JP2001210334A - 燃料電池用セパレータ - Google Patents
燃料電池用セパレータInfo
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- JP2001210334A JP2001210334A JP2000021456A JP2000021456A JP2001210334A JP 2001210334 A JP2001210334 A JP 2001210334A JP 2000021456 A JP2000021456 A JP 2000021456A JP 2000021456 A JP2000021456 A JP 2000021456A JP 2001210334 A JP2001210334 A JP 2001210334A
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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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 移動体用燃料電池開発における一層の軽量化
の目的を達成できるとともに、加工性やコスト面にも優
れた燃料電池用セパレータを提供する。 【解決手段】 水素ガス供給部および酸素含有ガス供給
部を有し、かつ、高分子膜の両側を電極で挟み込んだセ
ルの間に積層される燃料電池用セパレータであって、基
材にポリアニリンを含むことを特徴とする燃料電池用セ
パレータ。
の目的を達成できるとともに、加工性やコスト面にも優
れた燃料電池用セパレータを提供する。 【解決手段】 水素ガス供給部および酸素含有ガス供給
部を有し、かつ、高分子膜の両側を電極で挟み込んだセ
ルの間に積層される燃料電池用セパレータであって、基
材にポリアニリンを含むことを特徴とする燃料電池用セ
パレータ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリアニリンを用
いた燃料電池用セパレータに関し、さらに詳しくは、移
動体用電源として好適に用いられる固体高分子型燃料電
池における燃料電池用セパレータに関する。
いた燃料電池用セパレータに関し、さらに詳しくは、移
動体用電源として好適に用いられる固体高分子型燃料電
池における燃料電池用セパレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池にはいくつかの種類があるが、
その中で固体高分子型燃料電池はコンパクトであり比較
的低温でも発電可能な特徴を有している。固体高分子型
燃料電池本体は、図３に示すような外観を有しており、
通常セルが複数枚積層されてスタックを構成している。
スタック内の各セルは、導電性かつ気体不透過性のプレ
ートであるセパレータを介して直列に接続・積層されて
いる。燃料電池の基本構成単位である単セルは、図４に
示すプロトン導電性高分子膜１が２枚のカーボン製電極
（例えばカーボンペーパー８）で挟み込まれた構造にな
っている。一般に、このプロトン導電性高分子膜１とカ
ーボン製電極８（水素極・酸素極）との間には触媒層が
設けられており、白金等の金属触媒が担持されたカーボ
ン粒子を、バインダーであるプロトン導電性高分子と混
合した層が形成されている。上記各セルは、セパレータ
５面上に設けられたガス溝１１から反応ガスが供給され
る構造になっており、送られる水素ガスおよび酸素ガス
によってセルの発電の能力が決まる。ガス流通経路とし
ては２系統が存在しており、一方は、水素ガスが供給さ
れて排出される系統であり、他方は、酸素ガスが供給さ
れて排出される系統である。よって、セパレータには、
一方に水素ガスを供給するガス溝を有する面が設けら
れ、他方に酸素ガスを供給するガス溝を有する面が設け
られている。そして、通常はこれらの反応溝を有する両
面に挟まれる中央に、冷却水を流通させる冷却層を有す
る構造になっている。
その中で固体高分子型燃料電池はコンパクトであり比較
的低温でも発電可能な特徴を有している。固体高分子型
