JP2000260439A - 固体高分子型燃料電池用ステンレス鋼製セパレータ、スペーサ、高分子膜並びに固体高分子型燃料電池 - Google Patents
固体高分子型燃料電池用ステンレス鋼製セパレータ、スペーサ、高分子膜並びに固体高分子型燃料電池Info
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- JP2000260439A JP2000260439A JP11061146A JP6114699A JP2000260439A JP 2000260439 A JP2000260439 A JP 2000260439A JP 11061146 A JP11061146 A JP 11061146A JP 6114699 A JP6114699 A JP 6114699A JP 2000260439 A JP2000260439 A JP 2000260439A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 固体高分子型燃料電池の量産化、コンパクト
化を進めるために、その構成部材に使用される炭素材料
をステンレス鋼に代替するための具体的技術を提供す
る。 【解決手段】 連結部により両端が互いに連結された複
数の溝からなる波板構造を有する中央部の周辺平滑部
に、一方の反応ガス通路となる穴、他方の反応ガス通路
となる穴、冷却媒体の通路となる穴を、それぞれ２個以
上有することを特徴とする固体高分子型燃料電池用ステ
ンレス鋼製セパレータ、スペーサ、高分子膜並びに固体
高分子型燃料電池。
化を進めるために、その構成部材に使用される炭素材料
をステンレス鋼に代替するための具体的技術を提供す
る。 【解決手段】 連結部により両端が互いに連結された複
数の溝からなる波板構造を有する中央部の周辺平滑部
に、一方の反応ガス通路となる穴、他方の反応ガス通路
となる穴、冷却媒体の通路となる穴を、それぞれ２個以
上有することを特徴とする固体高分子型燃料電池用ステ
ンレス鋼製セパレータ、スペーサ、高分子膜並びに固体
高分子型燃料電池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電力を直接的駆動源
とする自動車、小規模の発電システムなどに用いられる
固体高分子型燃料電池に関する。
とする自動車、小規模の発電システムなどに用いられる
固体高分子型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年電気自動車用燃料電池の開発が固体
高分子材料の開発成功を契機に急速に進展し始めてい
る。固体高分子型燃料電池とは、従来のアルカリ型燃料
電池、燐酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体電
解質型燃料電池などとは異なり、水素イオン選択透過型
の有機物膜を電解質として用いることを特徴とする燃料
電池であり、燃料には純水素のほか、アルコール類の改
質によって得た水素ガスなどを用い、空気中の酸素との
反応を電気化学的に制御することによって、電力を取り
出すシステムである。固体高分子膜は薄くても十分に機
能し、電解質が膜中に固定されていることから、電池内
の露点を制御してやれば電解質として機能するため、水
溶液系電解質や溶融塩系電解質など流動性のある媒体を
使う必要がなく、電池自体をコンパクトに単純化して設
計できることも特徴である。
高分子材料の開発成功を契機に急速に進展し始めてい
る。固体高分子型燃料電池とは、従来のアルカリ型燃料
電池、燐酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体電
解質型燃料電池などとは異なり、水素イオン選択透過型
の有機物膜を電解質として用いることを特徴とする燃料
電池であり、燃料には純水素のほか、アルコール類の改
質によって得た水素ガスなどを用い、空気中の酸素との
反応を電気化学的に制御することによって、電力を取り
出すシステムである。固体高分子膜は薄くても十分に機
能し、電解質が膜中に固定されていることから、電池内
の露点を制御してやれば電解質として機能するため、水
溶液系電解質や溶融塩系電解質など流動性のある媒体を
使う必要がなく、電池自体をコンパクトに単純化して設
計できることも特徴である。
【０００３】従来、燃料電池用ステンレス鋼としては、
特開平４−２４７８５２号、同４−３５８０４４号、同
７−１８８８７０号、同８−１６５５４６号、同８−２
２５８９２号、同８−３１１６２０号などの公報に開示
されているように、高い耐食性が要求される溶融炭酸塩
環境で稼動する燃料電池用ステンレス鋼がある。また、
特開平６−２６４１９３号、同６−２９３９４１号、同
９−６７６７２号などの公報に開示されているように、
数百度の高温で稼動する固体電解質型燃料電池材料の発
明がなされてきた。
特開平４−２４７８５２号、同４−３５８０４４号、同
７−１８８８７０号、同８−１６５５４６号、同８−２
２５８９２号、同８−３１１６２０号などの公報に開示
されているように、高い耐食性が要求される溶融炭酸塩
環境で稼動する燃料電池用ステンレス鋼がある。また、
特開平６−２６４１９３号、同６−２９３９４１号、同
９−６７６７２号などの公報に開示されているように、
数百度の高温で稼動する固体電解質型燃料電池材料の発
明がなされてきた。
