JP2010192233A - 燃料電池用セパレータおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却構造を有し、小型軽量かつ発電効率のよい燃料電池を可能にするセパレータを提供する。
【解決手段】金属焼結体の中実の骨格１１ａにより辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙１１ｂが相互に連続状態に形成されている板状の金属多孔質体１１の両面に、空隙１１ｂに樹脂が充填されてなるシール層１３がそれぞれ設けられているとともに、これらシール層１３の間には空隙１１ｂを連続させてなる流路１２ａを有する多孔質層１２が設けられており、金属多孔質体１１は気孔率が７０％以上９９％以下であってステンレス鋼、チタン、チタン合金のいずれかからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池用セパレータおよびその製造方法に関する。

固体高分子形燃料電池は、燃料を供給される燃料極（電極）と空気（酸化剤）を供給される空気極（電極）との間に配置した電解質膜（固体高分子膜）での電気化学反応による電力を取り出す装置である。これら一対の電極および電解質膜からなる単セルを、導電性およびシール性を有するセパレータを挟んで積層することにより、複数の単セルを直列に接続してなる高電圧のセルスタックが構成される。

燃料または空気を電極に供給するための流路は、セパレータと電極との間に設けられる。従来、流路を表面に形成されたセパレータとして、たとえば、金属板やカーボンプレートのような導電材料の表面に切削加工やエッチングによって溝を形成したり、特許文献１に示されるように導電性樹脂を射出成形、トランスファー成形、プレス成形等により溝形状を付与したり、特許文献２に示されるように非導電性プラスチックで金属層を覆った板または金属層で非導電性プラスチックを覆った板に溝を設けたりする形状のものが提案されている。

このような燃料電池においては発電により熱が発生するため、各セル間に冷却水路を設ける冷却構造が知られている。たとえば、特許文献１には、一方の面にガス流路を設けるとともに、他方の面に冷却水路を設けたセパレータが開示されている。

特開２０００−３４８７３９号公報 特表２００４−５０７０５２号公報

近年、燃料電池自動車などのために、高出力かつ小型軽量の燃料電池の開発が求められている。燃料電池の高出力化は、セルスタックにおいて多数の単セルを積層することにより可能であるが、積層数を増すと燃料電池が大型となり、重量も増大してしまう。

特許文献１の場合、金属を混入した樹脂を成形することにより流路付セパレータを形成しているので、金属板に比較すればセパレータの軽量化が可能である。しかしながら、セパレータに十分な導電性を持たせるためには樹脂に混入する金属の比率を大きくしなければならず、この場合は効果的に軽量化を図ることが困難である。

特許文献２の場合、プラスチックを挟んだ金属同士の導電接合部やプラスチック表面に設けられた導電接合部が部分的で小面積であるため、この部分での電気抵抗が大きく、燃料電池の発電効率を低下させるおそれがある。また、構造が複雑であるため、製造コストを低減することが難しいおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、冷却構造を有し、小型軽量かつ発電効率のよい燃料電池を可能にするセパレータを提供することを目的とする。

本発明の燃料電池用セパレータは、金属焼結体の中実の骨格により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙が相互に連続状態に形成されている板状の金属多孔質体の両面に、前記空隙に樹脂が充填されてなるシール層がそれぞれ設けられているとともに、これらシール層の間には前記空隙を連続させてなる流路を有する多孔質層が設けられている。

この燃料電池用セパレータによれば、全体に金属多孔質体の連続した骨格を備えるので、多孔質層と各シール層との間に接触抵抗が生じない。また、多孔質層と各シール層とが一体であるため構造が単純であり、厚さを小さくでき、燃料電池の組立作業が簡易である。したがって、多数の単セルを積層した場合にも、燃料電池の発電効率の低下を防止でき、製造コストを抑え、冷却構造を有し小型軽量な高出力の燃料電池の実現を可能にする。

