JP2001110433A

JP2001110433A - 燃料電池用セパレータ

Info

Publication number: JP2001110433A
Application number: JP28921299A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Takagi; 忍高木; Takeo Hisada; 建男久田
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2001-04-20

Abstract

(57)【要約】【目的】低コストで製造できる燃料電池用セパレータ
を提供する。【解決手段】横長孔５６と縦長孔５８とを有する燃料
極側薄板４２ａと、横長孔６０を有する燃料極側薄板４
２ｂとを積層することにより、それら横長孔５６、縦長
孔５８、横長孔６０が互いに連通して、燃料ガス流通孔
が形成される。さらに、遮蔽板４８が積層されると、遮
蔽板４８の表面により上記燃料ガス流通孔の一方が塞が
れて、燃料ガス流通溝が形成される。従って、切削加工
により燃料を成形する必要がないので、セパレータ５０
が安価に製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、製造コストを低く
抑えることができる燃料電池用セパレータに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は高効率なエネルギー変換装置
であり、コンパクトな構造で高出力密度を得ることがで
き、また、簡素なシステムによる運転が可能であること
から、注目されている。たとえば、車両用の電源として
大きく注目され、実用化に向けて開発が進められてい
る。

【０００３】ここで、燃料電池の構造を図１により説明
する。燃料電池は、幾つかの種類に分類されるが、ここ
では、固体高分子電解質燃料電池を例として説明する。
固体高分子電解質燃料電池は、図１（ａ）にその構成を
示す単位セル１０を多数積層して図１（ｂ）に示す燃料
電池スタック１２として使用することが一般的である。

【０００４】上記単位セル１０は、膜電極複合体１４を
ガスケット１６、１６を介してセパレータ１８、１８が
挟持した構造をしている。膜電極複合体１４は、パーフ
ルオロスルホン酸膜等の固体高分子電解質膜２０と、そ
の表裏両側に設けられ、カーボン繊維の布に白金微粒子
を担持させた一対の触媒電極２２、２２とからなってい
る。

【０００５】セパレータ１８は、負極側基板１９、遮蔽
板２１、正極側基板２３、および図示しない冷却水流通
基板等の複数の薄板が積層された構造である。なお、図
１において正極側基板２３は説明の都合上、触媒電極２
２と対向させられる側の面を示している。負極側基板１
９の触媒電極２２と対向する側の表面２４には、負極活
物質である燃料ガスを触媒電極２２に供給する燃料ガス
流通溝２６が設けられ、その燃料ガス流通溝２６と連通
する略矩形の燃料ガス供給孔２８から燃料ガスが供給さ
れる。燃料ガス供給孔２８から供給された燃料ガスは、
上記燃料ガス流通溝２６を経由して略矩形の燃料ガス排
出孔３０から排出され、その間に、触媒電極２２と接触
した燃料ガスの一部がイオン化される。なお、上記燃料
ガス供給孔２８および燃料ガス排出孔３０以外に燃料ガ
ス流通溝２６の周囲に設けられた略矩形の孔は、正極側
基板２３の触媒電極２２と対向させられる側の表面３２
に設けられた酸化剤ガス流通溝３３と連通する酸化剤ガ
ス供給孔（図示せず）、酸化剤ガス排出孔３４、および
冷却水を供給または排出する冷却水供給孔（図示せ
ず）、冷却水排出孔３５であり、その他の丸形の孔は、
単位セル１０が積層される際に図示しない固定棒が貫通
されるための孔である。

【０００６】また、正極側基板２３の表面３２では、上
記酸化剤ガス供給孔から正極活物質である酸化剤ガスが
供給され、酸化剤ガス流通溝３３を経由して上記酸化剤
ガス排出孔３４から排出される。そして、その間に、触
媒電極２２と接触した酸化剤ガスの一部がイオン化され
る。なお、固体高分子電解質膜２０の面積は、触媒電極
２２の面積よりも大きくなっており、且つ、セパレータ
１８と固体高分子電解質膜２０との間はガスケット１６
によりシールされて、燃料ガスと酸化剤ガスとが混合し
ないようになっている。また、燃料ガスや酸化剤ガスの
リークを防止するため、セパレータ１８も気密性材料が
用いられている。

