CN1879241A - 隔板及隔板的制造方法 - Google Patents

隔板及隔板的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1879241A
CN1879241A CNA2004800331672A CN200480033167A CN1879241A CN 1879241 A CN1879241 A CN 1879241A CN A2004800331672 A CNA2004800331672 A CN A2004800331672A CN 200480033167 A CN200480033167 A CN 200480033167A CN 1879241 A CN1879241 A CN 1879241A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sealing
dividing plate
electrolyte
protuberance
catalyst electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2004800331672A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100391038C (zh
Inventor
河渕靖
笠崎敏明
西尾智博
宇佐见育三
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nitta Corp
Original Assignee
Nitta Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2003381171A external-priority patent/JP2005149749A/ja
Priority claimed from JP2004232588A external-priority patent/JP2006054058A/ja
Application filed by Nitta Corp filed Critical Nitta Corp
Publication of CN1879241A publication Critical patent/CN1879241A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100391038C publication Critical patent/CN100391038C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/0254—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form corrugated or undulated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0221—Organic resins; Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明提供加工性和耐腐蚀性优异、可削减燃料电池的构件个数并缩短制造工序的隔板及其制造方法。隔板(1)具有分离氢气和氧气流路的分离部(13)和设于外周部的防止氢气和氧气泄漏的密封部，分离部(13)和密封部(14)是通过将金属薄板进行塑性变形加工、如冲压加工而形成为一体的。在金属薄板(30)上形成覆盖层(31)将金属薄板(30)的表面覆盖，覆盖层(31)与催化剂电极(21)相接触，将在高分子膜(20)和催化剂电极(21)的界面处产生的直流电作为直流电流而取出，通过隔板(1)内而被收集于集电板。在密封部(14)中，在密封突出部的与高分子膜(20)相接触的部分上设有高分子弹性层(40)，高分子弹性层(40)与高分子膜(20)连接并密封。

