JP2014078378A - 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属プレートの外周端部に樹脂製枠部材を良好且つ確実に成形することができ、歩留まりの向上を図ることを可能にする。
【解決手段】燃料電池10を構成する第2金属セパレータ14は、第2金属プレート68と第2樹脂製枠部材74とを備える。第2樹脂製枠部材74は、第2金属プレート68の外周端部に一体化される中間層シート74aを有する。第2金属プレート68の一方の面には、第1外層シート74bが一体化されるとともに、前記第2金属プレート68の他方の面には、第2外層シート74cが一体化される。第1外層シート74b及び第2外層シート74c間に中間層シート74aが積層されて一体に固着される。
【選択図】図3
【解決手段】燃料電池10を構成する第2金属セパレータ14は、第2金属プレート68と第2樹脂製枠部材74とを備える。第2樹脂製枠部材74は、第2金属プレート68の外周端部に一体化される中間層シート74aを有する。第2金属プレート68の一方の面には、第1外層シート74bが一体化されるとともに、前記第2金属プレート68の他方の面には、第2外層シート74cが一体化される。第1外層シート74b及び第2外層シート74c間に中間層シート74aが積層されて一体に固着される。
【選択図】図3
Description
本発明は、カソード電極とアノード電極との間に電解質が配設される電解質・電極構造体と積層されて燃料電池を構成する燃料電池用セパレータ及びその製造方法に関する。
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ触媒層(電極触媒層)とガス拡散層(多孔質カーボン)とからなるアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータによって挟持している。この燃料電池は、所定の数だけ積層して、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。
セパレータとしては、例えば、カーボンセパレータや金属セパレータが採用されている。この種のセパレータでは、高価なカーボンや金属部材の使用量を削減させることが望まれている。このため、特許文献1に開示されている高分子電解質型燃料電池が知られている。
この高分子電解質型燃料電池は、図8に示すように、セパレータ1を備えている。セパレータ1は、中央部を構成する導電体2と、前記導電体2の周縁部に一体成形される樹脂枠体3とから構成されている。導電体2には、溝部により反応ガス流路4が形成されるとともに、前記導電体2の周縁部には、薄肉部5が外方に突出して設けられている。
樹脂枠体3には、マニホールド(燃料ガス、酸化剤ガス、又は冷却媒体)6が貫通形成されている。樹脂枠体3は、薄肉部5を被覆するように、導電体2の周縁部に一体成形されている。
ところで、上記のセパレータ1では、導電体2をインサートして樹脂枠体3を成形する際に、特に、前記導電体2の薄肉部5の両側と金型のキャビティ成形面とのクリアランスが、相当に狭小なスペースになっている。このため、キャビティ内における樹脂の円滑な流れが遂行されず、樹脂が確実に充填されないおそれがある。従って、樹脂枠体3では、導電体2の薄肉部5の両側に対応して成形される薄肉部分7a、7bに、成形不良が発生し易く、歩留まりが低下するという問題がある。
本発明は、この種の問題を解決するものであり、金属プレートの外周端部に樹脂製枠部材を良好且つ確実に成形することができ、歩留まりの向上を図ることが可能な燃料電池用セパレータ及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、カソード電極とアノード電極との間に電解質が配設される電解質・電極構造体と積層されて燃料電池を構成する燃料電池用セパレータ及びその製造方法に関するものである。
この燃料電池用セパレータでは、少なくとも一方の面側に反応ガスを面方向に沿って流通させる反応ガス流路が形成される金属プレートと、前記反応ガス流路の外周を周回して前記金属プレートに一体化される樹脂製枠部材と、を備えている。
樹脂製枠部材は、金属プレートと同一の厚さを有し、前記金属プレートの外周端部に一体化される中間層シートと、前記金属プレートの一方の面に一体化され、且つ、前記金属プレートの一方の外周縁部に重なり部を有する第1外層シートと、前記金属プレートの他方の面に一体化され、且つ、前記金属プレートの他方の外周縁部に重なり部を有する第2外層シートと、を備えている。そして、樹脂製枠部材は、中間層シートを挟んで第1外層シート及び第2外層シートが積層された3層シート構造を有している。
