JP2012212564A - Fuel cell separator and fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池において反応用ガス流路と冷却液流路とを隔離するのに使用される燃料電池用セパレータ、及びそのセパレータを構成要素とする燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell separator used for isolating a reaction gas flow path and a coolant flow path in a fuel cell, and a fuel cell including the separator as a constituent element.
この種の燃料電池としては、例えば、特許文献1に記載されているものがある。特許文献1に記載の燃料電池は、電解質膜を空気極と燃料極とで挟持した膜電極構造体(MEA:Membrane Electrode Assembly)と、膜電極構造体を挟持するカソードセパレータ及びアノードセパレータを備えている。各セパレータは、膜電極構造体との間に、空気流路及び燃料流路を形成すると共に、積層した際に隣接する燃料電池との間に冷媒流路を形成する。
An example of this type of fuel cell is described in
そして、上記の燃料電池は、少なくとも一方のセパレータを導電部(基材)と絶縁部(被膜)とにより構成し、水によって塞ぐ可能性が高い箇所ほど絶縁部の厚さを厚くすることで、その箇所の熱伝導性を下げて発熱を促進し、これによりフラッディングを抑制するようにしたものである。 And said fuel cell comprises at least one separator by an electroconductive part (base material) and an insulation part (coating), and thickens the thickness of an insulation part as a part with high possibility of being plugged up with water, The heat conductivity of the portion is lowered to promote heat generation, thereby suppressing flooding.
ところで、この種の燃料電池におけるセパレータは、反応用ガスの流路と冷却液の流路とを隔離するほかに、特許文献1にも記載されているように、導電部材としても機能する。したがって、特許文献1に記載のセパレータは、電気抵抗の小さい材料で構成されている。
Incidentally, the separator in this type of fuel cell functions as a conductive member as described in
しかしながら、従来の燃料電池にあっては、上述の如くセパレータは電気抵抗の小さい材料で構成されているものの、反応用ガスや冷却液に対するセパレータの一層の耐食性向上を考慮する必要がある。 However, in the conventional fuel cell, although the separator is made of a material having a small electric resistance as described above, it is necessary to consider further improvement of the corrosion resistance of the separator against the reaction gas and the coolant.
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、接触抵抗の効率的な低減と耐食性の向上とを両立させることができる燃料電池用セパレータ及び燃料電池を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and an object of the present invention is to provide a fuel cell separator and a fuel cell that can achieve both efficient reduction of contact resistance and improvement of corrosion resistance. .
本発明の燃料電池用セパレータは、燃料電池においてカソードガス流路と冷却液流路とを隔離するカソード側のセパレータである。 The fuel cell separator of the present invention is a cathode-side separator that separates the cathode gas flow path and the coolant flow path in the fuel cell.
そして、燃料電池用セパレータは、その表面に導電性被膜が形成してあり、カソードガス流路側の面では、カソードガスの入口側よりも出口側で導電性被膜の膜厚を厚くすると共に、冷却液流路側の面では、冷却液の入口側よりも出口側で導電性被膜の膜厚を厚くしたことを特徴としている。 The fuel cell separator has a conductive film formed on the surface thereof, and on the surface on the cathode gas flow path side, the thickness of the conductive film is increased on the outlet side than on the cathode gas inlet side, and cooling is performed. In the surface on the liquid flow path side, the conductive film is thicker on the outlet side than on the inlet side of the cooling liquid.
本発明の燃料電池は、膜電極構造体を一対のセパレータで挟持した構造を有すると共に、積層した状態で隣接するセパレータ(隣接する燃料電池のセパレータ)同士の間に冷却液流路を形成する燃料電池である。 The fuel cell of the present invention has a structure in which a membrane electrode structure is sandwiched between a pair of separators, and a fuel that forms a coolant flow path between adjacent separators (separators of adjacent fuel cells) in a stacked state It is a battery.
