JP2007188757A - 燃料電池用セルシール - Google Patents

Abstract

【課題】電解質膜３の両面に電極層４を設けた膜電極複合体２および膜電極複合体２の両面に重ねられたガス拡散層５の外周部にガスケット６を一体成形により固定してなる燃料電池用セルシール１において、比較的簡単な構成によって膜電極複合体２とガス拡散層５との間に隙間やズレが発生するのを抑え、もって発電効率が低下するのを抑制することが可能な燃料電池用セルシール１を提供する。
【解決手段】膜電極複合体２における電解質膜３の外周部に電極層４およびガス拡散層５の外周部よりも外側に突出する突出部３ａを設け、突出部３ａにスルーホール３ｂを設け、突出部３ａの周りにガスケット６を一体成形する。ガスケット６は、一部の成形材料をガス拡散層５の外周部に含浸させることによりガス拡散層５と固定され、一部の成形材料をスルーホール３ｂに充填することにより電解質膜３と固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池の構成要素をなす燃料電池用セルシールに関するものである。

従来から、図２に示すように、電解質膜の両面に電極層（何れも図示せず）を設けた膜電極複合体（ＭＥＡ）５１および前記膜電極複合体５１の両面に重ねられたガス拡散層（ＧＤＬ）５２の外周部にガスケット５３を一体成形（一部含浸）し、このガスケット５３により一対のセパレータ５４，５４間をシールする燃料電池用セルシールが知られている（特許文献１〜２参照）。

しかしながら、膜電極複合体５１は薄いフィルム状であるので、使用環境下に曝されると、その平面方向に膨張（膨潤）や収縮が発生する。またこの膜電極複合体５１はその特性上、乾燥した場合には更なる収縮によってガスケット５３やガス拡散層５２との間に隙間やズレが発生し、これらを原因として、燃料電池の発電効率が低下する等の問題がある。

また図３に示すように、本発明と同様、膜電極複合体５１の電解質膜５５にスルーホール５６を設ける技術が開発されているが（特許文献３参照）、この従来技術では、保護膜５７を介してガスケット５３を成形し、これにガス拡散層５２を設置し、保護膜５７と熱圧着することにより、膜電極複合体５１とガスケット５３およびガス拡散層５２とを接合している。

したがってこの従来技術によると、その製造に際して、素材の種類に制限のある保護膜５７を予め取り付ける工程や、保護膜５７とガス拡散層５２を熱圧着する工程を実施しなければならないために、その製造過程が煩雑になる等の不都合がある。またこの従来技術によると、ガスケット５３とガス拡散層５２の間に隙間５８が形成され、この隙間５８を反応ガスが流れ易く、隙間５８を流れる反応ガスは発電反応に寄与しにくいので、発電効率の低下を招くことも考えられる。

特表２００１−５１０９３２号公報 ＷＯ２００２／０４３１７２号公報 ＷＯ２００２／０６１８６９号公報

本発明は以上の点に鑑みて、比較的簡単な構成によって膜電極複合体とガス拡散層との間に隙間やズレが発生するのを抑えることができ、もって発電効率が低下するのを抑制することが可能な燃料電池用セルシールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の燃料電池用セルシールは、電解質膜の両面に電極層を設けた膜電極複合体および前記膜電極複合体の両面に重ねられたガス拡散層の外周部に、一対のセパレータ間をシールするガスケットを一体成形により固定してなる燃料電池用セルシールにおいて、前記膜電極複合体における電解質膜の外周部に、前記電極層およびガス拡散層の外周部よりも外側に突出する突出部を設け、前記突出部にスルーホールを設け、前記突出部の周りに前記ガスケットを一体成形し、前記ガスケットは、その一部の成形材料を前記ガス拡散層の外周部に含浸させることにより前記ガス拡散層と固定されるとともに、一部の成形材料を前記スルーホールに充填することにより前記電解質膜と固定されていることを特徴とする。

