JP2002216785A - 燃料電池用セパレータとその製造方法 - Google Patents

燃料電池用セパレータとその製造方法

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JP2002216785A
JP2002216785A JP2001007127A JP2001007127A JP2002216785A JP 2002216785 A JP2002216785 A JP 2002216785A JP 2001007127 A JP2001007127 A JP 2001007127A JP 2001007127 A JP2001007127 A JP 2001007127A JP 2002216785 A JP2002216785 A JP 2002216785A
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synthetic resin
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JP2001007127A
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Hideo Ishiyama
日出夫 石山
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Isuzu Motors Ltd
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Isuzu Motors Ltd
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池用セパレータは、従来、カーボン材
という高価な材料を用い、マシニングセンター装置等に
より複雑な加工をして製造されていたので、材料コスト
や加工コストが高くなっていた。 【解決手段】 カーボン板材より安価な金属板1の片面
に、合成樹脂製の枠体5とカーボン製の流路壁体3とを
配設し、ジグザグ状に連続した流路7を形成する。そし
て、この流路7の底面,側面には、合成樹脂を塗布して
被膜を施す。流路7の一方の端部にはガス入口8を設
け、他方の端部にはガス出口9を設ける。金属板1の他
方の片面についても、同様に構成する。前記被膜によっ
て金属の腐食防止が行われるから、金属板1としては腐
食し易い安価な金属を用いることが出来るし、合成樹脂
は勿論カーボンより安価である。カーボン製の流路壁体
3は形状簡単なものなので、複雑な加工は必要なく、加
工コストは安価で済む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高分子電解質型の
燃料電池のセパレータとその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】高分子電解質型の燃料電池は、燃料ガス
と酸化剤ガスとをそれぞれ電極表面上に通流させ、電極
表面での反応により起電力を得る電池である。そのた
め、燃料電池には、それらのガスを通流させたり、ある
いは前記の反応によって生成された物(水,炭酸ガス
等)を排出するための流路構成部が具えられている。燃
料電池用セパレータは、これらの流路構成部を含むもの
で、燃料電池の電極間に介在される。そして、その材料
としては、水分の存在下で直流電流を流す必要等のた
め、腐食の恐れのないカーボンが用いられて来ている。
なお、流路を構成するカーボンをガスが透過して外へ出
てしまうようでは困るので、カーボンには合成樹脂を
1,2回含浸させる処理を施し、ガス不透過性を付与す
ることも行われている。
【0003】燃料電池用セパレータは、従来、次のよう
な方法で作られている。第1の方法は、1枚のカーボン
材を基にマシニングセンター装置で加工して作るという
方法である。第2の方法は、加工コストを安くするた
め、カーボンの粉体と樹脂との混合物を、金型プレスに
よりモールド成型して作るという方法である。第3の方
法は、材料コストも加工コストも安くするため、ステン
レス鋼を材料として作るという方法である。なお、燃料
電池用セパレータとその製造方法に関する従来の文献と
しては、例えば、特開平6−260177号公報,特開
平10−003931号公報,特開平11−19542
