JP2008016228A - Separator for fuel cell, and the fuel cell - Google Patents

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Tomokazu Hayashi
友和 林
Junichi Shirahama
淳一 白濱
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To secure required conductivity at an electrode part, while aiming at improvement of adhesiveness at a gas-sealing part. <P>SOLUTION: A fuel cell separator 140, used with at least a part of it in contact with another member in a lamination direction, is provided with a base material layer 10, and conductive layers 16a, 16b laminated on one side face of the base material layer 10. Here, if the degree of adhesion of the base material layer 10 with the first conductive layer 16a is A, and that of the base material layer 1 with the second conductive layer 16b is B, A<B, then if the conductivity of the first conductive layer 16a in the laminating direction is X, and that of the second conductive layer 16b is Y, it is preferable that X>Y. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池用セパレータに関し、特に基材層を備え、その表面を被覆する導電性層を有する燃料電池用セパレータに関する。本発明はまた、この燃料電池用セパレータを使用した燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell separator, and more particularly to a fuel cell separator having a base layer and a conductive layer covering the surface thereof. The present invention also relates to a fuel cell using the fuel cell separator.

燃料電池スタックにおいて、各燃料電池セルを構成するセパレータの材質として、カーボンや金属を使用したものが検討されている。中でも、ステンレスなどのような金属材料を使用した、いわゆるメタルセパレータは、比較的安価であり、かつ加工も容易である点から好ましく用いられている。   In a fuel cell stack, a material using carbon or metal as a material of a separator constituting each fuel cell has been studied. Among these, a so-called metal separator using a metal material such as stainless steel is preferably used because it is relatively inexpensive and easy to process.

このようなメタルセパレータを使用する場合には、一般に、セパレータ表面とMEAの非発電領域との間をエポキシ樹脂やフェノール樹脂等を含む樹脂フレームで挟み、MEAとメタルセパレータとが直接接触しないように積層し、一体化させている。このとき、各部材間に必要に応じて接着剤などを用いることもある。   When such a metal separator is used, generally, the separator surface and the non-power generation region of the MEA are sandwiched between resin frames including an epoxy resin or a phenol resin so that the MEA and the metal separator are not in direct contact with each other. Laminated and integrated. At this time, an adhesive or the like may be used between the members as necessary.

また、メタルセパレータの基材としてステンレスを使用する場合には、表面処理として金メッキや、黒鉛構造体や炭素系膜(いわゆるカーボンコート)などを塗布し、耐食性向上、および導電性向上を図っている。   In addition, when stainless steel is used as the base material of the metal separator, gold plating, a graphite structure or a carbon-based film (so-called carbon coating) is applied as a surface treatment to improve corrosion resistance and conductivity. .

ここで、燃料電池セルの概略について示す。図3は、燃料電池スタックにおいて、特にその積層構造についての概略を示す模式図である。   Here, an outline of the fuel battery cell will be described. FIG. 3 is a schematic diagram showing an outline of the fuel cell stack, particularly its laminated structure.

燃料電池スタックは一般に、MEAと、MEAを挟持するセパレータと、を備える燃料電池セル(単セル)を、複数積層させた構造を有している。   A fuel cell stack generally has a structure in which a plurality of fuel cell cells (single cells) each including an MEA and a separator that sandwiches the MEA are stacked.

図3において、MEA300は、例えば、パーフルオロ系、パーフルオロスルホン酸系などのフッ素系イオン交換樹脂などが用いられる高分子電解質膜302の両面に電極触媒層および電極拡散層を含む電極をそれぞれ形成させ、一体化したものである。図3においては、高分子電解質膜302の一方面側に燃料極(アノード極)304を、他方面側に図示しない酸化極または空気極(カソード極)を形成させた、MEA300を用いている。ここでは、MEA300の一例として、各電極の外郭を形成する高分子電解質膜302の外側部分に所定の流体マニホールドが複数形成されており、セパレータ330,340と同じ外形を有するものが使用されている。   In FIG. 3, MEA 300 forms electrodes each including an electrode catalyst layer and an electrode diffusion layer on both surfaces of polymer electrolyte membrane 302 using, for example, a fluorine-based ion exchange resin such as perfluoro-based or perfluorosulfonic acid-based. And integrated. In FIG. 3, an MEA 300 is used in which a fuel electrode (anode electrode) 304 is formed on one surface side of a polymer electrolyte membrane 302 and an oxidation electrode or an air electrode (cathode electrode) (not shown) is formed on the other surface side. Here, as an example of the MEA 300, a plurality of predetermined fluid manifolds are formed on the outer portion of the polymer electrolyte membrane 302 that forms the outline of each electrode, and those having the same outer shape as the separators 330 and 340 are used. .

MEA300の両側には、構造材として樹脂フレーム310,320が設けられている。樹脂フレーム310には、燃料極304を収容する開口部312が形成されており、開口部312の外郭をなす外枠314が高分子電解質膜302の外側部分と重ね合わされている。一方、樹脂フレーム320には、酸化極を収容する開口部322が形成されており、開口部322の外郭をなす外枠324が高分子電解質膜302の外側部分と重ね合わされている。   Resin frames 310 and 320 are provided as structural materials on both sides of the MEA 300. The resin frame 310 is formed with an opening 312 that accommodates the fuel electrode 304, and an outer frame 314 that forms an outline of the opening 312 is overlapped with an outer portion of the polymer electrolyte membrane 302. On the other hand, the resin frame 320 is formed with an opening 322 that accommodates the oxidation electrode, and an outer frame 324 that forms an outline of the opening 322 is overlapped with an outer portion of the polymer electrolyte membrane 302.

そして、MEA300および樹脂フレーム310,320は、セパレータ330,340により挟持されている。図4に、樹脂フレーム320と隣り合うセパレータ340の構成について、その概略を示す。   MEA 300 and resin frames 310 and 320 are sandwiched between separators 330 and 340. FIG. 4 shows an outline of the configuration of the separator 340 adjacent to the resin frame 320.

図4に示すセパレータ340は、第1の部分342と、第2の部分344とを有している。第2の部分344は、第1の部分342の外郭をなしており、反応ガスや冷却水などを流通させる複数の流体マニホールドが開口している。セパレータ340が燃料電池セルに組み込まれると、第2の部分344の一方面は、樹脂フレーム320の外枠324に所定の圧力で押し当てられ、反応ガスの漏出が防止される。このため、以下、第2の部分344をガスシール部とも称する。一方、第2の部分またはガスシール部344の他方面は、隣の燃料電池セルを形成するセパレータ430に所定の圧力で押し当てられている。   A separator 340 shown in FIG. 4 has a first portion 342 and a second portion 344. The second portion 344 forms an outline of the first portion 342, and a plurality of fluid manifolds through which reaction gas, cooling water, and the like are circulated are opened. When the separator 340 is incorporated into the fuel battery cell, one surface of the second portion 344 is pressed against the outer frame 324 of the resin frame 320 with a predetermined pressure, thereby preventing the reaction gas from leaking out. For this reason, hereinafter, the second portion 344 is also referred to as a gas seal portion. On the other hand, the second portion or the other surface of the gas seal portion 344 is pressed against the separator 430 forming the adjacent fuel cell with a predetermined pressure.