【０００４】しかし、１００℃以下の領域で稼動する固
体高分子型燃料電池の構成材料としては、温度がさほど
高くないことやその環境下で耐食性・耐久性が十分発揮
させることが可能であることなどにより炭素系の材料が
使用されてきており、このタイプの燃料電池へのステン
レス鋼の適用はなされていない。
体高分子型燃料電池の構成材料としては、温度がさほど
高くないことやその環境下で耐食性・耐久性が十分発揮
させることが可能であることなどにより炭素系の材料が
使用されてきており、このタイプの燃料電池へのステン
レス鋼の適用はなされていない。
【０００５】また、燃料電池の重要部材の一つであるセ
パレータへの金属材料の適用に関しては、特開昭６３−
２７７７３４号、同６３−２７７７３５号、同６３−２
７７７３６号、同６３−２７７７３７号などの公報に記
載の燐酸型燃料電池セパレータとしてニッケル基のアモ
ルファス合金に関する発明があるだけで、ステンレス鋼
の固体高分子型燃料電池用セパレータへの具体的形状も
含めた適用の検討は全くなされていないのが現状であ
る。固体高分子型燃料電池の構成材料として炭素を使用
する問題点として、コストが高くなる、電池の大きさが
大きくなるなどの問題点があり、固体高分子型燃料電池
普及の大きな障害となっている。
パレータへの金属材料の適用に関しては、特開昭６３−
２７７７３４号、同６３−２７７７３５号、同６３−２
７７７３６号、同６３−２７７７３７号などの公報に記
載の燐酸型燃料電池セパレータとしてニッケル基のアモ
ルファス合金に関する発明があるだけで、ステンレス鋼
の固体高分子型燃料電池用セパレータへの具体的形状も
含めた適用の検討は全くなされていないのが現状であ
る。固体高分子型燃料電池の構成材料として炭素を使用
する問題点として、コストが高くなる、電池の大きさが
大きくなるなどの問題点があり、固体高分子型燃料電池
普及の大きな障害となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みてなされたもので、固体高分子型燃料電池の量産
化、コンパクト化を進めるために、その構成部材に使用
される炭素材料をステンレス鋼に代替するための具体的
技術を提供するものである。
に鑑みてなされたもので、固体高分子型燃料電池の量産
化、コンパクト化を進めるために、その構成部材に使用
される炭素材料をステンレス鋼に代替するための具体的
技術を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】固体高分子型燃料電池の
セパレータは、これまで厚さ５ｍｍ程度の炭素板の両面
に溝を切り、反応ガスや冷却媒体が燃料電池内部の所定
の部位に行き渡るよう形付けたものが使用されてきてい
るが、この場合、まず炭素材料自体が高価であると同時
に、切削加工など手間のかかる工程によりさらにコスト
アップとなっていた。
セパレータは、これまで厚さ５ｍｍ程度の炭素板の両面
に溝を切り、反応ガスや冷却媒体が燃料電池内部の所定
の部位に行き渡るよう形付けたものが使用されてきてい
るが、この場合、まず炭素材料自体が高価であると同時
に、切削加工など手間のかかる工程によりさらにコスト
アップとなっていた。
【０００８】そこで、大量生産システムで安価に部品製
造することを鑑み、ステンレス鋼薄板のプレス成形と打
ち抜きにより所定の形状の部品を供給することを想到し
鋭意検討の結果、ステンレス製部品およびそれに付随す
る構成部品の形状やそれらから構成される積層モジュー
ルを特定するに至って本発明を完成したものであって、
その要旨とするところは次の通りである。
造することを鑑み、ステンレス鋼薄板のプレス成形と打
ち抜きにより所定の形状の部品を供給することを想到し
鋭意検討の結果、ステンレス製部品およびそれに付随す
る構成部品の形状やそれらから構成される積層モジュー
ルを特定するに至って本発明を完成したものであって、
その要旨とするところは次の通りである。
【０００９】（１） 連結部により両端が互いに連結さ
れた複数の溝からなる波板構造を有する中央部の周辺平
滑部に、一方の反応ガス通路となる穴、他方の反応ガス
通路となる穴、冷却媒体の通路となる穴を、それぞれ２
個以上有することを特徴とする固体高分子型燃料電池用
ステンレス鋼製セパレータ。 （２） 前記（１）に記載のセパレータの周辺平滑部に
重ねて使用する、前記セパレータの中央部に対応する部
分がくり抜かれた形状を有するスペーサであって、セパ
レータのものと重なるように、一方の反応ガス通路とな
る穴、他方の反応ガス通路となる穴、冷却媒体の通路と
なる穴を、それぞれ２個以上有し、いずれか一方の反応
ガス通路となる穴が、前記のくり抜かれた部分と連結さ
れていることを特徴とする固体高分子型燃料電池用スペ
ーサ。 （３） 前記（１）に記載のセパレータの周辺平滑部に
重ねて使用する、前記セパレータの中央部に対応する部
分がくり抜かれた形状を有するスペーサであって、セパ
レータのものと重なるように、一方の反応ガス通路とな
る穴、他方の反応ガス通路となる穴、冷却媒体の通路と
なる穴を、それぞれ２個以上有し、冷却媒体の通路とな
る穴が、前記のくり抜かれた部分と連結されていること
を特徴とする固体高分子型燃料電池用スペーサ。
れた複数の溝からなる波板構造を有する中央部の周辺平
滑部に、一方の反応ガス通路となる穴、他方の反応ガス
通路となる穴、冷却媒体の通路となる穴を、それぞれ２
個以上有することを特徴とする固体高分子型燃料電池用