そして、燃料電池は、カソードガス流路と冷却液流路とを隔離するカソード側セパレータの表面に導電性被膜が形成してあり、導電性被膜が、カソードガス流路を形成するセパレータの一方の面では、カソードガスの入口側の膜厚よりも出口側の膜厚を厚く形成してあると共に、冷却液流路を形成するセパレータの他方の面では、冷却液の入口側の膜厚よりも出口側の膜厚を厚く形成してあることを特徴としている。 In the fuel cell, a conductive coating is formed on the surface of the cathode-side separator that separates the cathode gas flow channel and the coolant flow channel, and the conductive coating is one of the separators forming the cathode gas flow channel. In the surface, the film thickness on the outlet side is made thicker than the film thickness on the inlet side of the cathode gas, and on the other surface of the separator forming the coolant flow path, the film thickness on the inlet side of the coolant is made larger. It is characterized in that the outlet side film is formed thick.
ここで、燃料電池のカソード側においては、カソードガスの入口側になるほど電流密度が高くなり、電流密度の高い箇所では導電性被膜の膜厚が薄いほど接触抵抗も小さくなる。そこで、上記の燃料電池用セパレータ及び燃料電池では、カソードガス流路を形成するセパレータの一方の面では、カソードガスの入口側よりも出口側で導電性被膜の膜厚を厚くする(入口側で薄くする)ことで、全体としてカソード側セパレータと膜電極構造体との接触抵抗を効率的に低減する。 Here, on the cathode side of the fuel cell, the current density increases as it becomes closer to the cathode gas inlet side, and the contact resistance decreases as the thickness of the conductive film decreases at the higher current density. Therefore, in the fuel cell separator and the fuel cell described above, on one side of the separator forming the cathode gas flow path, the conductive film is thicker on the outlet side than on the cathode gas inlet side (on the inlet side). As a whole, the contact resistance between the cathode separator and the membrane electrode structure is efficiently reduced.
また、冷却液流路においては、冷却液の出口側になるほど温度が高くなり、温度が高くなるほど腐食しやすい。そこで、上記の燃料電池用セパレータ及び燃料電池では、冷却液流路を形成するセパレータの他方の面では、冷却液の入口側よりも出口側で導電性被膜の膜厚を厚くすることで、全体として耐食性を向上させる。 Further, in the coolant flow path, the temperature becomes higher as it becomes the outlet side of the coolant, and corrosion tends to occur as the temperature becomes higher. Therefore, in the fuel cell separator and the fuel cell described above, the other surface of the separator that forms the coolant flow path is formed by increasing the thickness of the conductive coating on the outlet side rather than on the coolant inlet side. As corrosion resistance is improved.
本発明の燃料電池用セパレータ及び燃料電池によれば、上記構成を採用したことにより、接触抵抗の効率的な低減と耐食性の向上とを両立させることができる。 According to the fuel cell separator and the fuel cell of the present invention, by adopting the above configuration, it is possible to achieve both efficient reduction of contact resistance and improvement of corrosion resistance.
図1及び図2は、本発明の燃料電池用セパレータ及び燃料電池の一実施形態を説明する図である。 1 and 2 are diagrams illustrating an embodiment of a fuel cell separator and a fuel cell according to the present invention.