燃料電池本体は、図３に示すような外観を有しており、
通常セルが複数枚積層されてスタックを構成している。
スタック内の各セルは、導電性かつ気体不透過性のプレ
ートであるセパレータを介して直列に接続・積層されて
いる。燃料電池の基本構成単位である単セルは、図４に
示すプロトン導電性高分子膜１が２枚のカーボン製電極
（例えばカーボンペーパー８）で挟み込まれた構造にな
っている。一般に、このプロトン導電性高分子膜１とカ
ーボン製電極８（水素極・酸素極）との間には触媒層が
設けられており、白金等の金属触媒が担持されたカーボ
ン粒子を、バインダーであるプロトン導電性高分子と混
合した層が形成されている。上記各セルは、セパレータ
５面上に設けられたガス溝１１から反応ガスが供給され
る構造になっており、送られる水素ガスおよび酸素ガス
によってセルの発電の能力が決まる。ガス流通経路とし
ては２系統が存在しており、一方は、水素ガスが供給さ
れて排出される系統であり、他方は、酸素ガスが供給さ
れて排出される系統である。よって、セパレータには、
一方に水素ガスを供給するガス溝を有する面が設けら
れ、他方に酸素ガスを供給するガス溝を有する面が設け
られている。そして、通常はこれらの反応溝を有する両
面に挟まれる中央に、冷却水を流通させる冷却層を有す
る構造になっている。
【０００３】従来、上記のような固体高分子型燃料電池
のセパレータには、ＳＵＳ材料（ＳＵＳ３１６）が多く
使用されてきた。これは、機械的な強度が高く、設計上
の寸法精度も高く、また、材料腐食の程度が他の金属に
比べて小さいことが主な理由である。しかしながら、燃
料電池を移動体用電源に使用する場合には、燃料電池本
体の軽量化が重要な要求項目となっており、上記ＳＵＳ
材料は単位体積当たりの重量（密度）が大きいのでセパ
レータとしても重く、軽量化が困難であった。
のセパレータには、ＳＵＳ材料（ＳＵＳ３１６）が多く
使用されてきた。これは、機械的な強度が高く、設計上
の寸法精度も高く、また、材料腐食の程度が他の金属に
比べて小さいことが主な理由である。しかしながら、燃
料電池を移動体用電源に使用する場合には、燃料電池本
体の軽量化が重要な要求項目となっており、上記ＳＵＳ
材料は単位体積当たりの重量（密度）が大きいのでセパ
レータとしても重く、軽量化が困難であった。
【０００４】一方、セパレータ材料としては、燃料電池
が電気化学素子であるため、電気化学的に安定な材料に
よって各部材が構成される必要があり、ＳＵＳ材料等の
金属材料以外には、カーボンも燃料電池用部材として使
用可能な材料である。そして、燃料電池に求められる長
時間の化学的・電気化学的安定性、あるいは水や酸に対
する耐久性や耐熱性の観点から、カーボン材料は好まし
い材料であり、フェノール樹脂等との混合によるプレー
トはガス不透過性も良好である。しかしながら、カーボ
ン材料であっても燃料電池を移動体用電源に使用する場
合には、燃料電池本体の軽量化の観点から、単位体積当
たりの重量（密度）が未だ大きく、積層してスタックと
する際には一層の軽量化が要求される。
が電気化学素子であるため、電気化学的に安定な材料に
よって各部材が構成される必要があり、ＳＵＳ材料等の
金属材料以外には、カーボンも燃料電池用部材として使
用可能な材料である。そして、燃料電池に求められる長
時間の化学的・電気化学的安定性、あるいは水や酸に対
する耐久性や耐熱性の観点から、カーボン材料は好まし
い材料であり、フェノール樹脂等との混合によるプレー
トはガス不透過性も良好である。しかしながら、カーボ
ン材料であっても燃料電池を移動体用電源に使用する場
合には、燃料電池本体の軽量化の観点から、単位体積当
たりの重量（密度）が未だ大きく、積層してスタックと
する際には一層の軽量化が要求される。
【０００５】また、図４のようなセパレータ面上での反
応ガス流路（ガス溝１１）では、通常、ガス入口側から
ガス出口側へ向かって反応ガスが流れる。ここでガス流
通経路を妨げる因子が存在して、ガスが均一に流れずに
十分な流速が得られない場合には、絶対的な水素ガス・
酸素ガスの流量が不足してしまう。
応ガス流路（ガス溝１１）では、通常、ガス入口側から
