JP2014229577A - 燃料電池用のセパレータ - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の燃料電池用のセパレータは、単セルや燃料電池スタックを構成した際に、厚さ方向の荷重や膜電極接合体の膨潤などによって、ねじれ変形が発生し易いという問題点があった。
【解決手段】膜電極接合体2に接合して単セルCを構成する矩形状のセパレータ3,4であって、セル外側面における周縁部に、当該セパレータ3,4の形状を保持するための矩形枠状の保持部材5を配置した構成とし、保持部材5により全体的な剛性を高めて形状を常態に保持し、単セルCや燃料電池スタックMを構成した際に、厚さ方向の荷重や膜電極接合体の膨潤などを起因とするねじれ変形を抑制する。
【選択図】図3
【解決手段】膜電極接合体2に接合して単セルCを構成する矩形状のセパレータ3,4であって、セル外側面における周縁部に、当該セパレータ3,4の形状を保持するための矩形枠状の保持部材5を配置した構成とし、保持部材5により全体的な剛性を高めて形状を常態に保持し、単セルCや燃料電池スタックMを構成した際に、厚さ方向の荷重や膜電極接合体の膨潤などを起因とするねじれ変形を抑制する。
【選択図】図3
Description
本発明は、膜電極接合体とともに単セルを構成する燃料電池用のセパレータに関するものである。
従来における燃料電池用のセパレータとしては、例えば、燃料電池用セパレータの製造方法の名称で特許文献1に記載されたものがある。特許文献1に記載の燃料電池用セパレータは、プレス加工によって所定の凹凸形状に形成してあり、膜電極接合体のアノード側及びカソード側の面に夫々接合して単セルを構成する。
すなわち、燃料電池用のセパレータは、膜電極接合体との間や、積層時に隣接する単セルのセパレータとの間に、アノードガス及びカソードガスや冷却液の流通空間、あるいはシール材の充填空間などを形成する必要があるので、特許文献1に記載されているように所定の凹凸形状に形成されている。
しかしながら、上記したような燃料電池用のセパレータは、凹凸形状に形成してあることから、単セルや単セルを積層して成る燃料電池スタックを構成した際に、厚さ方向の荷重や膜電極接合体の膨潤などによって、ねじれ変形が発生し易いという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。
本発明は、上記従来の課題に着目してなされたもので、単セルや燃料電池スタックを構成した際に、厚さ方向の荷重や膜電極接合体の膨潤などを起因とするねじれ変形を抑制することができる燃料電池用のセパレータを提供することを目的としている。
本発明の燃料電池用のセパレータは、膜電極接合体に接合して単セルを構成する矩形状のセパレータである。そして、燃料電池用のセパレータは、セル外側面における周縁部に、当該セパレータの形状を保持するための矩形枠状の保持部材を配置した構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
本発明の燃料電池用のセパレータは、セル外側面に配置した矩形枠状の保持部材により、全体的な剛性が高められて形状が常態に保持されることとなり、単セルや燃料電池スタックを構成した際に、厚さ方向の荷重や膜電極接合体の膨潤などを起因とするねじれ変形を抑制することができる。
〈第1実施形態〉
図1に示す燃料電池FCは、とくに図1(B)に示すように、複数の単セルCを互いに積層して一体化した少なくとも二つ以上のセルモジュールMと、セルモジュールM同士の間に介装するシールプレートPとを備えている。図示例の単セルC及びシールプレートPは、ほぼ同等の縦横寸法を有する矩形状を成している。
図1に示す燃料電池FCは、とくに図1(B)に示すように、複数の単セルCを互いに積層して一体化した少なくとも二つ以上のセルモジュールMと、セルモジュールM同士の間に介装するシールプレートPとを備えている。図示例の単セルC及びシールプレートPは、ほぼ同等の縦横寸法を有する矩形状を成している。
なお、図1(B)には、2つのセルモジュールMと、1つのシールプレートPを示したが、実際には、それ以上の数のセルモジュールM及びシールプレートPを積層する。また、本発明に係わる燃料電池スタックは、複数の単セルを積層して成るものであるから、上記のセルモジュールMや、複数のセルモジュールMとシールプレートPから成る積層体Aのいずれも含まれる。
