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JP4742571B2 - Manufacturing method of fuel cell - Google Patents
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Description

本発明は、燃料電池の製造方法に関し、詳しくは、セパレータの表面に電池性能の向上のための表面層を設け、表面層を挟んでセパレータとセパレータに隣接する構成部材とが接着される燃料電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a fuel cell, and more specifically, a fuel cell in which a surface layer for improving cell performance is provided on the surface of a separator, and the separator and a component adjacent to the separator are bonded with the surface layer interposed therebetween. It relates to the manufacturing method.

燃料電池は、電解質膜を挟んで一対の電極が配置され、さらにその両側をセパレータで挟んで構成されている。各電極への反応ガスの供給によって発電された電気は、電極からセパレータを介して取り出される。燃料電池の発電効率を高めるためにはセパレータと電極との接触抵抗を低減することが重要であり、従来、セパレータの接触抵抗を低減するための種々の技術が提案されている。例えば特許文献1には、セパレータの表面に金メッキを施すことで接触抵抗を低減する技術が開示されている。また、特許文献2や特許文献3には、金等の貴金属をセパレータの表面に島状に配置することで、少ない貴金属の使用量で接触抵抗を低減できるようにした技術が開示されている。
特開平10−228914号公報 特開2000−323151号公報 特表2002−540584号公報
A fuel cell has a structure in which a pair of electrodes are disposed with an electrolyte membrane interposed therebetween, and both sides thereof are sandwiched between separators. The electricity generated by the supply of the reaction gas to each electrode is taken out from the electrode through the separator. In order to increase the power generation efficiency of the fuel cell, it is important to reduce the contact resistance between the separator and the electrode. Conventionally, various techniques for reducing the contact resistance of the separator have been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a technique for reducing contact resistance by performing gold plating on the surface of a separator. Patent Documents 2 and 3 disclose a technique in which contact resistance can be reduced with a small amount of noble metal used by disposing a noble metal such as gold in an island shape on the surface of a separator.
JP-A-10-228914 JP 2000-323151 A Special Table 2002-54058

セパレータと電極との接合には接着剤が用いられるのが一般的である。セパレータの枠部等に接着剤を塗布し、そこに電極(或いは膜電極接合体)を貼り合わせることで、セパレータと電極とが接合されるようになっている。ところが、上記の各特許文献に記載された従来技術のようにセパレータの表面に貴金属の層を設ける場合、貴金属の表面は不活性であるために接着剤が付きにくいという問題がある。上記の各特許文献にはセパレータと電極との接着方法については開示されていないが、従来の一般的な接着方法を適用するならば、セパレータの接着剤を塗布する部位を治具やマスク材でマスクし、その状態で貴金属をスパッタ等でコーティングすることになる。これによれば、マスクした部位には貴金属の層が無くセパレータの表面が露出するので、接着剤が付きやすく、セパレータと電極との接着性を確保することができる。   In general, an adhesive is used for joining the separator and the electrode. The separator and the electrode are joined by applying an adhesive to the frame of the separator and bonding an electrode (or membrane electrode assembly) thereto. However, when a noble metal layer is provided on the surface of the separator as in the prior art described in each of the above-mentioned patent documents, there is a problem in that the surface of the noble metal is inactive, so that it is difficult to attach an adhesive. Each of the above patent documents does not disclose a method for bonding the separator and the electrode. However, if a conventional general bonding method is applied, the part to which the adhesive of the separator is applied is a jig or a mask material. In this state, the noble metal is coated by sputtering or the like. According to this, since there is no noble metal layer in the masked portion and the surface of the separator is exposed, it is easy to attach an adhesive, and the adhesion between the separator and the electrode can be ensured.