ガス出口側へ向かって反応ガスが流れる。ここでガス流
通経路を妨げる因子が存在して、ガスが均一に流れずに
十分な流速が得られない場合には、絶対的な水素ガス・
酸素ガスの流量が不足してしまう。
【０００６】さらに、燃料電池用セパレータ５の面上に
は、反応ガス流路であるガス溝１１がエッチング等の処
理過程を経て加工されている。このガス溝１１を掘る作
業では、要求されるガス溝の形状に合わせてエッチング
を行い、被覆部分と非被覆部分とを区別してから、黒鉛
を削る。しかし、黒鉛材料における加工性は種々のデザ
インの反応ガス流路に対応できる程、十分ではなく、よ
り反応ガスの流速を速くして生成水を排出しやすいよう
な形状にも、容易に加工できる軽量化素材が望まれてい
た。
は、反応ガス流路であるガス溝１１がエッチング等の処
理過程を経て加工されている。このガス溝１１を掘る作
業では、要求されるガス溝の形状に合わせてエッチング
を行い、被覆部分と非被覆部分とを区別してから、黒鉛
を削る。しかし、黒鉛材料における加工性は種々のデザ
インの反応ガス流路に対応できる程、十分ではなく、よ
り反応ガスの流速を速くして生成水を排出しやすいよう
な形状にも、容易に加工できる軽量化素材が望まれてい
た。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記問
題点に鑑み、移動体用の燃料電池開発における一層の軽
量化の目的を達成できるとともに、加工性やコスト面に
も優れた燃料電池用セパレータを開発すべく、鋭意検討
した。その結果、本発明者らは、セパレータとして有機
導電性高分子であるポリアニリンを用いることによっ
て、燃料電池における上記問題点が解決されることを見
い出した。本発明は、かかる見地より完成されたもので
ある。
題点に鑑み、移動体用の燃料電池開発における一層の軽
量化の目的を達成できるとともに、加工性やコスト面に
も優れた燃料電池用セパレータを開発すべく、鋭意検討
した。その結果、本発明者らは、セパレータとして有機
導電性高分子であるポリアニリンを用いることによっ
て、燃料電池における上記問題点が解決されることを見
い出した。本発明は、かかる見地より完成されたもので
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、水
素ガス供給部および酸素含有ガス供給部を有し、かつ、
高分子膜の両側を電極で挟み込んだセルの間に積層され
る燃料電池用セパレータであって、基材にポリアニリン
を含むことを特徴とする燃料電池用セパレータを提供す
るものである。ここで、上記水素ガス供給部および酸素
含有ガス供給部は、ポリアニリン基材の表面に反応ガス
溝を設けたものが好ましく、ポリアニリンの比抵抗は
０．６Ω・ｃｍ以下であることが好適である。また、セ
パレータ面上のガス溝としては、サーペンタイン型の反
応ガス流路が挙げられる。また、本発明は、上記いずれ
かの燃料電池用セパレータを積層したことを特徴とする
燃料電池スタックをも提供するものである。
素ガス供給部および酸素含有ガス供給部を有し、かつ、
高分子膜の両側を電極で挟み込んだセルの間に積層され
る燃料電池用セパレータであって、基材にポリアニリン
を含むことを特徴とする燃料電池用セパレータを提供す
るものである。ここで、上記水素ガス供給部および酸素
含有ガス供給部は、ポリアニリン基材の表面に反応ガス
溝を設けたものが好ましく、ポリアニリンの比抵抗は
０．６Ω・ｃｍ以下であることが好適である。また、セ
パレータ面上のガス溝としては、サーペンタイン型の反
応ガス流路が挙げられる。また、本発明は、上記いずれ
かの燃料電池用セパレータを積層したことを特徴とする
燃料電池スタックをも提供するものである。
【０００９】本発明のセパレータによれば、移動体用の
燃料電池開発における一層の軽量化の目的を達成でき、
同程度の板厚を用いた場合には約２０％程度軽量化でき
る。また、水素ガスや酸素ガスを流通させる反応ガス溝
を作成するための加工性に優れ、この加工費と材料費か
らなる製造コストの面でも有利である。
燃料電池開発における一層の軽量化の目的を達成でき、
同程度の板厚を用いた場合には約２０％程度軽量化でき