燃料電池FCは、セルモジュールMの積層方向の両端部に、エンドプレート56A,56Bを夫々配置し、単セルCの長辺側の積層端面(図1中で上下面)に、締結板57A,57Bが設けてあると共に、短辺側の積層端面に、補強板58A,58Bが設けてある。各締結板57A,57B及び補強板58A,58Bは、セルモジュールM及びシールプレートPから成る積層体Aの積層方向全長にわたる大きさを有し、図示しないボルトにより両エンドプレート56A,56Bに連結する。
このようにして、燃料電池FCは、図1(A)に示すようなケース一体型構造となり、各セルモジュールM及びシールプレートPを積層方向に拘束・加圧して個々の単セル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。
燃料電池Cは、図2及び図3に示すように、周囲にフレーム1を有する膜電極接合体2と、フレーム1及び膜電極接合体2との間にアノード側及びカソード側のガス流路GA,GCを形成するアノード側及びカソード側のセパレータ3,4を備えている。なお、アノードガスは水素であり、カソードガスは空気である。
膜電極接合体2は、一般に、MEA(Membrane Electrode Assembly)と呼ばれるものであって、図3に示すように、固体高分子から成る電解質層11をアノード側及びカソード側の電極層12,13で挟持した構造を有している。これらの電極層12,13は、触媒増や多孔質体から成るガス拡散層を含むものである。フレーム1は、樹脂成形(例えば射出成形)により、上記の膜電極接合体2と一体化されており、セパレータ3,4と同等の縦横寸法を有する矩形状である。
各セパレータ3,4は、表裏反転形状を有する金属製の板部材であって、例えばステンレス製であり、プレス加工により所定の凹凸形状に成形することができる。各セパレータ3,4は、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3,4は、波形の各凸部分が膜電極接合体2に接触すると共に、波形の各凹部分がガス流路GA,GCになる。
シールプレートPは、導電性の一枚の金属板を成形したものであり、平面視において上記した単セルCとほぼ同じ矩形板状で且つ同じ大きさに形成されている。このシールプレートPは、その周縁部分に、外周シール部材51及び内周シール部材52が、全周にわたって平行に設けてあり、外周シール部材51により外部からの雨水等の浸入を防止すると共に、内周シール部材52によりセルモジュールM間の流路を流通する冷却液の漏出を防止する。
上記の膜電極接合体2のフレーム1、アノード側及びカソード側のセパレータ3,4並びにシールプレートPは、図1及び図2に示すように、両側の短辺に沿って、反応用ガス用及び冷却液用の各マニホールド穴H1〜H6が形成されている。これらのマニホールド穴H1〜H6は、各部材を積層した際に互いに積層方向に連通し、反応用ガス及び冷却液のマニホールドとなる。
図1及び図2において、左側に示す各マニホールド穴H1〜H3は、アノードガス供給用(H1)、冷却液供給用(H2)及びカソードガス排出用(H3)である。また、右側に示す各マニホールド穴H4〜H6は、カソードガス供給用(H4)、冷却液排出用(H5)及びアノードガス排出用(H6)である。なお、反応用ガス用及び冷却液用の配置や、供給用と排出用は、一部または全部が異なる位置関係でも良い。
また、フレーム1及び各セパレータ3,4の周縁部や、マニホールド穴H1〜H6の周囲には、図2に示すように、シール材Sが配置してある。これらのシール材は、接着剤としても機能するもので、フレーム1とセパレータ3,4とを気密的に接合する。また、マニホールド穴H1〜H6の周囲に配置したシール材Sは、各マニホールドの気密性を維持する一方で、各層間に応じた流体を供給するために該当箇所に開口を有している。
ここで、本発明の燃料電池用のセパレータ、すなわちアノード側及びカソード側のセパレータ3,4は、上記したように膜電極接合体2に接合して単セルCを構成する矩形状のものである。そして、セパレータ3,4は、図3及び図4に示すように、セル外側面における周縁部に、当該セパレータ3,4の形状を保持するための矩形枠状の保持部材5が同心状に配置してある。なお、図4は、セパレータ3,4における保持部材5の配置を示す図であり、マニホールド穴が省略してある。
