JP2000182640A - 車載用燃料電池 - Google Patents
車載用燃料電池Info
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- 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
Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い集電性能と長期安定性を有し、軽量であ
るとともに低コストという実用化に必須な条件を同時に
満たすセパレータを具備する車載用燃料電池を提供す
る。 【解決手段】 本発明の車載用燃料電池は、固体電解質
２とその両側に設けられたアノード３及びカソード４と
により構成された単位電池１が積層され、アノード３及
びカソード４はそれぞれセパレータ５に接触しており、
積層体両端より外部回路（図示せず）に接続されてい
る。セパレータ５の母材は、比較的軽量で、耐食性及び
耐酸化性が高い金属材料からなり、両面に反応ガス通路
用の溝６を有する。セパレータ５の溝６とアノード３と
により形成される通路には燃料ガスが供給され、セパレ
ータ５の溝７とカソード４とにより形成される通路には
酸化剤ガスが供給される。セパレータ５はAl、Ti又はこ
れらの合金からなり、熱水（水蒸気）に対する耐食性及
び耐酸化性を向上させるために、少なくとも溝６、７の
内壁に保護膜９を形成するのが好ましい。
るとともに低コストという実用化に必須な条件を同時に
満たすセパレータを具備する車載用燃料電池を提供す
る。 【解決手段】 本発明の車載用燃料電池は、固体電解質
２とその両側に設けられたアノード３及びカソード４と
により構成された単位電池１が積層され、アノード３及
びカソード４はそれぞれセパレータ５に接触しており、
積層体両端より外部回路（図示せず）に接続されてい
る。セパレータ５の母材は、比較的軽量で、耐食性及び
耐酸化性が高い金属材料からなり、両面に反応ガス通路
用の溝６を有する。セパレータ５の溝６とアノード３と
により形成される通路には燃料ガスが供給され、セパレ
ータ５の溝７とカソード４とにより形成される通路には
酸化剤ガスが供給される。セパレータ５はAl、Ti又はこ
れらの合金からなり、熱水（水蒸気）に対する耐食性及
び耐酸化性を向上させるために、少なくとも溝６、７の
内壁に保護膜９を形成するのが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水素ガス等の燃料ガ
スと酸素ガスとの電気化学的反応により発電する燃料電
池に関し、特に車載用に適するように軽量で、高い集電
性能及び長期安定性を有し、低コストの燃料電池に関す
る。
スと酸素ガスとの電気化学的反応により発電する燃料電
池に関し、特に車載用に適するように軽量で、高い集電
性能及び長期安定性を有し、低コストの燃料電池に関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】燃料電
池は一般に電解質層とその両側に設けられたアノード及
びカソードからなる単位電池（セル）をセパレータを介
して積層してなる。各セパレータとその両側にあるアノ
ード及びカソードとの間にはそれぞれ反応ガスの通路が
設けられている。
池は一般に電解質層とその両側に設けられたアノード及
びカソードからなる単位電池（セル）をセパレータを介
して積層してなる。各セパレータとその両側にあるアノ
ード及びカソードとの間にはそれぞれ反応ガスの通路が
設けられている。
【０００３】反応ガスは、燃料ガスと酸化剤ガスとから
なり、セパレータのアノード側通路には燃料ガスが供給
され、セパレータのカソード側通路には酸化剤ガスが供
給される。このような反応ガスの電気化学的反応の進行
に伴い電子（電気エネルギー）が生成し、これを導線に
より外部回路に取り出す。燃料電池では非常に高い効率
で反応エネルギーを電気エネルギーに変換することが可
能であるとともに、通常のエンジンのようにNOx 、C
O2 、煤等の排ガス問題がないため、次世代の電気自動
車用発電装置として期待されている。
なり、セパレータのアノード側通路には燃料ガスが供給
され、セパレータのカソード側通路には酸化剤ガスが供
給される。このような反応ガスの電気化学的反応の進行
に伴い電子（電気エネルギー）が生成し、これを導線に
より外部回路に取り出す。燃料電池では非常に高い効率
で反応エネルギーを電気エネルギーに変換することが可
能であるとともに、通常のエンジンのようにNOx 、C
O2 、煤等の排ガス問題がないため、次世代の電気自動
車用発電装置として期待されている。
【０００４】車載用燃料電池として必要な特性は、高効
率の発電性能、長期間安定的に出力が得られる耐久性、
軽量化、低コスト化等である。このような特性を有する
ものとして開発された従来の車載用燃料電池は、基本的
には図３に示すように、電解質膜２とその両面に設けら
れたアノード３及びカソード４からなる単位電池（セ
ル）１をセパレータ５を介して積層した積層体から構成
されている。セパレータ５のアノード側表面には燃料ガ
ス供給用溝６が形成されており、またカソード側表面に