る。また、水素ガスや酸素ガスを流通させる反応ガス溝
を作成するための加工性に優れ、この加工費と材料費か
らなる製造コストの面でも有利である。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の燃料電池用セパレータ
は、セパレータのいずれかの部分に基材としてポリアニ
リンを含むものである。図２に、本発明に用いられるポ
リアニリンの化学構造を示す。このポリアニリンを含む
割合は特に限定されず、任意に他の材料と混合してセパ
レータ用ポリアニリン組成物として使用することもでき
るが、通常は、セパレータの各部分にドーピングしたポ
リアニリン材料をそのまま使用する。燃料電池用セパレ
ータは、水素ガス供給部および酸素含有ガス供給部を有
しており、高分子膜の両側を電極で挟み込んだセルの間
に積層されている。水素ガス供給部および酸素含有ガス
供給部は、セパレータ面上に反応ガス溝を削る等の工程
によって作成されるが、このような反応ガス溝を有する
ガス供給部は加工性にも優れるポリアニリンからなるこ
とが好ましい。また、セパレータの材料として用いられ
るポリアニリンの製造においては、導電性および耐酸化
性を高レベルで有するように製造条件を定める。以下、
本発明に係る燃料電池用セパレータについて、添付図面
を参照しながら具体的な実施形態を詳細に説明する。
は、セパレータのいずれかの部分に基材としてポリアニ
リンを含むものである。図２に、本発明に用いられるポ
リアニリンの化学構造を示す。このポリアニリンを含む
割合は特に限定されず、任意に他の材料と混合してセパ
レータ用ポリアニリン組成物として使用することもでき
るが、通常は、セパレータの各部分にドーピングしたポ
リアニリン材料をそのまま使用する。燃料電池用セパレ
ータは、水素ガス供給部および酸素含有ガス供給部を有
しており、高分子膜の両側を電極で挟み込んだセルの間
に積層されている。水素ガス供給部および酸素含有ガス
供給部は、セパレータ面上に反応ガス溝を削る等の工程
によって作成されるが、このような反応ガス溝を有する
ガス供給部は加工性にも優れるポリアニリンからなるこ
とが好ましい。また、セパレータの材料として用いられ
るポリアニリンの製造においては、導電性および耐酸化
性を高レベルで有するように製造条件を定める。以下、
本発明に係る燃料電池用セパレータについて、添付図面
を参照しながら具体的な実施形態を詳細に説明する。
【００１１】図１に、燃料電池の積層方向の断面図の一
例を示す。図１に示すように、高分子膜１（イオン交換
膜）の両側には白金触媒等が塗布された触媒層４があ
り、その外側に電極である水素極２および酸素極３が設
けられている。これらの電極には通常カーボン部材が用
いられており、例えばカーボンペーパー又はカーボンク
ロス等が使用される。この高分子膜１を水素極２および
酸素極３で挟み込んだ構造が一単位のセルであり、圧着
プレスなどによって張り付けて製造される。高分子膜１
はイオン（Ｈ+）だけを通す膜が用いられる。セルの両
側には反応ガス溝を有するセパレータ５が設けられてお
り、これらが一体となって燃料電池本体１を構成する。
このセル／セパレータを積層したものが燃料電池スタッ
クであり、１つのセルで発生する起電力が例えば０．７
Ｖである場合、セルを１００枚積層すれば約７０Ｖのス
タックになる。
例を示す。図１に示すように、高分子膜１（イオン交換
膜）の両側には白金触媒等が塗布された触媒層４があ
り、その外側に電極である水素極２および酸素極３が設
けられている。これらの電極には通常カーボン部材が用
いられており、例えばカーボンペーパー又はカーボンク
ロス等が使用される。この高分子膜１を水素極２および
酸素極３で挟み込んだ構造が一単位のセルであり、圧着
プレスなどによって張り付けて製造される。高分子膜１
はイオン（Ｈ+）だけを通す膜が用いられる。セルの両
側には反応ガス溝を有するセパレータ５が設けられてお
り、これらが一体となって燃料電池本体１を構成する。
このセル／セパレータを積層したものが燃料電池スタッ
クであり、１つのセルで発生する起電力が例えば０．７
Ｖである場合、セルを１００枚積層すれば約７０Ｖのス
