JP2003197213A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
- Publication number
- JP2003197213A JP2003197213A JP2001396183A JP2001396183A JP2003197213A JP 2003197213 A JP2003197213 A JP 2003197213A JP 2001396183 A JP2001396183 A JP 2001396183A JP 2001396183 A JP2001396183 A JP 2001396183A JP 2003197213 A JP2003197213 A JP 2003197213A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- separator
- contact angle
- electrode structure
- water
- fuel cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8605—Porous electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
-
- Y—GENERAL 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
- 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
Abstract
(57)【要約】
【課題】 セパレータの表面性状にかかわらず、互いに
接触するセパレータの凸部と電極構造体との間に形成さ
れる隅部において水の滞留もしくは侵入が生じにくい構
成として、ガス流路の排水性を高め、その結果、発電性
能の向上が図られる燃料電池を提供する。 【解決手段】 電極構造体をセパレータで挟んだ積層体
からなる燃料電池において、セパレータ２０Ａは電極構
造体１０に接触する凸部２１を有し、この凸部２１と電
極構造体１０との接触角度を、セパレータ２０Ａの表面
に対する水の接触角度よりも小に設定する。
接触するセパレータの凸部と電極構造体との間に形成さ
れる隅部において水の滞留もしくは侵入が生じにくい構
成として、ガス流路の排水性を高め、その結果、発電性
能の向上が図られる燃料電池を提供する。 【解決手段】 電極構造体をセパレータで挟んだ積層体
からなる燃料電池において、セパレータ２０Ａは電極構
造体１０に接触する凸部２１を有し、この凸部２１と電
極構造体１０との接触角度を、セパレータ２０Ａの表面
に対する水の接触角度よりも小に設定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型等の
燃料電池に係り、特に電極構造体に接触するセパレータ
の改良に関する。
燃料電池に係り、特に電極構造体に接触するセパレータ
の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、平板状の電極
構造体（ＭＥＡ：Membrane ElectrodeAssembly）の両側
にセパレータが積層された積層体が１ユニットとされ、
複数のユニットが積層されて燃料電池スタックとして構
成される。電極構造体は、正極（カソード）および負極
（アノード）を構成する一対のガス拡散電極の間にイオ
ン交換樹脂等からなる電解質膜が挟まれた三層構造であ
る。ガス拡散電極は、電解質膜に接触する電極触媒層の
外側にガス拡散層が形成されたものである。また、セパ
レータは、電極構造体のガス拡散電極に接触するように
積層され、ガス拡散電極との間にガスを流通させるガス
流路や冷媒流路が形成されている。このような燃料電池
によると、例えば、負極側のガス拡散電極に面するガス
流路に燃料である水素ガスを流し、正極側のガス拡散電
極に面するガス流路に酸素や空気等の酸化性ガスを流す
と電気化学反応が起こり、電気が発生する。
構造体（ＭＥＡ：Membrane ElectrodeAssembly）の両側
にセパレータが積層された積層体が１ユニットとされ、
複数のユニットが積層されて燃料電池スタックとして構
成される。電極構造体は、正極（カソード）および負極
（アノード）を構成する一対のガス拡散電極の間にイオ
ン交換樹脂等からなる電解質膜が挟まれた三層構造であ
る。ガス拡散電極は、電解質膜に接触する電極触媒層の
外側にガス拡散層が形成されたものである。また、セパ
レータは、電極構造体のガス拡散電極に接触するように
積層され、ガス拡散電極との間にガスを流通させるガス
流路や冷媒流路が形成されている。このような燃料電池
によると、例えば、負極側のガス拡散電極に面するガス
流路に燃料である水素ガスを流し、正極側のガス拡散電
極に面するガス流路に酸素や空気等の酸化性ガスを流す
と電気化学反応が起こり、電気が発生する。
【０００３】上記セパレータは、負極側の水素ガスの触
媒反応により発生した電子を外部回路へ供給する一方、
外部回路からの電子を正極側に送給する機能を具備する
必要がある。そこで、セパレータには黒鉛系材料や金属
系材料からなる導電性材料が用いられている。黒鉛製の
セパレータは、黒鉛のモールド成形や切削加工等により
製造され、金属製のセパレータはステンレス鋼板等の薄
板をプレス成形することにより製造される。いずれの場
合も、例えば断面凹凸状に成形され、表裏面に形成され
