JP2021157872A - Sub gasket, fuel cell, and method for inspecting the same - Google Patents

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Abstract

To easily inspect gas leakage.SOLUTION: There is provided a sub gasket (5) provided to a fuel gas (10). A plurality of gas storage bodies (60) are provided on the surface or interior of the sub gasket (5). The gas storage bodies (60) absorb gas and store the gas in the interior, and release the stored gas when energy is applied thereto.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、サブガスケット、燃料電池及びその検査方法に関する。 The present invention relates to a sub-gasket, a fuel cell, and an inspection method thereof.

燃料電池の膜電極接合体の端部には、サブガスケットが設けられることがある。サブガスケットは、膜電極接合体（ＭＥＡ）の両側に配置されるセパレータと接触して燃料電池内部を封止し、燃料ガスの外部へのガス漏れを防ぐ役割を有する（例えば、特許文献１参照）。 A sub-gasket may be provided at the end of the membrane electrode assembly of the fuel cell. The sub-cascade has a role of sealing the inside of the fuel cell in contact with separators arranged on both sides of the membrane electrode assembly (MEA) and preventing gas leakage to the outside of the fuel gas (see, for example, Patent Document 1). ).

特開２０１８−１８１６０４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-181604

燃料電池の製造時、ガス漏れがないか、封止性の検査が行われる。検査には、検査用のガスを供給する設備を配置する必要があるため、通常、製造ラインとは別のライン上で検査が実施される。そのため、検査用のラインのスペースや、燃料電池を別ラインへ移動させる時間が必要であった。 During the manufacture of fuel cells, sealability is inspected for gas leaks. Since it is necessary to install equipment for supplying inspection gas for inspection, the inspection is usually carried out on a line different from the production line. Therefore, space for the inspection line and time to move the fuel cell to another line were required.

本発明は、ガス漏れを容易に検査することを目的とする。 An object of the present invention is to easily inspect a gas leak.

本発明の一態様は、燃料電池（１０）が備えるサブガスケット（５）であって、前記サブガスケット（５）の表面又は内部に複数のガス貯蔵体（６０）を備え、前記ガス貯蔵体（６０）は、ガスを貯蔵し、エネルギーが付与されると前記貯蔵したガスを放出するサブガスケット（５）。 One aspect of the present invention is a sub-gasket (5) included in a fuel cell (10), wherein a plurality of gas storage bodies (60) are provided on the surface or inside of the sub-gasket (5), and the gas storage body ( 60) is a sub-gasket (5) that stores gas and releases the stored gas when energy is applied.

本発明の他の一態様は、サブガスケット（５）を備える燃料電池（１０）であって、前記サブガスケット（５）の表面又は内部にガス貯蔵体（６０）と、を備え、前記ガス貯蔵体（６０）は、ガスを貯蔵し、エネルギーが付与されると前記貯蔵したガスを放出する燃料電池（１０）。 Another aspect of the present invention is a fuel cell (10) provided with a sub-jaxlet (5), the gas storage body (60) provided with a gas storage body (60) on the surface or inside of the sub-gastaker (5). The body (60) is a fuel cell (10) that stores gas and releases the stored gas when energy is applied.

本発明の他の一態様は、サブガスケット（５）を備える燃料電池（１０）の検査方法であって、前記サブガスケット（５）は、表面又は内部に、ガスを貯蔵する複数のガス貯蔵体（６０）を備え、前記ガス貯蔵体（６０）にエネルギーを付与し、前記ガス貯蔵体（６０）が貯蔵するガスを放出させるステップと、前記放出されたガスのガス濃度を検出するステップと、前記ガス濃度に応じて、前記燃料電池（１０）のガス漏れを検出するステップと、を含む燃料電池（１０）の検査方法。 Another aspect of the present invention is a method for inspecting a fuel cell (10) provided with a sub-gastaker (5), wherein the sub-gastaker (5) is a plurality of gas storage bodies that store gas on the surface or inside. (60), a step of applying energy to the gas storage body (60) to release the gas stored by the gas storage body (60), a step of detecting the gas concentration of the released gas, and a step of detecting the gas concentration of the released gas. A method for inspecting a fuel cell (10), comprising a step of detecting a gas leak in the fuel cell (10) according to the gas concentration.

本発明によれば、ガス漏れを容易に検査することができる。 According to the present invention, gas leaks can be easily inspected.

本実施形態の燃料電池の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the fuel cell of this embodiment. ガス貯蔵体の配置例を示す拡大断面図である。It is an enlarged cross-sectional view which shows the arrangement example of a gas storage body. 燃料電池の製造過程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of a fuel cell. 検査装置の構成を示す内部透視図である。It is an internal perspective view which shows the structure of an inspection apparatus. ガスを放出するガス貯蔵体を示す拡大断面図である。It is an enlarged cross-sectional view which shows the gas storage body which releases a gas. ガス貯蔵体の他の配置例を示す拡大断面図である。It is an enlarged sectional view which shows the other arrangement example of a gas storage body.