この燃料電池用セパレータにおいて、前記金属多孔質体の気孔率が７０％以上９９％以下であることが好ましい。金属多孔質体の気孔率を７０％以上とするのは、多孔質層における背圧を低くし、良好な流体流通性を得るとともに、セパレータを軽量にするためである。また、金属多孔質体の気孔率を９９％以下とするのは、セパレータの強度を確保するためである。

この燃料電池用セパレータにおいて、前記金属多孔質体がステンレス鋼、チタン、チタン合金のいずれかからなることが好ましい。これらの材料を用いた場合、硫酸等が生じる固体高分子形燃料電池においても十分な耐腐食性が得られるとともに、セパレータとして十分な導電性および強度を確保できる。

本発明の燃料電池用セパレータの製造方法は、金属焼結体の中実の骨格により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙が相互に連続状態に形成されている板状の金属多孔質体を製造する多孔質体製造工程と、前記金属多孔質体の両面からそれぞれ所定深さまで前記空隙に樹脂を充填し、所定厚さのシール層を前記金属多孔質体の両面に形成するシール層形成工程と、前記シール層の表面を研磨して前記骨格を露出させる研磨工程とを有する。

この燃料電池用セパレータの製造方法によれば、金属多孔質体の一部に樹脂を充填するので、軽量であり、流体の流通を阻止するシール層と流体を流通させる多孔質層とを一体に備え、その全体が良好な導電性を有する燃料電池用セパレータを得ることができる。また、シール層の表面を研磨することにより、金属骨格を表面に確実に露出させるので、隣接する部材に対して確実に導通させることができる。

この製造方法において、前記シール層形成工程では、液状の樹脂を前記金属多孔質体に含浸させて前記空隙に充填し、固化させることが好ましい。この場合、熱硬化型樹脂、反応硬化型樹脂等を用いて、スクリーン印刷等により、任意の厚さのシール層を容易に形成することができる。

また、前記シール層形成工程では、前記金属多孔質体と樹脂フィルムとを積層し、この樹脂フィルムの熱変形温度でのホットプレスにより前記樹脂フィルムを前記空隙に充填してもよい。この場合、任意の厚さのＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）等のフィルムを用いることができ、シール層の厚さの制御が容易である。

また、この燃料電池用セパレータの製造方法において、前記多孔質体製造工程は、金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーをキャリヤシート上に塗布し、前記キャリヤシートを移動させながら前記発泡性スラリーを薄板状に成形する成形工程と、薄板状に成形した発泡性スラリーを発泡および乾燥させてグリーンシートを形成する発泡乾燥工程と、前記グリーンシートを焼結して焼結体を形成する焼結工程と、を有することが好ましい。この場合、所望の空隙サイズや気孔率、開口率等を有する薄いシート状の金属多孔質体を容易に製造できる。

本発明の燃料電池用セパレータおよびその製造方法によれば、冷却構造を有し、小型軽量かつ発電効率のよい燃料電池を可能にするセパレータを提供することができる。

本発明の燃料電池用セパレータを示す断面模式図である。 本発明の燃料電池用セパレータを用いた高分子形燃料電池を示す断面模式図である。 本発明の燃料電池用セパレータを構成する金属多孔質体の製造方法を示す模式図である。 本発明の燃料電池用セパレータの製造方法の一例を示す模式図である。 本発明の燃料電池用セパレータの製造方法の他の例を示す模式図である。

以下、本発明に係る燃料電池用セパレータおよびその製造方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、燃料電池用セパレータ１０は、金属焼結体の中実の骨格１１ａからなり、この骨格１１ａにより辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙１１ｂが相互に連続状態に形成されている板状の金属多孔質体１１に、多孔質層１２とシール層１３とが、金属多孔質体１１の厚さ方向に並ぶように設けられている。シール層１３は金属多孔質体１１の両面に設けられ、これらシール層１３の間に多孔質層１２が設けられている。

