JP3127593B2 - 燃料電池用セパレータとその製造方法 - Google Patents
燃料電池用セパレータとその製造方法Info
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料の有する化学エネ
ルギーを電気エネルギーに直接変換する燃料電池用のセ
パレータとその製造方法に関するものである。
ルギーを電気エネルギーに直接変換する燃料電池用のセ
パレータとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池（図６）は、薄い
平板状の電解質板（タイル）ｔを燃料極（アノード）ａ
と空気極（カソード）ｃの平板状の電極で挟んだ単セル
では電圧が低い（０．８Ｖ程度）ため、実用上は導電性
のバイポーラプレート（セパレータ）ｓを介し多数段に
積層した電池として用いられる。従って、燃料電池用セ
パレータは、アノードガスとカソードガスを仕切る仕切
板と、各セルを接続する電流コレクタとの両機能をにな
っている。かかるセパレータは当初は、機械加工により
製作されていたが、燃料電池の大型化、量産化に伴い、
塑性加工を主とした手段により製作されるようになっ
た。
平板状の電解質板（タイル）ｔを燃料極（アノード）ａ
と空気極（カソード）ｃの平板状の電極で挟んだ単セル
では電圧が低い（０．８Ｖ程度）ため、実用上は導電性
のバイポーラプレート（セパレータ）ｓを介し多数段に
積層した電池として用いられる。従って、燃料電池用セ
パレータは、アノードガスとカソードガスを仕切る仕切
板と、各セルを接続する電流コレクタとの両機能をにな
っている。かかるセパレータは当初は、機械加工により
製作されていたが、燃料電池の大型化、量産化に伴い、
塑性加工を主とした手段により製作されるようになっ
た。
【０００３】従来の燃料電池用セパレータ３０は、図５
に示すように、ほぼ矩形のセンタープレート３１の両面
にコルゲート材３２を介して平板状のアノードマスクプ
レート３３と平板状のカソードマスクプレート３４を有
し、外周部分でセンタープレート３１、アノードマスク
プレート３３、及びカソードマスクプレート３４を抵抗
溶接等で接合した構成であった。かかるセパレータ３０
は、アノードマスクプレート３３とカソードマスクプレ
ート３４の中央部に設けられた開口部にアノード３５と
カソード３６をそれぞれ嵌め込み、隣接するセパレータ
３０の間にタイル３７を挟持することにより図６と同様
の燃料電池を構成していた。
に示すように、ほぼ矩形のセンタープレート３１の両面
にコルゲート材３２を介して平板状のアノードマスクプ
レート３３と平板状のカソードマスクプレート３４を有
し、外周部分でセンタープレート３１、アノードマスク
プレート３３、及びカソードマスクプレート３４を抵抗
溶接等で接合した構成であった。かかるセパレータ３０
は、アノードマスクプレート３３とカソードマスクプレ
ート３４の中央部に設けられた開口部にアノード３５と
カソード３６をそれぞれ嵌め込み、隣接するセパレータ
３０の間にタイル３７を挟持することにより図６と同様
の燃料電池を構成していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】タイルに含まれる電解
質は高温で激しい腐食性を有するため、タイルに接触す
るアノードマスクプレートとカソードマスクプレートの
表面は耐蝕処理、例えばアルミナイジングが施こされて
いる。しかし、かかるセパレータの外周部分は図５に示
すように３層構造となり、その接触面は接合のために耐
蝕処理がなされていない。従って、従来のセパレータで
は、燃料電池の運転中にタイル中の電解質がクリープ現
象および表面張力によりその３層構造の隙間に入り、セ
パレータの端部を腐食させ、電池の寿命を短くする問題
があった。
質は高温で激しい腐食性を有するため、タイルに接触す
るアノードマスクプレートとカソードマスクプレートの
表面は耐蝕処理、例えばアルミナイジングが施こされて
いる。しかし、かかるセパレータの外周部分は図５に示
すように３層構造となり、その接触面は接合のために耐
蝕処理がなされていない。従って、従来のセパレータで
は、燃料電池の運転中にタイル中の電解質がクリープ現
象および表面張力によりその３層構造の隙間に入り、セ
パレータの端部を腐食させ、電池の寿命を短くする問題
があった。
【０００５】本発明は、かかる問題を解決するために創
案されたものである。すなわち本発明は、電解質による
端部の腐食が少なく、電池の寿命を長くすることができ
る燃料電池用セパレータとその製造方法を提供すること
を目的とする。
案されたものである。すなわち本発明は、電解質による
