JP3265782B2 - 燃料電池用セパレータ - Google Patents
燃料電池用セパレータInfo
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- flow path
- gas
- anode
- center plate
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
-
- H—ELECTRICITY
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- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
-
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- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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
ギーを直接電気エネルギーに変換させるエネルギー部門
で用いる燃料電池においてセルを仕切るために用いる燃
料電池用セパレータに関するものである。
ギーを直接電気エネルギーに変換させるエネルギー部門
で用いる燃料電池においてセルを仕切るために用いる燃
料電池用セパレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池のうち、溶融炭酸塩型燃料電池
は、図３に一例を示す如く、電解質として溶融炭酸塩を
多孔質物質にしみ込ませたタイル（電解質板）１をカソ
ード（酸素極）２とアノード（燃料極）３の両電極で挟
み、カソード２側に酸化ガスＯＧを供給すると共にアノ
ード３側に燃料ガスＦＧを供給することによりカソード
２とアノード３との間で発生する電位差により発電が行
われるようにしたものを１セル４とし、各セル４をセパ
レータ５を介し多層に積層させてスタックとするように
してある。
は、図３に一例を示す如く、電解質として溶融炭酸塩を
多孔質物質にしみ込ませたタイル（電解質板）１をカソ
ード（酸素極）２とアノード（燃料極）３の両電極で挟
み、カソード２側に酸化ガスＯＧを供給すると共にアノ
ード３側に燃料ガスＦＧを供給することによりカソード
２とアノード３との間で発生する電位差により発電が行
われるようにしたものを１セル４とし、各セル４をセパ
レータ５を介し多層に積層させてスタックとするように
してある。
【０００３】上記燃料電池のセル４を積層するときの仕
切りとなる上記セパレータ５は、内部マニホールド型の
燃料電池にあっては周辺部を除く中央部分にガス流路と
なる凹凸を表裏両面に形成し、周辺部には酸化ガスＯＧ
の給排用のマニホールド６と燃料ガスＦＧの給排用のマ
ニホールド７が設けてあって、ウェットシール部として
あり、上記セパレータ５の表裏両面を異なるガスが流れ
るように各ガスの給排用のマニホールドと中央部分のガ
ス流路とを連通させた構成としてある。８は中央部分を
切り抜いてセパレータ５の周辺部に配したディスタンス
ピースである。
切りとなる上記セパレータ５は、内部マニホールド型の
燃料電池にあっては周辺部を除く中央部分にガス流路と
なる凹凸を表裏両面に形成し、周辺部には酸化ガスＯＧ
の給排用のマニホールド６と燃料ガスＦＧの給排用のマ
ニホールド７が設けてあって、ウェットシール部として
あり、上記セパレータ５の表裏両面を異なるガスが流れ
るように各ガスの給排用のマニホールドと中央部分のガ
ス流路とを連通させた構成としてある。８は中央部分を
切り抜いてセパレータ５の周辺部に配したディスタンス
ピースである。
【０００４】又、上記セパレータ５としては、中央部分
のガス流路形成用の凹凸部をエッチング、機械掘加工、
プレス等により成形させる型式のもの、あるいは、セン
タープレートの両面側にコルゲート板を配してコルゲー
ト板によりガス流路を形成させるようにしたプレス型式
のもの等がある。
のガス流路形成用の凹凸部をエッチング、機械掘加工、
プレス等により成形させる型式のもの、あるいは、セン
タープレートの両面側にコルゲート板を配してコルゲー
ト板によりガス流路を形成させるようにしたプレス型式
のもの等がある。
【０００５】上記プレス型式のセパレータ５であって内
部マニホールド型のものにあっては、図４及び図５に一
例を示す如く、センタープレート９の周辺部を除く中央
部分の表裏に、カソード側ガス流路１２とアノード側ガ
ス流路１３が形成されるようにしたガス流路形成用凹凸
部１０をプレス成形により設け、更に、該センタープレ
ート９の周辺部の表裏面側に、中央部分を切り抜き且つ
周辺のタイル１よりも大きい寸法としたマスク板１４，
１５をそれぞれ配置し、該マスク板１４，１５の各周辺
部を屈曲させてセンタープレート９に重ね合わせ、重合
部を固着してシールさせるようにし、酸化ガス給排用の
マニホールド６を通して上記カソード側ガス流路１２に
酸化ガスを、又、燃料ガス給排用のマニホールド７を通