図示の燃料電池Cは、膜電極構造体2を一対のセパレータ3A,3Bで挟持した構造を有している。とくに、図1に示す実施形態の燃料電池Cは、周囲にフレーム1を有する膜電極構造体2と、この膜電極構造体2をフレーム1とともに挟持するカソード側及びアノード側のセパレータ3A,3Bを備えている。フレーム1は、ほぼ一定の厚さの薄板状を成しており、その縁部を除く大部分が膜電極構造体2の厚さよりも薄いものである。そして、フレーム1と両セパレータ3A,3Bとの間に反応用ガスを流通させる流通領域(後記するディフューザ部)を有している。なお、フレーム1は樹脂であり、セパレータ3A,3Bは金属であることが製造上望ましい。
The illustrated fuel cell C has a structure in which the
膜電極構造体2は、一般に、MEA(Membrane Electrode Assembly)と呼ばれるものであって、例えば固体高分子から成る電解質層を空気極層(カソード)と燃料極層(アノード)とで挟持した構造を有している。この膜電極構造体2は、空気極層に一方の反応用ガスであるカソードガス(空気)が供給されると共に、燃料極層に他方の反応用ガスであるアノードガス(水素)が供給されて、電気化学反応により発電をする。なお、膜電極構造体2としては、空気極層と燃料極層の表面に、カーボンペーパや多孔質体等から成るガス拡散層を備えたものも含まれる。
The
フレーム1は、樹脂フィルムや樹脂成形により膜電極構造体2と一体化してあり、この実施形態では、膜電極構造体2を中央にして矩形状を成している。また、フレーム1は、両端部に、各々三個ずつのマニホールド穴H1〜H6が配列してあり、各マニホールド穴群から膜電極構造体2に至る領域が反応用ガスの流通領域となる。このフレーム1及び両セパレータ3A,3Bは、いずれもほぼ同等の縦横寸法を有する矩形板状である。
The
各セパレータ3A,3Bは、より好適な実施形態としてステンレス製であって、これにより、低コストで且つ高い耐腐食性を有するものとなる。各セパレータ3A,3Bは、膜電極構造体2に対応する中央部分が、短辺方向の断面において波形状に形成してある。この波形状は図示の如く長辺方向に連続している。これにより、各セパレータ3A,3Bは、波形状における膜電極構造体2に対応する中央部分では、各凸部分が膜電極構造体2に接触すると共に、波形状における各凹部分が反応用ガスの流路となる。このガス流路については後述する。
Each of the
また、各セパレータ3A,3Bは、両端部に、フレーム1の各マニホールド穴H1〜H6同等のマニホールド穴H1〜H6を有し、各マニホールド穴群から断面波形状の部分に至る領域が反応用ガスの流通領域となる。
Further, each
上記のフレーム1及び膜電極構造体2と両セパレータ3A,3Bは、重ね合わせて燃料電池Cを構成する。このとき、燃料電池Cは、とくに図2に示すように、中央に、膜電極構造体2の領域である発電部Gを備えている。そして、発電部Gの両側に、反応用ガスの供給及び排出を行うマニホールド部M,Mと、各マニホールド部Mから発電部Gに至る反応用ガスの流通領域であるディフューザ部D,Dを備えたものとなっている。
The
ここで、反応用ガスの流通領域であるディフューザ部Dは、図2中の燃料電池Cの両端側だけでなく、フレーム1と両側のセパレータ3A,3Bとの間、つまりアノード側及びカソード側に夫々形成されている。
Here, the diffuser portion D, which is the reaction gas flow region, is not only between both ends of the fuel cell C in FIG. 2, but also between the
図2の左側に示す一方のマニホールド部Mにおいて、各マニホールド穴H1〜H3は、カソードガス供給用(H1)、冷却液供給用(H2)及びアノードガス排出用(H3)であり、積層方向に互いに連通して夫々の流路を形成する。また、図2の右側に示す他方のマニホールド部Mにおいて、各マニホールド穴H4〜H6は、アノードガス供給用(H4)、冷却液排出用(H5)及びカソードガス排出用(H6)であり、積層方向に互いに連通して夫々の流路を形成する。 In one manifold section M shown on the left side of FIG. 2, each of the manifold holes H1 to H3 is for cathode gas supply (H1), coolant supply (H2), and anode gas discharge (H3). Each flow path is formed in communication with each other. In the other manifold portion M shown on the right side of FIG. 2, the manifold holes H4 to H6 are for anode gas supply (H4), coolant discharge (H5), and cathode gas discharge (H6), and are laminated. Each flow path is formed in communication with each other in the direction.
