nm to about 1,000 nm. Useful ultraviolet light includes, but is not limited to, UVA (about 320 nm to about 410 nm), UVB (about 290 nm to about 320 nm), UVC (about 220 nm to about 290 nm) and combinations thereof. Useful visible light includes, but is not limited to, blue light, green light, and combinations thereof. Such useful visible light has a wavelength of about 450 nm to about 550 nm.

しかしながら、本発明は紫外線の使用だけに限定されず、熱、圧力、紫外線、マイクロ波、超音波、電磁放射など他のエネルギー源を使用して、組成物の１種または複数種の重合を開始することができる。加えて、活性化剤なしで開始剤が活性となることもある。さらに、この開始プロセスは、組立て前、組立て時、および／または組立て後に適用することができる。   However, the present invention is not limited to the use of ultraviolet light, but uses other energy sources such as heat, pressure, ultraviolet light, microwaves, ultrasonic waves, electromagnetic radiation to initiate polymerization of one or more compositions. can do. In addition, the initiator may become active without the activator. Further, this initiation process can be applied before assembly, during assembly, and / or after assembly.

場合により、液状組成物の導入前に、キャビティ５４に離型剤を付与(塗布)することができる。必要に応じて、離型剤は、モールド型キャビティから硬化ガスケットの容易な取り外しに役立つ。有用な離型組成物には、ポリテトラフルオロエチレンなどの乾燥スプレー、ならびにシリコーンや有機油などのスプレー式油（ｓｐｒａｙ−ｏｎ−ｏｉｌｓ）またはふき取り式油（ｗｉｐｅ−ｏｎ−ｏｉｌｓ）が含まれるが、これらに限定されない。有用な離型組成物には、化学的および／または物理的に金属表面と反応するベタイン基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アンモニウム塩基、これらの組合せなどの有機親水基で少なくとも１つの末端が末端置換されたＣ６〜Ｃ１４のペルフルオロアルキル化合物を含む組成物が含まれるが、これらに限定されない。Ｈｅｎｋｅｌ’ｓ Ｆｒｅｋｏｔｅの銘柄で販売されているものなど、様々な離型剤が利用可能である。加えて、離型剤は、モールド型形状に成形することができる熱可塑性フィルムであってもよい。 In some cases, a mold release agent can be applied (applied) to the cavity 54 before the liquid composition is introduced. If necessary, the release agent serves for easy removal of the cured gasket from the mold cavity. Useful release compositions include dry sprays such as polytetrafluoroethylene, as well as spray-on-oils or wipe-on-oils such as silicone and organic oils. However, it is not limited to these. Useful release compositions include end-substitution at least one end with organic hydrophilic groups such as betaine groups, hydroxyl groups, carboxyl groups, ammonium bases, combinations thereof, which chemically and / or physically react with metal surfaces. Including, but not limited to, a C 6 -C 14 perfluoroalkyl compound. Various mold release agents are available, such as those sold under the brand Henkel's Frekote. In addition, the release agent may be a thermoplastic film that can be formed into a mold shape.

上記（メタ）アクリロイル終端ポリ（メタ）アクリレート組成物に加えて、組成物はさらに、（メタ）アクリロイル終端ポリエーテル、（メタ）アクリロイル終端ポリオレフィン、（メタ）アクリロイル終端ポリウレタン、（メタ）アクリロイル終端ポリエステル、（メタ）アクリロイル終端シリコーン、これらのコポリマーおよびこれらの組合せから選択される少なくとも２つの（メタ）アクリロイルペンダント基を有する（メタ）アクリロイル終端化合物を含むことができる。   In addition to the above (meth) acryloyl-terminated poly (meth) acrylate composition, the composition further comprises (meth) acryloyl-terminated polyether, (meth) acryloyl-terminated polyolefin, (meth) acryloyl-terminated polyurethane, (meth) acryloyl-terminated polyester. (Meth) acryloyl-terminated silicones, copolymers thereof, and (meth) acryloyl-terminated compounds having at least two (meth) acryloyl pendant groups selected from combinations thereof.

この組成物はさらに、単官能性（メタ）アクリレートを含むことができる。有用な単官能性単官能性（メタ）アクリレート類は、一般構造ＣＨ２＝Ｃ（Ｒ）ＣＯＯＲ２に包含され、式中、ＲはＨ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５またはＣｌなどのハロゲンであり、Ｒ２はＣ１−８のモノシクロアルキルまたはビシクロアルキル、複素環中に最大２個の酸素原子を有する３〜８員環の複素環ラジカル、Ｈ、アルキル、アルキル部分がＣ１−８の直鎖または分岐の炭素原子鎖であるヒドロキシアルキルまたはアミノアルキルである。具体的な単官能性（メタ）アクリレートモノマー類の中でも、ヒドロキシプロピルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、メチルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、２−アミノプロピルメタクリレートおよびこれらの対応するアクリレート類が特に望ましく、上記構造の一部に対応する。 The composition can further comprise a monofunctional (meth) acrylate. Useful monofunctional monofunctional (meth) acrylates are encompassed by the general structure CH 2 ═C (R) COOR 2 where R is a halogen such as H, CH 3 , C 2 H 5 or Cl. R 2 is C 1-8 monocycloalkyl or bicycloalkyl, a 3- to 8-membered heterocyclic radical having up to 2 oxygen atoms in the heterocyclic ring, H, alkyl, alkyl moiety is C 1-8 Hydroxyalkyl or aminoalkyl, which is a linear or branched carbon atom chain. Among the specific monofunctional (meth) acrylate monomers, hydroxypropyl methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, methyl methacrylate, tetrahydrofurfuryl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, 2-aminopropyl methacrylate and their corresponding acrylates are particularly preferred Preferably, it corresponds to a part of the structure.

本発明の別の態様においては、本発明のポリ（メタ）アクリレート組成物は、場合により、ポリ（メタ）アクリレートポリマーまたはコポリマーを約０％〜９０％、少なくとも２（メタ）アクリレート官能基を含むポリ（メタ）アクリレートポリマーまたはコポリマーを約０％〜約９０％、単官能性および／または多官能性（メタ）アクリレートモノマー類を約０重量％〜約９０重量％、光開始剤を約０重量％〜約２０重量％、酸化防止剤などの添加剤を約０重量％〜約２０重量％、ヒュームドシリカなどの充填剤を約０重量％〜約２０重量％、レオロジー調整剤を約０重量％〜約２０重量％、接着促進剤を約０重量％〜約２０重量％、および／または蛍光剤もしくは顔料を約０重量％〜約２０重量％含むことができる。   In another aspect of the invention, the poly (meth) acrylate composition of the invention optionally comprises from about 0% to 90% of a poly (meth) acrylate polymer or copolymer, at least 2 (meth) acrylate functional groups. About 0% to about 90% poly (meth) acrylate polymer or copolymer, about 0% to about 90% by weight monofunctional and / or multifunctional (meth) acrylate monomers, and about 0% photoinitiator % To about 20% by weight, about 0% to about 20% by weight of additives such as antioxidants, about 0% to about 20% by weight of fillers such as fumed silica, and about 0% of rheology modifiers % To about 20% by weight, an adhesion promoter from about 0% to about 20% by weight, and / or a fluorescent agent or pigment from about 0% to about 20% by weight.

本発明の別の態様においては、シーラント組成物４０が、末端アルケニルもしくはアリル基を有する線状ＰＩＢオリゴマーに基づかない重合可能な材料、および／または、それぞれシリコン原子と結合している少なくとも２つの水素原子を有していない架橋剤を含むことができる。たとえば、本発明の組成物は、分岐ＰＩＢオリゴマー骨格を含むことができる。さらに、この線状のまたは分岐したＰＩＢオリゴマー骨格は、内部もしくはペンダント型のアルケニル、または場合により末端にアルケニルもしくはアリル末端基がない他の官能基を含むことができる。さらに、このオリゴマー骨格は、ＰＩＢと別のモノマー、たとえばスチレンとのコポリマーを含むこともできる。コポリマーは、ランダムまたはブロックコポリマーでよい。   In another aspect of the present invention, the sealant composition 40 is a polymerizable material that is not based on a linear PIB oligomer having terminal alkenyl or allyl groups, and / or at least two hydrogens each bonded to a silicon atom. Crosslinkers that do not have atoms can be included. For example, the compositions of the present invention can include a branched PIB oligomer backbone. In addition, the linear or branched PIB oligomer backbone can contain internal or pendant alkenyl, or other functional groups that are optionally free of terminal alkenyl or allyl end groups. Furthermore, the oligomer backbone can also include a copolymer of PIB and another monomer, such as styrene. The copolymer may be a random or block copolymer.

さらに、アルケニルおよび／またはアリル末端基がないまたは実質的にない線状のまたは分岐したＰＩＢポリマーまたはコポリマー組成物を、本発明において適切に使用することもできる。たとえば、１つまたは複数の末端にＳｉ−ＣＨ３末端および／またはペンダント基を１つまたは複数有するこのような線状のまたは分岐したＰＩＢポリマーまたはコポリマー組成物を、本発明において使用することができる。たとえば、１つまたは複数の末端またはペンダントＳｉ−ＣＨ３基は、以下のように表すことができる。 Furthermore, linear or branched PIB polymer or copolymer compositions that are free or substantially free of alkenyl and / or allyl end groups can also be suitably used in the present invention. For example, such linear or branched PIB polymer or copolymer compositions having one or more Si-CH 3 termini and / or pendant groups at one or more termini can be used in the present invention. . For example, one or more terminal or pendant Si—CH 3 groups can be represented as follows:

Figure 2014225456
式中同一であっても異なっていてもよいＲ５、Ｒ６およびＲ７はアルキルであり、同一であっても異なっていてもよく、Ｃ１−２０からの置換または非置換炭化水素ラジカルでよく、このような炭化水素ラジカルにはアルキル、アルケニル、アリール、アルコキシ、アルケニルオキシ、アリールオキシ、（メタ）アクリルまたは（メタ）アクリルオキシが含まれる。ただし、Ｒ５、Ｒ６およびＲ７のうち少なくとも１つはメチルなどのアルキル基である。ラジカル開始剤の使用を利用して、アルキル基、たとえばメチル基から水素を取り去ることができる。得られたアルキルまたはメチルラジカルは、アルケンまたはビニル官能基を有する化合物と反応する。アルケンまたはビニル官能基を有する適切な化合物には、ＴＶＣＨおよび／または１，９−デカジエンなど上述の多官能性アルケニルモノマー類が含まれるが、これらに限定されない。このようなラジカル開始重合の前、この線状または分岐したＰＩＢポリマーまたはコポリマー組成物に実質的にはＳｉ−Ｈ基がない。
Figure 2014225456
 R 5 , R 6 and R 7 , which may be the same or different in the formula, are alkyl, which may be the same or different, and are substituted or unsubstituted hydrocarbon radicals from C 1-20 Often, such hydrocarbon radicals include alkyl, alkenyl, aryl, alkoxy, alkenyloxy, aryloxy, (meth) acryl or (meth) acryloxy. However, at least one of R 5 , R 6 and R 7 is an alkyl group such as methyl. The use of radical initiators can be used to remove hydrogen from alkyl groups, such as methyl groups. The resulting alkyl or methyl radical reacts with a compound having an alkene or vinyl functional group. Suitable compounds having an alkene or vinyl functionality include, but are not limited to, the above-described multifunctional alkenyl monomers such as TVCH and / or 1,9-decadiene. Prior to such radical-initiated polymerization, the linear or branched PIB polymer or copolymer composition is substantially free of Si-H groups.