一方、第1の部分342の一方面は、図3に示すような燃料電池に組み込まれると、MEA300の、図示しない酸化極との間に所定の空間が形成される。こうして形成された電極部342と酸化極との間の空間には、サーペンタイン形状やパラレル形状のような所望の流路形状が構成され、この流路内に空気や酸素ガスなどの酸化ガスを流通する。このため、以下、第1の部分342を電極部とも称する。一方、第1の部分または電極部342の他方面は、ガスシール部344の他方面とともにセパレータ430と接触している。   On the other hand, when one surface of the first portion 342 is incorporated in a fuel cell as shown in FIG. 3, a predetermined space is formed between the MEA 300 and an oxidation electrode (not shown). In the space between the electrode portion 342 thus formed and the oxidation electrode, a desired flow path shape such as a serpentine shape or a parallel shape is formed, and an oxidizing gas such as air or oxygen gas is circulated in the flow path. To do. For this reason, hereinafter, the first portion 342 is also referred to as an electrode portion. On the other hand, the other surface of the first portion or electrode portion 342 is in contact with the separator 430 together with the other surface of the gas seal portion 344.

また、セパレータ330は、セパレータ340とほぼ同様の形状を有しており、図示しない電極部およびガスシール部を有している。セパレータ330の図示しないガスシール部は、電極部の外郭をなしており、反応ガスや冷却水などを流通させる複数の流体マニホールドが開口している。セパレータ330が燃料電池セルに組み込まれると、ガスシール部の一方面は、樹脂フレーム310の外枠314に所定の圧力で押し当てられ、反応ガスの漏出が防止されている。また、隣の燃料電池セルを形成するセパレータに所定の圧力で押し当てられているガスシール部の他方面は、一般に接着剤などによりセパレータと接着またはシールされている。   The separator 330 has substantially the same shape as the separator 340, and has an electrode part and a gas seal part (not shown). A gas seal portion (not shown) of the separator 330 forms an outer portion of the electrode portion, and a plurality of fluid manifolds for circulating reaction gas, cooling water, and the like are opened. When the separator 330 is incorporated in the fuel battery cell, one side of the gas seal portion is pressed against the outer frame 314 of the resin frame 310 with a predetermined pressure to prevent the reaction gas from leaking. In addition, the other surface of the gas seal portion pressed against the separator forming the adjacent fuel battery cell with a predetermined pressure is generally bonded or sealed to the separator with an adhesive or the like.

一方、セパレータ330の図示しない電極部の一方面は、図3に示すような燃料電池に組み込まれると、燃料極304との間に所望の流路形状が構成され、この流路内に水素ガスや改質ガスなどの燃料ガスを流通する。また、電極部の他方面は、ガスシール部の他方面とともに図示しないセパレータと接触している。   On the other hand, when one side of an electrode portion (not shown) of the separator 330 is incorporated in a fuel cell as shown in FIG. 3, a desired flow path shape is formed between the fuel electrode 304 and hydrogen gas is contained in the flow path. And fuel gas such as reformed gas. Further, the other surface of the electrode portion is in contact with a separator (not shown) together with the other surface of the gas seal portion.

前述したように、メタルセパレータは、耐食性(耐酸性)および導電性が良好である必要があり、例えば図5に示すような積層構造のものが用いられている。   As described above, the metal separator needs to have good corrosion resistance (acid resistance) and conductivity. For example, a metal separator having a laminated structure as shown in FIG. 5 is used.

図5は、図4に示したセパレータ340において、A−A’ラインに沿った断面概略図である。なお、図5に示したセパレータ構造を示す断面図は、例えばガス流路や冷却水流路などの凹凸形状については省略し、積層構造のみに着目して示したものである。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view along the A-A ′ line in the separator 340 shown in FIG. 4. In the cross-sectional view showing the separator structure shown in FIG. 5, for example, the concave and convex shapes such as the gas flow path and the cooling water flow path are omitted, and only the laminated structure is shown.

図5において、セパレータ340は、ステンレス鋼などが好適に用いられる基材層50の両面に、金メッキなどが好適に用いられる金属薄膜層52,54を積層させて、セパレータ340の導電性を向上させている。また、金属薄膜層52の上に、さらに導電性炭素材料およびバインダを含むカーボンコート層56を設け、導電性を有するだけでなく、耐食性を合わせて向上させている。このとき、セパレータ340は、図3に示す燃料電池に組み込まれる際には、例えば金属薄膜層54側表面をセパレータ430側、カーボンコート層56側を樹脂フレーム320側となるように備えられる。   In FIG. 5, the separator 340 improves the conductivity of the separator 340 by laminating metal thin film layers 52 and 54, which preferably use gold plating, on both surfaces of the base material layer 50, which is preferably made of stainless steel. ing. Further, a carbon coat layer 56 containing a conductive carbon material and a binder is further provided on the metal thin film layer 52 to not only have conductivity but also improve corrosion resistance. At this time, when the separator 340 is incorporated in the fuel cell shown in FIG. 3, for example, the surface on the metal thin film layer 54 side is provided on the separator 430 side, and the carbon coat layer 56 side is provided on the resin frame 320 side.

図3に示すような燃料電池においては、反応ガスの漏出を防ぐために、例えばボルトなどの締結部材を用いて、各部材の積層方向に強い外力を付与している。   In the fuel cell as shown in FIG. 3, in order to prevent leakage of the reaction gas, for example, a fastening member such as a bolt is used to apply a strong external force in the stacking direction of the members.

長期間にわたり積層方向に強い外力が与えられると、図4,5に示したセパレータ340において、特に樹脂フレーム320とセパレータ430とにより、強く押さえられているガスシール部344において、カーボンコート層56と金属薄膜層52との界面で剥離してしまうというおそれがあった。   When a strong external force is applied in the laminating direction over a long period of time, in the separator 340 shown in FIGS. 4 and 5, particularly in the gas seal portion 344 strongly held by the resin frame 320 and the separator 430, the carbon coat layer 56 There was a risk of peeling at the interface with the metal thin film layer 52.

一方、カーボンコート層56と金属薄膜層52との界面における剥離を防止するためには、カーボンコート層56中のバインダの含有量を増やすことが好適である。しかしながら、カーボンコート層56中に含まれる導電性炭素材料の相対量が減少してしまう。つまり、接着性を向上させて剥離を防止することと、導電性を維持させることとは相反している要求であることから、これらの性質を両立する燃料電池セパレータが求められてきた。   On the other hand, in order to prevent peeling at the interface between the carbon coat layer 56 and the metal thin film layer 52, it is preferable to increase the binder content in the carbon coat layer 56. However, the relative amount of the conductive carbon material contained in the carbon coat layer 56 is reduced. In other words, since it is a conflicting demand to improve adhesion and prevent peeling, and to maintain conductivity, a fuel cell separator that satisfies both of these properties has been demanded.

ところで、積層構造を有するメタルセパレータ、またはこのようなセパレータを使用した燃料電池について、例えば特許文献1〜4に開示されている。   By the way, the metal separator which has a laminated structure, or the fuel cell using such a separator is disclosed by patent documents 1-4, for example.

特許文献1には、金属製セパレータ基材の表面に、良導電性の金属を含む金属系導電性塗装層と、黒鉛系導電性塗装層とをこの順で積層させた燃料電池用金属セパレータについて記載されている。   Patent Document 1 discloses a metal separator for a fuel cell in which a metal-based conductive coating layer containing a highly conductive metal and a graphite-based conductive coating layer are laminated in this order on the surface of a metal separator substrate. Are listed.