つまり、この実施形態では、カソードガス、アノードガス、及び冷却液は、矩形板状を成すセパレータ3A,3Bの長辺に沿う一方向に流れる。そして、この実施形態では、カソードガスと冷却液の流れ方向が互いに同方向(図1で右方向)であると共に、カソードガスとアノードガスの流れ方向が互いに逆方向である。
That is, in this embodiment, the cathode gas, the anode gas, and the coolant flow in one direction along the long sides of the
さらに、燃料電池Cは、図1に示すように、フレーム1と各セパレータ3A,3Bの縁部同士の間や、マニホールド穴H1〜H6の周囲に、ガスシールSLが設けてある。また、燃料電池Cを複数枚を積層した状態では、燃料電池C同士すなわち隣接するセパレータ3A,3B同士の間にもガスシールSLを設ける。この実施形態では、隣接するセパレータ3A,3B間に冷却液を流通させる構造である。この冷却液流路については後述する。
Furthermore, as shown in FIG. 1, the fuel cell C is provided with a gas seal SL between the edges of the
上記のガスシールSLは、個々の層間において、カソードガス、アノードガス及び冷却液の夫々の流通域を気密的に分離すると共に、その層間に所定の流体が流れるように、マニホールド穴H1〜H6の周縁部の適当な箇所に開口を設ける。 The above gas seal SL hermetically separates the flow regions of the cathode gas, the anode gas, and the cooling liquid between the individual layers, and allows the predetermined fluid to flow between the layers. Openings are provided at appropriate locations on the periphery.
上記構成を備えた燃料電池Cは、複数枚を積層して、図3に示すような燃料電池スタックFSを構成する。 The fuel cell C having the above-described configuration is formed by stacking a plurality of sheets to form a fuel cell stack FS as shown in FIG.
燃料電池スタックFSは、図3(A)に示すように、燃料電池Cの積層体Aに対し、その積層方向の一端部(図3中で右側端部)に、集電板4A及びスペーサ5を介してエンドプレート6Aが設けてあると共に、他端部に、集電板4Bを介してエンドプレート6Bが設けてある。また、燃料電池スタックFSは、積層体Aに対し、燃料電池Cの長辺側となる両面(図3中で上下面)に、締結板7A,7Bが設けてあると共に、短辺側となる両面に、補強板8A,8Bが設けてある。
As shown in FIG. 3A, the fuel cell stack FS has a
そして、燃料電池スタックFSは、各締結板7A,7B及び補強板8A,8BをボルトBにより両エンドプレート6A,6Bに連結する。このようにして、燃料電池スタックFSは、図3(B)に示すようなケース一体型構造となり、積層体Aをその積層方向に拘束・加圧して個々の燃料電池Cに所定の接触面圧を加え、ガスシール性や導電性等を良好に維持する。
In the fuel cell stack FS, the
このようにして、燃料電池用セパレータ3A,3B及び燃料電池Cは、図4に示すように、膜電極構造体2とカソード側セパレータ3Aとの間に、カソードガス流路Cgを形成すると共に、膜電極構造体2とアノード側セパレータ3Bとの間に、アノードガス流路Agを形成する。また、上述の燃料電池スタックFSにおいて、隣接する燃料電池C同士(隣接するセパレータ3A,3B同士)の間に、冷却液流路Cfを形成する。
In this manner, the
すなわち、燃料電池スタックFSにおいて、カソード側セパレータ3Aは、カソードガス流路Cgと冷却液流路Cfとを隔離している。他方、アノード側セパレータ3Bは、アノードガス流路Agと冷却流路Cfとを隔離している。
That is, in the fuel cell stack FS, the cathode-
そして、燃料電池用セパレータ3A,3B及び燃料電池Cは、図5に示すように、カソード側セパレータ3Aの表面に導電性被膜が形成してある。このとき、カソード側では、図中に矢印で示すように、カソードガスと冷却液の流れ方向が互いに同方向である。これに対して、セパレータ3Aは、図中の膜厚分布に示すように、カソードガス流路Cgを形成する一方の面(MEA面)では、カソードガスの入口側よりも出口側で導電性被膜の膜厚を厚くする(入口側で薄くする)。また、冷却液流路Cfを形成する他方の面(冷却液面)では、冷却液の入口側よりも出口側で導電性被膜の膜厚を厚くしている。
In the
なお、図5〜図9に示すセパレータ3A,3Bは、図1〜図3に示すものと形態が異なるが、基本的な構成は同等であるので、同一部位に同一符号を付している。
In addition, although
導電性被膜としては、例えば硬質炭素被膜が用いられ、より好適なものとしてダイヤモンドライクカーボンを使用することができ、後述するように、スパッタリングにより成膜することができる。これにより、低コストで且つ高い耐食性を有する導電性被膜が得られることとなる。 As the conductive film, for example, a hard carbon film is used, and diamond-like carbon can be used as a more preferable film, and can be formed by sputtering as described later. As a result, a conductive film having low cost and high corrosion resistance can be obtained.