は酸化剤ガス供給用溝７が形成されている。各単位電池
１の両側に設置されたアノード３及びカソード４に接す
るセパレータ５は導電性であり、積層体両端より外部回
路（図示せず）に接続されている。
率の発電性能、長期間安定的に出力が得られる耐久性、
軽量化、低コスト化等である。このような特性を有する
ものとして開発された従来の車載用燃料電池は、基本的
には図３に示すように、電解質膜２とその両面に設けら
れたアノード３及びカソード４からなる単位電池（セ
ル）１をセパレータ５を介して積層した積層体から構成
されている。セパレータ５のアノード側表面には燃料ガ
ス供給用溝６が形成されており、またカソード側表面に
は酸化剤ガス供給用溝７が形成されている。各単位電池
１の両側に設置されたアノード３及びカソード４に接す
るセパレータ５は導電性であり、積層体両端より外部回
路（図示せず）に接続されている。
【０００５】上記構造を有するセパレータ５は、その溝
６、７内を反応ガスが流れるとともに、燃料ガスと酸化
剤ガスとの反応により生成する高温（100 ℃近傍）の水
蒸気に接触するため、良好な耐食性及び耐酸化性を有し
ていなければならない。また電気化学的反応により得ら
れる電流を単位電池１に効率よく導くため、セパレータ
５のバルク抵抗を低くし、電極との接触面での集電抵抗
（接触抵抗）を低くする必要がある。さらに量産性を考
慮して、加工しやすい材料を使用しなければならない。
６、７内を反応ガスが流れるとともに、燃料ガスと酸化
剤ガスとの反応により生成する高温（100 ℃近傍）の水
蒸気に接触するため、良好な耐食性及び耐酸化性を有し
ていなければならない。また電気化学的反応により得ら
れる電流を単位電池１に効率よく導くため、セパレータ
５のバルク抵抗を低くし、電極との接触面での集電抵抗
（接触抵抗）を低くする必要がある。さらに量産性を考
慮して、加工しやすい材料を使用しなければならない。
【０００６】上記特性が要求されているセパレータは、
現在主として黒鉛製であるが、黒鉛製セパレータは反応
ガス通路用溝の加工コストが高く、また材料費自体も高
いという問題を有する。また黒鉛粉を用いて成形固化さ
せるには結合材を添加せざるを得ないが、この結合材は
電極の集電性能を低下させ、バルク抵抗を増大させると
いう問題を有する。さらに黒鉛自体は機械的強度、特に
衝撃に対する信頼性が低いという問題もある。
現在主として黒鉛製であるが、黒鉛製セパレータは反応
ガス通路用溝の加工コストが高く、また材料費自体も高
いという問題を有する。また黒鉛粉を用いて成形固化さ
せるには結合材を添加せざるを得ないが、この結合材は
電極の集電性能を低下させ、バルク抵抗を増大させると
いう問題を有する。さらに黒鉛自体は機械的強度、特に
衝撃に対する信頼性が低いという問題もある。
【０００７】このような事情に鑑み、金属材料を用いた
セパレータの開発も行われている。例えば、特開平2-24
7977号は、ステンレス母材にアルミニウムの溶射又はペ
ースト塗布を行ってなるセパレータを報告している。ま
た特開平8-236127号は、ステンレス製母材の陽極側にNi
メッキを行ってなるセパレータを報告している。しかし
ながら、これらのセパレータを用いた場合、燃料電池の
重量が増大し、集電性能劣化防止が不充分となってしま
う。さらにステンレスの湿式エッチング、プレス加工は
コスト高であるという問題もある。
セパレータの開発も行われている。例えば、特開平2-24
7977号は、ステンレス母材にアルミニウムの溶射又はペ
ースト塗布を行ってなるセパレータを報告している。ま
た特開平8-236127号は、ステンレス製母材の陽極側にNi
メッキを行ってなるセパレータを報告している。しかし
ながら、これらのセパレータを用いた場合、燃料電池の
重量が増大し、集電性能劣化防止が不充分となってしま
う。さらにステンレスの湿式エッチング、プレス加工は
コスト高であるという問題もある。
【０００８】従って、本発明の目的は、高い集電性能と
長期安定性を有し、軽量であるとともに低コストという
実用化に必須な条件を同時に満たすセパレータを具備す
る車載用燃料電池を提供することである。
長期安定性を有し、軽量であるとともに低コストという
実用化に必須な条件を同時に満たすセパレータを具備す
る車載用燃料電池を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、セパレータの母材にAl、Ti又はこ
れらの合金を用いるとともに、その電極接触面に耐食性
を有する緻密な導電性皮膜を形成すると、燃料電池を軽
量化でき、耐食性が向上し、良好な集電性が確保でき、
かつ長期的な安定性を確保できることを発見し、本発明
を完成した。
の結果、本発明者は、セパレータの母材にAl、Ti又はこ
れらの合金を用いるとともに、その電極接触面に耐食性
を有する緻密な導電性皮膜を形成すると、燃料電池を軽
量化でき、耐食性が向上し、良好な集電性が確保でき、
かつ長期的な安定性を確保できることを発見し、本発明
を完成した。
【００１０】すなわち本発明の燃料電池は、プロトン伝
導体である固体電解質の両面にアノード及びカソードを
設けた単位電池をセパレータを介して積層してなり、前