して上記アノード側ガス流路１３に燃料ガスをそれぞれ
送給するようにし、更に、上記センタープレート９のマ
ニホールド６，７が設けられている周辺部の表裏両面
に、同じ形状のエンボス加工により形成した小突起１
７，１８を所要間隔で配列し、該小突起１７，１８によ
ってマスク板１４，１５とセンタープレート９との間の
間隔が一定に保持されるようにすると共に、上記ガス流
路１２，１３へ流すガスを分散させられるようにしてあ
る。１１はスペーサブロックを示す。
部マニホールド型のものにあっては、図４及び図５に一
例を示す如く、センタープレート９の周辺部を除く中央
部分の表裏に、カソード側ガス流路１２とアノード側ガ
ス流路１３が形成されるようにしたガス流路形成用凹凸
部１０をプレス成形により設け、更に、該センタープレ
ート９の周辺部の表裏面側に、中央部分を切り抜き且つ
周辺のタイル１よりも大きい寸法としたマスク板１４，
１５をそれぞれ配置し、該マスク板１４，１５の各周辺
部を屈曲させてセンタープレート９に重ね合わせ、重合
部を固着してシールさせるようにし、酸化ガス給排用の
マニホールド６を通して上記カソード側ガス流路１２に
酸化ガスを、又、燃料ガス給排用のマニホールド７を通
して上記アノード側ガス流路１３に燃料ガスをそれぞれ
送給するようにし、更に、上記センタープレート９のマ
ニホールド６，７が設けられている周辺部の表裏両面
に、同じ形状のエンボス加工により形成した小突起１
７，１８を所要間隔で配列し、該小突起１７，１８によ
ってマスク板１４，１５とセンタープレート９との間の
間隔が一定に保持されるようにすると共に、上記ガス流
路１２，１３へ流すガスを分散させられるようにしてあ
る。１１はスペーサブロックを示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、溶融炭酸塩
型燃料電池では、カソード２側とアノード３側のガス流
量が大きく異なる（１０：１〜５：１）ことから、上記
プレス型式のセパレータ５の如く、センタープレート９
のマニホールド６，７周辺部にエンボス加工により設け
た同一形状の小突起１７，１８ではカソード２側とアノ
ード３側での圧力損失をバランスさせることが難しく、
カソード２とアノード３の極間差圧や電池の内外差圧の
制御が困難になり、更に、アノード３側における圧力損
失が小さくなることから、流量配分性能が悪化する問題
がある。
型燃料電池では、カソード２側とアノード３側のガス流
量が大きく異なる（１０：１〜５：１）ことから、上記
プレス型式のセパレータ５の如く、センタープレート９
のマニホールド６，７周辺部にエンボス加工により設け
た同一形状の小突起１７，１８ではカソード２側とアノ
ード３側での圧力損失をバランスさせることが難しく、
カソード２とアノード３の極間差圧や電池の内外差圧の
制御が困難になり、更に、アノード３側における圧力損
失が小さくなることから、流量配分性能が悪化する問題
がある。
【０００７】一方、エンボス状の小突起１７，１８に代
えて、コルゲート板の如き形状をプレス加工で形成する
型式もあるが、その場合、ガスの幅方向（ガスの流通方
向と直角な方向）への拡散が妨げられるため、やはり流
量配分性能に問題がある。
えて、コルゲート板の如き形状をプレス加工で形成する
型式もあるが、その場合、ガスの幅方向（ガスの流通方
向と直角な方向）への拡散が妨げられるため、やはり流
量配分性能に問題がある。
【０００８】そこで、本発明は、カソード側とアノード
側の圧力損失をバランスさせることができて、極間差圧
の制御と流量配分性能の向上を図ることができるような
燃料電池用セパレータを提供しようとするものである。
側の圧力損失をバランスさせることができて、極間差圧
の制御と流量配分性能の向上を図ることができるような
燃料電池用セパレータを提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、センタープレートの周辺部を除く中央部
分の表裏に、カソード側ガス流路とアノード側ガス流路
を形成し、上記センタープレートの周辺部に設けた酸化
ガス給排用のマニホールドと上記カソード側ガス流路と
を酸化ガスが流れるように連通させると共に、上記セン
タープレートの周辺部に設けた燃料ガス給排用のマニホ
ールドと上記アノード側ガス流路とを燃料ガスが流れる
ように連通させてある燃料電池用セパレータにおいて、
上記センタープレートの酸化ガス給排用のマニホールド
とカソード側ガス流路との間を連絡するガス流路面に小
さい突起を配列すると共に、上記センタープレートの燃
料ガス給排用のマニホールドとアノード側ガス流路との
間を連絡するガス流路面に、燃料ガスの流れを遮る面積
を大きくした広幅の突起を配列した構成とする。
決するために、センタープレートの周辺部を除く中央部
分の表裏に、カソード側ガス流路とアノード側ガス流路
を形成し、上記センタープレートの周辺部に設けた酸化
ガス給排用のマニホールドと上記カソード側ガス流路と
を酸化ガスが流れるように連通させると共に、上記セン
