JP2007305573A - Separator for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池用のセパレータに関し、特に固体高分子電解質膜の両側に電極を配した単位セルを複数個接続した燃料電池の単位セル間に使用するセパレータに関する。 The present invention relates to a separator for a fuel cell, and more particularly to a separator used between unit cells of a fuel cell in which a plurality of unit cells having electrodes arranged on both sides of a solid polymer electrolyte membrane are connected.
燃料電池は、簡単には、外部より燃料(還元剤)と酸素または空気(酸化剤)を連続的に供給し、電気化学的に反応させて電気エネルギーを取り出す装置で、その作動温度、使用燃料の種類、用途などで分類される。また、最近では、主に使用される電解質の種類によって、大きく、固体酸化物型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、リン酸型燃料電池、固体高分子電解質型燃料電池、アルカリ水溶液型燃料電池の5種類に分類させるのがー般的である。
これらの燃料電池は、メタン等から生成された水素ガスを燃料とするものであるが、最近では、燃料としてメタノール水溶液をダイレクトに用いるダイレクトメタノール型燃料電池(以下、DMFCとも言う)も知られている。
A fuel cell is simply a device that continuously supplies fuel (reducing agent) and oxygen or air (oxidant) from the outside, and reacts electrochemically to extract electrical energy. It is classified by type, use, etc. Recently, solid oxide fuel cells, molten carbonate fuel cells, phosphoric acid fuel cells, solid polymer electrolyte fuel cells, and alkaline aqueous fuel cells are mainly used depending on the type of electrolyte used. Generally, it is classified into five types.
These fuel cells use hydrogen gas generated from methane or the like as a fuel. Recently, a direct methanol fuel cell (hereinafter also referred to as DMFC) that directly uses an aqueous methanol solution as a fuel is also known. Yes.
このような燃料電池のなかで、高分子電解質膜を2種類の触媒で挟み込み、更に、これらの部材をガス拡散層(GDL:Gas Diffusion Layer)とセパレータで挟んだ構成の固体高分子型燃料電池(以下、PEFCとも言う)が注目されている。
このPEFCにおいては、供給される燃料ガスや酸化剤ガスの外部への漏れを防止したり、混合を防止するために、電極の周囲において高分子電解質膜を挟持するようにガスケット材を配置し、これらをセパレータで挟持している(特許文献1)。
また、セパレータは、例えば、カーボンと樹脂を用いたモールド成型体や、金属素材を耐食性の高い金属薄膜で被覆したものが使用されている(特許文献2)。
In this PEFC, in order to prevent leakage of supplied fuel gas and oxidant gas to the outside or to prevent mixing, a gasket material is arranged so as to sandwich a polymer electrolyte membrane around the electrode, These are sandwiched between separators (Patent Document 1).
As the separator, for example, a molded body using carbon and resin, or a metal material coated with a metal thin film having high corrosion resistance is used (Patent Document 2).
しかしながら、ガスケット材は、セパレータや高分子電解質膜、電極とは別体の部材であり、これらを用いた単位セルの組み立ての作業性が悪いという問題があった。
また、モールド成型体からなるセパレータは、薄くすることに限界があり、また、金属素材を金等の耐食性の高い貴金属薄膜で被覆したセパレータは、断面において金属素材が露出し、金属基材と金属薄膜との界面に亀裂が生じ易いという問題があった。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、強度、耐食性に優れ、単位セルの組み立てが容易である燃料電池用のセパレータを提供することを目的とする。
However, the gasket material is a separate member from the separator, the polymer electrolyte membrane, and the electrode, and there is a problem that the workability of assembling the unit cell using these is poor.
In addition, a separator made of a molded product has a limit to thinning, and a separator coated with a noble metal thin film having a high corrosion resistance such as gold exposes the metal material in the cross section, and the metal substrate and the metal There was a problem that cracks were likely to occur at the interface with the thin film.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell separator that is excellent in strength and corrosion resistance and that allows easy assembly of unit cells.
このような目的を達成するために、本発明は、金属基体と、該金属基体を被覆するように電着により形成された導電性の樹脂層と、ガスケット材とを備え、前記樹脂層は導電材料を含有するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記ガスケット材は、高さ調整部材であるシム部と、ガス漏れ防止部材であるシール部からなるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記シール部は、多重に配されているような構成とした。
本発明の他の態様として、前記金属基体は、少なくとも一方の面に溝部を有し、該溝部の形成領域の外側領域に前記ガスケット材が位置するような構成とした。
In order to achieve such an object, the present invention includes a metal substrate, a conductive resin layer formed by electrodeposition so as to cover the metal substrate, and a gasket material, and the resin layer is electrically conductive. It was set as the structure containing a material.
As another aspect of the present invention, the gasket material is configured to include a shim portion that is a height adjusting member and a seal portion that is a gas leakage preventing member.
As another aspect of the present invention, the seal portions are arranged in a multiple manner.
As another aspect of the present invention, the metal substrate has a groove portion on at least one surface, and the gasket material is located in an outer region of the region where the groove portion is formed.
本発明の他の態様として、前記金属基体は、複数の貫通孔を有し、該貫通孔の形成領域の外側領域に前記ガスケット材が位置するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記ガスケット材と前記金属基体との間に前記樹脂層が介在するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記ガスケット材と前記金属基体との間に前記樹脂層が介在せず、かつ、金属基体の側端部が露出しているような構成とした。
本発明の他の態様として、前記金属基体は、ステンレス、鉄、鉄ニッケル合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金のいずれかからなるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記導電材料は、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、耐食性金属の少なくとも1種であるような構成とした。
As another aspect of the present invention, the metal substrate has a plurality of through holes, and the gasket material is positioned in an outer region of the through hole forming region.
As another aspect of the present invention, the resin layer is interposed between the gasket material and the metal substrate.
As another aspect of the present invention, the resin layer is not interposed between the gasket material and the metal base, and the side end of the metal base is exposed.
As another aspect of the present invention, the metal substrate is made of any one of stainless steel, iron, iron nickel alloy, aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, magnesium, and magnesium alloy. .
As another aspect of the present invention, the conductive material is configured to be at least one of carbon particles, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, and corrosion-resistant metals.