Description

隔板及隔板的制造方法
技术领域
本发明涉及叠层型的固体高分子型燃料电池中所具备的隔板及其制造方法。
背景技术
一直以来，有限能量资源的有效利用和用于防止地球温暖化的节能的必要性已被广泛认识。目前，以利用火力发电将热能转变为电能的方式来提供能量需要。
但是，火力发电所必需的煤和石油是埋藏量有限的资源，代替它们的新型能量资源成为必需。引人注目的是将氢作为燃料来进行化学发电的燃料电池。
燃料电池具有2个电极和夹在电极间的电解质。在阴极，被供给的氢发生离子化而成为氢离子，在电解质中向阳极移动。在阳极，被供给的氧和从电解质中移动而来的氢离子发生反应生成水。氢发生离子化时产生的电子通过配线从阴极向阳极移动，由此电流流出，产生电。
燃料电池根据电解质的不同主要分为4类。即将离子导电性陶瓷用于电解质的固体电解质型燃料电池(SOFC)、将氢离子导电性高分子膜用于电解质的固体高分子型燃料电池(PEFC)、将高浓度磷酸用于电解质的磷酸型燃料电池(PAFC)、将碱金属碳酸盐用于电解质的熔融碳酸型燃料电池(MCFC)这4种。其中特别是工作温度低至80℃的固体高分子型燃料电池(PEFC)的开发有所进展。
固体高分子型燃料电池的结构由表面设有催化剂电极的电解质层、从两侧将电解质层夹住、并设有用于供给氢和氧的凹槽的隔板、以及回收电极产生的电的集电板等构成。与电解质层相同，对隔板也进行了多次改良。
作为隔板的要求特性，导电性高、对燃料气体和氧化剂气体的气密性高、并且对氧化还原氢和氧时的反应具有高的耐腐蚀性是必须的。
为了满足这些要求，使用以下所述的隔板材料。
最经常使用的有致密性碳。致密性碳在导电性和耐腐蚀性上优异，而且机械强度也高。并且，加工性好且质量轻。但是，不耐振动和撞击，需要切削加工，因此加工费用变高。并且必须实施气体的不浸透化处理。
合成树脂也被使用，有苯酚树脂、环氧树脂等热固性树脂。合成树脂的主要特征为低成本，但尺寸稳定性差，导电性也差。
从导电性、加工性、密闭性等观点看，多使用金属。金属主要使用钛、不锈钢。但是金属易腐蚀、在电解质膜中放入金属离子后离子导电性降低，因此必须对隔板表面实施镀金。
另外，还可使用橡胶，有乙烯-丙烯-二烯橡胶等。橡胶的透气性低，密封性好。
日本特开平8-180883号公报中公开了固体高分子电解质型燃料电池。此固体高分子电解质型燃料电池中，使用不锈钢、钛合金等通过大气容易形成钝化膜的金属薄板作为隔板，通过冲压加工而加工成规定形状。
日本特开2002-175818号公报中公开了燃料电池用隔板，此燃料电池用隔板，在周围的边缘部形成棱，提高了在由密封构件夹住时的刚性，从而抑制弯曲。
在日本特开2003-297383号公报中公开了燃料电池用隔板。此燃料电池用隔板在金属基板的至少一个面上设有混合有树脂和导电性填充剂的体积电阻率为1.0Ω·cm或以下的第1树脂层和体积电阻率小于第1树脂层的第2树脂层，从而提高了集电性能、成形性、强度和耐腐蚀性。
使用金属板的隔板的加工性良好，但易被氧气腐蚀。另外，由于在电解质膜中放入金属离子后离子导电性会降低，因此必须对隔板表面实施镀金。
另外，以往的隔板按照氢气、氧气和冷却水等不泄露的方式在外周部使用O形环等密封材料进行密封。
如在日本特开平8-180883号公报和日本特开2002-175818号公报中所示那样，为了防止反应气体和冷却用流体的泄露，在隔板周边部设有垫圈。
这样，在以往的燃料电池中，在外周部的隔板与元件之间必须形成密封材料。另外，作为制造工序，在加工形成隔板后，需要在隔板的外周部粘贴密封材料的工序或者将隔板作为内芯在金属模具中成形密封材料的工序。
发明内容
本发明的目的在于提供加工性和耐腐蚀性优异的隔板及其制造方法。本发明的另一目的在于提供能够削减燃料电池的构件个数并缩短制造工序的隔板。
本发明为一种隔板，其介于在含有电解质介质的电解质层的厚度方向表面上设有催化剂电极的多个电解质组合体之间，其特征在于，其具有分离燃料气体和氧化剂气体流路的分离部、和设于外周部的防止燃料气体和氧化剂气体泄漏的密封部，其中分离部和密封部通过塑性变形加工而形成为一体。
根据本发明，为一种隔板，其介于在含有电解质介质的电解质层的厚度方向表面上设有催化剂电极的多个电解质组合体之间，其具有分离燃料气体和氧化剂气体流路的分离部、和设于外周部的防止燃料气体和氧化剂气体泄漏的密封部。此分离部和密封部通过冲压加工等塑性变形加工而形成为一体。
由此，不再需要过去所必需的O形环、垫圈等密封构件，就能够削减燃料电池的构件个数，并缩短制造工序。
另外，本发明的特征在于由金属板构成。
根据本发明，由于是金属板，因此能够容易地进行塑性变形加工。
另外，本发明的特征在于，在分离部上形成有平行于电解质组合体的催化剂电极形成面、且互相平行的多个凹形流路槽。
本发明的特征还在于，在密封部上形成有密封突出部，该密封突出部平行于电解质组合体的催化剂电极形成面而延伸，并按照其顶部通过弹力压接于电解质组合体的方式构成。
本发明的特征还在于，分离部和密封部通过冲压加工形成。
根据本发明，在分离部上形成平行于电解质组合体的催化剂电极形成面、且互相平行的多个凹形流路槽；在密封部上形成密封突出部，该密封突出部平行于电解质组合体的催化剂电极形成面而延伸，并按照其顶部通过弹力压接于电解质组合体的方式构成。另外，分离部和密封部通过冲压加工形成。
这样，由于仅形成流路槽和密封突出部即可，因此能够容易地进行塑性变形加工。
本发明为一种隔板，其介于在含有电解质介质的电解质层的厚度方向表面上设有催化剂电极的多个电解质组合体之间，且分离燃料气体和氧化剂气体流路的分离部和设于外周部的防止燃料气体和氧化剂气体泄漏的密封部被形成为一体，其特征在于，在相当于密封部的区域上具有密封突出部，该密封突出部平行于电解质组合体的催化剂电极形成面而延伸，并按照其顶部通过弹力压接于上述电解质组合体的方式构成。
本发明的特征在于由金属板构成。
根据本发明，为一种隔板，其介于在含有电解质介质的电解质层的厚度方向表面上设有催化剂电极的多个电解质组合体之间，且分离燃料气体和氧化剂气体流路的分离部和设于外周部的防止燃料气体和氧化剂气体泄漏的密封部被形成为一体。
隔板由金属板构成，在相当于密封部的区域上具有密封突出部，其平行于电解质组合体的催化剂电极形成面而延伸，并按照其顶部通过弹力压接于上述电解质组合体的方式构成。
由此，不再需要过去所必需的O形环、垫圈等密封构件，就能够削减燃料电池的构件个数，并缩短制造工序。
本发明的特征还在于，至少在上述密封突出部与电解质层相接触的部分上设有由弹性体构成的高分子弹性层。
根据本发明，由于至少在上述密封突出部与电解质层相接触的部分上设有由弹性体构成的高分子弹性层，因此密封性进一步提高。
本发明的特征还在于，上述高分子弹性层的宽为1～10mm，厚为1～100μm。
根据本发明，即便设有高分子弹性层的区域是更小的区域，也能得到充分的密封性。
另外本发明的特征还在于，其具有2个或更多个上述密封突出部，假设地显示每个密封突出部的顶部与电解质层的连接位置的连接线是相互平行的。
根据本发明能够进一步提高密封性。
本发明的特征还在于，在密封部和分离部以外的区域上具有与上述密封突出部同样构成的辅助突出部，辅助突出部按照在组合含有隔板的燃料电池时，与电解质组合体之间产生的面压均匀分布的方式配置。
根据本发明，能够防止在组合时隔板发生倾斜等而在隔板和电解质组合体之间产生的接触不良等。
另外，本发明为一种隔板，其介于在含有电解质介质的电解质层的厚度方向表面上设有催化剂电极的多个电解质组合体之间，且分离燃料气体和氧化剂气体流路的分离部由金属板形成，其特征在于，在金属板的表面上形成有橡胶或合成树脂的覆盖层。
根据本发明，通过在金属板表面上形成橡胶或合成树脂的覆盖层，能够提供加工性和耐腐蚀性优异的隔板。
另外，本发明的特征还在于橡胶或合成树脂具有导电性。
根据本发明，由于覆盖层的橡胶或合成树脂具有导电性，因此能够将在电解质组合体中产生的直流电通过隔板取出并收集。
本发明的特征还在于，覆盖层隔着粘合层或表面处理层而在金属板表向上形成。
根据本发明，覆盖层隔着粘合层或表面处理层而在金属板表面上形成。覆盖层与金属板的粘合力不充分时，也可隔着粘合层或表面处理层。将金属表面的氧化膜除去、使金属表面粗糙化等而形成表面处理层，也能在金属板表面上形成覆盖层。使用橡胶作为覆盖层时，粘合剂优选使用三嗪硫醇类、聚苯胺类。三嗪硫醇类通过扩散至金属板的表面附近而形成粘合层，从而能够与橡胶粘合。并且，由于三嗪硫醇类显示导电性，因此能够将在电解质组合体中产生的直流电通过隔板取出并收集。
另外，本发明的特征还在于，在覆盖层的与电解质组合体相接触的区域上形成有导电性高于覆盖层的高导电层。
根据本发明，能够降低隔板与电解质组合体的接触电阻。
本发明为一种隔板的制造方法，上述隔板介于在含有电解质介质的电解质层的厚度方向表面上设有催化剂电极的多个电解质组合体之间，且分离燃料气体和氧化剂气体流路的分离部由金属板形成，此制造方法的特征在于，其具有通过将金属板进行塑性变形加工而形成分离部的加工步骤、在经变形加工的金属板表面上形成橡胶或合成树脂的覆盖层的覆盖步骤。
本发明为一种隔板的制造方法，上述隔板介于在含有电解质介质的电解质层的厚度方向表面上设有催化剂电极的多个电解质组合体之间，且分离燃料气体和氧化剂气体流路的分离部由金属板形成，此制造方法的特征在于，其具有在金属板的表面上形成橡胶或合成树脂的覆盖层的覆盖步骤、通过将形成有覆盖层的金属板进行塑性变形加工而形成分离部的加工步骤。
