JPH10189018A - Sealing method for solid macromolecule fuel cell - Google Patents
Sealing method for solid macromolecule fuel cellInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型燃料
電池のシール方法に関し、より具体的には固体高分子型
燃料電池の固体高分子電解質膜とパッキン（ガスケッ
ト）とのガスシールを容易且つ確実にし、固体高分子型
燃料電池の耐久性、安全性を格段に向上させることがで
きる固体高分子型燃料電池のシール方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for sealing a polymer electrolyte fuel cell, and more particularly, to a method for easily sealing a gas between a solid polymer electrolyte membrane and a packing (gasket) of a polymer electrolyte fuel cell. The present invention relates to a method for sealing a polymer electrolyte fuel cell, which can surely improve the durability and safety of the polymer electrolyte fuel cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】固体高分子型燃料電池はイオン伝導体、
すなわち電解質が固体で且つ高分子である点に特徴を有
するものであるが、その固体高分子電解質としては具体
的にはイオン交換樹脂膜等の膜が使用され、この高分子
電解質膜を挟んで負極（アノード）及び正極（カソー
ド）の両電極を配置し、例えば負極側に燃料としての水
素ガスを、また正極側には酸素又は空気を供給して電気
化学反応を起こさせることにより電気を発生させるもの
である。2. Description of the Related Art A polymer electrolyte fuel cell is an ionic conductor,
That is, although the electrolyte is characterized in that it is a solid and a polymer, specifically, a membrane such as an ion exchange resin membrane is used as the solid polymer electrolyte, and the polymer electrolyte membrane is interposed therebetween. A negative electrode (anode) and a positive electrode (cathode) are arranged. For example, hydrogen gas as fuel is supplied to the negative electrode side, and oxygen or air is supplied to the positive electrode side to generate electricity by causing an electrochemical reaction. It is to let.
【０００３】この電池には各種態様のものがあるが、図
１は、その原理ないしは一態様を説明するための概略図
である。図１中、１は高分子電解質膜、２はカソード電
極（正極）、３はアノード電極（負極）であり、高分子
電解質膜１は相対する正負両電極２、３間に配置されて
いる。また４はカソード電極側集電体、５はアノード電
極側集電体であり、それぞれ正負の電極２及び３に当接
されている。このうちカソード電極側集電体４の電極２
側には酸素又は空気供給用の溝が設けられ、同じくアノ
ード電極側集電体５の電極３側には水素供給用の溝が設
けられ、正極側集電体４の溝は酸素又は空気供給管６
に、また負極側集電体５の溝は水素供給管７に連通して
いる。There are various types of batteries, and FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the principle or one aspect. In FIG. 1, 1 is a polymer electrolyte membrane, 2 is a cathode electrode (positive electrode), 3 is an anode electrode (negative electrode), and the polymer electrolyte membrane 1 is disposed between the opposite positive and negative electrodes 2 and 3. Reference numeral 4 denotes a cathode-side current collector, and reference numeral 5 denotes an anode-side current collector, which are in contact with the positive and negative electrodes 2 and 3, respectively. Among them, the electrode 2 of the cathode electrode side current collector 4
A groove for supplying oxygen or air is provided on the side, a groove for supplying hydrogen is provided on the electrode 3 side of the anode-side current collector 5, and a groove for supplying oxygen or air is provided on the cathode 4. Tube 6
The groove of the negative electrode current collector 5 communicates with the hydrogen supply pipe 7.
【０００４】また、８は正極側集電体４に当接して設け
られたカソード端子板、９は負極側集電体５に当接して
設けられたアノード端子板であり、電池の作動中にこれ
らを通して電力が取り出される。１０は上部枠体すなわ
ち上部フレーム、１１は下部枠体すなわち下部フレーム
であり、これら上下両枠体１０、１１により高分子電解
質膜１からカソード端子板８及びアノード端子板９まで
の電池本体（この用語は、本明細書中、電解質膜に電極
を当接させたものを指すものとしても使用している）を
被って固定されている。Reference numeral 8 denotes a cathode terminal plate provided in contact with the positive current collector 4, and 9 denotes an anode terminal plate provided in contact with the negative current collector 5 during operation of the battery. Electric power is extracted through these. Reference numeral 10 denotes an upper frame, that is, an upper frame, and 11 denotes a lower frame, that is, a lower frame. These upper and lower frames 10 and 11 serve as a battery body (from the polymer electrolyte membrane 1 to the cathode terminal plate 8 and the anode terminal plate 9). The term is also used herein to refer to an electrode in contact with an electrolyte membrane).