2号公報,特開平11−224680号公報,特開20
00−138067号公報,特開2000−23192
5号公報等がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記した従来の燃料電
池用セパレータやその製造方法には、次のような問題点
があった。第1の問題点は、燃料電池用セパレータの材
料として用いるカーボンは、高価であるという点であ
る。第2の問題点は、1枚のカーボン材よりマシニング
センター装置等によって加工して作る場合、構造が複雑
なので加工コストが高いという点である。なお、加工コ
ストが高くなる原因の1つには、燃料電池用セパレータ
に要求される寸法精度が高いということも関係してい
る。燃料電池用セパレータは、電極や電解質と何層にも
積層されるが、積層して出来上がるスタックを均一なも
のにしたり、締め付け圧力が均一にかかるようにするた
め、高い寸法精度が要求される(例えば、平行度が1/
1000位)。
【0005】第3の問題点は、カーボンと樹脂との混合
物をモールド成型して作る場合、残留応力のために反っ
てしまったりして、寸法精度が悪くなるという点であ
る。第4の問題点は、ステンレス鋼を材料として作る場
合、長期の耐食性が確保されないという点である。本発
明は、以上のような問題点を解決することを課題とする
ものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の燃料電池用セパレータでは、導電性の金属
板から成る第1の層と、該金属板の一方の片面に、合成
樹脂製の枠体と該枠体の対向する両側の側壁から枠内に
交互に突出するよう配置したカーボン製の角棒状の流路
壁体とを固着し、一方の端部にガス入口を有し他方の端
部にガス出口を有するジグザグ状に連続する第1の凹部
を形成した第2の層と、前記金属板の他方の片面に、合
成樹脂製の枠体と該枠体の対向する両側の側壁から枠内
に交互に突出するよう配置したカーボン製の角棒状の流
路壁体とを固着し、一方の端部にガス入口を有し他方の
端部にガス出口を有するジグザグ状に連続する第2の凹
部を形成した第3の層とを具え、前記第1,第2の凹部
の内壁面に合成樹脂製の被膜を施してガスの流路とする
こととした。
【0007】また、本発明の燃料電池用セパレータの製
造方法では、導電性の金属板の所定位置にカーボン製の
流路壁体を導電性接着用樹脂により接着固定する第1の
工程と、前記流路壁体の前記金属板に接着された側とは
反対側の面に被覆部を形成する第2の工程と、前記金属
板の周縁面上に合成樹脂製の枠体を配置する第3の工程
と、前記金属板と前記流路壁体とにより形成される凹
部、または前記金属板と前記流路壁体と前記枠体とによ
り形成される凹部の内壁面に合成樹脂を塗布する第4の
工程と、前記被覆部を除去する第5の工程とにより、製
造することとした。
【0008】(作 用)燃料電池用セパレータを、材料
自体が高価でしかも加工コストも高いカーボン部材のみ
で構成するのではなく、金属板を基盤とし、その両側の
面に合成樹脂製の枠体とカーボン製の流路壁体とを組み
合わせてガスの流路を形成し、その流路の内壁面に合成
樹脂を塗布して構成した。このようにして構成すると、
製造コストが安くなる。即ち、本発明では一部を合成樹
脂や金属で構成しているので、その部分をカーボンで構
成した場合に比べて、材料コストが安くなる。また、製
造するのにマシニングセンター装置等を使用して複雑な
加工をする必要もないので、加工コストも安くなる。更
に、発電のためのガスを通流させる流路の内壁には、合
成樹脂製の被膜を形成するので、金属板の腐食を防止す
ることが出来る。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の燃料電池用
セパレータの構成を示す図である。図1において、1は
金属板、3は流路壁体、5,5Bは枠体、7は流路、8
はガス入口、9はガス出口である。本発明の燃料電池用
セパレータは、3層から成っている。第1の層は導電性
の金属板1から成る層であり、第2の層は合成樹脂製の
枠体5が属する層であり、第3の層は合成樹脂製の枠体
5Bが属する層である。
【0010】第2の層には、枠体5の対向する両側の側
壁から、枠内に交互に突出するようカーボン製の角棒状
の流路壁体3が配置され、金属板1と枠体5と流路壁体