根据本发明，首先在加工步骤中，通过将金属板进行塑性变形加工而形成分离部。
接着在覆盖步骤中，在经变形加工的金属板表面上形成橡胶或合成树脂的覆盖层。
或者，首先在覆盖步骤中，在金属板的表面上形成橡胶或合成树脂的覆盖层，接着在加工步骤中，将形成有覆盖层的金属板进行塑性变形加工而形成分离部。
由此，能够容易地制造加工性和耐腐蚀性优异的隔板。
特别地，从生产率的观点看，按照加工步骤、覆盖步骤的顺序形成的制造方法适于少量和中量生产，而按照覆盖步骤、加工步骤的顺序形成的制造方法适于大量生产。
本发明的特征还在于，具有在覆盖层的与电解质组合体相接触的区域上形成高导电层的高导电层形成步骤，此高导电层的导电性比覆盖层的导电性高。
根据本发明，能够降低隔板与电解质组合体的接触电阻。
附图说明
本发明的目的、特征和优点通过以下的详细说明和附图会变得更为明确。
图1为固体高分子型燃料电池(Polymer Electrolyte Fuel Cell、简称为PEFC)100在展开状态下的立体示意图。
图2为含有隔板1的单位电池101的水平剖面图。
图3为说明用于产生弹力的密封部14的形状的图。
图4为从侧面观察单位电池101的概略图。
图5为实施方式1的密封部14的主要部分放大图。
图6为实施方式1的分离部13的主要部分放大图。
图7为实施方式2的密封部14的主要部分放大图。
图8为实施方式3的分离部13的主要部分放大图。
图9为实施方式3的密封部14的主要部分放大图。
图10为实施方式4的密封部14的主要部分放大图。
图11为实施方式5的分离部13的主要部分放大图。
图12为实施方式5的密封部14的主要部分放大图。
图13为实施方式6的密封部14的主要部分放大图。
图14为实施方式7的分离部13的主要部分放大图。
图15为含有作为另一实施方式的隔板1的单位电池101的水平剖面图。
图16为含有作为另一实施方式的隔板1的单位电池101的水平剖面图。
图17为含有隔板1a的单位电池102的水平剖面图。
图18为实施方式8的密封部14a的主要部分放大图。
图19为实施方式9的密封部14a的主要部分放大图。
图20为实施方式10的密封部14a的主要部分放大图。
图21为从侧面观察单位电池101的概略图。
具体实施方式
图1为固体高分子型燃料电池(Polymer Electrolyte Fuel Cell、简称为PEFC)100在展开状态下的立体示意图。PEFC100具有隔板1、燃料电池元件2、集电板3、绝缘片材4、端部凸缘5、电极配线12。为了得到高电压、高输出，将多个燃料电池元件2串联，即以叠层状态构成PEFC100。为了构成此叠层状态，在燃料电池元件2之间配置隔板，对各燃料电池元件2提供氢和氧，并回收产生的电。因此，如图1所示，燃料电池元件2和隔板1交替配置。在此配置的最外层配置隔板1，在隔板1的更外侧设有集电板3。集电板3是用于收集并取出各隔板1中所回收的电而设置的，并连接着电极配线12。绝缘片材4设于集电板3和端部凸缘5之间，防止电流从集电板3泄漏到端部凸缘5。端部凸缘5为用于将多个燃料电池元件2保持在叠层状态的外壳。
在端部凸缘5上形成有氢气供给口6、冷却水供给口7、氧气供给口8、氢气排出口9、冷却水排出口10以及氧气排出口11。从各供给口中被供给的气体和水的流体通过贯通于燃料电池元件2层叠方向的各去路，在最外层的隔板1折回，通过各回路从各排出口排出。
去路和回路在各隔板1处分支，流经去路的各流体通过由隔板1形成的、平行于燃料电池元件2的面方向的流路而流入到回路中。由于氢气和氧气被燃料电池元件2消耗，因此未反应的气体通过回路被排出。将被排出的未反应气体回收，再次从供给口供给。由于在氧气流路附近通过氧和氢的反应生成水，因此被排出的氧气中含有水。为了将排出的氧气再次供给，必须将水除去。
作为燃料气体的氢气和作为氧化剂气体的氧气，不必是分别仅由氢和氧构成的气体，除了氢、氧以外，只要是不使接触的流路劣化、不使其变性的气体即可含有。例如，氧气可以使用含有氮的空气。另外，氢源不仅限于氢气，也可以是甲烷气体、乙烯气体、天然气等，还可以是乙醇等。
图2为含有隔板1的单位电池101的水平剖面图。单位电池101由1个燃料电池元件2和配置于其两侧的2个隔板1构成，是通过供给氢和氧能够产生电力的最小构成。
作为电解质组合体的燃料电池元件2由作为电解质介质的高分子膜20和在高分子膜20的厚度方向表面上形成的催化剂电极21构成，也称为MEA(Membrane Electrode Assembly)。
高分子膜20为透过氢离子(质子)的质子导电性电解质膜，经常使用全氟磺酸树脂膜(例如，Du pont公司生产、商品名Nafion)。
催化剂电极21在高分子膜20的厚度方向表面上作为含有铂、钌等催化剂金属的碳层而被层叠。向催化剂电极21供给氢气、氧气时，在催化剂电极21和高分子膜20的界面处发生电化学反应，从而产生直流电。
高分子膜20的厚度约为0.1mm，催化剂电极21根据含有的催化剂金属等而变化，但形成为数μm的厚度。
隔板1具有分离氢气和氧气流路的分离部13和设于外周部的防止氢气和氧气泄漏的密封部14。本实施方式中，催化剂电极21不是在高分子膜20的整个面上形成，而是高分子膜20遍布外周的宽1～20mm、优选5～10mm的范围露出至表面。隔板1的分离部13在与形成催化剂电极21的区域相对的区域上形成，密封部14在与高分子膜20露出的区域相对的区域上形成。
隔板1的主要材料使用平板状的金属薄板。例如，优选铁、铝、钛等金属薄板，特别优选不锈(如SUS304等)钢板、SPCC(一般用冷轧钢板)、耐腐蚀性钢板。不锈钢板可以使用经表面处理过的钢板。例如，可以使用表面经酸洗处理、电解蚀刻处理的钢板，含有导电性夹杂物的钢板，形成了BA被膜的钢板，通过离子电镀加工涂布有导电性化合物的钢板等。另外也可使用将晶体组织超微细化了的高耐腐蚀性不锈钢板等。
通过将上述金属薄板进行塑料变形加工、如冲压加工，可将分离部13和密封部14形成为一体。为了提高耐热性，优选在冲压加工后实施BH(Baked Hardening)处理。
在分离部13上形成有平行于催化剂电极21的形成面、且互相平行的多个流路槽。此流路槽的垂直于气体流向的剖面为凹形。流路槽由分离壁15和电极接触壁16构成，由分离壁15、电极接触壁16和催化剂电极21围成的空间成为氢气流路17和氧气流路18。分离壁15按照氢气和氧气不发生混合的方式将氢气流路17和氧气流路18隔开。电极接触壁16与催化剂电极21相接触，将在高分子膜20和催化剂电极21的界面处产生的直流电作为直流电流取出，通过分离壁15和另外的电极接触壁16等收集于集电板。
相互邻接的流路槽按照开放面朝向相反方向的方式形成，与此相应，按照氢气流路17和氧气流路18相互邻接的方式进行设定。即，按照同一气体与同一催化剂电极21接触的方式设定气体流路。而且，构成1个单位电池101的2个隔板1，如图2所示，按照流路槽的开放部夹住燃料电池元件2而相向的方式配置。即，2个隔板1按照将燃料电池元件2的中心作为对称面而成为面对称的关系的方式配置。但是，气体流路的设定不是按照面对称的关系，而是按照夹有燃料电池元件2而相向的流路槽形成不同气体的气体流路的方式设定的。例如，如图2所示那样，夹有燃料电池元件2而相向的气体流路，一边是氢气流路17，另一边是氧气流路18。
通过如上配置隔板1，并设定气体流路，能够产生电。
在由流路槽和催化剂电极21形成的流路中，并不限于氢气和氧气，也可以流通冷却水。流通冷却水时，优选夹有燃料电池元件2而相向的流路槽都流过。
在密封部14上形成有平行于催化剂电极21的形成面而延伸的密封突出部。此密封突出部与气体流向垂直的剖面为倒U字形状或倒V字形状。密封突出部的顶部19通过弹力压接于露出的高分子膜20上。在此压接位置密封，能够防止氢气和氧气的泄漏。另外，通过使密封突出部为倒U字形状或倒V字形状，将顶部19的膜接触面积减小，从而实现与O形环同样的高压密封。
为了利用弹力将密封突出部的顶部19压接于高分子膜20上，在不与高分子膜20相接触的状态、即组合PEFC1之前的状态的隔板1中，按照密封突出部的顶部19的位置比组合PEFC1、与高分子膜20接触的位置更靠近高分子膜20一侧的方式预先形成密封部14。具体地说，如图3A所示，在组合了PEFC1的状态下，密封突出部的顶部19的位置按照以与催化剂电极21的假想接触面A为基准时，与催化剂电极21的接触面和顶部19的距离为催化剂电极21的厚度t1的方式定位。因此，组合PEFC1以前的状态下，如图3B所示，密封突出部的顶部19的位置可以形成t2，此t2的与催化剂电极21的接触面的距离大于t1。分离部13和密封突出部的连接部分作为弹簧工作，因此在组合时顶部19压接于高分子膜时的压力由该弹力和接触面积决定。弹力根据虎克定律，在弹簧常数(弹性常数)中施加位移量。在隔板1中，弹簧常数由隔板1的材质和密封部14的形状决定。位移量为Δt＝t2-t1。因此，在预先决定材质和形状，从而决定了弹簧常数的状态下，在冲压加工时通过改变t2，就能够容易地调整密封压力。为了实现最佳密封压力，当然可以改变材质和形状。
如上所述，夹着燃料电池元件2的2个隔板1按照变为面对称的关系的方式进行配置，因此顶部19的压接位置也以燃料电池元件2的中心作为对称面而成为面对称的关系。由于顶部19的压接位置成为相向位置，密封性提高。通过上述的BH处理，将密封部14的应力松弛减小，能够保持密封性。