記セパレータと前記アノード及び前記カソードとの間に
それぞれ反応ガスの通路が設けられており、前記セパレ
ータは金属を主成分とする母材からなり、前記セパレー
タ母材の少なくとも電極接触面に耐食性を有する緻密な
導電性皮膜が形成されていることを特徴とする。
導体である固体電解質の両面にアノード及びカソードを
設けた単位電池をセパレータを介して積層してなり、前
記セパレータと前記アノード及び前記カソードとの間に
それぞれ反応ガスの通路が設けられており、前記セパレ
ータは金属を主成分とする母材からなり、前記セパレー
タ母材の少なくとも電極接触面に耐食性を有する緻密な
導電性皮膜が形成されていることを特徴とする。
【００１１】導電性、耐食性、耐酸化性及び軽量化の観
点から、セパレータの母材はAl、Ti又はこれらの合金に
より形成するのが好ましい。またセパレータの母材表面
に形成する導電性皮膜の材質は、Au、Ag、Pt、Pd、Ni、
Cr、Ｗ又はこれらの合金、カーボン又は導電性炭化物で
あるのが好ましい。
点から、セパレータの母材はAl、Ti又はこれらの合金に
より形成するのが好ましい。またセパレータの母材表面
に形成する導電性皮膜の材質は、Au、Ag、Pt、Pd、Ni、
Cr、Ｗ又はこれらの合金、カーボン又は導電性炭化物で
あるのが好ましい。
【００１２】セパレータ表面で導電性皮膜により被覆さ
れていない部分がある場合には、その部分は保護膜によ
り被覆するのが好ましい。保護膜の材質としては、Al、
Ti、Cr等の酸化物、窒化物等が好ましい。
れていない部分がある場合には、その部分は保護膜によ
り被覆するのが好ましい。保護膜の材質としては、Al、
Ti、Cr等の酸化物、窒化物等が好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明を添付図面を参照して以下
詳細に説明する。なお図１に示す本発明の一実施例によ
る燃料電池の基本構造は図３に示すものと同じであるの
で、対応する部分には同じ参照番号を付与してある。
詳細に説明する。なお図１に示す本発明の一実施例によ
る燃料電池の基本構造は図３に示すものと同じであるの
で、対応する部分には同じ参照番号を付与してある。
【００１４】[1］単位電池 図１に示す実施例の燃料電池は、固体電解質２とその両
側に設けられたアノード３及びカソード４とにより構成
された単位電池１が積層されてなる。アノード３及びカ
ソード４はそれぞれセパレータ５に接触しており、積層
体両端より外部回路（図示せず）に接続されている。
側に設けられたアノード３及びカソード４とにより構成
された単位電池１が積層されてなる。アノード３及びカ
ソード４はそれぞれセパレータ５に接触しており、積層
体両端より外部回路（図示せず）に接続されている。
【００１５】(1) 固体電解質 固体電解質２としては、電気化学的反応により生成した
Ｈ+ イオンの伝導性がある物質であれば、いかなる材料
でも用いることができるが、薄肉化の観点からナフィオ
ン（Nafion）を始めとする陽イオン交換膜等が好まし
い。
Ｈ+ イオンの伝導性がある物質であれば、いかなる材料
でも用いることができるが、薄肉化の観点からナフィオ
ン（Nafion）を始めとする陽イオン交換膜等が好まし
い。
【００１６】(2) 電極 アノード３及びカソード４は、カーボンブラック、Pt等
の貴金属の粉末及び撥水剤を含有するペーストを固体電
解質板２に塗布してなるのが好ましく、両電極は同一材
質で良い。各電極の組成は、カーボンブラックが50〜93
重量％であり、貴金属粉末が２〜50重量％であり、撥水
剤が５〜30重量％であるのが好ましい。また各電極の厚
さは１〜20μｍであるのが好ましい。
の貴金属の粉末及び撥水剤を含有するペーストを固体電
解質板２に塗布してなるのが好ましく、両電極は同一材
質で良い。各電極の組成は、カーボンブラックが50〜93
重量％であり、貴金属粉末が２〜50重量％であり、撥水
剤が５〜30重量％であるのが好ましい。また各電極の厚
さは１〜20μｍであるのが好ましい。
【００１７】[2] セパレータ (1) 母材 セパレータ５の母材は、比較的軽量で、耐食性及び耐酸
化性が高い金属材料からなり、具体的にはAl、Ti又はこ
れらの合金が好ましい。セパレータ用板材の厚さは１〜
５mmであるのが好ましく、特に３mm程度が好ましい。
化性が高い金属材料からなり、具体的にはAl、Ti又はこ
れらの合金が好ましい。セパレータ用板材の厚さは１〜
５mmであるのが好ましく、特に３mm程度が好ましい。
【００１８】(2) 溝 セパレータ５の母材は両面に反応ガス通路用の溝６を有
する。セパレータ５の溝６とアノード３とにより形成さ
れる通路には燃料ガスが供給され、セパレータ５の溝７
とカソード４とにより形成される通路には酸化剤ガスが
供給される。溝６、７はセパレータ用板材にプレス加工
や湿式エッチング等を施すことにより形成することがで
きる。各溝６、７の深さは通常0.5 〜1.5mm とするのが
好ましく、また溝６、７の形状は反応ガス通気抵抗が小
さく、発電効率が高くなるように設定するのが好まし
い。
する。セパレータ５の溝６とアノード３とにより形成さ
れる通路には燃料ガスが供給され、セパレータ５の溝７