端部の腐食が少なく、電池の寿命を長くすることができ
る燃料電池用セパレータとその製造方法を提供すること
を目的とする。
【０００６】本発明によれば、矩形平板状のセンタープ
レートと、該センタープレートより幾分小さめの矩形波
状に折り曲げられた薄板からなり、前記センタープレー
トの両面に密着して配置されたコルゲート材と、センタ
ープレートの周辺部を挟持すると共に、コルゲート材の
周辺部を覆い、アノード側及びカソード側の中央にアノ
ード及びカソードを嵌め込むための開口を有するマスク
プレートと、からなることを特徴とする燃料電池用セパ
レータが提供される。
レートと、該センタープレートより幾分小さめの矩形波
状に折り曲げられた薄板からなり、前記センタープレー
トの両面に密着して配置されたコルゲート材と、センタ
ープレートの周辺部を挟持すると共に、コルゲート材の
周辺部を覆い、アノード側及びカソード側の中央にアノ
ード及びカソードを嵌め込むための開口を有するマスク
プレートと、からなることを特徴とする燃料電池用セパ
レータが提供される。
【０００７】更に、本発明によれば、矩形平板状のセン
タープレートの両面を複数の金型部分からなる金型で挟
持し、該金型のセンタープレートと接する面の反対側の
面に沿って単一平板を折り曲げてマスクプレートを成形
し、次いで金型を各金型部分に分割して取り外し、該金
型部分の位置に矩形波状に折り曲げられた薄板からなる
コルゲート材を配置し、マスクプレートの周辺部を押圧
してその間にセンタープレートを挟持する、ことを特徴
とする請求項１記載の燃料電池用セパレータの製造方法
が提供される。
タープレートの両面を複数の金型部分からなる金型で挟
持し、該金型のセンタープレートと接する面の反対側の
面に沿って単一平板を折り曲げてマスクプレートを成形
し、次いで金型を各金型部分に分割して取り外し、該金
型部分の位置に矩形波状に折り曲げられた薄板からなる
コルゲート材を配置し、マスクプレートの周辺部を押圧
してその間にセンタープレートを挟持する、ことを特徴
とする請求項１記載の燃料電池用セパレータの製造方法
が提供される。
【０００８】
【作用】上記本発明の燃料電池用セパレータの構成によ
れば、マスクプレートは単一平板を折り曲げて成形され
ており、センタープレートは折り曲げたマスクプレート
の間に挟持されるのでセパレータ外周部分の３層構造の
隙間が単一平板で覆われ、セパレータの外部に露出しな
い。従って、燃料電池の運転中にタイル中の電解質がク
リープ現象および表面張力によりセパレータの外周部ま
で到達しても３層構造の隙間に入ることがなく、セパレ
ータの端部の腐食が低減し、電池の寿命を延ばすことが
できる。
れば、マスクプレートは単一平板を折り曲げて成形され
ており、センタープレートは折り曲げたマスクプレート
の間に挟持されるのでセパレータ外周部分の３層構造の
隙間が単一平板で覆われ、セパレータの外部に露出しな
い。従って、燃料電池の運転中にタイル中の電解質がク
リープ現象および表面張力によりセパレータの外周部ま
で到達しても３層構造の隙間に入ることがなく、セパレ
ータの端部の腐食が低減し、電池の寿命を延ばすことが
できる。
【０００９】更に、上記本発明の方法によれば、単一平
板を折り曲げて成形したマスクプレートを有する燃料電
池用セパレータを容易に製造することができる。
板を折り曲げて成形したマスクプレートを有する燃料電
池用セパレータを容易に製造することができる。
【００１０】
【実施例】以下に本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図１は本発明による燃料電池用セパレー
タの部分断面図である。この図において、燃料電池用セ
パレータ１０は、矩形平板状のセンタープレート１と、
矩形波状に折り曲げられた薄板からなりセンタープレー
ト１の両面に密着して配置されたコルゲート材２と、セ
ンタープレート１の周辺部を挟持し、コルゲート材２の
周辺部を覆うマスクプレート３とからなる。センタープ
レート１はアノードガスとカソードガスを仕切る仕切板
であり、アノードガスとカソードガスの両方の雰囲気に
耐える材料、例えば、ニッケル／ステンレスのクラッド
材から作られる。コルゲート材２は連続してコの字状に
折り曲げられた細長い流路を有し、かつコルゲート材の
流路は一定長さごとにオフセットしている。コルゲート
材２の寸法は、アノード側とカソード側とで相違しても
よく、あるいは図示のように同一であってもよい。
して説明する。図１は本発明による燃料電池用セパレー
タの部分断面図である。この図において、燃料電池用セ
パレータ１０は、矩形平板状のセンタープレート１と、