图4为侧面观察单位电池101的概略图。中央部设有分离部13，外周部设有密封部14。图4中，分离部13和密封部14的详细形状省略。密封部14中，密封突出部的顶部19与高分子膜20相连接，作为假设显示此连接位置的连接线的密封线L将分离部13围住，由此防止氢气和氧气的泄漏。
如图2的水平剖面图所示，比密封突出部的顶部19更靠近外周部的顶部19a连接于邻近的燃料电池元件并密封，由此密封性进一步提高。此顶部19a的密封线与顶部19的密封线平行且邻近。
图5为实施方式1的密封部14的主要部分放大图。本实施方式中，隔板1由金属薄板30构成，密封部14中，金属薄板30接触于高分子膜20并密封。
图6为实施方式1的分离部13的主要部分放大图。分离部13中，金属薄板30接触于催化剂电极21，将在高分子膜20与催化剂电极21的界面处产生的直流电作为直流电流取出，通过隔板1内并收集于集电板上。
图7为实施方式2的密封部14的主要部分放大图。本实施方式中，隔板1由金属薄板30构成，密封部14中，在与密封突出部的高分子膜20相接触的部分上设有高分子弹性层40，高分子弹性层40与高分子膜20相连接并密封的构成与实施方式1的构成不同。
由此密封性进一步提高，不需要以往所必需的O形环、垫圈等密封构件，也能够减少燃料电池的构件个数，并缩短制造工序。
并且，通过此密封突出部，即便高分子弹性层40为薄层，也能得到发挥密封功能、且应力松弛量变得极低的效果。
高分子弹性层40的密封线方向宽度W优选为1～10mm、更优选为2～7mm。层厚t优选为1～100μm、更优选为2～50μm。通过在这种区域上设置高分子弹性层40，即便是更小的区域也能得到充分的密封性。
将金属薄板30与高分子膜20直接接触，则在密封突出部的顶部变形时，在变形部分和高分子膜20表面之间产生微小空隙，流体有从此空隙漏出的危险。在密封部14上设置作为弹性体的高分子弹性层40时，通过弹力顶部19被压接，由此接触部分变形，不会在与高分子膜20表面之间产生空隙，因此密封性提高。
高分子弹性层40由橡胶或合成树脂构成，橡胶可以使用例如异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丁基橡胶、乙烯-丙烯橡胶、氟橡胶、硅酮橡胶和腈橡胶等常用橡胶，具有耐透气性和耐热性的环氧氯丙烷橡胶等。特别优选耐热性、耐酸性优异的烯丙基系加成聚合型聚异丁烯。
合成树脂可以使用环氧树脂、尿烷-丙烯酸酯树脂、聚酰胺树脂、硅酮树脂和含氟树脂等。特别优选耐腐蚀性优异的含氟树脂，例如优选PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物)、FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)、EPE(四氟乙烯-六氟丙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物)、ETFE(四氟乙烯-乙烯共聚物)、PCTFE(聚三氟氯乙烯)、ECTFE(三氟氯乙烯-乙烯共聚物)、PVDF(聚偏氟乙烯)、PVF(聚氟乙烯)、THV(四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物)、VDF-HEP(偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物)、TFE-P(偏氟乙烯-丙烯共聚物)等。
高分子弹性层40，例如对金属薄板30进行氧化处理等使其表面粗糙化，通过固定效果使其粘合，或者可以使用苯酚树脂、间苯二酚树脂、硅酮树脂和聚尿烷等树脂系粘合剂，聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚苯并咪唑、聚噁二唑等耐热性结构用粘合剂，α-氰基丙烯酸酯等瞬间粘合剂，以及在热固性树脂(环氧树脂、苯酚树脂等)中混合有用于缓和脆性的热塑性树脂(尼龙、缩醛树脂等)、弹性体(腈橡胶、硅酮橡胶等)的尼龙-环氧树脂、尼龙-苯酚树脂等粘合剂。
高分子弹性层40没有必要粘合于金属薄板30，可以根据低度附着、粘合、弱粘合、强粘合和要求条件来适当选择。即便是低度的附着，只要紧固面压适宜就能发挥充分的密封性能。但是，如果从横方向将紧固面压以上的压力向紧固方向施加时，则高分子弹性层40发生横向偏移、脱落等，因此优选也进行表面粗糙化。
图8为实施方式3的分离部13的主要部分放大图。本实施方式中，隔板1由金属薄板30和覆盖层31构成，形成覆盖层31将金属薄板30的表面覆盖。分离部13中，覆盖层31与催化剂电极21相接触，将在高分子膜20和催化剂电极21的界面上产生的直流电作为直流电流取出，通过隔板1内而收集于集电板上。覆盖层31由橡胶或合成树脂构成，由于必须具有导电性，因此，橡胶可使用例如异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丁基橡胶和乙烯-丙烯橡胶等常用橡胶，在具有耐透气性和耐热性的环氧氯丙烷橡胶等特殊橡胶中添加碳填料而赋予了导电性的物质。特别优选在烯丙基系加成聚合型聚异丁烯中添加有碳填料的物质。
合成树脂可以使用在苯酚树脂、环氧树脂、含氟树脂等中添加碳填料而赋予了导电性的树脂。特别是优选与用于高分子弹性层40的物质同样在耐腐蚀性上优异的含氟树脂，优选在其中添加有碳填料的树脂。
覆盖层31对金属薄板30表面的覆盖，可以例如只要通过对金属薄板30进行氧化处理等，将表面粗糙化而形成表面处理层，利用固定效果提高粘合性。
图9为实施方式3的密封部14的主要部分放大图。密封部14中，覆盖层31与高分子膜20接触并密封。
当金属薄板30与高分子膜20接触时，密封突出部的顶部19变形，则变形部分和高分子膜20表面之间产生微小空隙，有流体从此空隙中漏出的危险。与此相对，覆盖层31为橡胶等弹性体，通过弹力压接于顶部19，由此接触部分变形而不产生空隙，因此密封性提高。
图10为实施方式4的密封部14的主要部分放大图。本实施方式中，隔板1由金属薄板30和覆盖层31构成，形成覆盖层31将金属薄板30的表面覆盖。在密封部14中，与实施方式1同样，在密封突出部与高分子膜20相接触的部分上设有高分子弹性层40，高分子弹性层40与高分子膜20相连接并密封的构成与实施方式3的构成不同。高分子弹性层40使用与实施方式2相同的材料。
图11为实施方式5的分离部13的主要部分放大图。本实施方式中，隔板1由金属薄板30、覆盖层31和粘合层32构成，隔着粘合层32在金属薄板30的表面上形成覆盖层31。分离部13中，覆盖层31与催化剂电极21相接触，将产生的直流电作为直流电流取出并收集。覆盖层31中可以使用与实施方式3同样的橡胶。
粘合层32如下形成，对金属薄板30表面实施利用三嗪硫醇类为代表的导电性偶合剂的涂布、利用聚苯胺类为代表的导电性聚合物的掺杂处理过的涂布，由此在金属表面上作为扩散层形成。由于扩散于金属表面的三嗪硫醇类、聚苯胺类显示导电性，因此能够确保与树脂层32的导电性，将产生的直流电作为直流电流取出。
图12为实施方式5的密封部14的主要部分放大图。密封部14中，覆盖层31与高分子膜20相接触并密封。覆盖层31和粘合层32使用与分离部13同样的材料。
图13为实施方式6的密封部14的主要部分放大图。本实施方式中，隔板1由金属薄板30、覆盖层31和粘合层32构成，隔着粘合层32在金属薄板30的表面上形成覆盖层31。密封部14中，在密封突出部的与高分子膜20相接触的部分上设有高分子弹性层40，高分子弹性层40与高分子膜20相连接并密封的构成与实施方式5的构成不同。高分子弹性层40使用与实施方式2同样的材料。
图14为实施方式7的分离部13的主要部分放大图。本实施方式中，隔板1由金属薄板30、覆盖层31、粘合层32和高导电层33构成，在覆盖层31的与催化剂电极21相接触的区域上形成有导电性高于覆盖层31的高导电层33。
当覆盖层31和催化剂电极21的接触电阻高且电的回收率小时，通过在与催化剂电极21相接触区域上形成高导电层33，能够降低接触电阻并提高回收率。高导电层33中优选使用在反应性弹性体中添加有纳米碳的物质。
图15为含有作为另一实施方式的隔板1的单位电池101的水平剖面图。如图所示，在单位电池101的一个隔板1中，按照密封突出部与高分子膜20面接触的方式，可将密封突出部的剖面形成为梯形形状。并且，如图16所示，在单位电池101的两个隔板1中，按照密封突出部与高分子膜20面接触的方式，将密封突出部的剖面也形成为梯形形状。
图17为含有隔板1a的单位电池102的水平剖面图。对与图2所示的单位电池101相同的部位使用同样的参考符号，省略说明。以下对与单位电池101不同的部位进行说明。隔板1a具有分离部13和密封部14a，燃料电池元件2a具有高分子膜20和催化剂电极21a。催化剂电极21a与上述实施方式不同，在高分子膜20的整个面上形成。因此，密封部14a的密封突出部的顶部19不压接于高分子膜20、而是压接于催化剂电极21a。为了通过弹力将密封突出部的顶部19压接于催化剂电极21a，在不与催化剂电极21接触的状态、即在组合PEFC1之前的状态的隔板1中，按照密封突出部的顶部19的位置比与催化剂电极21的假想接触面A更靠近催化剂电极21一侧的方式预先形成密封部14。本实施方式与图3中t1为0时的情况相同。因此，与上述实施方式相同，通过在冲压加工时改变t2，能够容易地调整密封压力。