しかし、上述の従来の接着方法では、マスキングのための工程が必要になってしまう。さらに、マスク材によってマスクする場合には、さらにマスク材を剥がす工程も必要になる。燃料電池の製造コストを低減するためには、工程数は可能なかぎり少なくしたい。また、マスク材によってマスクをする方法では、セパレータの表面にマスク材が残存することで接着不良を起こす可能性もある。   However, the conventional bonding method described above requires a masking process. Further, when masking with a mask material, a process of peeling the mask material is also required. In order to reduce the manufacturing cost of the fuel cell, it is desirable to reduce the number of processes as much as possible. Further, in the method of masking with a mask material, there is a possibility that adhesion failure may occur due to the mask material remaining on the surface of the separator.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料電池の製造方法に関し、セパレータの表面に低接着性物質により形成される表面層を設けることによる電池性能の向上と、セパレータとセパレータに隣接する構造部材との接着性とを両立させることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and relates to a method for manufacturing a fuel cell, and by improving the battery performance by providing a surface layer formed of a low-adhesive substance on the surface of the separator, It aims at making the adhesiveness of a separator and the structural member adjacent to a separator compatible.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、セパレータの表面に前記セパレータの材質よりも接着性が低い低接着性物質により形成される表面層が設けられ、前記表面層を挟んで前記セパレータと前記セパレータに隣接する構成部材とが接着剤にて接着される燃料電池の製造方法であって、
前記構成部材が接着される部位を含む前記セパレータの表面に、前記表面層として前記低接着性物質を島状に分散して配置する第1工程と、
前記低接着性物質が島状に分散して配置された前記セパレータの表面に、前記接着剤にて前記構成部材を接着する第2工程と、
を含むことを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, a surface layer formed of a low-adhesive substance having lower adhesiveness than the material of the separator is provided on the surface of the separator, and the separator is sandwiched between the surface layers. And a component adjacent to the separator is a method for producing a fuel cell, which is bonded with an adhesive,
A first step of disposing and disposing the low-adhesion substance in an island shape as the surface layer on the surface of the separator including a portion to which the constituent member is bonded;
A second step of bonding the constituent member with the adhesive to the surface of the separator in which the low adhesion substance is dispersed and arranged in an island shape;
It is characterized by including.

第2の発明は、前記第1の発明において、前記低接着性物質は高導電性物質であることを特徴としている。   A second invention is characterized in that, in the first invention, the low adhesion substance is a highly conductive substance.

第3の発明は、前記第2の発明において、前記高導電性物は貴金属であることを特徴としている。   According to a third invention, in the second invention, the highly conductive material is a noble metal.

第4の発明は、前記第2又は第3の発明において、前記第1工程では、前記高導電性物質が前記セパレータの表面を被覆する表面被覆率と、前記高導電性物質により被覆された表面の接着性及び導電性との関係に基づき、予め設定された表面被覆率になるように前記セパレータの表面に前記高導電性物質を分散配置することを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect, in the first step, the surface coverage with which the highly conductive material covers the surface of the separator and the surface coated with the highly conductive material Based on the relationship between the adhesiveness and the electrical conductivity, the highly conductive substance is dispersedly arranged on the surface of the separator so as to have a preset surface coverage.

また、第5の発明は、前記第1の発明において、前記低接着性物質は親水性物質であることを特徴としている。   The fifth invention is characterized in that, in the first invention, the low adhesion substance is a hydrophilic substance.

第6の発明は、前記第5の発明において、前記親水性物質はTiO2であることを特徴としている。 A sixth invention is characterized in that, in the fifth invention, the hydrophilic substance is TiO 2 .

第7の発明は、前記第5又は第6の発明において、前記第1工程では、前記親水性物質が前記セパレータの表面を被覆する表面被覆率と、前記親水性物質により被覆された表面の接着性及び親水性との関係に基づき、予め設定された表面被覆率になるように前記セパレータの表面に前記親水性物質を分散配置することを特徴としている。   According to a seventh invention, in the fifth or sixth invention, in the first step, the hydrophilic substance covers the surface of the separator and the adhesion of the surface coated with the hydrophilic substance. The hydrophilic substance is dispersedly arranged on the surface of the separator so as to have a preset surface coverage based on the relationship between the hydrophilicity and the hydrophilicity.

第1の発明によれば、表面層を形成する低接着性物質はセパレータ表面に島状に分散配置されるので、構成部材が接着される部位には島状に分散配置された低接着性物質の間からセパレータ表面が露出しており、この露出したセパレータ表面に接着剤がつくことで、セパレータとセパレータに隣接する構造部材との接着性が確保される。したがって、第1の発明によれば、セパレータの表面に表面層を設けることによる電池性能の向上と、セパレータと隣接構造部材との接着性とを両立させることができる。これにより、セパレータ表面の接着部にマスキングを行う必要がなくなり、燃料電池の製造における工程数を削減できるととともに、マスク材の残存による接着不良を防止することもできる。   According to the first invention, since the low adhesive substance forming the surface layer is dispersed and arranged in the form of islands on the separator surface, the low adhesive substance dispersed and arranged in the form of islands on the part to which the constituent members are adhered. The surface of the separator is exposed from between, and the adhesive is attached to the exposed separator surface, so that the adhesion between the separator and the structural member adjacent to the separator is ensured. Therefore, according to 1st invention, the improvement of the battery performance by providing a surface layer on the surface of a separator and the adhesiveness of a separator and an adjacent structural member can be made compatible. This eliminates the need for masking the bonding portion on the separator surface, thereby reducing the number of steps in manufacturing the fuel cell and preventing adhesion failure due to the remaining mask material.