導電性被膜の材料としては、多結晶グラファイト、グラファイトブロック(高結晶性グラファイト)、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、カーボンナノホーン、カーボンフィブリルなどが挙げられる。また、カーボンブラックの具体例として、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、オイルファーネスブラックもしくはサーマルブラックなどが挙げられる。なお、カーボンブラックは、グラファイト化処理が施されていても良い。 Examples of the material for the conductive coating include polycrystalline graphite, graphite block (highly crystalline graphite), carbon black, fullerene, carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon nanohorn, and carbon fibril. Specific examples of carbon black include ketjen black, acetylene black, channel black, lamp black, oil furnace black, or thermal black. Carbon black may be subjected to a graphitization treatment.
また、これらの炭素材料を、ポリエステル系樹脂、アラミド系樹脂、ポリプロピレン系樹脂のような樹脂と複合化させて用いても良い。また、導電性被膜に含まれる炭素材料以外の材料としては、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、インジウム(In)等の貴金属;ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の撥水性物質;導電性酸化物などが挙げられる。多結晶グラファイト以外の材料は、一種のみが用いられても良いし、二種以上が併用されても良い。 These carbon materials may be used in combination with a resin such as a polyester resin, an aramid resin, or a polypropylene resin. Examples of materials other than the carbon material included in the conductive coating include gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), ruthenium (Ru), palladium (Pd), rhodium (Rh), and indium (In). A noble metal such as polytetrafluoroethylene (PTFE), a conductive oxide, and the like. As for materials other than polycrystalline graphite, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together.
導電性被膜の平均厚さは、好ましくは1nm〜1000nmであり、より好ましくは2nm〜500nmであり、さらに好ましくは5nm〜200nmである。導電性被膜の厚さがこのような範囲内の値であれば、ガス拡散基体とセパレータ3A,3Bとの間に十分な導電性を確保することができる。また、セパレータ3A,3Bの基材(ステンレス)に対して高い耐食機能を持たせることができる。
The average thickness of the conductive coating is preferably 1 nm to 1000 nm, more preferably 2 nm to 500 nm, and still more preferably 5 nm to 200 nm. If the thickness of the conductive coating is a value within such a range, sufficient conductivity can be ensured between the gas diffusion substrate and the
ここで、燃料電池Cのカソード側においては、カソードガスの入口側になるほど電流密度が高くなり、電流密度の高い箇所では導電性被膜の膜厚が薄いほど接触抵抗も小さくなる。そこで、上記のカソード側セパレータ3A及び燃料電池Cでは、カソードガス流路Cgを形成するセパレータ3Aの一方の面(MEA面)では、カソードガスの入口側よりも出口側で導電性被膜の膜厚を厚くする(入口側で薄くする)ことで、全体としてセパレータ3Aと膜電極構造体2との接触抵抗を効率的に低減する。