別の非限定的な例として、線状または分岐したＰＩＢポリマーまたはコポリマー組成物の１つまたは複数の末端を、以下のように表されるテトラアルキルジシロキサン、望ましくはテトラメチルジシロキサンでキャップすることができる。   As another non-limiting example, one or more ends of a linear or branched PIB polymer or copolymer composition are capped with a tetraalkyldisiloxane, preferably tetramethyldisiloxane, represented as follows: be able to.

Figure 2014225456
式中同一であっても異なっていてもよいＲ８、Ｒ９、Ｒ１０およびＲ１１は、アルキルであり、同一であっても異なっていてもよく、アルキル、アルケニル、アリール、アルコキシ、アルケニルオキシ、アリールオキシ、（メタ）アクリルまたは（メタ）アクリルオキシが含まれる炭化水素ラジカルなど、Ｃ１−２０からの置換または非置換炭化水素ラジカル、望ましくはメチルなどのアルキル基でよい。このような組成物は、上述のヒドロシリル化触媒により硬化することができ、また場合により、ＴＶＣＨや１，９−デカジエンなど上述の多官能性アルケニルモノマー類を含むこともできる。
Figure 2014225456
 R 8 , R 9 , R 10 and R 11 , which may be the same or different in the formula, are alkyl and may be the same or different and are alkyl, alkenyl, aryl, alkoxy, alkenyloxy , Aryloxy, (meth) acrylic or hydrocarbon radicals containing (meth) acryloxy and the like can be substituted or unsubstituted hydrocarbon radicals from C 1-20 , preferably alkyl groups such as methyl. Such compositions can be cured with the hydrosilylation catalyst described above, and optionally can include the above-described polyfunctional alkenyl monomers such as TVCH and 1,9-decadiene.

本発明の有用な組成物の追加の例には、エポキシドおよび／またはビニルエーテル末端基を有する線状または分岐したＰＩＢポリマーまたはコポリマー組成物が含まれる。非限定的な例には、ＰＩＢ脂環式エポキシドおよびＰＩＢビニルエーテルが含まれる。有用な脂環式エポキシド基には、下記が含まれる。   Additional examples of useful compositions of the present invention include linear or branched PIB polymer or copolymer compositions having epoxide and / or vinyl ether end groups. Non-limiting examples include PIB alicyclic epoxide and PIB vinyl ether. Useful alicyclic epoxide groups include:

Figure 2014225456
式中、Ｒ１２はＣ１−２０のアルキルまたはＨである。有用なＰＩＢビニルエーテル基には下記が含まれる。
Figure 2014225456
 Wherein R 12 is C 1-20 alkyl or H. Useful PIB vinyl ether groups include:

Figure 2014225456
Figure 2014225456

さらに、過酸化剤により本発明の組成物を硬化させるか、または硬化を開始させることができる。特に、１つまたは複数のペンダントまたは末端Ｓｉ−ＣＨ３を有する上記化合物は、ペルオキシ剤により開始することができる。ペルオキシ架橋剤および開始剤を含めた有用なペルオキシ剤には、ヒドロペルオキシ重合開始剤、たとえば、式ＲＯＯＨの有機ヒドロペルオキシド開始剤が含まれ、式中、Ｒは一般に、最大約１８個の炭素を含む炭化水素ラジカル、望ましくは最大約１２個の炭素原子を含むアルキル、アリールまたはアラルキルラジカルである。このようなヒドロペルオキシド類の典型的な例には、クメンヒドロペルオキシド、メチルエチルケトンヒドロペルオキシド、ならびにメチルブテン、セタン、シクロヘキサンなど様々な他の炭化水素の酸素化（ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ）によって形成されるヒドロペルオキシド類が含まれる。過酸化水素など他のペルオキシ開始剤、あるいは加水分解または分解してヒドロペルオキシド類を形成する有機ペルオキシド類または過酸エステルなどの材料を使用することもできる。 Furthermore, the composition of the present invention can be cured or initiated by a peroxidant. In particular, the compounds having one or more pendant or terminal Si-CH 3 may be initiated by the peroxy agent. Useful peroxy agents, including peroxy crosslinkers and initiators, include hydroperoxy polymerization initiators, such as organic hydroperoxide initiators of the formula ROOH, where R generally contains up to about 18 carbons. Containing hydrocarbon radicals, preferably alkyl, aryl or aralkyl radicals containing up to about 12 carbon atoms. Typical examples of such hydroperoxides include cumene hydroperoxide, methyl ethyl ketone hydroperoxide, and hydroperoxides formed by oxygenation of various other hydrocarbons such as methylbutene, cetane, cyclohexane. It is. Other peroxy initiators such as hydrogen peroxide, or materials such as organic peroxides or peresters that hydrolyze or decompose to form hydroperoxides can also be used.

本発明の一態様においては、２液型シーラントを使用してセパレータプレート１２、１１２、２８、１２８と樹脂フレーム１５、１１５とを接着する。シーラントの部分Ａ（Ａ液）は紫外線により活性化される開始剤を含むことができ、この紫外線により活性化される開始剤は、酸、塩基、ラジカル、アニオン性および／またはカチオン性開始剤でよい。シーラントの部分Ｂ（Ｂ液）は、重合可能なモノマー、オリゴマー、テレケリックポリマーおよび／または官能性ポリマーを含むことができる。官能基は、一例として、エポキシ、アリル、ビニル、（メタ）アクリレート、イミド、アミドまたはウレタンでよい。樹脂フレーム１５、１１５は、燃料電池アセンブリ１０、１１０内に間隔をあけるために使用する。セパレータ１２、１１２、２８、１２８のガス経路側に樹脂フレーム１５、１１５を設置し、各要素間にシールを提供する。第１の製造ラインでは、セパレータプレート１２、１１２、通常ステンレス鋼などの金属シートを、望ましくはその両側をシーラントの部分Ａでコーティングし、切断し、型打ちして反応ガスおよび冷却剤用経路のために必要なチャネルを生成し、紫外線で活性化する。樹脂フレーム１５、１１５の少なくとも片側をシーラントの部分Ｂでコーティングし、コーティングしたセパレータプレート１２、１１２と共に組み立てて、フレームを接着させたアノードセパレータを提供する。第２の製造ラインでは、第２のセパレータプレート１２、１１２、通常ステンレス鋼のシートを、望ましくはその両側をシーラントの部分Ｂでコーティングし、切断し、型打ちして反応ガスおよび冷却剤用経路のために必要なチャネルを生成して、セパレータプレート２８、１２８を形成する。少なくとも片側をシーラントの部分Ａでコーティングし紫外線を照射した第２の樹脂フレーム１５、１１５を、セパレータプレート２８、１２８と共に組み立てて、フレームを接着させたカソードセパレータを提供する。最後に、その一方の側にシーラントの部分Ａのコーティングが露出している接着アノードセパレータと、その一方の側にシーラントの部分Ｂのコーティングが露出している接着カソードセパレータとが位置を合わせられるようにこれら２つの製造ラインが出会い、シーラントの部分Ａおよび部分Ｂが反応し、燃料電池界面を封止して接着アセンブリを形成する。   In one aspect of the present invention, separator plates 12, 112, 28, 128 and resin frames 15, 115 are bonded using a two-component sealant. Part A of the sealant (Liquid A) can contain an ultraviolet light activated initiator, which is an acid, base, radical, anionic and / or cationic initiator. Good. Part B of the sealant (Liquid B) can contain polymerizable monomers, oligomers, telechelic polymers and / or functional polymers. The functional group may be, for example, epoxy, allyl, vinyl, (meth) acrylate, imide, amide or urethane. The resin frames 15 and 115 are used to space the fuel cell assemblies 10 and 110. Resin frames 15 and 115 are installed on the gas path side of the separators 12, 112, 28, and 128 to provide a seal between the elements. In the first production line, separator plates 12, 112, usually a sheet of metal such as stainless steel, are preferably coated on both sides with part A of the sealant, cut and stamped into the reaction gas and coolant path. The necessary channels are generated and activated with UV light. At least one side of the resin frames 15 and 115 is coated with a sealant portion B and assembled with the coated separator plates 12 and 112 to provide an anode separator with the frames adhered thereto. In the second production line, the second separator plates 12, 112, usually stainless steel sheets, are preferably coated on both sides with sealant parts B, cut and stamped to react gas and coolant paths. The necessary channels are generated to form the separator plates 28,128. Second cathode frames 15 and 115 coated with at least one side with sealant portion A and irradiated with ultraviolet rays are assembled together with separator plates 28 and 128 to provide a cathode separator to which the frames are bonded. Finally, the bonded anode separator with the sealant part A coating exposed on one side is aligned with the bonded cathode separator with the sealant part B coating exposed on one side. These two production lines meet and sealant parts A and B react to seal the fuel cell interface to form an adhesive assembly.

本発明の別の態様においては、２液型のシーラントを使用してセパレータプレート１２、１１２、２８、１２８を接着する。シーラントの部分Ａは紫外線により活性化される開始剤を含むことができ、この紫外線により活性化される開始剤は、酸、塩基、ラジカル、アニオン性および／またはカチオン性開始剤でよい。シーラントの部分Ｂは、重合可能なモノマー、オリゴマー、テレケリックポリマーおよび／または官能性ポリマーで構成される。官能基は、一例として、エポキシ、アリル、ビニル、（メタ）アクリレート、イミド、アミドまたはウレタンでよい。部分Ａを第１のセパレータプレートに付与(塗布)し、部分Ｂを第２のセパレータプレートに付与(塗布)する。アノードセパレータ１２、１１２の冷却剤経路側に部分Ａを付与(塗布)する。カソードセパレータ２８、１２８の冷却剤経路側に部分Ｂを付与(塗布)する。アノードセパレータ１２、１１２上で、部分Ａは紫外線を受けて開始剤を活性化し、その後カソードセパレータ２８、１２８と共に圧縮により組み立てる。部分Ａと部分Ｂとが反応し部品を封止して二極性プレート１１９を形成するように、セパレータ１２、１１２、２８、１２８を接合する。   In another aspect of the invention, separator plates 12, 112, 28, 128 are bonded using a two-part sealant. Part A of the sealant can include an ultraviolet light activated initiator, which can be an acid, base, radical, anionic and / or cationic initiator. Part B of the sealant is composed of polymerizable monomers, oligomers, telechelic polymers and / or functional polymers. The functional group may be, for example, epoxy, allyl, vinyl, (meth) acrylate, imide, amide or urethane. Part A is applied (applied) to the first separator plate, and part B is applied (applied) to the second separator plate. Part A is applied (applied) to the coolant path side of the anode separators 12 and 112. Part B is applied (applied) to the coolant path side of the cathode separators 28 and 128. On the anode separators 12, 112, part A receives ultraviolet light to activate the initiator and then assembles by compression with the cathode separators 28, 128. Separator 12, 112, 28, 128 is joined so that part A and part B may react to seal the part to form bipolar plate 119.

