JP2005011720A

JP2005011720A - 燃料電池用セパレータ、燃料電池及びこれらの製造方法並びに燃料電池車両

Info

Publication number: JP2005011720A
Application number: JP2003175491A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Chiba; 啓貴千葉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】位置決めが容易であると共に位置ずれを防止できる燃料電池用セパレータ及びその製造方法を提供する。また、小型化すると共に発電効率を高めた燃料電池及びその製造方法並びにこの燃料電池を搭載した燃料電池車両を提供する。
【解決手段】断面が連続した波型形状であり、凹凸形状を有する金属薄板から成る燃料電池用セパレータであって、凹凸形状の各リブ山２，３に平坦なリブ山頂上部５と、リブ山頂上部５の両端に左右のリブ山コーナ部４とを形成し、少なくともリブ山コーナ部４をＳ極又はＮ極に磁化すると共に、左右のリブ山コーナー部４の磁化を逆向きとしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用セパレータ、燃料電池及びこれらの製造方法並びに燃料電池車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、反応ガスである水素含有ガス等の燃料ガスと、空気等の酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて、燃料の持つ化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換する装置である。化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換できるため、燃料電池の発電効率は火力発電などの他の発電システムに比べて高い。また、化石燃料を使用しないため資源の枯渇が問題とならず、発電に伴い排気ガスが生じない等の利点を有するため、燃料電池は地球環境保護の観点からも注目されている。
【０００３】
燃料電池は、使用される電解質の種類に応じて、固体高分子電解型、リン酸型、溶融炭酸塩型及び固体酸化物型等がある。そのうちの１つである固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ：ＰｏｌｙｍｅｒＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＦｕｅｌＣｅｌｌ）は、電解質として分子中にプロトン交換基を有する高分子樹脂膜を使用して、高分子樹脂膜を飽和に含水させるとプロトン伝導性電解質として機能することを利用した電池である。固体高分子型電解質型燃料電池は、比較的低温で作動し、発電効率も高いため、電気自動車搭載用を始めとする各種の用途が見込まれている。固体高分子型電解質型燃料電池は、例えば、以下に示す電極反応を示す。
【０００４】
【化１】
燃料極：Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ ・・・式（１）
酸化剤極：（１／２）Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ・・・式（２）
燃料極には燃料ガスが供給され、式（１）の反応が進行してプロトンが生成される。プロトンは水和状態で固体高分子型電解質内を移動して酸化剤極に至り、酸化剤極では、このプロトンと供給された酸化剤ガス中の酸素により、式（２）の反応が進行する。式（１）、（２）の反応が各極で進行して、燃料電池は起電力を生じる。
【０００５】
このような固体高分子電解質型燃料電池の構成は、基本単位となる単セルを複数積層した燃料電池スタックを含むものである。各単セルは固体高分子電解質膜に酸化剤極及び燃料極が挟持された膜電極接合体の両面に、それぞれ酸化剤極側セパレータと燃料極側セパレータとを配置しており、各セパレータは単セル間の電流を接続して、燃料と酸素とを隔離している。
【０００６】
近年、燃料電池の小型化及び低コスト化を実現するために、セパレータとして薄型の金属板を使用し、この金属薄板をプレス成形して、断面が連続した波型形状を有するセパレータを使用する試みがなされている（特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３２３１４９号公報（第４頁、第１図）