また、この実施形態におけるセパレータ3,4は、セル外側面における周縁部に沿って凹部3A,4Aを連続的に有しており、その凹部3A,4A内に前記保持部材5を配置した構成になっている。セパレータ3,4は、フレーム1及び膜電極接合体2とともに単セルCを構成し、さらに、単セルCを積層してセルモジュールMを構成した際、相対向する凹部3A,4A同士で空間K(図3参照)を形成する。
これに対して、保持部材5は、図3及び図5に示すように、凹部3A,4Aの深さ寸法にほぼ等しい厚さ寸法を有しており、その厚さは全体的に均一である。ただし、保持部材5は、前記空間Kに配置するものとしては、凹部3A,4Aの深さ寸法の二倍、すなわち空間Kの厚さ寸法にほぼ等しい厚さ寸法にしても良い。この場合には、積層前において、相対向するセパレータ3,4のいずれか一方側だけに保持部材5を配置すればよく、保持部材5が一方のセパレータの突出状態になるので、これに積層する他方のセパレータの位置決めが非常に容易になる。
上記構成を備えたセパレータ3,4は、セル外側面に配置した矩形枠状の保持部材5により、全体的な剛性が高められて常態の形状に保持される。これにより、セパレータ3,4は、単セルCやセルモジュール(燃料電池スタック)Mを構成した際に、厚さ方向の荷重や膜電極接合体2の膨潤などを起因とするねじれ変形を抑制することができる。なお、保持部材5は、板状にすることも不可能ではないが、矩形枠状にすることで、セパレータ3,4の凹部3A,4Aとともに以下の効果をもたらすものとなる。
セパレータ3,4は、セル外側面における凹部3A,4A内に前記保持部材5を配置したことから、厚さ寸法を増大させることなく、剛性の向上やねじれ変形の抑制を実現することができる。さらに、セパレータ3,4は、その厚さ内に保持部材5が収容されるので、隣接する単セルCのセパレータとの間だけでなく、図1に示すエンドプレート56A,56Bとの間や、シールプレートPとの間にも配置することができ、単セルCの薄型化や、積層体(燃料電池スタック)Aの小型化にも貢献することができる。
さらに、上記のセパレータ3,4は、中央部分が波形状を成しているので、単セルCを積層して加圧した際、図4中の矢印Aで示すように、波形が潰れて外側方向(短辺に沿う方向)に延伸するように変形する。これに対して、この実施形態のセパレータ3,4は、図5中の矢印Bで示すように、保持部材5が延伸方向の力に抗して変形を防止することができる。
さらに、上記のセパレータ3,4を用いた単セルCを積層して成る燃料電池スタック、すなわちセルモジュールMや積層体Aは、保持部材5の部分で厚さ方向や積層方向にリジットな状態となるので、この部分で固定することによって積層方向に適切な圧力で締結することができる。
(実施例1)
はんだペーストを10μmの厚さで塗布した保持部材をセパレータの凹部に配置し、同様のセパレータ同士を互いの凹部が合わさるように積層して、両セパレータをホットプレス機で接合した。その結果、塗布されたはんだペーストが溶融して保持部材の周囲に広がり、両セパレータを強固に接合することができた。このセパレータを用いた単セルを積層して燃料電池スタックを形成したところ、熱変形が著しく改善され、積層時に圧力逃げが解消されて、各部材同士の接着不良やシール性の向上を実現することができた。
はんだペーストを10μmの厚さで塗布した保持部材をセパレータの凹部に配置し、同様のセパレータ同士を互いの凹部が合わさるように積層して、両セパレータをホットプレス機で接合した。その結果、塗布されたはんだペーストが溶融して保持部材の周囲に広がり、両セパレータを強固に接合することができた。このセパレータを用いた単セルを積層して燃料電池スタックを形成したところ、熱変形が著しく改善され、積層時に圧力逃げが解消されて、各部材同士の接着不良やシール性の向上を実現することができた。
(実施例2)
耐熱セラミックペーストをスクリーン印刷機でセパレータの凹部に充填し、同様のセパレータ同士を互いの凹部が合わさるように積層して、耐熱セラミックペーストを180℃で2時間加熱し、硬化させて保持部材とした。このセパレータを用いた単セルを積層して燃料電池スタックを形成したところ、熱変形が著しく改善され、積層時に圧力逃げが解消されて、各部材同士の接着不良やシール性の向上を実現することができた。
耐熱セラミックペーストをスクリーン印刷機でセパレータの凹部に充填し、同様のセパレータ同士を互いの凹部が合わさるように積層して、耐熱セラミックペーストを180℃で2時間加熱し、硬化させて保持部材とした。このセパレータを用いた単セルを積層して燃料電池スタックを形成したところ、熱変形が著しく改善され、積層時に圧力逃げが解消されて、各部材同士の接着不良やシール性の向上を実現することができた。