また、この製造方法は、少なくとも一方の面側に反応ガスを面方向に沿って流通させる反応ガス流路が形成される金属プレートを製造する工程と、前記金属プレートと同一の厚さを有する樹脂製中間層シートを、該金属プレートの外周端部に一体化する工程と、前記金属プレートの一方の面に、該金属プレートの一方の外周縁部に重なり部を有して樹脂製第1外層シートを一体化する工程と、前記金属プレートの他方の面に、該金属プレートの他方の外周縁部に重なり部を有して樹脂製第2外層シートを一体化する工程と、前記樹脂製中間層シートを挟んで前記樹脂製第1外層シート及び前記樹脂製第2外層シートを積層して一体化させることにより、3層シート構造を有する樹脂製枠部材を得る工程と、を有している。
本発明によれば、金属プレートの外周端部に一体化される中間層シート、前記金属プレートの一方の面に、一方の外周縁部に重なり部を有して一体化される第1外層シート、及び前記金属プレートの他方の面に、他方の外周縁部に重なり部を有して一体化される第2外層シートが、積層されて3層シート構造の樹脂製枠部材が構成されている。
このため、金属プレートをインサートして樹脂製枠部材を成形する際のように、樹脂の流動不良による成形不良が発生することがない。従って、金属プレートの外周端部に樹脂製枠部材を良好且つ確実に成形することができる。これにより、寸法精度が高く、しかも歩留まりのよい燃料電池用セパレータを製造することが可能になる。
図1に示すように、燃料電池10は、例えば、矢印A方向(水平方向、又は鉛直方向)に複数積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックを構成する。
燃料電池10は、本発明の実施形態に係る燃料電池用セパレータである第1金属セパレータ12、第2金属セパレータ14及び第3金属セパレータ16を備える。第1金属セパレータ12と第2金属セパレータ14との間には、第1電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)(MEA)18aが挟持される。第2金属セパレータ14と第3金属セパレータ16との間には、第2電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)(MEA)18bが挟持される。
燃料電池10は、上記のように、3枚のセパレータと2枚のMEAとにより構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、5枚のセパレータと4枚のMEAにより構成してもよい。また、燃料電池10は、1枚のMEAを一対のセパレータ間に挟持して構成してもよい。
第1電解質膜・電極構造体18a及び第2電解質膜・電極構造体18bは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜20と、前記固体高分子電解質膜20を挟持するアノード電極22及びカソード電極24とを備える。アノード電極22は、カソード電極24よりも小さな平面寸法(表面積)を有する段差MEAを構成しているが、寸法の大小関係は逆でもよく、又は、同一寸法であってもよい。なお、固体高分子電解質膜20は、HC(炭化水素)系電解質膜を用いてもよい。
アノード電極22及びカソード電極24は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜20の両面に形成される。
燃料電池10の長辺方向の(矢印C方向)上端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔26a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔28aが設けられる。
燃料電池10の長辺方向の(矢印C方向)下端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔28b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔26bが設けられる。
燃料電池10の短辺方向(矢印B方向)の両端縁部上方には、矢印A方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体入口連通孔30aが設けられる。燃料電池10の短辺方向の両端縁部下方には、冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔30bが設けられる。
燃料電池10の上端縁部には、幅方向中央側に積層方向に貫通して位置決め用孔部31aが形成される。燃料電池10の下端縁部には、幅方向中央側に積層方向に貫通して位置決め用孔部31bが形成される。