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−１９０３０５号公報（第３頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セパレータを波型形状にプレス成形すると、プレス成形品に反りやリブ山に凸曲率が発生してしまい、単セルを積層して、つまり、各単セルのセパレータ同士を当接して燃料電池スタックを組み立てる際に、セパレータ同士の位置決めが困難になるという問題を有していた。
【００１０】
実際、セパレータの当接位置がずれると、燃料電池の発電効率が低下してしまい、例えば、セパレータ同士を当接して、ピッチ２［ｍｍ］に対して０．１［ｍｍ］オーダのずれが生じただけでも、燃料電池の発電効率に悪影響を及ぼしていた。
【００１１】
また、セパレータの当接位置がずれてセパレータ間のリブ山の位置がずれると、燃料電池スタックの組立後に、燃料極又は酸化剤極とセパレータのリブ面との間が面圧不均一となり、その結果、トータルとしての貫通抵抗の増大及びガス配流のばらつきにより発電効率が低下してしまっていた。
【００１２】
さらに、対峙するセパレータのリブ山同士が半ピッチずれた場合には、冷却水流路面側の冷却水流路が消失し、これに伴い反応ガス流路面側の膜電極接合体（ＭＥＡ）に３点曲げに近い荷重がかかり、荷重により膜電極接合体が破損してしまっていた。
【００１３】
一方、燃料電池の小型化及び低コストを実現するために薄型の金属板をセパレータとして使用したが、本来、金属製の薄板は柔軟であるため、セパレータの外周部を位置決めピン等により固定して、セパレータの位置ずれを防止しなければならなかった。このため、セパレータを固定するためのデッドスペースが生じてしまい、狙ったほどには燃料電池を小型化することができないという問題を有していた。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、第１の発明である燃料電池用セパレータは、断面が連続した波型形状であり、凹凸形状を有する金属薄板から成る燃料電池用セパレータであって、凹凸形状の各リブ山に平坦なリブ山頂上部と、リブ山頂上部の両端に左右のリブ山コーナ部とを形成し、少なくともリブ山コーナ部をＳ極又はＮ極に磁化すると共に、左右のリブ山コーナー部の磁化を逆向きとしたことを要旨とする。
【００１５】
第２の発明である燃料電池は、電解質膜の両面にそれぞれ酸化剤極及び燃料極を形成した膜電極接合体と、前記膜電極接合体の酸化剤極側に配置した酸化剤極側セパレータと、前記膜電極接合体の燃料極側に配置した燃料極側セパレータと、を有し、前記膜電極接合体と前記各セパレータとの間に各々燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を形成した単セルを複数積層し、各単セル間に冷却水流路を形成した燃料電池スタックを含む燃料電池であって、前記酸化剤極側セパレータ及び燃料極側セパレータは、ステンレス鋼から成る凹凸形状を有する薄板であると共に断面が連続した波型形状を有しており、隣接するセパレータ間のリブ山を磁気吸引力により当接したことを要旨とする。
【００１６】
第３の発明である燃料電池車両は、上記燃料電池スタックを搭載し、動力源として用いたことを要旨とする。
【００１７】
第４の発明である燃料電池用セパレータの製造方法は、母材としてオーステナイト系ステンレス鋼から成る薄板を用いて、断面が連続した波型形状であり、凹凸形状のリブ山に左右のリブ山コーナー部及び平坦なリブ山頂上部を有する形状とし、少なくとも前記リブ山コーナー部を強磁性体である加工誘起マルテンサイトに変態すると共に前記リブ山頂上部を常磁性体であるオーステナイトとして、マルテンサイトとオーステナイトの金属組織が交互に形成されたセパレータとするプレス成形工程と、プレス成形工程後に、少なくとも前記リブ山コーナー部をＮ極又はＳ極に着磁して、左右のリブ山コーナー部の磁化を逆向きとする着磁工程と、を有することを要旨とする。
【００１８】