た溝が上記ガス流路や冷媒流路を構成する。したがっ
て、セパレータは、形成された凸部の表面が電極構造体
（厳密にはガス拡散電極のガス拡散層）に接触させられ
る。
媒反応により発生した電子を外部回路へ供給する一方、
外部回路からの電子を正極側に送給する機能を具備する
必要がある。そこで、セパレータには黒鉛系材料や金属
系材料からなる導電性材料が用いられている。黒鉛製の
セパレータは、黒鉛のモールド成形や切削加工等により
製造され、金属製のセパレータはステンレス鋼板等の薄
板をプレス成形することにより製造される。いずれの場
合も、例えば断面凹凸状に成形され、表裏面に形成され
た溝が上記ガス流路や冷媒流路を構成する。したがっ
て、セパレータは、形成された凸部の表面が電極構造体
（厳密にはガス拡散電極のガス拡散層）に接触させられ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような燃料電池の
発電中にあっては、酸化性ガスが流される電極側（上記
では正極側）のガス流路に、酸素が水素イオンと反応す
ることによって水が生成する。この水は、セパレータの
凸部と電極構造体の拡散電極との界面に生成するもので
あるが、この水がガス流路に滞留すると拡散過電圧の上
昇を招き、特に高電流密度発電時における発電性能が低
下してしまう。このため、ガス流路においては良好な排
水性が確保されていることが望まれる。ガス流路の排水
性は、例えばセパレータの表面を鏡面に仕上げて撥水性
を持たせることにより高めることが可能である。
発電中にあっては、酸化性ガスが流される電極側（上記
では正極側）のガス流路に、酸素が水素イオンと反応す
ることによって水が生成する。この水は、セパレータの
凸部と電極構造体の拡散電極との界面に生成するもので
あるが、この水がガス流路に滞留すると拡散過電圧の上
昇を招き、特に高電流密度発電時における発電性能が低
下してしまう。このため、ガス流路においては良好な排
水性が確保されていることが望まれる。ガス流路の排水
性は、例えばセパレータの表面を鏡面に仕上げて撥水性
を持たせることにより高めることが可能である。
【０００５】ところで、金属製セパレータの中には、金
属組織中に導電性介在物を有するステンレス鋼板を材料
とし、導電性介在物を導電経路として活用するようにな
されたものが提案されている。このようなセパレータに
おいては、表面に導電性介在物を突出させる表面改質処
理を施して電極構造体との接触抵抗の低減を図ることが
行われている。この場合には、表面が比較的粗面となっ
ているので親水性が増し、その表面に対する水の接触角
度は小さいものである。その結果、セパレータの凸部と
電極構造体との界面に生成した水は、両者の間に形成さ
れる空間、すなわち隅部に滞留しやすかったり侵入しや
すかったりし、これによって排水性が劣り、上述した発
電性能の低下を招いてしまう。ちなみに、従来において
は、上記隅部の角度、すなわちセパレータの凸部と電極
構造体との接触角度は９０゜程度であり、この角度より
もセパレータ表面に対する水の接触角度が小さいことに
より、隅部に水が滞留もしくは侵入しやすかった。
属組織中に導電性介在物を有するステンレス鋼板を材料
とし、導電性介在物を導電経路として活用するようにな
されたものが提案されている。このようなセパレータに
おいては、表面に導電性介在物を突出させる表面改質処
理を施して電極構造体との接触抵抗の低減を図ることが
行われている。この場合には、表面が比較的粗面となっ
ているので親水性が増し、その表面に対する水の接触角
度は小さいものである。その結果、セパレータの凸部と
電極構造体との界面に生成した水は、両者の間に形成さ
れる空間、すなわち隅部に滞留しやすかったり侵入しや
すかったりし、これによって排水性が劣り、上述した発
電性能の低下を招いてしまう。ちなみに、従来において
は、上記隅部の角度、すなわちセパレータの凸部と電極
構造体との接触角度は９０゜程度であり、この角度より
もセパレータ表面に対する水の接触角度が小さいことに
より、隅部に水が滞留もしくは侵入しやすかった。
【０００６】よって本発明は、セパレータの表面性状
（親水性か疎水性か）にかかわらず、互いに接触するセ
パレータの凸部と電極構造体との間に形成される隅部に
おいて水の滞留もしくは侵入が生じにくい構成として、
ガス流路の排水性を高め、その結果、発電性能の向上が
図られる燃料電池を提供することを目的としている。
（親水性か疎水性か）にかかわらず、互いに接触するセ
パレータの凸部と電極構造体との間に形成される隅部に
おいて水の滞留もしくは侵入が生じにくい構成として、
ガス流路の排水性を高め、その結果、発電性能の向上が
図られる燃料電池を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、電極構造体を
セパレータで挟んだ積層体からなる燃料電池において、
セパレータは電極構造体に接触する凸部を有し、この凸
部と電極構造体との接触角度が、セパレータ表面に対す
る水の接触角度よりも小に設定されていることを特徴と
している。
セパレータで挟んだ積層体からなる燃料電池において、
セパレータは電極構造体に接触する凸部を有し、この凸
部と電極構造体との接触角度が、セパレータ表面に対す
る水の接触角度よりも小に設定されていることを特徴と
している。
【０００８】本発明は、ある材質によってくさび状の隙
間が形成され、その隙間に水滴が侵入する状況を想定し