图18为实施方式8的密封部14a的主要部分放大图。本实施方式中，隔板1a由金属薄板30构成，密封部14a中，金属薄板30与催化剂电极21相接触并密封。
图19为实施方式9的密封部14a的主要部分放大图。本实施方式中，隔板1a由金属薄板30和覆盖层31构成，形成覆盖层31将金属薄板30的表面覆盖。密封部14a中，覆盖层31与催化剂电极21相接触并密封。覆盖层31中可使用与实施方式3同样的材料。
图20为实施方式10的密封部14a的主要部分放大图。本实施方式中，隔板1由金属薄板30、覆盖层31和粘合层32构成，隔着粘合层32在金属薄板30的表面上形成覆盖层31。在密封部14中，覆盖层31与催化剂电极21相接触并密封。覆盖层31中可以使用与实施方式3同样的材料，粘合层32可使用与实施方式5同样的材料。
图21为从侧面观察单位电池101的概略图。分离部13并非一定要在燃料电池元件2的整个面上设置，如图21所示那样，有时密封线L是偏移的。此种情况下，组合时在隔板1和燃料电池元件2之间产生的面压分布不均，在分离部13处发生接触不良。为了防止此现象，在密封部14以外的区域上也设有与密封突出部同样的突出部(辅助突出部)。如图所示那样，通过按照连接线M和密封线L在燃料电池元件2面内均匀分布的方式设置辅助突出部，面压的分布变得均匀，其中上述连接线M表示辅助突出部与高分子膜20相连接的位置。
接着，对隔板1的制造方法进行说明。
第1和第8实施方式中，隔板1由金属薄板30构成，因此通过冲压加工将分离部13和密封部14形成为一体。具体地说，通过轧纹加工在外周部上形成密封突出部，同时通过压花加工在中央部形成流路槽。
第3、第5、第9和第10实施方式中，可主要通过2种制造方法进行制造。第一个方法为，首先冲压加工金属薄板30，将分离部13和密封部14形成为一体。具体地说，通过轧纹加工在外周部上形成密封突出部，同时通过压花加工在中央部形成流路槽。接着，涂布作为覆盖层31的橡胶。第二个方法为，首先在平板状的金属薄板上涂布橡胶后，进行冲压加工。
第7实施方式与第3、第5、第9和第10实施方式同样操作，使其为已覆盖了橡胶的状态，仅在与催化剂电极21相接触的区域上通过喷雾法、转印法、网板印刷法和模版印刷法等进行选择性地涂布。
在上述各实施方式中，在130℃或以上的温度进行加热处理，使金属薄板30固化的同时进行橡胶的交联。
第2、第4和第6实施方式的制造方法，主要由下述工序构成。
(1)金属薄板处理工序
对片状的金属薄板实施用于得到与橡胶的粘合性的处理。处理方法有上述的表面粗糙化的处理(第4实施方式)、形成粘合层的处理(第6
实施方式)等。
(2)脱模加工处理
为了得到规定外形和气体流路，对经表面处理的金属薄板实施脱模加工。
(3)覆盖层形成处理
在实施了脱模加工的金属薄板表面上，涂布预先含有导电性碳填料等的液状导电性橡胶，或者层叠生片状导电性橡胶。在液状导电性橡胶中使用例如聚异丁烯橡胶等。由于在第2实施方式中不具备覆盖层，因此覆盖层形成处理从制造工序中省略。
(4)高分子弹性层形成处理
在金属薄板或者成为覆盖层的密封突出部的顶部的区域上，设置高分子弹性层。具体地说有以下2种方法，即使用在溶剂中溶解有成为高分子弹性层的橡胶或合成树脂的溶解液的方法；使用含有成为橡胶或合成树脂的单体、低聚物的反应液的方法。
作为将这些溶解液或反应液涂布在规定区域的方法，如可使用网板印刷、凹板印刷、模版印刷等印刷方法。
(5)冲压加工处理
为了形成分离部13的流路槽和密封部14的密封突出部，进行冲压加工。通过冲压加工，能够同时形成分离部13和密封部14。
(6)硫化处理
通过加热进行高分子弹性层和覆盖层的硫化处理。通过在冲压加工时进行加热，可同时进行金属薄板的BH(Baked Hardening)处理和橡胶层的交联处理。通过对金属薄板实施BH处理，能够提高耐热性，同时可减小密封部14的应力松弛，保持密封性。
将一定数量的如上得到的隔板1和燃料电池元件2交错配置，在其外侧配置集电板3、绝缘片材4，并用端部凸缘5夹住固定，由此得到PEFC100。
在下述实施例所示的条件下，制作第2、第4和第6实施方式的隔板。
金属薄板在各实施例中是共用的，使用长为10cm、宽为10cm、厚为0.2mm的SUS304制薄板。另外，通过喷砂进行表面粗糙化，通过冲压加工在外周部形成密封突出部、在中央部形成分离槽。
(实施例1)
利用网板印刷在成为密封突出部的顶部的位置上印刷1液性加热固化型烯烃系密封材料(Three Bond公司生产、商品名Threebond 1152)。在120℃下加热固化40分钟，形成层厚为25μm～30μm的高分子弹性层。加热固化后通过冲压加工形成密封突出部。
(实施例2)
预先利用冲压加工形成密封突出部。利用网板印刷在密封突出部的顶部印刷混合有氯磺化聚乙烯、无机物填料和溶剂的密封材料(ThreeBond公司生产、商品名Threebond 1104)，使其加热固化，形成层厚为15μm～20μm的高分子弹性层。
(实施例3)
预先利用冲压加工形成密封突出部。利用针状喷嘴将作为光固化性粘合材料的硅酮PSA喷在密封突出部的顶部，光照使其固化，形成层厚为15μm～20μm的高分子弹性层。
(实施例4)
利用喷砂将SUS304薄板表面粗糙化，实施利用聚苯胺的底涂处理，以厚度50μm涂布混合有烯丙基系加成聚合型聚异丁烯和导电性碳石墨的物质，在130℃下加热固化2小时形成覆盖层。与实施例1同样，利用网板印刷在成为密封突出部的顶部的位置上印刷1液性加热固化型烯烃系密封材料(Three Bond公司生产、商品名Threebond 1152)，在120℃下加热固化40分钟，形成层厚为25μm～30μm的高分子弹性层。加热固化后通过冲压加工形成密封突出部。
(实施例5)
利用喷砂将SUS304薄板表面粗糙化，实施利用聚苯胺的底涂处理，以厚度50μm涂布混合有烯丙基系加成聚合型聚异丁烯和导电性碳石墨的物质，在130℃下加热固化2小时形成覆盖层。利用冲压加工形成密封突出部。利用网板印刷在密封突出部的顶部印刷混合有氯磺化聚乙烯、无机物填料和溶剂的密封材料(Three Bond公司生产、商品名Threebond 1104)，使其加热固化，形成层厚为15μm～20μm的高分子弹性层。
(比较例)
通过冲压加工在SUS304薄板上形成流路槽。此时不形成密封突出部。在相当于上述实施例中形成密封突出部的外周部的部分上设置厚度为1mm的聚异丁烯系平板片材垫圈。
对实施例1～5和比较例进行密封试验。密封试验如下进行，层叠4张隔板，用厚度为10mm的钢材板夹住并通过螺栓在层叠方向上紧固。从设在分离部的注入孔中注入空气，调查有无泄漏。
实施例1～5中完全没有空气的泄漏，显示了良好的密封性。与此相对，在比较例中发生了空气泄漏。
本发明只要不脱离其精神或主要特征，可以以其它各种方式实施。因此，上述实施方式只不过是在所有方面的示例，本发明的范围在权利要求书中有示，不受说明书本文的任何限制。并且属于权利要求书的变形、变动也全部属于本发明的范围内。
如上所示，根据本发明，不需要以往所必需的O形环、垫圈等密封构件，就可以减少燃料电池的构件个数，并缩短制造工序。
另外，根据本发明，由于隔板为金属板，因此能够容易地进行塑性变形加工。
另外，根据本发明，由于只形成流路槽和密封突出部即可，因此能够容易地进行塑性变形加工。
根据本发明，由于至少在上述密封突出部与电解质层相接触的部分上设置由弹性体构成的高分子弹性层，因此密封性进一步提高。
根据本发明，即便设置高分子弹性层的区域为更小的区域，也能得到充分的密封性。
根据本发明，具有2个或更多个上述密封突出部，假设地显示每个密封突出部的顶部与电解质层的连接位置的连接线相互平行，由此能够进一步提高密封性。
根据本发明，能够防止组合时隔板发生偏移等而在隔板和电解质组合体之间产生接触不良等。
根据本发明，通过在金属板的表面上形成橡胶或合成树脂的覆盖层，能够提供加工性和耐腐蚀性优异的隔板。
根据本发明，由于覆盖层的橡胶或合成树脂具有导电性，因此能够将在电解质组合体中产生的直流电通过隔板取出并收集。
根据本发明，覆盖层隔着粘合层或表面处理层在金属板表面上形成。覆盖层与金属板的粘合力不充分时，也可隔着粘合层或表面处理层。除去金属表面的氧化膜、将金属表面粗糙化等而形成表面处理层，能够在金属板表面上形成覆盖层。另外，使用橡胶作为覆盖层时，粘合剂优选使用三嗪硫醇类、聚苯胺类。三嗪硫醇类通过扩散到金属板的表面附近而形成粘合层，能够与橡胶粘合。并且，由于三嗪硫醇类显示导电性，因此能够将在电解质组合体中产生的直流电通过隔板取出并收集。
根据本发明，能够降低隔板和电解质组合体的接触电阻。
根据本发明，首先通过加工步骤，将金属板进行塑性变形加工，由此形成分离部。
接着通过覆盖步骤，在经变形加工的金属板表面上形成橡胶或合成树脂的覆盖层。
或者，首先通过覆盖步骤，在金属板表面上形成橡胶或合成树脂的覆盖层，接着通过加工步骤，对形成有覆盖层的金属板进行塑性变形加工，由此形成分离部。
这样，能够容易地制造加工性和耐腐蚀性优异的隔板。
特别地，从生产率的观点看，按照加工步骤、覆盖步骤的顺序形成的制造方法适于少量和中量生产，而按照覆盖步骤、加工步骤的顺序形成的制造方法适于大量生产。