ステンレス鋼製セパレータ。 （２） 前記（１）に記載のセパレータの周辺平滑部に
重ねて使用する、前記セパレータの中央部に対応する部
分がくり抜かれた形状を有するスペーサであって、セパ
レータのものと重なるように、一方の反応ガス通路とな
る穴、他方の反応ガス通路となる穴、冷却媒体の通路と
なる穴を、それぞれ２個以上有し、いずれか一方の反応
ガス通路となる穴が、前記のくり抜かれた部分と連結さ
れていることを特徴とする固体高分子型燃料電池用スペ
ーサ。 （３） 前記（１）に記載のセパレータの周辺平滑部に
重ねて使用する、前記セパレータの中央部に対応する部
分がくり抜かれた形状を有するスペーサであって、セパ
レータのものと重なるように、一方の反応ガス通路とな
る穴、他方の反応ガス通路となる穴、冷却媒体の通路と
なる穴を、それぞれ２個以上有し、冷却媒体の通路とな
る穴が、前記のくり抜かれた部分と連結されていること
を特徴とする固体高分子型燃料電池用スペーサ。
【００１０】（４） 前記（２）に記載のスペーサと固
体高分子膜周辺部に挟んで使用し、固体高分子膜に付着
させた触媒電極および該触媒電極に接するよう配される
カレントコレクタの枠となるスペーサであって、前記ス
ペーサのものと重なるように、一方の反応ガス通路とな
る穴、他方の反応ガス通路となる穴、冷却媒体の通路と
なる穴を、それぞれ２個以上有し、固体高分子膜に付着
させた触媒電極および該触媒電極に接するよう配される
カレントコレクタの合計厚さと同じ厚みを有することを
特徴とする固体高分子型燃料電池用スペーサ。 （５） 前記（２）に記載のスペーサと前記（４）に記
載のスペーサを重ねた構造を一体として有することを特
徴とする固体高分子型燃料電池用スペーサ。 （６） 前記（３）に記載のスペーサに重ねて使用する
積層構造の終端をなす終端板であって、反応ガスと冷却
媒体の通路に対応する位置に、反応ガス給排気口および
冷却媒体給排口を有することを特徴とする固体高分子型
燃料電池用ステンレス鋼製終端板。
体高分子膜周辺部に挟んで使用し、固体高分子膜に付着
させた触媒電極および該触媒電極に接するよう配される
カレントコレクタの枠となるスペーサであって、前記ス
ペーサのものと重なるように、一方の反応ガス通路とな
る穴、他方の反応ガス通路となる穴、冷却媒体の通路と
なる穴を、それぞれ２個以上有し、固体高分子膜に付着
させた触媒電極および該触媒電極に接するよう配される
カレントコレクタの合計厚さと同じ厚みを有することを
特徴とする固体高分子型燃料電池用スペーサ。 （５） 前記（２）に記載のスペーサと前記（４）に記
載のスペーサを重ねた構造を一体として有することを特
徴とする固体高分子型燃料電池用スペーサ。 （６） 前記（３）に記載のスペーサに重ねて使用する
積層構造の終端をなす終端板であって、反応ガスと冷却
媒体の通路に対応する位置に、反応ガス給排気口および
冷却媒体給排口を有することを特徴とする固体高分子型
燃料電池用ステンレス鋼製終端板。
【００１１】（７） 前記（２）に記載のスペーサのも
のと重なるように、一方の反応ガス通路となる穴、他方
の反応ガス通路となる穴、冷却媒体の通路となる穴を、
それぞれ２個以上、その周辺部に有することを特徴とす
る固体高分子型燃料電池用固体高分子膜。 （８） 前記（１）に記載のセパレータ、前記（２）〜
（４）に記載のスペーサ、もしくは前記（２）および
（４）に記載のスペーサの一部に代えて前記（５）に記
載のスペーサ、前記（６）に記載の終端板、触媒電極を
付与した前記（７）に記載の固体高分子膜、カレントコ
レクタを、一方の反応ガス、他方の反応ガス、冷却媒体
が互いに別々の通路が確保されるよう積層して構成され
ることを特徴とする固体高分子型燃料電池用積層モジュ
ール。 （９） 前記（１）に記載のステンレス鋼製セパレータ
を１以上及び／又は前記（６）に記載のステンレス鋼製
終端板を１以上具備することを特徴とする固体高分子型
燃料電池。 （１０） 前記（８）に記載の積層モジュールを１以上
具備することを特徴とする固体高分子型燃料電池。 （１１） 動作温度が冷却媒体の沸点以下であることを
特徴とする前記（９）〜（１０）のいずれか１項に記載
の固体高分子型燃料電池。
のと重なるように、一方の反応ガス通路となる穴、他方
の反応ガス通路となる穴、冷却媒体の通路となる穴を、
それぞれ２個以上、その周辺部に有することを特徴とす
る固体高分子型燃料電池用固体高分子膜。 （８） 前記（１）に記載のセパレータ、前記（２）〜
（４）に記載のスペーサ、もしくは前記（２）および
（４）に記載のスペーサの一部に代えて前記（５）に記
載のスペーサ、前記（６）に記載の終端板、触媒電極を
付与した前記（７）に記載の固体高分子膜、カレントコ
レクタを、一方の反応ガス、他方の反応ガス、冷却媒体
が互いに別々の通路が確保されるよう積層して構成され
ることを特徴とする固体高分子型燃料電池用積層モジュ
ール。 （９） 前記（１）に記載のステンレス鋼製セパレータ
を１以上及び／又は前記（６）に記載のステンレス鋼製
終端板を１以上具備することを特徴とする固体高分子型
燃料電池。 （１０） 前記（８）に記載の積層モジュールを１以上
具備することを特徴とする固体高分子型燃料電池。 （１１） 動作温度が冷却媒体の沸点以下であることを
特徴とする前記（９）〜（１０）のいずれか１項に記載