本発明のセパレータは、導電材料を含有した樹脂層が金属基体上に電着により形成されているので、例えば、金属基体が溝部や貫通孔を有するものであっても、その全面が樹脂層で被覆されており高い耐食性を示すとともに、ガスケット材を一体的に備えるので、単位セルの組み立て性が大幅に向上する。さらに、金属基体を使用していることにより強度が高く、また、貴金属の使用がないため、製造コストを低く抑えることが可能である。また、ガスケット材と金属基体との間に樹脂層が介在する場合には、耐食性が更に向上する。一方、ガスケット材と金属基体との間に樹脂層が介在しない場合には、電着による樹脂層形成の材料コストの低減や、金属基体に対するガスケット材の密着性向上や、金属基体を樹脂層で被覆しない部位を集電部として残すことによる低抵抗化、発電性能の向上が可能である。また、ガスケット材を、高さ調整部材であるシム部と、ガス漏れ防止部材であるシール部で構成する場合には、単位セルにおけるガスシール性が更に向上するとともに、単位セルの組み立てがより容易なものとなる。 In the separator of the present invention, since the resin layer containing the conductive material is formed on the metal substrate by electrodeposition, for example, even if the metal substrate has a groove or a through hole, the entire surface is a resin layer. Since it is covered and exhibits high corrosion resistance, the gasket material is integrally provided, so that the assembly of the unit cell is greatly improved. Further, the use of a metal substrate provides high strength, and since no precious metal is used, the manufacturing cost can be kept low. Further, when a resin layer is interposed between the gasket material and the metal substrate, the corrosion resistance is further improved. On the other hand, when there is no resin layer between the gasket material and the metal substrate, the material cost for forming the resin layer by electrodeposition is reduced, the adhesion of the gasket material to the metal substrate is improved, and the metal substrate is made of a resin layer. It is possible to reduce the resistance and improve the power generation performance by leaving a portion not covered as a current collector. In addition, when the gasket material is composed of a shim portion which is a height adjusting member and a seal portion which is a gas leakage preventing member, the gas sealing performance in the unit cell is further improved and the unit cell can be easily assembled. It will be something.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[セパレータ]
図1は本発明の燃料電池用のセパレータの一実施形態を示す平面図であり、図2は図1に示されるセパレータのI−I線における断面図、図3は図2の鎖線で囲まれた部位の部分拡大図である。また、図4は図1に示されるセパレータのII−II線における断面図であり、図5は図1に示されるセパレータのIII−III線における断面図であり、図6は図1に示されるセパレータのIV−IV線における断面図である。図1〜図6において、本発明のセパレータ1は、金属基体2と、この金属基体2の両面に形成された溝部3と、金属基体2の両面を被覆するように電着により形成された樹脂層5とを備え、さらに、ガスケット材8,9(図1では斜線を付して示している)を一体的に備えている。上記の樹脂層5は、導電材料を含有するものであり、ガスケット材8,9は、上記の溝部3の形成領域4の外側の領域に位置している。また、セパレータ1は、2個の燃料ガス供給孔6a,6bと、2個の酸化剤ガス供給孔7a,7bを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Separator]
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a separator for a fuel cell according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II of the separator shown in FIG. 1, and FIG. 3 is surrounded by a chain line in FIG. FIG. 4 is a sectional view taken along line II-II of the separator shown in FIG. 1, FIG. 5 is a sectional view taken along line III-III of the separator shown in FIG. 1, and FIG. 6 is shown in FIG. It is sectional drawing in the IV-IV line of a separator. 1 to 6, a
セパレータ1を構成する金属基体2の材質は、電気導電性が良く、所望の強度が得られ、加工性の良いものが好ましく、例えば、ステンレス、鉄、鉄ニッケル合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金等が挙げられる。
金属基体2が有する溝部3は、セパレータ1が高分子電解質型燃料電池に組み込まれたときに、一方が、隣接する単位セルに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給用溝部となり、他方が、隣接する別の単位セルに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給用溝部となるものである。尚、溝部3の一方が燃料ガス供給用溝部、酸化剤ガス供給用溝部のいずれかとなり、他方が冷却水用溝となるものであってもよい。図1に示す例では、溝部3は2個の燃料ガス供給孔6a,6bに接続するように形成されており、燃料ガス供給用溝部となっている。尚、本発明のセパレータは、金属基体2の一方の面のみに溝部3を備えるものであってもよい。
The material of the
When the
このような溝部3の形状は、特に制限はなく、蛇行した連続形状、櫛形状等であってよく、また、深さ、幅、断面形状も特に制限はない。また、金属基体2の表裏で、溝部3の形状が異なるものであってもよい。また、図2、図3に示される例では、溝部3の形成領域4の断面構造は波形状となっているが、板状の金属基体の両面に溝部が彫られているような構造であってもよい。
セパレータ1を構成する樹脂層5は、導電性を有するとともに、金属基体2に耐食性を付与するためのものである。この樹脂層5は、電着性を有する各種アニオン性、またはカチオン性の合成高分子樹脂中に導電材料と撥水性材料を分散させた電着液を用いて電着により成膜し、その後、硬化させて形成することができる。
The shape of the
The
アニオン性合成高分子樹脂としては、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、マレイン化油樹脂、ポリブタジエン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができ、これらを単独で、あるいは任意の組み合わせによる混合物として使用することができる。また、上記のアニオン性合成高分子樹脂とメラミン樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂等の架橋性樹脂とを併用してもよい。一方、カチオン性合成高分子樹脂としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができ、これらを単独で、あるいは任意の組み合わせによる混合物として使用することができる。また、上記のカチオン性合成高分子樹脂とポリエステル樹脂、ウレタン樹脂等の架橋性樹脂とを併用してもよい。
また、上記の電着性を有する合成高分子樹脂に粘着性を付与するために、ロジン系、テルペン系、石油樹脂等の粘着性付与樹脂を必要に応じて添加してもよい。
Examples of the anionic synthetic polymer resin include acrylic resin, polyester resin, maleated oil resin, polybutadiene resin, epoxy resin, polyamide resin, polyimide resin, etc., and these can be used alone or as a mixture of any combination. Can be used. Moreover, you may use together said crosslinking | crosslinked resin, such as anionic synthetic polymer resin and a melamine resin, a phenol resin, and a urethane resin. On the other hand, examples of the cationic synthetic polymer resin include acrylic resin, epoxy resin, urethane resin, polybutadiene resin, polyamide resin, polyimide resin, and the like. These can be used alone or as a mixture of any combination. Can do. Moreover, you may use together said cationic synthetic polymer resin and crosslinkable resin, such as a polyester resin and a urethane resin.
Further, in order to impart tackiness to the above-described synthetic polymer resin having electrodeposition properties, a tackifier resin such as rosin, terpene, and petroleum resin may be added as necessary.
このような電着性の合成高分子樹脂は、アルカリ性または酸性物質により中和して水に可溶化された状態、あるいは水分散状態で電着に供される。すなわち、アニオン性合成高分子樹脂は、トリメチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン等のアミン類、アンモニア、苛性カリ等の無機アルカリで中和する。また、カチオン性合成高分子樹脂は、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸等の酸で中和する。そして、中和された水可溶の高分子樹脂は、水分散型または溶解型として水に希釈された状態で使用される。
電着により形成された樹脂層5の厚みは、0.1〜100μm、好ましくは3〜30μmの範囲とすることができる。樹脂層5の厚みが0.1μm未満であると、ピンホール等の発生により、良好な耐食性が確保できないことがあり、100μmを超えると、乾燥固化後のヒビ割れ等の発生や、生産性の低下、コスト高といった問題が発生し好ましくない。
Such an electrodepositable synthetic polymer resin is subjected to electrodeposition in a state where it is neutralized with an alkaline or acidic substance and solubilized in water, or in an aqueous dispersion state. That is, the anionic synthetic polymer resin is neutralized with amines such as trimethylamine, diethylamine, dimethylethanolamine and diisopropanolamine, and inorganic alkalis such as ammonia and caustic potash. The cationic synthetic polymer resin is neutralized with an acid such as formic acid, acetic acid, propionic acid, or lactic acid. The neutralized water-soluble polymer resin is used in a state of being diluted in water as a water-dispersed type or a dissolved type.