【０００７】このようなセパレータ１８の従来の製造方
法は種々の方法が提案されている。たとえば、特開平１
０−２５５８２４号公報に記載されているように、(1)
複数の可撓性黒鉛シートを重ね合わせた後、プレス成形
により活物質流通溝等の加工をしてセパレータを製造す
る方法がある（第１の方法）。また、上記公報に従来技
術として記載されているように、(2) 不浸透性黒鉛であ
るセパレータ基材に切削加工等の機械加工により活物質
流通溝等を形成する方法（第２の方法）、(3)セパレー
タを、活物質流通溝が切削加工等の機械加工により形成
された溝部分と、気密性が必要なために通気性が低い硬
質カーボンが用いられた周囲部分とに分け、その両者を
熱圧着シートにより一体化する方法（第３の方法）等が
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、燃料
電池には多数のセパレータを必要とするので、セパレー
タのコストをできるだけ低くすることが望まれる。とこ
ろで、上記従来の第２の方法および第３の方法では、活
物質流通溝を形成するために、切削等の機械加工により
立体的な加工をする必要がある。しかし、切削等の機械
加工により立体的な加工を施すと、セパレータの製造コ
ストが高くなってしまう。また、燃料電池は、車両用や
小型船舶の動力源として期待されているので、燃料電池
はできるだけ小型なものが望まれている。そのために
は、セパレータを薄くすることが要請されるが、上記切
削等の機械加工で薄板に立体的な加工を施す場合、その
技術的な困難さのために、特に製造コストが高くなって
しまう。

【０００９】また、前述の第１の方法では、プレス成形
時の押し込み量が多いと、凸または凹部分に割れや欠
け、或いはひび等が入り易く、また、加工形状が微細で
複雑化するとプレス金型に付着して剥離しににくくなる
ため、生産歩留りが上がらず、結局高コストになってし
まう。

【００１０】本発明は以上の事情を背景として為された
ものであり、その目的とするところは、低コストで製造
できる燃料電池用セパレータを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めの本発明の要旨とするところは、燃料電池用セパレー
タであって、気密性材料より成る均一な厚さの第１基板
に設けられ、厚さ方向に貫通する活物質流通孔と、その
第１基板とともに積層され、気密性材料より成る均一な
厚さの第２基板の表面とにより、活物質流通溝が形成さ
れていることを特徴とするものである。

【００１２】

【発明の効果】このように、第１基板の活物質流通孔と
第２基板の表面とにより活物質流通溝が形成されると、
活物質流通溝を形成するために切削加工をする必要がな
いので、燃料電池用セパレータが安価に製造できる。

【００１３】

【発明の他の態様】ここで、好適には、前記第１基板
は、前記活物質流通孔の一部を形成する所定形状の部分
貫通孔が設けられた、気密性材料より成る均一な厚さの
少なくとも２枚の薄板が積層されたものであり、前記活
物質流通孔は、その薄板が積層されることにより、その
各薄板に設けられた部分貫通孔が互いに連通させられて
形成されるものである。このようにすれば、それぞれの
薄板に設けられる部分貫通孔の面積を少なくできるの
で、第１基板を構成するそれぞれの薄板の強度が向上す
る。

【００１４】また、好適には、前記燃料電池用セパレー
タは、厚さ方向に貫通する正極活物質流通孔を有し、気
密性材料より成る均一な厚さの正極側基板と、厚さ方向
に貫通する負極活物質流通孔を有し、気密性材料より成
る均一な厚さの負極側基板と、その正極側基板とその負
極側基板とにより挟持され、気密性材料より成る均一な
厚さの遮蔽板とを備え、その正極活物質流通孔とその遮
蔽板の一方の表面とにより正極活物質流通溝が形成さ
れ、その負極活物質流通孔とその遮蔽板の他方の表面と
により負極活物質流通溝が形成されていることを特徴と
するものである。このように、正極活物質流通孔と遮蔽
板の一方の表面とにより正極活物質流通溝が形成され、
負極活物質流通孔と遮蔽板の他方の表面とにより負極活
物質流通溝が形成されると、正極活物質流通溝および負
極活物質流通溝ともに切削加工をして成形する必要がな
いので、燃料電池用セパレータが一層安価に製造でき
る。

【００１５】また、好適には、前記正極側基板は、前記
正極活物質流通孔の一部を形成する所定形状の部分貫通
孔が設けられた、気密性材料より成る均一な厚さの少な
くとも２枚の薄板が積層されたものであり、前記正極活
物質流通孔は、その薄板が積層されることにより、その
各薄板に設けられた部分貫通孔が互いに連通させられて
形成されるものである。このようにすれば、それぞれの
薄板に設けられる部分貫通孔の面積を少なくできるの
で、正極側基板を構成するそれぞれの薄板の強度が向上
する。

【００１６】また、好適には、前記負極側基板は、前記
負極活物質流通孔の一部を形成する所定形状の部分貫通
孔が設けられた、気密性材料より成る均一な厚さの少な
くとも２枚の薄板が積層されたものであり、前記負極活
物質流通孔は、その薄板が積層されることにより、その
各薄板に設けられた部分貫通孔が互いに連通させられて
形成されるものである。このようにすれば、それぞれの
薄板に設けられる部分貫通孔の面積を少なくできるの
で、負極側基板を構成するそれぞれの薄板の強度が向上
する。