特許文献2には、セパレータ基材の上に金属コート層とカーボンコート層を順に設け、金属コート層とセパレータ基材の間に、異なる金属層または下地コート層を設けることにより、金属コート層とセパレータ基材との密着性を高める技術について記載されている。   In Patent Document 2, a metal coat layer and a carbon coat layer are provided in this order on a separator base material, and a metal coat layer and a base coat layer are provided between the metal coat layer and the separator base material. A technique for improving the adhesion to the separator substrate is described.

特許文献3には、金属製ガスセパレータ表面に設けられたカーボンコート層と、その下層の貴金属メッキ層またはステンレス基材層との間の密着性を高めるコート層または下地コート層を設けることについて記載されている。   Patent Document 3 describes providing a coat layer or a base coat layer that enhances adhesion between a carbon coat layer provided on the surface of a metal gas separator and a noble metal plating layer or a stainless steel base layer under the carbon coat layer. Has been.

特許文献1〜3については、いずれも図5に示した従来のセパレータ同様、全面が一様の積層構造を有するものであるため、導電性、耐食性および剥離防止性など、所望の性質を兼備するセパレータを作成するために、積層構造を構成するそれぞれの材料を大量に使用してしまうこととなっていた。   Since all of Patent Documents 1 to 3 have a uniform laminated structure as in the conventional separator shown in FIG. 5, they have desired properties such as conductivity, corrosion resistance, and peeling prevention. In order to produce a separator, each material which comprises a laminated structure will be used in large quantities.

特許文献4には、セパレータ基材の全面にこのセパレータ基材への付着力が強い第1のカーボンコート層を設け、さらに第1のカーボンコート層の厚さが薄い部分にのみ弾性率が高い材料を含む第2のカーボンコートを積層させた燃料電池用セパレータについて記載されている。   In Patent Document 4, a first carbon coat layer having strong adhesion to the separator base material is provided on the entire surface of the separator base material, and the elastic modulus is high only in a portion where the thickness of the first carbon coat layer is thin. A fuel cell separator in which a second carbon coat containing a material is laminated is described.

特開2004−111079号公報JP 2004-111079 A 特開2001−307747号公報JP 2001-307747 A 特開2002−63914号公報JP 2002-63914 A 特開2005−251618号公報JP 2005-251618 A

しかしながら、特許文献4に記載の発明においては、1枚のセパレータに対して積層構造の異なる箇所が多く存在することとなるために、製造工程が煩雑となってしまうおそれがあった。   However, in the invention described in Patent Document 4, since there are many portions having different laminated structures with respect to one separator, the manufacturing process may be complicated.

本発明は、層構造の剥離防止に寄与する接着性と所望の導電性とを兼備する燃料電池用セパレータを提供する。   The present invention provides a fuel cell separator having both adhesiveness contributing to prevention of peeling of the layer structure and desired conductivity.

また、本発明の他の目的は、層構造の剥離防止に寄与する接着性と所望の導電性とを兼備する燃料電池用セパレータを使用した燃料電池を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a fuel cell using a fuel cell separator that has both the adhesiveness contributing to the prevention of peeling of the layer structure and the desired conductivity.

本発明の構成は以下のとおりである。   The configuration of the present invention is as follows.

(1)少なくとも基材層と、前記基材層の一方面側に積層された導電性層とを有し、少なくとも一部が他の部材と積層方向に接触し、用いられる燃料電池用セパレータであって、前記基材層と前記導電性層との接着度がAであり、他の部材と離間して備えられる第1の部分と、前記基材層と前記導電性層との接着度がBであり、他の部材と接触して備えられる第2の部分と、からなり、A<Bである、燃料電池用セパレータ。   (1) A fuel cell separator that has at least a base material layer and a conductive layer laminated on one surface side of the base material layer, and at least a part of which contacts another member in the laminating direction. The degree of adhesion between the base material layer and the conductive layer is A, and the degree of adhesion between the first part provided separately from other members, and the base material layer and the conductive layer is A fuel cell separator, wherein B is a second portion provided in contact with another member, and A <B.

(2)上記(1)に記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記導電性層は、前記第1の部分に積層された第1の導電性層と、前記第2の部分に積層された第2の導電性層とからなり、前記第1の導電性層における積層方向の導電率をXとし、前記第2の導電性層における積層方向の導電率をYとすると、X>Yである、燃料電池用セパレータ。   (2) In the fuel cell separator according to (1), the conductive layer includes a first conductive layer stacked on the first portion and a second conductive layer stacked on the second portion. A fuel that satisfies X> Y, where X is the conductivity in the stacking direction of the first conductive layer and Y is the conductivity in the stacking direction of the second conductive layer. Battery separator.

(3)上記(1)または(2)に記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記第2の部分に積層された前記基材層と前記導電性層との間に、さらに接着補助膜を有する、燃料電池用セパレータ。   (3) In the fuel cell separator according to the above (1) or (2), an adhesion auxiliary film is further provided between the base material layer laminated on the second portion and the conductive layer. Fuel cell separator.

(4)上記(1)から(3)のいずれか1つに記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記第1の部分に積層された前記基材層と前記導電性層との間に、さらに非接着補助膜を有する、燃料電池用セパレータ。   (4) In the fuel cell separator according to any one of (1) to (3), a non-stick is further provided between the base material layer laminated on the first portion and the conductive layer. A fuel cell separator having an adhesion auxiliary film.

(5)上記(4)に記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記接着補助膜は、ホットメルト型接着膜であり、前記非接着補助膜は、金属薄膜である、燃料電池用セパレータ。   (5) The fuel cell separator according to (4), wherein the adhesion auxiliary film is a hot-melt type adhesion film, and the non-adhesion auxiliary film is a metal thin film.

(6)上記(4)または(5)に記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記接着補助膜の膜厚は、前記非接着補助膜の膜厚とほぼ同じである、燃料電池用セパレータ。   (6) The fuel cell separator according to (4) or (5), wherein the adhesion auxiliary film has a film thickness that is substantially the same as the film thickness of the non-adhesion auxiliary film.

(7)上記(1)から(6)のいずれか1つに記載の燃料電池用セパレータにおいて、少なくとも積層方向に対して、前記基材層の表面を金属コートしている、燃料電池用セパレータ。   (7) The fuel cell separator according to any one of (1) to (6), wherein the surface of the base material layer is metal-coated at least in the stacking direction.

(8)上記(1)から(7)のいずれか1つに記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記導電性層は、導電性材料とバインダとを含む、燃料電池用セパレータ。   (8) The fuel cell separator according to any one of (1) to (7), wherein the conductive layer includes a conductive material and a binder.

(9)上記(2)から(8)のいずれか1つに記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記第1の導電性層は、ガス流路を介して酸化極または燃料極と対向し、前記第2の導電性層は、隣り合う部材と接触している、燃料電池用セパレータ。   (9) In the fuel cell separator according to any one of (2) to (8), the first conductive layer is opposed to the oxidation electrode or the fuel electrode through a gas flow path, and The second conductive layer is a fuel cell separator in contact with an adjacent member.

(10)上記(1)から(9)のいずれか1つに記載の燃料電池用セパレータを含み構成される、燃料電池。   (10) A fuel cell comprising the fuel cell separator according to any one of (1) to (9) above.