The thickness of the
樹脂層5に含有される導電材料としては、例えば、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン等のカーボン素材、耐食性金属等が挙げられるが、耐酸性かつ導電性が所望のものが得られれば、これらの導電材料に限定されない。特に、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン等の微細繊維状炭素材料は、樹脂層5に導電性を付与するために好適である。このような導電材料の樹脂層5における含有量は、樹脂層5に要求される導電性に応じて適宜設定することができ、例えば、30〜90重量%の範囲で設定することができる。
Examples of the conductive material contained in the
尚、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン等の微細繊維状炭素材料は、ナノテクノロジーの素材として、複合材料、電子デバイス等の種々の分野に適用が期待されているものであり、これらをフィラーとして複合材料に用いた場合には、これらが有する物性を複合材料に付与することができる。例えば、カーボンナノチューブは、導電性、耐酸性、加工性、機械的強度等の面で優れており、フィラーとして複合材料に用いられた場合には、このようなカーボンナノチューブの優れた物性を複合材料に付与することができる。 Fine fibrous carbon materials such as carbon nanotubes, carbon nanofibers, and carbon nanohorns are expected to be applied to various fields such as composite materials and electronic devices as nanotechnology materials. When used as a composite material, the physical properties of these can be imparted to the composite material. For example, carbon nanotubes are excellent in terms of electrical conductivity, acid resistance, workability, mechanical strength, etc. When used as a filler in a composite material, the carbon nanotube has excellent physical properties. Can be granted.
セパレータ1を構成するガスケット材8,9は、セパレータ1が燃料電池に組み込まれたときに、供給される燃料ガスや酸化剤ガスが外部へ漏れたり、混合することを防止するための部材である。このようなガスケット材8,9は、セパレータ1の中心部を囲むように周縁部に配設されるものである。図1〜図6に示される例では、ガスケット材8は、上述の溝部3の形成領域4の外側の領域に位置し、かつ、溝部3に接続されている2個の燃料ガス供給孔6a,6bの配設箇所の外側に位置している。したがって、2個の酸化剤ガス供給孔7a,7bは、ガスケット材8の形成領域内に位置している。一方、セパレータ1の反対側の面では、ガスケット材9は、上述の溝部3の形成領域4の外側の領域に位置し、かつ、溝部3に接続されている2個の個の酸化剤ガス供給孔7a,7bの外側に位置する。したがって、2個の燃料ガス供給孔6a,6bは、ガスケット材9の形成領域内に位置している。
The
ガスケット材8,9としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム等のゴム材料、オレフィン系樹脂やポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料に上記のゴムをコーティングした材料等を挙げることができる。また、ガスケット材8,9の厚みは、後述するような膜電極複合体(MEA)の厚みを考慮して適宜設定することができ、例えば、50〜500μmの範囲で設定することができ、ガスケット部8,9の幅は、例えば、1mm以上で適宜設定することができる。
Examples of the
本発明のセパレータでは、ガスケット材8,9を、高さ調整部材であるシム部と、ガス漏れ防止部材であるシール部からなるようにしてもよく、この場合、シール部を多重に配してもよい。図7は、このような例を示す図であり、図1の鎖線で囲まれた部位の部分拡大平面図である。図7に示される例では、ガスケット材8は、外側シール部8aと内側シール部8bの2重のシール部(図7において斜線を付している部位)を有し、これらのシール部8a,8bの中間にシム部8c(図7において1点鎖線を付している部位)が配設されている。このように、ガスケット材8,9を、高さ調整部材であるシム部8cと、ガス漏れ防止部材であるシール部8a,8bからなる構造とすることにより、セパレータ1が高分子電解質型燃料電池に組み込まれた際の密封性が向上する。また、シール部を多重に配することにより、密封性が更に向上する。尚、図7は、シール部8aの外側まで金属基体2と樹脂層5が存在する例として示しているので、図2、図4〜図6に示される例とは周縁部の構造が異なるものとなっている。
In the separator of the present invention, the
このようなシール部8a,8b、シム部8cの材質は、上述のガスケット材8,9の説明で挙げたような材質であってよい。また、シール部8a,8bの材質とシム部8cの材質が異なってもよく、この場合、シール部8a,8bの硬度がシム部8cの硬度よりも低くなるように設定することが好ましい。
また、シール部8a,8b、シム部8cの厚みは、後述するような膜電極複合体(MEA)の厚みを考慮して適宜設定することができ、例えば、50〜500μmの範囲で設定することができる。また、シール部8a,8bの厚みとシム部8cの厚みが異なるようにしてもよく、この場合、シール部8a,8bの厚みがシム部8cの厚みよりも厚くするように設定することが好ましい。また、シール部8a,8bの幅は、例えば、0.3mm以上で適宜設定することができ、シム部8cの幅は、例えば、0.3mm以上で適宜設定することができる。
The materials of the
The thicknesses of the
図8は本発明の燃料電池用のセパレータの他の実施形態を示す平面図であり、図9は図8に示されるセパレータのV−V線における拡大部分断面図である。図8および図9において、本発明のセパレータ11は、金属基体12と、この金属基体12に形成された複数の貫通孔13と、これらの貫通孔13の内壁面を含む金属基体12の両面を被覆するように電着により形成された樹脂層15とを備え、さらに、ガスケット材18,19(図8では斜線を付して示している)を一体的に備えている。上記の樹脂層15は、導電材料を含有するものであり、ガスケット材18,19は、上記の貫通孔13の形成領域14の外側領域に位置している。
セパレータ11を構成する金属基体12は、上述のセパレータ1を構成する金属基体2と同様の材質とすることができる。
FIG. 8 is a plan view showing another embodiment of the separator for a fuel cell of the present invention, and FIG. 9 is an enlarged partial sectional view taken along line VV of the separator shown in FIG. 8 and 9, the
The
また、金属基体12が有する貫通孔13は、セパレータ11が燃料電池に組み込まれたときに、燃料ガス、あるいは、酸化剤ガスを単位セルに供給するための流路となるものである。このような貫通孔13の大きさ、個数、配設密度には特に制限はない。
セパレータ11を構成する樹脂層15は、導電性を有するとともに、金属基体12に耐食性を付与するためのものである。この樹脂層15は、電着性を有する各種アニオン性、またはカチオン性の合成高分子樹脂中に導電材料を分散させた電着液を用いて電着により成膜し、その後、硬化させて形成することができる。
Further, the through
The
アニオン性合成高分子樹脂およびカチオン性合成高分子樹脂としては、上述の樹脂層5の説明で挙げた合成高分子樹脂を使用することができ、架橋性樹脂との併用も可能である。また、電着性を有する合成高分子樹脂に粘着性を付与するために、ロジン系、テルペン系、石油樹脂等の粘着性付与樹脂を必要に応じて添加してもよい。そして、上述の樹脂層5の電着形成と同様に、電着性の合成高分子樹脂は、アルカリ性または酸性物質により中和して水に可溶化された状態、あるいは水分散状態で電着に供される。
電着により形成された樹脂層15の厚みは、0.1〜100μm、好ましくは3〜30μmの範囲とすることができる。樹脂層15の厚みが0.1μm未満であると、ピンホール等の発生により、良好な耐食性が確保できないことがあり、100μmを超えると、乾燥固化後のヒビ割れ等の発生や、生産性の低下、コスト高といった問題が発生し好ましくない。
As the anionic synthetic polymer resin and the cationic synthetic polymer resin, the synthetic polymer resins mentioned in the description of the
The