Claims (18)

1.一种隔板，其介于在含有电解质介质的电解质层的厚度方向表面上设有催化剂电极的多个电解质组合体之间，其特征在于，其具有分离燃料气体和氧化剂气体流路的分离部、和设于外周部的防止燃料气体和氧化剂气体泄漏的密封部，分离部和密封部通过塑性变形加工被形成为一体。
2.如权利要求1所述的隔板，其特征在于，其由金属板构成。
3.如权利要求1或2所述的隔板，其特征在于，在分离部上形成有平行于电解质组合体的催化剂电极形成面、且互相平行的多个凹形流路槽。
4.如权利要求1或2所述的隔板，其特征在于，在密封部上形成有密封突出部，该密封突出部平行于电解质组合体的催化剂电极形成面而延伸，并按照其顶部通过弹力压接于电解质组合体的方式构成。
5.如权利要求1～4任一项所述的隔板，其特征在于，分离部和密封部通过冲压加工而形成。
6.一种隔板，其介于在含有电解质介质的电解质层的厚度方向表面上设有催化剂电极的多个电解质组合体之间，且分离燃料气体和氧化剂气体流路的分离部和设于外周部的防止燃料气体和氧化剂气体泄漏的密封部被形成为一体，其特征在于，在相当于密封部的区域上具有密封突出部，该密封突出部平行于电解质组合体的催化剂电极形成面而延伸，并按照其顶部通过弹力压接于所述电解质组合体的方式构成。
7.如权利要求6所述的隔板，其特征在于，其由金属板构成。
8.如权利要求6或7所述的隔板，其特征在于，至少在所述密封突出部与电解质层相接触的部分上设有由弹性体构成的高分子弹性层。
9.如权利要求6～8任一项所述的隔板，其特征在于，所述高分子弹性层的宽为1～10mm，厚为1～100μm。
10.如权利要求6～9任一项所述的隔板，其特征在于，其具有2个或更多个所述密封突出部，假设地显示每个密封突出部的顶部与电解质层的连接位置的连接线互相平行。
11.如权利要求6～10任一项所述的隔板，其特征在于，在密封部和分离部以外的区域上具有与所述密封突出部同样构成的辅助突出部，辅助突出部按照在组合含有隔板的燃料电池时，在与电解质组合体之间产生的面压均匀分布的方式来配置。
12.一种隔板，其介于在含有电解质介质的电解质层的厚度方向表面上设有催化剂电极的多个电解质组合体之间，且分离燃料气体和氧化剂气体流路的分离部由金属板形成，其特征在于，在金属板的表面上形成有橡胶或合成树脂的覆盖层。
13.如权利要求12所述的隔板，其特征在于，橡胶或合成树脂具有导电性。
14.如权利要求12或13所述的隔板，其特征在于，覆盖层隔着粘合层或表面处理层在金属板表面上形成。
15.如权利要求12～14任一项所述的隔板，其特征在于，在覆盖层的与电解质组合体相接触的区域上形成导电性比覆盖层高的高导电层。
16.一种隔板的制造方法，所述隔板介于在含有电解质介质的电解质层的厚度方向表面上设有催化剂电极的多个电解质组合体之间，且分离燃料气体和氧化剂气体流路的分离部由金属板形成，所述隔板的制造方法的特征在于，其具有通过将金属板进行塑性变形加工而形成分离部的加工步骤、在经变形加工的金属板表面上形成橡胶或合成树脂的覆盖层的覆盖步骤。
17.一种隔板的制造方法，所述隔板介于在含有电解质介质的电解质层的厚度方向表面上设有催化剂电极的多个电解质组合体之间，且分离燃料气体和氧化剂气体流路的分离部由金属板形成，所述隔板的制造方法的特征在于，其具有在金属板表面上形成橡胶或合成树脂的覆盖层的覆盖步骤、通过将形成了覆盖层的金属板进行塑性变形加工而形成分离部的加工步骤。
18.如权利要求16或17所述的隔板的制造方法，其特征在于，其具有在覆盖层的与电解质组合体相接触的区域上形成导电性高于覆盖层的高导电层的高导电层形成步骤。
CNB2004800331672A 2003-11-11 2004-11-08 隔板 Expired - Fee Related CN100391038C (zh)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003381171A JP2005149749A (ja) 2003-11-11 2003-11-11 セパレータおよびその製造方法
JP2003381170A JP3799038B2 (ja) 2003-11-11 2003-11-11 固体高分子型燃料電池用セパレータ
JP381170/2003 2003-11-11
JP381171/2003 2003-11-11
JP2004232588A JP2006054058A (ja) 2004-08-09 2004-08-09 セパレータ
JP232588/2004 2004-08-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1879241A true CN1879241A (zh) 2006-12-13
CN100391038C CN100391038C (zh) 2008-05-28