3とで1つの連続したジグザグ状の凹部が形成され、こ
れがガスの流路7とされる。なお、この凹部を構成する
各壁面には、後で図2(6)で説明するように、溶融し
た合成樹脂が塗布され、合成樹脂の被膜が形成される。
なお、図示はしてないが、第3の層にも同様の流路(図
2の7B)が形成される。
【0011】第1の層の一方の端部には、流路7の一方
の端部に通ずるガス入口8が設けられる。このガス入口
8は、燃料電池用セパレータの各層を貫通し、図示しな
いガス供給口に通じている。第1の層の他方の端部に
は、流路7の他方の端部に通ずるガス出口9が設けられ
る。このガス出口9は、燃料電池用セパレータの各層を
貫通し、図示しないガス排出口に通じている。ガスは、
矢印D,Eの如く流れる。第3の層の流路(7B)に対
しても、同様のガス入口,ガス出口が設けられる。そし
て、第1の層の流路7には、燃料電池での発電に使用す
る第1のガスが流され、第3の層の流路(7B)には、
第2のガスが流される。
【0012】図2は、本発明の燃料電池用セパレータの
製造方法を示す図であり、図1のX−X線における断面
部分を例にとり、その製造工程を示している。符号は図
1のものに対応しており、2は導電性接着用樹脂、4は
被覆部、6は被膜、3Bは流路壁体、7Bは流路であ
る。 (1)第1工程…図2(1)に示すように、金属板1の
所定位置に、導電性接着用樹脂2を塗布する。ここで言
う所定位置とは、図1で説明した流路壁体3を配設する
位置である。金属板1は、箔状のものでもよいし、薄膜
状のものでもよい。導電性接着用樹脂2としては、導電
性ペーストなどを用いることが出来る。導電性接着用樹
脂2の塗布は、マスキング技法等により、前記の所定位
置部分のみに正確に塗布してもよいし、少なくとも前記
の所定位置部分には塗布されるよう、おおまかに塗布し
てもよい(また、金属板1の全面に塗布してもよい)。
【0013】(2)第2工程…塗布した導電性接着用樹
脂2が接着力を失わないうちに、図2(2)に示すよう
に、所定位置に流路壁体3を配置し、導電性接着用樹脂
2を介して金属板1に接着する。 (3)第3工程…図2(3)に示すように、流路壁体3
の上面は、後に電極と接触させられる面であるが、汚れ
て電気的接触が悪くなるのを防ぐため、この面に被覆部
4を設ける。被覆部4の形成は、密着性と剥離性を有す
る被覆材を用い、マスキング技法等によって形成するこ
とが出来る(例えば、液晶表示用電極のパターンを形成
する場合と同様にして形成出来る。)。
【0014】(4)第4工程…図2(4)に示すよう
に、枠体5を所定位置に配設する。 (5)第5工程…図2(5)に示すように、金属板1,
流路壁体3,枠体5で形成される凹部の内壁に、溶融し
た樹脂材料を塗布して被膜6を形成する。被膜6で覆わ
れた凹部が、すなわち流路7とされる。 (6)第6工程…図2(6)に示すように、被覆部4を
除去する。 (7)第7工程…図2(7)に示すように、金属板1の
裏側の面についても、第1〜第6の工程の処理を施し、
表側の面と同様のものを形成する。
【0015】図3は、電極に挟まれた1つの燃料電池用
セパレータの断面を示す図である。符号は図1,図2の
ものに対応し、10,10Bはガスケット、11,11
Bは電極、12,12Bは電解質膜である。図2(7)
のように形成した後、流路7の上面を覆い且つ流路壁体
3の上面に接触するように電極11を配設し、枠体5の
上面にはガスケット10を配設する。これにより、流路
7を流れるガスは流路7から外へ漏れることがなくなる
し、流路壁体3は電極11と電気的に接触することが出
来る。更に、ガスケット10および電極11の上には、
電解質膜12を配設する。なお、ガスケット10は、シ
ール作用をする。裏側の面についても、同様にしてガス
ケット10B,電極11B,電解質膜12Bを取り付け
る。このように構成された、燃料電池用セパレータのユ
ニットにおいては、発電の際、矢印Hで示すように、電
極11→流路壁体3→金属板1→流路壁体3B→電極1
1Bの方向(或いはその逆方向)に直流電流が流れるこ
とになる。
【0016】本発明で、カーボン材で作らなければなら
ないのは流路壁体3だけであるが、この流路壁体3は角
棒状(直方体)という単純な形状となっている。このよ
うな形状は、加工コストの高いマシンニングセンター装
置を使用する必要もなく、加工コストの安い研削装置,