樹脂層15に含有される導電材料は、上述の樹脂層5に含有される導電材料として挙げたものを使用することができ、導電材料の樹脂層15における含有量は、樹脂層15に要求される導電性に応じて適宜設定することができ、例えば、30〜90重量%の範囲で設定することができる。
また、セパレータ11を構成するガスケット材18,19は、セパレータ11が燃料電池に組み込まれたときに、供給される燃料ガスや酸化剤ガスが外部へ漏れたり、混合することを防止するための部材である。このようなガスケット材18,19は、セパレータ11の中心部を囲むように周縁部に配設されるものであり、図示例では、貫通孔13の形成領域の外側領域に位置している。ガスケット材18,19の材質は、上述のガスケット材8,9の説明で挙げたものを使用することができ、また、ガスケット材18,19の厚み、幅は、上述のガスケット材8,9と同様に設定することができる。
As the conductive material contained in the
The
さらに、ガスケット材18,19は、上述のガスケット材8,9と同様に、高さ調整部材であるシム部と、ガス漏れ防止部材であるシール部からなるようにしてもよく、この場合、上述の図7に示したように、シール部を多重に配してもよい。このようなシール部、シム部の材質は、上述のガスケット材8,9と同様とすることができ、また、シール部、シム部の厚み、幅も、上述のガスケット材8,9と同様に設定することができる。
Further, the
上述の本発明のセパレータの実施形態は例示であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明のセパレータは、ガスケット材が一方の面のみに配設されたものであってもよい。また、ガスケット材8,9、ガスケット材18,19を、樹脂層5,15を介在させることなく、金属基体2,12に直接配設したものであってもよい。例えば、セパレータ1は、図10に示されるように、樹脂層5を介在させることなく、金属基体2にガスケット材8,9が直接配設され、樹脂層5は溝部3の形成領域4のみに形成され、金属基体2の側端部2aが露出するものであってもよい。また、例えば、セパレータ11は、図11に示されるように、樹脂層15を介在させることなく、金属基体12にガスケット材18,19が直接配設され、樹脂層15は貫通孔13の形成領域14のみに形成され、金属基体12の側端部12aが露出するものであってもよい。
The above-described embodiments of the separator of the present invention are examples, and the present invention is not limited to these embodiments. For example, the separator of the present invention may be one in which the gasket material is disposed only on one surface. Further, the
このようなセパレータ1,11は、耐食性が必要な領域(溝部3の形成領域4、貫通孔13の形成領域14)にだけ電着で樹脂層5,15を形成すればよいので、材料コストの低減が可能である。また、金属基体2,12に対するガスケット材8,9、ガスケット材18,19の密着性が高いものとなる。さらに、燃料電池の発電に寄与する領域にのみ樹脂層5,15を形成することにより、発電に寄与しない領域(ガスケット材8,9、ガスケット材18,19が位置する領域)と区別することができ、金属基体2,12を樹脂層5,15で被覆しない部位(金属基体2,12の側端部2a,12a)が集電部(端子)として機能するので、導電性の樹脂層5,15を介する場合に比べて低抵抗化が達成され、発電性能の向上が可能である。尚、本発明では、上記の側端部2a,12aに加えて、金属基体2,12の表面であって、ガスケット材8,9、ガスケット材18,19が形成されている領域の中、あるいは、その外側にも、樹脂層5,15で被覆されない部位が存在してもよい。また、図示例では、ガスケット材8,9と金属基体2との間には導電性の樹脂層5が存在しないが、溝部3の形成領域4から連続して樹脂層5が、金属基体2とガスケット材8,9との間に若干入り込んでいてもよい。セパレータ11においても同様に、金属基体12とガスケット材18,19との間に導電性の樹脂層15が若干入り込んでいてもよい。
Since
[セパレータの製造例]
図12は、図1〜図6に示される本発明のセパレータ1の製造例を説明するための図である。図12において、金属板材にプレス加工を施して、両面に溝部3を備えた金属基体2を得る(図12(A))。この金属基体2の作製は、上記のプレス加工の他にも、例えば、金属板材の両面にフォトリソグラフィーにより所望のパターンでレジストを形成し、このレジストをマスクとして両面から金属板材をエッチングして溝部3を形成する方法等であってもよい。
次に、この金属基体2の両面に樹脂層5を形成する(図12(B))。この樹脂層5の形成は、電着性を有する各種アニオン性、またはカチオン性の合成高分子樹脂中に導電材料を分散させた電着液を用いて電着により成膜し、その後、硬化させて形成することができる。このように形成された樹脂層5は、良好な導電性と高い耐食性を具備したものとなる。
[Example of separator production]
FIG. 12 is a view for explaining a manufacturing example of the
Next, the
次いで、金属基体2の両面の所定部位にガスケット材8,9を形成して本発明のセパレータ1が得られる(図12(C))。ガスケット材8,9の形成は、例えば、所望の形状に加工したフィルム状の材料を貼合し硬化する方法、スクリーン印刷等の印刷法により所望形状に印刷し硬化させる方法、ディスペンサにて所望形状に塗布して硬化させる方法等により行うことができる。
また、図7に示されるように、ガスケット材がガス漏れ防止部材であるシール部8a,8bと、高さ調整部材であるシム部8cからなる場合には、例えば、所望の形状に加工したフィルム状の材料を貼合し硬化してシム部8cを形成し、その後、ディスペンサにて塗布し硬化することによりシール部8a,8bを形成することができる。
Next,
In addition, as shown in FIG. 7, when the gasket material is composed of
図13は、図8、図9に示されるセパレータ11の製造例を説明するための図である。図13において、金属板材12′の両面にフォトリソグラフィーにより所望のパターンでレジストR,Rを形成する(図13(A))。このレジストR,Rは複数の開口部を有し、各開口部は金属板材12′を介して対向するように位置している。次いで、レジストR,Rをマスクとして両面から金属板材12′をエッチングして複数の貫通孔13を穿設し、その後、レジストR,Rを剥離して金属基体12を得る(図13(B))。
貫通孔13の形成は、上述のエッチングによる方法の他に、サンドブラスト法、レーザー加工法、ドリル加工法等により行うことも可能である。
FIG. 13 is a diagram for explaining a manufacturing example of the
The through-
次に、貫通孔13の内壁面を含む金属基体12に、樹脂層15を形成する(図13(C))。この樹脂層15の形成は、上述の樹脂層5の形成と同様に行うことができる。
次いで、金属基体12の両面の所定部位にガスケット材18,19を形成して本発明のセパレータ11が得られる(図13(D))。ガスケット材18,19の形成は、上述のガスケット材8,9の形成と同様に行うことができる。
Next, the
Next,
また、図14は、図11に示されるセパレータ11の製造例を説明するための図である。図14において、上述の図13(A)、図13(B)で説明したのと同様にして、複数の貫通孔13を備えた金属基体12を得る(図14(A))。
次いで、金属基体12の両面のガスケット材18,19を形成する部位、および、側端部12aに絶縁性パターンR′を形成する(図14(B))。
次に、絶縁性パターンR′をマスクとして、貫通孔13の内壁面を含む金属基体12に、樹脂層15を形成し、その後、絶縁性パターンR′を除去する(図14(C))。この樹脂層15の形成は、上述の樹脂層5の形成と同様に行うことができる。尚、絶縁性パターンR′を形成せずに、金属基体12の両面のガスケット材18,19を形成する部位、および、側端部12aに絶縁性の治具を圧着し、この状態で電着により樹脂層15を形成し、その後、治具を取り外すようにしてもよい。
Moreover, FIG. 14 is a figure for demonstrating the manufacture example of the
Next, an insulating pattern R ′ is formed on the portions where the
Next, using the insulating pattern R ′ as a mask, the
次いで、金属基体12の両面の樹脂層15が形成されていない所定部位にガスケット材18,19を形成して本発明のセパレータ11が得られる(図14(D))。ガスケット材18,19の形成は、上述のガスケット材8,9の形成と同様に行うことができる。
上述の製造例は例示であり、本発明のセパレータの製造はこれらの例に限定されるものではない。
[本発明のセパレータを用いた燃料電池の例]
Next,
The above production examples are illustrative, and the production of the separator of the present invention is not limited to these examples.
[Example of fuel cell using separator of the present invention]
ここで、本発明のセパレータを用いた高分子電解質型燃料電池の一例を、図15〜図18を参照して説明する。図15は高分子電解質型燃料電池の構造を説明するための部分構成図であり、図16は高分子電解質型燃料電池を構成する膜電極複合体を説明するための図であり、図17および図18は、それぞれ高分子電解質型燃料電池のセパレータと膜電極複合体を離間させた状態を異なった方向から示す斜視図である。
図15〜図18において、高分子電解質型燃料電池21は、膜電極複合体(MEA:Membrane-Electrode Assembly)31とセパレータ41が交互に積層されることにより、複数の単位セルが積層されたスタック構造を有している。
Here, an example of a polymer electrolyte fuel cell using the separator of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a partial configuration diagram for explaining the structure of the polymer electrolyte fuel cell, and FIG. 16 is a diagram for explaining the membrane electrode assembly constituting the polymer electrolyte fuel cell. FIG. 18 is a perspective view showing the state in which the separator of the polymer electrolyte fuel cell and the membrane electrode assembly are separated from different directions.
15 to 18, a polymer
MEA31は、図16に示されるように、高分子電解質膜32の一方の面に配設された触媒層33とガス拡散層(GDL:Gas Diffusion Layer)34とからなる燃料極(水素極)35と、高分子電解質膜32の他方の面に配設された触媒層36とガス拡散層(GDL:Gas Diffusion Layer)37とからなる空気極(酸素極)38を備えている。また、上記の高分子電解質膜32の所定位置には、2個の燃料ガス供給孔46a,46b、2個の酸化剤ガス供給孔47a,47bが貫通孔として形成されている。
As shown in FIG. 16, the
セパレータ41は、本発明のセパレータであり、一方の面に燃料ガス供給用溝部43aを備え、他方の面に酸化剤ガス供給用溝部43bを備えている。また、燃料ガス供給用溝部43aが形成されている面には、溝部43aの形成領域の外側に位置し、かつ、2個の燃料ガス供給孔46a,46bの外側に位置するガスケット材48を備えている(図17参照)。さらに、酸化剤ガス供給用溝部43bが形成されている面には、溝部43bの形成領域の外側に位置し、かつ、2個の酸化剤ガス供給孔47a,47bの外側に位置するガスケット材49を備えている(図18参照)。
尚、燃料ガス供給用溝部43aと酸化剤ガス供給用溝部43bを備たセパレータ41は金属基体の両面に、図3に示されるような樹脂層5が形成されているが、図示例では、省略している。
The
The
この高分子電解質型燃料電池21では、セパレータ41の燃料ガス供給用溝部43aが形成されている面に、MEA31の燃料極(水素極)35が当接し、セパレータ41の酸化剤ガス供給用溝部43bが形成されている面に、MEA31の空気極(酸素極)38が当接するように、各セパレータ41とMEA31が積層され、この繰り返しで高分子電解質型燃料電池21が構成されている。
In the polymer
このように積層された状態で、上記の2個の燃料ガス供給孔46a,46bはそれぞれ積層方向に貫通する燃料ガスの供給路を形成し、2個の酸化剤ガス供給孔47a,47bはそれぞれ積層方法に貫通する酸化剤ガスの供給路を形成している。また、セパレータ41に配設されたガスケット材48,49により、MEA31が気密状態で挟持されている。
尚、一方の面に冷却水用溝部を備え、他方の面に燃料ガス供給用溝部43a、あるいは、酸化剤ガス供給用溝部43bを備えた本発明のセパレータを介在させ、また、各セパレータと高分子電解質膜とに冷却水供給孔を設けることにより、冷却機構を備えた高分子電解質型燃料電池としてもよい。
In the stacked state, the two fuel
A separator of the present invention having a groove for cooling water on one surface and a groove for
本発明のセパレータを用いた高分子電解質型燃料電池の他の例を、図19〜図21を参照して説明する。図19は高分子電解質型燃料電池の構造を説明するための平面図であり、図20は図19に示される高分子電解質型燃料電池のA−A線での縦断面図であり、図21は高分子電解質型燃料電池を構成する膜電極複合体を説明するための図である。 Another example of the polymer electrolyte fuel cell using the separator of the present invention will be described with reference to FIGS. 19 is a plan view for explaining the structure of the polymer electrolyte fuel cell, and FIG. 20 is a longitudinal sectional view taken along line AA of the polymer electrolyte fuel cell shown in FIG. FIG. 2 is a view for explaining a membrane electrode assembly constituting a polymer electrolyte fuel cell.
図19および図20に示されるように、高分子電解質型燃料電池51は、膜電極複合体(MEA:Membrane-Electrode Assembly)61とセパレータ71A,71Bとからなる単位セル52を平面状に複数個配列し、これらを電気的に直列に接続し、単位セルの個数分(図19では4個分)の電圧を取り出す高分子電解質型燃料電池である。また、各単位セル52の周りには、これと略同じ厚さの絶縁部55を設け、全体を平面状にしている。すなわち、平板状の絶縁部55のくり抜き部に単位セル52を嵌め込んだ状態とすることにより、単位セル52と絶縁部55とを平面状に設けているものである。
As shown in FIGS. 19 and 20, the polymer
この高分子電解質型燃料電池51は、絶縁部55のうち、隣接する単位セル間に位置する絶縁部55に、貫通してその表裏の接続を行うための表裏接続部57cを設けている。そして、この表裏接続部57cを、接続配線57aを介して、隣接する一方の単位セルのセパレータ71A(例えば、燃料極側セパレータ)に接続し、また、接続配線57bを介して、隣接する他方の単位セルのセパレータ71B(例えば、空気極側セパレータ)に接続している。これにより、隣接する単位セル間が電気的に直列に接続されている。そして、直列に接続された一方の端部に位置する単位セル52のセパレータ71Aと、他方の端部に位置する単位セル52のセパレータ71Bには、配線75,76が接続されている。
The polymer
尚、図示例では単位セルの個数を4個としているが、単位セルの個数には制限はない。
絶縁部55は、接続部57(接続配線57a,57bおよび表裏接続部57c)で接続される以外は、隣接する単位セル間を互いに絶縁するものである。このような絶縁部55の材質は、処理性、耐久性の面で優れたものであれば特に限定はされず、例えば、ガラスエポキシ、ポリイミド樹脂等が使用される。また、絶縁部55は、絶縁性材料のみからなるものでも、導電性材料を一部含むものでもよい。
In the illustrated example, the number of unit cells is four, but the number of unit cells is not limited.
The insulating
接続部57の表裏接続部57cとしては、スルホール接続部、あるいは、充填ビア接続部、バンプ接続部のいずれかを、隣接する単位セル間に位置する絶縁部55中に設けたものとすることができる。これらの表裏接続部57cは、従来の配線基板技術の応用として形成できる。
また、MEA61は、図21に示されるように、高分子電解質膜62の一方の面に配設された触媒層63とガス拡散層(GDL:Gas Diffusion Layer)64とからなる燃料極(水素極)65と、高分子電解質膜62の他方の面に配設された触媒層66とガス拡散層(GDL:Gas Diffusion Layer)67とからなる空気極(酸素極)68を備えている。
セパレータ71A,71Bは、図8、図9に示されるような本発明のセパレータであり、複数の貫通孔を備えた金属基体に導電性の樹脂層を有し、貫通孔の形成領域の外側領域にガスケット材72A,72Bを一体的に備えるものである。
上述の燃料電池の例は例示であり、本発明のセパレータを使用した燃料電池はこれらの例に限定されるものではない。
As the front and
Further, as shown in FIG. 21, the
The
The examples of the fuel cell described above are examples, and the fuel cell using the separator of the present invention is not limited to these examples.
次に、具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
[実施例1]
金属板材として、厚み0.8mmのSUS304(80mm×80mm)を準備し、表面の脱脂処理を行った。
次に、このSUS304にプレス加工を施し、図1〜図6に示されるような溝部を備えた金属基体を作製した。この金属基体の溝部は、幅800μm、長さ80mmの溝部が1200μmピッチで表裏に交互に70本づつ存在するものであり、各溝部の深さは600μmであった。
次に、金属基体に対して、50℃の塩酸水溶液(水9部に35%塩酸1部を添加)を用いて前処理を施し水洗した。
Next, the present invention will be described in more detail by showing specific examples.
[Example 1]
As the metal plate material, SUS304 (80 mm × 80 mm) having a thickness of 0.8 mm was prepared, and the surface was degreased.
Next, this SUS304 was pressed to produce a metal substrate having a groove as shown in FIGS. The groove portion of this metal substrate had 70 groove portions with a width of 800 μm and a length of 80 mm alternately on the front and back at a pitch of 1200 μm, and the depth of each groove portion was 600 μm.
Next, the metal substrate was pretreated with an aqueous hydrochloric acid solution at 50 ° C. (1 part of 35% hydrochloric acid was added to 9 parts of water) and washed with water.
次いで、エポキシ電着液に、導電材料としてカーボンブラック(Cabot(株)製 Vulcan XC−72)を樹脂固形分に対して75重量%添加し分散させて、電着液とした。
この電着液を20℃に保って撹拌し、この中に上記の金属基体を浸漬し、極間40mm、電圧50Vで1分間電着を行い、引き上げた金属基体を純水洗浄した後、ドライヤーで熱風乾燥(150℃、3分間)し、さらに、窒素雰囲気中で180℃、1時間の熱処理を施した。これにより、金属基体を被覆するように厚み15μmの樹脂層を形成した。
Subsequently, carbon black (Vulcan XC-72 manufactured by Cabot Co., Ltd.) as a conductive material was added to and dispersed in the epoxy electrodeposition liquid by 75% by weight with respect to the resin solid content to obtain an electrodeposition liquid.
The electrodeposition solution was stirred at 20 ° C., the metal substrate was immersed in the electrodeposition solution, electrodeposition was performed at a gap of 40 mm and a voltage of 50 V for 1 minute, and the pulled metal substrate was washed with pure water, and then dried. And dried with hot air (150 ° C., 3 minutes), and further subjected to heat treatment at 180 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. Thereby, a resin layer having a thickness of 15 μm was formed so as to cover the metal substrate.
次いで、シム部形成用として、厚み0.25mmのポリエチレンテレフタレートフィルム上にオレフィン系樹脂(スリーボンド(株)製)をダイコート法によりコーティングした積層フィルムを作製した。この積層フィルムを図1、図7に示されるような形状に金型加工し、加工後の積層フィルムを上記の金属基体の両面の樹脂層上に貼合し、次に、上記のシム部用積層フィルムの内側部位、および外側部位に、200μmの間隙を設けて、ディスペンサにてフッ素樹脂(スリーボンド(株)製)を塗布した。その後、180℃、1時間の熱処理を施した。これにより、シム部(厚み300μm)と、このシム部の内側、外側に幅400μm、厚み350μmの2重のシール部を形成し、本発明のセパレータを得た。 Next, a laminated film in which an olefin-based resin (manufactured by ThreeBond Co., Ltd.) was coated on a polyethylene terephthalate film having a thickness of 0.25 mm by a die coating method was formed for shim formation. The laminated film is processed into a mold as shown in FIG. 1 and FIG. 7, and the laminated film after processing is bonded onto the resin layers on both sides of the metal substrate. A 200 μm gap was provided in the inner part and the outer part of the laminated film, and a fluororesin (manufactured by ThreeBond Co., Ltd.) was applied with a dispenser. Thereafter, heat treatment was performed at 180 ° C. for 1 hour. As a result, a shim portion (thickness: 300 μm) and a double seal portion having a width of 400 μm and a thickness of 350 μm were formed inside and outside the shim portion to obtain the separator of the present invention.