Family

ID=34577460

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004800331672A Expired - Fee Related CN100391038C (zh) 2003-11-11 2004-11-08 隔板

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8034505B2 (zh)
EP (1) EP1686641B1 (zh)
JP (1) JP3799038B2 (zh)
KR (1) KR100788270B1 (zh)
CN (1) CN100391038C (zh)
WO (1) WO2005045971A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103703598A (zh) * 2011-07-08 2014-04-02 阿海珐能量存储公司 燃料电池板和燃料电池

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5075328B2 (ja) * 2005-07-27 2012-11-21 ニッタ株式会社 セパレータ
WO2008072657A1 (ja) 2006-12-14 2008-06-19 Panasonic Corporation 加湿器用のセパレータ、加湿器、及びそれを備える燃料電池システム
JP5242971B2 (ja) * 2007-08-08 2013-07-24 日本特殊陶業株式会社 固体電解質型燃料電池
JP5269372B2 (ja) * 2007-09-25 2013-08-21 株式会社東芝 燃料電池
DE102008052945B4 (de) 2008-10-23 2014-06-12 Staxera Gmbh Brennstoffzellenstapel und Verfahren zu dessen Herstellung
AU2010202419B2 (en) * 2009-06-10 2016-11-17 Wieland Kg Improved Electrocatalyst, Fuel Cell Cathode and Fuel Cell
DE102010020178A1 (de) * 2010-05-11 2011-11-17 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung einer metallischen Biopolarplatte, Bipolarplatte sowie Brennstoffzellenstapel und Verfahren zu dessen Herstellung
CA2802412C (en) * 2010-06-15 2015-04-07 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell with improved contact surface pressure
CN102640337A (zh) * 2010-12-02 2012-08-15 丰田自动车株式会社 燃料电池模组
CN103715416B (zh) * 2013-12-30 2015-11-18 华南师范大学 用于高容量锂离子电池正极材料Li[Li0.201Ni0.133Co0.133Mn0.533]O2的制备方法
JP6265067B2 (ja) * 2014-07-01 2018-01-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池スタックの製造方法
WO2019078674A1 (ko) * 2017-10-20 2019-04-25 주식회사 엘지화학 고체산화물 연료 전지용 연결재, 그 제조방법 및 고체산화물 연료 전지
JP7020291B2 (ja) * 2018-05-23 2022-02-16 トヨタ車体株式会社 燃料電池用セパレータ及び燃料電池用セパレータの製造方法
JP7129373B2 (ja) * 2019-04-16 2022-09-01 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック及び燃料電池スタックの製造方法