本発明によれば、燃料電池用セパレータにおいて、他の部材と接触する部分における接着性の向上と、電極と対向する部分における導電性の確保とを両立することが可能となる。   According to the present invention, in the separator for a fuel cell, it is possible to achieve both improvement in adhesion at a portion in contact with another member and securing of conductivity at a portion facing the electrode.

本発明の実施の形態について、以下、図面に基づいて説明する。ただし、例えば全体としての形状や大きさ等については、従来の燃料電池用セパレータの構成とほぼ同じとしてよいが、その詳細な形状については省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, for example, the overall shape and size may be substantially the same as the configuration of the conventional fuel cell separator, but the detailed shape is omitted.

[実施の形態1]
図1(a)は、本発明の実施の形態における燃料電池用セパレータ140の構成の概略を示す模式図である。セパレータ140は、電極部142と、ガスシール部144とを有している。ガスシール部144は、電極部142の外郭をなしており、例えば、複数の流体マニホールドが開口し、反応ガスや冷却水などを流通させる。
[Embodiment 1]
FIG. 1A is a schematic diagram showing an outline of the configuration of a fuel cell separator 140 according to an embodiment of the present invention. The separator 140 has an electrode part 142 and a gas seal part 144. The gas seal part 144 forms an outline of the electrode part 142. For example, a plurality of fluid manifolds are opened to allow reaction gas, cooling water, and the like to flow therethrough.

本発明の実施の形態において、図1に示すセパレータ140は、図4,5に示すセパレータ340に替えて、図3に示す燃料電池スタックにおいて好適に使用することが可能である。セパレータ340に替えて、セパレータ140が図3に示す燃料電池セル500に組み込まれると、ガスシール部144の一方面は、樹脂フレーム320の外枠324に所定の圧力で押し当てられ、反応ガスの漏出が防止される。このとき、ガスシール部144の他方面は、隣の燃料電池セルを形成するセパレータ430に所定の圧力で押し当てられる。一方、電極部142の一方面側には、MEA300の、図示しない酸化極との間に、空気や酸素ガスなどの酸化ガスを流通させるガス流路が形成される。また、電極部142の他方面は、ガスシール部144の他方面とともにセパレータ430と接触している。   In the embodiment of the present invention, the separator 140 shown in FIG. 1 can be suitably used in the fuel cell stack shown in FIG. 3 instead of the separator 340 shown in FIGS. When the separator 140 is incorporated in the fuel cell 500 shown in FIG. 3 instead of the separator 340, one surface of the gas seal portion 144 is pressed against the outer frame 324 of the resin frame 320 with a predetermined pressure, and the reaction gas Leakage is prevented. At this time, the other surface of the gas seal portion 144 is pressed against the separator 430 forming the adjacent fuel cell with a predetermined pressure. On the other hand, on one surface side of the electrode part 142, a gas flow path is formed between the MEA 300 and an oxidation electrode (not shown) for flowing an oxidizing gas such as air or oxygen gas. Further, the other surface of the electrode part 142 is in contact with the separator 430 together with the other surface of the gas seal part 144.

また、セパレータ340とほぼ同様の形状を有するセパレータ330に替えて、図1に示すセパレータ140とほぼ同様の形状を有するセパレータ130を使用することも可能である。セパレータ330に替えて、セパレータ130が図3に示す燃料電池セル500に組み込まれると、ガスシール部の一方面は、樹脂フレーム310の外枠314に所定の圧力で押し当てられ、反応ガスの漏出が防止される。また、ガスシール部の他方面は、隣の燃料電池セルを形成する図示しないセパレータに所定の圧力で押し当てられる。   Further, instead of the separator 330 having substantially the same shape as the separator 340, a separator 130 having substantially the same shape as the separator 140 shown in FIG. 1 can be used. When the separator 130 is incorporated in the fuel cell 500 shown in FIG. 3 instead of the separator 330, one surface of the gas seal portion is pressed against the outer frame 314 of the resin frame 310 with a predetermined pressure, and leakage of the reaction gas occurs. Is prevented. Further, the other surface of the gas seal portion is pressed against a separator (not shown) that forms the adjacent fuel cell with a predetermined pressure.

一方、図3に示すような燃料電池セル500に組み込まれると、セパレータ130の電極部の一方面側と、MEA300の、燃料極304との間に、水素ガスや改質ガスなどの燃料ガスを流通させる所定の空間が形成される。また、電極部の他方面は、ガスシール部の他方面とともに図示しないセパレータと接触している。   On the other hand, when incorporated in a fuel cell 500 as shown in FIG. 3, a fuel gas such as hydrogen gas or reformed gas is placed between one surface side of the electrode part of the separator 130 and the fuel electrode 304 of the MEA 300. A predetermined space for circulation is formed. Further, the other surface of the electrode portion is in contact with a separator (not shown) together with the other surface of the gas seal portion.

図1(b)は、図1(a)に示したセパレータ140において、B−B’ラインに沿った断面概略図である。本実施の形態において、燃料電池用セパレータ140は、基材層10と、基材層10の一方面に積層された導電性層16a,16bとを有している。積層方向に対して垂直な、つまり面方向の導電性を向上させるために、基材層10の他方面には、金属コート層14が積層されており、また基材層10と導電性層16a,16bとの間には、金属コート層12をさらに有している。   FIG. 1B is a schematic cross-sectional view along the line B-B ′ in the separator 140 shown in FIG. In the present embodiment, the fuel cell separator 140 includes a base material layer 10 and conductive layers 16 a and 16 b laminated on one surface of the base material layer 10. In order to improve the conductivity perpendicular to the stacking direction, that is, in the plane direction, a metal coat layer 14 is stacked on the other surface of the base material layer 10, and the base material layer 10 and the conductive layer 16a are stacked. , 16b, a metal coat layer 12 is further provided.

導電性層16a,16bは、電極部142において積層された第1の導電性層16aと、ガスシール部144において積層された第2の導電性層16bとからなる。第1の導電性層16aと第2の導電性層16bとで、例えばその配合比または組成を異にすることにより、基材層10または金属コート層12と、導電性層16aまたは16bとの接着性および導電性を所望の条件となるように調整されている。   The conductive layers 16 a and 16 b are composed of a first conductive layer 16 a stacked in the electrode part 142 and a second conductive layer 16 b stacked in the gas seal part 144. The first conductive layer 16a and the second conductive layer 16b are different from each other in, for example, the blending ratio or composition thereof, whereby the base layer 10 or the metal coat layer 12 and the conductive layer 16a or 16b. Adhesiveness and electrical conductivity are adjusted to satisfy desired conditions.

このようなセパレータ140を図3に示す燃料電池セル500に適用する場合には、導電性層16a,16b側をMEA300側、金属コート層14側を樹脂フレーム340側となるように備えることが好ましい。   When such a separator 140 is applied to the fuel cell 500 shown in FIG. 3, it is preferable to provide the conductive layers 16 a and 16 b on the MEA 300 side and the metal coat layer 14 side on the resin frame 340 side. .

基材層10は、例えばステンレス鋼またはアルミニウム合金(アルミナ)などを使用することが可能であるが、これに限らず、他の材料を使用してもよい。好適には、ステンレス鋼が使用される。   For the base material layer 10, for example, stainless steel or aluminum alloy (alumina) can be used, but not limited to this, other materials may be used. Preferably stainless steel is used.