以下、本発明のサブガスケット、燃料電池及びその検査方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。以下に説明する構成は、本発明の一例（代表例）であり、これに限定されない。 Hereinafter, embodiments of the sub-gasket, the fuel cell, and the inspection method thereof of the present invention will be described with reference to the drawings. The configuration described below is an example (representative example) of the present invention, and is not limited thereto.

図１は、本発明の一実施形態の燃料電池１０の構成を示す。
図１に示すように、燃料電池１０は、膜電極接合体３（以下、Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ，ＭＥＡと呼ぶ場合がある。）、１対のセパレータ４、サブガスケット５及びシール材７を備える。ＭＥＡ３は、電解質膜１及び１対の電極２を備える。電解質膜１の両側にはそれぞれ電極２及びセパレータ４が積層されている。図中、ｚ方向は積層方向を表す。ｘ方向及びｙ方向は、ｚ方向に直交する面内において互いに直交する方向である。 FIG. 1 shows the configuration of the fuel cell 10 according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the fuel cell 10 includes a membrane electrode assembly 3 (hereinafter, may be referred to as a Membrane Electrode Assembly, MEA), a pair of separators 4, a sub-gasket 5, and a sealing material 7. The MEA 3 includes an electrolyte membrane 1 and a pair of electrodes 2. Electrodes 2 and separators 4 are laminated on both sides of the electrolyte membrane 1, respectively. In the figure, the z direction represents the stacking direction. The x-direction and the y-direction are directions orthogonal to each other in a plane orthogonal to the z-direction.

電解質膜１は、イオン伝導性の高分子電解質の膜である。電解質膜１としては、例えばナフィオン（登録商標）、フレミオン（登録商標）、アシプレックス（登録商標）、アクイヴィオン（登録商標）等のパーフルオロスルホン酸ポリマー；スルホン化ポリエーテルエーテルケトン（ＳＰＥＥＫ）、スルホン化ポリイミド等の芳香族系ポリマー；ポリビニルスルホン酸、ポリビニルリン酸等の脂肪族系ポリマー等が挙げられる。 The electrolyte membrane 1 is an ionic conductive polymer electrolyte membrane. Examples of the electrolyte membrane 1 include perfluorosulfonic acid polymers such as Nafion (registered trademark), Flemion (registered trademark), Aciplex (registered trademark), and Aquivion (registered trademark); sulfonated polyether ether ketone (SPEEK), sulfone. Aromatic polymers such as polyimide chemicals; aliphatic polymers such as polyvinyl sulfonic acid and polyvinyl phosphoric acid can be mentioned.

電解質膜１は、耐久性向上の観点から、多孔質基材１ａに高分子電解質を含浸させた複合膜であってもよい。多孔質基材１ａとしては、高分子電解質を担持できるのであれば特に限定されず、多孔質、織布状、不織布状、フィブリル状等の膜を用いることができる。多孔質基材１ａの材料としても特に限定されないが、イオン伝導性を高める観点から、上述したような高分子電解質を用いることができる。なかでも、フッ素系ポリマーであるポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン等は、強度及び形状安定性に優れる。 The electrolyte membrane 1 may be a composite membrane in which a porous base material 1a is impregnated with a polymer electrolyte from the viewpoint of improving durability. The porous base material 1a is not particularly limited as long as it can support a polymer electrolyte, and a porous, woven cloth-like, non-woven fabric-like, or fibril-like film can be used. The material of the porous base material 1a is not particularly limited, but a polymer electrolyte as described above can be used from the viewpoint of enhancing ionic conductivity. Among them, the fluoropolymers such as polytetrafluoroethylene, polytetrafluoroethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer, and polychlorotrifluoroethylene are excellent in strength and shape stability.

１対の電極２のうち、一方の電極２はアノードであり、燃料極とも呼ばれる。他方の電極２はカソードであり、空気極とも呼ばれる。燃料ガスとして、アノードには水素ガスが供給され、カソードには酸素ガスを含む空気が供給される。 Of the pair of electrodes 2, one electrode 2 is an anode and is also called a fuel electrode. The other electrode 2 is a cathode and is also called an air electrode. As a fuel gas, hydrogen gas is supplied to the anode and air containing oxygen gas is supplied to the cathode.

アノードでは、水素ガス（Ｈ２）が供給され、当該水素ガス（Ｈ２）から電子（ｅ−）とプロトン（Ｈ＋）を生成する反応が生じる。電子は、図示しない外部回路を経由してカソードへ移動する。この電子の移動により外部回路では電流が発生する。プロトンは電解質膜１を経由してカソードへ移動する。 At the anode, hydrogen gas (H 2 ) is supplied, and a reaction that produces electrons (e − ) and protons (H + ) from the hydrogen gas (H 2) occurs. The electrons move to the cathode via an external circuit (not shown). This movement of electrons generates an electric current in the external circuit. Protons move to the cathode via the electrolyte membrane 1.

カソードでは、酸素ガス（Ｏ２）が供給され、外部回路から移動してきた電子により酸素イオン（Ｏ２ −）が生成される。酸素イオンは、電解質膜１から移動してきたプロトン（２Ｈ＋）と結合して、水（Ｈ２Ｏ）になる。 Oxygen gas (O 2 ) is supplied to the cathode, and oxygen ions (O 2 − ) are generated by electrons moving from an external circuit. Oxygen ions combine with protons having moved from the electrolyte membrane 1 (2H +), it becomes water (H 2 O).