た場合、隙間の角度が、材質に対する水の接触角度より
も小さいときには水は隙間の奥まで侵入不可能である原
理を利用したものである。本発明では、互いに接触する
セパレータの凸部と電極構造体との接触角度、すなわち
両者の間に形成される隅部（上記の隙間に相当する）の
角度が、セパレータ表面に対する水の接触角度よりも小
さく、したがって、その隅部の奥まで水は侵入すること
ができない。ここで、燃料電池にあっては、セパレータ
の凸部と電極構造体との界面、つまり隅部の最も奥にお
いて水が生成するので、その水は界面から速やかに、か
つ強制的に離脱させられる。その水には、新たに生成し
た水が連続的に合流して体積が徐々に増すので、水は隅
部から押し出される作用を受け、結局は隅部から排水さ
れる。
間が形成され、その隙間に水滴が侵入する状況を想定し
た場合、隙間の角度が、材質に対する水の接触角度より
も小さいときには水は隙間の奥まで侵入不可能である原
理を利用したものである。本発明では、互いに接触する
セパレータの凸部と電極構造体との接触角度、すなわち
両者の間に形成される隅部（上記の隙間に相当する）の
角度が、セパレータ表面に対する水の接触角度よりも小
さく、したがって、その隅部の奥まで水は侵入すること
ができない。ここで、燃料電池にあっては、セパレータ
の凸部と電極構造体との界面、つまり隅部の最も奥にお
いて水が生成するので、その水は界面から速やかに、か
つ強制的に離脱させられる。その水には、新たに生成し
た水が連続的に合流して体積が徐々に増すので、水は隅
部から押し出される作用を受け、結局は隅部から排水さ
れる。
【０００９】図１（ａ）は本発明の原理を模式的に示し
ており、電極構造体１０に接触するセパレータ２０Ａの
凸部２１の先端は、角部が切り欠かれていることによ
り、凸部２１と電極構造体１０との接触角度が、セパレ
ータ２０Ａの表面に対する水Ｗの接触角度よりも小さく
設定されている。電極構造体１０とセパレータ２０Ａと
の界面で生成した水Ｗは、両者の間に形成される隅部３
０内で成長するにつれ、やがて隅部３０から排水されて
いく。一方、図１（ｂ）は本発明が適用されていないセ
パレータ２０Ｂの凸部２１および電極構造体１０を示し
ており、水Ｗは隅部に滞留している。
ており、電極構造体１０に接触するセパレータ２０Ａの
凸部２１の先端は、角部が切り欠かれていることによ
り、凸部２１と電極構造体１０との接触角度が、セパレ
ータ２０Ａの表面に対する水Ｗの接触角度よりも小さく
設定されている。電極構造体１０とセパレータ２０Ａと
の界面で生成した水Ｗは、両者の間に形成される隅部３
０内で成長するにつれ、やがて隅部３０から排水されて
いく。一方、図１（ｂ）は本発明が適用されていないセ
パレータ２０Ｂの凸部２１および電極構造体１０を示し
ており、水Ｗは隅部に滞留している。
【００１０】図２は、本発明におけるセパレータの凸部
と電極構造体との接触角度の概念を示している。同図に
示すように、セパレータ２０Ａを電極構造体１０に積層
して燃料電池スタックを構成した場合、セパレータ２０
Ａの凸部２１は、組み付け圧によって電極構造体１０の
拡散電極１０Ａに若干埋まった状態になる。そこで、こ
の状態での電極構造体１０に対する凸部２１の接触角度
θは、拡散電極１０Ａの表面と、その表面に交差する凸
部２１の角Ｒの接線との交差角度となる。接触角度θ
は、次式で求めることができる。 ｃｏｓθ＝（Ｒ−０．０１Ａ×Ｂ×０．５）／Ｒ Ａ（％） ：電極構造体の圧縮率 Ｂ（ｍｍ）：電極構造体の組み付け前の初期厚さ Ｒ（ｍｍ）：セパレータの角Ｒ
と電極構造体との接触角度の概念を示している。同図に
示すように、セパレータ２０Ａを電極構造体１０に積層
して燃料電池スタックを構成した場合、セパレータ２０
Ａの凸部２１は、組み付け圧によって電極構造体１０の
拡散電極１０Ａに若干埋まった状態になる。そこで、こ
の状態での電極構造体１０に対する凸部２１の接触角度
θは、拡散電極１０Ａの表面と、その表面に交差する凸
部２１の角Ｒの接線との交差角度となる。接触角度θ
は、次式で求めることができる。 ｃｏｓθ＝（Ｒ−０．０１Ａ×Ｂ×０．５）／Ｒ Ａ（％） ：電極構造体の圧縮率 Ｂ（ｍｍ）：電極構造体の組み付け前の初期厚さ Ｒ（ｍｍ）：セパレータの角Ｒ
【００１１】本発明におけるセパレータの凸部と電極構
造体との接触角度は、セパレータ表面に対する水の接触
角度に応じて適宜に設定されるが、上記効果が確実に奏
される観点から３０゜以内が特に有効である。
造体との接触角度は、セパレータ表面に対する水の接触
角度に応じて適宜に設定されるが、上記効果が確実に奏
される観点から３０゜以内が特に有効である。
【００１２】また、本発明のセパレータは、ステンレス
鋼板等の金属製であって、表面から導電性介在物が突出
しているセパレータに好適である。このセパレータは、
上述の如く接触抵抗の低減のために表面から導電性介在
物が突出しており、したがって、その表面は比較的粗面
で水の接触角度が小さい。しかしながら、凸部と電極構
造体との接触角度を、表面に対する水の接触角度よりも
小さく設定することにより、接触抵抗の低減と良好な排
水性の両立が図られ、結果として発電性能の大幅な向上
が図られる。
鋼板等の金属製であって、表面から導電性介在物が突出
しているセパレータに好適である。このセパレータは、
上述の如く接触抵抗の低減のために表面から導電性介在
物が突出しており、したがって、その表面は比較的粗面
