JP2017216181A - セパレータの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造時間を短縮することができるセパレータの製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係るセパレータの製造方法は、金属板を表面処理する表面処理工程と、該表面処理した金属板にプレス加工を行ってセパレータ１０を成形するプレス加工工程と、を備え、プレス加工工程において、接着剤を介してシール部材を接着するシール部位１０ａに凹凸が形成される。【選択図】図３
Description
本発明は、セパレータの製造方法に関する。
燃料電池は、燃料ガス（水素）と酸化剤ガス（酸素）との反応により起電力を生じる単セルを所定数だけ積層したスタック構造を有する。単セルは、電解質膜の両面にアノード及びカソードの電極層（触媒層及びガス拡散層）を備える膜電極接合体と、当該膜電極接合体の両面にそれぞれ配置されるセパレータを有する。
セパレータは、単セルを電気的に直列接続する機能及び燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水を互いに遮断する隔壁としての機能を有する。セパレータは、プレス加工を施して形成された凹凸形状の流路溝を有している。
ところで、このセパレータの一面には、隣接するセパレータや膜電極接合体との間をシールするためのシール部材が配置される。しかし、一般的なカーボンプレート製のセパレータ（表面に炭素被膜がコーティングされたセパレータ）では、その表面にシール部材が付着しにくい性質があるために、シール部材とセパレータとを接着する際には、接着剤を必要とする。この接着剤を用いた接着性を向上させた技術が提案されている（例えば下記特許文献１）。
下記特許文献１では、接着剤を塗布する面をレーザー照射して粗面化することにより、接触面積を増大させて接着剤による接着性を向上させている。
しかしながら、上記特許文献１の方法では、接着性を向上させることはできるものの、接着剤を塗布する面をレーザー照射して粗面化する工程が必要となるため、製造時間が長くなってしまう。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造時間を短縮することができるセパレータの製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために本発明に係るセパレータの製造方法は、隣り合うセパレータとの間に配置されるシール部材を、接着剤を介して接着するセパレータの製造方法であって、金属板を表面処理する表面処理工程と、前記表面処理した金属板にプレス加工を行ってセパレータを成形するプレス加工工程と、を備え、前記プレス加工工程において、前記接着剤を介して前記シール部材を接着するシール部位に凹凸が形成される。
かかる方法によれば、プレス加工工程で、セパレータにおけるシール部材を接着するシール部位に凹凸を形成するため、セパレータのシール部位に凹凸を形成するための別途の工程（例えばレーザー照射して粗面化する工程）をなくすことができる。その結果、製造時間を短縮することが可能となる。
本発明によれば、製造時間を短縮することができるセパレータの製造方法を提供することができる。
以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
図１は、本実施形態におけるセパレータ製造方法を用いて作製されるセパレータの概略構成を示す斜視図である。セパレータは、燃料電池セル（単セル）の構成要素であり、膜電極接合体（電解質膜、該電解質膜の両面に配置されるアノード及びカソードの電極層）の両面に配置される。なお、図１のセパレータでは、凹凸形状の溝流路等の図示を省略している。
セパレータ１０は、金属板にプレス加工を施すことで成形される。セパレータ１０は、単セルを電気的に直列接続する機能及び燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水を互いに遮断する隔壁としての機能を有する。図１に示すように、セパレータ１０の一面には、隣接するセパレータとの間をシールするためのシール部材３０が接着される。セパレータ１０表面には、後述するように、カーボンブラックと酸化チタンが露出した表面処理が施され、これらは接着性が高い材料ではないため、セパレータ１０表面とシール部材３０とを接着するための所定の接着剤（図示略）を必要とする。
続いて、上述したセパレータの製造方法について説明する。図２は、セパレータの製造方法を示すフローチャートである。図３（Ａ）は、プレス加工工程後の、セパレータ端部におけるシール部位の断面形状を示す図である。なお、図３では、図１で示したシール部材３０の図示を省略している。
（ステップＳ１０）
まず、金属板を表面処理する。本実施形態では、表面処理としてＮＣ処理が行われ、ＮＣ層４０（酸化チタンＴｉＯ2とカーボンブラックが混合された混合層）が形成される。なお、ＮＣ処理によって作成されるＮＣ層とは、例えば、炭素濃度が１０ａｔｍ％以下のチタン上にカーボンブラックを塗布し、酸素分圧２５Ｐａ以下で熱処理を行って作成されるものである。また、表面処理としては、このＮＣ処理に限定されず、例えばＣＶＤ処理等、他の表面処理を適宜選択することができる。
