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Title:
FUEL CELL AND FUEL SUPPLY SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/084463
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention enhances sealing reliability for a fuel gas. Provided is a fuel cell (100) that generates power by subjecting a fuel gas to a chemical reaction, said fuel cell (100) comprising a seal (7, 15) for sealing the fuel gas inside the fuel cell (100), wherein the seal (7, 15) is configured to include a self-healing elastomer material.

Inventors:
TAKAMUKU SHOGO (JP)
UEHARA SHIGETAKA (JP)
BU TONG (JP)
Application Number:
PCT/IB2020/060146
Publication Date:
May 06, 2021
Filing Date:
October 29, 2020
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
H01M8/0284; B60L50/00; H01R24/00
Domestic Patent References:
WO2005062407A22005-07-07
Foreign References:
EP3279270A12018-02-07
KR20190083551A2019-07-12
JP2018039876A2018-03-15
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Claims:
\¥0 2021/084463 卩(:17132020 /060146

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【書類名】請求の範囲

【請求項 1】 燃料ガスを化学反応させて発電する燃料電池 (1 0 0) であって、 前記燃料ガスを前記燃料電池 (1 0 0) 内に封止するためのシ-ル (7, 1 5) を備え、 前記シ-ル (7, 1 5) は、 自己修復性のエラストマ-材料を含む、 燃料電池 (1 0 0) 。

【請求項 2】 電解質膜 (1) と、前記電解質膜 (1) の両側に配置された一対の電極 (2) と、を備える膜電 極接合体 (3) と、 前記電解質膜 (1) の外周縁を囲むサブガスケット (5) と、 前記膜電極接合体 (3) の両側に配置された一対のセパレ-夕 (4) と、を備え、 前記シール (7, 1 5) は、前記セパレータ (4) と前記サブガスケット (5) との間に設けられる、 請求項 1に記載の燃料電池 (1 0 0) 。

【請求項 3】 前記セパレ-夕 (4) は、前記サブガスケット (5) と対面する表面に突起 (6 1〜6 3) を備え、 前記シ-ル (7, 1 5) は、前記突起 (6 1〜 6 3) の先端部と前記サブガスケット (5) との間 に配置される、 請求項 2に記載の燃料電池 (1 0 0) 。

【請求項 4】 前記シ-ル (7, 1 5) は、多層構造を有する、 請求項 1〜 3のいずれか一項に記載の燃料電池 (1 0 0) 。

【請求項 5】 前記エラストマ-材料は、水分子が存在し、外部から自己修復のための作用が入力されない場合でも 自己修復性を有する、 請求項 1〜 4のいずれか一項に記載の燃料電池 (1 0 0) 。 \¥02021/084463 卩(:17132020 /060146

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【請求項 6】 前記シ-ルは、前記燃料電池 (1 0 0) を構成する各部材により締め付けられ、 前記締め付けにより接触した前記自己修復性のエラストマ-材料同士が結合する、 請求項 1〜 5のいずれか一項に記載の燃料電池 (1 0 0) 。

【請求項 7】 前記サブガスケット (5) は、前記自己修復性のエラストマ-材料を含む、 請求項 2に記載の燃料電池 (1 0 0) 。

【請求項 8】 一対のセパレ-夕 (4) の両側にそれぞれ配置された一対の集電体プレ-卜 (1 1) 、一対の絶縁体 プレート (1 2) 及び一対のエンドプレート (1 3) と、 前記エンドプレート (1 3) に設けられたガス流路 (1 4) と、を備え、 前記集電体プレ-卜 (1 1) 、絶縁体プレ-卜 (1 2) 及びエンドプレ-卜 (1 3) には、前記ガス流 路 (1 4) に連通する貫通孔 ( 1〜 4) が設けられ、 前記シ-ル (7, 1 5) は、各プレ-卜 (1 1〜 1 3) 間に配置され、前記貫通孔 ( 1〜 4) の外周を囲む、 請求項 1に記載の燃料電池 (1 0 0) 。

【請求項 9】 燃料電池 (1 0 0) の発電に使用される燃料ガスを供給する燃料供給システムであって、 前記燃料ガスを封止するシ-ル ( V 1〜 7) を備え、 前記シ-ル ( V 1〜 7) は、 自己修復性のエラストマ-材料を含む、 燃料供給システム (〇) 。