金属コート層12,14は、例えば金や白金などの、きわめて導電性の良好な金属からなる層であって、例えばメッキや蒸着などの好ましい方法により基材層50の上に積層される。コスト低減の観点から、さらに銅などを用いた金属層を積層させて併用してもよい。金属コート層12と金属コート層14は、同一の材料を用いることが好ましいが、異なっていてもよい。また、金属コート層12と金属コート層14の厚さは同じであっても異なっていてもよい。なお、他の実施の形態において、金属コート層12,14については省くことも可能である。ただし、基材層50の表面を金属コート層12で被覆すると、一般には導電性層16a,16bに対する接着性が向上する。このため、基材層50そのものに対する導電性層16a,16bの接着性が良好でない場合には、金属コート層12を省くことはあまり好ましくない。   The metal coat layers 12 and 14 are layers made of a highly conductive metal such as gold or platinum, and are laminated on the base material layer 50 by a preferable method such as plating or vapor deposition. From the viewpoint of cost reduction, a metal layer using copper or the like may be further laminated and used together. The metal coat layer 12 and the metal coat layer 14 are preferably made of the same material, but may be different. Further, the thickness of the metal coat layer 12 and the metal coat layer 14 may be the same or different. In other embodiments, the metal coat layers 12 and 14 can be omitted. However, when the surface of the base material layer 50 is covered with the metal coat layer 12, generally the adhesion to the conductive layers 16a and 16b is improved. For this reason, when the adhesiveness of the conductive layers 16a and 16b to the base material layer 50 itself is not good, it is not preferable to omit the metal coat layer 12.

第1の導電性層16aは一般に、例えば1〜30重量%程度の導電性材料と99〜70重量%程度のバインダをそれぞれ配合した導電性混合物を塗布し、成形されたものである。成形時には、必要に応じて、加熱や圧縮、焼成などを行ってもよい。このような導電性材料を金属コート層12の表面に対し所定の層厚となるように塗布して、第1の導電性層16aを成形することにより、所望の耐食性および導電性を確保することが可能となる。   The first conductive layer 16a is generally formed by applying a conductive mixture containing, for example, about 1 to 30% by weight of a conductive material and about 99 to 70% by weight of a binder, respectively. During molding, heating, compression, firing, or the like may be performed as necessary. By applying such a conductive material to the surface of the metal coat layer 12 so as to have a predetermined layer thickness and forming the first conductive layer 16a, desired corrosion resistance and conductivity can be ensured. Is possible.

図3に例示する燃料電池セル500において、積層方向の接触抵抗は、装置にもよるが、一般には300mΩ・cm以下程度である。したがって、図1に示すセパレータ140を図3に示す燃料電池セル500に適用する場合には、少なくとも電極部142が積層している部分において、積層方向の接触抵抗が、従来の燃料電池セルと同程度、具体的には300mΩ・cm以下、より好ましくは0〜200mΩ・cm程度であるように第1の導電性層16aの積層方向の導電率または導電性を設定することが好ましい。   In the fuel cell 500 illustrated in FIG. 3, the contact resistance in the stacking direction is generally about 300 mΩ · cm or less although it depends on the apparatus. Therefore, when the separator 140 shown in FIG. 1 is applied to the fuel cell 500 shown in FIG. 3, the contact resistance in the stacking direction is the same as that of the conventional fuel cell at least in the portion where the electrode portions 142 are stacked. It is preferable to set the conductivity or conductivity in the stacking direction of the first conductive layer 16a so as to be about, specifically 300 mΩ · cm or less, more preferably about 0 to 200 mΩ · cm.

一方、第2の導電性層16bに用いられる導電性混合物は一般に、第1の導電性層16aと同様の導電性材料およびバインダを使用してもよいが、第2の導電性層16bが塗布されているガスシール部144には、樹脂フレームやセパレータなどの他の部材によって積層方向に常に強い外力が与えられている。このため、第1の導電性層16と比較して、第2の導電性層16bの方が金属コート層12からの剥離が発生しやすい環境下におかれている。そこで、金属コート層12を含む基材層10と第1の導電性層16aとの接着の程度(接着度)をA、金属コート層12を含む基材層10と第2の導電性層16bとの接着の程度(接着度)をBとすると、少なくともA<Bとなるように設定することが必要とされる。なお接着度を高くするためには一般に、第1の導電性層16aと第2の導電性層16bとで同一の導電性材料およびバインダを使用する場合においては、バインダの配合量を増加することによって容易に実現することが可能である。また、例えば後述する熱衝撃試験に基づいて第1の導電性層16aと第2の導電性層16bとの接着度を比較することが可能であるが、他の方法により確認することも可能である。   On the other hand, the conductive mixture used for the second conductive layer 16b may generally use the same conductive material and binder as the first conductive layer 16a, but the second conductive layer 16b is coated. A strong external force is always applied to the gas seal portion 144 in the stacking direction by other members such as a resin frame and a separator. For this reason, as compared with the first conductive layer 16, the second conductive layer 16 b is placed in an environment where peeling from the metal coat layer 12 is more likely to occur. Therefore, the degree of adhesion (adhesion degree) between the base material layer 10 including the metal coat layer 12 and the first conductive layer 16a is A, and the base material layer 10 including the metal coat layer 12 and the second conductive layer 16b. When the degree of adhesion (adhesion degree) is B, it is necessary to set at least A <B. In order to increase the degree of adhesion, generally, when the same conductive material and binder are used for the first conductive layer 16a and the second conductive layer 16b, the blending amount of the binder should be increased. Can be easily realized. In addition, for example, the degree of adhesion between the first conductive layer 16a and the second conductive layer 16b can be compared based on a thermal shock test to be described later, but it can also be confirmed by other methods. is there.

なお、金属コート層12と導電性層16a,16bとの接着性を向上させるという観点からは、前述した接着度Aおよび接着度Bの両方を向上させて、金属コート層12と第2の導電性層16bまたは第1の導電性層16aとの接着性をそれぞれ向上させることも可能である。しかしながら、導電性材料およびバインダを含む導電性混合物において、金属コート層12との接着性を向上させるためにバインダの配合量を増加させると、これに伴い、導電性材料の配合量が相対的に減少することになる。このため、接着度Aおよび接着度Bの両方を向上させてしまうと、結果として電極部142における第1の導電性層16aの、好ましい積層方向の導電率以下となってしまい、接着性は全体として向上したものの、所望の導電性が確保できないおそれがあり、好ましくない。そこで、第1の導電性層16aの、積層方向の導電率をX、第2の導電性層16bの、積層方向の導電率をYとすると、X>Yとなるようにすることが好ましい。   From the viewpoint of improving the adhesion between the metal coat layer 12 and the conductive layers 16a and 16b, both the adhesion degree A and the adhesion degree B described above are improved, and the metal coat layer 12 and the second conductivity are improved. It is also possible to improve the adhesion to the conductive layer 16b or the first conductive layer 16a. However, in the conductive mixture containing the conductive material and the binder, when the amount of the binder is increased in order to improve the adhesion with the metal coat layer 12, the amount of the conductive material is relatively increased. Will be reduced. For this reason, if both the adhesiveness A and the adhesiveness B are improved, as a result, the electrical conductivity of the first conductive layer 16a in the electrode portion 142 is less than or equal to the preferable laminating direction conductivity, and the adhesiveness is as a whole. However, the desired conductivity may not be ensured, which is not preferable. Therefore, it is preferable to satisfy X> Y where X is the conductivity in the stacking direction of the first conductive layer 16a and Y is the conductivity in the stacking direction of the second conductive layer 16b.