電極２は、触媒層２１を備える。本実施形態の電極２は、燃料ガスの拡散性向上のため、さらにガス拡散層２２を備える。 The electrode 2 includes a catalyst layer 21. The electrode 2 of the present embodiment further includes a gas diffusion layer 22 in order to improve the diffusibility of the fuel gas.

触媒層２１は、触媒によって水素ガス及び酸素ガスの反応を促進する。触媒層２１は、触媒と、触媒を担持する担体及びこれらを被覆するアイオノマーを含む。
触媒としては、例えば白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）等の金属、これら金属の混合物、合金等が挙げられる。なかでも、触媒活性、一酸化炭素に対する耐被毒性、耐熱性等の観点から、白金、白金を含む混合物、合金等が好ましい。 The catalyst layer 21 promotes the reaction of hydrogen gas and oxygen gas by the catalyst. The catalyst layer 21 includes a catalyst, a carrier that supports the catalyst, and an ionomer that coats the catalyst.
Examples of the catalyst include metals such as platinum (Pt), ruthenium (Ru), iridium (Ir), rhodium (Rh), palladium (Pd), and tungsten (W), mixtures of these metals, alloys, and the like. Among them, platinum, a mixture containing platinum, an alloy and the like are preferable from the viewpoints of catalytic activity, toxicity to carbon monoxide, heat resistance and the like.

担体としてはメソポーラスカーボン、Ｐｔブラック等の細孔を有する導電性の多孔性金属化合物が挙げられる。分散性が良好で表面積が大きく、触媒の担持量が多い場合でも高温での粒子成長が少ない観点からは、メソポーラスカーボンが好ましい。
アイオノマーとしては、電解質膜１と同様のイオン伝導性の高分子電解質を使用することができる。 Examples of the carrier include conductive porous metal compounds having pores such as mesoporous carbon and Pt black. Mesoporous carbon is preferable from the viewpoint of good dispersibility, large surface area, and small particle growth at high temperature even when the amount of catalyst supported is large.
As the ionomer, a polymer electrolyte having ionic conductivity similar to that of the electrolyte membrane 1 can be used.

ガス拡散層２２は、供給された燃料ガスを触媒層２１に均一に拡散することができる。ガス拡散層２２としては、例えば導電性、ガス透過性及びガス拡散性を有するカーボン繊維等の多孔性繊維シートの他、発泡金属、エキスパンドメタル等の金属板等を用いることができる。 The gas diffusion layer 22 can uniformly diffuse the supplied fuel gas into the catalyst layer 21. As the gas diffusion layer 22, for example, in addition to a porous fiber sheet such as carbon fiber having conductivity, gas permeability and gas diffusivity, a metal plate such as foamed metal or expanded metal can be used.

セパレータ４は、複数のリブ４ｂが表面に設けられたプレートであり、バイポーラプレートとも呼ばれる。各リブ４ｂによってセパレータ４の表面に凹部４ａが設けられる。凹部４ａは、セパレータ４とＭＥＡ３との間に燃料ガスの流路を形成する。この流路は、燃料ガスの反応によって生じた水の排出路でもある。 The separator 4 is a plate on which a plurality of ribs 4b are provided on the surface, and is also called a bipolar plate. Each rib 4b provides a recess 4a on the surface of the separator 4. The recess 4a forms a fuel gas flow path between the separator 4 and the MEA3. This flow path is also a water discharge path generated by the reaction of fuel gas.

セパレータ４の材料としては、例えばカーボンの他、ステンレス鋼等の金属が用いられる。 As the material of the separator 4, for example, in addition to carbon, a metal such as stainless steel is used.

サブガスケット５は、ＭＥＡ３の端部に設けられるフィルム又はプレートである。具体的には、触媒層２１よりも外周側の電解質膜１の端部を挟むように、２つのフレーム状のサブガスケット５が設けられる。このようなサブガスケット５は、ＭＥＡ３の支持体又は端部の保護部材として機能する。また、サブガスケット５は、外周縁部においてセパレータ４と当接し、燃料電池１０内部のガスを封止する。 The sub-gasket 5 is a film or plate provided at the end of the MEA3. Specifically, two frame-shaped sub-gaskets 5 are provided so as to sandwich the end portion of the electrolyte membrane 1 on the outer peripheral side of the catalyst layer 21. Such a sub-gasket 5 functions as a support or a protective member for the end of the MEA3. Further, the sub-gasket 5 comes into contact with the separator 4 at the outer peripheral edge portion to seal the gas inside the fuel cell 10.

サブガスケット５の材料としては、導電性が低い樹脂を用いることができる。樹脂材料としては特に限定されず、例えばポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ガラス入りポリプロピレン（ＰＰ−Ｇ）、ポリスチレン（ＰＳ）、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂等が挙げられる。 As the material of the sub-gasket 5, a resin having low conductivity can be used. The resin material is not particularly limited, and examples thereof include polyphenylene sulfide (PPS), polypropylene-containing polypropylene (PP-G), polystyrene (PS), silicone resin, and fluororesin.