上記構成を備えた本発明の燃料電池用セルシールにおいて、ガスケットは、一部の成形材料をガス拡散層の外周部に含浸させることによりガス拡散層と固定されるとともに、一部の成形材料をスルーホールに充填することにより電解質膜と固定される。スルーホールは、膜電極複合体における電解質膜の外周部に設けた突出部に設けられ、突出部の周りにはガスケットが一体成形されるので、一部の成形材料がスルーホールに充填されて固化すると、スルーホールおよびスルーホール内で固化した成形材料によって電解質膜がガスケットに対して変位するのを抑制するアンカー効果が発揮される。したがってこのアンカー効果により、電解質膜ひいては膜電極複合体の変形が抑えられる。またその一方で、ガスケットの一部の成形材料はガス拡散層の外周部に含浸するので、ガス拡散層の変形も抑えられる。したがってこれらのことから、膜電極複合体やガス拡散層に変形が生じて隙間やズレが発生するのを抑制することが可能とされている。

尚、本発明において、膜電極複合体を構成する電解質膜のみに突出部を設けてその両側の電極層に突出部を設けないのは、以下の理由による。

すなわち、突出部はここにスルーホールを設ける部位であるので、電解質膜のみならず電極層に突出部を設けてここにスルーホールを設けると、スルーホールの加工状況の如何によってはスルーホール内に電極層が入り込み、結果、電解質膜両面の電極層同士が短絡する虞があり、このように短絡が発生すると、発電機能が損なわれることになる。したがって、この短絡を未然に防止すべく両面電極層の隔絶を確実にするため、本発明では、電極層にはスルーホールを設ける突出部を設けない構成とした。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明の燃料電池用セルシールにおいては、上記したようにスルーホールおよびスルーホール内で固化したガスケット成形材料によってアンカー効果が発揮され、このアンカー効果によって電解質膜ひいては膜電極複合体の変形を抑えることが可能とされている。またその一方で、ガスケットの一部の成形材料はガス拡散層の外周部に含浸するので、ガス拡散層の変形を抑えることも可能とされている。したがってこれらのことから、膜電極複合体やガス拡散層に変形が生じて隙間やズレが発生するのを抑制することが可能とされている。また本発明のセルシールにおいては、その製造過程で、保護膜を予め取り付ける工程や、保護膜とガス拡散層を熱圧着する工程を実施する必要がなく、電解質膜両面の電極層同士が短絡することもない。したがってこれらのことから、本発明所期の目的どおり、比較的簡単な構成により膜電極複合体とガス拡散層との間に隙間やズレが発生するのを抑えることができ、もって燃料電池の発電効率が低下するのを抑制することができる燃料電池用セルシールを提供することができる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係る燃料電池用セルシール１の要部断面を示している。

当該実施例に係るセルシール１は、電解質膜（イオン交換膜とも称する）３の両面にそれぞれ電極層（多孔質触媒電極層、触媒付電極または触媒層とも称する）４を被着した膜電極複合体（ＭＥＡ）２、および前記膜電極複合体２の両面にそれぞれ接着されたガス拡散層（ＧＤＬ）５の外周部に所定のゴム状弾性体よりなるガスケット６を一体成形し、このガスケット６により一対のセパレータ（図示せず）間をシールするものであって、膜電極複合体２における電解質膜３の外周部に、電極層４およびガス拡散層５の外周部よりも外側（図では左方）に突出する突出部（はみ出し部とも称する）３ａが設けられ、この突出部３ａにスルーホール（貫通孔とも称する）３ｂが設けられ、突出部３ａの周りに上記ガスケット６が一体成形され、ガスケット６は、その一部の成形材料が多孔質状のガス拡散層５の外周部に含浸することによりガス拡散層５と固定されるとともに、他の一部の成形材料がスルーホール３ｂに充填されることにより電解質膜３と固定されている。

上記突出部３ａは、電解質膜３の外周に全周に亙って設けられており、スルーホール３ｂは、複数（多数）が周方向に所定の間隔をあけて設けられている。

上記ガスケット６は、膜電極複合体２およびガス拡散層５の外周部に固定された断面略矩形状を呈するガスケット本体６ａと、このガスケット本体６ａの両面にそれぞれ設けられてセパレータに密接するリップ部（シール部とも称する）６ｂとを一体に有しており、前者のガスケット本体６ａは、突出部３ａの一面側に配置された一面側部位６ｃ、一面側部位６ｃの内側に配置されてガス拡散層５に含浸した一面側含浸部位６ｄ、一面側部位６ｃの内側であって一面側含浸部位６ｄの上方に配置された非含浸部位６ｅ、突出部３ａの外側に配置された外側部位６ｆ、スルーホール３ｂ内に配置された充填部位６ｇ、突出部３ａの他面側に配置された他面側部位６ｈ、他面側部位６ｈの内側に配置されてガス拡散層５に含浸した他面側含浸部位６ｉ、および他面側部位６ｈの内側であって他面側含浸部位６ｉの下方に配置された非含浸部位６ｊを一体に有している。