の固体高分子型燃料電池。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下本発明の詳細な説明を、図面
を引用しつつ行う。まず、試作した前記（１）記載の固
体高分子型燃料電池用ステンレス鋼製セパレータの一例
を図１に示した。セパレータ中央部１は複数の溝からな
る波板構造を有し、その断面図にて示したように、凸面
からなる導通接触部２と凹面からなるガスまたは冷却媒
体の通路部３により構成される。これらの溝はその両端
が連絡部８により連結され、反応ガスもしくは冷却媒体
が前記中央部の溝に行き渡るように通路が確保されてい
る。周辺部７には一方の反応ガス流路となる穴４および
他方の反応ガス流路となる穴５が設けられ、反応ガスの
供給または排気経路となる。また、周辺部７には冷却媒
体通路となる穴６も設けられ、冷却媒体の供給または排
出経路となる。素材となるステンレス鋼板の板厚の目安
は２ｍｍ以下であり、耐食性と強度から最適値を決めら
れるが、薄い方が生産性上もコスト上も好ましい。ま
た、この部品形状は、プレス成形と打ち抜き穴あけによ
り生産されることが、生産コストの点から好ましい。
を引用しつつ行う。まず、試作した前記（１）記載の固
体高分子型燃料電池用ステンレス鋼製セパレータの一例
を図１に示した。セパレータ中央部１は複数の溝からな
る波板構造を有し、その断面図にて示したように、凸面
からなる導通接触部２と凹面からなるガスまたは冷却媒
体の通路部３により構成される。これらの溝はその両端
が連絡部８により連結され、反応ガスもしくは冷却媒体
が前記中央部の溝に行き渡るように通路が確保されてい
る。周辺部７には一方の反応ガス流路となる穴４および
他方の反応ガス流路となる穴５が設けられ、反応ガスの
供給または排気経路となる。また、周辺部７には冷却媒
体通路となる穴６も設けられ、冷却媒体の供給または排
出経路となる。素材となるステンレス鋼板の板厚の目安
は２ｍｍ以下であり、耐食性と強度から最適値を決めら
れるが、薄い方が生産性上もコスト上も好ましい。ま
た、この部品形状は、プレス成形と打ち抜き穴あけによ
り生産されることが、生産コストの点から好ましい。
【００１３】次に前記（２）記載の固体高分子型燃料電
池用スペーサＡおよびＢについて説明する。スペーサＡ
およびＢは、一方の反応ガスおよび他方の反応ガスのい
ずれか一方の通路を確保するための形状をそれぞれ有し
ている。スペーサＡを図２に、スペーサＢを図３に例示
した。周辺部７には、スペーサＡには中央部と連結され
た穴１０およびスペーサＢには中央部と連結された穴１
１があり、それぞれ一方の反応ガスおよび他方の反応ガ
スのいずれか一方の通路を確保し、前記セパレータの溝
連絡部８に導けるようになっている。中央部に前記のセ
パレータ中央部１がはまり込むため、このスペーサの厚
さはセパレータ凹凸の高さに相当する値とするのが良
い。材質はガス漏れがなければなんでも良いが、コスト
上は１００℃まで変形や化学変化しない樹脂が望まし
い。
池用スペーサＡおよびＢについて説明する。スペーサＡ
およびＢは、一方の反応ガスおよび他方の反応ガスのい
ずれか一方の通路を確保するための形状をそれぞれ有し
ている。スペーサＡを図２に、スペーサＢを図３に例示
した。周辺部７には、スペーサＡには中央部と連結され
た穴１０およびスペーサＢには中央部と連結された穴１
１があり、それぞれ一方の反応ガスおよび他方の反応ガ
スのいずれか一方の通路を確保し、前記セパレータの溝
連絡部８に導けるようになっている。中央部に前記のセ
パレータ中央部１がはまり込むため、このスペーサの厚
さはセパレータ凹凸の高さに相当する値とするのが良
い。材質はガス漏れがなければなんでも良いが、コスト
上は１００℃まで変形や化学変化しない樹脂が望まし
い。
【００１４】前記（３）記載の固体高分子型燃料電池用
スペーサＣの例を図４に示した。このスペーサＣは冷却
媒体通路を確保するスペーサであって、周辺部７には中
央部と連結された冷却媒体通路となる穴１２があって前
記セパレータの溝連絡部８に冷却媒体を導けるようにな
っている。スペーサＣは２つのセパレータに挟まれる場
合と、端部に用いられ、セパレータと終端板に挟まれる
場合があるが、厚み以外の構造の差はない。材質はガス
漏れがなければなんでも良いが、コスト上は１００℃ま
で変形や化学変化しない樹脂が望ましい。
スペーサＣの例を図４に示した。このスペーサＣは冷却
媒体通路を確保するスペーサであって、周辺部７には中
央部と連結された冷却媒体通路となる穴１２があって前
記セパレータの溝連絡部８に冷却媒体を導けるようにな
っている。スペーサＣは２つのセパレータに挟まれる場
合と、端部に用いられ、セパレータと終端板に挟まれる
場合があるが、厚み以外の構造の差はない。材質はガス
漏れがなければなんでも良いが、コスト上は１００℃ま
で変形や化学変化しない樹脂が望ましい。
【００１５】前記（４）記載の固体高分子型燃料電池用
スペーサＤの例を図５に示した。このスペーサＤは、図
６に例示した触媒電極が付与された固体高分子膜とスペ
ーサＡまたはＢとの間に挿入されるもので、図６に例示
した前記（７）記載の固体高分子膜１３上に形成された
触媒電極部１４および図７に例示したカレントコレクタ
１５の枠となるので、触媒電極部１４とカレントコレク
タ１５を合わせたものにその厚みをなるべく等しくす
る。材質はガス漏れがなければなんでも良いが、コスト
上は１００℃まで変形や化学変化しない樹脂が望まし
い。