第2の発明及び第3の発明によれば、貴金属等の高導電性物質がセパレータ表面に島状に分散配置されることで、セパレータと隣接構造部材との間の接触抵抗が低減される。   According to 2nd invention and 3rd invention, the contact resistance between a separator and an adjacent structural member is reduced by disperse | distributing and arrange | positioning highly conductive substances, such as a noble metal, in the shape of an island on the separator surface.

第4の発明によれば、表面被覆率と接着性及び導電性との関係に基づいて予め設定された表面被覆率になるように高導電性物質が分散配置されるので、接着性と導電性とを確実に両立させることができる。   According to the fourth aspect of the invention, since the highly conductive material is dispersed and arranged so as to have a surface coverage set in advance based on the relationship between the surface coverage and the adhesion and conductivity, the adhesion and conductivity It is possible to ensure both.

第5の発明及び第6の発明によれば、TiO2等の親水性物質がセパレータ表面に島状に分散配置されることで、セパレータと隣接構造部材との間に形成されるガス流路では水がはじかれることなく壁面に沿って流れるようになり、ガスの流通抵抗が低減される。 According to the fifth and sixth inventions, in the gas flow path formed between the separator and the adjacent structural member, hydrophilic substances such as TiO 2 are dispersed and arranged in an island shape on the separator surface. Water flows along the wall surface without being repelled, and gas flow resistance is reduced.

第7の発明によれば、表面被覆率と接着性及び親水性との関係に基づいて予め設定された表面被覆率になるように親水性物質が分散配置されるので、接着性と親水性とを確実に両立させることができる。   According to the seventh aspect, since the hydrophilic substance is dispersed and arranged so as to have a surface coverage set in advance based on the relationship between the surface coverage and the adhesiveness and hydrophilicity, Can be reliably achieved.

実施の形態1.
以下、図1乃至図4を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。なお、本発明は固体高分子型燃料電池をはじめとする種々の燃料電池の製造に適用することができる。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, this invention is applicable to manufacture of various fuel cells including a solid polymer type fuel cell.

図1は、本発明の実施の形態1にかかる燃料電池の製造方法について説明する説明図である。図1中には、燃料電池の製造過程における4つの状態(a),(b),(c),(d)が導電部と接着部のそれぞれについて断面図で示されている。図1では、セパレータ2の表面に後述する表面層も接着剤も設けられていない状態(a)を初期状態としている。セパレータ2の材質としては、金属、特にSUSやTi等の表面が活性な金属が用いられる。   FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a method for manufacturing a fuel cell according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, four states (a), (b), (c), and (d) in the manufacturing process of the fuel cell are shown in cross-sectional views for the conductive portion and the adhesive portion, respectively. In FIG. 1, a state (a) in which a surface layer and an adhesive described later are not provided on the surface of the separator 2 is an initial state. As the material of the separator 2, a metal, particularly a metal having an active surface such as SUS or Ti is used.

図1に示す最初の工程Aでは、セパレータ2の表面全体に貴金属4を島状に分散配置する。島状に分散配置された貴金属4は、セパレータ2の表面をまばらに覆う表面層を形成する。図2は、貴金属4が分散配置されたセパレータ2の表面を拡大して示す平面図であり、図1中の状態(b)は図2のA-A断面を示す断面図に相当している。貴金属4としては、Au,Pt,Ru,Pd等が用いられる。   In the first step A shown in FIG. 1, the noble metal 4 is dispersed and arranged in an island shape on the entire surface of the separator 2. The noble metal 4 distributed in an island shape forms a surface layer that sparsely covers the surface of the separator 2. FIG. 2 is an enlarged plan view showing the surface of the separator 2 in which the precious metal 4 is dispersedly arranged, and the state (b) in FIG. 1 corresponds to a cross-sectional view showing the AA cross section of FIG. . As the noble metal 4, Au, Pt, Ru, Pd or the like is used.