上記の実施例1,2は、予め成形した保持部材と、充填した耐熱セラミックペーストを加熱硬化させて成る保持部材を例示したものである。保持部材は、予め成形したものである場合には、材料として金属やセラミックスなどを挙げることができる。また、保持部材は、充填物により形成する場合には、熱膨張係数の小さい材料であればそれらを適宜選択することができる。例えば、ペーストは、セラミックス以外に、ガラスフィラーを添加したエポキシ系接着剤などの公知のものを利用することができる。保持部材の材料は、これらに限定されるものではない。
〈第2実施形態〉
図6に示す保持部材5は、枠内側の厚さと枠外側の厚さが異なる断面形状を有するものであって、図示例では、枠内側の厚さT1に対して枠外側の厚さT2が大きくなっている(T1<T2)。この保持部材5を備えたセパレータにあっても、先の実施形態と同様に、保持部材5により全体的な剛性が高められてねじれ変形を抑制することができ、とくに、セパレータが面内方向に広がるように変形するのを防ぐことができる。
図6に示す保持部材5は、枠内側の厚さと枠外側の厚さが異なる断面形状を有するものであって、図示例では、枠内側の厚さT1に対して枠外側の厚さT2が大きくなっている(T1<T2)。この保持部材5を備えたセパレータにあっても、先の実施形態と同様に、保持部材5により全体的な剛性が高められてねじれ変形を抑制することができ、とくに、セパレータが面内方向に広がるように変形するのを防ぐことができる。
〈第3実施形態〉
図7に示す保持部材5は、少なくとも一部に補強部を備えたものであり、図示例では、四カ所の角部内側に張り出したR状の補強部5Aを備えている。この保持部材5を備えたセパレータにあっても、先の実施形態と同様に、保持部材5により全体的な剛性が高められ、補強部5Aによりねじれ変形の抑制機能のさらなる向上を実現することができる。
図7に示す保持部材5は、少なくとも一部に補強部を備えたものであり、図示例では、四カ所の角部内側に張り出したR状の補強部5Aを備えている。この保持部材5を備えたセパレータにあっても、先の実施形態と同様に、保持部材5により全体的な剛性が高められ、補強部5Aによりねじれ変形の抑制機能のさらなる向上を実現することができる。
〈第4実施形態〉
図8に示す保持部材5は、少なくとも一部に補強部を備えたものであり、図示例では、四カ所の角部内側に張り出した三角形状の補強部5Aを備えている。この保持部材5を備えたセパレータにあっても、先の実施形態と同様に、保持部材5により全体的な剛性が高められ、補強部5Aによりねじれ変形の抑制機能のさらなる向上を実現することができる。
図8に示す保持部材5は、少なくとも一部に補強部を備えたものであり、図示例では、四カ所の角部内側に張り出した三角形状の補強部5Aを備えている。この保持部材5を備えたセパレータにあっても、先の実施形態と同様に、保持部材5により全体的な剛性が高められ、補強部5Aによりねじれ変形の抑制機能のさらなる向上を実現することができる。
〈第5実施形態〉
図9に示す保持部材5は、セパレータ3,4との間に互いに係合する凹凸を設けたものである。すなわち、図9(A)に示す保持部材5は、両側の長辺に沿って所定間隔で係合用凸部5Bを備えている。これらの係合用突部5Bは、保持部材5の表裏両面に設けてある。なお、図9(B)及び(C)には、積層した2つの単セルにおける上側の単セルのカソード側セパレータ4と、下側の単セルのアノード側セパレータ3を示している。
図9に示す保持部材5は、セパレータ3,4との間に互いに係合する凹凸を設けたものである。すなわち、図9(A)に示す保持部材5は、両側の長辺に沿って所定間隔で係合用凸部5Bを備えている。これらの係合用突部5Bは、保持部材5の表裏両面に設けてある。なお、図9(B)及び(C)には、積層した2つの単セルにおける上側の単セルのカソード側セパレータ4と、下側の単セルのアノード側セパレータ3を示している。
これに対して、図9(B)に示すセパレータ3,4は、保持部材5の突部5Bに係合する係合用凹部3B,4Bを有している。この係合用凹部3B,4Bは、保持部材5を配置するための凹部(3A,4A)とは別のものである。また、図9(C)に示すセパレータ3,4は、保持部材5の係合用凸部5Bに係合する係合用凹部としての係合穴3C,4Cを有している。この場合には、例えば、互いに係合させた突部5Bと係合穴3C,4Cとの間にシール処理を施すことがより望ましい。