本発明の別の態様においては、１液型のシーラントを使用してセパレータプレート１２、１１２、２８、１２８と樹脂フレーム１５、１１５とを接着する。紫外線により活性化される酸、塩基、ラジカル、アニオン性および／またはカチオン性開始剤ならびに重合可能なモノマー、オリゴマー、テレケリックポリマーおよび／または官能性ポリマーで構成することができるシーラントを一方の基板に付与(塗布)し、このシーラントに紫外線を照射し、第２の基板で押し付けてシールを形成することができる。   In another aspect of the present invention, the separator plates 12, 112, 28, 128 and the resin frames 15, 115 are bonded using a one-pack type sealant. One substrate with a sealant which can be composed of UV-activated acids, bases, radicals, anionic and / or cationic initiators and polymerizable monomers, oligomers, telechelic polymers and / or functional polymers The sealant can be formed by applying (applying), irradiating the sealant with ultraviolet rays, and pressing the sealant with the second substrate.

本発明の別の態様においては、２液型の組成物を使用して接着封止する。部分Ａを第１の基板に付与(塗布)する。部分Ｂを第２の基板に付与(塗布)する。これら２つの基板を組合せ固定する。これら２つの基板を互いに合わせることよって、またはこれらの基板を組み合わせ、圧力、熱、超音波、マイクロ波、これらの任意の組合せなど何らかの形の追加のエネルギーを使用することによって、その最も簡単な形で重合を実現することができる。   In another embodiment of the present invention, a two-component composition is used for adhesive sealing. Part A is applied (coated) to the first substrate. Part B is applied (applied) to the second substrate. These two substrates are combined and fixed. In its simplest form, by aligning these two substrates with each other or by combining these substrates and using some form of additional energy such as pressure, heat, ultrasound, microwave, any combination thereof, etc. Polymerization can be realized with.

図３５は、本発明に従って燃料電池や接着燃料電池部品などの接着アセンブリを形成するためのシステム８０を示す。システム８０は、異なる燃料電池部品を処理するための異なるステーション８２、８４を備える。このシステムは、２液型のシーラント組成物の第１および第２の部分をそれぞれ分配して異なる燃料電池部品をコーティングするためのディスペンサ８６および８８を備える。このシステムは、化学線などのエネルギー源９０をさらに備える。   FIG. 35 illustrates a system 80 for forming an adhesive assembly, such as a fuel cell or an adhesive fuel cell component, in accordance with the present invention. System 80 comprises different stations 82, 84 for processing different fuel cell components. The system includes dispensers 86 and 88 for dispensing the first and second portions of the two-part sealant composition, respectively, to coat different fuel cell components. The system further comprises an energy source 90 such as actinic radiation.

本発明の別の態様においては、モジュール型アセンブリおよびガスケットから燃料電池スタックを作製することができる。第１のステップにおいて、樹脂フレームを有するＭＥＡを生成する。紫外線により活性化される単一成分のシーラントで、アノードおよびカソード樹脂フレームについて樹脂フレームの片側をコーティングする。このシーラントを紫外線照射で活性化し、ＭＥＡの両側に樹脂フレームを固定する。第２のステップにおいて、２液型シーラントを用いて樹脂フレームにセパレータを接着する。２成分系では、部分Ａを基板１に付与(塗布)し、部分Ｂを基板２に付与(塗布)することになる。部分ＡおよびＢは、組み合わせると、本発明の一形態で重合することができる。樹脂フレームを有するＭＥＡの樹脂フレームを部分Ａでコーティングし、その後紫外線照射により活性化する。同時に、セパレータの反応ガス側を部分Ｂでコーティングする。樹脂フレームを有するＭＥＡを、アノードおよびカソードセパレータと共に固定して、単電池（アノードセパレータ、アノード樹脂フレーム、ＭＥＡ、カソード樹脂フレーム、カソードセパレータ）を生成する。次のステップにおいて、２部構成のシーラントで単電池を互いに接着して、たとえば１０個など選択した数の単電池を含むモジュールを形成する。単電池のコーティング操作を継続し、１つまたは複数の基板の表面に未硬化ポリマーを付与(塗布)する操作を行う。アノードセパレータの冷却剤経路側を部分Ａでコーティングし、紫外線照射により活性化することができる。カソードセパレータの冷却剤経路側を部分Ｂでコーティングすることができる。これらの電池を積み重ね固定して、部分Ａを部分Ｂと反応させ、モジュールの冷却剤経路を封止する。モジュール両端のセパレータは、上述のプロセスにおいてコーティングしなくてもよい。別個の製造ラインにおいて、シートメタルおよび紫外線により活性化されるシーラントからガスケットを生成する。ロール状のシートメタルを切断し、紫外線により活性化される単一成分のシーラントでコーティングし、紫外線下に設置する。所望の数の電池を実現するまでガスケットとモジュールとを交互に積み重ねることによって、燃料電池スタックを組み立てることができる。樹脂フレームおよびセパレータの両側を適当なシーラントでコーティングし、第１の部品に固定し、その後第２の部品に固定することができることも考えられる。   In another aspect of the invention, a fuel cell stack can be made from a modular assembly and a gasket. In the first step, an MEA having a resin frame is generated. A single component sealant activated by ultraviolet light is coated on one side of the resin frame for the anode and cathode resin frames. This sealant is activated by ultraviolet irradiation, and resin frames are fixed on both sides of the MEA. In the second step, a separator is bonded to the resin frame using a two-component sealant. In the two-component system, the part A is applied (applied) to the substrate 1 and the part B is applied (applied) to the substrate 2. Parts A and B, when combined, can be polymerized in one form of the invention. A MEA resin frame having a resin frame is coated with part A and then activated by UV irradiation. At the same time, the reaction gas side of the separator is coated with part B. An MEA having a resin frame is fixed together with an anode and a cathode separator to produce a single cell (anode separator, anode resin frame, MEA, cathode resin frame, cathode separator). In the next step, the cells are bonded together with a two-part sealant to form a module containing a selected number of cells, for example ten. The cell coating operation is continued, and the operation of applying (coating) uncured polymer to the surface of one or more substrates is performed. The anode separator coolant path side can be coated with part A and activated by UV irradiation. The coolant path side of the cathode separator can be coated with part B. These batteries are stacked and secured to react part A with part B and seal the coolant path of the module. The separators at both ends of the module may not be coated in the above process. In a separate production line, a gasket is produced from sheet metal and UV activated sealant. Roll sheet metal is cut and coated with a single component sealant activated by UV light and placed under UV light. A fuel cell stack can be assembled by alternately stacking gaskets and modules until the desired number of cells is achieved. It is also conceivable that both sides of the resin frame and the separator can be coated with a suitable sealant, fixed to the first part, and then fixed to the second part.

本発明の別の態様においては、モジュール型アセンブリおよびガスケットから燃料電池スタックを作製することができる。第１のステップにおいて、樹脂フレームを有するＭＥＡを生成する。紫外線により活性化される単一成分のシーラントで、２種の樹脂フレームについて樹脂フレームの片側をコーティングする。このシーラントを紫外線照射により活性化し、ＭＥＡのどちらかの片側に樹脂フレームを固定する。第２のステップにおいて、樹脂フレームを有するＭＥＡに、２部構成のシーラントを用いて接着セパレータを封止する。２成分系では、シーラントの部分Ａを第１の基板に付与(塗布)し、シーラントの部分Ｂを第２の基板に付与(塗布)することになる。シーラントの部分ＡおよびＢは、組み合わせると、重合して本発明の一態様による接着アセンブリを形成する。たとえば、アノード樹脂フレームを、シーラントの部分Ａでコーティングし、その後紫外線照射により活性化することができる。樹脂フレームを有するＭＥＡを、接着セパレータと共に固定して、単電池（カソードセパレータ、アノードセパレータ、アノード樹脂フレーム、ＭＥＡおよびカソード樹脂フレーム）を生成することができる。アノードおよびカソードセパレータは、２部構成のシーラントを用いて別の製造ラインにおいて接着する。アノードセパレータの冷却剤経路側をシーラントの部分Ａでコーティングし、その後紫外線照射により活性化する。カソードセパレータの冷却剤経路側をシーラントの部分Ｂでコーティングし、アノードセパレータに固定してシーラントの部分Ａを部分Ｂと反応させる。次のステップにおいて、２部構成のシーラントで単電池を互いに接着して、一例として１０個など、選択した数の単電池を含むモジュールを形成する。単電池にコーティング操作を行う。カソードセパレータのガス経路側をシーラントの部分Ａでコーティングし、紫外線照射により活性化することができる。カソード樹脂フレームをシーラントの部分Ｂでコーティングすることができる。これらの単電池を積み重ね固定して、シーラントの部分Ａをシーラントの部分Ｂと反応させて、接着単電池のモジュールを生成する。モジュール両端のセパレータおよび樹脂フレームは、上述のプロセスにおいてコーティングしなくてもよい。別個の製造ラインにおいて、シートメタルおよび紫外線により活性化されるシーラントからガスケットを生成する。ロール状のシートメタルを切断し、紫外線により活性化される単一成分のシーラントでコーティングし、紫外線下に設置する。スタック内の所望の数の電池を実現するまでガスケットとモジュールとを交互に積み重ねることによって、燃料電池スタックを組み立てることができる。樹脂フレームおよびセパレータの両側を適当なシーラントでコーティングし、第１の部品に固定し、その後第２の部品に固定することができる。   In another aspect of the invention, a fuel cell stack can be made from a modular assembly and a gasket. In the first step, an MEA having a resin frame is generated. A single component sealant that is activated by UV light coats one side of the resin frame for two resin frames. This sealant is activated by ultraviolet irradiation, and a resin frame is fixed to one side of the MEA. In the second step, the adhesive separator is sealed to the MEA having a resin frame using a two-part sealant. In the two-component system, the sealant portion A is applied (applied) to the first substrate, and the sealant portion B is applied (applied) to the second substrate. When combined, parts A and B of the sealant polymerize to form an adhesive assembly according to one aspect of the present invention. For example, an anode resin frame can be coated with part A of the sealant and then activated by UV irradiation. An MEA having a resin frame can be fixed together with an adhesive separator to produce a single cell (cathode separator, anode separator, anode resin frame, MEA and cathode resin frame). The anode and cathode separators are bonded in separate production lines using a two-part sealant. The coolant path side of the anode separator is coated with sealant part A and then activated by UV irradiation. The coolant path side of the cathode separator is coated with the sealant part B, and fixed to the anode separator, and the sealant part A is reacted with the part B. In the next step, the cells are bonded together with a two-part sealant to form a module that includes a selected number of cells, such as ten as an example. The cell is coated. The gas path side of the cathode separator can be coated with sealant part A and activated by UV irradiation. The cathode resin frame can be coated with part B of the sealant. These cells are stacked and secured, and the sealant part A reacts with the sealant part B to produce a module of bonded cells. The separator and the resin frame at both ends of the module may not be coated in the above-described process. In a separate production line, a gasket is produced from sheet metal and UV activated sealant. Roll sheet metal is cut and coated with a single component sealant activated by UV light and placed under UV light. A fuel cell stack can be assembled by alternately stacking gaskets and modules until the desired number of cells in the stack is achieved. Both sides of the resin frame and separator can be coated with a suitable sealant, secured to the first part, and then secured to the second part.