多孔質層１２は、空隙１１ｂを連続させてなる流路１２ａを有し、この流路１２ａを通じて冷却媒体を流通させる構成となっている。
シール層１３は、金属多孔質体１１の空隙１１ｂに樹脂が充填されてなり、骨格１１ａによる導電性を有するとともに、流体を流通させない構成となっている。

ここで、骨格１１ａを構成する金属多孔質体１１について説明する。
金属多孔質体１１の骨格１１ａをなす金属としては、耐食性に優れるオーステナイト系ステンレス、チタン、チタン合金等が用いられる。

骨格１１ａにより構成される空隙１１ｂは、金属多孔質体１１の表面および側面に複数の開口部１１ｃを有している。金属多孔質体１１の表面における開口部１１ｃの開口面積の割合を、開口率と呼ぶ。開口率は、金属多孔質体１１の表面を撮影した２５〜１００倍顕微鏡写真を用いて、視野面積Ａと、この視野中の最外面の全ての開口部１２ａの面積和Ａｐとを測定し、次の式によって算出する。
開口率（％）＝Ａｐ／Ａ×１００
金属多孔質体１１の表面における開口部１１ｃの開口率は、４５％以上６０％以下に設定されている。開口率を４５％以上に設定することにより、多孔質層１２に隣接して設けられる電極に対して、燃料または空気を効率よく供給することができる。また、開口率を６０％以下に設定することにより、シール層１３に隣接して設けられる部材に対する接触抵抗を抑え、十分な導通性を得ることができる。

金属多孔質体１１の体積における骨格１１ａを除いた部分（すなわち樹脂が充填されていない状態の空隙１１ｂ）の体積割合を気孔率と呼ぶ。気孔率は、金属多孔質体１１と同形の中実体の重量に対する、樹脂が充填されていない状態で実測した金属多孔質体１１の重量から算出することができる。

金属多孔質体１１の気孔率は、多孔質層１２における流体の流通性と軽量化の効果が十分に得られる７０％以上に設定されている。気孔率が大きいほど燃料電池用セパレータ１０が軽量になるが、気孔率が大きすぎると強度が低下するので、金属多孔質体１１の気孔率は９９％以下に設定されている。

つぎに、シール層１３の空隙１１ｂに充填される樹脂について説明する。空隙１１ｂに充填される樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、反応硬化型樹脂、エラストマー等を用いることができる。

熱可塑性樹脂としては、汎用プラスチック（ポリエチレン、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコール、メタクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート等）、汎用エンジニアリングプラスチック（ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート等）、スーパーエンジニアリングプラスチック（ポリフェニレンサルファイド、ポリアクリレート、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、ポリイミド、ポリフタルアミド等）や、フッ素樹脂、超高分子量ポリエチレン、熱可塑性エラストマー、ポリメチルペンテン、生分解プラスチック、ポリアクリロニトリル、繊維素系プラスチック等を用いることができる。

熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、アルキド樹脂等を用いることができる。

反応硬化型樹脂としては、ウレタン樹脂、ポリアクリレート、紫外線（ＵＶ）硬化樹脂に代表される光硬化型樹脂、シリコーンゴム、イソブチレンなどの反応硬化型エラストマー等を用いることができる。

エラストマーとしては、天然ゴム、イソブレンゴム、ブタジエンゴム、ブチルボム、エチレンプロピレンゴム、エチレン・酢酸ビニル共重合体、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ピロエチレン等を用いることができる。

このように、多孔質層１２とシール層１３とを有する燃料電池用セパレータ１０は、全体に形成された金属の骨格１１ａによる導電性を有するとともに、体積割合で７０％以上９９％以下の空隙１１ｂを有するため軽量であり、骨格１１ａ間に形成された流路１２ａを有する多孔質層１２においては通気性（通水性）を有する一方で、骨格１１ａ間に樹脂が充填されたシール層１３においてはシール性を有している。