シール材７は、サブガスケット５とセパレータ４の間に配置される。サブガスケット５とセパレータ４とは、シール材７を介して当接する。シール材７により、燃料電池１０のガスの封止性を高めることができる。シール材７としては、エラストマー材料等を使用できる。 The sealing material 7 is arranged between the sub-gasket 5 and the separator 4. The sub-gasket 5 and the separator 4 come into contact with each other via the sealing material 7. The sealing material 7 can improve the gas sealing property of the fuel cell 10. As the sealing material 7, an elastomer material or the like can be used.

（ガス貯蔵体）
燃料電池１０は、サブガスケット５の内部又は表面に複数のガス貯蔵体６０を備える。
図２は、サブガスケット５の内部及び表面に配置されたガス貯蔵体６０の配置例を示す拡大断面図である。 (Gas storage)
The fuel cell 10 includes a plurality of gas storage bodies 60 inside or on the surface of the sub-gasket 5.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing an arrangement example of the gas storage body 60 arranged inside and on the surface of the sub-gasket 5.

ガス貯蔵体６０は、ガスを貯蔵し、エネルギーが付与されると貯蔵したガスを放出する。ガス放出のためのエネルギーは、例えば赤外線の照射、加熱等により付与することができる。 The gas storage body 60 stores gas and releases the stored gas when energy is applied. Energy for outgassing can be imparted, for example, by irradiation with infrared rays, heating, or the like.

ガス貯蔵体６０からガスを放出することにより、燃料電池１０の封止性の検査を行うことができる。燃料電池１０に検査用のガスを供給する必要がなく、燃料電池１０の製造ライン上で検査を容易に行うことができる。検査用の別ラインのスペースやガスの供給設備が不要であり、別ラインへ燃料電池１０を移す時間も削減できるため、製造コストを削減することが可能である。 By releasing the gas from the gas storage body 60, the sealing property of the fuel cell 10 can be inspected. It is not necessary to supply the fuel cell 10 with the gas for inspection, and the inspection can be easily performed on the production line of the fuel cell 10. Since the space for another line for inspection and the gas supply equipment are not required, and the time for transferring the fuel cell 10 to another line can be reduced, the manufacturing cost can be reduced.

ガス貯蔵体６０が貯蔵するガスは特に限定されず、例えば水素ガス、酸素ガス、窒素ガス、炭酸ガス等であってもよい。また、検出できるガスであれば、水蒸気であってもよいし、空気であってもよい。検査時の安全性を高める観点からは、可燃性ガスよりは非可燃性ガスを使用できる。 The gas stored in the gas storage body 60 is not particularly limited, and may be, for example, hydrogen gas, oxygen gas, nitrogen gas, carbon dioxide gas, or the like. Further, as long as it is a detectable gas, it may be water vapor or air. From the viewpoint of enhancing safety during inspection, non-flammable gas can be used rather than flammable gas.

ガス貯蔵体６０が貯蔵するガスは、アノード側のガス貯蔵体６０とカソード側のガス貯蔵体６０とで異なっていてもよい。例えば、供給される燃料ガスと同様に、アノード側のガス貯蔵体６０が水素ガスを貯蔵し、カソード側のガス貯蔵体６０が酸素ガスを貯蔵してもよい。ガス貯蔵体６０が貯蔵するガスは、発電時の化学反応への影響が少ない、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性ガスであってもよい。 The gas stored in the gas storage body 60 may be different between the gas storage body 60 on the anode side and the gas storage body 60 on the cathode side. For example, the gas reservoir 60 on the anode side may store the hydrogen gas and the gas reservoir 60 on the cathode side may store the oxygen gas, as in the case of the supplied fuel gas. The gas stored in the gas storage body 60 may be an inert gas such as nitrogen gas, helium gas, or argon gas, which has little influence on the chemical reaction during power generation.

ガス貯蔵体６０としては、例えば多孔質ガラスビーズ、ガス吸蔵合金等を用いることができる。導電性等の物性に及ぼす影響を減らす観点から、多孔質ガラスビーズが好ましく、細孔の形成性の観点からは、ホウケイ酸ガラスビーズがより好ましい。特に、酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）がドープされたホウケイ酸ガラスビーズは、水素ガスの貯蔵に適している。 As the gas storage body 60, for example, porous glass beads, a gas storage alloy, or the like can be used. Porous glass beads are preferable from the viewpoint of reducing the influence on physical properties such as conductivity, and borosilicate glass beads are more preferable from the viewpoint of pore formation. In particular, borosilicate glass beads doped with iron oxide (Fe 3 O 4 ) are suitable for storing hydrogen gas.