【００１７】また、好適には、前記第１基板を構成する
各薄板と前記第２基板とは、同じ厚さを有し、その第１
基板を構成する各薄板と第２基板は、同一のシートから
製造されるものである。このように、同一のシートか
ら、第１基板を構成する各薄板と第２基板とが製造され
ると、一層、燃料電池用セパレータを安価に製造でき
る。

【００１８】また、好適には、前記第１基板および第２
基板は、炭素粉末および熱硬化性樹脂を含む混合物を熱
処理することにより製造される不浸透性炭素である。こ
のようにすれば、気密性材料を容易に製造することがで
きる。因みに、人造黒鉛等の炭素材料を燃料電池用のセ
パレータの材料として用いる場合、炭素材料のみでは通
気性があるので、ピッチや樹脂等を含浸させる処理を複
数回行なう必要があるのである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明が固体高分子電解質
燃料電池用セパレータに適用された場合を図面に基づい
て詳細に説明する。なお、以下の図において、燃料ガス
供給孔５２、燃料ガス排出孔５４、空気供給孔６７、空
気排出孔６８、冷却水供給孔、および冷却水排出孔等は
適宜省略して示してある。

【００２０】図２（ａ）、（ｂ）は、互いに積層される
ことにより燃料極側基板（負極側基板）４０を構成する
燃料極側薄板４２ａ、４２ｂをそれぞれ示す平面図であ
り、図３（ａ）、（ｂ）は、互いに積層されることによ
り空気極側基板（正極側基板）４４を構成する空気極側
薄板４６ａ、４６ｂをそれぞれ示す平面図であり、図４
は、その燃料極側基板４０、空気極側基板４４、およ
び、その燃料極側基板４０と空気極側基板４４との間を
遮蔽して相互のガスの通過を禁止する遮蔽板４８の平面
図であり、図５は、それらが積層されて形成される固体
高分子電解質燃料電池用セパレータ５０（以下、単にセ
パレータ５０という）の（ａ）正面図、および（ｂ）側
面図である。

【００２１】まず、図２に示す燃料極側薄板４２ａ、４
２ｂについて説明する。燃料極側薄板４２ａ、４２ｂに
は、後述する製法によって成形される気密性の高い不浸
透性炭素板が用いられている。図２（ａ）において、５
２は負極活物質である燃料ガス（たとえば水素ガス）が
供給される燃料ガス供給孔であり、その対角に位置する
のが、燃料ガス排出孔５４である。さらに、燃料極側薄
板４２ｂには、図２（ａ）において横方向に長い複数
（図では１０個）の横長孔５６および縦方向に長い複数
（図では４個）の縦長孔５８が設けられている。そし
て、これらの燃料ガス供給孔５２、燃料ガス排出孔５
４、横長孔５６、および縦長孔５８は、いずれも厚さ方
向に貫通させられている。

【００２２】図２（ｂ）に示すように、他方の燃料極側
薄板４２ｂには、前記燃料極側薄板４２ａに設けられた
横長孔５６と同一形状且つ厚さ方向に貫通する横長孔６
０が複数（図では１５個）設けられている。前記燃料極
側薄板４２ａに設けられた横長孔５６、縦長孔５８、お
よび上記燃料極側薄板４２ｂに設けられた横長孔６０
は、厚さ方向に貫通する燃料ガス流通孔（すなわち負極
活物質流通孔）の一部を形成する燃料極側部分貫通孔と
して機能するものであり、燃料極側薄板４２ａおよび４
２ｂが互いに積層された状態では、燃料極側薄板４２ａ
に設けられた横長孔５６および縦長孔５８は燃料極側薄
板４２ｂの横長孔６０と連通し、それにより燃料ガス流
通孔が形成されている。

【００２３】次に、図３に示す空気極側薄板４６ａ、４
６ｂについて説明する。空気極側薄板４６ａ、４６ｂに
も、上記燃料極側薄板４２ａ、４２ｂと同じ不浸透性炭
素板が用いられ、その外形は上記燃料極側薄板４２ａ、
４２ｂと同じである。図３（ａ）に示すように、空気極
側薄板４６ａには、図３（ａ）において縦方向に長く、
且つ厚さ方向に貫通する縦長孔６２が縦横に規則的に設
けられている。すなわち、縦長孔６２が縦方向に３個、
横方向に５個設けられている。さらに、空気極側薄板４
６ａの縦方向の両端側には、上記縦長孔６２の横方向の
配列長さよりも長く厚さ方向は貫通する横長孔６４が設
けられている。そして、図３（ｂ）に示すように、他方
の空気極側薄板４６ｂには、前記空気極側薄板４６ａの
縦長孔６２と同一の形状且つ厚さ方向に貫通する縦長孔
６６が縦方向に４個、横方向に５個づつ規則的に設けら
れている。さらに、空気極側薄板４６ｂには、前記空気
極側薄板４６の一方の横長孔６４の左端（本実施例で
は、図３（ａ）において下側に設けられた横長孔６４の
左端）に相当する位置に空気供給孔６７が設けられ、前
記空気極側薄板４６の他方の横長孔６４の右端（本実施
例では、図３（ａ）において上側に設けられた横長孔６
４の右端）に相当する位置に空気排出孔６８が設けられ
ている。

