JP4370103B2 - Fuel cell separator and method for producing the same - Google Patents

Fuel cell separator and method for producing the same Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池、特に高分子電解質形燃料電池に適したセパレータとそのセパレータの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の燃料電池のセパレータとして、金属からなる母材表面に、相互に融着した導電性粒子からなる多孔質層が形成された燃料電池用セパレータが知られている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池用セパレータでは、母材の多孔質層が形成された面にリブ及び溝が形成され、リブ頂部の表面及び溝の内面にわたって多孔質層が形成される。また多孔質層の少なくとも一部にアモルファス化された金属が含まれる。
このように構成された燃料電池用セパレータでは、上記融着により導電性粒子の剥離が生じにくく、かつ多孔質層の形成により接触抵抗が低減される。また多孔質層の孔の部分に生成物の水などの液体を保水できるので、長期にわたって安定して良好な親水性を保持できる。更に多孔質層の少なくとも一部にアモルファス化された金属を含むので、セパレータの耐食性を向上できるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３２５９６６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１に示された燃料電池用セパレータでは、ステンレス鋼からなる母材に多孔質層の導電性粒子がランダムに積層されているため、この母材がｐＨゼロという強酸性雰囲気に曝されて腐食するおそれがあった。
この点を解消するために、セパレータとしてカーボンシートを用いると、強酸性雰囲気におけるセパレータの耐食性は向上するけれども、セパレータの吸水性が大きいため、耐久性が低下するとともに、排水不能になって発電機能が低下してしまう問題点があった。
本発明の目的は、耐食性を向上しかつ吸水性を抑制することにより、耐久性を向上できる、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にある。
本発明の別の目的は、電気伝導度の低下を阻止することにより、発電効率の低下を防止できる、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にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、それぞれ同一のサイズと厚さとを有する複数のアモルファス金属箔１０ａを導電性接着剤により積層接着して構成された燃料電池用セパレータであって、凹溝状の流体の流路１７，１８の側壁となる１又は２以上のスリット１１ａ，１２ａを有しかつ単一のアモルファス金属箔１０ａにより形成されるか或いは２以上のアモルファス金属箔を積層接着して形成された長方形状のスリット用基板１１，１２と、スリット用基板１１，１２の一方の面に積層接着され流路１７，１８の底壁となりかつ単一のアモルファス金属箔１０ａにより形成されるか或いは２以上のアモルファス金属箔を積層接着して形成された長方形状の底壁用基板１３とを備え、スリット用基板１１，１２が、燃料ガス流路１７の側壁を構成する１又は２以上の燃料用スリット１１ａを有しかつ負極に接する燃料側スリット用基板１１と、酸化剤ガス流路１８の側壁を構成する１又は２以上の酸化剤用スリット１２ａを有しかつ正極に接する酸化剤側スリット用基板１２とからなり、燃料側スリット用基板１１、酸化剤側スリット用基板１２及び底壁用基板１３のコーナ部に第１〜第４通孔２１〜２４がそれぞれ形成され、燃料側スリット用基板１１と底壁用基板１３との間に単一のアモルファス金属箔１０ａにより形成されるか或いは２以上のアモルファス金属箔１０ａを積層接着して形成された燃料連通用基板１４が介装され、酸化剤側スリット用基板１２と底壁用基板１３との間に単一のアモルファス金属箔１０ａにより形成されるか或いは２以上のアモルファス金属箔１０ａを積層接着して形成された酸化剤連通用基板１５が介装され、燃料連通用基板１４に、燃料用スリット１１ａの一端を第１通孔２１に連通する燃料供給用長孔１４ａと、燃料用スリット１１ａの他端を第２通孔２２に連通する燃料排出用長孔１４ｂとが形成され、酸化剤連通用基板１５に、酸化剤用スリット１２ａの一端を第３通孔２３に連通する酸化剤供給用長孔１５ａと、酸化剤用スリット１２ａの他端を第４通孔２４に連通する酸化剤排出用長孔１５ｂとが形成されたことを特徴とする燃料電池用セパレータである。
【０００６】