このように、本実施の形態においては、電極部142では所望の導電性を確保するとともに、ガスシール部144に対しては、所望の接着性を付与することにより、簡単な構成でかつ長寿命の燃料電池セパレータを得ることが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the electrode portion 142 ensures desired conductivity, and the gas seal portion 144 is provided with desired adhesiveness, thereby having a simple configuration and a long life. It is possible to obtain a fuel cell separator.

なお、本発明の実施の形態において、導電性層16a,16bを成形する際に用いられる導電性混合物において、好ましい導電性材料として、カーボンブラックや黒鉛などの炭素系導電材料のほか、例えば、SBRなどが挙げられる。また、好ましいバインダの例としては、キシレンなどが挙げられるが、これに限らない。   In the embodiment of the present invention, as a preferable conductive material in the conductive mixture used when forming the conductive layers 16a and 16b, in addition to a carbon-based conductive material such as carbon black and graphite, for example, SBR Etc. Examples of a preferable binder include xylene, but are not limited thereto.

図1(a),(b)に示す燃料電池用セパレータ140において、その積層方向の厚さの最大となる箇所における値は、1mm〜3mm程度とすることが好ましいが、これに限らず、使用する燃料電池セル500の性能や体格により適宜設定してよい。また、基材層50の積層方向の厚さは0.1mm〜1mm程度が好ましく、より好ましくは0.1mm〜0.3mmである。金属コート層12,14の積層方向の厚さはそれぞれ、0.1〜数μm程度が好ましく、より好ましくは0.1〜1μmである。導電性層16a,16bはそれぞれ、10μm〜100μm程度が好ましく、より好ましくは20〜50μmである。導電性層16a,16bの境界面は、必ずしも図1(b)に示すように積層方向に対し垂直面を形成していなくてもよいが、少なくとも滑らかにかつ連続していることが好ましい。   In the fuel cell separator 140 shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the value at the maximum thickness in the stacking direction is preferably about 1 mm to 3 mm, but is not limited thereto. You may set suitably according to the performance and physique of the fuel cell 500 to perform. Further, the thickness in the stacking direction of the base material layer 50 is preferably about 0.1 mm to 1 mm, more preferably 0.1 mm to 0.3 mm. The thickness of the metal coat layers 12 and 14 in the stacking direction is preferably about 0.1 to several μm, and more preferably 0.1 to 1 μm. Each of the conductive layers 16a and 16b is preferably about 10 to 100 μm, more preferably 20 to 50 μm. As shown in FIG. 1B, the boundary surfaces of the conductive layers 16a and 16b are not necessarily formed perpendicular to the stacking direction, but are preferably at least smoothly and continuously.

なお、本発明の実施の形態において、セパレータ140を形成するそれぞれの層の厚さは、その全体にわたり同一である必要はなく、例えば、セパレータ140表面および内部に形成される流体流路の形状などに応じて適宜調整することが可能である。   In the embodiment of the present invention, the thickness of each layer forming the separator 140 does not have to be the same throughout, for example, the shape of the fluid flow path formed on the surface and inside of the separator 140, and the like. It is possible to adjust appropriately according to.

また、本実施の形態において、基材層10は一様の層である必要はなく、例えば異なる組成を有する層を積層させても良く、また電極部142とガスシール部144とで組成を異にすることも可能である。また、他の実施の形態として、導電性層16a,16bについても複数の層を積層させることも可能である。   Further, in the present embodiment, the base material layer 10 does not need to be a uniform layer. For example, layers having different compositions may be laminated, and the electrode part 142 and the gas seal part 144 have different compositions. It is also possible to make it. As another embodiment, a plurality of layers can be laminated on the conductive layers 16a and 16b.

[実施の形態2]
図2(a)は、本発明の他の実施の形態におけるセパレータ240の構成の概略を示す模式図である。セパレータ240は、電極部242と、ガスシール部244とを有している。ガスシール部244は、電極部242の外郭をなしており、例えば、反応ガスや冷却水などを流通させる複数の流体マニホールドが開口している。
[Embodiment 2]
FIG. 2A is a schematic diagram showing an outline of the configuration of the separator 240 in another embodiment of the present invention. The separator 240 has an electrode part 242 and a gas seal part 244. The gas seal portion 244 forms an outline of the electrode portion 242, and, for example, a plurality of fluid manifolds that circulate reaction gas, cooling water, and the like are opened.

本発明の実施の形態において、図2に示すセパレータ240は、図1に示すセパレータ140と同様に、図3に示す燃料電池セル500に適用することが可能である。このとき、セパレータ240とほぼ同様の構成を有するセパレータ230とともに、図3に示すセパレータ340,330に替えて、本実施の形態のセパレータ240,230をそれぞれ適用することが可能となるが、詳細な構成については前述した実施の形態1とほぼ同じであるため、省略する。   In the embodiment of the present invention, the separator 240 shown in FIG. 2 can be applied to the fuel cell 500 shown in FIG. 3 in the same manner as the separator 140 shown in FIG. At this time, it is possible to apply the separators 240 and 230 according to the present embodiment in place of the separators 340 and 330 shown in FIG. 3 together with the separator 230 having substantially the same configuration as the separator 240. Since the configuration is substantially the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

図2(b)は、図2(a)に示したセパレータ240において、C−C’ラインに沿った断面概略図である。本実施の形態において、燃料電池用セパレータ240は、基材層20を有し、基材層20の一方面側に導電性層26が積層され、さらに基材層20の他方面側に金属コート層24が積層されている。   FIG. 2B is a schematic cross-sectional view taken along the line C-C ′ in the separator 240 shown in FIG. In the present embodiment, fuel cell separator 240 has base material layer 20, conductive layer 26 is laminated on one surface side of base material layer 20, and metal coating is applied to the other surface side of base material layer 20. Layer 24 is laminated.

基材層20と導電性層26の間には、さらに、電極部242においては非接着補助膜22aが積層され、またガスシール部244においては接着補助膜22bが積層されている。   Between the base material layer 20 and the conductive layer 26, a non-adhesion auxiliary film 22a is further laminated in the electrode portion 242, and an adhesion auxiliary film 22b is laminated in the gas seal portion 244.

基材層20、金属コート層24についてはそれぞれ、図1(b)に示す基材層10、金属コート層14とほぼ同様の構成であってよく、詳細な説明は省略する。また導電性層26は、少なくとも第1の導電性層16aと同程度の導電性を有することが好ましい。他の実施の形態において、金属コート層14と同様に、金属コート層24については省くことも可能である。さらに、他の実施の形態において、基材層20の表面にさらに金属コート層を一様に有していても良い。   The base material layer 20 and the metal coat layer 24 may have substantially the same configuration as the base material layer 10 and the metal coat layer 14 shown in FIG. The conductive layer 26 preferably has at least the same degree of conductivity as the first conductive layer 16a. In other embodiments, similar to the metal coat layer 14, the metal coat layer 24 can be omitted. Furthermore, in another embodiment, a metal coat layer may be further uniformly provided on the surface of the base material layer 20.