以下の非限定的な実施例は、本発明をさらに説明するためのものである。   The following non-limiting examples are intended to further illustrate the present invention.

＜実施例１＞   <Example 1>

粘度データ
ＴＶＣＨは、アルケニル官能性ポリイソブチレン樹脂の粘度の低減に非常に効果的であった。数平均分子量（Ｍｎ）が５，０００、１０，０００および２０，０００のアルケニル官能性ポリイソブチレンにおいて、粘度の低減が観測された。本発明の組成物Ｎｏ．２〜Ｎｏ．４およびＮｏ．６〜Ｎｏ．８用の、また比較組成物Ｎｏ．１およびＮｏ．５用の、Ｍｎが１０，０００および２０，０００のアルケニル官能性ポリイソブチレンについて、詳細を図１１および図１２、表１および表２に示す。 Viscosity data TVCH was very effective in reducing the viscosity of alkenyl functional polyisobutylene resins. A reduction in viscosity was observed for alkenyl functional polyisobutylenes with number average molecular weights (Mn) of 5,000, 10,000 and 20,000. The composition no. 2-No. 4 and no. 6-No. 8 and comparative composition no. 1 and no. Details for alkenyl functional polyisobutylenes for Mn of 10,000 and 20,000 are shown in FIGS. 11 and 12, Tables 1 and 2.

Figure 2014225456
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Figure 2014225456
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ＴＶＣＨは、これらのアルケニル官能性ポリイソブチレン樹脂の粘度の低減に効果的であった。得られた本発明の組成物が分離することはなく、これらのアルケニル官能性ポリイソブチレン樹脂を伴う最大約２０重量パーセントのＴＶＣＨ濃度により、透明な単一相の溶液または組成物が形成された。   TVCH was effective in reducing the viscosity of these alkenyl functional polyisobutylene resins. The resulting compositions of the present invention did not separate and a clear single phase solution or composition was formed with up to about 20 weight percent TVCH concentration with these alkenyl functional polyisobutylene resins.

＜実施例２＞   <Example 2>

ＤＳＣおよび安定性の結果
アルケニル基に対するＳｉ−Ｈのモル比およびアルケニル基に対する白金のモル比を一定に維持しながら、ＴＶＣＨありおよびなしの調合物を調製した。以下の表３に示す比較組成物Ｎｏ．９は、ＴＶＣＨなしで調製し、硬化した。この組成物の反応熱は、１グラム当たり２９ジュールであった。白金触媒の量が異なる本発明の組成物Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１４は、アルケニルポリイソブチレン１００グラムに基づき、５重量パーセントのＴＶＣＨを含んでいた。ＴＶＣＨを含む本発明の組成物については、１グラム当たり約８３ジュールまで反応熱が増大した。 DSC and Stability Results Formulations with and without TVCH were prepared while keeping the molar ratio of Si—H to alkenyl groups and the molar ratio of platinum to alkenyl groups constant. Comparative composition No. shown in Table 3 below. 9 was prepared and cured without TVCH. The heat of reaction of this composition was 29 joules per gram. Composition Nos. Of the present invention differing in the amount of platinum catalyst. 10-No. 14 was based on 100 grams of alkenyl polyisobutylene and contained 5 weight percent TVCH. For compositions of the present invention containing TVCH, the heat of reaction increased to about 83 joules per gram.

Figure 2014225456
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ＴＶＣＨの添加により、表３に示すように、反応のピーク発熱が９６℃から１３７℃まで上昇した。ビニル基は通常アリル基よりも反応性が高いため、このことは予期せぬことであった。ＴＶＣＨの添加により、以下で検討する一部非常に望ましいが予期せぬ結果がもたらされた。低温（１００℃未満）で動作するＰＥＭ燃料電池については１３０℃を下回る、好ましくは１１０℃を下回る硬化温度を保持することが望ましいため、白金触媒濃度を変えることによってピーク発熱温度を下げることが可能であるかどうかを決定するために、一連の実験を行った。それらの実験、すなわち、本発明の組成物Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１４により、図１２に示すように、アルケニル基の濃度に基づき白金の量を２０ｍｐｐｍから６０ｍｐｐｍに増大させることによって、ピーク発熱温度を１３７℃から約９２℃まで下げることができた。ピーク発熱温度のこの低下は、活性化エネルギーは高いままであったが活性化温度が著しく低下したことを示していた。したがって、これらの実験は、反応熱を増大させることができ、またスクリーン印刷、液体分配、液体成形操作および他のタイプの付与(塗布)法に有用な粘度を維持しながらピーク発熱温度を下げることができることを示していた。ピーク発熱の変化率は、この一連の実験においては６０ｍｐｐｍを上回り劇的に減少したが、触媒濃度を増大させることによりもたらすことができる利益には実際には限界がある。   The addition of TVCH increased the peak exotherm of the reaction from 96 ° C. to 137 ° C. as shown in Table 3. This was unexpected because vinyl groups are usually more reactive than allyl groups. The addition of TVCH resulted in some highly desirable but unexpected results discussed below. For PEM fuel cells operating at low temperatures (below 100 ° C), it is desirable to maintain a curing temperature below 130 ° C, preferably below 110 ° C, so the peak exotherm temperature can be lowered by changing the platinum catalyst concentration A series of experiments were conducted to determine whether or not. In those experiments, namely the composition No. 10-No. 14, the peak exotherm temperature could be lowered from 137 ° C. to about 92 ° C. by increasing the amount of platinum from 20 mppm to 60 mppm based on the alkenyl group concentration, as shown in FIG. This decrease in peak exotherm temperature indicated that the activation temperature remained significantly high but the activation temperature was significantly reduced. Thus, these experiments can increase the heat of reaction and lower the peak exotherm temperature while maintaining the viscosity useful for screen printing, liquid dispensing, liquid forming operations and other types of application (coating) methods. It was shown that you can. Although the rate of change in peak exotherm decreased dramatically above 60 mppm in this series of experiments, the benefits that can be achieved by increasing the catalyst concentration are in fact limited.

ＴＶＣＨなしの比較組成物Ｎｏ．１５〜Ｎｏ．１８において触媒の濃度を１５ｍｐｐｍに増大させることによって、表４に示すように、混合操作中数分以内にゲル化が観測された。表４に示すように組成物内の触媒の量を低減させることによってこれに影響を及ぼすことが可能であった。ＴＶＣＨの添加なしでより高い触媒濃度を用いると、単一成分組成物として材料を作製し、ゲル化を観測することなく組成物を付与(塗布)することが困難であった。   Comparative composition no. 15-No. By increasing the catalyst concentration to 15 mppm at 18, gelation was observed within a few minutes during the mixing operation, as shown in Table 4. It was possible to influence this by reducing the amount of catalyst in the composition as shown in Table 4. If higher catalyst concentrations were used without the addition of TVCH, it was difficult to produce the material as a single component composition and to apply (apply) the composition without observing gelation.

Figure 2014225456
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禁止剤を使用すると、時間の関数としての粘度の変化を低減する手助けをすることができる。しかしながら、禁止剤は、燃料電池内で使用した場合、組成物から拡散するまたは抽出され、電池の性能に望ましくない影響を引き起こす可能性がある。これらの変化として、装置の出力全体の減少に反映される疎水性／親水性バランスおよび燃料電池触媒の変化を挙げることができるが、これらに限定されない。   The use of an inhibitor can help reduce the change in viscosity as a function of time. However, when used in a fuel cell, the inhibitor can diffuse or be extracted from the composition and cause undesirable effects on the performance of the cell. These changes can include, but are not limited to, changes in the hydrophobic / hydrophilic balance and fuel cell catalyst reflected in a decrease in the overall output of the device.

ＴＶＣＨの予期しなかった安定化効果により、より高濃度の白金触媒を使用すること、ゲル化なしで組成物を作製すること、および架橋してポリマーネットワークになる部分を用いて安定性を向上させることが可能となり、それにより最終用途における種の拡散または抽出が低減される。架橋して最終的なネットワークとなることはない低濃度の禁止剤と共にＴＶＣＨを使用することもできる。   The unexpected stabilization effect of TVCH improves stability by using higher concentrations of platinum catalyst, making the composition without gelling, and using a portion that crosslinks into a polymer network Can be achieved, thereby reducing seed diffusion or extraction in the end use. TVCH can also be used with low concentrations of inhibitors that do not crosslink into the final network.

本発明の組成物にＴＶＣＨを添加した場合、本発明の混合組成物の貯蔵寿命に予期せぬ改善が観測された。このことは、本発明の組成物Ｎｏ．２０〜Ｎｏ．２４を比較組成物Ｎｏ．１９と比較することによって表５において強調される。ＴＶＣＨを有する本発明の組成物Ｎｏ．２０〜Ｎｏ．２４は、ＴＶＣＨを含んでいない比較組成物Ｎｏ．１９と比較した場合、時間の関数として粘度がよりゆっくりと増加した。たとえば、表５に示すＴＶＣＨなしの比較組成物Ｎｏ．１９は、数分以内に室温で混合プロセス中にゲル化した。同じ触媒充填レベルおよびより高い触媒充填レベルでＴＶＣＨを添加すると、組成物はより長時間液状のままであったため、基板上に材料を付与(塗布)するまたは成形するための実用的な時間が提供された。   When TVCH was added to the composition of the present invention, an unexpected improvement in the shelf life of the mixed composition of the present invention was observed. This is because of the composition No. 1 of the present invention. 20-No. 24 is a comparative composition no. By comparison with 19, it is highlighted in Table 5. The composition no. 20-No. No. 24 is a comparative composition no. When compared to 19, the viscosity increased more slowly as a function of time. For example, Comparative Composition No. 19 gelled during the mixing process at room temperature within a few minutes. When TVCH was added at the same catalyst loading level and higher catalyst loading level, the composition remained liquid for a longer time, thus providing practical time to apply (form) or mold the material on the substrate It was done.