とカソード４とにより形成される通路には酸化剤ガスが
供給される。溝６、７はセパレータ用板材にプレス加工
や湿式エッチング等を施すことにより形成することがで
きる。各溝６、７の深さは通常0.5 〜1.5mm とするのが
好ましく、また溝６、７の形状は反応ガス通気抵抗が小
さく、発電効率が高くなるように設定するのが好まし
い。
【００１９】セパレータ５の溝形状は、図１に示すもの
に限定されず、アノード３及びカソード４に接する部分
に反応ガス用通路が形成できるものであれば良い。例え
ば図２に示すように、アルミニウム板等をコルゲート状
に変形させて、溝６、７を両面に交互に形成しても良
い。なお図２の実施例では導電性皮膜８のみ形成してい
るが、勿論電極接触部位以外の領域に保護膜を形成して
も良い。
に限定されず、アノード３及びカソード４に接する部分
に反応ガス用通路が形成できるものであれば良い。例え
ば図２に示すように、アルミニウム板等をコルゲート状
に変形させて、溝６、７を両面に交互に形成しても良
い。なお図２の実施例では導電性皮膜８のみ形成してい
るが、勿論電極接触部位以外の領域に保護膜を形成して
も良い。
【００２０】(2) 導電性皮膜 各電極３、４との接触抵抗を低くするために、少なくと
も各電極３、４と接触するセパレータ５の部分に、導電
性皮膜８を形成する。導電性皮膜８の材質としては、
Au、Ag、Pt、Pd、Ni、Cr、Ｗ又はこれらの合金、カー
ボン、又は導電性炭化物を使用するのが好ましい。導
電性皮膜８の膜厚は0.1 〜10μｍ程度で良い。
も各電極３、４と接触するセパレータ５の部分に、導電
性皮膜８を形成する。導電性皮膜８の材質としては、
Au、Ag、Pt、Pd、Ni、Cr、Ｗ又はこれらの合金、カー
ボン、又は導電性炭化物を使用するのが好ましい。導
電性皮膜８の膜厚は0.1 〜10μｍ程度で良い。
【００２１】の場合、Au、Ag、Pt、Pd等の貴金属系皮
膜は接触抵抗が低く耐食性も極めて良好である。またN
i、Cr又はＷの皮膜を使用すると、より低コスト化が実
現できる。これらの金属皮膜はメッキ法又はＰＶＤ法等
により形成することができる。
膜は接触抵抗が低く耐食性も極めて良好である。またN
i、Cr又はＷの皮膜を使用すると、より低コスト化が実
現できる。これらの金属皮膜はメッキ法又はＰＶＤ法等
により形成することができる。
【００２２】の場合、ＣＶＤによる黒鉛膜、又はＤＬ
Ｃ膜（ダイヤモンドライクカーボン膜）等が好ましい。
また黒鉛粉に撥水剤を添加したものを塗布しても良い。
カーボン皮膜の場合、イオン交換膜からなる電解質板２
に形成される電極がカーボンブラックに微量のPtを添加
したものからなるので、同じカーボン系同士で接触なじ
みが良い。
Ｃ膜（ダイヤモンドライクカーボン膜）等が好ましい。
また黒鉛粉に撥水剤を添加したものを塗布しても良い。
カーボン皮膜の場合、イオン交換膜からなる電解質板２
に形成される電極がカーボンブラックに微量のPtを添加
したものからなるので、同じカーボン系同士で接触なじ
みが良い。
【００２３】またの場合、炭化珪素、炭化ニオブ、炭
化タングステン等の導電性炭化物の皮膜を使用するのが
好ましい。炭化物皮膜は接触抵抗が小さいのみならず、
良好な耐食性及び耐酸化性を有するので、セパレータ５
の保護膜としても作用する。
化タングステン等の導電性炭化物の皮膜を使用するのが
好ましい。炭化物皮膜は接触抵抗が小さいのみならず、
良好な耐食性及び耐酸化性を有するので、セパレータ５
の保護膜としても作用する。
【００２４】(3) 保護膜 Al、Ti又はこれらの合金からなるセパレータ５の熱水
（水蒸気）に対する耐食性及び耐酸化性を向上させるた
めに、少なくとも溝６、７の内壁に保護膜９を形成する
のが好ましい。保護膜９の膜厚は１〜10μｍ程度で良
い。保護膜９の形成には、セパレータ母材を酸化する
方法と、耐食性物質の皮膜を積層する方法とがある。
（水蒸気）に対する耐食性及び耐酸化性を向上させるた
めに、少なくとも溝６、７の内壁に保護膜９を形成する
のが好ましい。保護膜９の膜厚は１〜10μｍ程度で良
い。保護膜９の形成には、セパレータ母材を酸化する
方法と、耐食性物質の皮膜を積層する方法とがある。
【００２５】の方法の場合、例えばAlの陽極酸化によ
りアルマイト皮膜を形成するのが好ましい。陽極酸化法
には電解液としてシュウ酸、硫酸、クロム酸等の水溶液
を用い、電解によりγ−アルミナ皮膜を母材表面に形成
し、次いで沸騰水や加熱水蒸気により処理することによ
り、緻密なベーマイト皮膜（γ−Al2 O 3 ・H 2 O ）と
する。一旦ベーマイト皮膜が形成されると、通常の作動
条件下ではセパレータ５は非常に安定である。
りアルマイト皮膜を形成するのが好ましい。陽極酸化法
には電解液としてシュウ酸、硫酸、クロム酸等の水溶液
を用い、電解によりγ−アルミナ皮膜を母材表面に形成
し、次いで沸騰水や加熱水蒸気により処理することによ
り、緻密なベーマイト皮膜（γ−Al2 O 3 ・H 2 O ）と
する。一旦ベーマイト皮膜が形成されると、通常の作動
条件下ではセパレータ５は非常に安定である。
【００２６】またの方法の場合、例えばアルミナ、チ