タックになる。
【００１２】図１の燃料電池スタックでは、セルが３つ
積層されている。それらのセル間にはセパレータ５が挟
み込まれている。セパレータ５に要求される基本性能と
しては、電子が移動できる電子伝導性を有していること
である。また、水素と酸素とを、電極に供給するような
構造を有していなければならない。セパレータの一方の
面、水素極２に接する面には水素供給用のガス溝が備え
られ、他方の面、酸素極３に接する面には酸素供給用の
ガス溝が備えられている。これらのガス溝をガスが流通
して、水素極２および酸素極３に、水素ガスおよび酸素
ガスを供給できるようになっている。なお、酸素ガスの
供給については通常空気をそのまま導入することができ
る。水素ガスの供給については種々の供給方法を適用で
き、特に限定されるものではないが、例えばメタノール
等の原料を水素製造装置６において水蒸気改質反応によ
って水素に変換し、該水素を水素精製装置７等を経て供
給する態様が挙げられる。
積層されている。それらのセル間にはセパレータ５が挟
み込まれている。セパレータ５に要求される基本性能と
しては、電子が移動できる電子伝導性を有していること
である。また、水素と酸素とを、電極に供給するような
構造を有していなければならない。セパレータの一方の
面、水素極２に接する面には水素供給用のガス溝が備え
られ、他方の面、酸素極３に接する面には酸素供給用の
ガス溝が備えられている。これらのガス溝をガスが流通
して、水素極２および酸素極３に、水素ガスおよび酸素
ガスを供給できるようになっている。なお、酸素ガスの
供給については通常空気をそのまま導入することができ
る。水素ガスの供給については種々の供給方法を適用で
き、特に限定されるものではないが、例えばメタノール
等の原料を水素製造装置６において水蒸気改質反応によ
って水素に変換し、該水素を水素精製装置７等を経て供
給する態様が挙げられる。
【００１３】セパレータには数種の構造があるが、一般
にはセルの積層方向に対して３層に分かれており、中央
の層には冷却水が流れて冷却が行われる。その冷却層の
両側には、水素あるいは酸素ガスをそれぞれ流通させる
ガス溝を有する層（水素供給部・酸素供給部）が設けら
れており、３層の合計は通常約１〜３ｍｍ程度である。
また現状では、冷却水を通す層がない構造のセパレータ
であって、水素あるいは酸素ガスを流通させる２枚の層
（水素供給部・酸素供給部）を張り合わせたものもあ
る。
にはセルの積層方向に対して３層に分かれており、中央
の層には冷却水が流れて冷却が行われる。その冷却層の
両側には、水素あるいは酸素ガスをそれぞれ流通させる
ガス溝を有する層（水素供給部・酸素供給部）が設けら
れており、３層の合計は通常約１〜３ｍｍ程度である。
また現状では、冷却水を通す層がない構造のセパレータ
であって、水素あるいは酸素ガスを流通させる２枚の層
（水素供給部・酸素供給部）を張り合わせたものもあ
る。
【００１４】本発明のポリアニリンを含むセパレータ
は、上記したような各構造を有するセパレータのいずれ
の部分にも用いることが可能である。ポリアニリンは単
独でセパレータの各部分に使用することができるが、必
要に応じて、他の材料と混合してセパレータ用組成物と
しても使用できる。また、軽量化の観点からは、セパレ
ータを構成する全層をポリアニリン材料で構成すること
が好ましいが、コストや他の性能とのバランスから、セ
パレータ内のいずれかの層にのみポリアニリン材料を用
いることもできる。例えば、セパレータが３層構造から
なる場合、水素ガス供給部あるいは酸素含有ガス供給部
にカーボンやＳＵＳ材料を用い、中央の冷却水を通す冷
却層にはポリアニリン材料を用いることも可能である。
は、上記したような各構造を有するセパレータのいずれ
の部分にも用いることが可能である。ポリアニリンは単
独でセパレータの各部分に使用することができるが、必
要に応じて、他の材料と混合してセパレータ用組成物と
しても使用できる。また、軽量化の観点からは、セパレ
ータを構成する全層をポリアニリン材料で構成すること
が好ましいが、コストや他の性能とのバランスから、セ