で水の接触角度が小さい。しかしながら、凸部と電極構
造体との接触角度を、表面に対する水の接触角度よりも
小さく設定することにより、接触抵抗の低減と良好な排
水性の両立が図られ、結果として発電性能の大幅な向上
が図られる。
【００１３】上記金属製セパレータの材質としては、例
えば次の成分を有するステンレス鋼板が好適である。す
なわち、Ｃ：０．１５ｗｔ％以下、Ｓｉ：０．０１〜
１．５ｗｔ％、Ｍｎ：０．０１〜２．５ｗｔ％、Ｐ：
０．０３５ｗｔ％以下、Ｓ：０．０１ｗｔ％以下、Ａ
ｌ：０．００１〜０．２ｗｔ％、Ｎ：０．３ｗｔ％以
下、Ｃｕ：０〜３ｗｔ％、Ｎｉ：７〜５０ｗｔ％、Ｃ
ｒ：１７〜３０ｗｔ％、Ｍｏ：０〜７ｗｔ％、残部がＦ
ｅ，Ｂおよび不可避的不純物であり、かつ、Ｃｒ，Ｍｏ
およびＢが次式を満足している。 Ｃｒ（ｗｔ％）＋３×Ｍｏ（ｗｔ％）−２．５×Ｂ（ｗ
ｔ％）≧１７ このステンレス鋼板によれば、Ｂが、Ｍ２ＢおよびＭＢ
型の硼化物、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６型の硼化物として表面
に析出し、これら硼化物が、セパレータの表面に導電経
路を形成する導電性介在物である。
えば次の成分を有するステンレス鋼板が好適である。す
なわち、Ｃ：０．１５ｗｔ％以下、Ｓｉ：０．０１〜
１．５ｗｔ％、Ｍｎ：０．０１〜２．５ｗｔ％、Ｐ：
０．０３５ｗｔ％以下、Ｓ：０．０１ｗｔ％以下、Ａ
ｌ：０．００１〜０．２ｗｔ％、Ｎ：０．３ｗｔ％以
下、Ｃｕ：０〜３ｗｔ％、Ｎｉ：７〜５０ｗｔ％、Ｃ
ｒ：１７〜３０ｗｔ％、Ｍｏ：０〜７ｗｔ％、残部がＦ
ｅ，Ｂおよび不可避的不純物であり、かつ、Ｃｒ，Ｍｏ
およびＢが次式を満足している。 Ｃｒ（ｗｔ％）＋３×Ｍｏ（ｗｔ％）−２．５×Ｂ（ｗ
ｔ％）≧１７ このステンレス鋼板によれば、Ｂが、Ｍ２ＢおよびＭＢ
型の硼化物、Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６型の硼化物として表面
に析出し、これら硼化物が、セパレータの表面に導電経
路を形成する導電性介在物である。
【００１４】
【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。
（１）セパレータの製造
・グループＡ：第１の表面改質法（水の接触角度：６３
゜） 表１に示す成分を有する厚さ０．２ｍｍのオーステナイ
ト系ステンレス鋼板をプレス成形して、電極構造体に対
する凸部の接触角度が異なる１０種類（１５゜、２０
゜、３０゜、４０゜、４５゜、５０゜、６０゜、７０
゜、８０゜、９０゜）のセパレータ素材板を得た。この
セパレータ素材板は９２ｍｍ×９２ｍｍの正方形状で、
中央に断面凹凸状の集電部を有し、この集電部の複数の
凸部が電極構造体に接触する。なお、材料のステンレス
鋼板においては、Ｂが、Ｍ２ＢおよびＭＢ型の硼化物、
Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６型の硼化物として金属組織中に析出
しており、これら硼化物が、導電経路を形成する導電性
介在物である。次に、これらセパレータ素材板の表面に
第１の表面改質法を施して表面に導電性介在物を突出さ
せ、グループＡのセパレータを得た。第１の表面改質法
は、平均粒径５０μｍのアルミナ粒子を砥粒としたサン
ドブラストであり、この砥粒を、セパレータ素材板の両
面に２ｋｇ／ｃｍ２の圧力で吹き付けた。なお、吹き付
け時間は、片面あたり２０秒間とした。このセパレータ
の表面に対する水の接触角度を測定したところ、６３゜
であった。また、セパレータの表面の面粗度（Ｒａ）を
測定したところ、Ｒａ＝１μｍであった。
゜） 表１に示す成分を有する厚さ０．２ｍｍのオーステナイ
ト系ステンレス鋼板をプレス成形して、電極構造体に対
する凸部の接触角度が異なる１０種類（１５゜、２０
゜、３０゜、４０゜、４５゜、５０゜、６０゜、７０
゜、８０゜、９０゜）のセパレータ素材板を得た。この
セパレータ素材板は９２ｍｍ×９２ｍｍの正方形状で、
中央に断面凹凸状の集電部を有し、この集電部の複数の
凸部が電極構造体に接触する。なお、材料のステンレス
鋼板においては、Ｂが、Ｍ２ＢおよびＭＢ型の硼化物、
Ｍ２３（Ｃ，Ｂ）６型の硼化物として金属組織中に析出
しており、これら硼化物が、導電経路を形成する導電性
介在物である。次に、これらセパレータ素材板の表面に
第１の表面改質法を施して表面に導電性介在物を突出さ
せ、グループＡのセパレータを得た。第１の表面改質法
は、平均粒径５０μｍのアルミナ粒子を砥粒としたサン
ドブラストであり、この砥粒を、セパレータ素材板の両
面に２ｋｇ／ｃｍ２の圧力で吹き付けた。なお、吹き付
け時間は、片面あたり２０秒間とした。このセパレータ
の表面に対する水の接触角度を測定したところ、６３゜
であった。また、セパレータの表面の面粗度（Ｒａ）を
測定したところ、Ｒａ＝１μｍであった。
【００１５】
【表１】
【００１６】・グループＢ：第２の表面改質法（水の接
触角度：４９゜） セパレータ素材板の表面に施す表面改質法として第２の
表面改質法を採用した以外は、上記グループＡと同様に
して１０種類のセパレータを得た。第２の表面改質法
は、平均粒径１８０μｍのアルミナ粒子を砥粒としたサ
ンドブラストであり、この砥粒を２ｋｇ／ｃｍ２の圧力
で片面あたり２０秒間で両面に吹き付けた。このセパレ
ータの表面に対する水の接触角度を測定したところ、４
９゜であった。また、セパレータの表面の面粗度（Ｒ