尚、上述のエポキシ電着液は下記のようにして調製した。
まず、ビスフェノールAのジグリシジルエーテル(エポキシ当量910)1000重量部を撹拌下に70℃に保ちながら、エチレングリコールモノエチルエーテル463重量部に溶解させ、さらに、ジエチルアミン80.3重量部を加えて100℃で2時間反応させてアミンエポキシ付加物(A)を調製した。
また、コロネートL(日本ポリウレタン(株)製 ジイソシアネート:NCO13%の不揮発分75重量%)875重量部にジブチル錫ラウレート0.05重量部を加え50℃に加熱し、これに2−エチルヘキサノール390重量部を添加し、その後、120℃で90分間反応させた。得られた反応生成物をエチレングリコールモノエチルエーテル130重量部で希釈した成分(B)を得た。
次に、上記のアミンエポキシ付加物(A)1000重量部と成分(B)400重量部からなる混合物を、氷酢酸30重量部で中和した後、脱イオン水570重量部を用いて希釈し、不揮発分50重量%の樹脂Aを調製した。この樹脂A200.2重量部(樹脂成分86.3容量)、脱イオン水583.3重量部、およびジブチル錫ラウレート2.4重量部を配合してエポキシ電着液を調製した。
The above-mentioned epoxy electrodeposition solution was prepared as follows.
First, 1000 parts by weight of diglycidyl ether of bisphenol A (epoxy equivalent 910) was dissolved in 463 parts by weight of ethylene glycol monoethyl ether while maintaining the temperature at 70 ° C. with stirring, and further 80.3 parts by weight of diethylamine was added to 100 parts. An amine epoxy adduct (A) was prepared by reacting at 2 ° C. for 2 hours.
Coronate L (manufactured by Nippon Polyurethane Co., Ltd. diisocyanate:
Next, the mixture consisting of 1000 parts by weight of the above-described amine epoxy adduct (A) and 400 parts by weight of component (B) is neutralized with 30 parts by weight of glacial acetic acid, and then diluted with 570 parts by weight of deionized water. A resin A having a nonvolatile content of 50% by weight was prepared. An epoxy electrodeposition solution was prepared by blending 200.2 parts by weight of this resin A (resin component 86.3 volumes), 583.3 parts by weight of deionized water, and 2.4 parts by weight of dibutyltin laurate.
[実施例2]
金属板材として、80mm×80mm、厚み0.8mmのアルミニウム合金(A5052P)を準備し、表面の脱脂処理を行った。
次に、このアルミニウム合金の両面に、ドライフィルムレジスト(ニチゴー・モートン(株)製)をラミネートして35μm厚の感光性レジスト層を形成し、その後、溝部形成用のフォトマスクを介して露光(5kW水銀灯により15秒間照射)、現像(30℃の2%炭酸水素ナトリウム水溶液をスプレー)してレジストを形成した。
次いで、上記のレジストを介してアルミニウム合金の両面から45℃に加熱した塩化第二鉄水溶液をスプレーして、所定の深さまでハーフエッチングを行った。その後、50℃の5%炭酸水素ナトリウム水溶液でレジストを剥離し、洗浄処理を施した。これにより、幅が1mm、深さが0.3mmのほぼ半円形状の断面を有し、振れ幅50mm、ピッチ2mmで蛇行した長さ1300mmの溝部を備えた金属基体を得た。
[Example 2]
An aluminum alloy (A5052P) having a size of 80 mm × 80 mm and a thickness of 0.8 mm was prepared as a metal plate material, and the surface was degreased.
Next, a dry film resist (manufactured by Nichigo Morton Co., Ltd.) is laminated on both surfaces of the aluminum alloy to form a 35 μm-thick photosensitive resist layer, and then exposed through a photomask for forming a groove ( A resist was formed by irradiating with a 5 kW mercury lamp for 15 seconds) and developing (spraying a 2% aqueous sodium hydrogen carbonate solution at 30 ° C.).
Next, a ferric chloride aqueous solution heated to 45 ° C. was sprayed from both sides of the aluminum alloy through the resist, and half-etched to a predetermined depth. Thereafter, the resist was peeled off with a 5% aqueous sodium hydrogen carbonate solution at 50 ° C. and subjected to a cleaning treatment. As a result, a metal substrate having a substantially semicircular cross section having a width of 1 mm and a depth of 0.3 mm, and a groove portion having a length of 1300 mm meandering with a deflection width of 50 mm and a pitch of 2 mm was obtained.
次に、上記の金属基体に対して、硝酸水溶液を用いて前処理(不動態膜除去)を施し、水洗した。
次に、上記の金属基体に対して、下記の条件で亜鉛置換処理を施して亜鉛合金層(厚み0.05μm)を、溝部を含めた金属基体上に形成した。
(亜鉛置換処理の条件)
・使用浴 : ジンケート浴(メルテックス(株)製 アルモンEN)
・液温 : 30℃
・処理時間 : 20秒
Next, pretreatment (passivation film removal) was performed on the metal substrate using an aqueous nitric acid solution, followed by washing with water.
Next, a zinc alloy treatment (thickness 0.05 μm) was formed on the metal substrate including the groove portion by subjecting the metal substrate to a zinc substitution treatment under the following conditions.
(Conditions for zinc replacement treatment)
・ Use bath: Zincate bath (Mertex Co., Ltd. ALMON EN)
・ Liquid temperature: 30 ℃
・ Processing time: 20 seconds
次いで、亜鉛合金層上に、実施例1と同様にして、厚み15μmの樹脂層を形成した。
次に、実施例1と同様に、シム部形成用としての積層フィルムを作製し、この積層フィルムを上記の溝部形成領域の外側に位置するように額縁形状に金型加工した。加工後の積層フィルムを上記の金属基体の両面の樹脂層上に貼合し、次に、上記のシム部用積層フィルムの内側部位、および外側部位に、200μmの間隙を設けて、ディスペンサにてフッ素樹脂(スリーボンド(株)製)を塗布した。その後、180℃、1時間の熱処理を施した。これにより、シム部(厚み300μm)と、このシム部の内側、外側に幅400μm、厚み350μmの2重のシール部を形成して、本発明のセパレータを得た。
Next, a resin layer having a thickness of 15 μm was formed on the zinc alloy layer in the same manner as in Example 1.
Next, similarly to Example 1, a laminated film for forming a shim portion was produced, and this laminated film was die-molded into a frame shape so as to be located outside the groove forming region. The laminated film after processing is bonded onto the resin layers on both sides of the metal substrate, and then a gap of 200 μm is provided in the inner part and the outer part of the laminated film for the shim part, and a dispenser is used. A fluororesin (manufactured by Three Bond Co., Ltd.) was applied. Thereafter, heat treatment was performed at 180 ° C. for 1 hour. Thus, a shim part (thickness 300 μm) and a double seal part having a width of 400 μm and a thickness of 350 μm were formed inside and outside the shim part to obtain the separator of the present invention.