パレータ内のいずれかの層にのみポリアニリン材料を用
いることもできる。例えば、セパレータが３層構造から
なる場合、水素ガス供給部あるいは酸素含有ガス供給部
にカーボンやＳＵＳ材料を用い、中央の冷却水を通す冷
却層にはポリアニリン材料を用いることも可能である。
【００１５】このようなポリアニリンを含む本発明のセ
パレータは極めて軽量であり、数１０〜数１００枚を積
層した燃料電池スタックを構成した場合には一層軽量化
することができる。これは、ポリアニリンの密度は１．
１g/cm3であり、黒鉛の密度１．６g/cm3やアルミニウム
の密度２．７g/cm3よりも小さいためである。セパレー
タの厚さは適宜定められるが、通常約１．０〜３．０ｍ
ｍ程度であり、例えば板厚２．０〜２．２ｍｍで用いら
れる。材料強度としては、圧縮強度を一定以上に維持す
ることによって使用に耐えられる材料として選定可能で
あり、導電性を維持しながら強度を上げることが必要で
ある。また、ポリアニリンは加工性に優れ、ガス溝の加
工処理等が容易であり、さらには黒鉛のようなフェノー
ル樹脂等との混合工程が不要である。一方、ポリアニリ
ンは導電性高分子であり、燃料電池内における抵抗成分
の解析によれば、高分子膜の抵抗が大きいので、セパレ
ータ部分での抵抗としては十分なレベルにある。さらに
比抵抗に関しては、製造条件を変化させることによって
化学構造を変化させて、調整することもできる。
パレータは極めて軽量であり、数１０〜数１００枚を積
層した燃料電池スタックを構成した場合には一層軽量化
することができる。これは、ポリアニリンの密度は１．
１g/cm3であり、黒鉛の密度１．６g/cm3やアルミニウム
の密度２．７g/cm3よりも小さいためである。セパレー
タの厚さは適宜定められるが、通常約１．０〜３．０ｍ
ｍ程度であり、例えば板厚２．０〜２．２ｍｍで用いら
れる。材料強度としては、圧縮強度を一定以上に維持す
ることによって使用に耐えられる材料として選定可能で
あり、導電性を維持しながら強度を上げることが必要で
ある。また、ポリアニリンは加工性に優れ、ガス溝の加
工処理等が容易であり、さらには黒鉛のようなフェノー
ル樹脂等との混合工程が不要である。一方、ポリアニリ
ンは導電性高分子であり、燃料電池内における抵抗成分
の解析によれば、高分子膜の抵抗が大きいので、セパレ
ータ部分での抵抗としては十分なレベルにある。さらに
比抵抗に関しては、製造条件を変化させることによって
化学構造を変化させて、調整することもできる。
【００１６】上記したようにセパレータの両面には積層
される双方の単セルのために、一方の面に水素ガス供給
部を有する反応ガス溝、他方の面に酸素含有ガス供給部
を有する反応ガス溝がそれぞれ設けられている。この水
素ガス供給部および酸素含有ガス供給部は、セパレータ
面上に反応ガス溝を掘ることによって作成し、その部分
に反応ガスを流通させる。このガス溝の構造は、各燃料
電池によって任意に定められており、本発明のセパレー
タにおいても特定の反応ガス溝を有するものに限定され
るものではない。反応ガス溝は種々のデザインのものを
もちいることができるが、反応ガスの流速を速くして生
成水を排出しやすいようにするには、サーペンタイン型
の流路を形成することが好ましい（図４参照）。また、
セパレータには反応ガスの入口および出口の役割をする
ホール１２が形成される。反応ガス溝の形成は、機械加
工やモールド加工等によって行われる。
される双方の単セルのために、一方の面に水素ガス供給
部を有する反応ガス溝、他方の面に酸素含有ガス供給部
を有する反応ガス溝がそれぞれ設けられている。この水
素ガス供給部および酸素含有ガス供給部は、セパレータ
面上に反応ガス溝を掘ることによって作成し、その部分
に反応ガスを流通させる。このガス溝の構造は、各燃料
電池によって任意に定められており、本発明のセパレー
タにおいても特定の反応ガス溝を有するものに限定され
るものではない。反応ガス溝は種々のデザインのものを
もちいることができるが、反応ガスの流速を速くして生
成水を排出しやすいようにするには、サーペンタイン型
の流路を形成することが好ましい（図４参照）。また、
セパレータには反応ガスの入口および出口の役割をする