矩形波状に折り曲げられた薄板からなりセンタープレー
ト１の両面に密着して配置されたコルゲート材２と、セ
ンタープレート１の周辺部を挟持し、コルゲート材２の
周辺部を覆うマスクプレート３とからなる。センタープ
レート１はアノードガスとカソードガスを仕切る仕切板
であり、アノードガスとカソードガスの両方の雰囲気に
耐える材料、例えば、ニッケル／ステンレスのクラッド
材から作られる。コルゲート材２は連続してコの字状に
折り曲げられた細長い流路を有し、かつコルゲート材の
流路は一定長さごとにオフセットしている。コルゲート
材２の寸法は、アノード側とカソード側とで相違しても
よく、あるいは図示のように同一であってもよい。
【００１１】図１の燃料電池用セパレータ１０は、マス
クプレート３のアノード側とカソード側の中央部に設け
られた開口部にアノード１２とカソード１４をそれぞれ
嵌め込み、隣接するセパレータ１０との間にタイル１６
を挟持することにより従来と同様に燃料電池を構成する
ことができる。
クプレート３のアノード側とカソード側の中央部に設け
られた開口部にアノード１２とカソード１４をそれぞれ
嵌め込み、隣接するセパレータ１０との間にタイル１６
を挟持することにより従来と同様に燃料電池を構成する
ことができる。
【００１２】図２はマスクプレート３のみを示す断面図
である。この図から明らかなように、マスクプレート３
は従来のセパレータにおけるアノードマスクプレートと
カソードマスクプレートとが一体になったものであり、
その間にセンタープレート１を図１に示したように挟持
するようになっている。また、マスクプレート３は、ア
ノード側とカソード側にそれぞれアノード、カソードを
嵌め込むように中央部に矩形の開口部（図示せず）を有
する。更に、マスクプレート３の外側表面には、電解質
による腐食に耐えるように、例えばアルミナイジング等
の耐蝕処理が施されている。
である。この図から明らかなように、マスクプレート３
は従来のセパレータにおけるアノードマスクプレートと
カソードマスクプレートとが一体になったものであり、
その間にセンタープレート１を図１に示したように挟持
するようになっている。また、マスクプレート３は、ア
ノード側とカソード側にそれぞれアノード、カソードを
嵌め込むように中央部に矩形の開口部（図示せず）を有
する。更に、マスクプレート３の外側表面には、電解質
による腐食に耐えるように、例えばアルミナイジング等
の耐蝕処理が施されている。
【００１３】図３は本発明による燃料電池用セパレータ
を製造する成形型の断面図であり、図４は成形途中のセ
ンタープレートとマスクプレートの平面図である。図３
において、成形型２０は、上型２２、下型２３、外型２
４と、セパレータを支持するための支持型２５、２６と
からなる。燃料電池用セパレータは、以下のようにして
製造する。
を製造する成形型の断面図であり、図４は成形途中のセ
ンタープレートとマスクプレートの平面図である。図３
において、成形型２０は、上型２２、下型２３、外型２
４と、セパレータを支持するための支持型２５、２６と
からなる。燃料電池用セパレータは、以下のようにして
製造する。
【００１４】まず、矩形平板状のセンタープレート１の
両面を複数の金型部分２７ａからなる金型すなわち中型
２７で挟持し、帯状のマスクプレート用素材すなわち単
一の平板５の両端を接合してセンタープレート１の外周
に嵌め込む。次いで外型２４の中央開口部にセンタープ
レート１、中型２７、平板５の組合せを水平にセット
し、中型２７を支持型２５を介して下型２３で支持し、
上型２２を下方に押し付ける（このとき支持型２６は外
しておく）。この下方押付けにより、マスクプレート用
素材すなわち単一の平板５をセンタープレート１の内方
に折り曲げることができる。なお、図４に示すように支
持型２５はマスクプレート３と干渉しないようにマスク
プレートに成形される中央開口部よりも小さい外形寸法
を有する。また、図３、図４におけるセンタープレート
１、平板５又はマスクプレート３は、模式的に示したも
のである。
両面を複数の金型部分２７ａからなる金型すなわち中型
２７で挟持し、帯状のマスクプレート用素材すなわち単
一の平板５の両端を接合してセンタープレート１の外周
に嵌め込む。次いで外型２４の中央開口部にセンタープ
レート１、中型２７、平板５の組合せを水平にセット
し、中型２７を支持型２５を介して下型２３で支持し、
上型２２を下方に押し付ける（このとき支持型２６は外
しておく）。この下方押付けにより、マスクプレート用
素材すなわち単一の平板５をセンタープレート１の内方
に折り曲げることができる。なお、図４に示すように支