スペーサＤの例を図５に示した。このスペーサＤは、図
６に例示した触媒電極が付与された固体高分子膜とスペ
ーサＡまたはＢとの間に挿入されるもので、図６に例示
した前記（７）記載の固体高分子膜１３上に形成された
触媒電極部１４および図７に例示したカレントコレクタ
１５の枠となるので、触媒電極部１４とカレントコレク
タ１５を合わせたものにその厚みをなるべく等しくす
る。材質はガス漏れがなければなんでも良いが、コスト
上は１００℃まで変形や化学変化しない樹脂が望まし
い。
【００１６】前記（２）および（４）に記載のスペーサ
は一体化が可能なので、さらに部品点数を減らし、さら
なるコストダウンをはかるために、前記（５）に記載の
ように、スペーサＡとＤを一体化したスペーサＥ、スペ
ーサＢとＤを一体化したスペーサＦとすることが生産性
の点から好ましい。
は一体化が可能なので、さらに部品点数を減らし、さら
なるコストダウンをはかるために、前記（５）に記載の
ように、スペーサＡとＤを一体化したスペーサＥ、スペ
ーサＢとＤを一体化したスペーサＦとすることが生産性
の点から好ましい。
【００１７】前記（６）記載の固体高分子型燃料電池用
終端板を図８に例示した。反応ガス給排気口１６、１７
および冷却媒体給排口１８を有している。この終端板に
より直列配置状に積層された固体高分子型燃料電池から
電力を外部に取り出すと同時に、反応ガス、冷却媒体を
供給し、積層構造全体にガス漏れ冷却媒体漏れ等が起こ
らないよう積層モジュール両端から適当な圧がかけられ
る。
終端板を図８に例示した。反応ガス給排気口１６、１７
および冷却媒体給排口１８を有している。この終端板に
より直列配置状に積層された固体高分子型燃料電池から
電力を外部に取り出すと同時に、反応ガス、冷却媒体を
供給し、積層構造全体にガス漏れ冷却媒体漏れ等が起こ
らないよう積層モジュール両端から適当な圧がかけられ
る。
【００１８】なお、上記セパレータ、スペーサ、終端
板、固体高分子膜などの部材を積層し固定するにはボル
ト締めが好ましく、各部材の周辺部にはそのためのボル
ト穴９も設けることが望ましい。このようにすれば、締
結手段が積層体に内蔵されコンパクト化に非常に好都合
なだけでなく、締結部材を減らすことにより低コスト化
にもつながる。
板、固体高分子膜などの部材を積層し固定するにはボル
ト締めが好ましく、各部材の周辺部にはそのためのボル
ト穴９も設けることが望ましい。このようにすれば、締
結手段が積層体に内蔵されコンパクト化に非常に好都合
なだけでなく、締結部材を減らすことにより低コスト化
にもつながる。
【００１９】上記部材を前記（７）記載のように、一方
の反応ガス、他方の反応ガス、冷却媒体が互いに別々の
通路が確保されるよう積層し、構成された固体高分子型
燃料電池用積層モジュールの一例を図９に示した。触媒
電極１４の付与された固体高分子膜１３、カレントコレ
クタ１５、スペーサＡ１９、スペーサＢ２０、スペーサ
Ｃ２１、２２、スペーサＤ２３、ステンレス鋼製セパレ
ータ２４、ステンレス鋼製終端板２５が積層され、冷却
媒体通路２６、一方の反応ガス通路２７、他方の反応ガ
ス通路２８が確保されている。反応ガス給排気口１６、
１７、冷却媒体給排口１８から、それぞれ反応ガスもし
くは冷却媒体が供給される。また図中には描いてない
が、１９と２３を一体化すれば前記スペーサＥ、２０と
２３を一体化すれば前記スペーサＦとなる。これらの部
品形状および燃料電池構造はあくまで一例であり、基本
を同じくすれば形態や寸法が異なっても構わないことは
言うまでもない。
の反応ガス、他方の反応ガス、冷却媒体が互いに別々の
通路が確保されるよう積層し、構成された固体高分子型
燃料電池用積層モジュールの一例を図９に示した。触媒
電極１４の付与された固体高分子膜１３、カレントコレ
クタ１５、スペーサＡ１９、スペーサＢ２０、スペーサ
Ｃ２１、２２、スペーサＤ２３、ステンレス鋼製セパレ
ータ２４、ステンレス鋼製終端板２５が積層され、冷却
媒体通路２６、一方の反応ガス通路２７、他方の反応ガ
ス通路２８が確保されている。反応ガス給排気口１６、
１７、冷却媒体給排口１８から、それぞれ反応ガスもし
くは冷却媒体が供給される。また図中には描いてない
が、１９と２３を一体化すれば前記スペーサＥ、２０と
２３を一体化すれば前記スペーサＦとなる。これらの部
品形状および燃料電池構造はあくまで一例であり、基本
を同じくすれば形態や寸法が異なっても構わないことは
言うまでもない。
【００２０】なお、固体高分子型燃料電池の反応ガスに
は、一方の反応ガスとして水素含有ガスやメタノール改
質ガスなどの燃料ガスが、他方の反応ガスとしては燃焼
制御用に酸素含有ガスなど助燃性ガスが通常用いられ
る。また、冷却媒体にはコストや安全性の点から水が通
常用いられ、すなわち冷却水によって冷却するので、使
用温度はその沸点以下、典型的には９０℃前後である。
は、一方の反応ガスとして水素含有ガスやメタノール改
質ガスなどの燃料ガスが、他方の反応ガスとしては燃焼
制御用に酸素含有ガスなど助燃性ガスが通常用いられ
る。また、冷却媒体にはコストや安全性の点から水が通
常用いられ、すなわち冷却水によって冷却するので、使
用温度はその沸点以下、典型的には９０℃前後である。
【００２１】前記（９）に記載のように、固体高分子型
燃料電池に用いる前記（１）に記載したセパレータ、ま
た前記（６）に記載した終端板はステンレス鋼で製造さ
れ、これらの１つ以上が電池に用いられる。さらに前記