【００２４】それら空気極側薄板４６ａに設けられた縦
長孔６２、横長孔６４、および空気極側薄板４６ｂに設
けられた縦長孔６６は、厚さ方向に貫通する空気流通孔
（すなわち酸化剤ガス流通孔或いは正極活物質流通孔）
の一部を形成する空気極側部分貫通孔として機能するも
のであり、空気極側薄板４６ａおよび４６ｂが互いに積
層された状態では、空気極側薄板４６ａに設けられた横
長孔６４は、他方の空気極側薄板４６ｂに設けられた縦
長孔６６と連通し、また、空気極側薄板４６ａに設けら
れた各縦長孔６２は、他方の空気極側薄板４６ｂに設け
られたられた縦長孔６６とそれぞれ連通している。すな
わち、他方の空気極側薄板４６ｂの各縦長孔６６は、空
気極側薄板４６ａの縦長孔６２または横長孔６４とそれ
ぞれ連通している。これにより、空気流通孔が形成され
ている。

【００２５】次に、図４に示す遮蔽板４８を説明する。
遮蔽板４８の外形も、前記燃料極側薄板４２ａ、４２ｂ
と同じであり、その燃料極側薄板４２ａ、４２ｂの横長
孔５６、６０、縦長孔５８に相当する位置、および、空
気極側薄板４６ａ、４６ｂの縦長孔６２、６６、横長孔
６４に装置する位置には貫通孔は設けられていない。な
お、上記遮蔽板４８にも、燃料極側薄板４２ａ、４２
ｂ、および空気極側薄板４６ａ、４６ｂと同じ不浸透性
炭素板が用いられている。

【００２６】セパレータ５０には、図５に示すように、
上記遮蔽板４８の一方の面に、前記燃料極側薄板４２
ｂ、前記燃料極側薄板４２ａの順に各一枚づつ積層され
て燃料極側基板４０が形成されている。また、遮蔽板４
８の他方の面には、前記空気極側薄板４６ａが２枚積層
され、さらにその上に前記空気極側薄板４６ｂが２枚積
層されて空気極側基板４４が形成されている。なお、図
５に示すように、上記燃料極側薄板４２ａ、４２ｂ、遮
蔽板４８、および、空気極側薄板４８ａ、４８ｂは、そ
れぞれ均一な厚さを有し、且つ、その厚さは全て同じ
（たとえば、０．５mm程度）である。また、燃料極側薄
板４２ａ、４２ｂは各１枚づつ積層されているのに対
し、空気極側薄板４６ａ、４６ｂは各２枚づつ積層され
ているのは、酸素と水素の反応により生成する水をスム
ーズに排出させるためである。そして、燃料極側基板４
０が、膜電極複合体の触媒電極（図示せず）と接触させ
られ、空気極側基板４４が、別の膜電極複合体の触媒電
極（図示せず）と接触させられる。

【００２７】続いて、上記のように構成されたセパレー
タ５０中を燃料ガスおよび空気が流通する様子を説明す
る。図６は、セパレータ５０を構成する燃料極側薄板４
２ａ、４２ｂ、および遮蔽板４８を分離して示す斜視図
であり、燃料ガスが流通する様子を説明するための図で
ある。燃料極側薄板４２ａに設けられた燃料ガス供給孔
５２から供給される燃料ガスは、図に矢印で示す経路を
流通する。すなわち、燃料ガスは、燃料ガス供給孔５２
から、他方の燃料極側薄板４２ｂに設けられ、その燃料
ガス供給孔５２と連通する横長孔６０ａへと流れる。そ
の横長孔６０ａは、燃料極側薄板４２ａの横長孔５６ａ
と連通しているので、燃料ガスは横長孔６０ａから横長
孔５６ａへと流れる。さらに、燃料ガスは、横長孔５６
ａからその横長孔５６ａと連通する横長孔６０ｂへと流
れ、その横長孔６０ｂから横長孔５６ｂ→横長孔６０ｃ
→縦長孔５８ａ→横長孔６０ｄと、燃料極側薄板４２ａ
と燃料極側薄板４２ｂとを交互に経由して流れ、最終的
には燃料ガス排出孔５４へ至る。また、燃料極側薄板４
２ａに設けられた燃料ガス供給孔５２、燃料ガス排出孔
５４、横長孔５６、縦長孔５８と、燃料極側薄板４２ｂ
に設けられた横長孔６０とが重なる面積Ｓが、それぞれ
の孔の流通方向に垂直な面における断面積ｄと等しいか
又はそれよりも大きくなるように、それぞれの孔の位置
および大きさが決定されている。なお、上記面積Ｓが上
記断面積ｄよりも小さい場合は、その重なり部分におい
て流路が狭められていることになるので、燃料ガスが流
れにくくなるのである。