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4604331A (en) * 1984-05-29 1986-08-05 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fuel cell separator plate with bellows-type sealing flanges
JPS61120977A (ja) 1984-11-16 1986-06-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd プロ−ブガ−ド取付装置
JPS6328251A (ja) 1986-07-21 1988-02-05 Hitachi Ltd 電動機用回転子
JPH06105617B2 (ja) * 1987-05-20 1994-12-21 三菱電機株式会社 溶融塩型燃料電池
JPH02168563A (ja) * 1988-12-21 1990-06-28 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池用セパレータ
US5045413A (en) * 1989-05-03 1991-09-03 Institute Of Gas Technology Fully internal mainfolded fuel cell stack
US5227256A (en) 1989-05-03 1993-07-13 Institute Of Gas Technology Fully internal manifolded fuel cell stack
US5232792A (en) * 1992-08-21 1993-08-03 M-C Power Corporation Cell separator plate used in fuel cell stacks
JP3460346B2 (ja) 1994-12-26 2003-10-27 富士電機株式会社 固体高分子電解質型燃料電池
JPH09199141A (ja) 1996-01-17 1997-07-31 Yoyu Tansanengata Nenryo Denchi Hatsuden Syst Gijutsu Kenkyu Kumiai 溶融炭酸塩型燃料電池
JPH1092447A (ja) * 1997-07-25 1998-04-10 Mitsubishi Electric Corp 積層形燃料電池
US6040076A (en) * 1998-03-03 2000-03-21 M-C Power Corporation One piece fuel cell separator plate
JP4707786B2 (ja) 1998-05-07 2011-06-22 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用ガスセパレータの製造方法
US6165634A (en) * 1998-10-21 2000-12-26 International Fuel Cells Llc Fuel cell with improved sealing between individual membrane assemblies and plate assemblies
JP2000133290A (ja) 1998-10-30 2000-05-12 Mitsubishi Plastics Ind Ltd 固体高分子型燃料電池
DE19961496B4 (de) 1998-12-21 2008-01-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota Separator für eine Brennstoffzelle und Verfahren zur Herstellung des Separators
JP3997660B2 (ja) * 1998-12-21 2007-10-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用の金属セパレータおよびその製造方法
JP2001118592A (ja) * 1999-10-18 2001-04-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子電解質型燃料電池及び電池スタック
JP3600503B2 (ja) 2000-04-19 2004-12-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用セパレータおよび該燃料電池用セパレータの製造方法並びに燃料電池
JP2001351642A (ja) 2000-06-08 2001-12-21 Riken Corp 燃料電池用セパレータ
JP2001357859A (ja) * 2000-06-13 2001-12-26 Riken Corp 燃料電池用セパレータ
JP3532547B2 (ja) * 2000-11-30 2004-05-31 本田技研工業株式会社 シール一体型セパレータの製造方法
JP3569491B2 (ja) * 2000-12-05 2004-09-22 本田技研工業株式会社 燃料電池用セパレータおよび燃料電池
JP3571687B2 (ja) 2000-12-07 2004-09-29 本田技研工業株式会社 シール一体型セパレータの製造方法
FR2819108B1 (fr) * 2000-12-29 2003-01-31 Commissariat Energie Atomique Element de base composite et son joint pour pile a combustible et procede de fabrication de l'ensemble
JP3723495B2 (ja) 2001-11-14 2005-12-07 株式会社日立製作所 固体高分子電解質型燃料電池の金属セパレータ
DE10158772C1 (de) * 2001-11-23 2003-06-26 Reinz Dichtungs Gmbh & Co Kg Brennstoffzellensystem
JP4072371B2 (ja) 2002-04-05 2008-04-09 三菱樹脂株式会社 燃料電池用セパレータ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103703598A (zh) * 2011-07-08 2014-04-02 阿海珐能量存储公司 燃料电池板和燃料电池

Also Published As

Publication number Publication date
KR100788270B1 (ko) 2007-12-27
CN100391038C (zh) 2008-05-28
JP3799038B2 (ja) 2006-07-19
JP2005149748A (ja) 2005-06-09
EP1686641B1 (en) 2012-07-11
US8034505B2 (en) 2011-10-11
KR20060103906A (ko) 2006-10-04
WO2005045971A1 (ja) 2005-05-19
US20080026279A1 (en) 2008-01-31
EP1686641A1 (en) 2006-08-02
EP1686641A4 (en) 2008-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1280934C (zh) 平面型高分子电解质型燃料电池用隔板以及燃料电池
CN1252854C (zh) 高分子电解质型燃料电池
CN1233081A (zh) 固体高分子电解质型燃料电池及其制造方法
CN1879241A (zh) 隔板及隔板的制造方法
CN1977412A (zh) Mea衬垫接合体及使用该接合体的高分子电解质型燃料电池
CN1612391A (zh) 燃料电池及其制造方法
CN1536698A (zh) 燃料电池用电解质膜结构、mea结构及燃料电池
CN1183617C (zh) 燃料电池的气体分离器
CN1416604A (zh) 高分子电解质型燃料电池及其制造方法
CN1585175A (zh) 高分子电解质型燃料电池
CN1926704A (zh) 燃料电池的分隔器和制造方法及具有该分隔器的燃料电池
CN1839509A (zh) 整体燃料电池组合件
CN1503997A (zh) 燃料电池及其制造方法
JP2005347256A (ja) 電気化学的電池構成要素用の新規な密封剤
CN1531761A (zh) 氧化还原流动式电池用电池框和氧化还原流动式电池
CN1906784A (zh) 气体扩散层和使用气体扩散层的燃料电池
CN1783561A (zh) 燃料电池
CN1313649A (zh) 非水电解液二次电池
CN1714466A (zh) 组合式燃料电池组件和冷却器件
CN1426612A (zh) 固体高分子型燃料电池叠层及其运转方法和排气阀
CN1934734A (zh) 膜电极组件、其制造方法以及高分子电解质燃料电池
CN1778006A (zh) 燃料电池
CN100337357C (zh) 燃料电池双极板的生产方法、燃料电池双极板和燃料电池
CN1300882C (zh) 燃料电池元件、燃料电池、燃料电池发电系统及它们的制造方法
CN1279631C (zh) 燃料电池用复合隔板及应用其的高分子电解质型燃料电池

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080528

Termination date: 20171108