上記の保持部材5を備えたセパレータ3,4にあっても、先の実施形態と同様に、保持部材5により全体的な剛性が高められ、補強部5Aによりねじれ変形の抑制機能のさらなる向上を実現することができる。また、上記のセパレータ3,4及び保持部材5は、凹凸によって互いの位置決めが非常に容易になり、単セルC及びセルモジュール(燃料電池スタック)Mの製造において作業性を著しく高めることができる。なお、互いに係合する凹凸としては、保持部材側の凹部とセパレータ側の凸部でもよい。
〈第6実施形態〉
図10に示すセルモジュール(燃料電池スタック)Mは、各単セルCが、保持部材5の部分で互いに固定したものとなっている。図示例では、積層端末(図中の上下)には、セパレータ3,4の凹部3A,4Aの深さ内に収まる厚さの保持部材5が配置されており、中間の空間部Kには、二倍の厚さを有する保持部材5が配置されている。
図10に示すセルモジュール(燃料電池スタック)Mは、各単セルCが、保持部材5の部分で互いに固定したものとなっている。図示例では、積層端末(図中の上下)には、セパレータ3,4の凹部3A,4Aの深さ内に収まる厚さの保持部材5が配置されており、中間の空間部Kには、二倍の厚さを有する保持部材5が配置されている。
そして、保持部材5には、隣接するもの同士を接合する手段が設けてある。図示例では、最下段及び中間の保持部材5には、単セルCを貫通するおねじ部6が回転自在に設けてあり、中間及び最上段の保持部材5には、おねじ部6が螺合するめねじ部7が設けてある。
上記の構成を有するセルモジュールMは、各単セルCにおいて、保持部材5によりセパレータ3,4の剛性を高めてねじれ変形を抑制しているうえに、保持部材5によってリジットな状態となった部分で単セルC同士を固定しているので、積層方向に適切な圧力で締結することができ、また、熱膨張によるセパレータ3,4間のずれや、全体的なねじれ変形も確実に防止し得るものとなる。
なお、上記構成の場合には、保持部材5を電気的な絶縁部材や、絶縁処理を施した部材で形成することが望ましい。また、隣接する保持部材同士を接合する手段としては、ねじ以外に互いに噛み合う形状のものでも良いし、互いに接着するものでも構わない。
〈第7実施形態〉
図11に示す単セルCは、フレーム1を含む膜電極接合体2と各セパレータ3,4との間において、少なくとも膜電極接合体2の発電領域の全周に、外周側の接着剤P1と内周側の防水剤P2とから成るシールラインSLを設けたものとなっている。このシールラインSLの位置は、単セルCの厚さ方向において保持部材に対応している。また、この実施形態における発電領域は、フレーム1の中央に露出した膜電極接合体2の全域である。さらに、シールラインSLは、図2に示すシール材Sに代替することができる。
図11に示す単セルCは、フレーム1を含む膜電極接合体2と各セパレータ3,4との間において、少なくとも膜電極接合体2の発電領域の全周に、外周側の接着剤P1と内周側の防水剤P2とから成るシールラインSLを設けたものとなっている。このシールラインSLの位置は、単セルCの厚さ方向において保持部材に対応している。また、この実施形態における発電領域は、フレーム1の中央に露出した膜電極接合体2の全域である。さらに、シールラインSLは、図2に示すシール材Sに代替することができる。
また、図示のフレーム1を含む膜電極接合体2及び各セパレータは、厚さ方向に反応用ガス用及び冷却液用の各マニホールド穴H1〜H3を有しており、少なくとも冷却液用マニホールド穴H2の周囲に、外周側の接着剤P1と内周側の防水剤P2とから成るシールラインSLが設けてある。このシールラインSlは、接着剤P1と防水剤P2とが接触した状態になっている。
上記のシールラインSLは、図12に示す塗布装置21により形成することができる。塗布装置21は、接着剤P1と防水剤P2を充填したディスペンサ22を備えている。ディスペンサ22は、下端に塗布ノズル23を有すると共に、内部に竪の隔壁24を設けて接着剤P1及び防水剤P2の充填室25A,25Bを形成している。このとき、隔壁24は、ディスペンサ22の内部上端から、塗布ノズル23の開口端よりもやや内側に至る間に設けてあり、接着剤P1及び防水剤P2が塗布ノズル23内で接触してから吐出されるようになっている。