タニア等の皮膜を溶射法、スパッタリング法、イオンプ
レーティング法、ＣＶＤ法等により形成することができ
る。
タニア等の皮膜を溶射法、スパッタリング法、イオンプ
レーティング法、ＣＶＤ法等により形成することができ
る。
【００２７】
【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００２８】実施例１ ２枚のアルミニウム板（３mm×150 mm×150 mm）の各々
にプレス加工を施し、深さ1.0mm 及び幅3.0mm の反応ガ
ス通路用溝を有するセパレータ母材を作製した。各セパ
レータ母材に対して、シュウ酸水溶液中での電解により
陽極酸化処理を行い、次いで沸騰水中に約30分浸漬した
後乾燥することにより、アルマイト皮膜を形成した。次
いで各セパレータの電極接触面の平坦度を向上するため
に、その電極接触面をラップ研磨した後、洗浄した。こ
れにより、電極接触面のアルマイト皮膜は除去された。
次に、５mTorr の純アルゴンガス雰囲気中で基板温度を
200 ℃として、セパレータ母材の電極接触面にPd−Au合
金をスパッタリングし、図１に示す層構造のセパレータ
を得た。Pd−Au合金からなる導電性皮膜は厚さ１μｍで
あった。
にプレス加工を施し、深さ1.0mm 及び幅3.0mm の反応ガ
ス通路用溝を有するセパレータ母材を作製した。各セパ
レータ母材に対して、シュウ酸水溶液中での電解により
陽極酸化処理を行い、次いで沸騰水中に約30分浸漬した
後乾燥することにより、アルマイト皮膜を形成した。次
いで各セパレータの電極接触面の平坦度を向上するため
に、その電極接触面をラップ研磨した後、洗浄した。こ
れにより、電極接触面のアルマイト皮膜は除去された。
次に、５mTorr の純アルゴンガス雰囲気中で基板温度を
200 ℃として、セパレータ母材の電極接触面にPd−Au合
金をスパッタリングし、図１に示す層構造のセパレータ
を得た。Pd−Au合金からなる導電性皮膜は厚さ１μｍで
あった。
【００２９】またカーボンブラック100 重量部にPtペー
スト（Pt：90重量％）15重量部を添加した後、テフロン
粒子（平均粒径：0.2 μｍ）15重量部を撥水剤として添
加し、電極用ペーストを作製した。これをカーボンクロ
スペーパーに塗布し、乾燥した。ナフィオン（Nafion）
フィルム（陽イオン交換膜）に、電極用ペーストを塗布
したカーボンクロスペーパーを接着し、２枚の上記セパ
レータで挟むことにより、図１に示す構造の単位電池を
作製した。一方のセパレータの溝とアノードにより燃料
ガス用通路が形成され、他方のセパレータの溝とカソー
ドにより酸化剤ガス用通路が形成された。
スト（Pt：90重量％）15重量部を添加した後、テフロン
粒子（平均粒径：0.2 μｍ）15重量部を撥水剤として添
加し、電極用ペーストを作製した。これをカーボンクロ
スペーパーに塗布し、乾燥した。ナフィオン（Nafion）
フィルム（陽イオン交換膜）に、電極用ペーストを塗布
したカーボンクロスペーパーを接着し、２枚の上記セパ
レータで挟むことにより、図１に示す構造の単位電池を
作製した。一方のセパレータの溝とアノードにより燃料
ガス用通路が形成され、他方のセパレータの溝とカソー
ドにより酸化剤ガス用通路が形成された。
【００３０】単位電池を室温において、アノード側の燃
料ガス用通路に100 ％の水素ガス（流速：40ml/min）を
供給し、カソード側の酸化剤ガス用通路に乾燥空気（流
速：100ml/min ）を供給し、発電を行った。両電極間の
出力電圧及び短期的な出力ドリフト安定性を測定した。
結果を表１に示す。
料ガス用通路に100 ％の水素ガス（流速：40ml/min）を
供給し、カソード側の酸化剤ガス用通路に乾燥空気（流
速：100ml/min ）を供給し、発電を行った。両電極間の
出力電圧及び短期的な出力ドリフト安定性を測定した。
結果を表１に示す。
【００３１】比較例１〜３ 実施例１のセパレータの代わりに、それぞれ黒鉛母材の
みからなるセパレータ（比較例１）、ステンレススチー
ル（SUS 304 ）母材のみからなるセパレータ（比較例
２）、及びアルミニウム母材のみからなるセパレータ
（比較例３）を使用し、実施例１と同じ方法により単位
電池を作製し、実施例１と同じ条件で各ガス用通路に水
素ガス及び乾燥空気を供給することにより発電を行っ
た。両電極間の出力電圧及び短期的な出力ドリフト安定
性を測定した。結果を表１に示す。
みからなるセパレータ（比較例１）、ステンレススチー
ル（SUS 304 ）母材のみからなるセパレータ（比較例
２）、及びアルミニウム母材のみからなるセパレータ
（比較例３）を使用し、実施例１と同じ方法により単位
電池を作製し、実施例１と同じ条件で各ガス用通路に水
素ガス及び乾燥空気を供給することにより発電を行っ
た。両電極間の出力電圧及び短期的な出力ドリフト安定
性を測定した。結果を表１に示す。
【００３２】 表１ 例No. セパレータの構成 出力電圧（Ｖ） ドリフト安定性 実施例１ Al母材＋アルマイト 皮膜＋Pd-Au 合金膜 0.82 良好 比較例１ 黒鉛単体 0.83 良好 比較例２ SUS 304 単体 0.57 やや不良 比較例３ Al単体 0.49 不良