接着補助膜22bは、ガスシール部244における基材層20と導電性層26との間の接着性を補助することを目的として適用されるものであり、少なくとも100℃以上、好ましくは120℃〜130℃程度の軟化点またはガラス転移点を有する、いわゆるホットメルト樹脂をあらかじめ薄膜状としたものを適用し、加熱して圧着することが好適であるが、これに限らず、その他いかなる方法を用いてもよい。   The adhesion auxiliary film 22b is applied for the purpose of assisting the adhesion between the base material layer 20 and the conductive layer 26 in the gas seal portion 244, and is at least 100 ° C or higher, preferably 120 ° C or higher. It is preferable to apply a so-called hot-melt resin having a softening point or glass transition point of about 130 ° C., which has been formed into a thin film in advance, and heat and pressure-bond, but this is not a limitation, and any other method is used. May be.

一方、非接着補助膜22aは、電極部242における積層方向の導電性を低下させないものであればいかなるものを用いてもよいが、好ましくは金属コート層24と同様の組成を有する金属薄膜である。   On the other hand, the non-adhesion auxiliary film 22a may be any film as long as it does not reduce the conductivity in the stacking direction of the electrode portion 242, but is preferably a metal thin film having the same composition as the metal coat layer 24. .

このような非接着補助膜22aおよび接着補助膜22bを基材層20と導電性層26との間に積層させるには、例えば、ガスシール部244の上のみをマスキングした基材層20上にまず非接着補助膜または金属薄膜22aを積層させて、その後電極部242のみをマスキングして基材層20上に所定の膜厚に成形した接着補助膜22bを配置し、その上に導電性層26を積層させた後、セパレータ240を加熱しながら積層方向に加圧する方法を適用することが可能であるが、これに限らず、いかなる方法を用いてもよい。   In order to laminate the non-adhesion auxiliary film 22a and the adhesion auxiliary film 22b between the base material layer 20 and the conductive layer 26, for example, on the base material layer 20 masked only on the gas seal portion 244. First, a non-adhesive auxiliary film or a metal thin film 22a is laminated, and then an adhesion auxiliary film 22b formed in a predetermined film thickness is disposed on the base material layer 20 by masking only the electrode portion 242, and a conductive layer thereon. After laminating 26, it is possible to apply a method of applying pressure in the laminating direction while heating the separator 240, but not limited thereto, any method may be used.

また、ガスシール部244において接着補助膜22bを適用することにより、ガスシール部244における導電性層26と基材層20との接着性は、電極部242における導電性層16と基材層20との接着性と比較して、向上する。つまり、電極部242における導電性層26と基材層20との接着度をA’、ガスシール部244における導電性層26と基材層20との接着度をB’とすると、少なくともガスシール部244における導電性層26と基材層20との接着性を高め、A’<B’とすると、剥離を防止または抑制することが可能となる。   Further, by applying the adhesion auxiliary film 22 b in the gas seal portion 244, the adhesion between the conductive layer 26 and the base material layer 20 in the gas seal portion 244 is such that the conductive layer 16 and the base material layer 20 in the electrode portion 242 are bonded. It improves compared with the adhesiveness. That is, when the adhesiveness between the conductive layer 26 and the base material layer 20 in the electrode part 242 is A ′ and the adhesiveness between the conductive layer 26 and the base material layer 20 in the gas seal part 244 is B ′, at least the gas seal. When the adhesiveness between the conductive layer 26 and the base material layer 20 in the portion 244 is increased and A ′ <B ′, peeling can be prevented or suppressed.

このようなセパレータ240を図3に示す燃料電池セル500に適用する場合には、導電性層26側をMEA300側、金属コート層24側を樹脂フレーム340側となるように備えることが好ましい。   When such a separator 240 is applied to the fuel cell 500 shown in FIG. 3, it is preferable to provide the conductive layer 26 side on the MEA 300 side and the metal coat layer 24 side on the resin frame 340 side.

このように、本実施の形態においては、電極部242では所望の導電性を確保するとともに、ガスシール部244に対しては、接着補助膜22bを備えて所望の接着性を付与することにより、簡単な構成でかつ長寿命の燃料電池セパレータを得ることが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the electrode part 242 secures desired conductivity, and the gas seal part 244 is provided with the adhesion auxiliary film 22b to provide desired adhesiveness. It is possible to obtain a fuel cell separator with a simple configuration and a long life.

図2(a),(b)に示す燃料電池用セパレータ240において、その積層方向の厚さの最大となる箇所における値は、0.2mm〜0.8mm程度とすることが好ましいが、これに限らず、使用する燃料電池セル500の性能や体格により適宜設定してよい。また、基材層20、金属コート層24および導電性層26の積層方向の厚さは、セパレータ140における金属コート層14および導電性層16a,16bと同様に設定してもよい。   In the fuel cell separator 240 shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the value at the maximum thickness in the stacking direction is preferably about 0.2 mm to 0.8 mm. Not limited to this, it may be set as appropriate depending on the performance and physique of the fuel cell 500 to be used. Further, the thickness in the stacking direction of the base material layer 20, the metal coat layer 24 and the conductive layer 26 may be set in the same manner as the metal coat layer 14 and the conductive layers 16a and 16b in the separator 140.

また、非接着補助膜22aおよび接着補助膜22bの積層方向の厚さはほぼ同じであってもよく、異なってもよいが、同一の厚さに成形することがより好ましい。このとき、好ましい厚さは、5μm〜100μm、より好ましくは10μm〜50μmである。   Further, the non-adhesive auxiliary film 22a and the adhesion auxiliary film 22b in the stacking direction may have substantially the same thickness or different thicknesses, but it is more preferable to mold them to the same thickness. At this time, a preferable thickness is 5 μm to 100 μm, more preferably 10 μm to 50 μm.

なお、本実施の形態において、セパレータ240を形成するそれぞれの層の厚さは、その全体にわたり同一である必要はなく、例えば、セパレータ240表面および内部に形成される流体流路の形状に応じて適宜調整することが可能であることはいうまでもない。   In the present embodiment, the thicknesses of the respective layers forming the separator 240 do not have to be the same throughout, for example, depending on the shape of the fluid flow path formed on the surface and inside of the separator 240. Needless to say, it can be adjusted as appropriate.

また、本実施の形態において、基材層20は一様の層である必要はなく、例えば異なる組成を有する層を積層させても良く、また電極部242とガスシール部244とで組成を異にすることも可能である。また、他の実施の形態として、導電性層26についても複数の層を積層させることも可能である。さらに、他の実施の形態として、非接着補助膜22aについても複数の層を積層させることも可能である。   In the present embodiment, the base material layer 20 does not need to be a uniform layer. For example, layers having different compositions may be laminated, and the electrode portion 242 and the gas seal portion 244 have different compositions. It is also possible to make it. Further, as another embodiment, a plurality of layers can be laminated also on the conductive layer 26. Furthermore, as another embodiment, a plurality of layers can be laminated also on the non-adhesion auxiliary film 22a.

以下に、接着度を測定し得る熱衝撃試験について、例を挙げる。なお、以下に示す測定方法により得られる結果と対応するものであれば、他の測定方法によるものでも良く、その方法については何ら制限されない。   Below, an example is given about the thermal shock test which can measure an adhesiveness. Note that other measurement methods may be used as long as the results correspond to the results obtained by the following measurement methods, and the method is not limited at all.