【０００５】これら上下両枠体１０、１１間には、高分
子電解質膜１からカソード端子板８及びアノード端子板
９までの電池本体の周縁部を囲ってパッキン（ガスケッ
ト）１２が設けられ、これによってその電池本体の周縁
部を密に固定してシールし、特に高分子電解質膜１及び
正負両電極２、３に対してガスシールされている。なお
図１中、１３及び１４は冷却水供給管であり、これらは
それぞれ上部枠体１０及び下部枠体１１の内面に設けら
れた溝（閉通路）に連通し、カソード端子板８の背面及
びアノード端子板９の背面から冷却するようになってい
る。A packing (gasket) 12 is provided between the upper and lower frames 10 and 11 so as to surround the periphery of the battery body from the polymer electrolyte membrane 1 to the cathode terminal plate 8 and the anode terminal plate 9. Thus, the peripheral portion of the battery body is tightly fixed and sealed, and in particular, gas is sealed to the polymer electrolyte membrane 1 and the positive and negative electrodes 2 and 3. In FIG. 1, cooling water supply pipes 13 and 14 communicate with grooves (closed passages) provided on the inner surfaces of the upper frame 10 and the lower frame 11, respectively. Cooling is performed from the back of the anode terminal plate 9.
【０００６】以上は、電池本体が単一の場合であるが、
この電池本体を二つ以上積み重ねて構成することも行わ
れる。この場合には二つ以上の各電池本体間にセパレー
ター（スペーサー）を介在させ、これにも冷却水用の溝
等を設ける必要はあるが、電池本体の周縁部を囲ってパ
ッキンを設け、その電池本体の周縁部を密に固定してシ
ールし、高分子電解質膜１及び正負両電極２、３に対し
てガスシールをすること等を含めて、基本的には上述単
一の電池本体の場合と同じである。この場合には、パッ
キン等の締め付けは、上下両枠体１０、１１に加え、上
記セパレーターをも介して行われる。[0006] The above is the case of a single battery body,
In some cases, two or more battery bodies are stacked. In this case, a separator (spacer) is interposed between two or more battery bodies, and it is necessary to provide a groove for cooling water and the like also in this case. Basically, the peripheral portion of the battery body is tightly fixed and sealed, and gas sealing is performed on the polymer electrolyte membrane 1 and the positive and negative electrodes 2 and 3. Same as case. In this case, the fastening of the packing or the like is performed through the separator in addition to the upper and lower frames 10 and 11.
【０００７】前述単一の電池本体、またこの電池本体を
二つ以上積み重ねて構成する場合にも、その縁部を密に
（特にガス密に）シールする必要がある。そのシールの
仕方としては、これまで上述のとおり高分子電解質膜
の周囲にパッキンを介在させて密着させる、Ｏリング
を介在させ、これにより密着させる等の手法が用いら
れ、提案されている。[0007] Even when the above-mentioned single battery body or two or more battery bodies are stacked, it is necessary to tightly seal the edges (particularly gas tightly). As the sealing method, there have been used and proposed methods of sealing the polymer electrolyte membrane around the polymer electrolyte membrane as described above, and interposing an O-ring to thereby tightly seal the polymer electrolyte membrane.
【０００８】図２は、このうちＯリングによるシール
の仕方の一例を示すものである（図には片側のみ示して
いるが、その他の側についても同様である）。図示のと
おり電解質膜１の両面上に電極２（３）が配置され、図
１の態様ではその上下から上下両枠体１０（１１）によ
り、また電池本体を二つ以上積み重ねて構成する場合に
は上下両枠体及びセパレータ１６、１７により、これら
と電解質膜１の周縁部との間にＯリング１５を介在させ
て密着させることでシールされる。なお図２中符号「１
６（１０）」、「１７（１１）」と示しているのは、セ
パレータ１６、１７が最上部又は最下部となる場合に、
上部枠体１０又は下部枠体１１に相当することになるこ
とを意味している。FIG. 2 shows an example of a sealing method using an O-ring (only one side is shown in the figure, but the same applies to the other side). As shown in the figure, electrodes 2 (3) are arranged on both sides of the electrolyte membrane 1, and in the embodiment of FIG. 1, when two or more battery bodies are stacked by upper and lower frame bodies 10 (11) from above and below. Is sealed by the upper and lower frames and the separators 16 and 17 with an O-ring 15 interposed between the upper and lower frames and the periphery of the electrolyte membrane 1 so as to be in close contact with each other. Note that reference numeral “1” in FIG.
6 (10) ”and“ 17 (11) ”indicate that when the separators 16 and 17 are at the top or bottom,
It means that it corresponds to the upper frame 10 or the lower frame 11.