ａ）を測定したところ、Ｒａ＝３μｍであった。
触角度：４９゜） セパレータ素材板の表面に施す表面改質法として第２の
表面改質法を採用した以外は、上記グループＡと同様に
して１０種類のセパレータを得た。第２の表面改質法
は、平均粒径１８０μｍのアルミナ粒子を砥粒としたサ
ンドブラストであり、この砥粒を２ｋｇ／ｃｍ２の圧力
で片面あたり２０秒間で両面に吹き付けた。このセパレ
ータの表面に対する水の接触角度を測定したところ、４
９゜であった。また、セパレータの表面の面粗度（Ｒ
ａ）を測定したところ、Ｒａ＝３μｍであった。
【００１７】・グループＣ：第３の表面改質法（水の接
触角度：３２゜） セパレータ素材板の表面に施す表面改質法として第３の
表面改質法を採用した以外は、上記グループＡと同様に
して１０種類のセパレータを得た。第３の表面改質法
は、平均粒径６００μｍのアルミナ粒子を砥粒としたサ
ンドブラストであり、この砥粒を２ｋｇ／ｃｍ２の圧力
で片面あたり２０秒間で両面に吹き付けた。このセパレ
ータの表面に対する水の接触角度を測定したところ、３
２゜であった。また、セパレータの表面の面粗度（Ｒ
ａ）を測定したところ、Ｒａ＝１０μｍであった。
触角度：３２゜） セパレータ素材板の表面に施す表面改質法として第３の
表面改質法を採用した以外は、上記グループＡと同様に
して１０種類のセパレータを得た。第３の表面改質法
は、平均粒径６００μｍのアルミナ粒子を砥粒としたサ
ンドブラストであり、この砥粒を２ｋｇ／ｃｍ２の圧力
で片面あたり２０秒間で両面に吹き付けた。このセパレ
ータの表面に対する水の接触角度を測定したところ、３
２゜であった。また、セパレータの表面の面粗度（Ｒ
ａ）を測定したところ、Ｒａ＝１０μｍであった。
【００１８】・グループＤ：鏡面仕上げ（水の接触角
度：８０゜） セパレータ素材板の表面を鏡面仕上げする以外は、上記
グループＡと同様にして１０種類のセパレータを得た。
鏡面仕上げは電解研磨によるもので、５０℃のりん酸系
電解研磨液（ジャスコ社製：６Ｃ ０１６）を用い、電
流密度０．１２５Ａ／ｃｍ２、研磨時間１０分間の条件
で行った。このセパレータの表面に対する水の接触角度
を測定したところ、８０゜であった。また、セパレータ
の表面の面粗度（Ｒａ）を測定したところ、Ｒａ＝０．
２μｍであった。
度：８０゜） セパレータ素材板の表面を鏡面仕上げする以外は、上記
グループＡと同様にして１０種類のセパレータを得た。
鏡面仕上げは電解研磨によるもので、５０℃のりん酸系
電解研磨液（ジャスコ社製：６Ｃ ０１６）を用い、電
流密度０．１２５Ａ／ｃｍ２、研磨時間１０分間の条件
で行った。このセパレータの表面に対する水の接触角度
を測定したところ、８０゜であった。また、セパレータ
の表面の面粗度（Ｒａ）を測定したところ、Ｒａ＝０．
２μｍであった。
【００１９】上記グループＡ〜Ｄのセパレータにつき、
面粗度（Ｒａ）と、表面に対する水の接触角度を調べ
た。面粗度は、触針式面粗度測定装置（ＭＩＴＵＴＯＹ
Ｏ社製：Ｓｕｒｆｔｅｓｔ ＳＪ２０１Ｐ）を用い、測
定長さ２．５ｍｍの条件で測定した。また、水の接触角
度は、画像処理式接触角計（協和界面科学社製：ＣＡ−
Ｘ）を用いて液滴法（液滴を固体サンプルに付着させ、
それを横から観察する方法）により測定した。図３に、
グループＡ〜Ｄのセパレータの面粗度（Ｒａ）と、これ
らセパレータの表面に対する水の接触角度の関係を示
す。
面粗度（Ｒａ）と、表面に対する水の接触角度を調べ
た。面粗度は、触針式面粗度測定装置（ＭＩＴＵＴＯＹ
Ｏ社製：Ｓｕｒｆｔｅｓｔ ＳＪ２０１Ｐ）を用い、測
定長さ２．５ｍｍの条件で測定した。また、水の接触角
度は、画像処理式接触角計（協和界面科学社製：ＣＡ−
Ｘ）を用いて液滴法（液滴を固体サンプルに付着させ、
それを横から観察する方法）により測定した。図３に、
グループＡ〜Ｄのセパレータの面粗度（Ｒａ）と、これ
らセパレータの表面に対する水の接触角度の関係を示
す。
【００２０】（２）発電電圧の測定
ａ．次に、電極構造体の両側にセパレータを積層した１
つの燃料電池ユニットを、上記グループＡ〜Ｄの各セパ
レータごとに作成し、これらユニットを発電させて、電
流密度が比較的高い１．２Ａ／ｃｍ２時の発電電圧を測
定した。図４〜図７は、凸部の接触角度と発電電圧との
関係を各グループごとにまとめたグラフである。
つの燃料電池ユニットを、上記グループＡ〜Ｄの各セパ
レータごとに作成し、これらユニットを発電させて、電
流密度が比較的高い１．２Ａ／ｃｍ２時の発電電圧を測
定した。図４〜図７は、凸部の接触角度と発電電圧との
関係を各グループごとにまとめたグラフである。
【００２１】ｂ．グループＣのセパレータのうち、凸部
の接触角度が３０゜のものと９０゜のものを選び、これ
らのセパレータを用いた燃料電池ユニットの電流密度と
端子電圧との関係を調べた。その結果を図８に示す。
の接触角度が３０゜のものと９０゜のものを選び、これ
らのセパレータを用いた燃料電池ユニットの電流密度と
端子電圧との関係を調べた。その結果を図８に示す。
【００２２】図４〜図７で明らかなように、セパレータ
の表面に対する水の接触角度よりもセパレータの凸部と
電極構造体との接触角度が小さい場合に、発電性能が著
しく高くなっていることが判り、本発明の効果が実証さ
れた。また、図８で明らかなように、電流密度が１．０
Ａ／ｃｍ２を超えて高くなった場合に、セパレータの凸
部の接触角度が水の接触角度よりも大きいと端子電圧の