【００２８】このように、燃料極側薄板４２ａと燃料極
側薄板４２ｂとが積層されることにより、その燃料極側
薄板４２ａ、４２ｂに設けられた横長孔５６、６０、お
よび縦長孔５８が連通させられて形成されるのが燃料極
側基板４０の厚さ方向に貫通する燃料ガス流通孔（負極
活物質流通孔）であり、その燃料ガス流通孔の燃料極側
薄板４２ｂ側の面が遮蔽板４８により塞がれて、燃料ガ
ス流通溝（負極活物質流通溝）が形成される。すなわ
ち、上記燃料ガス流通孔は、上記燃料ガス流通溝の側面
を形成し、遮蔽板４８の表面は燃料ガス流通溝の底を形
成する。従って、燃料極側基板４０が第１基板として機
能し、遮蔽板４８が第２基板として機能する。

【００２９】図７は、セパレータ５０を構成する２枚の
空気極側薄板４６ａと、２枚の空気極側薄板４６ｂとを
分離して示す図であり、空気が流通する様子を説明する
ための図である。図７に矢印で示すように、空気供給孔
６７から供給される空気は、横長孔６４を経由して５つ
の平行な経路を流通する。すなわち、空気は、空気供給
孔６７から、その空気供給孔６７と連通する横長孔６
４、その横長孔６４と連通する５つの縦長孔６６ａへと
流れる。その５つの縦長孔６６ａは、空気極側薄板４６
ａにおいて横長孔６４に隣接して設けられる５つの縦長
孔６２ａとそれぞれ連通しているので、空気は、縦長孔
６６ａから縦長孔６２ａへと流れる。さらに、空気は、
縦長孔６２ａからその縦長孔６２ａと連通する縦長孔６
６ｂ、続いて縦長孔６２ｂへと、空気極側薄板４６ａと
空気極側薄板４６ｂとを交互に経由して流れ、最終的に
は、空気供給孔６７と対角の位置に設けられた空気排出
孔６８へ至る。

【００３０】このように、空気極側薄板４６ａと空気極
側薄板４６ｂとが積層されることにより、その空気極側
薄板４６ａ、４６ｂに設けられた横長孔６４、および縦
長孔６２、６６が連通させられて形成されるのが空気極
側基板４４の厚さ方向に貫通する空気流通孔（正極活物
質流通孔）であり、その空気流通孔の空気極側薄板４６
ａ側の面が遮蔽板４８により塞がれて、空気流通溝（正
極活物質流通溝）が形成される。すなわち、上記空気流
通孔は上記空気流通溝の側面を形成し、遮蔽板４８の表
面は、上記空気流通溝の底を形成する。従って、空気極
側基板４０が第１基板として機能し、遮蔽板４８が第２
基板として機能する。

【００３１】上記セパレータ５０は、たとえば、図８に
示す工程に従って製造される。まず、混合工程７０にお
いて、所定粒径（たとえば、1 〜 50(μm)）程度の炭素
粉末を50(wt%) 程度と、所定粒径（たとえば、1 〜 50
(μm)）程度の熱硬化性樹脂としてのフェノール樹脂粉
末を50(wt%) 程度、その混合物100(wt%)に対する割合で
40(wt%) 程度の水、および、例えばＭＣ（メチルセルロ
ース）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）やアクリル樹
脂等を主成分とする成形バインダーを上記混合物100(wt
%)に対する割合で40(wt%) 程度混合する。なお、これら
の混合工程７０は、何れも乾式混合機等で行なわれ、こ
れにより、原料および添加物が均一に混合される。ま
た、上記炭素粉末には、たとえば、天然黒鉛、人造黒
鉛、カーボンブラック、熱硬化性樹脂を熱処理して炭化
したもの等が用いられ、上記フェノール樹脂粉末の添加
量は、上記粉末炭素とフェノール樹脂が変化させられた
炭素とにより成る薄板が所定の機械的強度を得るために
必要な量であり、下記シート成形工程７４において所望
の成形体を得るために必要な成形性を考慮して決定され
たものである。

【００３２】次いで、混練工程７２においては、例え
ば、ニーダーを用いて前記混合物を混練する。これによ
り、成形に適した可塑性が与えられる。そして、シート
成形工程において、その混練物から、押出成形機によっ
て例えば幅100 (mm)程度、および均一な所定厚みのシー
トが連続成形される。なお、上記所定厚みは、セパレー
タ５０に要求される厚みと、そのセパレータ５０を構成
する薄板（燃料極側薄板４２、遮蔽板４８、および空気
極側薄板４６）の枚数とに基づいて決定される。さら
に、押出成形により成形されたシートは、乾燥工程７６
において、たとえば、100 ℃に設定された所定温度の熱
風で乾燥される。