研磨装置で作ることが出来る。しかも、その寸法精度
は、数μmの公差という極めて高精度のものに仕上げる
ことが出来る。なお、従来はカーボン材にガス不透過性
を付与するため、樹脂を1〜2回含浸処理していたが、
本発明では、流路の壁面全体に合成樹脂の被膜6を施す
ので、カーボン材には何の処理も施さなくとも、ガス不
透過とすることが出来る。
【0017】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、次の
ような効果を奏する。 (請求項1の発明の効果) 燃料電池用セパレータの材料コストが安くなる。一部
を合成樹脂や金属で構成しているので、その部分をカー
ボンで構成した場合に比べて安くなる。しかも、金属の
表面は合成樹脂の被膜で覆われ、ガスによる腐食が防止
されるので、腐食に弱い安価な金属材料でも使用するこ
とが出来る。 カーボン製部品の寸法精度が良くなる。従来における
カーボン製部品はサイズが大きく、構造も複雑であっ
た。しかし、本発明では、カーボン製部品は流路壁体だ
けであり、その構造は角棒状という単純なものである。
そのため、寸法精度を向上させることが出来る。
【0018】(請求項2の発明の効果)本発明の製造方
法は、金属板や流路壁体や枠体を積層固着して製造する
方法なので、カーボン材をマシニングセンター装置等に
より加工して製造していた従来の方法に比べて単純であ
り、加工コストが安くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の燃料電池用セパレータの構成を示す
【図2】 本発明の燃料電池用セパレータの製造方法を
示す図
【図3】 電極に挟まれた1つの燃料電池用セパレータ
の断面を示す図
【符号の説明】
1…金属板、2…導電性接着用樹脂、3,3B…流路壁
体、4…被覆部、5,5B…枠体、6,6B…被膜、
7,7B…流路、8…ガス入口、9…ガス出口、10,
10B…ガスケット、11,11B…電極、12,12
B…電解質膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性の金属板から成る第1の層と、該
    金属板の一方の片面に、合成樹脂製の枠体と該枠体の対
    向する両側の側壁から枠内に交互に突出するよう配置し
    たカーボン製の角棒状の流路壁体とを固着し、一方の端
    部にガス入口を有し他方の端部にガス出口を有するジグ
    ザグ状に連続する第1の凹部を形成した第2の層と、前
    記金属板の他方の片面に、合成樹脂製の枠体と該枠体の
    対向する両側の側壁から枠内に交互に突出するよう配置
    したカーボン製の角棒状の流路壁体とを固着し、一方の
    端部にガス入口を有し他方の端部にガス出口を有するジ
    グザグ状に連続する第2の凹部を形成した第3の層とを
    具え、前記第1,第2の凹部の内壁面に合成樹脂製の被
    膜を施してガスの流路としたことを特徴とする燃料電池
    用セパレータ。
  2. 【請求項2】 導電性の金属板の所定位置にカーボン製
    の流路壁体を導電性接着用樹脂により接着固定する第1
    の工程と、前記流路壁体の前記金属板に接着された側と
    は反対側の面に被覆部を形成する第2の工程と、前記金
    属板の周縁面上に合成樹脂製の枠体を配置する第3の工
    程と、前記金属板と前記流路壁体とにより形成される凹
    部、または前記金属板と前記流路壁体と前記枠体とによ
    り形成される凹部の内壁面に合成樹脂を塗布する第4の
    工程と、前記被覆部を除去する第5の工程とから成るこ
    とを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006331829A (ja) * 2005-05-26 2006-12-07 Toyota Motor Corp 燃料電池用セパレータ
KR100864653B1 (ko) * 2002-07-02 2008-10-23 엘지전자 주식회사 연료전지의 압력손실 방지구조
JP2011154909A (ja) * 2010-01-27 2011-08-11 Honda Motor Co Ltd 燃料電池スタック

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