第５の発明である燃料電池の製造方法は、酸化剤極及び燃料極で電解質膜を挟んで膜電極接合体を形成し、前記膜電極接合体の酸化剤極側に酸化剤極側セパレータを配置して酸化剤ガス流路を形成すると共に、前記膜電極接合体の燃料極側に燃料極側セパレータを配置して燃料ガス流路を形成して単セルとし、この単セルを複数積層して、各単セル間に冷却水流路を形成した燃料電池スタックを含む燃料電池の製造方法であって、ステンレス鋼から成る凹凸形状を有する薄板であり、かつ、断面が連続した波型形状を有する酸化剤極側セパレータ及び燃料極側セパレータを用い、各セパレータの凹凸形状におけるリブ山のリブ山コーナ部をＮ極またはＳ極に着磁して、単セル間のセパレータ同士を磁気吸引力により引きつけて燃料電池スタックを組み立てることを要旨とする。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の燃料電池用セパレータによれば、磁気吸引力によりセパレータ同士を引きつけるため、セパレータ同士の位置決めが容易であると共に位置ずれを防止することができる。
【００２０】
本発明の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、プレス成形後に所定部位を着磁することにより、簡易な方法でセパレータに着磁することができる。
【００２１】
本発明の燃料電池によれば、所定の部位を着磁した金属薄板のセパレータを使用したため、燃料電池の小型化し、発電効率を高めることができる。
【００２２】
本発明の燃料電池の製造方法によれば、セパレータ間を磁気吸引力により当接して単セルを積層して燃料電池スタックを構成できるため、容易に燃料電池スタックを組み立てることができる。
【００２３】
本発明の燃料電池車両によれば、セパレータの位置ずれを防止できるため、過酷な環境下でも高い発電効率を維持することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の燃料電池用セパレータ、燃料電池及びこれらの製造方法並びに本発明の燃料電池を搭載した車両の例として、燃料電池電気自動車を挙げて図１〜図１０により説明する。
【００２５】
第１実施形態（図１〜図７）
本実施形態では、燃料電池用セパレータ及びその製造方法について説明する。
【００２６】
本発明の燃料電池用セパレータは、断面が連続した波型形状を有し、凹凸形状を有するステンレス鋼から成る薄板であり、燃料電池用セパレータの製造方法は、ステンレス鋼の薄板をプレス成形した後（プレス成形工程）、表面を加工処理し（表面処理加工工程）、所定部位をＮ極又はＳ極に着磁するものである（磁化工程）。以下、各工程について説明する。
【００２７】
プレス成形工程は、母材としてＳＵＳ３１６Ｌの板厚０．１［ｍｍ］の板材である耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼薄板を用い、プレス成形して張り出し加工し断面を所定の波型形状とするものである。
【００２８】
図１は、プレス成形工程後のセパレータの断面を示す金属組織分布図である。プレス成形の条件に応じて、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように金属組織が異なるが、（ａ）及び（ｂ）に示すいずれのセパレータ１も、連続した波型の断面形状であり、凸形状のリブ山２及び凹形状のリブ山３にそれぞれリブ山コーナー部４、リブ山頂上部（溝底平坦部）５及びリブ山斜面部６を形成している。セパレータの寸法は、板厚０．１［ｍｍ］、溝深さ（リブ山高さ）０．５［ｍｍ］、溝幅１［ｍｍ］である。
【００２９】
オーステナイト系ステンレス鋼から成る薄板をプレス成形すると、特にリブ山コーナ部４で強加工され、オーステナイト結晶が塑性誘起変態してマルテンサイト結晶となる。図１（ａ）に示すセパレータ１Ａは、リブ山コーナー部４のみが強磁性体であるマルテンサイトに変態し、図１（ｂ）に示すセパレータ１Ｂは、凸形状のリブ山２のリブ山コーナー部からリブ斜面を介して連続する凹形状のリブ山３のリブ山コーナ部までの領域であるリブ山斜面部７がマルテンサイトに変態したものであり、リブ山頂上部５は、いずれも常磁性体であるオーステナイトのままである。セパレータ１は、オーステナイト結晶とマルテンサイト結晶との異なる金属組織から構成され、リブ山コーナー部４又はリブ山斜面部７は、リブ山頂上部５の金属組織と異なる。
【００３０】
表面処理加工工程は、導電性かつ耐食性の表面処理を施してセパレータ表面に導電性を付与するものであるが、本実施例では、セパレータに金メッキを施した。なお、表面処理加工工程は必要に応じて省略することも可能である。
【００３１】