Here, on the cathode side of the fuel cell C, the current density increases as the cathode gas becomes closer to the inlet side, and the contact resistance decreases as the thickness of the conductive film decreases at the higher current density. Therefore, in the
また、冷却液流路Cfにおいては、冷却液の出口側になるほど温度が高くなり、温度が高くなるほど腐食しやすい。そこで、上記のカソード側セパレータ3A及び燃料電池Cでは、冷却液流路Cfを形成するセパレータ3Aの他方の面では、冷却液の入口側よりも出口側で導電性被膜の膜厚を厚くすることで、全体として耐食性を向上させる。
Further, in the coolant flow path Cf, the temperature becomes higher as it becomes the outlet side of the coolant, and the temperature becomes higher and the corrosion tends to occur. Therefore, in the
このように、上記のカソード側セパレータ3A及び燃料電池Cによれば、接触抵抗の効率的な低減と耐食性の向上とを両立させることができる。また、カソードガスと冷却液の流れ方向を互いに同方向にしたことにより、導電性能と冷却性能が相俟って全体性能がより高いものとなり、また、電流密度の分布もカソードガスの入口側に偏るので上記の接触抵抗低減の効果がより発揮される。
Thus, according to the
図6は、本発明の燃料電池用セパレータ及び燃料電池の他の実施形態を説明する図である。この実施形態では、アノード側セパレータ3Bの表面に導電性被膜が形成してある。この場合、アノードガス流路Agを形成するセパレータ3B一方の面(MEA面)では、図中に矢印で示すカソードガスの流れ方向に対して、図中の膜厚分布に示すように、その入口側よりも出口側で導電性被膜の膜厚を厚くしている。つまり、アノード側セパレータ3Bは、アノードガスの流れ方向に関わらず、カソードガスの流れ方向を基準にして導電性被膜の膜厚を設定している。
FIG. 6 is a view for explaining another embodiment of the fuel cell separator and the fuel cell of the present invention. In this embodiment, a conductive film is formed on the surface of the anode-
上記のアノード側セパレータ3B及び燃料電池Cによれば、電流密度が高いカソードの入口側で導電性被膜の膜厚が小さくなるので、アノード側セパレータ3Bと膜電極構造体2との接触抵抗を効率的に低減することができ、導電性能並びに発電性能を高めることができる。
According to the
図7は、本発明の燃料電池用セパレータ及び燃料電池のさらに他の実施形態を説明する図である。この実施形態では、アノード側セパレータ3Bの表面に導電性被膜が形成してあり、冷却液流路Cfを形成するセパレータ3B他方の面(冷却液面)では、冷却液の入口側よりも出口側で導電性被膜の膜厚を厚くしている。この場合においても、アノード側セパレータ3Bは、アノードガスの流れ方向に関わらず、冷却液の流れ方向を基準にして導電性被膜の膜厚を設定している。
FIG. 7 is a view for explaining still another embodiment of the fuel cell separator and the fuel cell of the present invention. In this embodiment, a conductive film is formed on the surface of the anode-
上記のアノード側セパレータ3B及び燃料電池Cによれば、冷却液流路Cfにおいては、冷却液の出口側になるほど温度が高くなり、温度が高くなるほど腐食しやすいので、上記の如く冷却液の入口側よりも出口側で導電性被膜の膜厚を厚くすることで、全体として耐食性を向上させることができる。
According to the
図8は、本発明の燃料電池用セパレータ及び燃料電池のさらに他の実施形態を説明する図である。この実施形態では、カソードガスとアノードガスの流れ方向が互いに逆方向になっている。この場合、カソード側セパレータ3Aでは、先の実施形態(図5参照)と同様に、導電性被膜の膜厚が、カソードガスの入口側よりも出口側で厚くなるように形成してある。
FIG. 8 is a view for explaining still another embodiment of the fuel cell separator and the fuel cell of the present invention. In this embodiment, the flow directions of the cathode gas and the anode gas are opposite to each other. In this case, in the
他方、アノード側セパレータ3Bでは、先述の如くカソードガスの流れ方向を基準にして、ソードガスの入口側の膜厚よりも出口側の膜厚を厚く形成してある。したがって、カソード側セパレータ3Aにおける導電性被膜と、アノード側セパレータ3Bにおける導電性被膜は、図中に示す同じ膜厚分布となる。