また、膜電極複合体２の電極層４は、図示するようにガス拡散層５と同じ長さに設定されているが、上記したところによりスルーホール３ｂに達していなければ良いので、ガス拡散層５より長く設定されても良い。すなわち電極層４の外周部は、スルーホール３ｂに達しなければ、ガス拡散層５の外周部よりも外側に突出していても良い。

上記構成の燃料電池用セルシール１においては、ガスケット６が、一部の成形材料をガス拡散層５の外周部に含浸させることによりガス拡散層５と固定されるとともに、一部の成形材料をスルーホール３ｂに充填することにより電解質膜３と固定されている。スルーホール３ｂは、膜電極複合体２における電解質膜３の外周部に設けた突出部３ａに設けられ、この突出部３ａの周りにはガスケット６が一体成形されるので、一部の成形材料がスルーホール３ｂに充填されて固化すると、スルーホール３ｂに対してスルーホール３ｂ内部で固化した成形材料が係合することによって、電解質膜３がガスケット６に対して平面方向に変位するのを抑制するアンカー効果が発揮される。したがって、このアンカー効果により電解質膜３ひいては膜電極複合体２の変形（特に収縮）を抑制することが可能とされている。またその一方で、ガスケット６は、一部の成形材料がガス拡散層５の外周部に含浸しているので、ガス拡散層５の変形（特に収縮）を抑制することも可能とされている。したがってこれらのことから、膜電極複合体２やガス拡散層５に変形（特に収縮）が生じて隙間やズレが生じるのを抑えることができる。

また、上記構成のセルシール１は、その製造に際して、膜電極複合体２およびガス拡散層５よりなる積層体をガスケット成形用の金型に挿入してガスケット６を一体成形するものであって、上記従来技術のように保護膜を予め取り付ける工程や、保護膜とガス拡散層を熱圧着する工程を実施する必要がなく、その製造が容易である。

また、膜電極複合体２における電極層４に突出部は設けられておらず、電極層４はスルーホール３ｂに届いていないので、電解質膜３両面の電極層４同士が短絡することもない。

したがって以上のことから、比較的簡単な構成によって膜電極複合体２やガス拡散層５に変形が生じて隙間やズレが発生するのを抑えることができ、もって燃料電池の発電効率が低下するのを抑制することができる燃料電池用セルシール１を提供することができる。

本発明の実施例に係る燃料電池用セルシールの要部断面図 従来例に係る燃料電池用セルシールの要部断面図 他の従来例に係る燃料電池用セルシールの要部断面図

符号の説明

１ セルシール
２ 膜電極複合体
３ 電解質膜
３ａ 突出部
３ｂ スルーホール
４ 電極層
５ ガス拡散層
６ ガスケット
６ａ ガスケット本体
６ｂ リップ部
６ｃ 一面側部位
６ｄ 一面側含浸部位
６ｅ 一面側非含浸部位
６ｆ 外側部位
６ｇ 充填部位
６ｈ 他面側部位
６ｉ 他面側含浸部位
６ｊ 他面側非含浸部位

Claims (1)

1. 電解質膜（３）の両面に電極層（４）を設けた膜電極複合体（２）および前記膜電極複合体（２）の両面に重ねられたガス拡散層（５）の外周部に、一対のセパレータ間をシールするガスケット（６）を一体成形により固定してなる燃料電池用セルシール（１）において、
   前記膜電極複合体（２）における電解質膜（３）の外周部に、前記電極層（４）およびガス拡散層（５）の外周部よりも外側に突出する突出部（３ａ）を設け、前記突出部（３ａ）にスルーホール（３ｂ）を設け、前記突出部（３ａ）の周りに前記ガスケット（６）を一体成形し、
   前記ガスケット（６）は、その一部の成形材料を前記ガス拡散層（５）の外周部に含浸させることにより前記ガス拡散層（５）と固定されるとともに、一部の成形材料を前記スルーホール（３ｂ）に充填することにより前記電解質膜（３）と固定されていることを特徴とする燃料電池用セルシール。

Images