【００３３】そして、孔開け工程７８において、上記乾
燥工程７６において孔開け加工に適した硬さとされたシ
ートに、打抜き等により、前記燃料ガス供給孔５２、燃
料ガス排出孔５４、横長孔５６、縦長孔５８等の所定形
状の貫通孔が形成される。さらに、続く薄板加工工程８
０において、切断或いは打抜き加工により、上記孔開け
工程７８において所定形状の貫通孔が設けられたシート
が、所定の貫通孔を備え燃料極側薄板４２、空気極側薄
板４６、遮蔽板４８の外形を有する薄板に加工される。

【００３４】そして、脱バインダー工程８２および熱処
理工程８４においては、上記薄板加工工程８０において
得られた薄板を、図示しない所定のセッター上に載置し
た状態で、たとえばボックス炉内で、Ｎ₂ガス気流通、
300(℃/hr)程度の昇温速度で昇温しつつ脱脂（脱バイン
ダー) し、さらに、900(℃) ×2(時間) 程度の熱処理を
連続的に実施する。これにより、上記薄板中のフェノー
ル樹脂粉末が溶融させられて炭素粉末を相互に結合し、
更にその一部が炭化されるとともにその過剰分が十分に
消散させられて不浸透性炭素となり、図２乃至図４に示
した燃料極側薄板４２ａ、４２ｂ、空気極側薄板４６
ａ、４６ｂ、および遮蔽板４８が得られる。

【００３５】続く積層工程８６では、上記熱処理工程８
４で得られた燃料極側薄板４２ａ、４２ｂ、空気極側薄
板４６ａ、４６ｂ、および遮蔽板４８が積層されて、図
５に示すセパレータ５０が得られる。

【００３６】上述のように、本実施例によれば、前記空
気流通孔と遮蔽板４８の一方の表面とにより前記空気流
通溝が形成され、前記燃料ガス流通孔と遮蔽板４８の他
方の表面とにより燃料ガス流通溝が形成される。すなわ
ち、空気流通溝および燃料ガス流通溝ともに切削加工を
して成形する必要がないので、セパレータ５０が安価に
製造できる。

【００３７】また、本実施例の空気極側基板４４は、前
記空気流通孔の一部を形成する空気極側部分貫通孔（す
なわち、縦長孔６２、横長孔６４、および縦長孔６６）
が設けられた、不浸透性炭素より成る均一な厚さの空気
極側薄板４６ａ、４６ｂがそれぞれ２枚づつ積層された
ものであり、前記空気流通孔は、その空気極側薄板４６
ａ、４６ｂが積層されることにより、その空気極側薄板
４６ａ、４６ｂに設けられた縦長孔６２、横長孔６４、
および縦長孔６６が互いに連通させられて形成されるも
のであることから、それぞれの空気極側薄板４６ａ、４
６ｂに設けられる縦長孔５６、横長孔６４、および横長
孔６６の面積（すなわち割合）を少なくできるので、空
気極側基板４４を構成するそれぞれの空気極側薄板４６
ａ、４６ｂの強度が向上する。

【００３８】また、本実施例の燃料極側基板４０は、前
記燃料ガス流通孔の一部を形成する燃料極側部分貫通孔
（すなわち、横長孔５６、縦長孔５８、および横長孔６
０）が設けられた、不浸透性炭素より成る均一な厚さの
２枚の燃料極側薄板４２ａ、４２ｂが積層されたもので
あり、前記燃料ガス流通孔は、その燃料極側薄板４２
ａ、４２ｂが積層されることにより、その燃料極側薄板
４２ａ、４２ｂに設けられた横長孔５６、縦長孔５８、
および横長孔６０が互いに連通させられて形成されるも
のであることから、それぞれの燃料極側薄板４２ａ、４
２ｂに設けられる横長孔５６、縦長孔５８、および横長
孔６０の面積（すなわち割合）を少なくできるので、燃
料極側基板４０を構成するそれぞれの燃料極側薄板４２
ａ、４２ｂの強度が向上する。

【００３９】また、本実施例では、燃料極側基板４０を
構成する燃料極側薄板４２ａ、４２ｂ、空気極側基板４
４を構成する空気極側薄板４６ａ、４６ｂ、および遮蔽
板４８は、全て同一のシートから製造されていたので、
一層、セパレータ５０を安価に製造できる。

【００４０】また、本実施例では、第１基板である燃料
極側基板４０、空気極側基板４４、および第２基板であ
る遮蔽板４８は、炭素粉末およびフェノール樹脂を含む
混合物を熱処理することにより製造される不浸透性炭素
板であるので、気密性材料を容易に製造できる利点があ
る。

【００４１】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
説明したが、本発明は上記実施例とは別の態様において
も実施できる。