水素ガスを貯蔵した多孔質ガラスビーズは、例えばホウケイ酸又はアルミナホウケイ酸等のガラスフリットを、必要に応じて０．１〜１０質量％の酸化鉄を配合して熱し、５００〜７００℃の温度下で溶融した状態で水素雰囲気にして急冷し、粒子状に成形することで形成することができる。水素ガスを吸蔵した多孔質ガラスビーズは、例えばDouglas B.Rapp, James E.Shelby, “Photo-Induced Hydrogen outgassing of glass,Journal of Non Crystalline Solids”, 349(2004)pp.254-259等を参照できる。 For the porous glass beads storing hydrogen gas, for example, glass frit such as borosilicate or alumina borosilicate is mixed with 0.1 to 10% by mass of iron oxide and heated, and the temperature is 500 to 700 ° C. It can be formed by forming it into particles by quenching it in a hydrogen atmosphere in a molten state below. For porous glass beads that have occluded hydrogen gas, see, for example, Douglas B.Rapp, James E. Shelby, “Photo-Induced Hydrogen outgassing of glass, Journal of Non Crystalline Solids”, 349 (2004) pp.254-259, etc. can.

ガス貯蔵体６０のサイズは、ガスの貯蔵量に応じて設定すればよいが、多孔質ガラスビーズの場合、その粒径は例えば０．１〜１０００μｍとすることができる。 The size of the gas storage body 60 may be set according to the amount of gas stored, but in the case of porous glass beads, the particle size thereof can be, for example, 0.1 to 1000 μm.

ガス貯蔵体６０の配合量は、検査に必要なガスを放出できるように、ガス貯蔵体６０のガス吸蔵量と、サブガスケット５の表面積又は体積とに応じて、決定すればよい。 The blending amount of the gas storage body 60 may be determined according to the gas storage amount of the gas storage body 60 and the surface area or volume of the sub-gasket 5 so that the gas required for the inspection can be released.

複数のガス貯蔵体６０は、サブガスケット５の面内方向（ｘ−ｙ平面）の異なる位置に分散して配置されることが好ましい。これにより、均一にガスが放出されやすくなり、ガス漏れを検出しやすくなる。 It is preferable that the plurality of gas storage bodies 60 are dispersedly arranged at different positions in the in-plane direction (xy plane) of the sub-gasket 5. This makes it easier for the gas to be released uniformly and makes it easier to detect gas leaks.

内部にガス貯蔵体６０を有するサブガスケット５は、例えばサブガスケット５の樹脂組成物中にガスを貯蔵させたガス貯蔵体６０を混合し、この樹脂組成物を用いて溶融キャスト法によりフィルム成形した後、低温乾燥することで得ることができる。また、サブガスケット５は、サブガスケット５の樹脂組成物中にガスを吸蔵する前のガス貯蔵体６０を混合して溶融押出した後、ガスを吸蔵させることによっても形成することができる。表面上にガス貯蔵体６０を有するサブガスケット５は、例えばガス貯蔵体６０を含むインクをサブガスケット５の表面上に塗布することにより形成することができる。ガス貯蔵体６０の位置を固定する観点から、インクはバインダー樹脂を含むことができる。また、ガス貯蔵体６０をサブガスケット５の面内方向（ｘ−ｙ平面）に均一に分散させる観点から、インクは分散剤を含むことができる。 For the sub-gasket 5 having the gas storage body 60 inside, for example, the gas storage body 60 in which the gas was stored was mixed in the resin composition of the sub-gasket 5, and the resin composition was used to form a film by a melt casting method. After that, it can be obtained by drying at low temperature. The sub-gasket 5 can also be formed by mixing the gas storage body 60 before occluding the gas with the resin composition of the sub-gasket 5, melt-extruding the gas, and then occluding the gas. The sub-gasket 5 having the gas storage body 60 on the surface can be formed, for example, by applying ink containing the gas storage body 60 on the surface of the sub-gasket 5. From the viewpoint of fixing the position of the gas storage body 60, the ink may contain a binder resin. Further, from the viewpoint of uniformly dispersing the gas storage body 60 in the in-plane direction (xy plane) of the sub-gasket 5, the ink can contain a dispersant.

（燃料電池の製造方法）
図３は、燃料電池１０の製造過程を示すフローチャートである。以下の例では、ＭＥＡ３がロール・トゥ・ロール方式により製造される。 (Fuel cell manufacturing method)
FIG. 3 is a flowchart showing the manufacturing process of the fuel cell 10. In the following example, MEA3 is manufactured by the roll-to-roll method.

まずロール状の多孔質基材１ａのシートが巻き出される。巻き出された多孔質基材１ａに高分子電解質を含浸させることにより電解質膜１が形成される（ステップＳ１）。この電解質膜１の両面に触媒層２１の材料を含むインクが塗布され、必要に応じて乾燥されて、触媒層２１が形成される（ステップＳ２）。 First, a roll-shaped sheet of the porous base material 1a is unwound. The electrolyte membrane 1 is formed by impregnating the unwound porous base material 1a with a polymer electrolyte (step S1). Ink containing the material of the catalyst layer 21 is applied to both surfaces of the electrolyte membrane 1 and dried if necessary to form the catalyst layer 21 (step S2).