第1金属セパレータ12の第1電解質膜・電極構造体18aに向かう面12aには、燃料ガス入口連通孔28aと燃料ガス出口連通孔28bとを連通する第1燃料ガス流路32が形成される。第1燃料ガス流路32は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝部を有する。
第1燃料ガス流路32の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部34a及び出口バッファ部34bが設けられる。なお、入口バッファ部34a及び出口バッファ部34bは、エンボスに代えて、複数本の流路溝により構成してもよい。また、以下に説明する他の入口バッファ部及び出口バッファ部においても、同様である。
入口バッファ部34aは、複数本の溝部からなる入口連結流路36aを介して燃料ガス入口連通孔28aに連通する。出口バッファ部34bは、複数本の溝部からなる出口連結流路36bを介して燃料ガス出口連通孔28bに連通する。入口連結流路36a及び出口連結流路36bには、蓋体38a、38bが配設されてブリッジ部を構成する。
第1金属セパレータ12の面12b(面12aとは反対の面)には、冷却媒体入口連通孔30aと冷却媒体出口連通孔30bとを連通する冷却媒体流路40の一部が形成される。冷却媒体流路40の入口近傍及び出口近傍には、必要に応じて入口バッファ部42a及び出口バッファ部42bが設けられる。
図2に示すように、第2金属セパレータ14の第1電解質膜・電極構造体18aに向かう面14aには、酸化剤ガス入口連通孔26aと酸化剤ガス出口連通孔26bとを連通する第1酸化剤ガス流路44が形成される。第1酸化剤ガス流路44は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝部を有する。
第1酸化剤ガス流路44の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部46a及び出口バッファ部46bが設けられる。入口バッファ部46aは、複数本の溝部からなる入口連結流路48aを介して酸化剤ガス入口連通孔26aに連通する。出口バッファ部46bは、複数本の溝部からなる出口連結流路48bを介して酸化剤ガス出口連通孔26bに連通する。
図1に示すように、第2金属セパレータ14の第2電解質膜・電極構造体18bに向かう面14bには、燃料ガス入口連通孔28aと燃料ガス出口連通孔28bとを連通する第2燃料ガス流路50が形成される。第2燃料ガス流路50は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝部を有するとともに、前記第2燃料ガス流路50の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部52a及び出口バッファ部52bが設けられる。
入口バッファ部52aは、複数本の溝部からなる入口連結流路54aを介して燃料ガス入口連通孔28aに連通する。出口バッファ部52bは、複数本の溝部からなる出口連結流路54bを介して燃料ガス出口連通孔28bに連通する。入口連結流路54a及び出口連結流路54bには、蓋体56a、56bが配設されてブリッジ部を構成する。
第3金属セパレータ16の第2電解質膜・電極構造体18bに向かう面16aには、酸化剤ガス入口連通孔26aと酸化剤ガス出口連通孔26bとを連通する第2酸化剤ガス流路58が形成される。第2酸化剤ガス流路58は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝部を有する。
第2酸化剤ガス流路58の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部60a及び出口バッファ部60bが設けられる。入口バッファ部60aは、複数本の溝部からなる入口連結流路62aを介して酸化剤ガス入口連通孔26aに連通する。出口バッファ部60bは、複数本の溝部からなる出口連結流路62bを介して酸化剤ガス出口連通孔26bに連通する。
第3金属セパレータ16の面16bには、第2酸化剤ガス流路58の裏面形状である冷却媒体流路40の一部が形成される。冷却媒体流路40の入口近傍及び出口近傍には、必要に応じて入口バッファ部64a及び出口バッファ部64bが設けられる。
第1金属セパレータ12、第2金属セパレータ14及び第3金属セパレータ16は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した第1金属プレート66、第2金属プレート68及び第3金属プレート70により構成される。第1金属プレート66、第2金属プレート68及び第3金属プレート70は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。