【００４２】たとえば、前述の実施例では、正極活物質
流通溝（燃料ガス流通溝）および負極活物質流通溝（空
気流通溝）の両方に本発明が適用されていたが、いずれ
か一方のみに本発明が適用されてもよい。

【００４３】また、前記燃料側基板４０に設けられた燃
料ガス流通孔および前記空気極側基板４４に設けられた
空気流通孔は、前述の実施例の形状以外であってもよ
い。たとえば、前記空気流通孔は、直線状の５つの平行
する経路から成っていたが、前記燃料ガス流通孔と同様
に、蛇行する一つ或いは複数の経路であってもよい。

【００４４】また、前述の実施例では、燃料極側基板４
０は、前記燃料ガス流通溝を形成するために、横長孔５
６および縦長孔５８を備えた燃料極側薄板４２ａと、横
長孔６０を備えた燃料極側薄板４２ｂが積層されて形成
されていたが、燃料極側基板４０は１枚で形成されても
よいし、逆に、燃料ガス流通溝を大きくするために３枚
以上が積層されて形成されてもよい。図９は、１枚のみ
から成る燃料極側基板９０の平面図である。燃料極側基
板９０には、燃料ガス流通部９２と燃料ガス排出部９４
とが連通した燃料ガス流通孔９６が設けられている。ま
た、空気極側基板４４も同様に、１枚のみで形成されて
もよいし、２枚以上で形成されてもよい。

【００４５】また、前述の実施例では、気密性材料とし
て、炭素粉末とフェノール樹脂とを含む混合物を熱処理
して得られる不浸透性炭素板を用いていたが、ガラス状
カーボン（グラッシーカーボン）製の板、アルミニウム
板、シリコン基板またはステンレス板等の導電性材料が
気密性材料として用いられてもよい。或いは、触媒電極
間が配線により導通させられて電流が取り出される場合
等、燃料極側基板（または、それを構成する燃料極側薄
板）、遮蔽板、空気極側薄板（または、それを構成する
空気極側薄板）の一部材または全部材に導電性が要求さ
れない場合、その導電性が要求されない部材は、耐酸性
があり 100℃以上の耐熱性を有すればよいことから、セ
ラミックスまたはプラスチック等を用いてもよい。な
お、グラッシーカーボンまたはセラミックス等のように
硬質材料に孔開け加工がされる場合には、ドリル加工
法、レーザー加工法、ショットブラスト法、ウォーター
ジェット法、超音波加工法等が適宜用いられる。

【００４６】また、前述の実施例のセパレータ５０は、
熱処理工程８４で得られた燃料極側薄板４２ａ、４２
ｂ、遮蔽板４８、空気極側薄板４６ａ、４６ｂが、積層
工程８６において単に積層されることにより製造されて
いたが、必要に応じて、ガスケット、或いは圧着シー
ト、或いは接着剤等が介挿されてもよい。また、熱処理
工程８４の前に積層工程８６が実行されてもよい。すな
わち、熱処理前の各薄板（すなわち、燃料極側薄板４２
ａ、４２ｂ、遮蔽板４８、および空気極側薄板４６ａ、
４６ｂ）が積層された後に、脱バインダー工程８２およ
び熱処理工程８４が実行されてもよい。このように積層
工程で積層された各薄板が、脱バインダー処理および熱
処理されると、薄板中の過剰のフェノール樹脂粉末が溶
融させられて各薄板が相互に接着させられ、更にその一
部が炭化されることによって、各薄板間に空隙のない一
体化された気密性の積層セパレータを得ることができ
る。

【００４７】また、前述の実施例では、押出成形により
シートが成形されていたが、ドクターブレード法、ロー
ラー圧延法、プレス法、或いはペースト法等により成形
されてもよい。

【００４８】また、前述の実施例のセパレータ５０は、
燃料極側基板４０、空気極側基板４４および遮蔽板４８
とから構成されていたが、セパレータが内部加湿法によ
り高分子膜の加湿を行なう形式の燃料電池に用いられる
場合など、セパレータ中に冷却水を流通させる必要があ
る場合には、冷却水を流通させるための冷却水流通基板
がさらに積層されてもよい。この場合、上記冷却水流通
基板は、燃料極側基板４０と遮蔽板４８との間、または
空気極側基板４４と遮蔽板４８との間に設けられ、且
つ、その冷却水流通基板の上記遮蔽板４８と接していな
い側には第２遮蔽板がさらに介挿される。また、このよ
うにして構成されたセパレータが上記内部加湿法形式の
燃料電池用に用いられる場合には、高分子膜に適度な水
分を供給するために、燃料極側基板４０または空気極側
基板４４と上記冷却水流通基板との間に設けられた第２
遮蔽板には多孔質材料が用いられる。なお、冷却水が流
通する冷却水流通溝は、前記燃料ガス流通溝または空気
流通溝と同様に、冷却水流通基板に設けられた冷却水流
通孔と遮蔽板の表面とにより形成されてもよいし、従来
と同様の方法により形成されてもよい。