低下が著しいが、本発明のようにセパレータの凸部の接
触角度が水の接触角度よりも小さいと、端子電圧の低下
の度合いが比較的抑えられることが認められた。
の表面に対する水の接触角度よりもセパレータの凸部と
電極構造体との接触角度が小さい場合に、発電性能が著
しく高くなっていることが判り、本発明の効果が実証さ
れた。また、図８で明らかなように、電流密度が１．０
Ａ／ｃｍ２を超えて高くなった場合に、セパレータの凸
部の接触角度が水の接触角度よりも大きいと端子電圧の
低下が著しいが、本発明のようにセパレータの凸部の接
触角度が水の接触角度よりも小さいと、端子電圧の低下
の度合いが比較的抑えられることが認められた。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電極構造体に接触するセパレータの凸部と電極構造体と
の接触角度を、セパレータ表面に対する水の接触角度よ
りも小に設定したので、セパレータの表面性状にかかわ
らずガス流路の排水性が高まり、もって発電性能の向上
が図られるといった効果を奏する。
電極構造体に接触するセパレータの凸部と電極構造体と
の接触角度を、セパレータ表面に対する水の接触角度よ
りも小に設定したので、セパレータの表面性状にかかわ
らずガス流路の排水性が高まり、もって発電性能の向上
が図られるといった効果を奏する。
【図１】 （ａ）は本発明の原理を模式的に示す図、
（ｂ）は従来の課題を模式的に示す図である。
（ｂ）は従来の課題を模式的に示す図である。
【図２】 本発明の構成を示す断面図である。
【図３】 実施例で製造したセパレータの面粗度と凸部
の接触角度との関係を示すグラフである。
の接触角度との関係を示すグラフである。
【図４】 実施例のグループＡの各セパレータにおける
凸部の接触角度と発電電圧との関係を示すグラフであ
る。
凸部の接触角度と発電電圧との関係を示すグラフであ
る。
【図５】 実施例のグループＢの各セパレータにおける
凸部の接触角度と発電電圧との関係を示すグラフであ
る。
凸部の接触角度と発電電圧との関係を示すグラフであ
る。
【図６】 実施例のグループＣの各セパレータにおける
凸部の接触角度と発電電圧との関係を示すグラフであ
る。
凸部の接触角度と発電電圧との関係を示すグラフであ
る。
【図７】 実施例のグループＤの各セパレータにおける
凸部の接触角度と発電電圧との関係を示すグラフであ
る。
凸部の接触角度と発電電圧との関係を示すグラフであ
る。
【図８】 実施例のグループＣのセパレータのうちの凸
部の接触角度が３０゜のものと９０゜のものを用いた燃
料電池ユニットの電流密度と端子電圧との関係を示すグ
ラフである。
部の接触角度が３０゜のものと９０゜のものを用いた燃
料電池ユニットの電流密度と端子電圧との関係を示すグ
ラフである。
１０…電極構造体
２０Ａ…セパレータ
２１…凸部
３０…隅部
Ｗ…水
フロントページの続き
(72)発明者 宇都宮 政男
埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会
社本田技術研究所内
Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 EE02 HH00
Claims (3)
- 【請求項１】 電極構造体をセパレータで挟んだ積層体
からなる燃料電池において、前記セパレータは前記電極
構造体に接触する凸部を有し、この凸部と電極構造体と
の接触角度が、セパレータ表面に対する水の接触角度よ
りも小に設定されていることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 前記凸部と前記電極構造体との接触角度
が３０゜以内であることを特徴とする請求項１に記載の
燃料電池。 - 【請求項３】 前記セパレータは金属製であって、表面
から導電性介在物が突出していることを特徴とする請求
項１または２に記載の燃料電池。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001396183A JP4068344B2 (ja) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | 燃料電池およびその製造方法 |
| DE10297620T DE10297620B4 (de) | 2001-12-27 | 2002-10-23 | Brennstoffzelle |
| CA002462189A CA2462189A1 (en) | 2001-12-27 | 2002-10-23 | Fuel cell with improved water draining capability |
| PCT/JP2002/011008 WO2003061043A1 (fr) | 2001-12-27 | 2002-10-23 | Pile a combustible |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001396183A JP4068344B2 (ja) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | 燃料電池およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003197213A true JP2003197213A (ja) | 2003-07-11 |