第1金属プレート66は、一方の面に第1燃料ガス流路32が形成されるとともに、他方の面に冷却媒体流路40の一部が形成される。第2金属プレート68は、一方の面に第1酸化剤ガス流路44が形成されるとともに、他方の面に第2燃料ガス流路50が形成される。第3金属プレート70は、一方の面に第2酸化剤ガス流路58が形成されるとともに、他方の面に冷却媒体流路40の一部が形成される。
第1金属セパレータ12は、第1金属プレート66に第1樹脂製枠部材72が一体化される。第2金属セパレータ14は、第2金属プレート68に第2樹脂製枠部材74が一体化され、第3金属セパレータ16は、第3金属プレート70に第3樹脂製枠部材76が一体化される。第1樹脂製枠部材72、第2樹脂製枠部材74及び第3樹脂製枠部材76は、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、LCP(液晶ポリマー)、PES(ポリエーテルサルフォン)等により構成される。
第1樹脂製枠部材72、第2樹脂製枠部材74及び第3樹脂製枠部材76は、3層シート構造を有する。図3に示すように、第2樹脂製枠部材74は、第2金属プレート68と同一の厚さを有し、前記第2金属プレート68の外周端部に一体化される中間層シート74aを有する。
第2金属プレート68の一方の面(アノード側の面14b)には、前記第2金属プレート68の一方の外周縁部に重なり部74boを有する第1外層シート74bが一体化される。第2金属プレート68の他方の面に(カソード側の面14a)には、前記第2金属プレート68の他方の外周縁部に重なり部74coを有する第2外層シート74cが一体化される。なお、第1外層シート74b及び第2外層シート74cは、例えば、Si系(シリコーン系)エラストマー等のゴム状素材を使用してもよい。
第1外層シート74b及び第2外層シート74cは、中間層シート74aを挟持して積層された状態で、一体的に固着されることにより、3層シート構造の第2樹脂製枠部材74が構成される。第2樹脂製枠部材74には、酸化剤ガス入口連通孔26a、燃料ガス入口連通孔28a、冷却媒体入口連通孔30a、酸化剤ガス出口連通孔26b、燃料ガス出口連通孔28b及び冷却媒体出口連通孔30bが貫通形成される。
図1に示すように、第1外層シート74bには、入口バッファ部52a、出口バッファ部52b、入口連結流路54a及び出口連結流路54bが形成される。図2に示すように、第2外層シート74cには、入口バッファ部46a、出口バッファ部46b、入口連結流路48a及び出口連結流路48bが形成される。なお、第1樹脂製枠部材72及び第3樹脂製枠部材76は、上記の第2樹脂製枠部材74と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
第1樹脂製枠部材72、第2樹脂製枠部材74及び第3樹脂製枠部材76には、突起状の第1シール部材78、第2シール部材80及び第3シール部材82が設けられる。第1シール部材78、第2シール部材80及び第3シール部材82としては、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。
燃料電池10同士が互いに積層されることにより、一方の燃料電池10を構成する第1金属セパレータ12と、他方の燃料電池10を構成する第3金属セパレータ16との間には、冷却媒体流路40が形成される(図1参照)。
次いで、本実施形態に係る製造方法について、第2金属セパレータ14を用いて以下に説明する。なお、第1金属セパレータ12及び第3金属セパレータ16の製造方法は、同様に行われるため、その説明は省略する。
先ず、図4中、(a)に示すように、長方形状の中間層シート74aが成形される。この中間層シート74aには、位置決め用孔部31a、31bがプレス等により形成される。次に、中間層シート74aには、図4中、(b)に示すように、酸化剤ガス入口連通孔26a、燃料ガス入口連通孔28a、冷却媒体入口連通孔30a、酸化剤ガス出口連通孔26b、燃料ガス出口連通孔28b及び冷却媒体出口連通孔30bが貫通形成される。
中間層シート74aの中央部には、プレート挿入用開口部84が形成されるとともに、必要に応じて外周部のトリミング加工が行われる。プレート挿入用開口部84は、第2金属プレート68の外形寸法と同一の開口寸法に設定される。
さらに、図4中、(c)に示すように、中間層シート74aのプレート挿入用開口部84には、第2金属プレート68が挿入される。第2金属プレート68には、予め両方の面に第1酸化剤ガス流路44と第2燃料ガス流路50とがプレス成形されている。第2金属プレート68は、中間層シート74aに接着等により固定されてもよい。