また、各充填室25A,25Bには、プランジャ26A,26Bが夫々上下動自在に設けてある。なお、塗布装置21は、図示を省略したが、ディスペンサ22を保持して移動させる手段や、プランジャ26A,26Bを駆動する手段などで構成されている。プランジャ26A,26Bを駆動する手段としては、プランジャを直接的に押動する機械的な機構や、充填室25A,25Bに空気等の作動流体を加圧供給する機構などがある。
上記の塗布装置21は、プランジャ26A,26Bを下降駆動して接着剤P1及び防水剤P2を塗布ノズル23から押し出し、接着剤P1及び防水剤P2から成るシールラインSLを形成する。シールラインSLは、接着剤P1及び防水剤P2が互いに接触した状態になっている。なお、図11において、例えばアノードガス用のマニホールドH1の外側部分は、従来既知の塗布装置によって接着剤P1のみが塗布される。
上記構成を備えた単セルC及びセルモジュール(燃料電池スタック)Mは、先の実施形態と同様に保持部材による効果が得られるうえに、シールラインSLを形成する防水剤P2により、発電に伴う生成水や冷却液が、フレーム1やセパレータ3,4と接着剤P1との界面に浸透することが無くなり、長期間にわたって接着強度や耐久性を維持することができる。
また、塗布装置21は、接着剤P1及び防水剤P2を塗布ノズル23内で接触させて吐出し、接着剤P1及び防水剤P2が互いに接触したシールラインSLを形成する。このように接着剤P1及び防水剤P2を接触させることで、双方の間に空気が閉じ込められるような事態を防止する。これにより、積層方向の荷重が付与された際に、閉じ込められた空気の吐出による接着剤P1や防水剤P2の分断を未然に阻止し、充分な接着強度や耐久性を有するシール部分の形成に貢献することができる。
(実施例1)
一方のセパレータ上に、接着剤と防水剤としての防水ワニスを並列して塗布し、シールラインを形成する。この際、防水ワニスが内側になるようにして、シールラインを額縁状に形成した。このセパレータにフレームを含む膜電極接合体を積層し、さらに、フレーム上に同様のシールラインを形成した後、他方のセパレータを積層して単セルを得た。
一方のセパレータ上に、接着剤と防水剤としての防水ワニスを並列して塗布し、シールラインを形成する。この際、防水ワニスが内側になるようにして、シールラインを額縁状に形成した。このセパレータにフレームを含む膜電極接合体を積層し、さらに、フレーム上に同様のシールラインを形成した後、他方のセパレータを積層して単セルを得た。
(実施例2)
シールラインをスクリーン印刷法により形成した。すなわち、一方のセパレータ上に、防水剤としての防水ワニスを額縁状に塗布し、スクリーンに移行しない程度にまで乾燥させた。スクリーン印刷装置により、この防水ワニスの外側に沿って接着剤を塗布した。この場合、接着剤層の内側の縁が防水層とわずかに重なっていても良い。その後、このセパレータにフレームを含む膜電極接合体を積層し、さらに、フレーム上に同様のシールラインを形成した後、他方のセパレータを積層して単セルを得た。
シールラインをスクリーン印刷法により形成した。すなわち、一方のセパレータ上に、防水剤としての防水ワニスを額縁状に塗布し、スクリーンに移行しない程度にまで乾燥させた。スクリーン印刷装置により、この防水ワニスの外側に沿って接着剤を塗布した。この場合、接着剤層の内側の縁が防水層とわずかに重なっていても良い。その後、このセパレータにフレームを含む膜電極接合体を積層し、さらに、フレーム上に同様のシールラインを形成した後、他方のセパレータを積層して単セルを得た。
上記の実施例1,2は、いずれの単セルにおいても、セパレータとフレームとの間に、充分な接着強度及び耐久性が得られた。なお、接着剤は、とくに限定されないが、寸法安定性が良く、熱硬化時の変形を抑制するために硬化温度が低いものが好ましく、例えば、ポリオレフィン系エポキシ、ポリイミド系エポキシ、ノボラック樹脂などが挙げられる。防水剤は、とくに限定されないが、主に透湿性の低さにより水透過を防ぐものとして、塩化ビニリデンワニスや、高密度PP材などが挙げられ、また、主に撥水性により水透過を防ぐ物として、フッ素系ポリマ分散物や、エラストマ分散液または溶液などが挙げられる。
本発明に係わる燃料電池用のセパレータ、単セル及び燃料電池スタックは、その構成が上記各実施形態のみ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、各実施形態の構成を組み合わせたり、各部材の材料、形状、大きさ及び数などを変更したりすることが可能である。
C 単セル