この燃料電池用セパレータ１０を用いて構成された固体高分子形燃料電池２０を、図２に示す。固体高分子形燃料電池２０は、厚さ５０μｍのフッ素ポリマー等からなる固体高分子膜２１と、この固体高分子膜２１の両側に貼り付けられた厚さ１０μｍのカーボン等からなり白金を担持する触媒層を設けられたシート状の電極２２と、この電極２２の外側に配置された厚さ０．７ｍｍのガス拡散層２３とからなる単セル２０Ａが、厚さ０．３ｍｍのセパレータ１０を介して積層されている。ガス拡散層２３は、燃料電池用セパレータ１０の多孔質層１２と同様の金属多孔質体であるが、シール層を備えておらず、厚さが燃料電池用セパレータ１０よりも小さい。

なお、図示された各部材においては、厚さが本実施形態の実寸法に比例していない。また、図２には、４セルが積層された固体高分子形燃料電池２０を例示したが、燃料電池用セパレータ１０を介在させて単セル２０Ａを積層することにより、任意の積層数のセルスタックを構成することができる。

複数の単セル２０Ａが直列接続されたセルスタックは、一端に厚さ０．１ｍｍのポリ塩化ビニリデンからなるセパレータ２５が接続されており、他端にセパレータ１０のシール層１３が配置されている。これらセパレータ２５およびシール層１３が、それぞれ燃料電池２０の正負極の端子に接続されている。

各セパレータ１０は、各シール層１３によって隣接するガス拡散層２３の表面をシールしているとともに、隣接する単セル２０Ａ同士を金属多孔質体１１によって導通させている。各シール層１３間の多孔質層１２は、各シール層１３にシールされることにより流路１２ａを構成している。この流路１２ａに水等の冷却媒体が流通されることにより、燃料電池２０の内部が冷却される。つまり、このセパレータ１０は、隣接する単セル２０Ａ間のシールおよび燃料電池２０の冷却を担っている。

各単セル２０Ａにおいて、燃料（たとえば水素ガス）または酸化剤（たとえば空気）を流通させるガス拡散層２３が、固体高分子膜２１を挟んで配置されている。
ガス拡散層２３を通じて一方の電極２２（燃料極）に燃料が供給されると、この燃料極で水素がイオン化するとともに電子が発生する。水素イオンは、固体高分子膜２１を移動して他方の電極２２（空気極）に到達し、多孔質層１２を通じて電極２２に供給された空気中の酸素と反応して水を生成する。このように、各単セル２０Ａにおいて、電気エネルギーを発生することができる。

この燃料電池反応に伴う発熱は燃料電池２０における発電効率を低下させるので、セパレータ１０の多孔質層１２に冷却水を流通させることにより、燃料電池２０を冷却する。多孔質層１２は、流路１２ａが骨格１１ａ間に形成されているので、全体に均一に冷却水を流通させ、セパレータ１０全面を均一に冷却できる。したがって、この冷却構造によって、燃料電池２０を均一に冷却できる。

以上説明した固体高分子形燃料電池２０は、金属多孔質体１１を骨格１１ａとして多孔質層１２（流路１２ａ）とシール層１３とを一体に備える燃料電池用セパレータ１０が用いられていることにより、薄く軽量の冷却構造が実現されている。また、多孔質層１２とシール層１３との間に接触抵抗がないので、各単セル２０Ａ間に冷却構造を設けたことによる電気抵抗が低減され、多数の単セル２０Ａを積層したセルスタックにおいても発電効率がよい。

次に、上述の燃料電池用セパレータ１０の製造方法について説明する。
燃料電池用セパレータ１０は、金属焼結体の中実の骨格１１ａにより辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙１１ｂが相互に連続状態に形成されている板状の金属多孔質体１１を製造する多孔質体製造工程と、金属多孔質体１１の両面からそれぞれ所定深さまで空隙１１ｂに樹脂を充填し、所定厚さのシール層１３を形成するシール層形成工程と、シール層１３の表面を研磨して骨格１１ａを露出させる研磨工程とを行うことにより製造される。