【０００９】しかし、これらの手法でその密着を確実に
するためには、何れもそれらパッキン又はＯリングを強
く押圧する必要がある。このため、これらが当接する高
分子電解質膜自体を損傷するばかりでなく、前述電池本
体に対しても必要以上の締め付けが行われてしまうこと
にもなる。また電解質膜は、通常、温度や加湿の有無に
より伸縮する性質があり、これによりシール部に負担が
かかり易いため、上述、等の何れのシール手法をと
るにしても、この点にも十分配慮する必要がある。However, in order to ensure the close contact by these methods, it is necessary to strongly press the packing or the O-ring. This not only damages the polymer electrolyte membrane itself in contact with them, but also causes unnecessary tightening of the battery body. In addition, the electrolyte membrane generally has the property of expanding and contracting depending on the temperature and the presence or absence of humidification, which tends to impose a load on the sealing portion. Therefore, even when any of the above sealing methods is used, this point is sufficiently considered. There is a need to.
【００１０】本発明者は、その電池本体の周縁部を固定
してシールし、高分子電解質膜１及び正負両電極２、３
に対してガスシールをするに当たり、そのように高分
子電解質膜の周囲にパッキンを介在させ密着させる、
Ｏリングを介在させ密着させる等の手法における上記欠
点ないし問題点を一挙に解決し、高分子電解質膜を軽く
押さえるだけで十分にシールすることができ、またこれ
によって高分子電解質膜自体を損傷することのない等の
優れた利点を有するシール法を先に開発している（特開
平８ー１４８１６９号）。その内容は概略下記のとおり
である。The inventor of the present invention fixed and sealed the periphery of the battery body, and provided the polymer electrolyte membrane 1 and the positive and negative electrodes 2 and 3.
When performing gas sealing against the polymer electrolyte membrane, a packing is interposed and closely attached to the periphery,
The above-mentioned drawbacks or problems in the method of closely contacting by interposing an O-ring can be solved at once, and the polymer electrolyte membrane itself can be sufficiently sealed by lightly pressing the polymer electrolyte membrane, thereby damaging the polymer electrolyte membrane itself. A sealing method having excellent advantages such as no sealing has been developed (JP-A-8-148169). The details are as follows.
【００１１】固体高分子型燃料電池の高分子電解質膜と
パッキン（ガスケット）とを予め接着剤により接着して
一体化することによりシールを行う。この場合、上記接
着・一体化をより効果的にする上では、その接着に先立
ちそのパッキンに、これが高分子電解質膜と当接する面
（電池と接する面）に対してサンドブラスト（スチール
ブラスト等を含む）やプラズマエッチング等により細か
い凹凸を付けておくのが特に有効である。これによって
高分子電解質膜に対してパッキンを密にシールし且つ強
固に固定することができる。The polymer electrolyte membrane and the packing (gasket) of the polymer electrolyte fuel cell are sealed in advance by bonding them together with an adhesive. In this case, in order to make the above-mentioned bonding / integration more effective, sand blasting (including steel blasting or the like) is performed on the surface of the packing prior to the bonding with respect to the surface where the packing comes into contact with the polymer electrolyte membrane (the surface in contact with the battery). It is particularly effective to form fine irregularities by plasma etching or the like. Thereby, the packing can be tightly sealed and firmly fixed to the polymer electrolyte membrane.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】上記技術では、それら
の構成によって高分子電解質膜に対してパッキンを密に
シールし且つ強固に固定することができ、特に上記のよ
うにパッキンの表面に細かい凹凸を付けておく態様で
は、これに電解質を塗布、含浸させた場合、電解質膜と
パッキンとの接触面積が増加してシール性が向上する。In the above-mentioned technology, the packing can tightly seal and firmly fix the packing to the polymer electrolyte membrane due to their constitution. In particular, as described above, fine irregularities are formed on the surface of the packing. In an embodiment, when an electrolyte is applied to and impregnated with the electrolyte, the contact area between the electrolyte membrane and the packing is increased, and the sealing property is improved.