着磁工程は、セパレータ１Ａ，１Ｂの所定の部位を着磁するものであり、本実施形態では、プレス成形によりマルテンサイトに変態したリブ山コーナー部４又はリブ山斜面部７を着磁した。着磁方法は、以下に示す実施例１から実施例５までの方法を用いたものである。なお、実施例１及び実施例２は、図１（ａ）に示すリブ山コーナー部４のみをマルテンサイト変態したセパレータを着磁したものであり、実施例３から実施例５までは、図１（ｂ）に示すリブ山斜面全体がマルテンサイトに変態したセパレータを着磁した。
【００３２】
（実施例１）本実施例では、直線状の電線を使用して、図１（ａ）に示すセパレータを着磁した。図２は、着磁工程を図示し、図２（ａ）は、セパレータのリブ山頂上部５に直線状の電線８を配し、電線に直流電流を流して電線８と同心円状に磁界９を発生させて、換言すると、リブ山コーナー部４において板厚方向に同心円状の磁界９を発生させて、リブ山コーナー部４表面を隣り合う左右のリブ山コーナー部４が相互に逆の極となるように着磁した。なお、着磁条件は、５［ｋＯｅ］程度の磁界が発生するように定めたものである。
【００３３】
図２（ｃ）は、図１（ａ）に示すセパレータに隣接配置するセパレータの着磁工程を示し、図２（ａ）と同様に電線８の配置して電流を流した。リブ山コーナ部４の着磁状態は、隣接するセパレータ同士が磁気吸引力により引きつけられるように磁化が回転対称となっている。
【００３４】
本実施例によれば、隣り合うセパレータのリブ山同士を左右のリブ山コーナー部表面に発生する磁気吸引力により引きつけたため、容易にセパレータの位置決めすることができる。また、セパレータが半ピッチずれた場合でも、左右のリブ山コーナ部の磁化が逆向きであるためセパレータ間に磁気反発力が生じセパレータの位置ずれを防止することができる。
【００３５】
なお、ガス流路面側となるリブ山は、セパレータとガス拡散電極との接触抵抗を低減する目的から両者とも凸曲率とした。ガス流路面側のリブ山の凸曲率半径は０．８〜４．５［ｍｍ］の中から選択可能であり、リブ山の凸曲率半径を本範囲とすることにより、セパレータとガス拡散電極との接触抵抗を効果的に減らし、燃料電池の発電効率を高めることができる。
【００３６】
（実施例２）本実施例では、永久磁石１０を用いて着磁するための磁界を発生させたものであり、図３は着磁工程を図示した。着磁条件は実施例１と同様とした。
【００３７】
本実施例によれば、実施例１と同等の効果を得られ、さらに効率的にセパレータを着磁することができる。
【００３８】
（実施例３）本実施例では、直線状の電線８を使用して、図１（ｂ）に示すセパレータ１を着磁した。図４は、着磁工程を図示し、着磁条件は実施例１と同様とした。
【００３９】
本実施例によれば、実施例１と同様に、容易にセパレータの位置決めができると共にセパレータの位置ずれを防止することができる。
【００４０】
（実施例４）本実施例では、ループ状の着磁コイル１１を使用して、図１（ｂ）に示すセパレータ１Ｂを着磁した。図５は、着磁工程を図示し、ループ状のコイル１１で発生した平行磁界１２中に、磁界１２の向きとセパレータのリブ山又は溝の向きが直交するように配置した。なお、着磁コイル１１で発生する磁界の強さは、実施例１と同様とした。
【００４１】
本実施例によれば、より一層低コストで着磁することができる。また、左右のリブ山コーナー部を逆の極に着磁でき、その結果、容易にリブ山コーナ部７を当接してセパレータ同士を当接することができる。
【００４２】
（実施例５）本実施例では、セパレータの両端部に永久磁石を配置して、発生した平行磁界によりセパレータを着磁した。図６は着磁工程を図示し、着磁条件は実施例１と同様とした。
【００４３】
本実施例によれば、実施例１と同様の効果を得られ、かつ、低コストでより効率的にセパレータを着磁することができる。
【００４４】
（比較例）本比較例では、ＳＵＳ３１６Ｌ材の板厚０．１［ｍｍ］の板材をプレス成形して所定の形状とした後、金メッキを施してセパレータとした。なお、セパレータは着磁しなかった。
【００４５】
図７は、比較例の着磁していないセパレータを組み立てた際の断面図を示す。図７（ａ）は、リブ山コーナ部同士を当接して比較例のセパレータ１３を組み立てた際の断面図を示すが、セパレータ１３に僅かな外力が加わり冷却水流路面側が半ピッチずれると、図７（ｂ）に示すように冷却水流路１４が消失する。また、反応ガス流路面側が半ピッチずれると、図７（ｃ）に示すように各セパレータ１３間に挟持された膜電極接合体（ＭＥＡ）１５が３点曲げに近い荷重を受けて破損してしまう。
【００４６】