（１０）のように、前記（８）に記述した積層モジュー
ルを１以上組合わせた電池構成とすることもできる。
燃料電池に用いる前記（１）に記載したセパレータ、ま
た前記（６）に記載した終端板はステンレス鋼で製造さ
れ、これらの１つ以上が電池に用いられる。さらに前記
（１０）のように、前記（８）に記述した積層モジュー
ルを１以上組合わせた電池構成とすることもできる。
【００２２】
【実施例】図１〜８に示した上記各部材を外寸２４０ｍ
ｍの正方形となるように、ステンレス製セパレータに
は、２０％Ｃｒ−１８％Ｎｉ−６％Ｍｏ−０．２％Ｎを
含有する厚さ０．５ｍｍのステンレス鋼板を、各スペー
サにはフッ素樹脂をそれぞれ用いて部品を製作した。固
体高分子膜は市販のものを使用し、触媒電極を塗布乾燥
後所定の形状に切り抜いて積層した。また、カレントコ
レクタには炭素繊維の不織布を所定の形状に切り抜き使
用した。
ｍの正方形となるように、ステンレス製セパレータに
は、２０％Ｃｒ−１８％Ｎｉ−６％Ｍｏ−０．２％Ｎを
含有する厚さ０．５ｍｍのステンレス鋼板を、各スペー
サにはフッ素樹脂をそれぞれ用いて部品を製作した。固
体高分子膜は市販のものを使用し、触媒電極を塗布乾燥
後所定の形状に切り抜いて積層した。また、カレントコ
レクタには炭素繊維の不織布を所定の形状に切り抜き使
用した。
【００２３】上記部材を用い基本的構造として図９に示
した積層モジュールを作製した。積層時には、ガスや冷
却水漏れがないよう電気的導通が不要な各部品間の接触
面に薄いシリコン樹脂の膜をシール材として塗布し、そ
の後ボルト締めにより積層体全体に全圧をかけた。電池
の積層枚数は１０段とした。反応ガス漏れ、冷却水漏れ
がないことを確認した後、反応ガスとして純水素と空気
ガスを用い、全体が９０℃となるよう冷却水の温度と流
量を制御しつつ発電実験を行った。起電力は５−６Ｖ、
短絡電流は最大４００Ａが観測され、この方式で固体高
分子型燃料電池が十分構成可能であることが実証され
た。
した積層モジュールを作製した。積層時には、ガスや冷
却水漏れがないよう電気的導通が不要な各部品間の接触
面に薄いシリコン樹脂の膜をシール材として塗布し、そ
の後ボルト締めにより積層体全体に全圧をかけた。電池
の積層枚数は１０段とした。反応ガス漏れ、冷却水漏れ
がないことを確認した後、反応ガスとして純水素と空気
ガスを用い、全体が９０℃となるよう冷却水の温度と流
量を制御しつつ発電実験を行った。起電力は５−６Ｖ、
短絡電流は最大４００Ａが観測され、この方式で固体高
分子型燃料電池が十分構成可能であることが実証され
た。
【００２４】
【発明の効果】本発明は、従来の高価な炭素材料に代わ
り、安価なステンレス鋼を固体高分子型燃料電池の部材
として用いるための具体的な技術的手段を提供し、生産
性を高め大幅なコストダウンを可能とするので、固体高
分子型燃料電池の普及に大いに寄与する。したがって、
本発明の産業上の価値は極めて高いといえる。
り、安価なステンレス鋼を固体高分子型燃料電池の部材
として用いるための具体的な技術的手段を提供し、生産
性を高め大幅なコストダウンを可能とするので、固体高
分子型燃料電池の普及に大いに寄与する。したがって、
本発明の産業上の価値は極めて高いといえる。
【図１】本発明に属す固体高分子型燃料電池用ステンレ
ス鋼製セパレータの一例を示す模式図である。
ス鋼製セパレータの一例を示す模式図である。
【図２】本発明に属す固体高分子型燃料電池用スペーサ
Ａの一例を示す模式図である。
Ａの一例を示す模式図である。
【図３】本発明に属す固体高分子型燃料電池用スペーサ
Ｂの一例を示す模式図である。
Ｂの一例を示す模式図である。
【図４】本発明に属す固体高分子型燃料電池用スペーサ
Ｃの一例を示す模式図である。
Ｃの一例を示す模式図である。
【図５】本発明に属す固体高分子型燃料電池用スペーサ
Ｄの一例を示す模式図である。
Ｄの一例を示す模式図である。
【図６】触媒電極を付与した本発明に属す固体高分子型
燃料電池用固体高分子膜の一例を示す模式図である。
燃料電池用固体高分子膜の一例を示す模式図である。
【図７】本発明に使用するカレントコレクタの一例を示
す模式図である。
す模式図である。
【図８】本発明に属す固体高分子型燃料電池用ステンレ
ス鋼製終端板の一例を示す模式図である。
ス鋼製終端板の一例を示す模式図である。
【図９】本発明に属す固体高分子型燃料電池用積層モジ
ュールの一例を示す模式図である。
ュールの一例を示す模式図である。
１ 中央部（波板構造部） ２ 導通接触部 ３ 通路部 ４ 一方の反応ガス通路となる穴 ５ 他方の反応ガス通路となる穴 ６ 冷却媒体経路となる穴 ７ 周辺部 ８ 連絡部 ９ ボルト穴 １０ 中央部と連結された一方の反応ガス通路となる穴 １１ 中央部と連結された他方の反応ガス通路となる穴 １２ 中央部と連結された冷却媒体経路となる穴 １３ 固体高分子膜 １４ 触媒電極 １５ カレントコレクタ １６ 一方の反応ガス給排気口 １７ 他方の反応ガス給排気口 １８ 冷却媒体給排口 １９ スペーサＡ ２０ スペーサＢ ２１ スペーサＣ ２２ スペーサＣ（終端用） ２３ スペーサＤ ２４ ステンレス鋼製セパレータ ２５ ステンレス鋼製終端板 ２６ 冷却媒体通路 ２７ 一方の反応ガス通路 ２８ 他方の反応ガス通路
Claims (11)
- 【請求項１】 連結部により両端が互いに連結された複
数の溝からなる波板構造を有する中央部の周辺平滑部