この工程Aでは、貴金属4がセパレータ2の表面を被覆する表面被覆率が所定の目標被覆率になるように、貴金属4による表面層の形成を制御する。貴金属4による表面層を形成するための膜形成方法には限定はなく、メッキ等の湿式法を用いてもよく、スパッタ、真空蒸着、CVD等の乾式法を用いてもよい。例えば、スパッタにより貴金属4の表面層を形成する場合には、セパレータ2の表面から貴金属4の粒子を島状に成長させていき、表面被覆率が目標被覆率に達したところでスパッタを終了すればよい。   In this step A, the formation of the surface layer by the noble metal 4 is controlled so that the surface coverage with which the noble metal 4 covers the surface of the separator 2 becomes a predetermined target coverage. The film forming method for forming the surface layer with the noble metal 4 is not limited, and a wet method such as plating may be used, or a dry method such as sputtering, vacuum deposition, or CVD may be used. For example, when the surface layer of the noble metal 4 is formed by sputtering, particles of the noble metal 4 are grown from the surface of the separator 2 in an island shape, and the sputtering is terminated when the surface coverage reaches the target coverage. Good.

目標被覆率は、図4に示すような表面被覆率と接着性及び導電性との関係に基づいて決めればよい。貴金属はセパレータ2の材質に比較して導電性に優れる反面、接着性に劣ることから、この図に示すように、表面被覆率が大きくなるほど表面の導線性は高くなり、逆に接着性は低下する。したがって、図中に示すように、導電性、接着性のそれぞれについて許容範囲を定め、導電性と接着性の双方が両立する表面被覆率の範囲を許容被覆率として設定し、この許容被覆率の範囲で目標被覆率を設定すればよい。表面被覆率が大きくなれば、その分、貴金属4の島は成長してその高さは高くなる。ここでは、40乃至65%を許容被覆率としており、そのときの貴金属4の島の高さは5乃至20nm程度である。ただし、これらの数値はある条件のもとでの一例であり、許容被覆率やそのときの島の高さは使用する貴金属4の種類や膜形成方法によって左右される。   The target coverage may be determined based on the relationship between the surface coverage as shown in FIG. 4 and the adhesion and conductivity. As shown in this figure, the precious metal is superior in conductivity compared to the material of the separator 2 but inferior in adhesion. As shown in this figure, the surface conductivity increases as the surface coverage increases, and conversely the adhesion decreases. To do. Therefore, as shown in the figure, an allowable range is defined for each of conductivity and adhesiveness, and the range of surface coverage where both conductivity and adhesiveness are compatible is set as the allowable coverage. What is necessary is just to set a target coverage in the range. As the surface coverage increases, the noble metal 4 island grows and the height increases. Here, the allowable coverage is 40 to 65%, and the height of the island of the noble metal 4 at that time is about 5 to 20 nm. However, these numerical values are an example under a certain condition, and the allowable coverage and the height of the island at that time depend on the type of the precious metal 4 used and the film forming method.

次の工程Bでは、セパレータ2上の接着部に接着剤6が塗布される。工程Aにおいて貴金属4の島はセパレータ2の表面全体に分散配置されるため、接着部にも貴金属4の島が配置されている。接着剤6は、図1中の状態(c)に示すように、これら貴金属4の島の上から塗布される。図3は接着剤6が塗布されたセパレータ2の平面図であり、図1中の状態(c)は図3中のB部の拡大断面図に相当している。セパレータ2の表面に存在する貴金属4の島は、スパッタ等の薄膜形成法によって形成されているため、従来のマスキング工程で使用されるマスク材とは異なり、接着剤6の膜厚に比較すれば極めて薄い。したがって、接着部における貴金属4の島の存在は、接着部にマスク材が残存しているのとは異なり、接着剤6により接着する際の障害にはならない。   In the next step B, the adhesive 6 is applied to the bonding portion on the separator 2. In the process A, since the islands of the noble metal 4 are dispersedly arranged over the entire surface of the separator 2, the islands of the noble metal 4 are also arranged at the bonding portion. The adhesive 6 is applied from above the islands of the noble metal 4 as shown in the state (c) in FIG. FIG. 3 is a plan view of the separator 2 to which the adhesive 6 is applied, and the state (c) in FIG. 1 corresponds to an enlarged cross-sectional view of a portion B in FIG. Since the island of the noble metal 4 existing on the surface of the separator 2 is formed by a thin film forming method such as sputtering, unlike the mask material used in the conventional masking process, it is compared with the film thickness of the adhesive 6. Very thin. Therefore, the presence of the island of the noble metal 4 in the bonded portion is not an obstacle to bonding with the adhesive 6 unlike the mask material remaining in the bonded portion.

そして、次の工程Cでは、接着剤6が塗布されたセパレータ2上に、隣接する構造部材である電極(或いは膜電極接合体)8が貼り合わされる。表面層を形成する貴金属4はセパレータ2の表面に島状に分散配置されているので、電極8が接着される接着部には貴金属4の島の間からセパレータ2の表面が露出している。この露出したセパレータ2の表面と電極8との間に接着剤6が介在することによって、セパレータ2と電極8との接着性が確保される。また、接着剤6が塗布されていない導電部では、導電性に優れている貴金属4の各島が電極8に接触することで、セパレータ2と電極8との間の接触抵抗は低減される。   In the next step C, an electrode (or membrane electrode assembly) 8 that is an adjacent structural member is bonded onto the separator 2 to which the adhesive 6 is applied. Since the noble metal 4 forming the surface layer is dispersed and arranged in an island shape on the surface of the separator 2, the surface of the separator 2 is exposed from between the islands of the noble metal 4 to the bonding portion to which the electrode 8 is bonded. Adhesiveness between the separator 2 and the electrode 8 is ensured by interposing the adhesive 6 between the exposed surface of the separator 2 and the electrode 8. Moreover, in the conductive part to which the adhesive 6 is not applied, each island of the noble metal 4 having excellent conductivity comes into contact with the electrode 8, so that the contact resistance between the separator 2 and the electrode 8 is reduced.

以上のように、本実施形態にかかる燃料電池の製造方法によれば、セパレータ2の表面に貴金属4で形成された表面層を設けることによる接触抵抗の低減と、接着剤6によるセパレータ2と電極8との接着性とを両立させることができる。これにより、従来のようにセパレータ2の表面の接着部にマスキングを行う必要がなくなり、燃料電池の製造における工程数を削減できる。また、マスク材の残存による接着不良を防止することもできる。   As described above, according to the manufacturing method of the fuel cell according to the present embodiment, the contact resistance is reduced by providing the surface layer formed of the noble metal 4 on the surface of the separator 2, and the separator 2 and the electrode by the adhesive 6 are used. 8 can be made compatible with adhesiveness. Thereby, it is not necessary to mask the adhesive portion on the surface of the separator 2 as in the conventional case, and the number of steps in manufacturing the fuel cell can be reduced. Further, adhesion failure due to remaining mask material can be prevented.

実施の形態2.
次に、図5を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本発明も固体高分子型燃料電池をはじめとする種々の燃料電池の製造に適用することができる。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present invention can also be applied to the manufacture of various fuel cells including solid polymer fuel cells.

実施の形態1では、セパレータの表面に貴金属を島状に分散配置しているが、本実施形態では、貴金属の代わりに、親水材であるTiO2を島状に分散配置する。図5A、図5Bは燃料電池の各セルに設けられているガス流路の断面図である。各図に示すように、セパレータ2は、電極8に接触する電極接触面2aと、電極接触面2aと平行で電極8から離れて位置する底面2cと、電極接触面2aと底面2cとを結ぶ立面2bとを有している。そして、電極8、底面2c、及び左右の立面2b,2bで囲まれる空間が、反応ガス(酸化ガス或いは燃料ガス)が流れるガス流路10になっている。ガス流路10内には、発電時の反応で生成された生成水や、電解質膜を加湿するための加湿水も流れている。図5A、図5Bには、これらの水12がガス流路10内を流れている様子を示している。 In the first embodiment, the noble metal is dispersed and arranged in the form of islands on the surface of the separator. However, in this embodiment, TiO 2 that is a hydrophilic material is dispersed and arranged in the form of islands instead of the noble metal. 5A and 5B are cross-sectional views of gas flow paths provided in each cell of the fuel cell. As shown in each drawing, the separator 2 connects an electrode contact surface 2a that contacts the electrode 8, a bottom surface 2c that is parallel to the electrode contact surface 2a and is positioned away from the electrode 8, and an electrode contact surface 2a and the bottom surface 2c. And an elevation surface 2b. A space surrounded by the electrode 8, the bottom surface 2c, and the left and right vertical surfaces 2b and 2b is a gas flow path 10 through which a reactive gas (oxidizing gas or fuel gas) flows. In the gas flow path 10, generated water generated by a reaction during power generation and humidified water for humidifying the electrolyte membrane also flow. 5A and 5B show a state in which these waters 12 are flowing in the gas flow path 10.

図5Aは、セパレータ2の表面にTiO2により形成された表面層が設けられていない場合の水12の流れを示している。通常、セパレータ2のガス流路面には、耐食性を備えた導電コート16が施されている。この導電コート16は一般に撥水性であるため、セパレータ2のガス流路面(底面2cや立面2b)ではじかれた水12はガス流路10内で玉になる。この玉になった水12によってガス流路10が閉塞される結果、ガス流路10内でのガスの流通抵抗が増大し、燃料電池の電池性能が低下してしまう。 FIG. 5A shows the flow of water 12 when a surface layer made of TiO 2 is not provided on the surface of the separator 2. Usually, a conductive coating 16 having corrosion resistance is applied to the gas flow path surface of the separator 2. Since the conductive coat 16 is generally water-repellent, the water 12 repelled on the gas flow path surface (the bottom surface 2 c and the vertical surface 2 b) of the separator 2 becomes a ball in the gas flow path 10. As a result of the gas channel 10 being blocked by the water 12 that has become a ball, the flow resistance of the gas in the gas channel 10 increases, and the cell performance of the fuel cell decreases.

一方、図5Bに示すように、上記の導電コート16の上からTiO2膜14をコートした場合には、TiO2は親水性であるため、表面にTiO2膜14により形成された表面層が存在することで、水12はセパレータ2のガス流路面に沿って流れるようになる。その結果、ガス流路10が水12によって閉塞されることはなく、ガス流路10内でのガスの流通抵抗は低減される。 On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the TiO 2 film 14 is coated on the conductive coating 16, the surface layer formed by the TiO 2 film 14 is formed on the surface because TiO 2 is hydrophilic. By being present, the water 12 flows along the gas flow path surface of the separator 2. As a result, the gas flow path 10 is not blocked by the water 12, and the gas flow resistance in the gas flow path 10 is reduced.

しかし、TiO2は接着性に劣ることから、セパレータ2の表面全体をTiO2膜14で覆ってしまうと隣接する電極8との接着性を確保することができない。接着性を確保する方法としては、セパレータ2の表面の接着部にマスキングを行い、その上からTiO2膜14をコーティングする方法が考えられるが、この方法では、マスキングのための工程数が増えるとともに、セパレータ2の表面にマスク材が残存することで接着不良を起こす可能性もある。そこで、本実施形態では、セパレータ2の表面全体をTiO2膜14で覆うのではなく、図5B中のC部を拡大して示すように、セパレータ2の表面にTiO2膜14を島状に分散配置するようにしている。 However, since TiO 2 is inferior in adhesiveness, if the entire surface of the separator 2 is covered with the TiO 2 film 14, the adhesiveness with the adjacent electrode 8 cannot be ensured. As a method of ensuring the adhesiveness, a method of masking the adhesive portion on the surface of the separator 2 and coating the TiO 2 film 14 thereon can be considered, but this method increases the number of masking steps. Further, the mask material may remain on the surface of the separator 2, which may cause poor adhesion. Therefore, in the present embodiment, the entire surface of the separator 2 is not covered with the TiO 2 film 14, but the TiO 2 film 14 is formed in an island shape on the surface of the separator 2 as shown in an enlarged view of a portion C in FIG. 5B. Distributed.

本実施形態では、次に説明する製造方法によって図5Bに示す燃料電池を製造する。まず、最初の工程では、導電コート16が施されたセパレータ2の表面全体にTiO2膜14を島状に分散配置する。島状に分散配置されたTiO2膜14は、セパレータ2の表面をまばらに覆う表面層を形成する。この工程では、TiO2膜14がセパレータ2の表面を被覆する表面被覆率が所定の目標被覆率になるように、TiO2膜14による表面層の形成を制御する。TiO2膜14による表面層を形成するための膜形成方法には限定はなく、メッキやスプレー塗布等の湿式法を用いてもよく、スパッタやCVD等の乾式法を用いてもよい。 In this embodiment, the fuel cell shown in FIG. 5B is manufactured by the manufacturing method described below. First, in the first step, the TiO 2 film 14 is dispersed and arranged in an island shape over the entire surface of the separator 2 to which the conductive coating 16 is applied. The TiO 2 film 14 dispersed and arranged in an island shape forms a surface layer that sparsely covers the surface of the separator 2. In this step, the formation of the surface layer by the TiO 2 film 14 is controlled so that the surface coverage with which the TiO 2 film 14 covers the surface of the separator 2 becomes a predetermined target coverage. The film forming method for forming the surface layer by the TiO 2 film 14 is not limited, and a wet method such as plating or spray coating may be used, or a dry method such as sputtering or CVD may be used.

目標被覆率は、表面被覆率と接着性及び親水性との関係に基づいて決めればよい。TiO2はセパレータ2の材質に比較して親水性に優れる反面、接着性に劣ることから、表面被覆率が大きくなるほど表面の親水性は高くなり、逆に接着性は低下する。したがって、親水性、接着性のそれぞれについて許容範囲を定め、親水性と接着性の双方が両立する表面被覆率の範囲を許容被覆率として設定し、この許容被覆率の範囲で目標被覆率を設定すればよい。 The target coverage may be determined based on the relationship between the surface coverage, adhesion, and hydrophilicity. TiO 2 is superior in hydrophilicity to the material of the separator 2 but is inferior in adhesiveness. Therefore, as the surface coverage increases, the hydrophilicity of the surface increases and conversely the adhesiveness decreases. Therefore, an allowable range is set for each of hydrophilicity and adhesiveness, and the surface coverage range where both hydrophilicity and adhesiveness are compatible is set as the allowable coverage, and the target coverage is set within this allowable coverage range. do it.

次の工程では、セパレータ2上の接着部に接着剤が塗布される。TiO2膜14の島は上述のようにセパレータ2の表面全体に分散配置されるため、接着部にもTiO2膜14の島が配置されている。接着剤は、これらTiO2膜14の島の上から塗布される。そして、次の工程では、接着剤が塗布されたセパレータ2上に、電極(或いは膜電極接合体)8が貼り合わされる。表面層を形成するTiO2膜14はセパレータ2の表面に島状に分散配置されているので、電極8が接着される接着部にはTiO2膜14の島の間からセパレータ2の表面が露出している。この露出したセパレータ2の表面と電極8との間に接着剤が介在することによって、セパレータ2と電極8との接着性が確保される。 In the next step, an adhesive is applied to the bonding portion on the separator 2. Since the islands of the TiO 2 film 14 are dispersed and arranged over the entire surface of the separator 2 as described above, the islands of the TiO 2 film 14 are also arranged at the bonding portion. The adhesive is applied from above the islands of the TiO 2 film 14. In the next step, the electrode (or membrane electrode assembly) 8 is bonded onto the separator 2 to which the adhesive is applied. Since the TiO 2 film 14 forming the surface layer is dispersed and arranged in the form of islands on the surface of the separator 2, the surface of the separator 2 is exposed from between the islands of the TiO 2 film 14 to the bonding portion to which the electrode 8 is bonded. is doing. Adhesiveness between the separator 2 and the electrode 8 is ensured by interposing an adhesive between the exposed surface of the separator 2 and the electrode 8.

以上のように、本実施形態にかかる燃料電池の製造方法によれば、セパレータ2の表面にTiO2膜14の表面層を設けることによるガス流路10内の流通抵抗の低減と、接着剤によるセパレータ2と電極8との接着性を両立させることができる。これにより、実施の形態1と同様、従来のようにセパレータ表面の接着部にマスキングを行う必要がなくなり、燃料電池の製造における工程数を削減できるととともに、マスク材の残存による接着不良を防止することもできる。 As described above, according to the method for manufacturing a fuel cell according to the present embodiment, the flow resistance in the gas flow path 10 is reduced by providing the surface layer of the TiO 2 film 14 on the surface of the separator 2, and the adhesive is used. The adhesiveness between the separator 2 and the electrode 8 can be made compatible. As in the first embodiment, this eliminates the need for masking the adhesion portion on the separator surface as in the prior art, reduces the number of steps in manufacturing the fuel cell, and prevents adhesion failure due to remaining mask material. You can also.

その他.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。
Others.
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the following modifications may be made.

上記の各実施の形態では、接着剤を塗布したセパレータに電極を貼り合わせているが、電極に接着剤を塗布してそれにセパレータを貼り合わせるようにしてもよい。   In each of the above embodiments, the electrode is bonded to the separator to which the adhesive is applied. However, the adhesive may be applied to the electrode and the separator may be bonded to the electrode.

また、本発明の製造方法が適用される燃料電池では、セパレータに隣接する構造部材は電極には限定されない。例えば、樹脂フレームや他のセパレータも隣接構造部材に含まれる。これらとの接着に本発明を適用することによっても、セパレータの表面に表面層を設けることによる電池性能の向上と、セパレータと隣接構造部材との接着性とを両立させることができる。   In the fuel cell to which the manufacturing method of the present invention is applied, the structural member adjacent to the separator is not limited to the electrode. For example, a resin frame and other separators are also included in the adjacent structural member. Also by applying the present invention to bonding with these, it is possible to achieve both improvement in battery performance by providing a surface layer on the surface of the separator and adhesion between the separator and the adjacent structural member.