Figure 2014225456
＜実施例３＞
Figure 2014225456
 <Example 3>

定式化物理的特性データ（圧縮永久ひずみ、硬度＆機械的特性）
ポリアルキル水素シロキサンの含量を変えることによってアルケニル基の総数に対するＳｉ−Ｈの量を変えながら、アルケニル終端ＰＩＢに対して一定比率のＴＶＣＨを用いて本発明の組成物２５〜３０を調製して、物理的特性、機械的特性および熱力学特性の変化を測定した。「Ａ」官能基（「ＮＡ」）の数の「Ｂ」官能基（「ＮＢ」）の数に対する比は、化学量論的不均衡（ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ ｉｍｂａｌａｎｃｅ）（ｒ＝ＮＡ／ＮＢ）と称される。表６および表７ならびに図１３は、化学量論的不均衡が増大するにつれて、アルケニル基に対するＳｉ−Ｈの比が増大し、機械的特性が増大する一方で圧縮永久ひずみ値が減少したことを示している。最適な特性は、約１．４対１．０（Ｓｉ−Ｈ対アルケニル基）の化学量論的不均衡で得られた。圧縮永久ひずみの絶対値は、劇的に８％まで減少したが、この値はエラストマーでは非常に低く、予期せぬものである。 Formulated physical property data (compression set, hardness & mechanical properties)
Preparing compositions 25-30 of the present invention using a constant ratio of TVCH to alkenyl-terminated PIB while varying the amount of Si-H relative to the total number of alkenyl groups by varying the content of polyalkylhydrogensiloxane, Changes in physical properties, mechanical properties and thermodynamic properties were measured. The ratio of the number of “A” functional groups (“N A ”) to the number of “B” functional groups (“N B ”) is the stoichiometric imbalance (r = N A / N B ). It is called. Tables 6 and 7 and FIG. 13 show that as the stoichiometric imbalance increases, the ratio of Si—H to alkenyl groups increases, increasing the mechanical properties while decreasing the compression set value. Show. Optimal properties were obtained with a stoichiometric imbalance of about 1.4 to 1.0 (Si—H versus alkenyl groups). The absolute value of compression set was dramatically reduced to 8%, which is very low and unexpected for elastomers.

アルケニル基の総数に対するＳｉ−Ｈのモル比１．５：１でアルケニル終端ＰＩＢおよびポリアルキル水素シロキサンを用いて比較組成物Ｎｏ．３１を調製した。比較組成物Ｎｏ．３１は、ＴＶＣＨを含んでいなかった。比較組成物Ｎｏ．３１に禁止剤−−３，５−ジメチル−１−ヘキシン−オール−−を添加して、圧縮試験を行うことができるように組成物の硬化速度を抑制した。禁止剤なしでは、組成物が２〜３分以内にゲル化した。比較組成物Ｎｏ．３１は、圧縮永久ひずみが２２％であると観測された。表６に示すように、本発明の組成物Ｎｏ．３０は、比較組成物Ｎｏ．３１と比較して大幅に向上した圧縮永久ひずみ特性を有していた。本発明の組成物Ｎｏ．３０および比較組成物Ｎｏ．３１についてのＳｉ−Ｈ対アルケニルモル比は、同じ１．５：１であった。   Comparative composition nos. Using alkenyl-terminated PIB and polyalkyl hydrogen siloxane in a Si: H molar ratio of 1.5: 1 to the total number of alkenyl groups. 31 was prepared. Comparative composition No. 31 did not contain TVCH. Comparative composition No. Inhibitor-3,5-dimethyl-1-hexyn-ol-- was added to 31 to suppress the cure rate of the composition so that a compression test could be performed. Without the inhibitor, the composition gelled within 2-3 minutes. Comparative composition No. No. 31 was observed to have a compression set of 22%. As shown in Table 6, the composition no. 30 is a comparative composition No. 30. Compared to 31, it had compression set characteristics that were significantly improved. The composition no. 30 and comparative composition no. The Si—H to alkenyl molar ratio for 31 was the same 1.5: 1.

Figure 2014225456
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引張強度、弾性率、硬度の増大および対応する破断点伸びの減少は、アルケニル基に対するＳｉ−Ｈが増大するにつれて架橋密度の増大と一致していた。   The increase in tensile strength, modulus, hardness, and corresponding decrease in elongation at break was consistent with an increase in crosslink density as Si-H for alkenyl groups increased.

Figure 2014225456
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表７および図１４に示すように、反応熱の最大値近くで最適な機械的特性が生じることが観測された。化学量論比１：１で、温度の関数としてプロットした反応熱からのエンタルピーが温度上限１８０℃では二峰性であることも観測された（図１５参照）。化学量論的不均衡に基づく本発明の組成物が、温度上限約１４０℃では単一の非対称曲線を有していた（図１６参照）。１００℃未満で動作する燃料電池には、より低温がより良い。反応の大部分は１２０℃未満で完了した。このことは、低温ＰＥＭ燃料電池には望ましい。高温ではＰＥＭの性能が重度に劣化することがあるため、１２０℃未満など、１３０℃未満の硬化温度を維持することが望ましい。   As shown in Table 7 and FIG. 14, it was observed that optimum mechanical properties occurred near the maximum value of the heat of reaction. It was also observed that the enthalpy from the heat of reaction plotted as a function of temperature at a stoichiometric ratio of 1: 1 was bimodal at an upper temperature limit of 180 ° C. (see FIG. 15). The composition of the present invention based on stoichiometric imbalance had a single asymmetric curve at the upper temperature limit of about 140 ° C. (see FIG. 16). For fuel cells operating below 100 ° C., lower temperatures are better. Most of the reaction was complete below 120 ° C. This is desirable for low temperature PEM fuel cells. Since the performance of the PEM can be severely degraded at high temperatures, it is desirable to maintain a curing temperature of less than 130 ° C, such as less than 120 ° C.

数学的減算法を用いて化学量論比が１：１および１．５：１の組成物について赤外スペクトルを比較して、化学量論的なネットワークと比較して過剰な量のＳｉ−Ｈを含む硬化ネットワーク中には過剰な濃度のＳｉ−Ｈが存在することを確認した。この減算スペクトルは、４０００ｃｍ−１から１２００ｃｍ−１までのきちんとした架橋剤についてのスペクトルと一致していた。 Using infrared subtraction for compositions with stoichiometric ratios of 1: 1 and 1.5: 1 using mathematical subtraction, an excess of Si—H compared to the stoichiometric network It was confirmed that an excessive concentration of Si-H was present in the cured network containing. This subtracted spectrum was consistent with the spectrum for a neat cross-linking agent from 4000 cm −1 to 1200 cm −1 .

＜実施例４＞   <Example 4>

１，９−デカジエンを有する本発明の組成物
１，９−デカジエンおよび二環式デカジエン架橋剤を用いて以下の表８に示すような本発明の組成物Ｎｏ．３２を調製した。この組成物は、優れた反応データ、たとえば、発熱データおよび反応熱を示した。 Composition of the Invention Having 1,9-Decadiene Composition No. 1 of the invention as shown in Table 8 below using 1,9-decadiene and a bicyclic decadiene crosslinker. 32 was prepared. This composition exhibited excellent reaction data, such as exothermic data and heat of reaction.

Figure 2014225456
＜実施例５＞
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 <Example 5>

表９に示す成分から以下のように本発明の基本調合物を調製した。   A base formulation of the present invention was prepared from the ingredients shown in Table 9 as follows.

Figure 2014225456
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混合手順
１．全ての成分を添加する。 Mixing procedure Add all ingredients.

２．均一になるまで１５分間Ｃｏｗｌｅｓブレードで混合する。   2. Mix with a Cowles blade for 15 minutes until uniform.

紫外線により活性化される白金錯体を使用し、またヒドロシリル化反応を照射により開始し、放射の除去後も継続する（後硬化）。   A platinum complex activated by UV light is used, and the hydrosilylation reaction is initiated by irradiation and continues after removal of radiation (post-curing).

試験した紫外線で変わりやすい錯体には、以下が含まれる。   Complexes that are variable with UV light tested include:

Figure 2014225456
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以下に示すように、潜在的に有害な熱の除去を伴って硬化時間の実質的な削減を実現した。   As shown below, a substantial reduction in cure time was achieved with the removal of potentially harmful heat.

＜実施例６＞   <Example 6>

紫外線硬化ポリイソブチレン／シラン
実施例５で使用した本発明の基本調合物Ａ、すなわち、フェニルシラン架橋剤を有する不飽和ＰＩＢを本実施例で使用した。 UV-cured polyisobutylene / silane The base formulation A of the present invention used in Example 5, ie unsaturated PIB with phenylsilane crosslinker, was used in this example.

以下の触媒の組合せを、本発明の基本調合物Ａにおいて評価した。   The following catalyst combinations were evaluated in the basic formulation A of the present invention.

ａ．ＣＨ２Ｃｌ２中で本発明の基本調合物Ａ１００ｇを３％のＰｔ（ａｃａｃ）２０．６８ｇと混合することによって、本発明の組成物Ｎｏ．３３（Ｐｔ（ａｃａｃ）２、（４９．６％Ｐｔ）＠１００ｐｐｍのＰｔ）を調製した。 a. By mixing 100 g of the basic formulation A of the present invention with 0.68 g of 3% Pt (acac) 2 in CH 2 Cl 2 , the composition no. 33 (Pt (acac) 2 , (49.6% Pt) @ 100 ppm Pt) was prepared.

ｂ．ＥｔＯＡｃ中で本発明の基本調合物Ａ１００ｇを５％のＴＭＭＣＰ０．１６ｇと混合することによって、本発明の組成物Ｎｏ．３４（ＴＭＭＣＰ、（６１．１％Ｐｔ）＠５０ｐｐｍのＰｔ）を調製した。   b. By mixing 100 g of the basic formulation A of the present invention with 0.16 g of 5% TMMCP in EtOAc, the composition no. 34 (TMMCP, (61.1% Pt) @ 50 ppm Pt) was prepared.