[実施例3]
金属板材として、80mm×80mm、厚み0.8mmの銅合金(銅−錫−クロム系合金)を準備し、表面の脱脂処理を行った。
次に、この銅合金の両面に、感光材料(カゼインと重クロム酸アンモニウムとの混合物)をディップコート法により塗布して厚み2μmの塗膜を形成し、溝部形成用のフォトマスクを介して露光(5kW水銀灯により60秒間照射)、現像(40℃温水をスプレー)してレジストを形成した。
次いで、上記のレジストを介して銅合金の両面から70℃に加熱した塩化第二鉄水溶液をスプレーして、所定の深さまでハーフエッチングを行った。その後、80℃の苛性ソーダ水溶液でレジストを剥離し、洗浄処理を施した。これにより、幅が1mm、深さが0.3mmのほぼ半円形状の断面を有し、振れ幅50mm、ピッチ2mmで蛇行した長さ1300mmの溝部を備えた金属基体を得た。
[Example 3]
A copper alloy (copper-tin-chromium alloy) having a size of 80 mm × 80 mm and a thickness of 0.8 mm was prepared as a metal plate, and the surface was degreased.
Next, a photosensitive material (a mixture of casein and ammonium dichromate) is applied to both surfaces of the copper alloy by a dip coating method to form a coating film having a thickness of 2 μm, and exposed through a photomask for groove formation. (Irradiated with a 5 kW mercury lamp for 60 seconds) and developed (sprayed with 40 ° C. hot water) to form a resist.
Next, a ferric chloride aqueous solution heated to 70 ° C. was sprayed from both sides of the copper alloy through the resist, and half-etched to a predetermined depth. Thereafter, the resist was peeled off with an aqueous caustic soda solution at 80 ° C. and subjected to a cleaning treatment. As a result, a metal substrate having a substantially semicircular cross section having a width of 1 mm and a depth of 0.3 mm, and a groove portion having a length of 1300 mm meandering with a deflection width of 50 mm and a pitch of 2 mm was obtained.
次に、金属基体に対して、60℃の硫酸(硫酸1部に水5部を添加)を用いて前処理を施し水洗した。
次いで、金属基体上に、実施例1と同様にして、厚み15μmの樹脂層を形成した。
次に、実施例1と同様に、シム部形成用としての積層フィルムを作製し、この積層フィルムを上記の溝部形成領域の外側に位置するように額縁形状に金型加工した。加工後の積層フィルムを上記の金属基体の両面の樹脂層上に貼合し、次に、上記のシム部用積層フィルムの内側部位、および外側部位に、200μmの間隙を設けて、ディスペンサにてオレフィン樹脂(スリーボンド(株)製)を塗布した。その後、180℃、1時間の熱処理を施した。これにより、シム部(厚み300μm)と、このシム部の内側、外側に幅400μm、厚み350μmの2重のシール部を形成して、本発明のセパレータを得た。
Next, the metal substrate was pretreated with 60 ° C. sulfuric acid (5 parts of water added to 1 part of sulfuric acid) and washed with water.
Next, a resin layer having a thickness of 15 μm was formed on the metal substrate in the same manner as in Example 1.
Next, similarly to Example 1, a laminated film for forming a shim portion was produced, and this laminated film was die-molded into a frame shape so as to be located outside the groove forming region. The laminated film after processing is bonded onto the resin layers on both sides of the metal substrate, and then a gap of 200 μm is provided in the inner part and the outer part of the laminated film for the shim part, and a dispenser is used. An olefin resin (manufactured by Three Bond Co., Ltd.) was applied. Thereafter, heat treatment was performed at 180 ° C. for 1 hour. Thus, a shim part (thickness 300 μm) and a double seal part having a width of 400 μm and a thickness of 350 μm were formed inside and outside the shim part to obtain the separator of the present invention.
[実施例4]
実施例2と同様にして、金属板材としての厚み0.8mmのアルミニウム合金(80mm×80mm)に溝部を形成して金属基体を得た。
次に、この金属基体に、実施例2と同様にして前処理、亜鉛置換処理を行った。その後、金属基体の周囲を、側端部から3mmの幅で額縁形状に絶縁ゴム製の治具で圧着挟持し、その後、実施例1と同様にして、厚み15μmの樹脂層を形成した。このように形成された樹脂層は、上記の絶縁ゴム製の治具で挟持されていない部位のみに存在するものであった。
[Example 4]
In the same manner as in Example 2, a groove was formed in an aluminum alloy (80 mm × 80 mm) having a thickness of 0.8 mm as a metal plate material to obtain a metal substrate.
Next, pretreatment and zinc substitution treatment were performed on the metal substrate in the same manner as in Example 2. Thereafter, the periphery of the metal substrate was crimped and sandwiched in a frame shape with a width of 3 mm from the side edge portion with a jig made of insulating rubber, and then a resin layer having a thickness of 15 μm was formed in the same manner as in Example 1. The resin layer formed in this way was present only in a portion not sandwiched by the above-mentioned insulating rubber jig.
次に、実施例1と同様に、シム部形成用としての積層フィルムを作製し、この積層フィルムを上記の樹脂層を形成した領域の外側に位置するように額縁形状に金型加工した。加工後の積層フィルムを上記の金属基体の両面に直接貼合し、次に、上記のシム部用積層フィルムの内側部位、および外側部位に、200μmの間隙を設けて、ディスペンサにてオレフィン樹脂(スリーボンド(株)製)を塗布した。その後、180℃、1時間の熱処理を施した。これにより、シム部(厚み300μm)と、このシム部の内側、外側に幅400μm、厚み350μmの2重のシール部を形成して、本発明のセパレータを得た。このセパレータでは、側端部と、シム部とシール部との境界部位と、シム部とシール部からなるガスケット材の外側部位において、金属基体が露出したものであった。 Next, similarly to Example 1, a laminated film for forming a shim portion was produced, and this laminated film was die-molded into a frame shape so as to be located outside the region where the resin layer was formed. The laminated film after processing is directly bonded to both surfaces of the metal substrate. Next, a gap of 200 μm is provided on the inner part and the outer part of the shim part laminated film, and an olefin resin ( Three Bond Co., Ltd.) was applied. Thereafter, heat treatment was performed at 180 ° C. for 1 hour. Thus, a shim part (thickness 300 μm) and a double seal part having a width of 400 μm and a thickness of 350 μm were formed inside and outside the shim part to obtain the separator of the present invention. In this separator, the metal substrate was exposed at the side end portion, the boundary portion between the shim portion and the seal portion, and the outer portion of the gasket material composed of the shim portion and the seal portion.
本発明は、固体高分子電解質膜の両側に電極を配した単位セルを複数個接続した燃料電池の製造に適用することができる。 The present invention can be applied to the manufacture of a fuel cell in which a plurality of unit cells each having an electrode disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane are connected.
1…セパレータ
2…金属基体
2a…側端部
3…溝部
4…溝部形成領域
5…樹脂層
8,9…ガスケット材
8a,8b…シール部
8c…シム部
11…セパレータ
12…金属基体
12a…側端部
13…貫通孔
14…貫通孔形成領域
15…樹脂層
18,19…ガスケット材
21,51…高分子電解質型燃料電池
31,61…膜電極複合体(MEA)
41,71A,71B…セパレータ
48,49,72A,72B…ガスケット材
DESCRIPTION OF
41, 71A, 71B ...
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