多孔質体製造工程は、図３に示す成形装置３０を用いて、金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーＳを、キャリヤシート３２上に塗布し、キャリヤシート３２を移動させながら発泡性スラリーＳを薄板状に成形する成形工程と、薄板状に成形した発泡性スラリーＳを発泡および乾燥させてグリーンシートを形成する発泡乾燥工程と、グリーンシートを焼結して金属多孔質体１１を形成する焼結工程とを有する。

まず、金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーＳを作成する。発泡性スラリーＳは、骨格１１ａを形成する金属粉末、バインダ（水溶性樹脂結合剤）、発泡剤および水と、必要に応じて界面活性剤および／または可塑剤とを混合することにより作成される。より具体的には、まず金属粉末、バインダおよび水を含有するスラリーを作成した後、このスラリーに発泡剤を添加し、ミキサーなどの攪拌装置で攪拌する。

金属粉末としては、特に限定されないが、耐食性等の点から、Ｔｉ，ステンレス鋼等が好ましい。また、この金属粉末は平均粒径０．５μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。このような粉末は、水アトマイズ法，プラズマアトマイズ法などのアトマイズ法、酸化物還元法，湿式還元法，カルボニル反応法などの化学プロセス法によって製造することができる。

バインダ（水溶性樹脂結合剤）としては、メチルセルロース，ヒドロキシプロピルメチルセルロース，ヒドロキシエチルメチルセルロース，カルボキシメチルセルロースアンモニウム，エチルセルロース，ポリビニルアルコールなどを使用することができる。

発泡剤は、ガスを発生してスラリーに気泡を形成できるものであればよく、揮発性有機溶剤、例えば、ペンタン，ネオペンタン，ヘキサン，イソヘキサン，イソペプタン，ベンゼン，オクタン，トルエンなどの炭素数５〜８の非水溶性炭化水素系有機溶剤を使用することができる。この発泡剤の含有量としては、発泡性スラリーＳに対して０．１〜５重量％とすることが好ましい。

界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩，α‐オレフィンスルホン酸塩，アルキル流酸エステル塩，アルキルエーテル硫酸エステル塩，アルカンスルホン酸塩等のアニオン界面活性剤，ポリエチレングリコール誘導体，多価アルコール誘導体などの非イオン性界面活性剤および両性界面活性剤などを使用することができる。

可塑剤は、スラリーを成形して得られる成形体に可塑性を付与するために添加され、例えばエチレングリコール，ポリエチレングリコール，グリセリンなどの多価アルコール、鰯油，菜種油，オリーブ油などの油脂、石油エーテルなどのエーテル類、フタル酸ジエチル，フタル酸ジＮブチル，フタル酸ジエチルヘキシル，フタル酸ジオクチル，ソルビタンモノオレート，ソルビタントリオレート，ソルビタンパルミテート，ソルビタンステアレートなどのエステル等を使用することができる。

さらに、スラリーの特性や成形性を向上させるために任意の添加成分を加えてもよい。例えば、防腐剤を添加してスラリーの保存性を向上させたり、結合助材としてポリマー系化合物を加えて成形体の強度を向上させたりすることができる。

このように作成した発泡性スラリーＳから、図３に示す成形装置３０を用いて、グリーンシートを形成する成形工程および発泡乾燥工程を行う。
［成形工程］
成形装置３０は、ドクターブレード法を用いてシートを形成する装置であり、発泡性スラリーＳが貯留されるホッパ３１、ホッパ３１から供給された発泡性スラリーＳを移送するキャリヤシート３２、キャリヤシート３２を支持するローラ３３、キャリヤシート３２上の発泡性スラリーＳを所定厚さに成形するブレード（ドクターブレード）３４、発泡性スラリーＳを発泡させる恒温・高湿度槽３５、発泡したスラリーを乾燥させる乾燥槽３６を備えている。なお、ローラ３３間のキャリヤシート３２は、支持プレート３７によって支えられている。