一方、図5中、(a)に示すように、長方形状の第1外層シート74bが成形される。この第1外層シート74bには、位置決め用孔部31a、31bがプレス等により形成される。第1外層シート74bには、図5中、(b)に示すように、入口バッファ部52a、出口バッファ部52b、入口連結流路54a及び出口連結流路54bが、例えば、ホットプレス等により形成される。なお、第1外層シート74bが熱可塑性樹脂である場合には、ショットブラストやエッチング等により形成することも可能である。
次いで、図5中、(c)に示すように、第1外層シート74bには、酸化剤ガス入口連通孔26a、燃料ガス入口連通孔28a、冷却媒体入口連通孔30a、酸化剤ガス出口連通孔26b、燃料ガス出口連通孔28b及び冷却媒体出口連通孔30bが貫通形成される。第1外層シート74bの中央部には、反応部用開口部86が形成されるとともに、必要に応じて外周部のトリミング加工が行われる。反応部用開口部86は、第2金属プレート68の外形寸法より小さな開口寸法に、すなわち、第2燃料ガス流路50側の外周縁部と重なり部74boが設けられるように、設定される(図3参照)。
また、図6中、(a)に示すように、長方形状の第2外層シート74cが成形される。この第2外層シート74cには、位置決め用孔部31a、31bがプレス等により形成される。第2外層シート74cには、図6中、(b)に示すように、入口バッファ部46a、出口バッファ部46b、入口連結流路48a及び出口連結流路48bが、例えば、ホットプレス等により形成される。なお、第2外層シート74cが熱可塑性樹脂である場合には、ショットブラストやエッチング等により形成することも可能である。
次いで、図6中、(c)に示すように、第2外層シート74cには、酸化剤ガス入口連通孔26a、燃料ガス入口連通孔28a、冷却媒体入口連通孔30a、酸化剤ガス出口連通孔26b、燃料ガス出口連通孔28b及び冷却媒体出口連通孔30bが貫通形成される。第2外層シート74cの中央部には、反応部用開口部88が形成されるとともに、必要に応じて外周部のトリミング加工が行われる。反応部用開口部88は、第2金属プレート68の外形寸法より小さな開口寸法に、すなわち、第1酸化剤ガス流路44側の外周縁部と重なり部74coが設けられるように、設定される(図3参照)。
そこで、図7中、(a)に示すように、第1外層シート74b及び第2外層シート74cは、中間層シート74aを挟んで積層される。その際、第1外層シート74b、中間層シート74a及び第2外層シート74cは、それぞれに形成された位置決め用孔部31a、31bを用いて互いに位置決めされる。
図7中、(b)に示すように、第1外層シート74b及び第2外層シート74cは、中間層シート74aを挟んで、Si系接着剤やF系接着剤(例えば、フッ素化エポキシ及びフッ素化エポキシアクリレート樹脂をベースとした透明な紫外線硬化型の光学用接着剤、フッ素ゴム接着剤、フッ素樹脂接着剤等)等により接着されて一体化される。なお、接着方式としては、種々の熱溶着方式、超音波溶着、光硬化溶着等の方式を採用することができる。また、接着剤としては、第1電解質膜・電極構造体18a及び第2電解質膜・電極構造体18bに損傷を与えることがなく、これらの使用温度領域の温度変化に耐え得るものが好適である。
上記のように、第1外層シート74b及び第2外層シート74cは、中間層シート74aを挟んで一体化されると、前記第1外層シート74b及び前記第2外層シート74cに第2シール部材80が成形される。例えば、第1外層シート74b及び第2外層シート74cには、ホットプレス時にシール溝を形成しており、前記シール溝に第2シール部材80を設けてもよい。
また、第1外層シート74b及び第2外層シート74c自体がエラストマーで構成される際には、それ自体で第2シール部材80を構成してもよい。さらにまた、第1外層シート74b及び第2外層シート74cの表面に、第2シール部材80としてエラストマーを接着してもよい。
このように製造される第2金属セパレータ14は、同様に製造される第1金属セパレータ12及び第3金属セパレータ16と共に、第1電解質膜・電極構造体18a及び第2電解質膜・電極構造体18bを挟持して燃料電池10が組立てられる。複数の燃料電池10が積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックが構成される。
このように構成される燃料電池10の動作について、以下に説明する。