【請求項 1 0】 燃料電池 (1 0 0) の発電に使用される燃料ガスを貯蔵する貯蔵装置 ( 1) であって、 前記燃料ガスを封止するシ-ル ( V 4, V 5, V 7) を備え、 前記シ-ル ( V 4, V 5, V 7) は、 自己修復性のエラストマ-材料を含む、 \¥0 2021/084463 卩(:17132020 /060146

17 貯蔵装置 ( 1) 。

【請求項 1 1】 燃料電池 (1 0 0) の発電に使用される燃料ガスを貯蔵する貯蔵装置 ( 1) に該燃料ガスを充 填する充填装置 (巳) であって、 前記燃料ガスを封止するシ-ル ( V 1〜 3, V 6) を備え、 前記シ-ル ( V 1〜 3, V 6) は、 自己修復性のエラストマ-材料を含む、 充填装置 (巳) 。

Description:
\¥0 2021/084463 卩(:17132020 /060146

【書類名】明細書

【発明の名称】燃料電池及び燃料供給シス テム 【技術分野】

[ 0 0 0 1 ] 本発明は、燃料電池及び燃料供給システムに 関する。

【背景技術】

[ 0 0 0 2 ] 固体高分子型の燃料電池は、燃料ガスとして 供給された水素ガスと空気中の酸素ガスとを 化学反応 させることで発電する。一般に、固体高分子 型の燃料電池は、上記化学反応を行う膜電極 接合体が 一対のセパレータにより挟 寺された構造を有する。

[ 0 0 0 3 ] 燃料電池から外部へのガスの漏洩を防ぐため 、燃料電池にはシ-ル材が設けられる。例え 、セパレ-夕 の表面には凸形状の突起であるビ-ドが設け れ、このビ-ドが膜電極接合体の外周に設け れるサブガス ケットと接触して膜電極接合体の周囲を封止 する。ビ-ドとサブガスケットの間には、封 性を高めるため 樹脂製のシ-ル材が配置される (特許文献 1参照) 。

【先行技術文献】

【特許文献】

[ 0 0 0 4 ]

【特許文献 1】米国特許第 2 0 1 9 0 7 4 5 2 4号 【発明の概要】

【発明が角军決しようとする課題】

[ 0 0 0 5 ] プレス成形等により形成され、金属製のセパ レ-夕のボディの一部が突出するビ-ドは、反 が大きい。こ のようなビードをサブガスケットに接角虫さ せて封止するには、大きなクランプカが必要 であり、ビードとサブガスケ \¥02021/084463 卩(:17132020 /060146

2 ット間のシ-ルに加わる負荷が増大する。シ- の内部にボイド、クラック等の欠陥がある 、負荷の大きさ によっては欠陥が成長し、ガス漏れが発生す る可能性がある。

[ 000 6 ] 本発明は、燃料ガスの封止の信頼性を高める ことを目的とする。

【課題を角军決するための手段】

[ 0 0 0 7 ] 本発明の一態様によれば、燃料ガスを化学反 応させて発電する燃料電池 ( 1 0 0) であって、前記 燃料ガスを前記燃料電池 ( 1 0 0) 内に封止するためのシ-ル (7, 1 5) を備え、前記シ-ル (7 , 1 5) は、 自己修復性のエラストマ-材料を含んで構成 れる、燃料電池 ( 1 0 0) が提供される。

[ 000 8] 本発明の他の一態様によれば、燃料電池 ( 1 0 0) の発電に使用される燃料ガスを貯蔵する貯蔵 装置 ( 1) と、前記貯蔵装置 ( 1) に前記燃料ガスを充填する充填装置 (巳) と、前記貯蔵 装置 ( 1) 又は前記充填装置 (巳) に設けられ、前記燃料ガスを封止するシ-ル ( V 1 ~ V 7) と、を備え、前記シ-ル ( V 1〜 7) は、 自己修復性のエラストマ-材料を含んで構成 れる、燃料供 給システム ((:) が提供される。

【発明の効果】

[ 0 0 0 9 ] 本発明によれば、燃料ガスの封止の信頼性を 高めることができる。

【図面の簡単な説明】

[0010]

【図 1】一実施形態の燃料電池の構成を示す断面 である。

【図 2】セルの構成を模式的に示す分解斜視図で る。

【図 3】セパレ-夕の表面を示す平面図である。

【図 4】図 1の破線枠内の拡大図である。

【図 5】多層構造のシ-ルを示す拡大断面図である \¥02021/084463 卩(:17132020 /060146

3

【図 6】一実施形態の燃料供給システムの構成を す模式図である。

【発明を実施するための形態】

[0011] 以下、本発明の燃料電池及び燃料供給システ ム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。

[0012]

(燃料電池) 図 1は、本実施形態の燃料電池 1 0 0の構成を示す。 本実施形態の燃料電池は、例えば車両等の移 動体に搭載され、燃料ガスを化学反応させて 発電す ることにより移動体の駆動電力を供給するが 、移動体に限らず、定置発電システム等の燃 料電池にも本 発明を適用できる。

[0 0 1 3] 図 1に示すように、燃料電池 1 0 0は、スタックされた複数のセル 1 0と、各セル 1 0のスタック方向の 両側にそれぞれ配置された一対の集電体プレ -卜 1 1、一対の絶縁体プレ-卜 1 2及び一対のエンドブレ -卜 1 3とを備える。また、燃料電池 1 0 0は、少なくとも一方側のエンドプレート 1 3に取り付けられるガ ス管 1 4を備える。ガス管 1 4は図示しないマニホールドに連通する。

[0 0 1 4] セル 1 0、ガス管 1 4側の集電体プレート 1 1、絶縁体プレート 1 2及びエンドプレート 1 3には、ガス 管 1 4に連通し、セル 1 0のスタック方向に貫通する 4つの貫通孑し 1〜 4が設けられる。これらの貫 通孔 1〜 4を通じて、燃料ガスの供給と排出が行われ 。

[0 0 1 5] 燃料電池 1 0 0は、集電体プレ-卜 1 1、絶縁体プレ-卜 1 2、エンドプレ-卜 1 3及びガス管 1 4の 各部材間に、シ-ル 1 5を備える。シ-ル 1 5は、例えば貫通孔 1〜 4の外側を囲む 0リングであり 、エラストマー材料を含んで構成される。シ ール 1 5が隣接する各咅^材に接角虫して貫通孑し 1〜 4の外 周を封止することにより、貫通孑し 1〜 4からのガス漏れを抑えることができる。な 、シール 1 5は、例 えば、エラストマー材料のみで構成されるも のでも良いし、エラストマー材料と当該シー ル 1 5の形状を保持 するための補強材等を含んで構成されるもの でも良い。

[0 0 1 6] 一対のエンドプレ-卜 1 3はボルトとナット等の締め付け部材により め付けられ、燃料電池 1 0 0には エンドプレ-卜 1 3により挟まれる燃料電池 1 0 0の各部材のスタック方向に締め付け力が作 する。この 締め付け力により、エンドプレ-卜 1 3間の各部材のスタック構造が固定されると もに、燃料ガスが燃料 電池 1 0 0内に封止される。

[0 0 1 7] 図 2は、セル 1 0の構成を模式的に示す。 図 2に示すように、セル 1 0は、膜電極接合体 (M E A : Membrane Electrode Assembly) 3と 、 M E A 3の両側に配置された一対のセパレータ 4と、 M E A 3の外周縁を囲むサブガスケット 5と、を備 える。 M E A 3は、電解質膜 1及び一対の電極 2を備える。一対の電極 2は電解質膜 1を挟持する。

[0 0 1 8] 電解質膜 1は、イオン伝導性の高分子電解質の膜であ 。電解質膜 1に使用できる高分子電解質 としては、例えばナフィオン (登録商標) 、アクイヴィオン (登録商標) 等のパーフルオ □スルホン酸ポリマー ; スルホン化ポリエ-テルエ-テルケトン (S P E E K) 、スルホン化ポリイミド等の芳香族系ポリマ - ; 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-等が挙げられる。

[0 0 1 9] 電解質膜 1は、耐久性向上の観点から、多孔質基材 1 aに高分子電解質を含浸させた複合膜で あることができる。多孔質基材 1 aとしては、高分子電解質を担持できる空隙 有するのであれば特に限 定されず、多孔質状、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 1 a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、ポリテトラフル オ □エチレン、ポリテトラフルオ □エチレンーク □□トリフルオ □エチレン共 重合体、及びポリクロ □トリフルオ □エチレン等のフッ素系ポリマ-は、強度及 形状安定性に優れる。