【００３３】表１から明らかなように、電池性能として
の出力電圧及びドリフト安定性に関しては、実施例１の
単位電池は黒鉛製のセパレータを具備する単位電池（比
較例１）と同等であるが、ステンレススチール単体から
なるセパレータを具備する単位電池（比較例２）及びア
ルミニウム単体からなるセパレータを具備する単位電池
（比較例３）に比較して、優れている。しかしながら、
コスト及び機械的信頼性の観点からは、実施例１の単位
電池は比較例１のものと比較して著しく優れているの
で、従来品に対する本発明の燃料電池の優位性は明らか
である。
の出力電圧及びドリフト安定性に関しては、実施例１の
単位電池は黒鉛製のセパレータを具備する単位電池（比
較例１）と同等であるが、ステンレススチール単体から
なるセパレータを具備する単位電池（比較例２）及びア
ルミニウム単体からなるセパレータを具備する単位電池
（比較例３）に比較して、優れている。しかしながら、
コスト及び機械的信頼性の観点からは、実施例１の単位
電池は比較例１のものと比較して著しく優れているの
で、従来品に対する本発明の燃料電池の優位性は明らか
である。
【００３４】実施例２ アルミニウムを母材とするセパレータにアルマイト皮膜
を形成せずに、炭化珪素皮膜（導電性皮膜）を母材表面
全体にプラズマＣＶＤ法により形成した以外実施例１と
同様にして、単位電池を作製した。炭化珪素皮膜の膜厚
は、成膜時間を調整することにより約0.5 〜５μｍとし
た。このようにして作製されたセパレータを具備する単
位電池の反応ガス用通路に、実施例１と同じ条件で水素
ガス及び乾燥空気を供給することにより、両電極間の出
力電圧及び短期的な出力ドリフト安定性を測定した。結
果を表２に示す。
を形成せずに、炭化珪素皮膜（導電性皮膜）を母材表面
全体にプラズマＣＶＤ法により形成した以外実施例１と
同様にして、単位電池を作製した。炭化珪素皮膜の膜厚
は、成膜時間を調整することにより約0.5 〜５μｍとし
た。このようにして作製されたセパレータを具備する単
位電池の反応ガス用通路に、実施例１と同じ条件で水素
ガス及び乾燥空気を供給することにより、両電極間の出
力電圧及び短期的な出力ドリフト安定性を測定した。結
果を表２に示す。
【００３５】 表２ 炭化珪素膜厚 セル出力電圧 ドリフト（μｍ） （Ｖ） 安定性 0.46 0.53 不良 0.98 0.64 やや不良 1.48 0.79 やや良 1.95 0.81 良好 3.20 0.83 良好 4.11 0.82 良好 5.19 0.80 良好
【００３６】表２から明らかなように、約1.5 μｍ以上
の膜厚とすることにより、良好な電池性能が得られるこ
とが分かる。Alのセパレータに炭化珪素のような炭化物
の皮膜を導電性皮膜として形成すると、従来品と同等な
電池性能を得られる。コスト及び機械的信頼性を考慮す
ると、本実施例の燃料電池も、実施例１と同様に従来品
に対して大きな優位性を有することが分かる。
の膜厚とすることにより、良好な電池性能が得られるこ
とが分かる。Alのセパレータに炭化珪素のような炭化物
の皮膜を導電性皮膜として形成すると、従来品と同等な
電池性能を得られる。コスト及び機械的信頼性を考慮す
ると、本実施例の燃料電池も、実施例１と同様に従来品
に対して大きな優位性を有することが分かる。
【００３７】
【発明の効果】セパレータにAlやTi等の金属材料を用い
ることにより、大幅な軽量化を図ることができ、また従
来の黒鉛製セパレータに比べて量産性が高いので、加工
コストを低減できる。またこれらの金属材料からなるセ
パレータ母材の表面に耐食性を有する緻密な導電性皮膜
を形成することにより、電池性能を従来の黒鉛セパレー
タと同等程度に保持したまま、コスト削減及び信頼性の
向上を達成することができる。このような特徴を有する
燃料電池は、次世代の自動車用駆動源として、非常に有
望である。
ることにより、大幅な軽量化を図ることができ、また従
来の黒鉛製セパレータに比べて量産性が高いので、加工
コストを低減できる。またこれらの金属材料からなるセ
パレータ母材の表面に耐食性を有する緻密な導電性皮膜
を形成することにより、電池性能を従来の黒鉛セパレー
タと同等程度に保持したまま、コスト削減及び信頼性の
向上を達成することができる。このような特徴を有する
燃料電池は、次世代の自動車用駆動源として、非常に有
望である。
【図１】 本発明の一実施例による車載用燃料電池の構
造を概略的に示す断面図である。
造を概略的に示す断面図である。
【図２】 本発明の別の実施例による車載用燃料電池の
構造を概略的に示す断面図である。
構造を概略的に示す断面図である。
【図３】 従来の車載用燃料電池の構造の一例を概略的
に示す断面図である。
に示す断面図である。
１・・・単位電池 ２・・・固体電解質 ３・・・アノード ４・・・カソード ５・・・セパレータ ６、７・・・反応ガス通路用溝 ８・・・導電性皮膜 ９・・・保護膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷井 政治 埼玉県熊谷市末広四丁目14番１号 株式会 社リケン熊谷事業所内 (72)発明者 小野 敬 埼玉県熊谷市末広四丁目14番１号 株式会 社リケン熊谷事業所内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB04 CC03 CX04 EE02 EE05 EE08 EE12 EE14