成形装置３０においては、まず、均一化した発泡性スラリーＳをホッパ３１に投入しておき、このホッパ３１から発泡性スラリーＳをキャリヤシート３２上に供給する。キャリヤシート３２は図の右方向へ回転するローラ３３によって支持されており、その上面が図の右方向へと移動している。キャリヤシート３２上に供給された発泡性スラリーＳは、キャリヤシート３２とともに移動しながらブレード３４によって薄板状に成形される。

ブレード３４は、発泡性スラリーＳが塗布されたキャリヤシート３２に対して所定の間隔を空けて保持されることにより、移動するキャリヤシート３２上の発泡性スラリーＳを所定厚さのシート状に成形する。

［発泡乾燥工程］
次いで、シート状に成形された発泡性スラリーＳは、所定条件（例えば温度３０℃〜４０℃、湿度７５％〜９５％）の恒温・高湿度槽３５内を、例えば１０分〜２０分かけて移動しながら発泡する。続いて、この恒温・高湿度槽３５内で発泡したスラリーＳは、所定条件（例えば温度５０℃〜７０℃）の乾燥槽３６内を例えば１０分〜２０分かけて移動し、乾燥される。これにより、スポンジ状のグリーンシートが得られる。
なお、発泡工程時にスラリーの表層部分およびキャリヤシートに接している面においては泡がつぶれやすく、金属分が堆積しやすい。このため、厚さ方向の中央部分に比較して、これらの部分は気孔率が低く、密に形成される傾向がある。

［焼結工程］
このようにして得られたグリーンシートを脱脂・焼結することにより、所定厚さの薄板状の金属多孔質体１１を形成する。具体的には、例えば真空中、温度５５０℃〜６５０℃、２５分〜３５分の条件下でグリーンシート中のバインダ（水溶性樹脂結合剤）を除去（脱脂）した後、さらに真空中、温度１２００℃〜１３００℃、６０分〜１２０分の条件下で焼結する。

以上説明した方法によれば、所望の厚さ、気孔率、開口率等を有し、燃料電池用セパレータ１０に適した中実の骨格１１ａを有する金属多孔質体１１を製造することができる。また、上述の方法によると、厚さの中央部分に比較して表層部分の気孔率が低いので、全体の気孔率に対して開口率が低い金属多孔質体１１が得られる。

［シール層形成工程］
次に、上述のようにして得られた金属多孔質体１１の両面から所定深さまで空隙１１ｂに樹脂を充填し、所定厚さのシール層１３を形成する。シール層１３の厚さは、充填される樹脂のシール性に応じて適切に設定される。
シール層形成工程においては、たとえば、図４（ａ）に示すように、容器に保持した液状樹脂Ｐ１に、所定深さまで金属多孔質体１１を浸漬することにより、開口部１１ｃを通じて所定深さまで液状樹脂Ｐ１を充填する。そして、空隙１１ｂに充填された液状樹脂Ｐ１を固化させる方法により、金属多孔質体１１の一方の面にシール層１３を形成することができる。このようにして金属多孔質体１１の片面にシール層１３を形成した後、図４（ｂ）に示すように、金属多孔質体１１を裏返して同じ工程を行う。これにより、流路１２ａを有する多孔質層１２を挟むように、金属多孔質体１１の両面にそれぞれ所定厚さのシール層１３を形成することができる。なお、液状樹脂を空隙１１ｂに充填するには、スクリーン印刷等、他の方法を採用してもよい。

あるいは、このシール層形成工程において、図５に示すように、金属多孔質体１１を挟んで樹脂フィルムＰ２を積層し（図５（ａ））、これらの樹脂フィルムＰ２の熱変形温度に加熱した状態でこれら金属多孔質体１１と各樹脂フィルムＰ２とを図に矢印で示すように厚さ方向に加圧するホットプレスにより（図５（ｂ））、可塑状態の各樹脂フィルムＰ２を金属多孔質体１１の両面から開口部１１ｃを通じて空隙１１ｂに充填してもよい（図５（ｃ））。この場合、樹脂フィルムＰ２には熱可塑性樹脂が用いられる。