また、実施の形態1では表面層を形成する物質として貴金属を用いているが、他の高導電性物質を用いてもよい。同様に、実施の形態2では表面層を形成する物質としてTiO2を用いているが、他の親水性物質を用いてもよい。 In the first embodiment, noble metal is used as the material for forming the surface layer, but other highly conductive materials may be used. Similarly, in Embodiment 2, TiO 2 is used as the material for forming the surface layer, but other hydrophilic materials may be used.

本発明の実施の形態1にかかる燃料電池の製造方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the manufacturing method of the fuel cell concerning Embodiment 1 of this invention. 貴金属が分散配置されたセパレータの表面を拡大して示す平面図である。It is a top view which expands and shows the surface of the separator by which the noble metal was distributedly arranged. 接着剤が塗布されたセパレータの平面図である。It is a top view of the separator with which the adhesive agent was apply | coated. 貴金属がセパレータの表面を被覆する表面被覆率と、貴金属により被覆された表面の接着性及び導電性との関係について示す図である。It is a figure which shows about the relationship between the surface coverage which a noble metal coat | covers the surface of a separator, and the adhesiveness of the surface coat | covered with the noble metal, and electroconductivity. セパレータの表面にTiO2の表面層が設けられていない場合のガス流路内の水の流れを示す断面図である。It is a sectional view showing a flow of water gas flow path when no surface layer of TiO 2 is provided on the surface of the separator. セパレータの表面にTiO2の表面層が設けられている場合のガス流路内の水の流れを示す断面図である。It is a sectional view showing a flow of water gas flow path when the surface layer of TiO 2 on the surface of the separator is provided.

符号の説明Explanation of symbols

2 セパレータ
4 貴金属
6 接着剤
8 電極
10 ガス流路
12 水
14 TiO2
16 導電コート
2 Separator 4 Precious metal 6 Adhesive 8 Electrode 10 Gas flow path 12 Water 14 TiO 2 film 16 Conductive coating

Claims (2)

セパレータの表面に貴金属が配置され、前記貴金属を挟んで前記セパレータと前記セパレータに隣接する構成部材とが接着剤にて接着される燃料電池の製造方法であって、
前記構成部材が接着される部位を含む前記セパレータの表面を前記貴金属でまばらに覆うための処理を行う工程であって、薄膜形成方法を用いて前記セパレータの表面から前記貴金属を島状に成長させる第1工程と、
島状に成長した前記貴金属によってまばらに覆われた前記セパレータの表面に、前記接着剤にて前記構成部材を接着する第2工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
A method of manufacturing a fuel cell in which a noble metal is disposed on a surface of a separator, and the separator and a component adjacent to the separator are bonded with an adhesive across the noble metal ,
A step of sparsely covering the surface of the separator including the portion to which the constituent member is bonded with the noble metal, and growing the noble metal from the surface of the separator in an island shape using a thin film forming method The first step;
A second step of bonding the constituent member to the surface of the separator sparsely covered with the noble metal grown in an island shape with the adhesive;
A method for producing a fuel cell, comprising:
セパレータの表面にTiOTiO on the separator surface 22 が配置され、前記TiOIs arranged, said TiO 22 を挟んで前記セパレータと前記セパレータに隣接する構成部材とが接着剤にて接着される燃料電池の製造方法であって、A method of manufacturing a fuel cell in which the separator and a component adjacent to the separator are bonded with an adhesive,
前記構成部材が接着される部位を含む前記セパレータの表面を前記TiOThe surface of the separator including the part to which the constituent member is bonded is the TiO. 22 でまばらに覆うための処理を行う工程であって、薄膜形成方法を用いて前記セパレータの表面から前記TiOSparsely covering the TiO 2 from the surface of the separator using a thin film forming method. 22 を島状に成長させる第1工程と、A first step of growing the material into islands;
島状に成長した前記TiOTiO grown in island shape 22 によってまばらに覆われた前記セパレータの表面に、前記接着剤にて前記構成部材を接着する第2工程と、A second step of bonding the constituent member to the surface of the separator sparsely covered by the adhesive with the adhesive;
を含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。A method for producing a fuel cell, comprising:
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