Claims (5)
- 【請求項１】 プロトン伝導体である固体電解質の両面
にアノード及びカソードを設けた単位電池をセパレータ
を介して積層してなり、前記セパレータと前記アノード
及び前記カソードとの間にそれぞれ反応ガスの通路が設
けられている燃料電池において、前記セパレータは金属
を主成分とする母材からなり、前記セパレータ母材の少
なくとも電極接触面に耐食性を有する緻密な導電性皮膜
が形成されていることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 請求項１に記載の燃料電池において、セ
パレータの母材はAl、Ti又はこれらの合金からなること
を特徴とする燃料電池。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の燃料電池にお
いて、前記セパレータの前記導電性皮膜は、Au、Ag、P
t、Pd、Ni、Cr、Ｗ又はこれらの合金、カーボン又は導
電性炭化物からなることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項４】 請求項１及至３のいずれかに記載の燃料
電池において、前記導電性皮膜以外のセパレータ表面に
保護膜が形成されていることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項５】 請求項４に記載の燃料電池において、前
記保護膜はAl、Ti又はCrの酸化物からなることを特徴と
する燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10354260A JP2000182640A (ja) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | 車載用燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10354260A JP2000182640A (ja) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | 車載用燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000182640A true JP2000182640A (ja) | 2000-06-30 |
Family
ID=18436353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10354260A Pending JP2000182640A (ja) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | 車載用燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000182640A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1160900A2 (en) * | 2000-05-26 | 2001-12-05 | Kabushiki Kaisha Riken | Embossed current collector separator for electrochemical fuel cell |
| WO2002078108A1 (fr) * | 2001-03-26 | 2002-10-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pile a combustible a electrolyte haut polymere |
| WO2003028133A1 (fr) * | 2001-09-19 | 2003-04-03 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Separateur de pile a combustible |
| JP2010287542A (ja) * | 2009-06-15 | 2010-12-24 | Nissan Motor Co Ltd | 導電部材、その製造方法、並びにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池 |
| JP2013004516A (ja) * | 2011-06-10 | 2013-01-07 | Korea Institute Of Energ Reserch | 燃料電池用集電体及びこれを用いた燃料電池 |
| US8586262B2 (en) | 2009-04-15 | 2013-11-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Titanium-based material, method of manufacturing titanium-based material, and fuel cell separator |