ホール１２が形成される。反応ガス溝の形成は、機械加
工やモールド加工等によって行われる。
【００１７】なお、ポリアニリンによって層を形成する
際には、ポリアニリンをドーピングした導電性材料を用
いる必要がある。つまり、共役系高分子であるポリアニ
リン自体は導電性を有しないために、ドーピングによっ
て共役系の結合性π軌道にある電子の一部を取り除き、
キャリヤーを作る必要がある。したがって、共役系高分
子であるポリアニリンのドーピングは、ドーパントとポ
リアニリンとの間の電荷移動反応であるといえる（図２
参照）。以下、実施例により、本発明のセパレータを用
いた場合の燃料電池の具体例を説明するが、本発明はこ
れらの実施例によって何ら制限されるものではない。
際には、ポリアニリンをドーピングした導電性材料を用
いる必要がある。つまり、共役系高分子であるポリアニ
リン自体は導電性を有しないために、ドーピングによっ
て共役系の結合性π軌道にある電子の一部を取り除き、
キャリヤーを作る必要がある。したがって、共役系高分
子であるポリアニリンのドーピングは、ドーパントとポ
リアニリンとの間の電荷移動反応であるといえる（図２
参照）。以下、実施例により、本発明のセパレータを用
いた場合の燃料電池の具体例を説明するが、本発明はこ
れらの実施例によって何ら制限されるものではない。
【００１８】
【実施例】実施例１、比較例１ 本発明のポリアニリンからなる３層構造のセパレータ
（実施例１）、および、比較として黒鉛とフェノール樹
脂（比較例１）からなる３層構造のセパレータを作成し
た。それぞれのセパレータの面上には、水素ガス供給部
および酸素含有ガス供給部としてサーペンタイン型のガ
ス溝を形成した。そして、これらのセパレータを用い
て、図４に示す燃料電池スタックを作成した。その結
果、本発明のポリアニリンからなるセパレータを用いた
燃料電池スタックは、比較例１のセパレータを用いたス
タックよりも約２０％の軽量であった。また、本発明の
セパレータのガス不透過性は黒鉛材料等の他のセパレー
タの場合と同様に、十分なレベルであった。
（実施例１）、および、比較として黒鉛とフェノール樹
脂（比較例１）からなる３層構造のセパレータを作成し
た。それぞれのセパレータの面上には、水素ガス供給部
および酸素含有ガス供給部としてサーペンタイン型のガ
ス溝を形成した。そして、これらのセパレータを用い
て、図４に示す燃料電池スタックを作成した。その結
果、本発明のポリアニリンからなるセパレータを用いた
燃料電池スタックは、比較例１のセパレータを用いたス
タックよりも約２０％の軽量であった。また、本発明の
セパレータのガス不透過性は黒鉛材料等の他のセパレー
タの場合と同様に、十分なレベルであった。
【００１９】
【発明の効果】本発明のセパレータによれば、移動体用
の燃料電池開発における一層の軽量化の目的を達成で
き、同程度の板厚を用いた場合には約２０％程度軽量化
できる。また、水素ガスや酸素ガスを流通させる反応ガ
ス溝を作成するための加工性に優れ、この加工費と材料
費からなる製造コストの面でも有利である。
の燃料電池開発における一層の軽量化の目的を達成で
き、同程度の板厚を用いた場合には約２０％程度軽量化
できる。また、水素ガスや酸素ガスを流通させる反応ガ
ス溝を作成するための加工性に優れ、この加工費と材料
費からなる製造コストの面でも有利である。
【図１】図１は、本発明のセパレータを用いた燃料電池
の概略構成を示した図である。
の概略構成を示した図である。
【図２】図２は、導電性高分子であるポリアニリンの化
学構造を示す図である。
学構造を示す図である。
【図３】図３は、セル／セパレータを積層させた燃料電
子本体の外観を表す斜視図である。
子本体の外観を表す斜視図である。
【図４】図４は、セル／セパレータの単一の組み合わせ
を模式的に表した図である。
を模式的に表した図である。
１ 高分子膜 ２ 水素極 ３ 酸素極 ４ 触媒層 ５ セパレータ ６ 水素製造装置 ７ 水素精製装置 ８ 電極カーボンペーパー １０ 燃料電池本体 １１ ガス溝 １２ ガス供給ホール（マニホールド） １３ 燃料電池スタック留め具