に、一方の反応ガス通路となる穴、他方の反応ガス通路
となる穴、冷却媒体の通路となる穴を、それぞれ２個以
上有することを特徴とする固体高分子型燃料電池用ステ
ンレス鋼製セパレータ。 - 【請求項２】 請求項１に記載のセパレータの周辺平滑
部に重ねて使用する、前記セパレータの中央部に対応す
る部分がくり抜かれた形状を有するスペーサであって、
セパレータのものと重なるように、一方の反応ガス通路
となる穴、他方の反応ガス通路となる穴、冷却媒体の通
路となる穴を、それぞれ２個以上有し、いずれか一方の
反応ガス通路となる穴が、前記のくり抜かれた部分と連
結されていることを特徴とする固体高分子型燃料電池用
スペーサ。 - 【請求項３】 請求項１に記載のセパレータの周辺平滑
部に重ねて使用する、前記セパレータの中央部に対応す
る部分がくり抜かれた形状を有するスペーサであって、
セパレータのものと重なるように、一方の反応ガス通路
となる穴、他方の反応ガス通路となる穴、冷却媒体の通
路となる穴を、それぞれ２個以上有し、冷却媒体の通路
となる穴が、前記のくり抜かれた部分と連結されている
ことを特徴とする固体高分子型燃料電池用スペーサ。 - 【請求項４】 請求項２に記載のスペーサと固体高分子
膜周辺部に挟んで使用し、固体高分子膜に付着させた触
媒電極および該触媒電極に接するよう配されるカレント
コレクタの枠となるスペーサであって、前記スペーサの
ものと重なるように、一方の反応ガス通路となる穴、他
方の反応ガス通路となる穴、冷却媒体の通路となる穴
を、それぞれ２個以上有し、固体高分子膜に付着させた
触媒電極および該触媒電極に接するよう配されるカレン
トコレクタの合計厚さと同じ厚みを有することを特徴と
する固体高分子型燃料電池用スペーサ。 - 【請求項５】 請求項２に記載のスペーサと請求項４に
記載のスペーサを重ねた構造を一体として有することを
特徴とする固体高分子型燃料電池用スペーサ。 - 【請求項６】 請求項３に記載のスペーサに重ねて使用
する積層構造の終端をなす終端板であって、反応ガスと
冷却媒体の通路に対応する位置に、反応ガス給排気口お
よび冷却媒体給排口を有することを特徴とする固体高分
子型燃料電池用ステンレス鋼製終端板。 - 【請求項７】 請求項２に記載のスペーサのものと重な
るように、一方の反応ガス通路となる穴、他方の反応ガ
ス通路となる穴、冷却媒体の通路となる穴を、それぞれ
２個以上、その周辺部に有することを特徴とする固体高
分子型燃料電池用固体高分子膜。 - 【請求項８】 請求項１に記載のセパレータ、請求項２
〜４に記載のスペーサ、もしくは請求項２および４に記
載のスペーサの一部に代えて請求項５に記載のスペー
サ、請求項６に記載の終端板、触媒電極を付与した請求
項７に記載の固体高分子膜、カレントコレクタを、一方
の反応ガス、他方の反応ガス、冷却媒体が互いに別々の
通路が確保されるよう積層して構成されることを特徴と
する固体高分子型燃料電池用積層モジュール。 - 【請求項９】 請求項１に記載のステンレス鋼製セパレ
ータを１以上、及び請求項６に記載のステンレス鋼製終
端板を１以上具備することを特徴とする固体高分子型燃
料電池。 - 【請求項１０】 請求項８に記載の積層モジュールを１
以上具備することを特徴とする固体高分子型燃料電池。 - 【請求項１１】 動作温度が冷却媒体の沸点以下である
ことを特徴とする請求項９〜１０のいずれか１項に記載
の固体高分子型燃料電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11061146A JP2000260439A (ja) | 1999-03-09 | 1999-03-09 | 固体高分子型燃料電池用ステンレス鋼製セパレータ、スペーサ、高分子膜並びに固体高分子型燃料電池 |
| CA002300008A CA2300008C (en) | 1999-03-09 | 2000-03-06 | Stainless steel and titanium for solid polymer electrolyte fuel cell members |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11061146A JP2000260439A (ja) | 1999-03-09 | 1999-03-09 | 固体高分子型燃料電池用ステンレス鋼製セパレータ、スペーサ、高分子膜並びに固体高分子型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000260439A true JP2000260439A (ja) | 2000-09-22 |
Family
ID=13162688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11061146A Pending JP2000260439A (ja) | 1999-03-09 | 1999-03-09 | 固体高分子型燃料電池用ステンレス鋼製セパレータ、スペーサ、高分子膜並びに固体高分子型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000260439A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002073724A1 (de) * | 2001-03-02 | 2002-09-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Planare und im wesentlichen rechteckige brennstoffzelle sowie brennstoffzellenblock |