| JP2014123544A (ja) * | 2012-12-24 | 2014-07-03 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池及びインターコネクタの製作方法 |
| WO2018181348A1 (ja) | 2017-03-27 | 2018-10-04 | 新日鐵住金株式会社 | ステンレス鋼材、構成部材、セルおよび燃料電池スタック |
-
1998
- 1998-12-14 JP JP10354260A patent/JP2000182640A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1160900A3 (en) * | 2000-05-26 | 2007-12-12 | Kabushiki Kaisha Riken | Embossed current collector separator for electrochemical fuel cell |
| EP1160900A2 (en) * | 2000-05-26 | 2001-12-05 | Kabushiki Kaisha Riken | Embossed current collector separator for electrochemical fuel cell |
| WO2002078108A1 (fr) * | 2001-03-26 | 2002-10-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pile a combustible a electrolyte haut polymere |
| US7014940B2 (en) | 2001-03-26 | 2006-03-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | High-polymer electrolyte fuel cell |
| WO2003028133A1 (fr) * | 2001-09-19 | 2003-04-03 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Separateur de pile a combustible |
| US7014938B2 (en) | 2001-09-19 | 2006-03-21 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Separator for fuel cell |
| US8586262B2 (en) | 2009-04-15 | 2013-11-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Titanium-based material, method of manufacturing titanium-based material, and fuel cell separator |
| JP2010287542A (ja) * | 2009-06-15 | 2010-12-24 | Nissan Motor Co Ltd | 導電部材、その製造方法、並びにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池 |
| JP2013004516A (ja) * | 2011-06-10 | 2013-01-07 | Korea Institute Of Energ Reserch | 燃料電池用集電体及びこれを用いた燃料電池 |
| JP2014123544A (ja) * | 2012-12-24 | 2014-07-03 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池及びインターコネクタの製作方法 |
| WO2018181348A1 (ja) | 2017-03-27 | 2018-10-04 | 新日鐵住金株式会社 | ステンレス鋼材、構成部材、セルおよび燃料電池スタック |
| KR20190126180A (ko) | 2017-03-27 | 2019-11-08 | 닛테츠 스테인레스 가부시키가이샤 | 스테인리스 강재, 구성 부재, 셀 및 연료 전지 스택 |
| KR20210134831A (ko) | 2017-03-27 | 2021-11-10 | 닛테츠 스테인레스 가부시키가이샤 | 스테인리스 강재, 구성 부재, 셀 및 연료 전지 스택 |
| US11535915B2 (en) | 2017-03-27 | 2022-12-27 | Nippon Steel Stainless Steel Corporation | Stainless steel material, constituting component, cell, and fuel cell stack |
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