【００４９】また、前述の実施例では、セパレータ５０
を構成する各薄板、すなわち燃料極側薄板４２ａ、４２
ｂ、遮蔽板４８、空気極側薄板４６ａ、４６ｂは全て同
一の厚さであったが、それらは必ずしも同一の厚さであ
る必要はなく、それぞれ異なる厚さであってもよい。

【００５０】また、前述の実施例では、燃料極側部分貫
通孔である横長孔５６、縦長孔５８および横長孔６０
は、同じ形状（楕円形）であり、且つ、略同じ大きさで
あったが、燃料極側部分貫通孔を構成する複数の貫通孔
の形状および大きさは同じでなくてもよい。また、前述
の実施例では、空気極側部分貫通孔を構成する貫通孔の
うち縦長孔６２および６６も全て同じ形状および大きさ
であったが、それらの形状および大きさも同じでなくて
もよい。要するに、燃料極側部分貫通孔または空気極側
部分貫通孔を構成する各貫通孔は、互いに連通すること
により活物質流通孔を形成しさえすればよいのである。

【００５１】以上に説明したものはあくまでも本発明の
一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲に
おいて種々変更が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な固体高分子電解質燃料電池の構成を説
明する図である。

【図２】図５の燃料極側基板４０を構成する（ａ）燃料
極側薄板４２ａ、（ｂ）燃料極側薄板４２ｂをそれぞれ
示す平面図である。

【図３】図５の空気極側基板４４を構成する（ａ）空気
極側薄板４６ａ、（ｂ）空気極側薄板４６ｂをそれぞれ
示す平面図である。

【図４】遮蔽板４８を示す平面図である。

【図５】本発明のセパレータの（ａ）正面図、および
（ｂ）側面図である。

【図６】セパレータ５０を構成する燃料極側薄板４２
ａ、４２ｂ、および遮蔽板４８を分離して示す斜視図で
ある。

【図７】セパレータ５０を構成する２枚の空気極側薄板
４６ａと、２枚の空気極側薄板４６ｂとを分離して示す
図である。

【図８】図５のセパレータを製造する方法を示す工程図
である。

【図９】本発明の他の実施例であって、一枚のみから成
る燃料極側基板９０の平面図である。

【符号の説明】

４０：燃料極側基板（第１基板）４２ａ、ｂ：燃料極側薄板４４：空気極側基板（第１基板）４６ａ、ｂ：空気極側薄板４８：遮蔽板（第２基板）５６：横長孔、５８：縦長孔、６０：横長孔（燃料極側
部分貫通孔）６２：縦長孔、６４：横長孔、６６：縦長孔（空気極側
部分貫通孔）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気密性材料より成る均一な厚さの第１基
板に設けられ、厚さ方向に貫通する活物質流通孔と、該
第１基板とともに積層され、気密性材料より成る均一な
厚さの第２基板の表面とにより、活物質流通溝が形成さ
れていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】前記第１基板は、前記活物質流通孔の一
部を形成する所定形状の部分貫通孔が設けられた、気密
性材料より成る均一な厚さの少なくとも２枚の薄板が積
層されたものであり、前記活物質流通孔は、該薄板が積
層されることにより、該各薄板に設けられた部分貫通孔
が互いに連通させられて形成されるものである請求項１
記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】厚さ方向に貫通する正極活物質流通孔を
有し、気密性材料より成る均一な厚さの正極側基板と、
厚さ方向に貫通する負極活物質流通孔を有し、気密性材
料より成る均一な厚さの負極側基板と、該正極側基板と
該負極側基板とにより挟持され、気密性材料より成る均
一な厚さの遮蔽板とを備え、該正極活物質流通孔と該遮
蔽板の一方の表面とにより正極活物質流通溝が形成さ
れ、該負極活物質流通孔と該遮蔽板の他方の表面とによ
り負極活物質流通溝が形成されていることを特徴とする
燃料電池用セパレータ。
【請求項４】前記正極側基板は、前記正極活物質流通
孔の一部を形成する所定形状の部分貫通孔が設けられ
た、気密性材料より成る均一な厚さの少なくとも２枚の
薄板が積層されたものであり、前記正極活物質流通孔
は、該薄板が積層されることにより、該各薄板に設けら
れた部分貫通孔が互いに連通させられて形成されるもの
である請求項３記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】前記負極側基板は、前記負極活物質流通
孔の一部を形成する所定形状の部分貫通孔が設けられ
た、気密性材料より成る均一な厚さの少なくとも２枚の
薄板が積層されたものであり、前記負極活物質流通孔
は、該薄板が積層されることにより、該各薄板に設けら
れた部分貫通孔が互いに連通させられて形成されるもの
である請求項３記載の燃料電池用セパレータ。