従って、上述の実施例１から実施例５までの方法により得られた着磁したセパレータを使用することにより、容易にセパレータの位置決めができると共に位置ずれを防止することができる。
【００４７】
第２実施形態（図８、図９）
本実施形態では、燃料電池及びその製造方法について説明する。第１実施形態により作製した燃料電池用セパレータを用いて単セルを複数積層した燃料電池スタックとし、燃料電池を構成した。
【００４８】
図８は、燃料電池スタックの一部を示す断面図である。図８に示すように、燃料電池スタック１６は、単セル１５を複数個積層したものであり、各単セル１５間の内部に冷却水流路１４を形成したバイポーラプレート構造を有する。各単セル１５は、固体高分子型電解質膜１７の両面に各々酸化剤極を有するガス拡散層１８と燃料極を有するガス拡散層１９とを形成して膜電極接合体１５とし、膜電極接合体１５の酸化剤極側に酸化剤極側セパレータ２１を配置して内部に酸化剤ガス流路２０を形成し、膜電極接合体１５の燃料極側に燃料極側セパレータ２３を配置して内部に燃料ガス流路２２を形成している。
【００４９】
上記燃料電池スタックは、以下の手順により組み立てられる。まず、左右のリブ山コーナー部表面を互いに異なる極に着磁したセパレータを酸化剤極側セパレータ２１と燃料極側セパレータ２３を用いて、各セパレータ２１，２３のリブ山同士を磁気吸引力により当接し、内部に冷却水流路１４を形成した。当接したセパレータ２１，２３上に、固体高分子電解質膜と酸化剤極と燃料極とを備えた膜電極接合体（ＭＥＡ）１５を重ね合わせ、さらに、交互にセパレータ２１，２３と膜電極接合体１５とを複数重ね合わせた。この時、各燃料極側セパレータ２３又は各酸化剤極側セパレータ２１あるいは両者のセパレータ２１，２３の位置決めをすることにより、固体高分子型電解質膜１２の両面に各々酸化剤ガス流路２０及び燃料ガス流路２３を形成した。積層後、図９に示すように、両端部にエンドフランジ２４を配置して外周部を締結ボルト２５で締結して燃料電池スタックとし、燃料電池を構成した。
【００５０】
本実施形態によれば、酸化剤極側セパレータ２１及び燃料極側セパレータ２３のリブ山コーナ部表面を異なる極に着磁しているため、磁気吸引力により引きつけて容易にセパレータ同士を位置決めすることができる。また、セパレータがずれた場合でも、左右のリブ山コーナ部の磁化が逆向きであるためセパレータ間に磁気反発力が生じセパレータの位置ずれを防止することができる。
【００５１】
また、セパレータ同士を容易に位置決めできるだけでなく、位置決めと同時に、セパレータ間に冷却水流路を形成し、かつ、固体高分子型電解質膜１２の両面側に酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路を形成することができる。
【００５２】
さらに、本実施形態によれば、従来、反応流路面の外部に位置決めをするために必要とされたデッドスペースを減らすことができ、この結果、発電効率を損なうことなく燃料電池を小型化することができる。
【００５３】
第３実施形態（図１０）
本実施形態では、燃料電池車両の一例として電気自動車を挙げて説明する。
【００５４】
第２実施形態により作製した燃料電池スタックを含む燃料電池を搭載した電気自動車の外観を図１０に示す。図１０（ａ）は電気自動車の側面図、（ｂ）は電気自動車の上面図であり、図１０（ｂ）に示すように、フロントのエンジンルーム２６内に燃料電池２７を搭載している。
【００５５】
電気自動車のエンジンルーム１６は、特に、走行時、衝撃、振動、熱や加湿による膨張や収縮等の各種の過酷な環境下に晒される。本実施形態によれば、燃料電池は、燃料電池スタックの組立後にもセパレータに磁力が残存しているため、振動や衝撃が燃料電池に加わった場合でも、磁力によりセパレータ同士を磁気吸引力により引きつけてセパレータ同士の位置ずれを防止することができる。この結果、過酷な環境下でも発電効率の低下を防止することができる。また、小型化した軽量の燃料電池を車両に搭載することにより、車両重量を低減して省燃費化を図ることができ、走行距離の長距離化を図る等の効果を得ることができる。さらに、小型の燃料電池を搭載することにより、車室内空間をより広く活用することができ、スタイリングの自由度を確保できるという効果を得ることができる。なお、燃料電池車両の一例として電気自動車を挙げたが、本発明は電気自動車等の車両に限定されるものではなく、電気エネルギーが要求される航空機、宇宙船その他の機関にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプレス成形後におけるセパレータの断面を示す金属組織分布図であり、プレス成形の条件に応じた（ａ）及び（ｂ）のセパレータを示す図。