On the other hand, in the
上記のセパレータ3A,3B及び燃料電池Cによれば、先の実施形態と同様に、接触抵抗の効率的な低減と耐食性の向上とを両立させることができる。また、カソードガスとアノードガスの流れ方向を互いに逆方向すると、発電性能が高くなり、また、電流密度の分布がカソードガスの入口側に偏るので上記の接触抵抗低減の効果がより発揮されることとなる。
According to the
図9は、上記各実施形態で説明したセパレータ3A,3Bの製造方法を説明する図である。当該製造方法では、スパッタリングのターゲットTGに相対向する中心点又は中心点を含む中心線CLに対して、複数のセパレータをその長辺方向の一端部が中心側となるようにして対称的に配置する。図示例では、スパッタリング装置のチャンバー内において、2枚のカソード側セパレータ3A,3Aをそのカソードガスの出口側となる端部を中心線CL側にして、対称的に配置している。
FIG. 9 is a diagram illustrating a method for manufacturing the
そして、前記ターゲットRGを用いたスパッタリングを行う。すなわち、ターゲットTGに対して、高電圧をかけてイオン化した不活性ガス(例えばArガス)を衝突させ、ターゲットTGの表面の原子をはじき飛ばして、セパレータ3A,3Aの両面に導電性被膜を形成する。その後、各セパレータ3Aの裏面にも同様に導電性被膜を形成する。
Then, sputtering using the target RG is performed. That is, an inert gas (for example, Ar gas) ionized by applying a high voltage to the target TG is collided, and atoms on the surface of the target TG are repelled to form conductive films on both surfaces of the
上記のようにセパレータ3A,3Aを配置してスパッタリングを行うと、図中の膜厚分布に示すように、ターゲットTGに近い部分、つまり各セパレータ3A,3Aのカソードガスの出口側となる端部で導電性被膜の膜厚が厚くなり、入口側に向かうほど膜厚が薄くなる。これにより、図5で説明したカソード側セパレータ3Aが得られる。
When the
このように、上記のセパレータの製造方法によれば、一つのターゲットTGを使用したうえで、導電性被膜の膜厚が漸次変化する複数のセパレータ3A,3Aを同時に製造することができ、生産効率の向上や製造コストの低減などを実現する。また、このセパレータの製造方法は、各実施形態で図示した細長い矩形板状のセパレータに対する被膜形成に非常に有効である。
Thus, according to the separator manufacturing method described above, a single target TG can be used, and a plurality of
なお、上記の製造方法において、セパレータの配置は、様々な形態を採用することが可能である。例えば、中心線CLの両側に複数のセパレータを夫々配置したり、中心点に対して複数のセパレータを放射状に配置したりすることもでき、また、ロール状の素材を用いて、その素材を繰り出しながら導電性被膜を形成し、その後、素材からセパレータを打ち抜くことも可能である。 In the above manufacturing method, the separator can be arranged in various forms. For example, a plurality of separators can be arranged on both sides of the center line CL, or a plurality of separators can be arranged radially with respect to the center point, and a roll-like material can be used to feed out the material. It is also possible to form a conductive film while punching the separator from the material.
本発明の燃料電池用セパレータ及び燃料電池は、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することが可能であり、上記各実施形態の構成同士を組み合わせた構成にすることも可能である。 The separator for a fuel cell and the fuel cell of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and the details of the configuration can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention. It is also possible to combine the configurations of the embodiments.