また、このシール層形成工程において、金属多孔質体１１の外周部を囲む樹脂枠１４を、シール層１３と一体に形成することもできる（図６）。たとえば、図４に示すように容器に保持した液状樹脂に金属多孔質体１１を浸漬した場合に、そのまま容器内で液状樹脂Ｐ１を固化させることにより、容器の大きさに応じた大きさの樹脂枠１４を、シール層１３と同時に金属多孔質体１１の周囲に形成することができる。

［研磨工程］
いずれの方法によってシール層１３を形成した場合も、各シール層１３の表面を研磨する工程を行う。これにより、シール層１３の表面に確実に骨格１１ａ（金属部分）を露出させ、隣接部材（ガス拡散層２３）との確実な導通を図ることができる。なお、上述の方法により製造された金属多孔質体１１は、表層部分が密に形成されているので、わずかに研磨するだけでも表面を覆う樹脂部分を除去して多くの金属分を露出させることができ、隣接部材に対する接触面積を十分に得ることができる。

以上説明した燃料電池用セパレータの製造方法によれば、金属多孔質体１１の一部に樹脂を充填するので、流体の流通を阻止するシール層１３と流体を流通させる多孔質層１２とを一体に備え、軽量であり、全体が良好な導電性を有し、さらに冷却構造を内部に備える燃料電池用セパレータ１０を得ることができる。また、シール層１３の表面が研磨されることにより、金属部分が表面に露出するので、隣接する部材との導通を確実に図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１０ 燃料電池用セパレータ
１１ 金属多孔質体
１１ａ 骨格
１１ｂ 空隙
１１ｃ 開口部
１２ 多孔質層
１２ａ 流路
１３ シール層
２０ 固体高分子形燃料電池
２０Ａ 単セル
２１ 固体高分子膜
２２ 電極
２３ ガス拡散層
２５ セパレータ
３０ 成形装置
３１ ホッパ
３２ キャリヤシート
３３ ローラ
３４ ブレード
３５ 恒温・高湿度槽
３６ 乾燥槽
３７ プレート
Ｐ１ 液状樹脂
Ｐ２ 樹脂フィルム

Claims (7)

1. 金属焼結体の中実の骨格により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙が相互に連続状態に形成されている板状の金属多孔質体の両面に、前記空隙に樹脂が充填されてなるシール層がそれぞれ設けられているとともに、これらシール層の間には前記空隙を連続させてなる流路を有する多孔質層が設けられていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
2. 前記金属多孔質体の気孔率が７０％以上９９％以下であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
3. 前記金属多孔質体がステンレス鋼、チタン、チタン合金のいずれかからなることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池用セパレータ。
4. 金属焼結体の中実の骨格により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙が相互に連続状態に形成されている板状の金属多孔質体を製造する多孔質体製造工程と、
   前記金属多孔質体の両面からそれぞれ所定深さまで前記空隙に樹脂を充填し、所定厚さのシール層を前記金属多孔質体の両面に形成するシール層形成工程と、
   前記各シール層の表面を研磨して前記骨格を露出させる研磨工程と
   を有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
5. 前記シール層形成工程では、液状の樹脂を前記金属多孔質体に含浸させて前記空隙に充填し、固化させることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
6. 前記シール層形成工程では、前記金属多孔質体と樹脂フィルムとを積層し、この樹脂フィルムの熱変形温度でのホットプレスにより前記樹脂フィルムを前記空隙に充填することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
7. 前記多孔質体製造工程は、
   金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーをキャリヤシート上に塗布し、前記キャリヤシートを移動させながら前記発泡性スラリーを薄板状に成形する成形工程と、
   薄板状に成形した発泡性スラリーを発泡および乾燥させてグリーンシートを形成する発泡乾燥工程と、
   前記グリーンシートを焼結して焼結体を形成する焼結工程と、
   を有することを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。

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