この請求項１に記載された燃料電池用セパレータでは、このセパレータ１０が耐食性に優れかつ吸水性の殆どない複数のアモルファス金属箔１０ａの積層構造であるので、セパレータ１０が強酸性雰囲気に曝されても腐食せず、セパレータ１０が水の存在下においても脆くならず、セパレータ１０の耐久性を向上できる。またアモルファス金属箔１０ａの電気伝導度は比較的高く、燃料電池の発電効率の低下を防止できる。
請求項２に係る発明は、図５に示すように、それぞれ同一のサイズと厚さとを有する複数のアモルファス金属箔１０ａを導電性接着剤により積層接着して構成された燃料電池用セパレータであって、凹溝状の流体の流路７７，７８の側壁となる蛇行する単一のスリット７１ａ，７２ａを有しかつ単一のアモルファス金属箔１０ａにより形成されるか或いは２以上のアモルファス金属箔１０ａを積層接着して形成されたスリット用基板７１，７２と、スリット用基板７１，７２の一方の面に積層接着され流路７７，７８の底壁となりかつ単一のアモルファス金属箔１０ａにより形成されるか或いは２以上のアモルファス金属箔１０ａを積層接着して形成された底壁用基板４３とを備え、蛇行する単一のスリット７１ａ，７２ａの一端及び他端に相当する部分をそれぞれ流路７７，７８の入口及び出口とすることを特徴とする燃料電池用セパレータである。
また上記アモルファス金属箔１０ａはＦｅ及びＢを含み、更にＳｉ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃ，Ｃｒ及びＣｏからなる群より選ばれた１種又は２種以上の元素を含むことが好ましい。
更にアモルファス金属箔１０ａの厚さは１０〜５０μｍであることが好ましい。
【０００７】
請求項４に係る発明は、図１及び図２に示すように、溶融金属を急冷して厚さ１０〜５０μｍのアモルファス金属箔１０ａからなるアモルファスリボンを作製する工程と、アモルファスリボンを切断した後にエッチングにて１又は２以上の燃料用スリット１１ａとコーナ部に第１〜第４通孔２１〜２４とを形成することにより単一のアモルファス金属箔１０ａ或いは２以上の積層されたアモルファス金属箔１０ａからなる長方形状の燃料側スリット用基板１１を作製する工程と、アモルファスリボンを燃料側スリット用基板１１と同一外径を有するように切断した後にエッチングにて１又は２以上の酸化剤用スリット１２ａとコーナ部に第１〜第４通孔２１〜２４とを形成することにより単一のアモルファス金属箔１０ａ或いは２以上の積層されたアモルファス金属箔１０ａからなる酸化剤側スリット用基板１２を作製する工程と、アモルファスリボンをスリット用基板１１，１２と同一外形を有するように切断した後にエッチングにてコーナ部に第１〜第４通孔２１〜２４とを形成することにより単一のアモルファス金属箔１０ａ或いは２以上の積層されたアモルファス金属箔１０ａからなる底壁用基板１３を作製する工程と、アモルファスリボンをスリット用基板１１，１２と同一外形を有するように切断した後にエッチングにて燃料用スリット１１ａの一端を第１通孔２１に連通する燃料供給用長孔１４ａと燃料用スリット１１ａの他端を第２通孔２２に連通する燃料排出用長孔１４ｂとを形成することにより単一のアモルファス金属箔１０ａ或いは２以上の積層されたアモルファス金属箔１０ａからなる燃料連通用基板１４を作製する工程と、アモルファスリボンをスリット用基板１１，１２と同一外形を有するように切断した後にエッチングにて酸化剤用スリット１２ａの一端を第３通孔２３に連通する酸化剤供給用長孔１５ａと酸化剤用スリット１２ａの他端を第４通孔２４に連通する酸化剤排出用長孔１５ｂとを形成することにより単一のアモルファス金属箔１０ａ或いは２以上の積層されたアモルファス金属箔１０ａからなる酸化剤連通用基板１５を作製する工程と、燃料側スリット用基板１１と燃料連通用基板１４と底壁用基板１３と酸化剤連通用基板１５と酸化剤側スリット用基板１２とを積層して導電性接着剤により互いに接着する工程とを含む燃料電池用セパレータの製造方法である。
【０００８】
この請求項４に記載された方法で燃料電池用セパレータを製造することにより、上記請求項１に記載された燃料電池用セパレータ１０、即ち耐久性が向上しかつ電気伝導度の低下しない燃料電池用セパレータ１０を得ることができる。
請求項５に係る発明は、図５に示すように、溶融金属を急冷して厚さ１０〜５０μｍのアモルファス金属箔１０ａからなるアモルファスリボンを作製する工程と、アモルファスリボンを切断した後にエッチングにて蛇行する単一のスリット７１ａ，７２ａを形成することにより単一のアモルファス金属箔１０ａ或いは２以上の積層されたアモルファス金属箔１０ａからなるスリット用基板７１，７２を作製する工程と、アモルファスリボンをスリット用基板７１，７２と同一外形を有するように切断して得られた単一のアモルファス金属箔１０ａ或いは２以上の積層されたアモルファス金属箔１０ａからなる底壁用基板４３を作製する工程と、スリット用基板７１，７２と底壁用基板４３とを積層して導電性接着剤により互いに接着する工程とを含む燃料電池用セパレータの製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、燃料電池用セパレータ１０は高分子電解質形燃料電池のセパレータであり、それぞれ同一のサイズ（この実施の形態では長方形状に形成される。）