| JP2002367624A (ja) * | 2001-06-12 | 2002-12-20 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| JP2005267868A (ja) * | 2004-03-16 | 2005-09-29 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| JP2006040792A (ja) * | 2004-07-29 | 2006-02-09 | Tokai Rubber Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池用セパレータおよびそれを用いた固体高分子型燃料電池用セル |
| JP2006040790A (ja) * | 2004-07-29 | 2006-02-09 | Tokai Rubber Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池用セパレータおよびそれを用いた固体高分子型燃料電池用セル |
| WO2007145377A1 (ja) | 2006-06-15 | 2007-12-21 | Nippon Steel Corporation | 純チタンまたはチタン合金製固体高分子型燃料電池用セパレータおよびその製造方法 |
| JP2008176988A (ja) * | 2007-01-17 | 2008-07-31 | Nippon Steel Corp | 低接触抵抗かつ低イオン溶出性の固体高分子型燃料電池セパレーター用チタン材およびその製造方法、このチタン材を用いてなるセパレーター、ならびにこのセパレーターを用いてなる固体高分子型燃料電池 |
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| US8846260B2 (en) | 2009-06-04 | 2014-09-30 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell stack |
| US9065081B2 (en) | 2009-08-03 | 2015-06-23 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Titanium material for solid polymer fuel cell separator use and method of production of same |
-
1999
- 1999-03-09 JP JP11061146A patent/JP2000260439A/ja active Pending
Cited By (23)
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| US7282289B2 (en) | 2001-03-02 | 2007-10-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Planar and essentially rectangular fuel cell and fuel cell block |
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| US8053125B2 (en) | 2004-03-16 | 2011-11-08 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell having buffer and seal for coolant |
| JP4723196B2 (ja) * | 2004-03-16 | 2011-07-13 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
| JP4621970B2 (ja) * | 2004-07-29 | 2011-02-02 | 東海ゴム工業株式会社 | 固体高分子型燃料電池用セパレータおよびそれを用いた固体高分子型燃料電池用セル |
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| WO2007145377A1 (ja) | 2006-06-15 | 2007-12-21 | Nippon Steel Corporation | 純チタンまたはチタン合金製固体高分子型燃料電池用セパレータおよびその製造方法 |
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| CN104022299A (zh) * | 2009-06-04 | 2014-09-03 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池组 |
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