持型２５はマスクプレート３と干渉しないようにマスク
プレートに成形される中央開口部よりも小さい外形寸法
を有する。また、図３、図４におけるセンタープレート
１、平板５又はマスクプレート３は、模式的に示したも
のである。
【００１５】次いで、センタープレート１、中型２７、
平板５の組合せを反転して外型２４の中央開口部に水平
に再セットし、中型２７を支持型２６を介して上型２２
で荷重を受けて、下型２３を上方に押し付ける（このと
き支持型２５は外しておく）。この上方押付けにより、
マスクプレート用素材５をセンタープレート１の内方に
更に折り曲げ、アノード側又はカソード側の一方のマス
クプレートを成形することができる。更に、同様にして
マスクプレートの反対側を成形する。かかる工程によ
り、中型２７の両面に単一平板、すなわちマスクプレー
ト用素材５を折り曲げてマスクプレートを成形すること
ができる。
平板５の組合せを反転して外型２４の中央開口部に水平
に再セットし、中型２７を支持型２６を介して上型２２
で荷重を受けて、下型２３を上方に押し付ける（このと
き支持型２５は外しておく）。この上方押付けにより、
マスクプレート用素材５をセンタープレート１の内方に
更に折り曲げ、アノード側又はカソード側の一方のマス
クプレートを成形することができる。更に、同様にして
マスクプレートの反対側を成形する。かかる工程によ
り、中型２７の両面に単一平板、すなわちマスクプレー
ト用素材５を折り曲げてマスクプレートを成形すること
ができる。
【００１６】次いで中型２７を各金型部分２７ａに分割
して取り外す。各金型部分２７ａはマスクプレート３か
ら容易に取り出すことができるように適当な大きさにし
てあるのが良い。次に、金型部分２７ａのあった位置に
コルゲート材２を挿入して配置する。コルゲート材２は
薄板からなり、可撓性を有することから容易にマスクプ
レートの下部に配置することができる。更に、コルゲー
ト材２とマスクプレートとの間に、孔開板（パンチ板）
を挿入する場合には、コルゲート材を配置した後、或い
は、コルゲート材とともにマスクプレートの下部に配置
する。
して取り外す。各金型部分２７ａはマスクプレート３か
ら容易に取り出すことができるように適当な大きさにし
てあるのが良い。次に、金型部分２７ａのあった位置に
コルゲート材２を挿入して配置する。コルゲート材２は
薄板からなり、可撓性を有することから容易にマスクプ
レートの下部に配置することができる。更に、コルゲー
ト材２とマスクプレートとの間に、孔開板（パンチ板）
を挿入する場合には、コルゲート材を配置した後、或い
は、コルゲート材とともにマスクプレートの下部に配置
する。
【００１７】次いで、マスクプレート３の周辺部を押圧
してその間にセンタープレート１を挟持する。なお、こ
の押圧は、十分大きい圧力で行い、アノード側とカソー
ド側とのガスシールが得られるようにするのが良い。こ
れにより、溶接を行うことなくセパレータを構成するこ
とができる。なお、必要により、センタープレート１を
マスクプレート３で挟持した後で、この３層構造を抵抗
溶接等で接合しても良い。
してその間にセンタープレート１を挟持する。なお、こ
の押圧は、十分大きい圧力で行い、アノード側とカソー
ド側とのガスシールが得られるようにするのが良い。こ
れにより、溶接を行うことなくセパレータを構成するこ
とができる。なお、必要により、センタープレート１を
マスクプレート３で挟持した後で、この３層構造を抵抗
溶接等で接合しても良い。
【００１８】上述したように、本発明の燃料電池用セパ
レータの構成によれば、マスクプレートは単一平板を折
り曲げて成形されており、センタープレートは折り曲げ
たマスクプレートの間に挟持されるのでセパレータ外周
部分の３層構造の隙間が単一平板で覆われ、セパレータ
の外部に露出しない。従って、燃料電池の運転中にタイ
ル中の電解質がクリープ現象および表面張力によりセパ
レータの外周部まで到達しても３層構造の隙間に入るこ
とがなく、セパレータの端部の腐食が低減し、電池の寿
命を延ばすことができる。
レータの構成によれば、マスクプレートは単一平板を折
り曲げて成形されており、センタープレートは折り曲げ
たマスクプレートの間に挟持されるのでセパレータ外周
部分の３層構造の隙間が単一平板で覆われ、セパレータ
の外部に露出しない。従って、燃料電池の運転中にタイ
ル中の電解質がクリープ現象および表面張力によりセパ
レータの外周部まで到達しても３層構造の隙間に入るこ
とがなく、セパレータの端部の腐食が低減し、電池の寿
命を延ばすことができる。
【００１９】更に、上記本発明の方法によれば、単一平
板を折り曲げて成形したマスクプレートを有する燃料電