| JP4068344B2 JP4068344B2 (ja) | 2008-03-26 |
Family
ID=19189068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001396183A Expired - Fee Related JP4068344B2 (ja) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | 燃料電池およびその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4068344B2 (ja) |
| CA (1) | CA2462189A1 (ja) |
| DE (1) | DE10297620B4 (ja) |
| WO (1) | WO2003061043A1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005302713A (ja) * | 2004-03-18 | 2005-10-27 | Jfe Steel Kk | 通電部材用金属材料，それを用いた燃料電池用セパレータおよびその燃料電池 |
| JP2008535160A (ja) * | 2005-03-24 | 2008-08-28 | ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・インコーポレーテッド | 燃料電池双極板用の金属酸化物系親水性被覆 |
| JP2010113906A (ja) * | 2008-11-05 | 2010-05-20 | Nissan Motor Co Ltd | 膜電極接合体、セパレータ及び燃料電池 |
| JP2019083180A (ja) * | 2017-11-01 | 2019-05-30 | 日本特殊陶業株式会社 | 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6030067B2 (ja) * | 1980-03-31 | 1985-07-13 | 株式会社東芝 | 燃料電池 |
| JPH0696781A (ja) * | 1992-09-11 | 1994-04-08 | Fuji Electric Co Ltd | 固体高分子電解質型燃料電池 |
| JPH0696777A (ja) * | 1992-09-16 | 1994-04-08 | Fuji Electric Co Ltd | 固体高分子電解質型燃料電池 |
| JPH09161827A (ja) * | 1995-12-11 | 1997-06-20 | Fuji Electric Co Ltd | 固体高分子電解質型燃料電池 |
| JP3741805B2 (ja) * | 1996-12-03 | 2006-02-01 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
| JP2001032056A (ja) * | 1999-07-22 | 2001-02-06 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 通電部品用ステンレス鋼および固体高分子型燃料電池 |
| JP3365385B2 (ja) * | 2000-01-31 | 2003-01-08 | 住友金属工業株式会社 | 固体高分子型燃料電池のセパレータ用ステンレス鋼材の製造方法 |
-
2001
- 2001-12-27 JP JP2001396183A patent/JP4068344B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-10-23 DE DE10297620T patent/DE10297620B4/de not_active Expired - Fee Related
- 2002-10-23 WO PCT/JP2002/011008 patent/WO2003061043A1/ja active Application Filing
- 2002-10-23 CA CA002462189A patent/CA2462189A1/en not_active Abandoned
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005302713A (ja) * | 2004-03-18 | 2005-10-27 | Jfe Steel Kk | 通電部材用金属材料，それを用いた燃料電池用セパレータおよびその燃料電池 |
| JP2008535160A (ja) * | 2005-03-24 | 2008-08-28 | ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・インコーポレーテッド | 燃料電池双極板用の金属酸化物系親水性被覆 |
| JP2010113906A (ja) * | 2008-11-05 | 2010-05-20 | Nissan Motor Co Ltd | 膜電極接合体、セパレータ及び燃料電池 |
| JP2019083180A (ja) * | 2017-11-01 | 2019-05-30 | 日本特殊陶業株式会社 | 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4068344B2 (ja) | 2008-03-26 |