Claims (5)
- 【請求項１】 水素ガス供給部および酸素含有ガス供給
部を有し、かつ、高分子膜の両側を電極で挟み込んだセ
ルの間に積層されるセパレータであって、基材にポリア
ニリンを含むことを特徴とする燃料電池用セパレータ。 - 【請求項２】 上記水素ガス供給部および酸素含有ガス
供給部が、ポリアニリン基材の表面に反応ガス溝を設け
てなることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用セパ
レータ。 - 【請求項３】 上記ポリアニリンの比抵抗が０．６Ω・
ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載
の燃料電池用セパレータ。 - 【請求項４】 上記ガス供給部がサーペンタイン型の反
応ガス溝であることを特徴とする請求項１又は２に記載
の燃料電池用セパレータ。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電
池用セパレータを積層したことを特徴とする燃料電池ス
タック。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000021456A JP2001210334A (ja) | 2000-01-31 | 2000-01-31 | 燃料電池用セパレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000021456A JP2001210334A (ja) | 2000-01-31 | 2000-01-31 | 燃料電池用セパレータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001210334A true JP2001210334A (ja) | 2001-08-03 |
Family
ID=18547863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000021456A Withdrawn JP2001210334A (ja) | 2000-01-31 | 2000-01-31 | 燃料電池用セパレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001210334A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007005263A (ja) * | 2005-06-27 | 2007-01-11 | Matsushita Electric Works Ltd | 燃料電池用セパレータ成形用組成物及び燃料電池用セパレータ |
| JP2011249247A (ja) * | 2010-05-28 | 2011-12-08 | Tohoku Univ | 燃料電池セパレータ及びその製造方法 |
| JP2018009834A (ja) * | 2016-07-12 | 2018-01-18 | 国立大学法人東北大学 | 金属材料の電位解析用イメージングデバイス |
-
2000
- 2000-01-31 JP JP2000021456A patent/JP2001210334A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007005263A (ja) * | 2005-06-27 | 2007-01-11 | Matsushita Electric Works Ltd | 燃料電池用セパレータ成形用組成物及び燃料電池用セパレータ |
| JP2011249247A (ja) * | 2010-05-28 | 2011-12-08 | Tohoku Univ | 燃料電池セパレータ及びその製造方法 |
| JP2018009834A (ja) * | 2016-07-12 | 2018-01-18 | 国立大学法人東北大学 | 金属材料の電位解析用イメージングデバイス |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070403 |