池用セパレータを容易に製造することができる。
板を折り曲げて成形したマスクプレートを有する燃料電
池用セパレータを容易に製造することができる。
【００２０】
【発明の効果】従って、本発明によれば、電解質による
端部の腐食が少なく、電池の寿命を長くすることができ
る燃料電池用セパレータとその製造方法を提供すること
ができる。
端部の腐食が少なく、電池の寿命を長くすることができ
る燃料電池用セパレータとその製造方法を提供すること
ができる。
【図１】本発明による燃料電池用セパレータの部分断面
図である。
図である。
【図２】マスクプレートの部分断面図である。
【図３】本発明による燃料電池用セパレータを製造する
成形型の断面図である。
成形型の断面図である。
【図４】センタープレートとマスクプレートの模式的平
面図である
面図である
【図５】従来の燃料電池用セパレータの部分断面図であ
る。
る。
【図６】溶融炭酸塩型燃料電池の模式的構成図である。
１ センタープレート ２ コルゲート材 ３ マスクプレート ５ マスクプレート用素材（単一平板） １０ 燃料電池用セパレータ １２ アノード １４ カソード １６ タイル ２０ 成形型 ２２ 上型 ２３ 下型 ２４ 外型 ２５、２６ 支持型 ２７ 金型（中型）
Claims (2)
- 【請求項１】 矩形平板状のセンタープレートと、該センタープレートより幾分小さめの 矩形波状に折り曲
げられた薄板からなり、前記センタープレートの両面に
密着して配置されたコルゲート材と、 センタープレートの周辺部を挟持すると共に、コルゲー
ト材の周辺部を覆い、アノード側及びカソード側の中央
にアノード及びカソードを嵌め込むための開口を有する
マスクプレートと、からなることを特徴とする燃料電池
用セパレータ。 - 【請求項２】 矩形平板状のセンタープレートの両面を
複数の金型部分からなる金型で挟持し、該金型のセンタ
ープレートと接する面の反対側の面に沿って単一平板を
折り曲げてマスクプレートを成形し、次いで金型を各金
型部分に分割して取り外し、該金型部分の位置に矩形波
状に折り曲げられた薄板からなるコルゲート材を配置
し、マスクプレートの周辺部を押圧してその間にセンタ
ープレートを挟持する、ことを特徴とする請求項１記載
の燃料電池用セパレータの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04222462A JP3127593B2 (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 燃料電池用セパレータとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04222462A JP3127593B2 (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 燃料電池用セパレータとその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0668883A JPH0668883A (ja) | 1994-03-11 |
| JP3127593B2 true JP3127593B2 (ja) | 2001-01-29 |
Family
ID=16782800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04222462A Expired - Fee Related JP3127593B2 (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 燃料電池用セパレータとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3127593B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7803493B2 (en) * | 2004-09-29 | 2010-09-28 | General Electric Company | Fuel cell system with separating structure bonded to electrolyte |
-
1992
- 1992-08-21 JP JP04222462A patent/JP3127593B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0668883A (ja) | 1994-03-11 |
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