【図２】本発明における実施例１の着磁工程を示す図であり、（ａ）及び（ｃ）は着磁方法及び着磁状態を示す断面図、（ｂ）は隣り合うセパレータのリブ山同士を合わせた状態を示す断面図。
【図３】本発明における実施例２の着磁工程を示す図であり、（ａ）及び（ｃ）は着磁方法及び着磁状態を示す断面図、（ｂ）は隣り合うセパレータのリブ山同士を合わせた状態を示す断面図。
【図４】本発明における実施例３の着磁工程を示す図であり、（ａ）及び（ｃ）は着磁方法及び着磁状態を示す断面図、（ｂ）は隣り合うセパレータのリブ山同士を合わせた状態を示す断面図。
【図５】本発明における実施例４の着磁工程を示す図であり、（ａ）及び（ｃ）は着磁方法及び着磁状態を示す断面図、（ｂ）は隣り合うセパレータのリブ山同士を合わせた状態を示す断面図。
【図６】本発明における実施例５の着磁工程を示す図であり、（ａ）及び（ｃ）は着磁方法及び着磁状態を示す断面図、（ｂ）は隣り合うセパレータのリブ山同士を合わせた状態を示す断面図。
【図７】本発明のセパレータと比較する比較例のセパレータを示し、（ａ）はセパレータの組立時の様子を示す断面図、（ｂ）及び（ｃ）はセパレータにずれが生じた時の様子を示す断面図。
【図８】本発明のセパレータを適用した燃料電池スタックの一部を示す断面図。
【図９】燃料電池スタックの構成を示す外観図。
【図１０】本発明の燃料電池を搭載した燃料電池電気自動車を示す模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図。
【符号の説明】
１（１Ａ，１Ｂ）…セパレータ，２…凸形状のリブ山，３…凹形状のリブ山，４…リブ山コーナー部，５…リブ山頂上部，６…リブ斜面，７…リブ山斜面部，

Claims

断面が連続した波型形状であり、凹凸形状を有する金属薄板から成る燃料電池用セパレータであって、凹凸形状の各リブ山に平坦なリブ山頂上部と、リブ山頂上部の両端に左右のリブ山コーナ部とを形成し、少なくとも前記リブ山コーナ部をＳ極又はＮ極に磁化すると共に、左右のリブ山コーナー部の磁化を逆向きとしたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
前記リブ山は、リブ山斜面と、平坦なリブ山頂上部と、リブ山頂上部の両端に左右のリブ山コーナ部とを形成し、凸形状のリブ山コーナー部からリブ山斜面を介して連続する凹形状のリブ山コーナ部までの領域であるリブ山斜面部をＳ極又はＮ極に磁化すると共に、リブ山の左右のリブ山斜面部における磁化を逆向きとした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。
前記金属はステンレス鋼であり、前記リブ山コーナー部又は前記リブ山斜面部は強磁性体である加工誘起マルテンサイトから形成されると共に、前記リブ山頂上部は常磁性体であるオーステナイトから形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池用セパレータ。
電解質膜の両面にそれぞれ酸化剤極及び燃料極を形成した膜電極接合体と、前記膜電極接合体の酸化剤極側に配置した酸化剤極側セパレータと、前記膜電極接合体の燃料極側に配置した燃料極側セパレータと、を有し、前記膜電極接合体と前記各セパレータとの間にそれぞれ燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を形成した単セルを複数積層し、各単セル間に冷却水流路を形成した燃料電池スタックを含む燃料電池であって、
前記酸化剤極側セパレータ及び燃料極側セパレータは、ステンレス鋼から成る凹凸形状を有する薄板であると共に断面が連続した波型形状を有しており、隣接するセパレータ間のリブ山を磁気吸引力により当接したことを特徴とする燃料電池。
前記凹凸形状のリブ山は、平坦なリブ山頂上部及びリブ山コーナー部を形成し、隣接するセパレータ間の当接部は、燃料極側セパレータの冷却流路面側のリブ山コーナー部と酸化剤極側セパレータの冷却流路面側のリブ山コーナー部との当接部または隣接しあう燃料極側セパレータのガス流路面側のリブ山コーナー部と酸化剤極側セパレータのガス流路面側のリブ山コーナー部との当接部の少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項４記載の燃料電池。
前記凹凸形状のリブ山は、平坦なリブ山頂上部と、リブ山コーナー部と、リブ山斜面とを形成し、凸形状のリブ山のリブ山コーナー部からリブ山斜面を介して連続する凹形状のリブ山のリブ山コーナ部までの領域であるリブ山斜面部が磁化されていることを特徴とする請求項４又は５記載の燃料電池。
セパレータの前記リブ山コーナー部又は前記リブ山斜面部の磁力が、燃料電池スタックの組立工程後の使用時にも残留していることを特徴とする請求項４から６までのいずれかに記載の燃料電池。
セパレータのガス拡散層に接するガス流路面側のリブ山頂上部を凸曲面とし、このリブ山頂上部の曲率半径が０．８ｍｍ〜４．５ｍｍであることを特徴とする請求項４から７までのいずれかに記載の燃料電池。
請求項４から８までのいずれかに記載の燃料電池スタックを搭載し、動力源として用いたことを特徴とする燃料電池車両。
母材としてオーステナイト系ステンレス鋼から成る薄板を用いて、断面が連続した波型形状であり、凹凸形状のリブ山に左右のリブ山コーナー部及び平坦なリブ山頂上部を有する形状とし、少なくとも前記リブ山コーナー部を強磁性体である加工誘起マルテンサイトに変態すると共に前記リブ山頂上部を常磁性体であるオーステナイトとして、マルテンサイトとオーステナイトの金属組織が交互に形成されたセパレータとするプレス成形工程と、
プレス成形工程後に、少なくとも前記リブ山コーナー部をＮ極又はＳ極に着磁して、左右のリブ山コーナー部の磁化を逆向きとする着磁工程と、
を有する燃料電池用セパレータの製造方法。
前記凹凸形状のリブ山は、リブ山コーナー部、リブ山頂上部及び左右のリブ山斜面部を有する形状とし、
前記プレス成形工程は、凸形状のリブ山のリブ山コーナー部からリブ斜面を介して連続する凹形状のリブ山コーナ部までの領域であるリブ山斜面部を加工誘起マルテンサイトに変態すると共にリブ山頂上部を常磁性体であるオーステナイトとし、
前記着磁工程は、少なくとも前記リブ山斜面部をＮ極又はＳ極に着磁して、左右のリブ山斜面部の磁化を逆向きとすることを特徴とする請求項１０記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
前記プレス成形工程と前記着磁工程との間に、プレス成形されたセパレータに耐食性かつ導電性の表面処理を施す表面処理加工工程を有することを特徴とする請求項１０又は１１記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
前記着磁工程は、セパレータのガス流路溝または冷却水流路溝と平行に配置された直線状の直流電流又は直線状の磁石により発生するセパレータの板厚方向と平行な磁界により前記リブ山コーナ部及び前記リブ山斜面部を着磁することを特徴とする請求項１０又は１１記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
前記着磁工程は、ループ状のコイル電流から発生する平行磁界中又は両端部に磁石を配置して発生する平行磁界中に、セパレータのガス流路溝または冷却水流路溝が磁力線の向きと直行する方向にセパレータを配置し、前記リブ山斜面部を着磁することを特徴とする請求項１１記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
酸化剤極及び燃料極で電解質膜を挟んで膜電極接合体を形成し、前記膜電極接合体の酸化剤極側に酸化剤極側セパレータを配置して酸化剤ガス流路を形成すると共に、前記膜電極接合体の燃料極側に燃料極側セパレータを配置して燃料ガス流路を形成して単セルとし、この単セルを複数積層して、各単セル間に冷却水流路を形成した燃料電池スタックを含む燃料電池の製造方法であって、
ステンレス鋼から成る凹凸形状を有する薄板であり、かつ、断面が連続した波型形状を有する酸化剤極側セパレータ及び燃料極側セパレータを用い、各セパレータの凹凸形状におけるリブ山のリブ山コーナ部をＮ極またはＳ極に着磁して、単セル間のセパレータ同士を磁気吸引力により引きつけて燃料電池スタックを組み立てることを特徴とする燃料電池の製造方法。
前記位置決めは、隣接しあう燃料極側セパレータの冷却水流路面側のリブ山コーナー部と酸化剤極側セパレータの冷却流路面側のリブ山コーナー部との当接部または隣接しあう燃料極側セパレータのガス流路面側のリブ山コーナー部と酸化剤極側セパレータのガス流路面側のリブ山コーナー部との当接部の少なくともいずれか一方を位置決めするものであることを特徴とする請求項１５記載の燃料電池の製造方法。