次いで、触媒層２１を有する電解質膜１の端部にサブガスケット５が配置され、熱プレス等の加熱及び加温によって、電解質膜１とサブガスケット５が接合される（ステップＳ３）。さらに、電解質膜１の両側に、つまり触媒層２１上にガス拡散層用シートが配置され、ガス拡散層２２が形成される（ステップＳ４）。 Next, the sub-gasket 5 is arranged at the end of the electrolyte membrane 1 having the catalyst layer 21, and the electrolyte membrane 1 and the sub-gasket 5 are joined by heating and heating by a hot press or the like (step S3). Further, the gas diffusion layer sheet is arranged on both sides of the electrolyte membrane 1, that is, on the catalyst layer 21, and the gas diffusion layer 22 is formed (step S4).

ガス拡散層２２まで積層されたシートは所定サイズに裁断される（ステップＳ５）。裁断されたシートはベルトコンベアー等により搬送されて、その両側にセパレータ４が配置される（ステップＳ６）。これにより、セパレータ４／ガス拡散層２２／触媒層２１／サブガスケット５が設けられた電解質膜１／触媒層２１／ガス拡散層２２／セパレータ４の順に積層された燃料電池１０が製造される。 The sheet laminated up to the gas diffusion layer 22 is cut to a predetermined size (step S5). The cut sheet is conveyed by a belt conveyor or the like, and separators 4 are arranged on both sides thereof (step S6). As a result, the fuel cell 10 in which the electrolyte membrane 1 / the catalyst layer 21 / the gas diffusion layer 22 / the separator 4 provided with the separator 4 / the gas diffusion layer 22 / the catalyst layer 21 / the sub gasket 5 is laminated in this order is manufactured.

製造された燃料電池１０はさらに検査装置へ搬送される。検査装置では、ガスの封止性の検査が行われる（ステップＳ７）。 The manufactured fuel cell 10 is further transported to the inspection device. In the inspection device, the gas sealing property is inspected (step S7).

図４は、検査装置５０の内部を搬送方向から示す内部透視図である。
検査装置５０は、制御部５１、エネルギー付与部５２及びセンサー５３を備える。エネルギー付与部５２及びセンサー５３は、チャンバー５４内に配置される。チャンバー５４は開放されていてもよいが、ガスの検出精度を高める観点から封止されてもよい。例えば、燃料電池１０の搬送口を開閉可能なシャッターを備えるチャンバー５４であれば、燃料電池１０の搬送後、チャンバー５４内を封止することができる。 FIG. 4 is an internal perspective view showing the inside of the inspection device 50 from the transport direction.
The inspection device 50 includes a control unit 51, an energy application unit 52, and a sensor 53. The energy applying unit 52 and the sensor 53 are arranged in the chamber 54. The chamber 54 may be open, but may be sealed from the viewpoint of improving the gas detection accuracy. For example, if the chamber 54 is provided with a shutter that can open and close the transport port of the fuel cell 10, the inside of the chamber 54 can be sealed after the fuel cell 10 is transported.

エネルギー付与部５２は、例えば赤外線ランプ、紫外線ランプ等の光源、又は熱源等である。エネルギー付与部５２によりエネルギーが燃料電池１０に付与されると、サブガスケット５の内部又は表面のガス貯蔵体６０からガスが放出される。センサー５３は、燃料電池１０周辺に配置されて、ガス濃度を検出する。 The energy applying unit 52 is, for example, a light source such as an infrared lamp or an ultraviolet lamp, a heat source, or the like. When energy is applied to the fuel cell 10 by the energy applying unit 52, gas is released from the gas storage 60 inside or on the surface of the sub-gasket 5. The sensor 53 is arranged around the fuel cell 10 to detect the gas concentration.

図５は、ガスを放出するガス貯蔵体６０を示す拡大断面図である。
封止性が十分でない場合、例えばサブガスケット５にクラック、ピンホール等の欠陥が発生している場合、サブガスケット５の内部のガス貯蔵体６０から放出されたガスが欠陥を介して燃料電池１０の外部へ漏れ出る。そのため、センサー５３によって高いガス濃度が検出される。一方、封止性が十分であり、サブガスケット５の欠陥もない場合、シール材７より内周側に位置するガス貯蔵体６０から放出されたガスは、燃料電池１０の内部に封止され、外部には漏れ出ない。また、サブガスケット５の内部のガス貯蔵体６０のガスもサブガスケット５の外部に漏れ出ない。 FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a gas storage body 60 that releases gas.
If the sealing property is not sufficient, for example, if the sub-gasket 5 has defects such as cracks and pinholes, the gas released from the gas storage 60 inside the sub-gasket 5 passes through the defects to the fuel cell 10. Leaks out of. Therefore, the sensor 53 detects a high gas concentration. On the other hand, when the sealing property is sufficient and there is no defect in the sub-gasket 5, the gas released from the gas storage body 60 located on the inner peripheral side of the sealing material 7 is sealed inside the fuel cell 10. It does not leak to the outside. Further, the gas in the gas storage body 60 inside the sub-gasket 5 does not leak to the outside of the sub-gasket 5.

なお、サブガスケット５の表面においてシール材７よりも外周側に位置するガス貯蔵体６０からのガスは、燃料電池１０の外部に流出する。そのため、封止性が十分である場合であってもセンサー５３によりガスは検出されるが、シール材７よりも内周側に比べて外周側のガス貯蔵体６０の数は少なく、そのガス量は微量である。よって、制御部５１は、検出されたガス濃度を閾値と比較し、閾値を超える場合はガス漏れが生じていると判断する。閾値は、ガス貯蔵体６０の配合量、ガス貯蔵体６０が貯蔵するガス量等から予め実験的に求めることができる。 The gas from the gas storage body 60 located on the outer peripheral side of the sealing material 7 on the surface of the sub-gasket 5 flows out to the outside of the fuel cell 10. Therefore, gas is detected by the sensor 53 even when the sealing property is sufficient, but the number of gas storage bodies 60 on the outer peripheral side is smaller than that on the inner peripheral side of the sealing material 7, and the amount of gas is small. Is a trace amount. Therefore, the control unit 51 compares the detected gas concentration with the threshold value, and if it exceeds the threshold value, determines that a gas leak has occurred. The threshold value can be experimentally obtained in advance from the blending amount of the gas storage body 60, the amount of gas stored in the gas storage body 60, and the like.

センサー５３としては、ガス濃度を検出できるのであれば特に限定されない。例えば、接触燃焼式、電気化学式等のセンサー５３が使用できる。接触燃焼式によれば、ガスとの接触による抵抗値の変化からガス濃度が検出される。電気化学式によれば、ガスとの接触により検出素子が酸化又は還元されて流れる電流量からガス濃度が検出される。 The sensor 53 is not particularly limited as long as it can detect the gas concentration. For example, a sensor 53 of a contact combustion type, an electrochemical type, or the like can be used. According to the contact combustion method, the gas concentration is detected from the change in the resistance value due to the contact with the gas. According to the electrochemical formula, the gas concentration is detected from the amount of current that flows when the detection element is oxidized or reduced by contact with the gas.

ガス漏れの位置に近いほどガス濃度が高くなるため、アクチュエータ等によってセンサー５３を移動させるか、複数のセンサー５３を異なる位置に配置し、複数の位置でガス濃度を検出するようにしてもよい。制御部５１は、ガス濃度が特に高い位置を特定してガス漏れの発生位置を予測することができる。 Since the gas concentration increases as the position is closer to the gas leak position, the sensor 53 may be moved by an actuator or the like, or a plurality of sensors 53 may be arranged at different positions to detect the gas concentration at a plurality of positions. The control unit 51 can specify a position where the gas concentration is particularly high and predict the position where the gas leak occurs.

以上のように、本実施形態によれば、サブガスケット５の表面又は内部のガス貯蔵体６０により、燃料電池１０の封止性の検査用のガスを放出できる。燃料電池１０に検査用のガスを供給する必要がなく、燃料電池１０の製造ライン上で検査を容易に行うことができる。 As described above, according to the present embodiment, the gas storage body 60 on the surface or inside of the sub-gasket 5 can release the gas for inspecting the sealing property of the fuel cell 10. It is not necessary to supply the fuel cell 10 with the gas for inspection, and the inspection can be easily performed on the production line of the fuel cell 10.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されない。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.

例えば、サブガスケット５として多層構造の樹脂フィルムを使用し、最表層にのみガス貯蔵体６０を配置するようにしてもよい。これにより、サブガスケット５の内部のガス貯蔵体６０を表面側に配置させることができ、ガス漏れ検出用のガスを効率的に放出することができる。 For example, a resin film having a multilayer structure may be used as the sub-gasket 5, and the gas storage body 60 may be arranged only on the outermost layer. As a result, the gas storage body 60 inside the sub-gasket 5 can be arranged on the surface side, and the gas for detecting a gas leak can be efficiently released.

また、サブガスケット５の表面上のガス貯蔵体６０をシール材７より内周側に配置させてもよい。これにより、シール材７より外周側において外部へ放出されるガス量を減らすことができる。ガス漏れが発生したときと発生していないときのガス濃度の差が大きくなるため、ガス漏れの検出精度が高まる。 Further, the gas storage body 60 on the surface of the sub-gasket 5 may be arranged on the inner peripheral side of the sealing material 7. As a result, the amount of gas released to the outside on the outer peripheral side of the sealing material 7 can be reduced. Since the difference in gas concentration between when a gas leak occurs and when it does not occur becomes large, the accuracy of detecting the gas leak is improved.

サブガスケット５の代わりに、セパレータ４の電解質膜１側の表面にガス貯蔵体６０を配置するようにしてもよい。この場合も上記と同様に、シール材７より内周側にガス貯蔵体６０を配置することにより、ガス漏れの検出精度が高まる。 Instead of the sub-gasket 5, the gas storage body 60 may be arranged on the surface of the separator 4 on the electrolyte membrane 1 side. In this case as well, by arranging the gas storage body 60 on the inner peripheral side of the sealing material 7 in the same manner as described above, the accuracy of detecting gas leakage is improved.

また、サブガスケット５とセパレータ４の両方にガス貯蔵体６０が配置されてもよい。
図６は、サブガスケット５とセパレータ４の両方に配置されたガス貯蔵体６０の例を示す拡大断面図である。 Further, the gas storage body 60 may be arranged on both the sub-gasket 5 and the separator 4.
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing an example of a gas storage body 60 arranged on both the sub-gasket 5 and the separator 4.