Ag アノードガス流路
Cg カソードガス流路
Cf 冷却液流路
C 燃料電池
FS 燃料電池スタック
TG ターゲット
2 膜電極構造体
3A カソード側セパレータ
3B アノード側セパレータ
Ag anode gas channel Cg cathode gas channel Cf coolant channel C fuel cell FS fuel cell
Claims (15)
その表面に導電性被膜が形成してあり、
カソードガス流路側の面では、カソードガスの入口側よりも出口側で導電性被膜の膜厚を厚くすると共に、
冷却液流路側の面では、冷却液の入口側よりも出口側で導電性被膜の膜厚を厚くしたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。 A cathode separator that separates a cathode gas flow path and a coolant flow path in a fuel cell,
A conductive film is formed on the surface,
On the cathode gas flow path side surface, the conductive film is made thicker on the outlet side than on the cathode gas inlet side,
A separator for a fuel cell, characterized in that on the surface on the coolant flow path side, the thickness of the conductive coating is increased on the exit side than on the coolant entrance side.
その表面に導電性被膜が形成してあり、
アノードガス流路側の面では、カソードガスの流れ方向に対して、その入口側よりも出口側で導電性被膜の膜厚を厚くしたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。 An anode-side separator that separates an anode gas passage and a coolant passage in a fuel cell,
A conductive film is formed on the surface,
A separator for a fuel cell, characterized in that on the surface on the anode gas flow path side, the thickness of the conductive coating is made thicker on the outlet side than on the inlet side with respect to the flow direction of the cathode gas.
カソードガス流路と冷却液流路とを隔離するカソード側セパレータの表面に導電性被膜が形成してあり、
導電性被膜が、カソードガス流路を形成するセパレータの一方の面では、カソードガスの入口側の膜厚よりも出口側の膜厚を厚く形成してあると共に、冷却液流路を形成するセパレータの他方の面では、冷却液の入口側の膜厚よりも出口側の膜厚を厚く形成してあることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell having a structure in which a membrane electrode structure is sandwiched between a pair of separators, and forming a coolant channel between adjacent separators in a stacked state,
A conductive coating is formed on the surface of the cathode-side separator that separates the cathode gas channel and the coolant channel,
The separator on which one side of the separator that forms the cathode gas flow path has a larger thickness on the outlet side than the film thickness on the inlet side of the cathode gas and the conductive film forms the coolant flow path. On the other side of the fuel cell, a film thickness on the outlet side is formed thicker than a film thickness on the inlet side of the coolant.
導電性被膜が、アノードガス流路を形成するセパレータの一方の面では、カソードガスの流れ方向に対して、その入口側の膜厚よりも出口側の膜厚を厚く形成してあることを特徴とする請求項7に記載の燃料電池。 A conductive coating is formed on the surface of the anode separator that separates the anode gas passage and the coolant passage,
The conductive film is characterized in that on one surface of the separator forming the anode gas flow path, the film thickness on the outlet side is made larger than the film thickness on the inlet side in the flow direction of the cathode gas. The fuel cell according to claim 7.
スパッタリングのターゲットに相対向する中心点又は中心線に対して、複数のセパレータをその長辺方向の一端部が中心側となるようにして対称的に配置し、この状態で前記ターゲットを用いたスパッタリングを行うことにより、各セパレータに導電性被膜を形成することを特徴とするセパレータの製造方法。 In manufacturing the fuel cell separator according to claim 6 or the fuel cell separator according to claim 14,
A plurality of separators are symmetrically arranged with respect to a center point or a center line facing the sputtering target so that one end portion in the long side direction is a center side, and sputtering using the target in this state A process for producing a separator, wherein a conductive film is formed on each separator.
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JP2011077748A JP2012212564A (en) | 2011-03-31 | 2011-03-31 | Fuel cell separator and fuel cell |
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- 2011-03-31 JP JP2011077748A patent/JP2012212564A/en not_active Withdrawn
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