と厚さとを有する複数のアモルファス金属箔１０ａを導電性接着剤により積層接着して構成される。上記アモルファス金属箔１０ａはＦｅ及びＢを含み、更にＳｉ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃ，Ｃｒ及びＣｏからなる群より選ばれた１種又は２種以上の元素を含む。具体的には、アモルファス金属箔１０ａは、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃ系、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｓｉ系、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ−Ｓｉ系、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｂ−Ｓｉ系などのアモルファス金属により形成されることが好ましい。
【００１０】
またアモルファス金属箔１０ａの厚さは１０〜５０μｍ、好ましくは４０〜５０μｍに形成される。ここで、アモルファス金属箔１０ａの厚さを１０〜５０μｍの範囲に限定したのは、１０μｍ未満では機械的強度が不足し、５０μｍを越えると金属が非晶質にならずに結晶化してしまうからである。更に上記導電性接着剤は、エポキシ、ウレタン、アクリル等の樹脂をベースとして、金、銀、ニッケル等の金属やカーボンの導電性粒子を混合して分散させた熱硬化型又は常温硬化型の導電性樹脂により形成される。
【００１１】
上記セパレータ１０は、凹溝状の流体の流路１７，１８の側壁となるスリット１１ａ，１２ａを有する単一のアモルファス金属箔１０ａからなるスリット用基板１１，１２と、スリット用基板１１，１２の一方の面に積層接着され流路１７，１８の底壁となる単一のアモルファス金属箔１０ａからなる底壁用基板１３とを備える。上記流体としては、図示しないが発電セルの負極に接して流れる燃料ガス（水素）と、発電セルの正極に接して流れる酸化剤ガス（酸素や空気など）が挙げられる。電解質膜（固体高分子からなるイオン交換膜）の一方の面には負極側触媒層（白金）を介して負極（拡散層）が積層され、他方の面には正極側触媒層（白金）を介して正極（拡散層）が積層され、これにより上記発電セルが構成される。
【００１２】
スリット用基板１１，１２は、幅方向に所定の間隔をあけて長手方向に延び燃料ガス流路１７の側壁を構成する３本の燃料用スリット１１ａを有しかつ負極に接する燃料側スリット用基板１１と、幅方向に所定の間隔をあけて長手方向に延び酸化剤ガス流路１８の側壁を構成する３本の酸化剤用スリット１２ａを有しかつ正極に接する酸化剤側スリット用基板１２とからなる。また上記底壁用基板１３は上記燃料側スリット用基板１１と酸化剤側スリット用基板１２との間に介装される。なお、上記燃料用スリット１１ａ及び酸化剤用スリット１２ａは３本ではなく、１本、２本又は４本以上であってもよい。上記燃料側スリット用基板１１、酸化剤側スリット用基板１２及び底壁用基板１３の４つの各コーナ部には、４つの第１〜第４通孔２１〜２４がそれぞれ形成される。第１通孔２１は燃料ガスを発電セルの負極に供給するための孔であり、第２通孔２２は反応後の燃料ガスを発電セルの負極から排出するための孔である。また第３通孔２３は酸化剤ガスを発電セルの正極に供給するための孔であり、第４通孔２４は反応後の酸化剤ガスを発電セルの正極から排出するための孔である。上記燃料側スリット用基板１１と酸化剤側スリット用基板１２とは同一形状に形成される。
【００１３】
一方、燃料側スリット用基板１１と底壁用基板１３との間には燃料連通用基板１４が介装され、酸化剤側スリット用基板１２と底壁用基板１３との間には酸化剤連通用基板１５が介装される。燃料連通用基板１４には、３本の燃料用スリット１１ａの一端を第１通孔２１に連通する略Ｌ字状の燃料供給用長孔１４ａと、３本の燃料用スリット１１ａの他端を第２通孔２２に連通する略Ｌ字状の燃料排出用長孔１４ｂとが形成される。また酸化剤連通用基板１５には、３本の酸化剤用スリット１２ａの一端を第３通孔２３に連通する略Ｌ字状の酸化剤供給用長孔１５ａと、３本の酸化剤用スリット１２ａの他端を第４通孔２４に連通する略Ｌ字状の酸化剤排出用長孔１５ｂとが形成される。なお、燃料用スリット１１ａの一端は燃料ガス流路１７の入口となり、燃料用スリット１１ａの他端は燃料ガス流路１７の出口となる。また酸化剤用スリット１２ａの一端は酸化剤ガス流路１８の入口となり、酸化剤用スリット１２ａの他端は酸化剤ガス流路１８の出口となる。更に上記燃料連通用基板１４と酸化剤連通用基板１５とはいずれか一方を裏返した状態で同一形状に形成される。
【００１４】
このように構成された燃料電池用セパレータ１０の製造方法を説明する。
先ず溶融金属を急冷して厚さ１０〜５０μｍ、好ましくは４０〜５０μｍのアモルファス金属箔１０ａからなるアモルファスリボンを作製する。上記溶融金属はＦｅ及びＢを含み、更にＳｉ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃ，