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公開番号2025020751
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-13
出願番号2023124324
出願日2023-07-31
発明の名称燃料電池用の積層体
出願人住友理工株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 8/028 20160101AFI20250205BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高温かつ長期間の条件下においても、耐酸接着性に優れる燃料電池用の積層体を提供する。
【解決手段】基材であるセパレータ5と、シール部材であるリップ4bとが接着剤層6を介して接着されてなる積層体であって、リップ4bが下記の(A)成分を含有するゴム組成物からなり、上記接着剤層6が下記の(α)成分および(β)成分を含有する接着剤からなる。
(A)エチレン-プロピレン-ジエンゴムおよびエチレン-ブテン-ジエンゴムの少なくとも一方からなるゴム成分。
(α)特定の親水性官能基および疎水性官能基を特定の割合で有する、共重合オリゴマータイプのシランカップリング剤。
(β)有機チタネート化合物。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基材とシール部材とが接着剤層を介して接着されてなる燃料電池用の積層体であって、
上記シール部材が下記の（Ａ）成分を含有するゴム組成物からなり、
上記接着剤層が下記の（α）成分および（β）成分を含有する接着剤からなる、
燃料電池用の積層体。
（Ａ）エチレン－プロピレン－ジエンゴムおよびエチレン－ブテン－ジエンゴムの少なくとも一方。
（α）親水性官能基および疎水性官能基を有する共重合オリゴマータイプのシランカップリング剤であって、上記親水性官能基が下記（ａ）であり、上記疎水性官能基が下記（ｂ）であり、その分子１モル中に含まれる疎水性官能基の物質量Ｍｂ（モル）に対する親水性官能基の物質量Ｍａ（モル）のモル比（Ｍａ／Ｍｂ）が０．３３～３．００であるシランカップリング剤。
（ａ）シラノール基、アルコキシ基、アミノ基、イソシアネート基、エポキシ基、ウレイド基、カルボキシ基、およびヒドロキシ基からなる群より選ばれた少なくとも一つであり、少なくともシラノール基またはアルコキシ基を含む。
（ｂ）ビニル基、（メタ）アクリロイル基、マレイミド基、メチル基、エチル基、スチリル基、フェニル基、およびメルカプト基からなる群より選ばれた少なくとも一つ。
（β）有機チタネート化合物。
続きを表示（約 230 文字）【請求項２】
上記接着剤における（β）成分が、チタンアルコキシドおよびチタンキレートの少なくとも一方である、請求項１記載の燃料電池用の積層体。
【請求項３】
上記接着剤における（β）成分の配合量が、上記（α）成分１００質量部に対して０．５～２００質量部である、請求項１または２記載の燃料電池用の積層体。
【請求項４】
上記基材が、オーステナイト系ステンレスからなる基材である、請求項１または２記載の燃料電池用の積層体。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材とシール部材とが接着剤層を介して接着されてなる燃料電池用の積層体に関し、詳しくは、金属製のセパレータ等の燃料電池用基材と、ゴム製のシール部材とが、接着剤層を介して接着されてなる燃料電池シール用の積層体に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
ガスの電気化学反応により電気を発生させる燃料電池は、発電効率が高く、排出されるガスがクリーンで環境に対する影響が極めて少ない。なかでも固体高分子型燃料電池は、比較的低温で作動させることができ、大きな出力密度を有する。このため、発電用、自動車用電源等、種々の用途が期待される。
【０００３】
固体高分子型燃料電池においては、膜電極接合体（ＭＥＡ）等をセパレータ（金属等からなるセパレータ）で挟持したセルが発電単位となる。ＭＥＡは、電解質となる高分子膜（電解質膜）と、電解質膜の厚み方向両面に配置された一対の電極触媒層〔燃料極（アノード）触媒層、酸素極（カソード）触媒層〕とからなる。一対の電極触媒層の表面には、さらにガスを拡散させるための多孔質層（ガス拡散層）が配置される。燃料極側には水素等の燃料ガスが、酸素極側には酸素や空気等の酸化剤ガスがそれぞれ供給される。供給されたガスと電解質と電極触媒層との三相界面における電気化学反応により、発電が行われる。固体高分子型燃料電池は、上記セルを多数積層したセル積層体を、セル積層方向の両端に配置したエンドプレート等により締め付けて構成される。
【０００４】
上記セパレータには、各々の電極に供給されるガスの流路や、発電の際の発熱を緩和するための冷媒の流路が形成される。また、上記電解質膜は、水を含んだ状態でプロトン導電性を有するため、作動時には、電解質膜を湿潤状態に保つ必要がある。したがって、ガスの混合、ガスおよび冷媒の漏れを防止するとともに、セル内を湿潤状態に保持するためには、ＭＥＡおよび多孔質層の周囲や、隣り合う上記セパレータ間のシール性を確保することが重要となり、そのために、上記の各箇所をシールするためのシール部材（ガスケット）が必要となる。
【０００５】
上記シール部材は、発電によって生じる水にも晒されるが、この水には、電解質膜から溶出したスルホン酸等が含まれるため、上記セパレータに対するシール部材の接着性においては、耐酸接着性が求められている。
【０００６】
本出願人は、耐酸接着性を高める観点から、セパレータとシール部材とが、特定の接着剤からなる接着層を介して接着されてなる燃料電池用の積層体を既に提案している（特許文献１）。かかる燃料電池用の積層体は、特定の親水性官能基と特定の疎水性官能基を有する共重合オリゴマータイプであって、その分子１モル中に含まれる疎水性官能基の物質量Ｍｂ（モル）に対する親水性官能基の物質量Ｍａ（モル）のモル比（Ｍａ／Ｍｂ）を特定範囲にしたシランカップリング剤を含有する接着剤を用いることにより、良好な耐酸接着性を発揮するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
国際公開第２０２２／２０８９２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の燃料電池用の積層体は、良好な耐酸接着性を示すものではあるが、近年、発電効率化のため発電温度が上昇する傾向があり、より過酷な条件下においても良好な接着性が得られるよう、基材とシール部材間の耐酸接着性を向上させるための新たな技術開発が求められる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、優れた耐酸接着性を示す、燃料電池用の積層体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、基材と、特定のゴム組成物からなるシール部材とを接着するための接着剤として、特定のシランカップリング剤と有機チタネート化合物とを併用した接着剤を用いることにより、基材とシール部材間における耐酸接着性を高めることができ、高温かつ長期間の条件下においても、優れた耐酸接着性を示すことを突き止めた。
（【００１１】以降は省略されています）

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