まず、金属板を表面処理する。本実施形態では、表面処理としてＮＣ処理が行われ、ＮＣ層４０（酸化チタンＴｉＯ2とカーボンブラックが混合された混合層）が形成される。なお、ＮＣ処理によって作成されるＮＣ層とは、例えば、炭素濃度が１０ａｔｍ％以下のチタン上にカーボンブラックを塗布し、酸素分圧２５Ｐａ以下で熱処理を行って作成されるものである。また、表面処理としては、このＮＣ処理に限定されず、例えばＣＶＤ処理等、他の表面処理を適宜選択することができる。
（ステップＳ２０）
次いで、表面処理した金属板に、プレス加工を行ってセパレータ１０を成形する。このプレス加工において、セパレータ１０表面における、シール部材３０（図１参照）を接着するためのシール部位１０ａをのばすことですべり面１０１を形成する。これにより、セパレータ１０表面に凹凸が形成される。凹凸を形成することにより、アンカー効果（接着等において、材料表面の微細な凹凸に接着剤が入り込んで硬化することで接着力が高まる効果）を十分に発揮することができ、セパレータ表面とシール部材とを接着する接着剤による接着性を向上させることができる。
次いで、表面処理した金属板に、プレス加工を行ってセパレータ１０を成形する。このプレス加工において、セパレータ１０表面における、シール部材３０（図１参照）を接着するためのシール部位１０ａをのばすことですべり面１０１を形成する。これにより、セパレータ１０表面に凹凸が形成される。凹凸を形成することにより、アンカー効果（接着等において、材料表面の微細な凹凸に接着剤が入り込んで硬化することで接着力が高まる効果）を十分に発揮することができ、セパレータ表面とシール部材とを接着する接着剤による接着性を向上させることができる。
なお、上記プレス加工工程の前に施される表面処理でＮＣ層４０を厚くする方が、凹凸が大きく形成され、アンカー効果による接着性を向上させることができるので好ましい。このように、プレス加工工程において、凹凸が形成されるため、別途の表面処理工程（例えば、セパレータ表面を粗面化するためにレーザー照射をする工程）が不要となり、製造時間を短縮することができる。また、ＮＣ層の残存等の汚れは生じないという利点もある。
続いて、セパレータ製造方法の他の例を説明する。図３（Ｂ）は、プレス加工工程後の、セパレータ端部におけるシール部位の断面形状を示す図である。なお、この例において、表面処理工程（図２のステップＳ１０）は、図３（Ａ）を参照しながら説明した内容と同様であるため、その説明は省略する。
この例では、セパレータ１０をプレスするためのプレス板（図示略）にエンボスを設け、このプレス板を用いてプレス加工工程を実施する。つまり、表面処理工程でＮＣ層４０を作成した後、プレス加工工程において、エンボスを設けたプレス板でＮＣ層４０自体に凹凸を形成する。このようにＮＣ層４０自体に凹凸を形成するので、プレス圧力等を小さくすることができる。また、プレス板に設けるエンボスの位置を適宜調整することで、所望の位置（設計者等が望む位置）に凹凸形状を形成することができる。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
１０：セパレータ
１０ａ：シール部位
３０：シール部材
４０：ＮＣ層
１０１：すべり面
１０ａ：シール部位
３０：シール部材
４０：ＮＣ層
１０１：すべり面
Claims (1)
- 隣り合うセパレータとの間に配置されるシール部材を、接着剤を介して接着するセパレータの製造方法であって、
金属板を表面処理する表面処理工程と、
前記表面処理した金属板にプレス加工を行ってセパレータを成形するプレス加工工程と、を備え、
前記プレス加工工程において、前記接着剤を介して前記シール部材を接着するシール部位に凹凸が形成されることを特徴とするセパレータの製造方法。
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| WO2021083602A1 (de) * | 2019-10-31 | 2021-05-06 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur vorbehandlung von oberseiten oder oberflächen von einzelelementen einer brennstoffzelle |
| JP2021190200A (ja) * | 2020-05-26 | 2021-12-13 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池セルの製造方法 |
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| WO2010061711A1 (ja) * | 2008-11-28 | 2010-06-03 | 日産自動車株式会社 | シール構造および該シール構造を備えた燃料電池 |
| JP2016004631A (ja) * | 2014-06-13 | 2016-01-12 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池の製造方法及び製造装置 |
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