先ず、図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔26aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔28aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体入口連通孔30aに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔26aから第2金属セパレータ14の第1酸化剤ガス流路44及び第3金属セパレータ16の第2酸化剤ガス流路58に導入される。酸化剤ガスは、図2に示すように、第1酸化剤ガス流路44に沿って矢印C方向(重力方向)に移動し、第1電解質膜・電極構造体18aのカソード電極24に供給される。また、酸化剤ガスは、図1に示すように、第2酸化剤ガス流路58に沿って矢印C方向に移動し、第2電解質膜・電極構造体18bのカソード電極24に供給される。
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔28aから第1金属セパレータ12の第1燃料ガス流路32及び第2金属セパレータ14の第2燃料ガス流路50に導入される。燃料ガスは、第1燃料ガス流路32に沿って重力方向(矢印C方向)に移動し、第1電解質膜・電極構造体18aのアノード電極22に供給される。また、燃料ガスは、第2燃料ガス流路50に沿って矢印C方向に移動し、第2電解質膜・電極構造体18bのアノード電極22に供給される。
従って、第1電解質膜・電極構造体18a及び第2電解質膜・電極構造体18bでは、カソード電極24に供給される酸化剤ガスと、アノード電極22に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
次いで、第1電解質膜・電極構造体18a及び第2電解質膜・電極構造体18bの各カソード電極24に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔26bに沿って矢印A方向に排出される。一方、第1電解質膜・電極構造体18a及び第2電解質膜・電極構造体18bの各アノード電極22に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔28bに沿って矢印A方向に排出される。
さらにまた、左右一対の冷却媒体入口連通孔30aに供給された冷却媒体は、一方の燃料電池10を構成する第1金属セパレータ12と、他方の燃料電池10を構成する第3金属セパレータ16との間に形成された冷却媒体流路40に導入される。
各冷却媒体入口連通孔30a、30aから冷却媒体流路40に供給される冷却媒体は、一旦矢印B方向(水平方向)内方に沿って流動した後、矢印C方向(重力方向)に移動して第1電解質膜・電極構造体18a及び第2電解質膜・電極構造体18bを冷却する。この冷却媒体は、矢印B方向外方に移動した後、一対の冷却媒体出口連通孔30b、30bに排出される。
この場合、本実施形態では、例えば、第2金属セパレータ14は、第2金属プレート68と、前記第2金属プレート68に一体化される第2樹脂製枠部材74とを備えている。
そして、第2樹脂製枠部材74は、図3に示すように、第2金属プレート68と同一の厚さを有し、前記第2金属プレート68の外周端部に一体化される中間層シート74aを有する。第2金属プレート68の一方の面14bには、一方の外周縁部に重なり部74boを有して第1外層シート74bが一体化されるとともに、前記第2金属プレート68の他方の面14aには、他方の外周縁部に重なり部74coを有して第2外層シート74cが一体化されている。
さらに、第1外層シート74b及び第2外層シート74c間に中間層シート74aが積層されて固着されることにより、3層シート構造の第2樹脂製枠部材74が構成されている。
このため、金属プレートをインサートして樹脂製枠部材を成形する際のように、樹脂の流動不良による成形不良が発生することがない。従って、第2金属プレート68の外周端部に第2樹脂製枠部材74を良好且つ確実に成形することができる。これにより、寸法精度が高く、しかも歩留まりのよい第2金属セパレータ14を製造することが可能になるという効果が得られる。
10…燃料電池 12、14、16…金属セパレータ
18a、18b…電解質膜・電極構造体
20…固体高分子電解質膜 22…アノード電極
24…カソード電極 26a…酸化剤ガス入口連通孔
26b…酸化剤ガス出口連通孔 28a…燃料ガス入口連通孔
28b…燃料ガス出口連通孔 30a…冷却媒体入口連通孔
30b…冷却媒体出口連通孔 31a、31b…位置決め用孔部
32、50…燃料ガス流路
34a、46a、52a、60a…入口バッファ部
34b、46b、52b、60b…出口バッファ部