ｃ．ＥｔＯＡｃ中で本発明の基本調合物Ａ１００ｇを５％のＴＭＭＣＰ０．３２ｇと混合することによって、本発明の組成物Ｎｏ．３５（ＴＭＭＣＰ、（６１．１％Ｐｔ）＠１００ｐｐｍのＰｔ）を調製した。   c. By mixing 100 g of the basic formulation A of the present invention with 0.32 g of 5% TMMCP in EtOAc, the composition no. 35 (TMMCP, (61.1% Pt) @ 100 ppm Pt) was prepared.

本発明の組成物Ｎｏ．３３〜３５の５グラム試料を、小さいアルミニウム製のパンに設置し、以下の表１０に示すように、８ｍＷ／ｃｍ２ＵＶ−ＢでＯｒｉｅｌランプを、または１００ｍＷ／ｃｍ２ＵＶ−ＢでＺｅｔａ７２１６を照射した。 The composition no. 5 grams sample of 33 to 35 was placed in a small aluminum pan, as shown in Table 10 below, the the Oriel lamp 8mW / cm 2 UV-B, or 100 mW / cm 2 in UV-B Zeta7216 Irradiated.

Figure 2014225456
Figure 2014225456

上記結果により、紫外線により活性化される白金硬化の実現可能性が確認され、硬化時間は熱硬化から大幅に削減される。Ｏｒｉｅｌランプで硬化した本発明の組成物Ｎｏ．３５は、熱硬化した対照と同じまたは熱硬化した対照よりも優れた表面特性を示した。データが示すように、より高い強度をより短時間照射するよりも、より低い強度をより長時間照射することがより望ましいようである。   The above results confirm the feasibility of platinum curing activated by ultraviolet light, and the curing time is greatly reduced from thermal curing. Composition No. 1 of the present invention cured with an Oriel lamp. 35 showed the same or better surface properties than the heat-cured control or the heat-cured control. As the data shows, it seems more desirable to irradiate a lower intensity for a longer time than to irradiate a higher intensity for a shorter time.

＜実施例７＞   <Example 7>

紫外線硬化ポリイソブチレン／シラン、２００ｐｐｍのＰｔ
実施例５による本発明の基本調合物Ａ、すなわち、フェニルシラン架橋剤を有する不飽和ＰＩＢを本実施例で使用した。 UV-cured polyisobutylene / silane, 200 ppm Pt
The basic formulation A of the invention according to example 5, ie unsaturated PIB with phenylsilane crosslinker, was used in this example.

以下の触媒の組合せを評価した。   The following catalyst combinations were evaluated.

ａ．ＣＨ２Ｃｌ２中で本発明の基本調合物Ａ５０ｇを３％のＰｔ（ａｃａｃ）２０．６８ｇと混合することによって、本発明の組成物Ｎｏ．３６（Ｐｔ（ａｃａｃ）２、（４９．６％Ｐｔ）＠２００ｐｐｍのＰｔ）を調製した。 a. By mixing 50 g of the basic formulation A of the present invention with 0.68 g of 3% Pt (acac) 2 in CH 2 Cl 2 , the composition no. 36 (Pt (acac) 2 , (49.6% Pt) @ 200 ppm Pt) was prepared.

ｂ．ＥｔＯＡｃ中で本発明の基本調合物Ａ５０ｇを５％のＴＭＭＣＰ０．３２ｇと混合することによって、本発明の組成物Ｎｏ．３７（ＴＭＭＣＰ、（６１．１％Ｐｔ）＠２００ｐｐｍのＰｔ）を調製した。   b. By mixing 50 g of the basic formulation A of the present invention with 0.32 g of 5% TMMCP in EtOAc, the composition no. 37 (TMMCP, (61.1% Pt) @ 200 ppm Pt) was prepared.

本発明の組成物Ｎｏ．３６およびＮｏ．３７の５グラム試料を、小さいアルミニウム製のパンに設置し、以下の表１１に示すように、８ｍＷ／ｃｍ２ＵＶ−ＢでＯｒｉｅｌランプを照射した。 The composition no. 36 and no. 37 5 gram samples were placed in a small aluminum pan and irradiated with an Oriel lamp at 8 mW / cm 2 UV-B as shown in Table 11 below.

Figure 2014225456
Figure 2014225456

以上に示すように、最適な硬化は３分の照射後に得られ、後硬化は２４時間後に著しく明白で、またＰｔ（ａｃａｃ）２の系で最も顕著である。 As indicated above, optimal cure is obtained after 3 minutes of irradiation, post cure is significantly evident after 24 hours and is most pronounced in the Pt (acac) 2 system.

Claims (44)