H1,H6 アノードガス用のマニホールド穴
H2,H4 冷却液用のマニホールド穴
H3,H5 カソードガス用のマニホールド穴
M セルモジュール(燃料電池スタック)
P1 接着剤
P2 防水剤
SL シールライン
2 膜電極接合体
3,4 セパレータ
3A,4A 凹部
3B,4B 係合用凹部
5 保持部材
5A 補強部
5B 係合用凸部
5C 係合穴(係合用凹部)
H1,H6 アノードガス用のマニホールド穴
H2,H4 冷却液用のマニホールド穴
H3,H5 カソードガス用のマニホールド穴
M セルモジュール(燃料電池スタック)
P1 接着剤
P2 防水剤
SL シールライン
2 膜電極接合体
3,4 セパレータ
3A,4A 凹部
3B,4B 係合用凹部
5 保持部材
5A 補強部
5B 係合用凸部
5C 係合穴(係合用凹部)
Claims (11)
- 膜電極接合体に接合して単セルを構成する矩形状のセパレータであって、
セル外側面における周縁部に、当該セパレータの形状を保持するための矩形枠状の保持部材を配置したことを特徴とする燃料電池用のセパレータ。 - セル外側面における周縁部に沿って凹部を連続的に有すると共に、前記保持部材が、凹部内に配置してあることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用のセパレータ。
- 保持部材が、少なくとも一部に補強部を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池用のセパレータ。
- 補強部が、保持部材の角部内側に張り出した状態に形成してあることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池用のセパレータ。
- 保持部材が、枠内側の厚さと枠外側の厚さが異なる断面形状を有していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池用のセパレータ。
- 保持部材との間に互いに係合する凹凸を設けたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池用のセパレータ。
- 膜電極接合体と、膜電極接合体に接合するアノード側及びカソード側のセパレータを備え、
アノード側及びカソード側の少なくとも一方側のセパレータが、セル外側面における周縁部に、当該セパレータの形状を保持するための矩形枠状の保持部材が同心状に配置してあることを特徴とする燃料電池の単セル。 - 膜電極接合体とセパレータとの間において、少なくとも膜電極接合体の発電領域の全周に、外周側の接着剤と内周側の防水剤とから成るシールラインを設けたことを特徴とする請求項7に記載の燃料電池の単セル。
- シールラインは、接着剤と防水剤が互いに接していることを特徴とする請求項8に記載の燃料電池の単セル。
- 膜電極接合体及び各セパレータが、厚さ方向に反応用ガス用及び冷却液用の各マニホールド穴を有し、
少なくとも冷却液用マニホールド穴の周囲に、外周側の接着剤と内周側の防水剤とから成るシールラインを設けたことを特徴とする請求項8又は9に記載の燃料電池の単セル。 - 請求項7〜10のいずれか1項に記載の単セルを積層して成る燃料電池スタックであって、各単セルが、保持部材の部分で互いに固定してあることを特徴とする燃料電池スタック。
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JP2013110648A JP2014229577A (ja) | 2013-05-27 | 2013-05-27 | 燃料電池用のセパレータ |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160082712A (ko) * | 2014-12-26 | 2016-07-11 | 주식회사 포스코 | 연료전지용 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택 |
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-
2013
- 2013-05-27 JP JP2013110648A patent/JP2014229577A/ja active Pending
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