36a、48a、54a、62a…入口連結流路
36b、48b、54b、62b…出口連結流路
40…冷却媒体流路 44、58…酸化剤ガス流路
66、68、70…金属プレート 72、74、76…樹脂製枠部材
74a…中間層シート 74b、74c…外層シート
74bo、74co…重なり部 78、80、82…シール部材
18a、18b…電解質膜・電極構造体
20…固体高分子電解質膜 22…アノード電極
24…カソード電極 26a…酸化剤ガス入口連通孔
26b…酸化剤ガス出口連通孔 28a…燃料ガス入口連通孔
28b…燃料ガス出口連通孔 30a…冷却媒体入口連通孔
30b…冷却媒体出口連通孔 31a、31b…位置決め用孔部
32、50…燃料ガス流路
34a、46a、52a、60a…入口バッファ部
34b、46b、52b、60b…出口バッファ部
36a、48a、54a、62a…入口連結流路
36b、48b、54b、62b…出口連結流路
40…冷却媒体流路 44、58…酸化剤ガス流路
66、68、70…金属プレート 72、74、76…樹脂製枠部材
74a…中間層シート 74b、74c…外層シート
74bo、74co…重なり部 78、80、82…シール部材
Claims (2)
- カソード電極とアノード電極との間に電解質が配設される電解質・電極構造体と積層されて燃料電池を構成する燃料電池用セパレータであって、
少なくとも一方の面側に反応ガスを面方向に沿って流通させる反応ガス流路が形成される金属プレートと、
前記反応ガス流路の外周を周回して前記金属プレートに一体化される樹脂製枠部材と、
を備えるとともに、
前記樹脂製枠部材は、前記金属プレートと同一の厚さを有し、該金属プレートの外周端部に一体化される中間層シートと、
前記金属プレートの一方の面に一体化され、且つ、前記金属プレートの一方の外周縁部に重なり部を有する第1外層シートと、
前記金属プレートの他方の面に一体化され、且つ、前記金属プレートの他方の外周縁部に重なり部を有する第2外層シートと、
を備え、
前記中間層シートを挟んで前記第1外層シート及び前記第2外層シートが積層された3層シート構造を有することを特徴とする燃料電池用セパレータ。 - カソード電極とアノード電極との間に電解質が配設される電解質・電極構造体と積層されて燃料電池を構成する燃料電池用セパレータの製造方法であって、
少なくとも一方の面側に反応ガスを面方向に沿って流通させる反応ガス流路が形成される金属プレートを製造する工程と、
前記金属プレートと同一の厚さを有する樹脂製中間層シートを、該金属プレートの外周端部に一体化する工程と、
前記金属プレートの一方の面に、該金属プレートの一方の外周縁部に重なり部を有して樹脂製第1外層シートを一体化する工程と、
前記金属プレートの他方の面に、該金属プレートの他方の外周縁部に重なり部を有して樹脂製第2外層シートを一体化する工程と、
前記樹脂製中間層シートを挟んで前記樹脂製第1外層シート及び前記樹脂製第2外層シートを積層して一体化させることにより、3層シート構造を有する樹脂製枠部材を得る工程と、
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。
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JP2012225029A JP2014078378A (ja) | 2012-10-10 | 2012-10-10 | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
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Cited By (1)
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JP2019016586A (ja) * | 2017-07-03 | 2019-01-31 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 燃料電池 |
-
2012
- 2012-10-10 JP JP2012225029A patent/JP2014078378A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2019016586A (ja) * | 2017-07-03 | 2019-01-31 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 燃料電池 |
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