【００１３】しかし、上記のようなシールは電池燃料と
しての水素や酸化剤である酸素、或いは生成水蒸気に対
するガスシールであるため、そのシールは長期間にわた
り厳密に行う必要があり、このためさらに高い精度を有
し、耐久性の高いシール法が望まれる。そこで、本発明
は、固体高分子型燃料電池におけるガスシールに対する
上記要請に応えるためになされたものであり、上記のよ
うなシール法をさらに改善したシール法を提供すること
を目的とするものである。However, since the above-mentioned seal is a gas seal against hydrogen as a cell fuel, oxygen as an oxidizing agent, or generated steam, the seal must be strictly performed over a long period of time, and therefore a higher seal is required. There is a demand for a sealing method having high accuracy and high durability. Therefore, the present invention has been made in order to meet the above-mentioned request for a gas seal in a polymer electrolyte fuel cell, and it is an object of the present invention to provide a sealing method which further improves the above-mentioned sealing method. is there.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は、固体高分子型
燃料電池の高分子電解質膜とパッキン（ガスケット）と
を予め電解質（接着剤）により接着して一体化すること
によりシールを行う方法において、該パッキンとして多
孔質のパッキンを用い、これに電解質溶液を含浸させた
後、電解質膜に圧着させることを特徴とする固体高分子
型燃料電池のシール方法を提供する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for sealing by solidifying a polymer electrolyte membrane and a packing (gasket) of a polymer electrolyte fuel cell by bonding them in advance with an electrolyte (adhesive). A method for sealing a polymer electrolyte fuel cell, comprising using a porous packing as the packing, impregnating the packing with an electrolyte solution, and then pressing the packing against an electrolyte membrane.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】固体高分子型燃料電池用の電解質
膜としては、これまで、当初のフェノールスルフォン
酸とホルムアルデヒドとの縮合合成膜から逐次改善、改
良され、以降これまで部分的にスルホン化したポリス
チレン膜、スチレンージビニルベンゼンをフルオロカ
ーボンのマトリックスにクロスリンクさせた後スルホン
化した膜、、の膜でαＣーＨ結合を含まない膜、
トリフルオロスチレンスルホン酸の重合膜、フルオロ
カーボンマトリックスにトリフルオロエチレンをグラフ
ト化した膜、パーフルオロカーボンスルフォン酸系の
樹脂膜等が提案されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As an electrolyte membrane for a polymer electrolyte fuel cell, it has been successively improved and improved from the original condensation synthesis membrane of phenolsulfonic acid and formaldehyde, and has been partially sulfonated thereafter. A polystyrene membrane, a membrane in which styrene divinylbenzene is cross-linked to a fluorocarbon matrix and then sulfonated, a membrane containing no αCH bond,
A trifluorostyrene sulfonic acid polymerized film, a film obtained by grafting trifluoroethylene onto a fluorocarbon matrix, a perfluorocarbon sulfonic acid-based resin film, and the like have been proposed.
【００１６】本発明に係るシール方法は、上記例示の高
分子電解質膜とは限らず、燃料電池用として用いられる
高分子電解質膜の種類如何を問わず何れも適用される。
また本発明におけるパッキンとしては、これが多孔質で
あることが必要不可欠であるが、その材質については、
ポリテトラフルオロエチレン系ポリマー（テトラフルオ
ロエチレンーヘキサフルオロプロピレン共重合体等の共
重合体、その他その誘導体をも含む）等のフッ素樹脂系
のゴムその他それ自体化学的に安定で、これと接触する
材料を変質させることなく、また水素や空気等のガス流
体が浸透しない等、パッキンとして所定の諸性質を備え
ているものであれば何れも使用される。また、その多孔
の程度については、電解質溶液が含浸され得る程度の孔
径であれば差し支えない。The sealing method according to the present invention is not limited to the polymer electrolyte membrane described above, but may be applied to any type of polymer electrolyte membrane used for a fuel cell.
Further, it is indispensable for the packing in the present invention to be porous, but for the material thereof,
Fluororesin-based rubbers such as polytetrafluoroethylene-based polymers (including copolymers such as tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymers and other derivatives thereof) and others are chemically stable and come into contact with them Any material may be used as long as it has predetermined properties as a packing, for example, without deteriorating the material and impervious to gas fluids such as hydrogen and air. The degree of the porosity may be any as long as the pore diameter is such that the electrolyte solution can be impregnated.
【００１７】また、本発明において、上記予め高分子電
解質膜とパッキンとを接着して一体化する、その接着一
体化のさせ方としては、多孔質のパッキンに電解質溶液
を含浸させた後、電解質膜に圧着させることにより行う
ことができる。この場合、その圧着の圧力としては電解
質の電解質膜との接着力如何にもよるが、加熱下で実施
する場合には、５０〜２００ｋｇ／ｃｍ2 程度で行うこ
とができる。さらに、その電解質溶液としては、パッキ
ン及び高分子電解質膜を化学作用等により劣化させない
ものである必要があり、このためその両者、特に高分子
電解質膜と同系統の成分からなる接着剤であるのが望ま
しい。In the present invention, the polymer electrolyte membrane and the packing are preliminarily bonded and integrated. As a method of bonding and integrating, the porous packing is impregnated with an electrolyte solution, and then the electrolyte is impregnated. It can be carried out by pressing the film. In this case, the pressure for the pressure-bonding depends on the adhesive strength of the electrolyte to the electrolyte membrane, but when the heating is carried out, the pressure can be about 50 to 200 kg / cm 2 . Further, the electrolyte solution must be one that does not deteriorate the packing and the polymer electrolyte membrane due to chemical action or the like. Therefore, both of them, especially an adhesive composed of the same type of components as the polymer electrolyte membrane, are required. Is desirable.