| CA2462189A1 (en) | 2003-07-24 |
| DE10297620T5 (de) | 2005-02-10 |
| WO2003061043A1 (fr) | 2003-07-24 |
| DE10297620B4 (de) | 2012-06-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7214440B2 (en) | Metallic separator for fuel cell and production method for the same | |
| CN107342429B (zh) | 燃料电池 | |
| WO2003079477A1 (fr) | Pile a combustible du type a cellule de polyelctrolyte solide | |
| JP4585737B2 (ja) | 燃料電池 | |
| EP4060762A3 (en) | Electrochemical apparatus and electronic apparatus | |
| JP2009181936A (ja) | 燃料電池用セパレータと燃料電池 | |
| US20030162077A1 (en) | Fuel cell metallic separator and method for manufacturing same | |
| KR20170003640A (ko) | 고체 고분자형 연료 전지의 세퍼레이터용 티타늄재, 이것을 사용한 세퍼레이터 및 이것을 구비한 고체 고분자형 연료 전지 | |
| KR20140020918A (ko) | 성능이 강화된 양성자교환막 연료전지 | |
| US20050014053A1 (en) | Fuel cell | |
| JP2003197213A (ja) | 燃料電池 | |
| JP4041308B2 (ja) | 燃料電池用セパレータ | |
| JP3917442B2 (ja) | 燃料電池用金属製セパレータおよびその製造方法 | |
| JP4821111B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP4561239B2 (ja) | 燃料電池セパレータおよびそれを用いた燃料電池 | |
| US20200251749A1 (en) | Separator for fuel cell | |
| JP3967118B2 (ja) | 燃料電池用金属製セパレータの製造方法 | |
| JP3913053B2 (ja) | 燃料電池用金属製セパレータの製造方法 | |
| CA2469805C (en) | Metal separator for fuel cell and its production method | |
| JP2005222764A (ja) | 燃料電池 | |
| JPH0633284A (ja) | 水電解セル | |
| JP4183428B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP3816377B2 (ja) | 燃料電池用金属製セパレータの製造方法 | |
| JP2021051856A (ja) | 防錆プレート | |
| JP3971267B2 (ja) | 燃料電池用金属製セパレータ用素材板およびそれを使用した燃料電池用金属製セパレータ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070517 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070717 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070913 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071108 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071210 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080110 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110118 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110118 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120118 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120118 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130118 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130118 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140118 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |