JP2003197223A - 小型燃料電池用多孔性ガス分配板、及びこれを含んで製造された小型燃料電池用分離板 - Google Patents
小型燃料電池用多孔性ガス分配板、及びこれを含んで製造された小型燃料電池用分離板Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＭＥＡと分離板の接触を向上させて燃料電池
の性能を向上させる上で、適切な物理的強度を保持しな
がら薄板化が可能になり、かつ加工費が安価で取扱いが
容易な小型燃料電池用ガス分配板及びこれを用いた小型
燃料電池用金属分離板を提供する。 【解決手段】 小型燃料電池用多孔性ガス分配板は、エ
ッチング加工法により、直径２ｍｍ以下の金属板を貫通
する孔が多数個形成された多孔性ガス分配板であって、
金属板の一面は平らたくて、裏面にのみ深さ０．６ｍｍ
以下、幅２ｍｍ以下の微細なガスみぞが２ｍｍ以下の一
定の間隔を置いて形成されたことを特徴とする。小型燃
料電池用分離板は、前記ガス分配板を、ガスみぞが形成
されたガス分配板の面と金属薄板がそれぞれ接するよう
に、厚さ０．６ｍｍ以下である金属薄板に配置した後、
ガスが流出されないように、これらのガス分配板及び金
属薄板を互いに結合させ製造される。
の性能を向上させる上で、適切な物理的強度を保持しな
がら薄板化が可能になり、かつ加工費が安価で取扱いが
容易な小型燃料電池用ガス分配板及びこれを用いた小型
燃料電池用金属分離板を提供する。 【解決手段】 小型燃料電池用多孔性ガス分配板は、エ
ッチング加工法により、直径２ｍｍ以下の金属板を貫通
する孔が多数個形成された多孔性ガス分配板であって、
金属板の一面は平らたくて、裏面にのみ深さ０．６ｍｍ
以下、幅２ｍｍ以下の微細なガスみぞが２ｍｍ以下の一
定の間隔を置いて形成されたことを特徴とする。小型燃
料電池用分離板は、前記ガス分配板を、ガスみぞが形成
されたガス分配板の面と金属薄板がそれぞれ接するよう
に、厚さ０．６ｍｍ以下である金属薄板に配置した後、
ガスが流出されないように、これらのガス分配板及び金
属薄板を互いに結合させ製造される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、小型燃料電池（co
mpact fuel cell）に用いられるガス分配板（Gas-distr
ibuting plate）及びこれを用いた分離板（separator p
late）に係り、さらに詳細には、ステンレス鋼等、金属
を母材にしてガスの流通路がエッチングされた小型燃料
電池用多孔性ガス分配板及びこれを含んで製造された小
型燃料電池用分離板に関する。
mpact fuel cell）に用いられるガス分配板（Gas-distr
ibuting plate）及びこれを用いた分離板（separator p
late）に係り、さらに詳細には、ステンレス鋼等、金属
を母材にしてガスの流通路がエッチングされた小型燃料
電池用多孔性ガス分配板及びこれを含んで製造された小
型燃料電池用分離板に関する。
【０００２】
【従来の技術】小型燃料電池は、無公害電源として、携
帯電話、無線機、ノートブック型コンピュータ及びその
他バッテリーを用いる小型携帯用電子機器において、随
時充電が必要なバッテリーを代替するか、あるいは野外
でバッテリーを充電して使用する際に有用であるので、
全世界的に多くの研究開発が盛んに進められている。即
ち、小型燃料電池であるは燃料で水素またはメタノール
を使用出来るし、燃料が供給されると、即時、電力を発
生させるだけでなく、燃料が供給される限り、電力をず
っと発生させることが出来るので長時間充電が要求され
るバッテリーを代替するか、あるいは別途の電源のない
所でも既存のバッテリーを充電させることが出来る。特
に、水素は携帯可能の燃料であるＬＰＧ，ガソリン、デ
ィーゼル等の燃料を小型改質器を介して得ることが出来
るので、一般燃料を用いる携帯用燃料電池を構成するこ
とが可能である。
帯電話、無線機、ノートブック型コンピュータ及びその
他バッテリーを用いる小型携帯用電子機器において、随
時充電が必要なバッテリーを代替するか、あるいは野外
でバッテリーを充電して使用する際に有用であるので、
全世界的に多くの研究開発が盛んに進められている。即
ち、小型燃料電池であるは燃料で水素またはメタノール
を使用出来るし、燃料が供給されると、即時、電力を発
生させるだけでなく、燃料が供給される限り、電力をず
っと発生させることが出来るので長時間充電が要求され
るバッテリーを代替するか、あるいは別途の電源のない
所でも既存のバッテリーを充電させることが出来る。特
に、水素は携帯可能の燃料であるＬＰＧ，ガソリン、デ
ィーゼル等の燃料を小型改質器を介して得ることが出来
るので、一般燃料を用いる携帯用燃料電池を構成するこ
とが可能である。
【０００３】今までに開発された小型携帯用燃料電池
は、大部分高分子電解質膜、または固体酸化物膜等、固
体電解質を用いており、一部アルカリ水溶液や溶融炭酸
塩等、液体電解質を用いる場合がある。本発明で開示す
る分離板は固体及び液体電解質を用いる全ての小型燃料
電池に使用することが出来る。特に、本発明による小型
燃料電池用多孔性ガス分配板及びこれを用いた分離板
は、低温でも運転が可能であり、出力密度が高く、かつ
電池構成が比較的簡単な長所があるので、近年研究が活
発に進められている高分子電解質燃料電池に有用に適用
することが可能である。
は、大部分高分子電解質膜、または固体酸化物膜等、固
体電解質を用いており、一部アルカリ水溶液や溶融炭酸
塩等、液体電解質を用いる場合がある。本発明で開示す
る分離板は固体及び液体電解質を用いる全ての小型燃料
電池に使用することが出来る。特に、本発明による小型
燃料電池用多孔性ガス分配板及びこれを用いた分離板
は、低温でも運転が可能であり、出力密度が高く、かつ
電池構成が比較的簡単な長所があるので、近年研究が活
発に進められている高分子電解質燃料電池に有用に適用
することが可能である。
【０００４】高分子電解質燃料電池は、基本的に高分子
電解質膜と膜の両面にコーティングされた燃料極層（an
ode layer）及び空気極層（cathode layer）、並びに、
これらの電極に燃料及び空気を供給する分離板によって
構成される。電極層がコーティングされた電解質膜を電
極−電解質−アセンブリ（membrance-electrode assemb
ly：以下、ＭＥＡと略記する）と称し、ＭＥＡの燃料極
においては、水素またはメタノールが水素イオンに転換
され、燃料極から生成された水素イオンは電解質膜を通
して空気極の方に移動され、空気極に供給される空気の
うちの酸素と反応して水を生成する。この過程におい
て、燃料極から生成された電子が外部回路を通して空気
極に伝達されて消耗されることにより、電力が発生す
る。即ち、高分子電解質燃料電池は、水素と酸素の化学
的エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる役割を
して、室温でも作動が可能であるため携帯用燃料電池と
して好適である。
電解質膜と膜の両面にコーティングされた燃料極層（an
ode layer）及び空気極層（cathode layer）、並びに、
これらの電極に燃料及び空気を供給する分離板によって
構成される。電極層がコーティングされた電解質膜を電
極−電解質−アセンブリ（membrance-electrode assemb
ly：以下、ＭＥＡと略記する）と称し、ＭＥＡの燃料極
においては、水素またはメタノールが水素イオンに転換
され、燃料極から生成された水素イオンは電解質膜を通
して空気極の方に移動され、空気極に供給される空気の
うちの酸素と反応して水を生成する。この過程におい
て、燃料極から生成された電子が外部回路を通して空気
極に伝達されて消耗されることにより、電力が発生す
る。即ち、高分子電解質燃料電池は、水素と酸素の化学
的エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる役割を
して、室温でも作動が可能であるため携帯用燃料電池と
して好適である。
【０００５】実際に使用される高分子電解質燃料電池は
数枚のＭＥＡと分離板とを互いに順次に積層することに
よって構成される。この際、分離板は積層されたそれぞ
れのＭＥＡに水素と空気が均一に供給されるようにし、
電気的にはＭＥＡを直列に連結する役割をする。
数枚のＭＥＡと分離板とを互いに順次に積層することに
よって構成される。この際、分離板は積層されたそれぞ
れのＭＥＡに水素と空気が均一に供給されるようにし、
電気的にはＭＥＡを直列に連結する役割をする。
【０００６】現在、高分子電解質燃料電池用分離板材料
としては電気伝導度、重さ、腐食等を考慮して黒鉛（gr
aphite）が一番多く用いられている。即ち、黒鉛粉末を
高温、高圧で板型に成型した後、樹脂を含浸させて製造
された厚さが２ｍｍ以上の黒鉛板を母材にし、この板の
両面に機械加工でガスみぞを形成させる分離板製造方法
が一般的に使われる。しかし、機械加工により分離板を
製造する場合、加工費が高くなるだけでなく、加工時間
が長くなり、特に母材厚さが３ｍｍ以下である場合には
機械的強度が落ちるので、かなり加工し難いという問題
があった。
としては電気伝導度、重さ、腐食等を考慮して黒鉛（gr
aphite）が一番多く用いられている。即ち、黒鉛粉末を
高温、高圧で板型に成型した後、樹脂を含浸させて製造
された厚さが２ｍｍ以上の黒鉛板を母材にし、この板の
両面に機械加工でガスみぞを形成させる分離板製造方法
が一般的に使われる。しかし、機械加工により分離板を
製造する場合、加工費が高くなるだけでなく、加工時間
が長くなり、特に母材厚さが３ｍｍ以下である場合には
機械的強度が落ちるので、かなり加工し難いという問題
があった。
【０００７】近年はファイバー（fiber）で強化された
厚さが１〜２ｍｍの黒鉛フォイル（foil）をプレスで圧
縮し、流路を形成することにより、分離板加工費を節減
し、厚さを減少させようとする試みがあった。しかし、
このような分離板製造方法の場合にも流路が形成された
薄い黒鉛分離板の機械的強度が低いので、衝撃または若
干の大きい力が加えられた場合、容易に破損する虞があ
った。従って、黒鉛分離板の厚さを減らすには限界があ
り、これは小型高分子電解質燃料電池の実用化におい
て、障害要因として作用している。
厚さが１〜２ｍｍの黒鉛フォイル（foil）をプレスで圧
縮し、流路を形成することにより、分離板加工費を節減
し、厚さを減少させようとする試みがあった。しかし、
このような分離板製造方法の場合にも流路が形成された
薄い黒鉛分離板の機械的強度が低いので、衝撃または若
干の大きい力が加えられた場合、容易に破損する虞があ
った。従って、黒鉛分離板の厚さを減らすには限界があ
り、これは小型高分子電解質燃料電池の実用化におい
て、障害要因として作用している。
【０００８】このような黒鉛分離板の欠点を解決するた
めに、最近では金属材料を使用して分離板を製造する方
法が一部試みられている。金属製品を分離板材料で使用
する場合、加工が容易であるので、製造単価が低くな
り、分離板の厚さをも縮小させることが出来る（例え
ば、特許文献１及び特許文献２参照。）。これらの文献
はガスが通過できる金属多孔体または金属網を集電及び
ガスみぞで使用し、これらと薄い金属板を結合して分離
板を製造する方法を開示しており、このような方法で分
離板の製造費用及び厚さを低減させることが出来ると報
告している。しかし、このような金属多孔体または金属
網の場合、表面が不均一であるためＭＥＡと接触する部
分で内部抵抗が比較的大きくて、結果的に燃料電池の性
能が低下するという問題があった。
めに、最近では金属材料を使用して分離板を製造する方
法が一部試みられている。金属製品を分離板材料で使用
する場合、加工が容易であるので、製造単価が低くな
り、分離板の厚さをも縮小させることが出来る（例え
ば、特許文献１及び特許文献２参照。）。これらの文献
はガスが通過できる金属多孔体または金属網を集電及び
ガスみぞで使用し、これらと薄い金属板を結合して分離
板を製造する方法を開示しており、このような方法で分
離板の製造費用及び厚さを低減させることが出来ると報
告している。しかし、このような金属多孔体または金属
網の場合、表面が不均一であるためＭＥＡと接触する部
分で内部抵抗が比較的大きくて、結果的に燃料電池の性
能が低下するという問題があった。
【０００９】高分子電解質燃料電池の実用化を達成する
ためには、分離板加工費の節減を通して経済性を向上さ
せなければならないし、また分離板の厚さを減少させて
単位体積に対する出力密度を向上させなければならな
い。特に、小型携帯用燃料電池の場合、大部分の重さを
占める分離板の重さを減少させることにより、単位重さ
に対する出力密度を向上させることが出来る。
ためには、分離板加工費の節減を通して経済性を向上さ
せなければならないし、また分離板の厚さを減少させて
単位体積に対する出力密度を向上させなければならな
い。特に、小型携帯用燃料電池の場合、大部分の重さを
占める分離板の重さを減少させることにより、単位重さ
に対する出力密度を向上させることが出来る。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５，４８２，７９２（１９９
６）号明細書
６）号明細書
【００１１】
【特許文献２】米国特許第５，７９８，１８７（１９９
８）号明細書
８）号明細書
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述のよう
な既存電極の問題点を解決するために案出されたもので
あって、エッチング加工でステンレス鋼等、金属板に多
孔性ガスみぞ（gas channel）を形成させることによ
り、ＭＥＡと分離板の接触を向上させて燃料電池の性能
を向上させる上で、適切な物理的強度を保持しながら薄
板化が可能になり、かつ加工費が安価で取扱いが容易な
小型燃料電池用ガス分配板、及びこれを用いた小型燃料
電池用金属分離板を提供することを目的とする。
な既存電極の問題点を解決するために案出されたもので
あって、エッチング加工でステンレス鋼等、金属板に多
孔性ガスみぞ（gas channel）を形成させることによ
り、ＭＥＡと分離板の接触を向上させて燃料電池の性能
を向上させる上で、適切な物理的強度を保持しながら薄
板化が可能になり、かつ加工費が安価で取扱いが容易な
小型燃料電池用ガス分配板、及びこれを用いた小型燃料
電池用金属分離板を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべく
本発明による小型燃料電池用多孔性ガス分配板は、エッ
チング加工法により、直径２ｍｍ以下の金属板を貫通す
る孔が多数個形成された多孔性ガス分配板であって、金
属板の一面は平らたくて、裏面にのみ深さ０．６ｍｍ以
下、幅２ｍｍ以下の微細なガスみぞが２ｍｍ以下の一定
の間隔を置いて形成したことを特徴とする。
本発明による小型燃料電池用多孔性ガス分配板は、エッ
チング加工法により、直径２ｍｍ以下の金属板を貫通す
る孔が多数個形成された多孔性ガス分配板であって、金
属板の一面は平らたくて、裏面にのみ深さ０．６ｍｍ以
下、幅２ｍｍ以下の微細なガスみぞが２ｍｍ以下の一定
の間隔を置いて形成したことを特徴とする。
【００１４】本発明による小型燃料電池用多孔性ガス分
配板において、前記ガス分配板は、プレス（pressing）
法を用いて予め金属板を貫通する孔を形成し、前記多孔
性金属板をエッチング加工して金属板の一側面にのみ微
細なガスみぞを形成して製造したことを特徴とする。
配板において、前記ガス分配板は、プレス（pressing）
法を用いて予め金属板を貫通する孔を形成し、前記多孔
性金属板をエッチング加工して金属板の一側面にのみ微
細なガスみぞを形成して製造したことを特徴とする。
【００１５】本発明による小型燃料電池用分離板は、前
記ガス分配板を、ガスみぞが形成されたガス分配板の面
と金属薄板がそれぞれ接するように、厚さ０．６ｍｍ以
下である金属薄板に配置し、ガスが流出しないように、
これらのガス分配板及び金属薄板を互いに結合させて製
造したことを特徴とする。
記ガス分配板を、ガスみぞが形成されたガス分配板の面
と金属薄板がそれぞれ接するように、厚さ０．６ｍｍ以
下である金属薄板に配置し、ガスが流出しないように、
これらのガス分配板及び金属薄板を互いに結合させて製
造したことを特徴とする。
【００１６】本発明による小型燃料電池用分離板は、前
記金属薄板の間に冷却流体が流れるようにする金属性冷
却流体分配板を追加的に設置し、ガスが流出しないよう
に、これらのガス分配板、金属薄板及び金属性冷却流体
分配板を互いに結合させて製造したことを特徴とする。
記金属薄板の間に冷却流体が流れるようにする金属性冷
却流体分配板を追加的に設置し、ガスが流出しないよう
に、これらのガス分配板、金属薄板及び金属性冷却流体
分配板を互いに結合させて製造したことを特徴とする。
【００１７】本発明による小型燃料電池用多孔性ガス分
配板は、エッチング工程を用いて孔及びガスみぞを同時
に加工、形成することが出来る。また、本発明による小
型燃料電池用多孔性ガス分配板は、予め金属板をプレス
加工して孔を形成した後、前記穿孔板に微細なガスみぞ
をエッチング加工することにより製造することも可能で
ある。
配板は、エッチング工程を用いて孔及びガスみぞを同時
に加工、形成することが出来る。また、本発明による小
型燃料電池用多孔性ガス分配板は、予め金属板をプレス
加工して孔を形成した後、前記穿孔板に微細なガスみぞ
をエッチング加工することにより製造することも可能で
ある。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す好適な
実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に
係る小型燃料電池用分離板の分解斜視図である。図１に
示したように、本発明による分離板は３つの要素から構
成されている。図において、構成要素２は中間板（cent
er plate）である。中間板は０．６ｍｍ以下の薄板に図
１のように反応ガスが流れるようにガスマニホルド１４
ａ，１４ｂ，１５ａ及び１５ｂを形成することによって
製造される。マニホルド１４ａ及び１４ｂを通して燃料
が流れるようになり、マニホルド１５ａ及び１５ｂを通
して空気が流れるようになるが、ガスみぞは位置が互い
に反対となることもある。分離板は中間板を中心に両側
に反応ガスが流れるようにガスみぞと孔が同時に加工さ
れた薄いガス分配板１及び３を設置することにより製造
される。この二つのガス分配板において、ガスみぞ及び
孔の形態と大きさは互いに同様であることも有り得る
し、燃料電池の条件に従って互いに異なることも有り得
る。
実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に
係る小型燃料電池用分離板の分解斜視図である。図１に
示したように、本発明による分離板は３つの要素から構
成されている。図において、構成要素２は中間板（cent
er plate）である。中間板は０．６ｍｍ以下の薄板に図
１のように反応ガスが流れるようにガスマニホルド１４
ａ，１４ｂ，１５ａ及び１５ｂを形成することによって
製造される。マニホルド１４ａ及び１４ｂを通して燃料
が流れるようになり、マニホルド１５ａ及び１５ｂを通
して空気が流れるようになるが、ガスみぞは位置が互い
に反対となることもある。分離板は中間板を中心に両側
に反応ガスが流れるようにガスみぞと孔が同時に加工さ
れた薄いガス分配板１及び３を設置することにより製造
される。この二つのガス分配板において、ガスみぞ及び
孔の形態と大きさは互いに同様であることも有り得る
し、燃料電池の条件に従って互いに異なることも有り得
る。
【００１９】ガス分配板１及び３を図１のように中間板
２を中心にガスみぞと孔が同時に加工された面が中間板
の方に向かうようにし、端部を溶接、またはその他の結
合方法でガスが漏れないように、気密性を保持するよう
に固定する。
２を中心にガスみぞと孔が同時に加工された面が中間板
の方に向かうようにし、端部を溶接、またはその他の結
合方法でガスが漏れないように、気密性を保持するよう
に固定する。
【００２０】ガスの流れを、ガス分配板１の場合を例え
て説明すると、マニホルド４ａから導入されたガスがガ
スみぞ６を通してマニホルド４ｂの方に流れ、孔７を通
してガス分配板１の上方側へ流れていく。ガス分配板１
の上方側には電極が配置されているので、孔を通過した
ガスは自然に電極に供給されるようになる。これはガス
分配板３の場合も同様である。このように、３枚の薄い
板をそれぞれ加工した後、結合して一つの板に接合する
ことにより一つの分離板が完成する。
て説明すると、マニホルド４ａから導入されたガスがガ
スみぞ６を通してマニホルド４ｂの方に流れ、孔７を通
してガス分配板１の上方側へ流れていく。ガス分配板１
の上方側には電極が配置されているので、孔を通過した
ガスは自然に電極に供給されるようになる。これはガス
分配板３の場合も同様である。このように、３枚の薄い
板をそれぞれ加工した後、結合して一つの板に接合する
ことにより一つの分離板が完成する。
【００２１】本発明による小型燃料電池用多孔性ガス分
配板は、ステンレス鋼を母材に使用しているので、０．
３ｍｍ乃至０．６ｍｍ程度の穿孔板厚さで薄板化が可能
である。前記ガス分配板と共に０．３ｍｍ内外の中間板
を接合すると、既存の３ｍｍ程度の厚さを有する黒鉛分
離板に比べて１．５ｍｍ以下の厚さに著しく縮小された
薄い分離板の製造が可能である。これだけでなく、本発
明によるガス分配板の薄板化で分離板の重さもまた著し
く減少させることが出来る。
配板は、ステンレス鋼を母材に使用しているので、０．
３ｍｍ乃至０．６ｍｍ程度の穿孔板厚さで薄板化が可能
である。前記ガス分配板と共に０．３ｍｍ内外の中間板
を接合すると、既存の３ｍｍ程度の厚さを有する黒鉛分
離板に比べて１．５ｍｍ以下の厚さに著しく縮小された
薄い分離板の製造が可能である。これだけでなく、本発
明によるガス分配板の薄板化で分離板の重さもまた著し
く減少させることが出来る。
【００２２】ガス分配板１の加工の一実施例を図２に示
した。図２に示されたように、０．６ｍｍ程度の薄い板
に中間板と同一の位置と形態でマニホルド１４４ａ及び
１５５ｂを加工した後、マニホルド１５５ｂからガスが
流れるようにガスみぞ１２０を加工する。ガスみぞ１２
０に沿って流れていたガスが板を貫通して反対側に流れ
るようにガスみぞの中間に一定の間隔で孔１３０をあけ
る。
した。図２に示されたように、０．６ｍｍ程度の薄い板
に中間板と同一の位置と形態でマニホルド１４４ａ及び
１５５ｂを加工した後、マニホルド１５５ｂからガスが
流れるようにガスみぞ１２０を加工する。ガスみぞ１２
０に沿って流れていたガスが板を貫通して反対側に流れ
るようにガスみぞの中間に一定の間隔で孔１３０をあけ
る。
【００２３】本発明による分離板材料としてステンレス
鋼等を用いる場合、電池の作動時間が数千時間に長くな
ると分離板が腐食することがある。これを防止するため
に分離板材料としてチタン合金等耐腐食性材料を使用す
るか、あるいはステンレス鋼等の材料表面に金、窒化チ
タン（ＴｉＮ）等の物質をコーティングして用いる。
鋼等を用いる場合、電池の作動時間が数千時間に長くな
ると分離板が腐食することがある。これを防止するため
に分離板材料としてチタン合金等耐腐食性材料を使用す
るか、あるいはステンレス鋼等の材料表面に金、窒化チ
タン（ＴｉＮ）等の物質をコーティングして用いる。
【００２４】
【実施例】以下、実施例及び製造例をあげて本発明の構
成及び作用、効果をより詳細に説明する。下記の実施例
及び製造例は本発明の内容を説明するが、本発明の内容
がこれに限定されるものではない。
成及び作用、効果をより詳細に説明する。下記の実施例
及び製造例は本発明の内容を説明するが、本発明の内容
がこれに限定されるものではない。
【００２５】＜実施例１：ガス分配板の製造＞先ず、
０．６ｍｍの厚さのステンレス鋼板（面積１０ｃｍ×１
０ｃｍ）の一側面にエッチング加工で図２のような構造
の溝及び孔を形成した。エッチング加工前、板の一側面
には板を貫通する孔が形成されるようにマスクを製造し
て付着させ、板の反対側には孔及びガスみぞが形成され
るようにマスクを製造して付着させる。エッチング工程
中マスクを付着させた所以外の部分で母材が溶けて図２
と同様の構造のガスみぞが形成された穿孔板が製造され
る。この際に、孔は直径２ｍｍ、孔の間の中心間隔は３
ｍｍで製造し、図１のように孔が互いに行き違う形態で
製造した。ガスみぞは、幅１．５ｍｍ、深さ０．３ｍｍ
で製造し、図２のように互いに行き違うように配置され
た孔を通るようにした。
０．６ｍｍの厚さのステンレス鋼板（面積１０ｃｍ×１
０ｃｍ）の一側面にエッチング加工で図２のような構造
の溝及び孔を形成した。エッチング加工前、板の一側面
には板を貫通する孔が形成されるようにマスクを製造し
て付着させ、板の反対側には孔及びガスみぞが形成され
るようにマスクを製造して付着させる。エッチング工程
中マスクを付着させた所以外の部分で母材が溶けて図２
と同様の構造のガスみぞが形成された穿孔板が製造され
る。この際に、孔は直径２ｍｍ、孔の間の中心間隔は３
ｍｍで製造し、図１のように孔が互いに行き違う形態で
製造した。ガスみぞは、幅１．５ｍｍ、深さ０．３ｍｍ
で製造し、図２のように互いに行き違うように配置され
た孔を通るようにした。
【００２６】＜実施例２：ガス分配板の製造＞プレス加
工により、予め直径２ｍｍの孔を開口させた厚さが０．
７ｍｍのニッケル穿孔板（面積１０ｃｍ×１０ｃｍ）の
一側面にのみエッチング加工を施して微細なガスみぞを
形成してガス分配板を製造した。この際、ガスみぞは、
幅１ｍｍ、深さ０．４ｍｍで製造し、図２のように互い
に行き違うように配置された孔を通るようにした。
工により、予め直径２ｍｍの孔を開口させた厚さが０．
７ｍｍのニッケル穿孔板（面積１０ｃｍ×１０ｃｍ）の
一側面にのみエッチング加工を施して微細なガスみぞを
形成してガス分配板を製造した。この際、ガスみぞは、
幅１ｍｍ、深さ０．４ｍｍで製造し、図２のように互い
に行き違うように配置された孔を通るようにした。
【００２７】＜製造例１：小型燃料電池用分離板の製造
＞前記多孔性ガス分配板と同様の大きさで厚さ０．１ｍ
ｍのステンレス鋼薄板を切断して中間板を製造し、図１
のように中間板を中心に前記実施例１において製造され
た多孔性ガス分配板２枚をガスみぞが中間板に触れるよ
う重ねた後、端をマイクロ交流ティグ（micro-TIG）溶
接を通して結合し、分離板を完成させた。
＞前記多孔性ガス分配板と同様の大きさで厚さ０．１ｍ
ｍのステンレス鋼薄板を切断して中間板を製造し、図１
のように中間板を中心に前記実施例１において製造され
た多孔性ガス分配板２枚をガスみぞが中間板に触れるよ
う重ねた後、端をマイクロ交流ティグ（micro-TIG）溶
接を通して結合し、分離板を完成させた。
【００２８】＜製造例２：燃料電池スタックの製造＞
１．ＭＥＡ製造
Ｐｔ／Ｃ触媒と四フッ化エチレン溶液をイソブチルアル
コール溶媒下で混合した後、乾燥して熱処理し、触媒重
さを基準に１０重量％四フッ化エチレンが添加された小
型燃料電池用触媒を製造した。これを再びイソブチルア
ルコール溶媒下でナフィオン（Nafion 115）溶液と混合
してよく分散させた後、炭素ペーパー（carbon paper,
Toray）上にかけて０．７ｍｇＰｔ／ｃｍ２が付着され
た電極を製造した。製造された電極をナフィオン（Nafi
on 115）高分子膜（DuPont）の両面に設置した後、プレ
スで熱圧着してＭＥＡを製造した。このように製造され
たＭＥＡの大きさは１００ｃｍ２（１０ｃｍ×１０ｃ
ｍ）であって、電極面積は５８ｃｍ２（７．６ｃｍ×
７．６ｃｍ）であった。
コール溶媒下で混合した後、乾燥して熱処理し、触媒重
さを基準に１０重量％四フッ化エチレンが添加された小
型燃料電池用触媒を製造した。これを再びイソブチルア
ルコール溶媒下でナフィオン（Nafion 115）溶液と混合
してよく分散させた後、炭素ペーパー（carbon paper,
Toray）上にかけて０．７ｍｇＰｔ／ｃｍ２が付着され
た電極を製造した。製造された電極をナフィオン（Nafi
on 115）高分子膜（DuPont）の両面に設置した後、プレ
スで熱圧着してＭＥＡを製造した。このように製造され
たＭＥＡの大きさは１００ｃｍ２（１０ｃｍ×１０ｃ
ｍ）であって、電極面積は５８ｃｍ２（７．６ｃｍ×
７．６ｃｍ）であった。
【００２９】２．燃料電池スタックの製造
前記実施例２において製造された分離板と前記ＭＥＡを
順に積層して単位電池４個が積層されたスタックを完成
させた。完成されたスタックを７５℃、１気圧下で運転
しながら電流−電圧特性を測定すると、その結果は図３
に示したとおりであった。この際に用いられた酸化剤は
酸素であって、燃料は水素であった。製造されたスタッ
クは既存の黒鉛で製造された分離板と比較する際に、電
池性能はほとんど類似している反面、分離板厚さは１．
３ｍｍまで減らすことができたし、金属網を用いる場合
に比べて性能も優った。
順に積層して単位電池４個が積層されたスタックを完成
させた。完成されたスタックを７５℃、１気圧下で運転
しながら電流−電圧特性を測定すると、その結果は図３
に示したとおりであった。この際に用いられた酸化剤は
酸素であって、燃料は水素であった。製造されたスタッ
クは既存の黒鉛で製造された分離板と比較する際に、電
池性能はほとんど類似している反面、分離板厚さは１．
３ｍｍまで減らすことができたし、金属網を用いる場合
に比べて性能も優った。
【００３０】本発明による小型燃料電池用多孔性ガス分
配板においてガスみぞは多様なガス流れ方式で製造する
ことが出来るし、孔も多様な形態で製造することが出来
る。
配板においてガスみぞは多様なガス流れ方式で製造する
ことが出来るし、孔も多様な形態で製造することが出来
る。
【００３１】以上の方法で製造された分離板は従来の黒
鉛分離板の限界厚さである３ｍｍよりさらに薄い１．５
ｍｍ以下で製造することが可能であり、材料と加工方法
を適切に選定することにより、黒鉛分離板よりも軽い分
離板の製造が可能な長所があった。また、ＭＥＡの電極
と接触する分離板部分が金属多孔体や金属網を使用する
場合に比べて均一であるので、接触抵抗が減少すること
による燃料電池の性能向上効果を期待することが出来
る。
鉛分離板の限界厚さである３ｍｍよりさらに薄い１．５
ｍｍ以下で製造することが可能であり、材料と加工方法
を適切に選定することにより、黒鉛分離板よりも軽い分
離板の製造が可能な長所があった。また、ＭＥＡの電極
と接触する分離板部分が金属多孔体や金属網を使用する
場合に比べて均一であるので、接触抵抗が減少すること
による燃料電池の性能向上効果を期待することが出来
る。
【００３２】穿孔板孔の大きさが２ｍｍ以下で、微細ガ
スみぞの深さが０．３ｍｍ以下、幅が１ｍｍ以下である
多孔性ガス分配板を採用した分離板とマニホルド部分を
合わせて面積が１０ｃｍ×１０ｃｍ以下である小型板の
場合、ステンレス鋼母材（大きさ１ｍ×２ｍ）に対し
て、同時に多数個製造が可能である。また、本発明によ
るガス分配板のガスみぞは深さが０．６ｍｍ以下、幅が
２ｍｍ以下の微細なガスみぞなので、エッチング時間を
多く必要としない。従って、本発明による小型燃料電池
用多孔性ガス分配板は大量生産が可能であり、さらに工
程時間を短縮させて経済性を確保することが出来る。
スみぞの深さが０．３ｍｍ以下、幅が１ｍｍ以下である
多孔性ガス分配板を採用した分離板とマニホルド部分を
合わせて面積が１０ｃｍ×１０ｃｍ以下である小型板の
場合、ステンレス鋼母材（大きさ１ｍ×２ｍ）に対し
て、同時に多数個製造が可能である。また、本発明によ
るガス分配板のガスみぞは深さが０．６ｍｍ以下、幅が
２ｍｍ以下の微細なガスみぞなので、エッチング時間を
多く必要としない。従って、本発明による小型燃料電池
用多孔性ガス分配板は大量生産が可能であり、さらに工
程時間を短縮させて経済性を確保することが出来る。
【００３３】
【発明の効果】以上で詳述したように、本発明による小
型燃料電池用多孔性ガス分配板を含んで製造された分離
板は既存の黒鉛分離板に比べて薄膜化が可能であり、同
時に適正水準の物理的強度を保持して外部衝撃による破
壊の恐れがない。また、本発明による小型燃料電池用分
離板はエッチングによって形成されたガスみぞの規格が
均一であるので、ＭＥＡと接合時、接触抵抗が減少され
て燃料電池の性能が向上される。さらに、本発明による
小型燃料電池用分離板はステンレス鋼等、金属板を母材
に使用して微細なガスみぞを形成させるので、エッチン
グ加工時、費用と労力を節減させて、かつ大量生産も容
易に実現することが出来る。
型燃料電池用多孔性ガス分配板を含んで製造された分離
板は既存の黒鉛分離板に比べて薄膜化が可能であり、同
時に適正水準の物理的強度を保持して外部衝撃による破
壊の恐れがない。また、本発明による小型燃料電池用分
離板はエッチングによって形成されたガスみぞの規格が
均一であるので、ＭＥＡと接合時、接触抵抗が減少され
て燃料電池の性能が向上される。さらに、本発明による
小型燃料電池用分離板はステンレス鋼等、金属板を母材
に使用して微細なガスみぞを形成させるので、エッチン
グ加工時、費用と労力を節減させて、かつ大量生産も容
易に実現することが出来る。
【００３４】従って、本発明による小型燃料電池用分配
板を用いて小型燃料電池を構成する場合、既存のものに
比べて出力密度、信頼性及び経済性が向上されることが
出来る。
板を用いて小型燃料電池を構成する場合、既存のものに
比べて出力密度、信頼性及び経済性が向上されることが
出来る。
【図１】本発明により製造された小型燃料電池用分離板
の一実施例を示した分解斜視図。
の一実施例を示した分解斜視図。
【図２】本発明により製造された小型燃料電池用多孔性
ガス分配板を示した斜視図。
ガス分配板を示した斜視図。
【図３】本発明による分離板を用いて製造された小型燃
料電池スタックの性能を表わす電流と電圧との関係を示
した線図。
料電池スタックの性能を表わす電流と電圧との関係を示
した線図。
１，３ ガス分配板
２ 中間板
４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ マニホルド
６，１１ ガスみぞ
７ 孔
１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ マニホルド
２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ マニホルド
１２０ ガスみぞ
１３０ 孔
１４４ａ，１５５ｂ マニホルド
フロントページの続き
(72)発明者 林 泰 勲
大韓民国ソウル特別市松坡区文井洞オリン
ピックファミリアパート105−601
(72)発明者 南 碩 祐
大韓民国ソウル特別市東大門区回基洞65現
代アパート６−1506
(72)発明者 河 興 容
大韓民国ソウル特別市蘆原区上渓洞現代ア
パート202−1408
(72)発明者 尹 星 弼
大韓民国ソウル特別市東大門区清涼里洞ハ
ンシンアパート105−1403
(72)発明者 韓 宗 煕
大韓民国ソウル特別市城北区城北洞330−
213
(72)発明者 金 榮 天
大韓民国ソウル特別市東大門区長安洞445
−７
(72)発明者 崔 亨 準
大韓民国京畿道高陽市徳陽区幸信洞セムト
マウル301−1304
Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 CC08 EE02 HH03
HH04
Claims (4)
- 【請求項１】エッチング加工法により、直径２ｍｍ以下
の金属板を貫通する孔が多数個形成された小型燃料電池
用多孔性ガス分配板において、 金属板の一面は平らたくて、裏面にのみ深さが０．６ｍ
ｍ以下、幅が２ｍｍ以下の微細なガスみぞが２ｍｍ以下
の一定の間隔を置いて形成されたことを特徴とする小型
燃料電池用多孔性ガス分配板。 - 【請求項２】プレス法を用いて予め前記金属板を貫通す
る孔を形成し、エッチング加工して前記金属板の一側面
にのみ微細なガスみぞを形成して製造したことを特徴と
する請求項１に記載の小型燃料電池用多孔性ガス分配
板。 - 【請求項３】請求項１に記載の小型燃料電池用多孔性ガ
ス分配板を含み、この小型燃料電池用多孔性ガス分配板
のガスみぞが形成された面にそれぞれ当接するように、
厚さが０．６ｍｍ以下である金属薄板を配置し、ガスが
流出しないように、これらの小型燃料電池用多孔性ガス
分配板及び金属薄板を互いに結合させて製造したことを
特徴とする小型燃料電池用分離板。 - 【請求項４】前記金属薄板の間に冷却流体が流れるよう
にする金属性冷却流体分配板を追加的に設置し、ガスが
流出しないように、これらのガス分配板、金属薄板及び
金属性冷却流体分配板を互いに結合させて製造したこと
を特徴とする請求項３に記載の小型燃料電池用分離板。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2001-0080124A KR100429685B1 (ko) | 2001-12-17 | 2001-12-17 | 소형 고분자 전해질 연료전지용 다공성 가스분배판, 및 이를 포함하여 제조된 분리판 |
| KR2001-080124 | 2001-12-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003197223A true JP2003197223A (ja) | 2003-07-11 |
Family
ID=19717127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002261646A Pending JP2003197223A (ja) | 2001-12-17 | 2002-09-06 | 小型燃料電池用多孔性ガス分配板、及びこれを含んで製造された小型燃料電池用分離板 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030113608A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003197223A (ja) |
| KR (1) | KR100429685B1 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006294404A (ja) * | 2005-04-11 | 2006-10-26 | Toyota Auto Body Co Ltd | 燃料電池用セパレータ |
| JP2006318652A (ja) * | 2005-05-10 | 2006-11-24 | Nisshin Steel Co Ltd | 固体酸化物型燃料電池セパレータ材 |
| WO2007083838A1 (ja) * | 2006-01-19 | 2007-07-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池 |
| JP2007194074A (ja) * | 2006-01-19 | 2007-08-02 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| US7960071B2 (en) | 2004-03-23 | 2011-06-14 | Korea Institute Of Science And Technology | Separator for fuel cell using a metal plate coated with titanium nitride, method for manufacturing the same, and polymer electrolyte membrane fuel cell comprising the separator |
| US8685586B2 (en) | 2004-12-08 | 2014-04-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell separator |
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| JP2007505998A (ja) * | 2003-09-22 | 2007-03-15 | ハイドロジェニクス コーポレイション | 電解槽セルの配置 |
| JP4899546B2 (ja) * | 2006-03-13 | 2012-03-21 | トヨタ自動車株式会社 | セパレータ、および、燃料電池 |
| JP4312257B2 (ja) * | 2006-06-21 | 2009-08-12 | パナソニック株式会社 | 燃料電池 |
| KR101889550B1 (ko) * | 2010-09-29 | 2018-08-17 | 한국전력공사 | 접합공정을 이용한 고체산화물 연료전지 스택의 분리판 |
| DE102015005220A1 (de) * | 2015-04-23 | 2016-10-27 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Verfahren zur Ermittlung von Überspannungen in Brennstoffzellen |
| KR102010758B1 (ko) * | 2015-10-30 | 2019-08-14 | 주식회사 엘지화학 | 채널 플레이트의 제조장치 및 제조방법 |
| USD844562S1 (en) | 2016-10-05 | 2019-04-02 | General Electric Company | Fuel cell |
| CN110284135B (zh) * | 2019-07-30 | 2020-06-19 | 燕山大学 | 一种组合式强化分料器翻板及其制备方法 |
| KR102285116B1 (ko) * | 2020-10-30 | 2021-08-04 | 주식회사 에프씨엠티 | 연료전지 스택용 분리판 및 그 제조방법 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60241658A (ja) * | 1984-05-16 | 1985-11-30 | Agency Of Ind Science & Technol | 燃料電池のセパレ−タの製造方法 |
| JPS61216257A (ja) * | 1985-03-22 | 1986-09-25 | Hitachi Ltd | 燃料電池用セパレ−タ |
| JPH01140559A (ja) * | 1987-11-27 | 1989-06-01 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JPH05174846A (ja) * | 1991-06-29 | 1993-07-13 | Tonen Corp | 固体電解質型燃料電池 |
| JPH05178846A (ja) * | 1991-12-26 | 1993-07-20 | Teijin Chem Ltd | 新規な（メタ）アクリル酸エステル化合物 |
| IT1270878B (it) * | 1993-04-30 | 1997-05-13 | Permelec Spa Nora | Migliorata cella elettrochimica utilizzante membrane a scambio ionico e piatti bipolari metallici |
| KR980001800A (ko) * | 1996-06-19 | 1998-03-30 | 이대원 | 에칭가공된 연료전지분리판 |
| US5798187A (en) * | 1996-09-27 | 1998-08-25 | The Regents Of The University Of California | Fuel cell with metal screen flow-field |
| US5976726A (en) * | 1997-05-01 | 1999-11-02 | Ballard Power Systems Inc. | Electrochemical cell with fluid distribution layer having integral sealing capability |
-
2001
- 2001-12-17 KR KR10-2001-0080124A patent/KR100429685B1/ko not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-09-06 JP JP2002261646A patent/JP2003197223A/ja active Pending
- 2002-10-30 US US10/283,121 patent/US20030113608A1/en not_active Abandoned
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|---|---|---|---|---|
| US7960071B2 (en) | 2004-03-23 | 2011-06-14 | Korea Institute Of Science And Technology | Separator for fuel cell using a metal plate coated with titanium nitride, method for manufacturing the same, and polymer electrolyte membrane fuel cell comprising the separator |
| US8685586B2 (en) | 2004-12-08 | 2014-04-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell separator |
| JP2006294404A (ja) * | 2005-04-11 | 2006-10-26 | Toyota Auto Body Co Ltd | 燃料電池用セパレータ |
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| JP2007194074A (ja) * | 2006-01-19 | 2007-08-02 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
Also Published As
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|---|---|
| KR20030049805A (ko) | 2003-06-25 |
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