タープレートの周辺部に設けた燃料ガス給排用のマニホ
ールドと上記アノード側ガス流路とを燃料ガスが流れる
ように連通させてある燃料電池用セパレータにおいて、
上記センタープレートの酸化ガス給排用のマニホールド
とカソード側ガス流路との間を連絡するガス流路面に小
さい突起を配列すると共に、上記センタープレートの燃
料ガス給排用のマニホールドとアノード側ガス流路との
間を連絡するガス流路面に、燃料ガスの流れを遮る面積
を大きくした広幅の突起を配列した構成とする。
【００１０】
【作用】酸化ガス給排用のマニホールドとカソード側ガ
ス流路との間のガス流路面に設けた突起は小さいので、
カソード側ガス流路へ送給される酸化ガスの流れを遮る
面積が小さくて圧力損失は小さくなる。一方、燃料ガス
給排用のマニホールドとアノード側ガス流路との間のガ
ス流路面に設けた突起は広幅であるので、アノード側ガ
ス流路へ送給される燃料ガスの流れを遮る面積が大きく
なり、圧力損失が大きくなると共に、幅方向への燃料ガ
スの拡散が容易に行われる。これによりカソード側とア
ノード側の圧力損失がバランスされる。
ス流路との間のガス流路面に設けた突起は小さいので、
カソード側ガス流路へ送給される酸化ガスの流れを遮る
面積が小さくて圧力損失は小さくなる。一方、燃料ガス
給排用のマニホールドとアノード側ガス流路との間のガ
ス流路面に設けた突起は広幅であるので、アノード側ガ
ス流路へ送給される燃料ガスの流れを遮る面積が大きく
なり、圧力損失が大きくなると共に、幅方向への燃料ガ
スの拡散が容易に行われる。これによりカソード側とア
ノード側の圧力損失がバランスされる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１２】図１及び図２の（イ）（ロ）（ハ）（ニ）
は本発明の一実施例を示すもので、図４及び図５に示し
たと同様に、センタープレート９の周辺部を除く中央部
分の表裏に、カソード側ガス流路１２とアノード側ガス
流路１３が形成されるようにしたガス流路形成用凹凸部
１０をプレス成形により設け、且つ上記センタープレー
ト９の周辺部に設けたマニホールド６，７により、上記
カソード側ガス流路１２へ酸化ガスを流すようにすると
共に上記アノード側ガス流路１３へ燃料ガスを流すよう
にしてある燃料電池用セパレータ５において、上記セン
タープレート９の酸化ガス給排用のマニホールド６とカ
ソード側ガス流路１２との間を連絡するガス流路面１２
ａに、プレス加工により形成した円形の如き小さい突起
１９を所要間隔で配列すると共に、上記センタープレー
ト９の燃料ガス給排用のマニホールド７とアノード側ガ
ス流路１３との間を連絡するガス流路面１３ａに、プレ
ス加工により形成した長円形の如き広幅の突起２０を所
要間隔で配列して、マニホールド７からアノード側ガス
流路１３へ送給される酸化ガスの流れを幅方向へ拡散さ
せられるようにする。
は本発明の一実施例を示すもので、図４及び図５に示し
たと同様に、センタープレート９の周辺部を除く中央部
分の表裏に、カソード側ガス流路１２とアノード側ガス
流路１３が形成されるようにしたガス流路形成用凹凸部
１０をプレス成形により設け、且つ上記センタープレー
ト９の周辺部に設けたマニホールド６，７により、上記
カソード側ガス流路１２へ酸化ガスを流すようにすると
共に上記アノード側ガス流路１３へ燃料ガスを流すよう
にしてある燃料電池用セパレータ５において、上記セン
タープレート９の酸化ガス給排用のマニホールド６とカ
ソード側ガス流路１２との間を連絡するガス流路面１２
ａに、プレス加工により形成した円形の如き小さい突起
１９を所要間隔で配列すると共に、上記センタープレー
ト９の燃料ガス給排用のマニホールド７とアノード側ガ
ス流路１３との間を連絡するガス流路面１３ａに、プレ
ス加工により形成した長円形の如き広幅の突起２０を所
要間隔で配列して、マニホールド７からアノード側ガス
流路１３へ送給される酸化ガスの流れを幅方向へ拡散さ
せられるようにする。
【００１３】上記構成としたセパレータ５を、図３に示
す如き燃料電池のセル４の間に介在させて用いた場合、
センタープレート９の周辺部のガス流路面１２ａ（図２
の（ロ）（ハ）（ニ）において中立線Ｌよりも上側部
分）には、円形の小さい突起１９が配列されているた
め、マニホールド６から送給されてカソード側ガス流路
１２へ向かう酸化ガスの流れがほとんど規制されること
はなく、圧力損失を低く抑えることができる。すなわ
ち、カソード側ガス流路１２と連絡するガス流路面１２
ａの突起１９は小さいので、酸化ガスの流れを遮る面積
が小さく、圧力損失が小さい。
す如き燃料電池のセル４の間に介在させて用いた場合、
センタープレート９の周辺部のガス流路面１２ａ（図２
の（ロ）（ハ）（ニ）において中立線Ｌよりも上側部
分）には、円形の小さい突起１９が配列されているた
め、マニホールド６から送給されてカソード側ガス流路
１２へ向かう酸化ガスの流れがほとんど規制されること
はなく、圧力損失を低く抑えることができる。すなわ
ち、カソード側ガス流路１２と連絡するガス流路面１２
ａの突起１９は小さいので、酸化ガスの流れを遮る面積
が小さく、圧力損失が小さい。
【００１４】一方、センタープレート９の周辺部のガス
流路面１３ａ（図２の（ロ）（ハ）（ニ）において中立
線Ｌよりも下側部分）には、アノード側ガス流路１３に
対し直角方向に延びる長円形の広幅の突起２０が配列さ
れているので、マニホールド７から送給されてアノード
側ガス流路１３へ向かう燃料ガスの流れが突起２０に規
制されて幅方向に分配されることになり、このため、圧
力損失を確保しつつ流量配分性能を向上させることがで
きる。すなわち、アノード側ガス流路１３と連絡するガ
ス流路面１３ａの突起２０は広幅であるから、燃料ガス
の流れを遮る面積（投影面積）が大きく（圧力損失が大
きく）、且つ幅方向へのガス拡散が容易である。
流路面１３ａ（図２の（ロ）（ハ）（ニ）において中立
線Ｌよりも下側部分）には、アノード側ガス流路１３に
対し直角方向に延びる長円形の広幅の突起２０が配列さ
れているので、マニホールド７から送給されてアノード
側ガス流路１３へ向かう燃料ガスの流れが突起２０に規
制されて幅方向に分配されることになり、このため、圧
力損失を確保しつつ流量配分性能を向上させることがで
きる。すなわち、アノード側ガス流路１３と連絡するガ
ス流路面１３ａの突起２０は広幅であるから、燃料ガス
の流れを遮る面積（投影面積）が大きく（圧力損失が大
きく）、且つ幅方向へのガス拡散が容易である。
【００１５】したがって、カソード２側とアノード３側
での圧力損失をバランスさせることができ、極間差圧の
制御と流量配分性能の向上を同時に図ることができる。
での圧力損失をバランスさせることができ、極間差圧の
制御と流量配分性能の向上を同時に図ることができる。
【００１６】なお、上記実施例ではセンタープレート９
の周辺部に設けた小さい突起１９の形状を円形とした場
合を示したが、正方形等であってもよいこと、又、広幅
の突起２０の形状を長円形とした場合を示したが、楕円
形や長方形等であってもよいこと、更に、実施例では、
センタープレート９自体を凹凸加工してガス流路形成用
凹凸部とした場合を示したが、センタープレート９の表
裏にガス流路形成用凹凸部としてコルゲート板を配置す
るようにしたセパレータについても同様に採用できるこ
と、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種
々変更を加え得ることは勿論である。
の周辺部に設けた小さい突起１９の形状を円形とした場
合を示したが、正方形等であってもよいこと、又、広幅
の突起２０の形状を長円形とした場合を示したが、楕円
形や長方形等であってもよいこと、更に、実施例では、
センタープレート９自体を凹凸加工してガス流路形成用
凹凸部とした場合を示したが、センタープレート９の表
裏にガス流路形成用凹凸部としてコルゲート板を配置す
るようにしたセパレータについても同様に採用できるこ
と、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種
々変更を加え得ることは勿論である。
【００１７】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の燃料電池用セ
パレータによれば、センタープレート周辺部のカソード
側ガス流路と連絡するガス流路面に、小さい突起を、
又、アノード側ガス流路と連絡するガス流路面に広幅の
突起をそれぞれ配列して設けたので、カソード側では圧
力損失を低く抑えることができると共に、アノード側で
は圧力損失を確保しつつ流量配分性能を向上させること
ができ、これにより、部品点数を増やすことなく、プレ
ス加工によって極間差圧の制御と流量配分性能の向上を
図ることができ、比較的低コストで電池の性能向上及び
健全性向上を図ることができる、等の優れた効果を発揮
する。
パレータによれば、センタープレート周辺部のカソード
側ガス流路と連絡するガス流路面に、小さい突起を、
又、アノード側ガス流路と連絡するガス流路面に広幅の
突起をそれぞれ配列して設けたので、カソード側では圧
力損失を低く抑えることができると共に、アノード側で
は圧力損失を確保しつつ流量配分性能を向上させること
ができ、これにより、部品点数を増やすことなく、プレ
ス加工によって極間差圧の制御と流量配分性能の向上を
図ることができ、比較的低コストで電池の性能向上及び
健全性向上を図ることができる、等の優れた効果を発揮
する。
【図１】本発明の燃料電池用セパレータの一実施例を示
す一部切断平面図である。
す一部切断平面図である。
【図２】図１のＡ部を拡大して示すもので、（イ）はセ
ンタープレートの平面図、（ロ）は（イ）のＢ−Ｂ矢視
図、（ハ）は（イ）のＣ−Ｃ矢視図、（ニ）は（イ）の
Ｄ−Ｄ矢視図である。
ンタープレートの平面図、（ロ）は（イ）のＢ−Ｂ矢視
図、（ハ）は（イ）のＣ−Ｃ矢視図、（ニ）は（イ）の
Ｄ−Ｄ矢視図である。
【図３】溶融炭酸塩型燃料電池の一例を示す概略図であ
る。
る。
【図４】プレス型式のセパレータの一例を示す一部切断
平面図である。
平面図である。
【図５】図４のＥ方向拡大矢視図である。
２ カソード ３ アノード ５ セパレータ ６ 酸化ガス給排用のマニホールド ７ 燃料ガス給排用のマニホールド ９ センタープレート １２ カソード側ガス流路 １２ａ ガス流路面 １３ アノード側ガス流路 １３ａ ガス流路面 １９ 突起 ２０ 突起
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−15159（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−168563（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−13276（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−267559（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−167376（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (1)
- 【請求項１】 センタープレートの周辺部を除く中央部
分の表裏に、カソード側ガス流路とアノード側ガス流路
を形成し、上記センタープレートの周辺部に設けた酸化
ガス給排用のマニホールドと上記カソード側ガス流路と
を酸化ガスが流れるように連通させると共に、上記セン
タープレートの周辺部に設けた燃料ガス給排用のマニホ
ールドと上記アノード側ガス流路とを燃料ガスが流れる
ように連通させてある燃料電池用セパレータにおいて、
上記センタープレートの酸化ガス給排用のマニホールド
とカソード側ガス流路との間を連絡するガス流路面に小
さい突起を配列すると共に、上記センタープレートの燃
料ガス給排用のマニホールドとアノード側ガス流路との
間を連絡するガス流路面に、燃料ガスの流れを遮る面積
を大きくした広幅の突起を配列したことを特徴とする燃
料電池用セパレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33986393A JP3265782B2 (ja) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | 燃料電池用セパレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33986393A JP3265782B2 (ja) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | 燃料電池用セパレータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07161366A JPH07161366A (ja) | 1995-06-23 |
| JP3265782B2 true JP3265782B2 (ja) | 2002-03-18 |
Family
ID=18331544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33986393A Expired - Fee Related JP3265782B2 (ja) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | 燃料電池用セパレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3265782B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6635378B1 (en) | 1999-08-16 | 2003-10-21 | Hybrid Power Generation System, Llc | Fuel cell having improved condensation and reaction product management capabilities |
| JP2003077497A (ja) * | 2001-09-06 | 2003-03-14 | Nippon Soken Inc | 燃料電池用セパレータ |
| US6818165B2 (en) * | 2002-02-25 | 2004-11-16 | Ballard Power Systems Inc. | Method of fabricating fluid flow field plates |
-
1993
- 1993-12-07 JP JP33986393A patent/JP3265782B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07161366A (ja) | 1995-06-23 |
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