[ 0 0 2 0 ] \¥0 2021/084463 卩(:17132020 /060146

5 一対の電極 2のうち、一方の電極 2はアノ-ドであり、燃料極とも呼ばれる。他 の電極 2はカソ-ドで あり、空気極とも卩乎ばれる。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。図 2中、黒色の矢印は水素ガスを表し、 白色の矢印は空気を表す。

[ 0 0 2 1 ] アノ-ドでは、水素ガス (1 ~ 1 2 ) から電子 (6一) とプ □トン (1 ~ 1 + ) 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-ドへ 動する。この電子の移動により外部回路で 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。

[ 0 0 2 2 ] カソ-ドでは、外部回路から移動してきた電 により、酸素ガス (〇 2 ) から酸素イオン (〇 2 — ) 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 (2 1 ~ 1 + ) と結合して、水 (1 ~ 1 2 〇) にな る

[ 0 0 2 3 ] 電極 2は、触媒層 2 1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、ガス拡 層 2 2を備える。ガス拡散層 2 2は、触媒層 2 1のセパレ-夕側に配置される。

[ 0 0 2 4 ] 触媒層 2 1は、触媒によって水素ガス及び酸素ガスの 応を促進する。触媒層 2 1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。 角虫媒としては、例えば白金 ( セ) 、ルテニウム (R u) 、イリジウム ( I 「) 、ロジウム (R h) 、パ ラジウム ( ) 、タングステン (\1\〇 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。

[ 0 0 2 5 ] 担体としてはメソポ-ラスカ-ボン、 セ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 。 \¥0 2021/084463 卩(:17132020 /060146

6 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 することができる。

[ 0 0 2 6 ] ガス拡散層 2 2は、セル 1 0に供給された燃料ガスを触媒層 2 1の全面に均一に拡散させることがで 含る。 ガス拡散層 2 2は、 1\/1巳 八 3の最表層としてガス拡散層用シートを酉己 することで形成できる。ガス拡 散層用シ-卜としては、例えば導電性、ガス 過性及びガス拡散性を有する力-ボン繊維等 多孔性繊 維シ-卜の他、発泡金属、エキスパンドメタ 等の金属製のシ -卜材等が挙げられる。

[ 0 0 2 7 ] サブガスケット 5は、 1\/1巳 八 3の外周縁を囲むフィルム又はプレートであ 、 1\/1巳 八 3の支持体として機 能する。サブガスケット 5の材料としては、導電性が低い樹月旨を用 ることができる。樹月旨材料としては特に 限定されず、例えばポリフエニレンスルフィ ド ( 5) 、ガラス入りポリプロピレン ( 一 0) 、ポリスチレ ン ( 5) 、シリコーン樹月旨、フッ素系樹月旨等が挙 げられる。

[ 0 0 2 8 ]

(セパレ-夕) セパレータ 4はパイボーラブレートとも呼ばれる。セパ ータ 4の材料としては、力ーボン、ステンレス鋼 の導 電性材料が用いられる。

[ 0 0 2 9 ] 図 3は、セパレ-夕 4の表面を示す。 本実施形態のセパレ-夕 4は、 凹部 4 3 が設けられた表面を有する。セパレ-夕 4の凹部 4 3 が設けら れた面が IV!巳 八 3と対面したとき、セパレータ 4と 1\/1巳 八 3との間に流路 2 0が設けられる。流路 2 0は 、燃料ガスの供給路であるだけでなく、発電 時の化学反応により生成された水の排出路で もある。

[ 0 0 3 0 ] 本実施形態のセパレ-夕 4はその表面に複数のリブ 4 匕を備える。これらリブ 4 匕によってセパレ-夕 4の 表面に凹部 4 3が設けられる。なお、セパレータ 4の表面に凹部 4 3を設けることができるのであれば、セパ レータ 4の表面に溝が設けられていてもよいし、 リブ 4 匕と溝の両方が設けられていてもよい。一方 のセパレー \¥0 2021/084463 卩(:17132020 /060146

7 夕 4の凹部 4 3は貫通孔 1から貫通孔 2へ連通し、他方のセパレ-夕 4の凹部 4 3は貫通孔

3 から貫通孑し 4へ連通する。

[ 0 0 3 1 ] 図 3に示すように、 4つの貫通孑し 1〜 4はセパレ-夕 4の 4隅をそれぞれ貫通する。貫通孔 1は 水素ガスの供給口であり、貫通孔 2は水素ガスの排出口である。貫通孔 3は空気の供給口であり 、貫通孔 4は空気の排出口である。一方のセパレ-夕 4では貫通孔 1及び 2が流路 2 0に連通 し、他方のセパレ-夕 4の貫通孑し 3及び 4では貫通孔 3及び 4が流路 2 0に連通する。

[ 0 0 3 2 ]

(ビ-ド) セパレ-夕 4の表面には、ビ-ド 6 1〜 6 3が設けられる。ビ-ド 6 1〜 6 3は、凸形状の突起であり、

IV!巳八 3側に突出する。ビード 6 1〜 6 3は、サブガスケット 5に接角虫することで 1\/1巳八 3の周囲を封止 する。

[ 0 0 3 3 ] ビード 6 1は、セパレータ 4の外周縁咅5を周回する。ビード 6 2は、ビード 6 1より内側において流路 2 0 と貫通孔 1及び 2の外側を囲む。ビ-ド 6 3は流路 2 0に連通しない貫通孔 3及び 4の外側 を囲む。これらビード 6 1〜 6 3は、例えばセパレータ 4のボディをプレス成形することによって形 できる。

[ 0 0 3 4 ]

(エラストマー層) 図 4は、図 1の破線枠内の拡大図である。図 4は、図 3中の I 1 — 1 I線における断面に相当する 図 4に示すように、燃料電池 1 0 0は、ビ-ド 6 1及び 6 2とサブガスケット 5の間に設けられたエラスト マー層 7を備える。図示されないが、ビード 6 3とサブガスケット 5の間にも同様にエラストマー層 7が設けら れる。

[ 0 0 3 5 ] \¥0 2021/084463 卩(:17132020 /060146

8 エラストマー層 7は、セパレータ 4のビード 6 1に接角虫するとともにサブガスケット 5にも接角虫し、 1\/1巳 八 3の 周囲を封止する。すなわち、エラストマ-層 7は、燃料ガスをセル 1 0内に封止するシ-ルである。ビ-ド 6 1 〜 6 3の表面の粗さによってはビ-ド 6 1〜 6 3とサブガスケット 5間に隙間が生じ、燃料ガスの漏れ、特 に低分子の水素ガスが漏れることがあるが、 エラストマー層 7によりこの隙間を埋めてガス漏れを抑える とが できる。

[ 0 0 3 6 ] エラストマー層 7は、エラストマー材料等を含むエラストマ 層用のインクを用いて印刷、塗工するか、 は インジェクション成形等によって形成するこ とができる。なかでも、パターン成形の容易 性の観点から、スクリー ン印刷等の印刷が好ましい。

[ 0 0 3 7 ] エラストマ-層 7は、多層構造を有することが好ましい。こ により、各層の弾性等の特性を異ならせる とができる。また、複数層の積層によって一 定以上の厚みを有するエラストマ-層 7の形成が容易となる。 図 5は、 3層構造のエラストマー層 7の例を示、す。 図 5に示すように、エラストマ-層 7は、ビ-ド 6 1の先端部上に積層された第 1層 7 1、第 2層 7 2 及び第 3層 7 3をこの順に有する。

[ 0 0 3 8 ] 第 1層 7 1〜第 3層 7 3のエラストマ-材料の種類又は厚みは、同じ あってもよいし、異なっていても よい。例えば、厚みが大きいほどばね定数が 小さくなり、エラストマ-層 7の反力が小さくなる。反力が小さ いエラストマ-層 7は小さなクランプカで十分に封止すること できる。一方、反力が大きい方が封止性が 長時間持続しやすく、封止の信頼性が高まる 。よって、第 1層 7 1のばね定数が大きく、第 3層 7 3の ばね定数が小さくなるように、エラストマ- 料の種類又は厚みを調整することにより、 止が容易でかつ封 止の信頼性が高いエラストマ-層 7を得ることができる。

[ 0 0 3 9 ] 多層構造のエラストマ-層 7は、複数回の印刷又は塗工を繰り返すこと より形成できる。各種印刷 法のなかでも厚い膜の形成が可能なスクリ- 印刷でも、 1回の印刷で形成できる膜の厚みは 1 0 \¥0 2021/084463 卩(:17132020 /060146

9 以上の厚みのエラストマ-層 7 も形成することができる。

[ 0 0 4 0 ] 例えば、 1回の印刷で形成できる膜厚の上限が 8 〇4 であっても、 3回印刷を行って厚みが 5 0 4 1 各層のばね定数も調整できる。

[ 0 0 4 1 ] なお、セパレータ 4とサブガスケット 5間にエラストマー層 7を酉己置できるのであれば、ビード 6 1〜 6 3の 先端咅5にエラストマー層 7を酉己置した後、 1\/1巳 八 3と対面させてもよいし、サブガスケット 5のビード 6 1〜

6 3と対面する位置にエラストマー層 7を酉己置した後、セパレータ 4と対面させてもよい。

[ 0 0 4 2 ]

(自己修復性エラストマ-材料) エラストマ-層 7は、 自己修復性のエラストマ-材料を含んで構成 れる。 自己修復性とは、エラストマ_ 材料が損傷した場合でも切断部位を再結合し て回復する機能をいう。再結合は、例えば共 有結合、水 素結合、イオン結合又は配位結合であっても よいし、静電相互作用、疎水性相互作用、 71電子相互作 用又はこれら以外の分子間相互作用による結 合であってもよい。

[ 0 0 4 3 ] エラストマ-層 7は、 自己修復性のエラストマ-材料のみから構成 れる層であってもよいし、本発明の効 果を阻害しない範囲で他のエラストマ-材料 添加剤等を含んでもよい。

[ 0 0 4 4 ] 多層構造のエラストマ-層 7の場合、エラストマ-層 7を構成する各層が結合して 1つの層が形成され るため、層間の剥がれ等がなく、耐久性に優 れたエラストマ-層 7が得られる。複数層を積層して各層間 を結合させ、厚いエラストマー層 7を形成することにより、ビード 6 1〜 6 3自体をエラストマー層 7に代えて ちよい。 [ 0 0 4 5 ] 自己修復性を有するエラストマ-材料として 、公知の材料を使用できる。公知の材料と ては、例え ばガラス転移温度が 1 5 0 °C以上である硬質ポリマ-からなる八-ドセグ ントと、ガラス転移温度が一 3 〇°C以下である軟質ポリマーからなるソフト セグメントと、を有し、一定量のジスルフイ ド結合を有するマルチ ブロック共重合体 (特開 2 0 1 8 - 3 9 8 7 6参照) 、ホスト基及びゲスト基との相互作用によっ て 架橋された架橋重合体を含む高分子材料 (国際公開第 2 0 1 7 / 1 5 9 3 4 6号参照) 、スカン ジウム角虫媒を使用したエチレンとアニシル プロピレンの共重合体 ( T Synthesis of Self-Hea ling Polymers by Scandiu m-Catalyzed Copolymerization of Ethylene and Anisylpropylenes」、 Haobing Wang 外 5名、 J. Am. Chem. Soc.、 American Chemical Society、 2 0 1 9年、 1 4 l、 p . 3 2 4 9 — 3 2 5 7参照) 等が挙げられるが、これらに限定されない。

[ 0 0 4 6 ] なかでも、 自己修復性を有するエラストマ-材料は、水 子が存在し、外部から自己修復のための作 用が入力されない場合でも、 自己修復性を有する材料であることが好まし い。 燃料電池 1 〇 〇のシ-ルは、発電時に水素ガスが供給され 水が生じる環境下にあるが、上記エラスト マ-材料によればこのような環境下でも自己 復が可能である。また、燃料電池 1 0 0自体による作用 以外の作用、例えば赤外線、紫外線等の照射 、加温又は加圧等のエネルギ-を付与する作 が燃料 電池 1 0 〇の外部から入力されない場合でも自己修復 するエラストマ-材料であれば、燃料電池 1 0 0 内に配置されたシ-ルに自己修復のための作 を加える必要がない。よって、燃料電池 1 〇 0とは別に燃 料電池 1 0 0の外部から作用を加えるための装置や作業 省略できる。

[ 0 0 4 7 ] また、 自己修復性を有するエラストマ-材料は、当 エラストマ-材料同士の接触により結合し、 復す ることが好ましい。上述のように燃料電池 1 0 0は締め付け部材で燃料電池 1 0 0の各部材のスタック 方向に締め付けられるため、シールもスタッ ク方向に締め付けられる。そのため、走行時 の車両の揺れや発 電時の電解質膜 1の熱膨張、湿潤膨張等によってシ-ルを挟む 側の部材によりシ-ルが押しつぶ ' されや すい。押しつぶ ' されたシ-ルは面内方向に広がるため、 ラストマ-材料の切断部位同士の接触が起こ や \¥0 2021/084463 卩(:17162020 /060146

11 すく、燃料電池 1 〇 0の外部からの作用が入力されない場合でも 然発生的な自己修復が容易とな る

[ 0 0 4 8 ] なお、シールを締め付ける締め付け部材は、 セル 1 0のスタックを固定する固定部材であっても いし、締 め付けられる方向はスタック方向ではなく、 セル 1 0の面内方向であってもよい。また、燃料電 1 0 0の 各咅5材の固定のための締め付け咅5材とは別 設けられる締め付け咅5材によって、エラス トマー材料の接角虫 を促すための締め付け力をシールに付与する ようにしてもよい。

[ 0 0 4 9 ] 水分子が存在し、外部からの作用が入力され ない場合でも自己修復性を有する材料として は、例えば 上記エチレンとアニシルプロピレンの共重合 体が挙げられる。上記エチレンとアニシルプ ロピレンの共重合体は 、水中でも、 1 1\/1の 3 0 1 ~ 1又は 1 1\/1の 1 ~ 1 0 丨 の存在下でも、乾燥条件下と同様の自己修復 性を示 すことが確認されている。また、上記エチレ ンとアニシルプロピレンの共重合体の自己修 復は紫外線の照射 等の外部からの作用を必要とせず、切断咅5 の接角虫によって自然発生することも確認 れている。

[ 0 0 5 0 ] 以上のように、本実施形態の燃料電池 1 0 0によれば、 自己修復性エラストマ-材料を用いてシ-ル であるエラストマ-層 7を構成する。燃料電池 1 0 0は電解質膜 1の収縮及び膨張が生じやすく、また 車両は走行中の振動が多いため、エラストマ -層 7への負荷が大きく、亀裂等の切断部位が生 ることが ある。しかし、エラストマー層 7は自己イ 復によって切断咅5位を再結合することがで るため、燃料電池 1 0 0の封止を継続することができる。したがっ 、燃料ガスの封止の信頼性を高めることが きる。

[ 0 0 5 1 ] 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 定されず、 その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可 能である。

[ 0 0 5 2 ]

(変形例 1) \¥0 2021/084463 卩(:17132020 /060146

12 エラストマ-層 7に限らず、燃料電池 1 0 0に設けられたシ-ルであれば、いずれにも自 修復性エラス トマー材料を使用することができる。 例えば、各プレ-卜 1 1〜 1 3間及びプレ-卜 1 3とガス管 1 4間に設けられるシ-ル 1 5を自己修復 性エラストマ-材料を含んで構成することに り、シ-ル 1 5が損傷した場合でも損傷部位の回復が可能 であり、燃料ガスの封止の信頼性が向上する 。

[ 0 0 5 3 ]

(変形例 2) シ-ルに限定されず、サブガスケット 5が、上述した自己修復性のエラストマ-材料 含んで構成されるこ とが好ましい。サブガスケット 5の損傷を回復できるだけでなく、別体のサ ガスケット 5とエラストマー層 7の エラストマ-材料がその自己修復性により結 して 1つの咅5材となり、隙間がなくなるため封止 がより高 まる。

[ 0 0 5 4 ]

(変形例 3) 燃料電池 1 0 0だけでなく、燃料電池 1 0 0への燃料ガスの供給時にも燃料ガスの封止 が求めら れる。よって、後述する燃料供給システムに 使用されるシールにおいても自己イ 復性エラストマー材料を使 用することができる。

[ 0 0 5 5 ]

(燃料供給システム) 図 6は、本実施形態の燃料供給システム 0の構成を模式的に示す。 本実施形態の燃料供給システム 0は、 4輪の車両 に搭載された燃料電池 1 0 0の発電に使用す る燃料ガスとして水素ガスを供給する。燃料 電池 1 0 0は、車両 の駆動電力を供給するが、電力を供 給する対象は 4輪の車両 に限らず、 3輪又は 2輪の車両であってもよいし、船舶、航空機 の移動 体であってもよい。

[ 0 0 5 6 ] \¥0 2021/084463 卩(:17132020 /060146

13 図 6に示すように、燃料供給システム 0は、フ 素ガスを貯蔵する貯蔵装置八 1と、貯蔵装置八 1に水 素ガスを充填可能な充填装置巳とを備える。 本実施形態において、燃料電池 1 0 0及び貯蔵装置八 1 は車両 に搭載され、充填装置巳は水素ステ-シヨン 設置される。

[ 0 0 5 7 ] 車両 (こは、燃料電池 1 0 0及び貯蔵装置 1の他に、パッテリ 2及びモ-夕 3が搭載される。 貯蔵装置 1は貯蔵する水素ガスを燃料電池 1 0 0に供給する。パッテリ 2は、燃料電池 1 0 0に よって発電した電力を蓄電し、車両八の馬区 重力電力としてモータ八 3に供給する。モータ八 3は、馬区重力電力 により車両八を走行させる。

[ 0 0 5 8 ] 充填装置巳は、蓄圧器巳 1、プレク-ラ-巳 2及びディスペンサ-巳 3等を備える。蓄圧器巳 1は、圧 縮された水素ガスを貯蔵し、プレクーラー巳 2は、蓄圧器巳 1の水素ガスを冷却してディスペンサー巳 3へ送 出する。ディスペンサ-巳 3は、操作盤を備え、当該操作盤からの操作 応じて冷却された水素ガスを車 両八側の貯蔵装置 1に充填する。

[ 0 0 5 9 ] また、上記燃料供給システム(:は、水素ガ スの移送先と移送元とを接続する接続部を備 え、この接続 咅5は燃料ガスを封止するシ-ルを備える。具 的には、貯蔵装置 1は、充填装置巳に接続される第 1 接続部 4を備える。第 1接続部 4は、例えば車両 の車体等に設けられるレセクタプル (受け口 ) である。一方、充填装置巳は、貯蔵装置八 1に接続される第 2接続部巳 4を備える。第 2接続部 巳 4は、例えばディスペンサー巳 3に設けられて、ガスを放出するノズルであ 。ノズルの先端は、 レセクタプル と嵌合する形状を有する。充填中は嵌合した 状態でノズルが固定され、充填が終了し減圧 が完了すると 、ノズルの嵌合が解除される。

[ 0 0 6 0 ] 第 1接続部八 4はシ-ル V 7を備え、第 2接続部巳 4はシ-ル V 6を備える。シ-ル V 7は、例えばレ セクタプルのノズルとの嵌合部分を覆う表面 層として設けられる。シール V 6は、例えばノズルのレセクタプル \¥02021/084463 卩(:17132020 /060146

14 との嵌合部分に設けられる 0リング等である。なお、第 1接続部 4と第 2接続部巳 4の両方がシ-ル を備える構成であってもよいし、いずれか一 方がシールを備える構成であってもよい。

[ 006 1 ] シ-ル V 6及び V 7は、上述した自己修復性エラストマ-材料を んで構成される。シ-ル V 6及び V 7 が損傷しても修復されるため、燃料ガスの封 止の信頼性を向上させることができる。

[ 0 0 6 2 ] シ-ルは、貯蔵装置 1と充填装置巳間だけではなく、移送先と移 元を接続する各接続部に設け られ得る。例えば、他のシールとしては、蓄 圧器巳 1のガス管とのインポートに設けられたシー V 1、プレクー ラ-巳 2、ディスペンサ-巳 3、燃料電池 1 0 0及び貯蔵装置八 1のガス管とのインポ-卜及びアウトポ-卜 に設けられたシ-ル V 2~ V 5等が挙げられる。これらのシ-ル V 1 - V 5も、燃料ガスの封止の信頼性 向上のため、上述した自己修復性エラストマ -材料を含んで構成することができる。

[ 0 0 6 3 ] なお、上記燃料供給システム 0の構成は一例であり、これに限定されない 例えば、車両 にパッテリ 八 2が設けられず、燃料電池 1 0 0で発生した電力をモ-夕八 3等の駆動装置に供給してもよい。また、 充填装置巳が移動体に搭載されていてもよい し、電力を供給する対象は移動体ではなく、 可搬型の発 電機や定置型の発電機等であってもよい。

【符号の説明】

[ 0 0 64 ]

1 0 0 . · · 燃料電池、 1 0 . · · セル、 1 . · · 電解質膜、 2 . · · 電極、 3 . · · 膜電極接合体、 4 . · · セパ レータ、 5 ...サブガスケット、 6 1〜 6 3 .··ビード、 7 . · · エラストマー層、 1 5 . · · シール、 (: .··燃料供 給システム、 1 · · · 貯蔵装置、 巳 ···充填装置、 V 1〜 V 7 · · · シール