【００１８】この点、前記例示の高分子電解質膜のう
ち、パーフルオロカーボンスルホン酸系の樹脂膜は、
その優れた電気的特性に加え、化学的にも物理的にもき
わめて安定であり、機械的も大きいこと等から、この系
統の樹脂膜が好ましく使用されているが、高分子電解質
膜として、例えばこの膜を使用する場合には、上記電解
質（接着剤）溶液としては、好ましくはこれと同じ系統
の高分子電解質膜の溶液〔例えばＮａｆｉｏｎー１１７
（登録商標）の膜を使用するなら、Ｎａｆｉｏｎ溶液
（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製、登録商
標）〕を使用する。In this regard, among the polymer electrolyte membranes exemplified above, the perfluorocarbon sulfonic acid-based resin membrane is:
In addition to its excellent electrical properties, it is extremely stable both chemically and physically, and because of its large mechanical properties, the resin film of this system is preferably used. When this membrane is used, the above-mentioned electrolyte (adhesive) solution is preferably a solution of a polymer electrolyte membrane of the same system (eg, Nafion-117).
If a (registered trademark) membrane is used, a Nafion solution (registered trademark, manufactured by Aldrich Chemical Company) is used.
【００１９】次に、本発明に係るシール方法の〔電解質
溶液含浸後、溶媒除去を伴う〕一態様について、その概
略を述べると以下のとおりである。（１）まず、多孔性
のパッキンに電解質の溶液を含浸量が０．１〜５ｍｇ／
ｃｍ2 程度となるように含浸させる。（２）次に、溶液
中の溶媒を室温で乾燥させ、表面から溶媒から見えなく
なった時点で、例えば真空乾燥器を用いて、温度８０℃
程度、約３時間程度乾かし、溶媒を完全に取り除く。Next, one embodiment of the sealing method according to the present invention [with impregnation with an electrolyte solution followed by solvent removal] will be outlined as follows. (1) First, a porous packing is impregnated with an electrolyte solution in an amount of 0.1 to 5 mg /
Impregnated to about cm 2 . (2) Next, the solvent in the solution is dried at room temperature, and when the solvent is no longer visible from the surface, the temperature is set to 80 ° C. using, for example, a vacuum dryer.
Dry for about 3 hours and remove the solvent completely.
【００２０】（３）こうして得られたパッキンを２枚用
意し、シール面（電解質溶液の含浸面）を内側にして、
その間に電解質膜を挟み、ホットプレスしてパッキンを
一体化した膜を得る。ホットプレス条件としては例えば
温度１２０℃以上、特に１４０〜２００℃程度、圧力５
０〜２００ｋｇ／ｃｍ2 程度で行う。（４）得られた膜
に電極を接合して燃料電池本体を得る。(3) Two packings obtained as described above are prepared, and the sealing surface (the surface impregnated with the electrolyte solution) is placed inside.
The electrolyte membrane is interposed between them and hot pressed to obtain a membrane with integrated packing. The hot pressing conditions include, for example, a temperature of 120 ° C. or higher, particularly about 140 to 200 ° C., and a pressure of 5 ° C.
It is performed at about 0 to 200 kg / cm 2 . (4) An electrode is bonded to the obtained membrane to obtain a fuel cell main body.
【００２１】（５）次いで、この燃料電池本体をパッキ
ンがシール部分に収まる枠体（及びセパレータ）で挟
み、アノード電極、カソード電極の両電極その他必要な
構成要素を、例えば図１のように組み立てることによ
り、燃料電池を得る。また、パッキンの厚みや形状は燃
料電池構造の態様、規模等の如何により図１のような形
態とは異なる場合があるが、本発明のシール方法は、そ
れら態様、規模等如何により制限されることはなく、ま
た電池本体が単一の場合とは限らず、この電池本体を二
つ以上積み重ねて構成する場合についても同様に適用さ
れる。(5) Next, the fuel cell body is sandwiched by a frame (and a separator) in which the packing is accommodated in the sealing portion, and the anode electrode, the cathode electrode, and other necessary components are assembled as shown in FIG. 1, for example. Thus, a fuel cell is obtained. Further, the thickness and shape of the packing may be different from the form as shown in FIG. 1 depending on the form and scale of the fuel cell structure, but the sealing method of the present invention is limited by such form and scale. This is not necessarily the case, and the present invention is not limited to a single battery body, and is similarly applied to a case where two or more battery bodies are stacked.
【００２２】本発明において、上記接着・一体化をより
効果的にする上では、前記特開平８ー１４８１６９号の
ように、その電解質溶液の含浸に先立ち、その多孔質の
パッキンに、これが高分子電解質膜と当接する面（電池
と接する面）に対してサンドブラスト（スチールブラス
ト等を含む）やプラズマエッチング等により細かい凹凸
を付けておくと、さらに有効である。これによって高分
子電解質膜に対してパッキンをさらに密にシールし且つ
強固に固定することができる。In the present invention, in order to make the above-mentioned bonding / integration more effective, as described in JP-A-8-148169, prior to impregnation with the electrolyte solution, the porous packing is filled with a polymer. It is more effective to form fine irregularities on the surface that comes into contact with the electrolyte membrane (the surface that comes into contact with the battery) by sand blasting (including steel blasting) or plasma etching. As a result, the packing can be more tightly sealed and firmly fixed to the polymer electrolyte membrane.
【００２３】[0023]
【実施例】以下、本発明の実施例に基づき本発明をさら
に詳しく説明するが、本発明がこの実施例に限定される
ものではないことは勿論である。まず、多孔質で、厚
さ３ｍｍのパッキン（ＰＴＦＥ系の多孔性硬質ゴム、Ｄ
ｕ Ｐｏｎｔ社製）に電解質の溶液を含浸量が３ｍｇ／
ｃｍ2 となるように含浸させた。ここで、該電解質の溶
液としてはＮａｆｉｏｎ膜の溶液（パーフルオロカーボ
ンスルホン酸系の高分子電解質のアルコール溶液、Ａｌ
ｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製、登録商標）を使用
した。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples of the present invention. However, it goes without saying that the present invention is not limited to these Examples. First, a porous packing having a thickness of 3 mm (PTFE porous hard rubber, D
u Pont) with an electrolyte solution of 3 mg /
cm 2 . Here, the electrolyte solution may be a Nafion membrane solution (perfluorocarbon sulfonic acid-based polymer electrolyte alcohol solution, Al
drich Chemical Co., Ltd.) was used.
【００２４】（２）次に、含浸溶液中の溶媒を室温で乾
燥させ、表面から溶媒から見えなくなった時点で、真空
乾燥器中で温度８０℃、３時間乾かし、溶媒を完全に取
り除いた。（３）得られたパッキンを２枚用意し、シー
ル面を内側にして、その間にＮａｆｉｏｎー１１７膜
（高分子電解質膜、Ｄｕ Ｐｏｎｔ社製、商品名）を挟
み、温度１４０℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ2 で１０秒間ホ
ットプレスをし、パッキンを接着、一体化した固体高分
子電解質膜を得た。(2) Next, the solvent in the impregnating solution was dried at room temperature. When the solvent became invisible from the surface, it was dried in a vacuum dryer at a temperature of 80 ° C. for 3 hours to completely remove the solvent. (3) Two packings were prepared, with the sealing surface facing inward, a Nafion-117 membrane (polymer electrolyte membrane, manufactured by Du Pont, trade name) interposed therebetween, and a temperature of 140 ° C. and a pressure of 70 kg / Hot pressing was performed at 10 cm 2 for 10 seconds to obtain a solid polymer electrolyte membrane in which the packing was bonded and integrated.
【００２５】（４）次に、（３）で得られたパッキン一
体化固体高分子電解質膜にガス拡散電極を接合して実施
例燃料電池本体を得た。本実施例で用いたこのガス拡散
電極は、気孔率８０％、厚さ０．４ｍｍのカーボンペー
パーをテトラフルオロエチレンーヘキサフルオロプロピ
レン共重合体のディスパージョンで撥水化したカーボン
ペーパー上に、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂の
アルコール溶液でコーティングしてなるカーボンに白金
５０重量％を担持させた触媒粒子にポリテトラフルオロ
エチレンのディスパージョンを加えた懸濁液を堆積させ
て得たものである。(4) Next, a gas diffusion electrode was joined to the packing-integrated solid polymer electrolyte membrane obtained in (3) to obtain an example fuel cell body. This gas diffusion electrode used in the present example is a carbon paper having a porosity of 80% and a thickness of 0.4 mm, which is water-repellent with a dispersion of a tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer. This is obtained by depositing a suspension obtained by adding a dispersion of polytetrafluoroethylene to catalyst particles in which 50% by weight of platinum is supported on carbon coated with an alcohol solution of a fluorocarbon sulfonic acid resin.
【００２６】図３（ａ）は以上で得た多孔質パッキンを
一体化した高分子電解質膜を示し、また図３（ｂ）は、
そのパッキン一体化高分子電解質膜にガス拡散電極を接
合した燃料電池本体の構造を示したものである。図３
中、高分子電解質膜１及び正負両電極２、３の配置は図
１〜図２の場合と同じであるが、上記で得た電極２、３
は撥水化カーボンペーパーがガス拡散層１８を形成し、
また触媒粒子の堆積層が触媒層１９を形成している。こ
のため両電極２、３は、ともに触媒層１９側が高分子電
解質膜面に当接するように接合されている。FIG. 3A shows a polymer electrolyte membrane obtained by integrating the porous packing obtained as described above, and FIG.
FIG. 3 shows a structure of a fuel cell body in which a gas diffusion electrode is joined to the packing-integrated polymer electrolyte membrane. FIG.
The arrangement of the polymer electrolyte membrane 1 and the positive and negative electrodes 2 and 3 is the same as in FIGS.
The water-repellent carbon paper forms the gas diffusion layer 18,
The deposited layer of the catalyst particles forms the catalyst layer 19. Therefore, both electrodes 2 and 3 are joined so that the catalyst layer 19 side is in contact with the surface of the polymer electrolyte membrane.
【００２７】一方、比較例燃料電池本体として、厚さ３
ｍｍのバイトン製パッキン（フッ素ゴム、Ｄｕ Ｐｏｎ
ｔ社製、商品名）のシール面（電池と接する面）にサン
ドブラストにより細かい凸凹を付けた後、その処理面上
にロール法により上記と同じ電解質溶液を電解質膜が３
ｍｇ／ｃｍ2 となるように塗付した。以下、実施例の場
合と同様にして、パッキンを接着一体化した固体高分子
電解質膜を得た後、これに実施例と同じガス拡散電極を
接合して比較例燃料電池本体を得た。なお、この手法
は、前記特開平８ー１４８１６９号の方法に準じたもの
である。On the other hand, the fuel cell body of Comparative Example
mm Viton packing (fluoro rubber, Du Pon
After making fine irregularities by sandblasting on the sealing surface (surface in contact with the battery) of the company t (trade name), the same electrolyte solution as described above is applied to the treated surface by a roll method.
mg / cm 2 . Thereafter, in the same manner as in the example, after obtaining a solid polymer electrolyte membrane in which the packing was bonded and integrated, the same gas diffusion electrode as in the example was joined thereto to obtain a comparative example fuel cell body. This method is based on the method described in JP-A-8-148169.
【００２８】次いで、常法により、上記実施例燃料電池
本体及び比較例燃料電池本体に、それぞれ集電体、端子
板等を密着させ、水素及び酸素の出入口等を設置して図
１のように固体高分子型燃料電池としてセットし、それ
ぞれセル電圧の経時変化を測定した。本測定では、燃料
として水素を使用し、これをアノード側に供給する一
方、カソード側には酸素を供給した。この両ガスの供給
圧力はともに２ａｔｍとし、水素は温度７５℃で、酸素
については２５℃で加湿し、また電池の温度を６０℃に
保って操作して測定した。Next, a current collector, a terminal plate and the like were brought into close contact with the fuel cell main body of the above-described example and the fuel cell main body of the comparative example, respectively, and inlets and outlets of hydrogen and oxygen were installed by a conventional method as shown in FIG. It was set as a polymer electrolyte fuel cell, and the change over time in the cell voltage was measured for each. In this measurement, hydrogen was used as a fuel and supplied to the anode side, while oxygen was supplied to the cathode side. The supply pressure of both gases was set to 2 atm, the humidity was measured at a temperature of 75 ° C for hydrogen, and the temperature was humidified at 25 ° C for oxygen.
【００２９】図４はその測定結果である。電流密度は、
実施例電池、比較例電池ともに０．３Ａ／ｃｍ2 と一定
の条件である。図４から明らかなとおり、実施例電池に
おいては、セル電圧は当初から一定で、１０００時間経
過後でもセル電圧に全く変化はないことが分かる。また
比較例電池でも、ほぼ同様の経過を示しているが、セル
電圧は２００時間余経過した時点から、僅かずつではあ
るが低下している。このように本発明によれば、その耐
久性が特開平８ー１４８１６９号よりもさらに改善さ
れ、長期間にわたり安定した電力が得られることを示し
ている。FIG. 4 shows the measurement results. The current density is
The condition of the battery of the example and the battery of the comparative example are constant at 0.3 A / cm 2 . As is clear from FIG. 4, in the example battery, the cell voltage is constant from the beginning, and there is no change in the cell voltage even after 1000 hours. In addition, the battery of the comparative example shows almost the same progress, but the cell voltage gradually decreases from the point of time when 200 hours have passed. As described above, according to the present invention, the durability is further improved as compared with Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-148169, indicating that stable power can be obtained for a long period of time.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上のとおり、本発明に係るシール方法
によれば、電解質膜とパッキン間のガスシールを容易且
つ確実に行うことができるだけでなく、電解質膜とパッ
キンの間の密着性がさらに向上させることができる。こ
のため、さらに高い耐久性を有する固体高分子型燃料電
池が得られる。また特開平８ー１４８１６９号の技術で
ある、パッキンのシール面に細かい凸凹を付ける手法を
併用すれば、両者の利点を併わせた効果が得られる。As described above, according to the sealing method of the present invention, not only gas sealing between the electrolyte membrane and the packing can be easily and reliably performed, but also the adhesion between the electrolyte membrane and the packing is further improved. Can be improved. Therefore, a polymer electrolyte fuel cell having higher durability can be obtained. If the technique of Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-148169, in which fine irregularities are formed on the seal surface of the packing, is used in combination, the advantages of both can be obtained.
【図１】固体高分子型燃料電池の一態様を説明するため
の概略図。FIG. 1 is a schematic view illustrating one embodiment of a polymer electrolyte fuel cell.
【図２】Ｏリングによる従来のシール態様の一例を示す
図。FIG. 2 is a diagram showing an example of a conventional sealing mode using an O-ring.
【図３】実施例で得たパッキンを一体化した高分子電解
質膜及びこれにガス拡散電極を接合した燃料電池本体の
構造を示す図。FIG. 3 is a diagram showing the structure of a polymer electrolyte membrane obtained by integrating a packing obtained in an example and a fuel cell main body in which a gas diffusion electrode is joined thereto.
【図４】実施例及び比較例で製作した各供試電池につい
て測定したセル電圧の経時変化を示す図（電流密度＝
０．３Ａ／ｃｍ2）。FIG. 4 is a diagram showing the change over time of the cell voltage measured for each of the test batteries manufactured in Examples and Comparative Examples (current density =
0.3 A / cm 2 ).
１ 高分子電解質膜 ２ カソード電極（正極） ３ アノード電極（負極） ４、５ 集電体 ６ 空気供給管 ７ 水素供給管 ８、９ 端子板 １０ 上部枠体（上部フレーム） １１ 下部枠体（下部フレーム） １２ パッキン １３、１４ 冷却水供給管 １５ Ｏリング １６、１７ セパレータ １８ ガス拡散層 １９ 触媒層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polymer electrolyte membrane 2 Cathode electrode (positive electrode) 3 Anode electrode (negative electrode) 4, 5 Current collector 6 Air supply pipe 7 Hydrogen supply pipe 8, 9 Terminal board 10 Upper frame (upper frame) 11 Lower frame (lower) Frame) 12 packing 13, 14 cooling water supply pipe 15 O-ring 16, 17 separator 18 gas diffusion layer 19 catalyst layer
Claims (5)
パッキンとを予め電解質により接着して一体化すること
によりシールを行う方法において、該パッキンとして多
孔質のパッキンを用い、これに電解質溶液を含浸させた
後、電解質膜に圧着させることを特徴とする固体高分子
型燃料電池のシール方法。In a method for sealing by solidifying a polymer electrolyte membrane and a packing of a solid polymer type fuel cell by bonding them in advance with an electrolyte, a porous packing is used as the packing, A method for sealing a polymer electrolyte fuel cell, comprising impregnating a solution and then pressing the solution onto an electrolyte membrane.
凹を付けた後、電解質溶液をその凹凸面から含浸させる
請求項１記載の固体高分子型燃料電池のシール方法。2. The method for sealing a solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the sealing surface of the porous packing is provided with fine irregularities, and then an electrolyte solution is impregnated from the irregular surface.
フルオロエチレン系ポリマーからなるパッキンである請
求項１又は２記載の固体高分子型燃料電池のシール方
法。3. The sealing method for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the material of the porous packing is a packing made of a polytetrafluoroethylene-based polymer.
ーボンスルホン酸系の樹脂膜である請求項１、２又は３
記載の固体高分子型燃料電池のシール方法。4. The solid polymer electrolyte membrane is a perfluorocarbon sulfonic acid resin film.
A method for sealing a polymer electrolyte fuel cell according to the above.
ルホン酸系の樹脂溶液である請求項１、２、３又は４記
載の固体高分子型燃料電池のシール方法。5. The sealing method for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the electrolyte solution is a perfluorocarbon sulfonic acid resin solution.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8358189A JPH10189018A (en) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | Sealing method for solid macromolecule fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP8358189A JPH10189018A (en) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | Sealing method for solid macromolecule fuel cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10189018A true JPH10189018A (en) | 1998-07-21 |
Family
ID=18457997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8358189A Pending JPH10189018A (en) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | Sealing method for solid macromolecule fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10189018A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000074160A1 (en) * | 1999-05-28 | 2000-12-07 | Heliocentris Energiesysteme Gmbh | Membrane electrode unit for fuel cells and the like |
| JP2002216803A (en) * | 2001-01-19 | 2002-08-02 | Sony Corp | Fuel cell, its manufacturing method and method of use |
-
1996
- 1996-12-27 JP JP8358189A patent/JPH10189018A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000074160A1 (en) * | 1999-05-28 | 2000-12-07 | Heliocentris Energiesysteme Gmbh | Membrane electrode unit for fuel cells and the like |
| US6815114B1 (en) | 1999-05-28 | 2004-11-09 | Heliocentris Energiesysteme Gmbh | Membrane electrode unit for fuel cells and the like |
| JP2002216803A (en) * | 2001-01-19 | 2002-08-02 | Sony Corp | Fuel cell, its manufacturing method and method of use |
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