さらに、シール材７の表面又は内部にもガス貯蔵体６０が配置されてもよい。 Further, the gas storage body 60 may be arranged on the surface or inside of the sealing material 7.

上記実施形態ではガス濃度を検出したが、燃料電池１０の周辺のガス圧を検出し、その変化量によってガス漏れを検査する構成であってもよい。例えば、ガス貯蔵体６０が空気を吸蔵して放出し、そのガス圧の変化をセンサーによって検出してもよい。 In the above embodiment, the gas concentration is detected, but the gas pressure around the fuel cell 10 may be detected and a gas leak may be inspected based on the amount of change thereof. For example, the gas storage body 60 may occlude and release air, and the change in gas pressure thereof may be detected by a sensor.

１０・・・燃料電池、１・・・電解質膜、２・・・電極、２１・・・触媒層、２２・・・ガス拡散層、５・・・サブガスケット、６０・・・ガス貯蔵体、５０・・・検査装置 10 ... Fuel cell, 1 ... Electrolyte membrane, 2 ... Electrode, 21 ... Catalyst layer, 22 ... Gas diffusion layer, 5 ... Subgasket, 60 ... Gas storage, 50 ... Inspection device

Claims (7)

燃料電池（１０）が備えるサブガスケット（５）であって、
前記サブガスケット（５）の表面又は内部に複数のガス貯蔵体（６０）を備え、
前記ガス貯蔵体（６０）は、ガスを貯蔵し、エネルギーが付与されると前記貯蔵したガスを放出する
サブガスケット（５）。 A sub-gasket (5) included in the fuel cell (10).
A plurality of gas storage bodies (60) are provided on the surface or inside of the sub-gasket (5).
The gas storage body (60) is a sub-gasket (5) that stores gas and releases the stored gas when energy is applied. 前記ガス貯蔵体（６０）は、多孔質ガラスビーズである
請求項１に記載のサブガスケット（５）。 The sub-gasket (5) according to claim 1, wherein the gas storage body (60) is a porous glass bead. 前記複数のガス貯蔵体（６０）は、前記サブガスケット（５）の面内方向において異なる位置に配置される
請求項１又は２に記載のサブガスケット（５）。 The sub-gasket (5) according to claim 1 or 2, wherein the plurality of gas storage bodies (60) are arranged at different positions in the in-plane direction of the sub-gasket (5). サブガスケット（５）を備える燃料電池（１）であって、
前記サブガスケット（５）の表面又は内部にガス貯蔵体（６０）を備え、
前記ガス貯蔵体（６０）は、ガスを貯蔵し、エネルギーが付与されると前記貯蔵したガスを放出する
燃料電池（１０）。 A fuel cell (1) provided with a sub-gasket (5).
A gas storage body (60) is provided on the surface or inside of the sub-gasket (5).
The gas storage body (60) is a fuel cell (10) that stores gas and releases the stored gas when energy is applied. 膜電極接合体（３）と、
前記膜電極接合体（３）の両側に配置される１対のセパレータ（４）と、を備え、
前記ガス貯蔵体（６０）は、前記セパレータ（４）の前記膜電極接合体（３）側の表面上にさらに配置される
請求項４に記載の燃料電池（１０）。 Membrane electrode assembly (3) and
A pair of separators (4) arranged on both sides of the membrane electrode assembly (3) are provided.
The fuel cell (10) according to claim 4, wherein the gas storage body (60) is further arranged on the surface of the separator (4) on the membrane electrode assembly (3) side. 前記膜電極接合体（３）は、１対の電極（２）を備え、
前記１対の電極（２）のうち、アノード側の前記ガス貯蔵体（５）とカソード側の前記ガス貯蔵体（５）とで貯蔵するガスが異なる
請求項５に記載の燃料電池（１０）。 The membrane electrode assembly (3) includes a pair of electrodes (2).
The fuel cell (10) according to claim 5, wherein in the pair of electrodes (2), the gas stored in the gas storage (5) on the anode side and the gas storage (5) on the cathode side are different. .. サブガスケット（５）を備える燃料電池（１０）の検査方法であって、
前記サブガスケット（５）は、表面又は内部に、ガスを貯蔵する複数のガス貯蔵体（６０）を備え、
前記ガス貯蔵体（６０）にエネルギーを付与し、前記ガス貯蔵体（６０）が貯蔵するガスを放出させるステップと、
前記放出されたガスのガス濃度を検出するステップと、
前記ガス濃度に応じて、前記燃料電池（１０）のガス漏れを検出するステップと、を含む
燃料電池（１０）の検査方法。 A method for inspecting a fuel cell (10) provided with a sub-gasket (5).
The sub-gasket (5) includes a plurality of gas storage bodies (60) for storing gas on the surface or inside.
A step of applying energy to the gas storage body (60) and releasing the gas stored by the gas storage body (60).
The step of detecting the gas concentration of the released gas and
A method for inspecting a fuel cell (10), which comprises a step of detecting a gas leak in the fuel cell (10) according to the gas concentration.
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