<熱衝撃試験>
積層させた燃料電池スタックを発電させながら、氷点下〜100℃付近まで、所定の割合で加熱(例えば、−20℃〜90℃を2分かけて昇温)し、その後氷点下まで冷却(例えば、90℃〜−20℃を2分かけて降温)するというサイクルを1サイクルとし、これを例えば数千サイクル繰り返したときの、接着の程度を各部位ごとに比較することにより、接着度を比較することが可能である。
<Thermal shock test>
While generating power to the stacked fuel cell stack, it is heated at a predetermined rate from below freezing to around 100 ° C. (for example, the temperature is raised from −20 ° C. to 90 ° C. over 2 minutes), and then cooled to below freezing (for example, 90 ° C. The cycle of lowering the temperature from 0 ° C. to −20 ° C. over 2 minutes is defined as one cycle, and when this is repeated, for example, several thousand cycles, the degree of adhesion is compared for each part to compare the degree of adhesion Is possible.

本発明の燃料電池用セパレータは、高分子電解質型燃料電池(PEFC)セルおよびこの燃料電池セルを積層させた燃料電池スタックに限らず、バインダや接着補助膜の組成を適宜変更することにより、他の燃料電池においても好適に利用することが可能である。   The separator for a fuel cell of the present invention is not limited to a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) cell and a fuel cell stack in which the fuel cell is laminated, but can be changed by appropriately changing the composition of a binder or an adhesion auxiliary film. This fuel cell can be suitably used.

本発明の実施の形態における燃料電池用セパレータ140の構成の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of a structure of the separator 140 for fuel cells in embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態における燃料電池用セパレータ240の構成の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of a structure of the separator 240 for fuel cells in other embodiment of this invention. 燃料電池セル500および燃料電池スタックの構成の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of a structure of the fuel cell 500 and a fuel cell stack. 従来の燃料電池用セパレータ340の構成の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of a structure of the conventional separator 340 for fuel cells. 図4に示す燃料電池セパレータのA−A’ラインに沿った断面概略図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view along the line A-A ′ of the fuel cell separator shown in FIG. 4.

符号の説明Explanation of symbols

10,20,50 基材層、12,14,24 金属コート層、16a 第1の導電性層、16b 第2の導電性層、22a 非接着補助膜、22b 接着補助膜、26 導電性層、52,54 金属薄膜層、56 カーボンコート層、140,240,240,330,340,430 セパレータ、142,242,342 電極部(第1の部分)、144,244,344 ガスシール部(第2の部分)、300 MEA、302 電解質膜、304 燃料極(アノード極)、310,320 樹脂フレーム、312,322 開口部、314,324 外枠、500 燃料電池セル(単セル)。   10, 20, 50 Base material layer, 12, 14, 24 Metal coat layer, 16a First conductive layer, 16b Second conductive layer, 22a Non-adhesive auxiliary film, 22b Adhesive auxiliary film, 26 Conductive layer, 52, 54 Metal thin film layer, 56 Carbon coat layer, 140, 240, 240, 330, 340, 430 Separator, 142, 242, 342 Electrode part (first part), 144, 244, 344 Gas seal part (second Part), 300 MEA, 302 electrolyte membrane, 304 fuel electrode (anode electrode), 310, 320 resin frame, 312, 322 opening, 314, 324 outer frame, 500 fuel cell (single cell).

Claims (10)

少なくとも基材層と、前記基材層の一方面側に積層された導電性層とを有し、
少なくとも一部が他の部材と積層方向に接触し、用いられる燃料電池用セパレータであって、
前記基材層と前記導電性層との接着度がAであり、他の部材と離間して備えられる第1の部分と、
前記基材層と前記導電性層との接着度がBであり、他の部材と接触して備えられる第2の部分と、
からなり、A<Bであることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
Having at least a base material layer and a conductive layer laminated on one side of the base material layer,
At least a part is in contact with another member in the stacking direction, and is a fuel cell separator used,
A first portion provided with a degree of adhesion between the base material layer and the conductive layer being A and spaced apart from other members;
A degree of adhesion between the base material layer and the conductive layer is B, and a second portion provided in contact with another member;
A separator for a fuel cell comprising A <B.
請求項1に記載の燃料電池用セパレータにおいて、
前記導電性層は、前記第1の部分に積層された第1の導電性層と、前記第2の部分に積層された第2の導電性層とからなり、
前記第1の導電性層における積層方向の導電率をXとし、前記第2の導電性層における積層方向の導電率をYとすると、
X>Y
であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
The fuel cell separator according to claim 1,
The conductive layer includes a first conductive layer stacked on the first portion, and a second conductive layer stacked on the second portion,
When the conductivity in the stacking direction in the first conductive layer is X and the conductivity in the stacking direction in the second conductive layer is Y,
X> Y
A separator for a fuel cell, wherein
請求項1または2に記載の燃料電池用セパレータにおいて、
前記第2の部分に積層された前記基材層と前記導電性層との間に、さらに接着補助膜を有することを特徴とする燃料電池用セパレータ。
The fuel cell separator according to claim 1 or 2,
A fuel cell separator, further comprising an adhesion auxiliary film between the base material layer and the conductive layer laminated on the second portion.
請求項1から3のいずれか1項に記載の燃料電池用セパレータにおいて、
前記第1の部分に積層された前記基材層と前記導電性層との間に、さらに非接着補助膜を有することを特徴とする燃料電池用セパレータ。
The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 3,
A fuel cell separator, further comprising a non-adhesive auxiliary film between the base material layer and the conductive layer laminated on the first portion.
請求項4に記載の燃料電池用セパレータにおいて、
前記接着補助膜は、ホットメルト型接着膜であり、
前記非接着補助膜は、金属薄膜であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
The fuel cell separator according to claim 4, wherein
The adhesion auxiliary film is a hot-melt adhesive film,
The non-adhesive auxiliary film is a metal thin film.
請求項4または5に記載の燃料電池用セパレータにおいて、
前記接着補助膜の膜厚は、前記非接着補助膜の膜厚とほぼ同じであることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
The fuel cell separator according to claim 4 or 5,
The fuel cell separator is characterized in that the film thickness of the adhesion auxiliary film is substantially the same as the film thickness of the non-adhesion auxiliary film.
請求項1から6のいずれか1項に記載の燃料電池用セパレータにおいて、
少なくとも積層方向に対して、前記基材層の表面を金属コートしていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 6,
A separator for a fuel cell, wherein the surface of the base material layer is metal-coated at least in the stacking direction.
請求項1から7のいずれか1項に記載の燃料電池用セパレータにおいて、
前記導電性層は、導電性材料とバインダとを含むことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 7,
The separator for a fuel cell, wherein the conductive layer includes a conductive material and a binder.
請求項2から8のいずれか1項に記載の燃料電池用セパレータにおいて、
前記第1の導電性層は、ガス流路を介して酸化極または燃料極と対向し、
前記第2の導電性層は、隣り合う部材と接触していることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
The fuel cell separator according to any one of claims 2 to 8,
The first conductive layer faces the oxidation electrode or the fuel electrode through the gas flow path,
The fuel cell separator, wherein the second conductive layer is in contact with an adjacent member.
請求項1から9のいずれか1項に記載の燃料電池用セパレータを含み構成される、燃料電池。   A fuel cell comprising the fuel cell separator according to any one of claims 1 to 9.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015215978A (en) * 2014-05-08 2015-12-03 大阪瓦斯株式会社 Solid oxide fuel cell and method for manufacturing the same

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