燃料電池を形成するための方法であって、
燃料電池部品を提供するステップ、
キャビティを有するモールド型を提供するステップ、
前記キャビティが前記燃料電池部品と流体連通するように前記モールド型を位置決めするステップ、
前記キャビティ中に硬化性液状シーラント組成物を付与するステップ、および
前記組成物を硬化するステップを含む方法。 A method for forming a fuel cell, comprising:
Providing a fuel cell component;
Providing a mold having a cavity;
Positioning the mold so that the cavity is in fluid communication with the fuel cell component;
Applying a curable liquid sealant composition in the cavity; and curing the composition. 前記燃料電池部品が、カソード流れ場プレート、アノード流れ場プレート、樹脂フレーム、ガス拡散層、アノード触媒層、カソード触媒層、膜電解質、膜電極アセンブリフレームおよびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。   The fuel cell component is selected from the group consisting of a cathode flow field plate, an anode flow field plate, a resin frame, a gas diffusion layer, an anode catalyst layer, a cathode catalyst layer, a membrane electrolyte, a membrane electrode assembly frame, and combinations thereof; The method of claim 1. 前記燃料電池部品が、ガス拡散層を備える膜電極アセンブリである、請求項１に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the fuel cell component is a membrane electrode assembly comprising a gas diffusion layer. 前記シーラントを付与する前記ステップが、
前記シーラントが前記ガス拡散層に浸透するように、前記シーラントに圧力を加えることをさらに含む、請求項３に記載の方法。 Applying the sealant comprises:
The method of claim 3, further comprising applying pressure to the sealant such that the sealant penetrates the gas diffusion layer. 前記シーラントを付与する前記ステップが、
前記膜電極アセンブリの縁部が完全に前記シーラントで覆われるように、前記シーラントを付与することをさらに含む、請求項３に記載の方法。 Applying the sealant comprises:
The method of claim 3, further comprising applying the sealant such that an edge of the membrane electrode assembly is completely covered with the sealant. 前記組成物を硬化する前記ステップが、
前記シーラントを約１３０℃以下の温度で熱硬化することを含む、請求項１に記載の方法。 The step of curing the composition comprises:
The method of claim 1, comprising thermally curing the sealant at a temperature of about 130 ° C. or less. 前記組成物を硬化する前記ステップが、
化学線を提供して前記シーラントを約室温で硬化することを含む、請求項１に記載の方法。 The step of curing the composition comprises:
The method of claim 1, comprising providing actinic radiation to cure the sealant at about room temperature. 前記モールド型が化学線に対して透過性である、請求項７に記載の方法。   The method of claim 7, wherein the mold is permeable to actinic radiation. 前記硬化性シーラント組成物が、（メタ）アクリレート、ウレタン、ポリエーテル、ポリオレフィン、ポリエステル、これらのコポリマーおよびこれらの組合せからなる群から選択される化学線硬化性材料を含む、請求項７に記載の方法。   The curable sealant composition of claim 7, comprising an actinic radiation curable material selected from the group consisting of (meth) acrylates, urethanes, polyethers, polyolefins, polyesters, copolymers thereof, and combinations thereof. Method. 前記硬化性シーラント組成物が、テレケリック官能性ポリイソブチレンと、少なくとも約２つの水素化ケイ素官能基を有するシリル架橋剤と、白金触媒と、光開始剤とを含む、請求項７に記載の方法。   8. The method of claim 7, wherein the curable sealant composition comprises a telechelic functional polyisobutylene, a silyl crosslinker having at least about two silicon hydride functional groups, a platinum catalyst, and a photoinitiator. 前記硬化性シーラント組成物が、
アルケニル終端炭化水素オリゴマーと、
多官能性アルケニルモノマーと、
少なくとも約２つの水素化ケイ素官能基を有するシリル硬化剤と、
ヒドロシリル化触媒とを含む、請求項１に記載の方法。 The curable sealant composition is
An alkenyl-terminated hydrocarbon oligomer;
A polyfunctional alkenyl monomer;
A silyl curing agent having at least about two silicon hydride functional groups;
A process according to claim 1 comprising a hydrosilylation catalyst. 前記アルケニル終端炭化水素オリゴマーが、アルケニル終端ポリイソブチレンオリゴマーを含む、請求項１１に記載の方法。   12. The method of claim 11, wherein the alkenyl terminated hydrocarbon oligomer comprises an alkenyl terminated polyisobutylene oligomer. 前記硬化性シーラント組成物が、
分岐ポリイソブチレンオリゴマー、ペンダントアルケニルまたは末端に実質的にはアルケニルもしくはアリル基がない他の官能基を有する直鎖または分岐ポリイソブチレン、分岐オリゴマー骨格を有するアルケニル終端炭化水素オリゴマー、ポリイソブチレンと別のモノマーとのコポリマー、Ｓｉ−Ｈ末端基を有する直鎖または分岐ポリイソブチレンポリマーまたはコポリマー組成物、脂環式エポキシド末端基を有する直鎖または分岐ポリイソブチレンポリマーまたはコポリマー組成物、ビニルエーテル末端基を有する直鎖または分岐ポリイソブチレンポリマーまたはコポリマー組成物、ならびにこれらの組合せからなる群から選択される重合可能なオリゴマーを含む、請求項１に記載の方法。 The curable sealant composition is
Branched polyisobutylene oligomers, pendant alkenyls or linear or branched polyisobutylenes having other functional groups substantially free of alkenyl or allyl groups at the ends, alkenyl-terminated hydrocarbon oligomers having a branched oligomer skeleton, monomers other than polyisobutylene Copolymer, linear or branched polyisobutylene polymer or copolymer composition having Si-H end groups, linear or branched polyisobutylene polymer or copolymer composition having alicyclic epoxide end groups, linear chain having vinyl ether end groups The method of claim 1, comprising a polymerizable oligomer selected from the group consisting of or a branched polyisobutylene polymer or copolymer composition, and combinations thereof. 前記硬化性シーラント組成物が、
多官能性アルケニルモノマーと、
少なくとも約２つの水素化ケイ素官能基を有するシリル硬化剤と、
ヒドロシリル化触媒と、
過酸化物架橋剤とをさらに含む、請求項１３に記載の方法。 The curable sealant composition is
A polyfunctional alkenyl monomer;
A silyl curing agent having at least about two silicon hydride functional groups;
A hydrosilylation catalyst;
14. The method of claim 13, further comprising a peroxide crosslinking agent. 対向する合わせ面を有する第１および第２のモールド型部材であって、前記合わせ面の少なくとも１つがガスケットの形のキャビティおよび前記キャビティと流体連通するポートを有し、それらの少なくとも１つが化学線を透過させる第１および第２のモールド型部材と、
化学線の線源であって、そこから発生した化学線が、前記対向する合わせ面が実質的な当接関係に配置されたときに、前記キャビティに透過可能である線源とを備える、燃料電池を形成するためのシステム。 First and second mold members having opposing mating surfaces, wherein at least one of the mating surfaces has a cavity in the form of a gasket and a port in fluid communication with the cavity, at least one of which is actinic radiation First and second mold members that transmit
A source of actinic radiation, wherein the actinic radiation generated therefrom is transmissive to the cavity when the opposing mating surfaces are arranged in a substantially abutting relationship; A system for forming a battery. 前記モールド型部材の１つが燃料電池部品を含み、その上に現場硬化型ガスケットを形成して一体ガスケットを提供することができる、請求項１５に記載のシステム。   The system of claim 15, wherein one of the mold members includes a fuel cell component on which an in-situ cured gasket can be formed to provide an integral gasket. 前記燃料電池部品が膜電極アセンブリである、請求項１６に記載のシステム。   The system of claim 16, wherein the fuel cell component is a membrane electrode assembly. 前記燃料電池部品が、前記第１および第２モールド型部材間に固定的に配置可能であり、さらに前記キャビティが前記燃料電池部品と流体連通する、請求項１５に記載のシステム。   The system of claim 15, wherein the fuel cell component is fixedly positionable between the first and second mold mold members, and wherein the cavity is in fluid communication with the fuel cell component. 前記燃料電池部品が膜電極アセンブリである、請求項１８に記載のシステム。   The system of claim 18, wherein the fuel cell component is a membrane electrode assembly. 燃料電池を形成するためのシステムであって、
対向する合わせ面を有する第１および第２のモールド型部材を備え、前記合わせ面の少なくとも１つがガスケットの形のキャビティおよび前記キャビティと流体連通するポートを有し、前記モールド型部材の少なくとも１つが加熱可能であって、前記対向する合わせ面が実質的な当接関係に配置されたときに、熱エネルギーが前記キャビティに伝達可能であるシステム。 A system for forming a fuel cell,
First and second mold members having opposing mating surfaces, at least one of the mating surfaces having a gasket-shaped cavity and a port in fluid communication with the cavity, wherein at least one of the mold members is A system that is heatable and capable of transferring thermal energy to the cavity when the opposing mating surfaces are placed in a substantially abutting relationship. 前記モールド型部材の１つが燃料電池部品を含み、その上に現場硬化型ガスケットを形成して一体ガスケットを提供することができる、請求項２０に記載のシステム。   21. The system of claim 20, wherein one of the mold members includes a fuel cell component on which an in-situ cured gasket can be formed to provide an integral gasket. 前記燃料電池部品が膜電極アセンブリである、請求項２１に記載のシステム。   The system of claim 21, wherein the fuel cell component is a membrane electrode assembly. 前記燃料電池部品が、前記第１および第２モールド型部材間に固定的に配置可能であり、さらに前記キャビティが前記燃料電池部品と流体連通する、請求項２０に記載のシステム。   21. The system of claim 20, wherein the fuel cell component is fixedly positionable between the first and second mold mold members, and wherein the cavity is in fluid communication with the fuel cell component. 前記燃料電池部品が膜電極アセンブリである、請求項２３に記載のシステム。   24. The system of claim 23, wherein the fuel cell component is a membrane electrode assembly. 硬化シーラント組成物がその周縁部の上にて配置された膜電極アセンブリであって、前記硬化シーラント組成物が、
アルケニル終端ジアリルポリイソブチレンオリゴマー、分岐ポリイソブチレンオリゴマー骨格、ペンダントアルケニルまたは末端に実質的にはアルケニルもしくはアリル基がない他の官能基を有する直鎖または分岐ポリイソブチレン、分岐オリゴマー骨格を有するアルケニル終端炭化水素オリゴマー、ポリイソブチレンと別のモノマーまたはポリマーとのコポリマー、Ｓｉ−ＣＨ３ペンダントまたは末端基を有する直鎖または分岐ポリイソブチレンポリマーまたはコポリマー組成物、脂環式エポキシド末端基を有する直鎖または分岐ポリイソブチレンポリマーまたはコポリマー組成物、ビニルエーテル末端基を有する直鎖または分岐ポリイソブチレンポリマーまたはコポリマー組成物、ならびにこれらの組合せからなる群から選択される重合可能なオリゴマーを含む膜電極アセンブリ。 A membrane electrode assembly having a cured sealant composition disposed on a periphery thereof, wherein the cured sealant composition comprises:
Alkenyl-terminated diallyl polyisobutylene oligomers, branched polyisobutylene oligomer backbones, pendant alkenyls or linear or branched polyisobutylenes with other functional groups substantially free of alkenyl or allyl groups at the ends, alkenyl-terminated hydrocarbons with branched oligomer backbones oligomers, copolymers of polyisobutylene and another monomer or polymer, a linear or branched polyisobutylene polymer or copolymer composition having a Si-CH 3 pendant or terminal groups, straight chain having an alicyclic epoxide end groups or branched polyisobutylene Polymerization selected from the group consisting of polymer or copolymer compositions, linear or branched polyisobutylene polymer or copolymer compositions having vinyl ether end groups, and combinations thereof Membrane electrode assembly comprising possible oligomers. 前記硬化シーラント組成物が、
多官能性アルケニルモノマーと、
少なくとも約２つの水素化ケイ素官能基を有するシリル硬化剤と、
ヒドロシリル化触媒と、
過酸化物開始または架橋剤とをさらに含む、請求項２５に記載の膜電極アセンブリ。 The cured sealant composition is
A polyfunctional alkenyl monomer;
A silyl curing agent having at least about two silicon hydride functional groups;
A hydrosilylation catalyst;
26. The membrane electrode assembly of claim 25, further comprising a peroxide initiator or crosslinker. 硬化シーラント組成物がその周縁部の上に配置された膜電極アセンブリであって、前記硬化シーラント組成物が、（メタ）アクリレート、ウレタン、ポリエーテル、ポリオレフィン、ポリエステル、これらのコポリマーおよびこれらの組合せからなる群から選択される化学線硬化性材料を含む膜電極アセンブリ。   A membrane electrode assembly having a cured sealant composition disposed on a periphery thereof, the cured sealant composition comprising (meth) acrylate, urethane, polyether, polyolefin, polyester, copolymers thereof, and combinations thereof A membrane electrode assembly comprising an actinic radiation curable material selected from the group consisting of: 燃料電池部品を形成するための方法であって、
第１の部分が開始剤を含み、第２の部分が重合可能な材料を含む２液型のシーラントを提供するステップ、
第１の燃料電池部品の基板に、前記シーラントの前記第１の部分を付与するステップ、
第２の燃料電池部品の基板に、前記シーラントの前記第２の部分を付与するステップ、
前記第１および第２の燃料電池部品の前記基板を近接して並置して位置あわせするステップ、および
前記シーラントを硬化して、前記第１および第２の燃料電池部品を互いに接着するステップを含む方法。 A method for forming a fuel cell component comprising:
Providing a two-part sealant wherein the first part comprises an initiator and the second part comprises a polymerizable material;
Applying the first portion of the sealant to a substrate of a first fuel cell component;
Applying the second portion of the sealant to a substrate of a second fuel cell component;
Positioning the substrates of the first and second fuel cell components in close proximity to each other and aligning; and curing the sealant to bond the first and second fuel cell components together Method. 前記開始剤が化学線開始剤であり、さらに前記シーラントが化学線によって硬化される、請求項２８に記載の方法。   30. The method of claim 28, wherein the initiator is an actinic radiation initiator and the sealant is cured by actinic radiation. 前記重合可能な材料が、重合可能なモノマー、オリゴマー、テレケリックポリマー、官能性ポリマーおよびこれらの組合せからなる群から選択され、さらに前記重合可能な材料が、エポキシ、アリル、ビニル、（メタ）アクリレート、イミド、アミド、ウレタンおよびこれらの組合せからなる群から選択される官能基を含む、請求項２８に記載の方法。   The polymerizable material is selected from the group consisting of polymerizable monomers, oligomers, telechelic polymers, functional polymers and combinations thereof, and the polymerizable material is epoxy, allyl, vinyl, (meth) acrylate 29. The method of claim 28, comprising a functional group selected from the group consisting of amide, imide, amide, urethane, and combinations thereof. 前記重合可能な材料が、テレケリック官能性ポリイソブチレンと、有機水素ポリシロキサン架橋剤と、白金触媒とを含む、請求項２８に記載の方法。   30. The method of claim 28, wherein the polymerizable material comprises a telechelic functional polyisobutylene, an organohydrogen polysiloxane crosslinker, and a platinum catalyst. 前記燃料電池部品が、カソード流れ場プレート、アノード流れ場プレート、樹脂フレーム、ガス拡散層、アノード触媒層、カソード触媒層、膜電解質、膜電極アセンブリフレームおよびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項２８に記載の方法。   The fuel cell component is selected from the group consisting of a cathode flow field plate, an anode flow field plate, a resin frame, a gas diffusion layer, an anode catalyst layer, a cathode catalyst layer, a membrane electrolyte, a membrane electrode assembly frame, and combinations thereof; 30. The method of claim 28. 燃料電池部品を形成するための方法であって、
第１の部分が開始剤を含み、第２の部分が重合可能な材料を含む２液型のシーラントを提供するステップ、
第１および第２のセパレータプレートならびに第１および第２の樹脂フレームを提供するステップ、
前記第１のセパレータプレートを前記シーラントの前記第１の部分でコーティングするステップ、
前記第１のセパレータプレート上の前記シーラントの前記第１の部分を、化学線で活性化するステップ、
前記第１の樹脂フレームを前記シーラントの前記第２の部分でコーティングするステップ、
前記第１のセパレータプレートと前記第１の樹脂フレームとを近接して並置して位置合わせするステップ、
前記シーラントを硬化して、前記第１のセパレータプレートと前記第１の樹脂フレームとを互いに接着するステップ、
前記第２のセパレータプレートを前記シーラントの前記第２の部分でコーティングするステップ、
前記第２の樹脂フレームを前記シーラントの前記第１の部分でコーティングするステップ、
前記第２の樹脂フレーム上の前記シーラントの前記第１の部分を、化学線で活性化するステップ、
前記第２のセパレータプレートと前記第２の樹脂フレームとを近接して並置して位置合わせするステップ、
前記シーラントを硬化して、前記第２のセパレータプレートと前記第２の樹脂フレームとを互いに接着するステップ、
前記第１および第２のセパレータプレートを近接して並置して位置合わせするステップ、
前記シーラントを硬化して前記第１および第２のセパレータプレートを互いに接着させて、二極性セパレータプレートを形成するステップを含む方法。 A method for forming a fuel cell component comprising:
Providing a two-part sealant wherein the first part comprises an initiator and the second part comprises a polymerizable material;
Providing first and second separator plates and first and second resin frames;
Coating the first separator plate with the first portion of the sealant;
Activating the first portion of the sealant on the first separator plate with actinic radiation;
Coating the first resin frame with the second portion of the sealant;
Aligning the first separator plate and the first resin frame in close proximity to each other;
Curing the sealant and bonding the first separator plate and the first resin frame to each other;
Coating the second separator plate with the second portion of the sealant;
Coating the second resin frame with the first portion of the sealant;
Activating the first portion of the sealant on the second resin frame with actinic radiation;
Aligning the second separator plate and the second resin frame in close proximity to each other;
Curing the sealant and bonding the second separator plate and the second resin frame to each other;
Aligning the first and second separator plates in close proximity and aligned;
Curing the sealant and bonding the first and second separator plates together to form a bipolar separator plate. 前記開始剤が化学線開始剤であり、さらに前記重合可能な材料が、重合可能なモノマー、オリゴマー、テレケリックポリマー、官能性ポリマーおよびこれらの組合せからなる群から選択され、さらに前記重合可能な材料が、エポキシ、アリル、ビニル、（メタ）アクリレート、イミド、アミド、ウレタンおよびこれらの組合せからなる群から選択される官能基を含む、請求項３３に記載の方法。   The initiator is an actinic radiation initiator, and the polymerizable material is selected from the group consisting of polymerizable monomers, oligomers, telechelic polymers, functional polymers, and combinations thereof, and further the polymerizable material 34. The method of claim 33, wherein the comprises a functional group selected from the group consisting of epoxy, allyl, vinyl, (meth) acrylate, imide, amide, urethane, and combinations thereof. 燃料電池部品を形成するためのシステムであって、
２液型のシーラントの、開始剤を含む第１の部分を提供するための第１のディスペンサと、
２液型のシーラントの、重合可能な材料を含む第２の部分を提供するための第２のディスペンサと、
第１の燃料電池部品の基板に前記シーラントの前記第１の部分を付与するための第１のステーションと、
第２の燃料電池部品の基板に前記シーラントの前記第２の部分を付与するための第２のステーションと、
前記第１および第２の燃料電池部品の前記基板を近接して並置して位置あわせするための第３のステーションと、
前記シーラントを硬化して、前記第１および第２の燃料電池部品を互いに結合するための硬化ステーションとを備えるシステム。 A system for forming a fuel cell component comprising:
A first dispenser for providing a first part of a two-part sealant containing an initiator;
A second dispenser for providing a second part of a two-part sealant comprising a polymerizable material;
A first station for applying the first portion of the sealant to a substrate of a first fuel cell component;
A second station for applying the second portion of the sealant to a substrate of a second fuel cell component;
A third station for closely juxtaposing and aligning the substrates of the first and second fuel cell components;
A curing station for curing the sealant and bonding the first and second fuel cell components together. 前記開始剤が化学線開始剤であり、さらに前記シーラントが化学線によって硬化される、請求項３５に記載のシステム。   36. The system of claim 35, wherein the initiator is an actinic radiation initiator and the sealant is cured by actinic radiation. 前記重合可能な材料が、重合可能なモノマー、オリゴマー、テレケリックポリマー、官能性ポリマーおよびこれらの組合せからなる群から選択され、さらに前記重合可能な材料が、エポキシ、アリル、ビニル、（メタ）アクリレート、イミド、アミド、ウレタンおよびこれらの組合せからなる群から選択される官能基を含む、請求項３６に記載のシステム。   The polymerizable material is selected from the group consisting of polymerizable monomers, oligomers, telechelic polymers, functional polymers and combinations thereof, and the polymerizable material is epoxy, allyl, vinyl, (meth) acrylate 38. The system of claim 36, comprising a functional group selected from the group consisting of amide, imide, amide, urethane, and combinations thereof. 燃料電池部品を封止するための硬化性組成物であって、
分岐ポリイソブチレンオリゴマー骨格、ペンダントアルケニルまたは末端に実質的にはアルケニルもしくはアリル基がない他の官能基を有する直鎖または分岐ポリイソブチレン、分岐オリゴマー骨格を有するアルケニル終端炭化水素オリゴマー、ポリイソブチレンと別のモノマーまたはポリマーとのコポリマー、Ｓｉ−ＣＨ３ペンダントまたは末端基を有する直鎖または分岐ポリイソブチレンポリマーまたはコポリマー組成物、脂環式エポキシド末端基を有する直鎖または分岐ポリイソブチレンポリマーまたはコポリマー組成物、ビニルエーテル末端基を有する直鎖または分岐ポリイソブチレンポリマーまたはコポリマー組成物、ならびにこれらの組合せからなる群から選択される重合可能なオリゴマーと、
多官能性アルケニルモノマーと、
少なくとも約２つの水素化ケイ素官能基を有するシリル硬化剤と、
ヒドロシリル化触媒と、
過酸化物開始剤または架橋剤とを含む硬化性組成物。 A curable composition for sealing a fuel cell component,
Branched polyisobutylene oligomer backbone, pendant alkenyl or linear or branched polyisobutylene having other functional groups substantially free of alkenyl or allyl groups at the end, alkenyl terminated hydrocarbon oligomer having branched oligomer backbone, different from polyisobutylene copolymers of the monomers or polymers, linear or branched polyisobutylene polymer or copolymer composition having a Si-CH 3 pendant or terminal groups, linear or branched polyisobutylene polymer or copolymer composition having an alicyclic epoxide end groups, vinyl ether A polymerizable oligomer selected from the group consisting of linear or branched polyisobutylene polymer or copolymer compositions having end groups, and combinations thereof;
A polyfunctional alkenyl monomer;
A silyl curing agent having at least about two silicon hydride functional groups;
A hydrosilylation catalyst;
A curable composition comprising a peroxide initiator or a crosslinking agent. 合わせ面を有する第１の電気化学電池部品と、
前記第１の電気化学電池部品の前記合わせ面の上に配置された硬化シーラント組成物であって、
分岐ポリイソブチレンオリゴマー骨格、ペンダントアルケニルまたは末端に実質的にはアルケニルもしくはアリル基がない他の官能基を有する直鎖または分岐ポリイソブチレン、分岐オリゴマー骨格を有するアルケニル終端炭化水素オリゴマー、ポリイソブチレンと別のモノマーまたはポリマーとのコポリマー、Ｓｉ−ＣＨ３ペンダントまたは末端基を有する直鎖または分岐ポリイソブチレンポリマーまたはコポリマー組成物、脂環式エポキシド末端基を有する直鎖または分岐ポリイソブチレンポリマーまたはコポリマー組成物、ビニルエーテル末端基を有する直鎖または分岐ポリイソブチレンポリマーまたはコポリマー組成物、ならびにこれらの組合せからなる群から選択される重合可能なオリゴマー、
多官能性アルケニルモノマー、
少なくとも約２つの水素化ケイ素官能基を有するシリル硬化剤、
ヒドロシリル化触媒、および
過酸化物開始剤または架橋剤、
を含む硬化シーラント組成物と、
その場所でシールを提供する前記硬化シーラント組成物の上に当接して配置された合わせ面を有する第２の電気化学電池部品と
を備える電気化学電池。 A first electrochemical cell component having a mating surface;
A cured sealant composition disposed on the mating surface of the first electrochemical cell component, comprising:
Branched polyisobutylene oligomer backbone, pendant alkenyl or linear or branched polyisobutylene having other functional groups substantially free of alkenyl or allyl groups at the end, alkenyl terminated hydrocarbon oligomer having branched oligomer backbone, different from polyisobutylene copolymers of the monomers or polymers, linear or branched polyisobutylene polymer or copolymer composition having a Si-CH 3 pendant or terminal groups, linear or branched polyisobutylene polymer or copolymer composition having an alicyclic epoxide end groups, vinyl ether A polymerizable oligomer selected from the group consisting of linear or branched polyisobutylene polymer or copolymer compositions having end groups, and combinations thereof;
Multifunctional alkenyl monomers,
A silyl curing agent having at least about two silicon hydride functional groups;
A hydrosilylation catalyst, and a peroxide initiator or crosslinker,
A cured sealant composition comprising:
An electrochemical cell comprising: a second electrochemical cell component having a mating surface disposed abutting over the cured sealant composition that provides a seal in place; 前記硬化した組成物が、前記第１の電池の前記合わせ面に接着接合し、さらに前記硬化シーラント組成物が、前記第２の燃料電池の前記合わせ面に接着接合している、請求項３９に記載の電池。   40. The cured composition of claim 39, wherein the cured composition is adhesively bonded to the mating surface of the first battery, and the cured sealant composition is adhesively bonded to the mating surface of the second fuel cell. The battery described. 前記硬化した組成物が、前記第１の電池の前記合わせ面に接着接合し、さらに前記硬化シーラント組成物が、前記第２の燃料電池の前記合わせ面には接着接合しない、請求項３９に記載の電池。   40. The cured composition of claim 39, wherein the cured composition is adhesively bonded to the mating surface of the first battery, and further, the cured sealant composition is not adhesively bonded to the mating surface of the second fuel cell. Battery. 前記第１の電池部品が、カソード流れ場プレート、アノード流れ場プレート、樹脂フレーム、ガス拡散層、アノード触媒層、カソード触媒層、膜電解質、膜電極アセンブリフレームおよびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項３９に記載の電池。   The first battery component is selected from the group consisting of a cathode flow field plate, an anode flow field plate, a resin frame, a gas diffusion layer, an anode catalyst layer, a cathode catalyst layer, a membrane electrolyte, a membrane electrode assembly frame, and combinations thereof. 40. The battery of claim 39. 前記第２の電池部品は、前記第１の電池部品と異なることを条件に、カソード流れ場プレート、アノード流れ場プレート、樹脂フレーム、ガス拡散層、アノード触媒層、カソード触媒層、膜電解質、膜電極アセンブリフレームおよびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項３９に記載の電池。   The second battery component is different from the first battery component on the condition that the cathode flow field plate, the anode flow field plate, the resin frame, the gas diffusion layer, the anode catalyst layer, the cathode catalyst layer, the membrane electrolyte, and the membrane 40. The battery of claim 39, selected from the group consisting of an electrode assembly frame and combinations thereof. 前記電気化学電池が燃料電池である、請求項３９に記載の電池。
40. The battery of claim 39, wherein the electrochemical cell is a fuel cell.
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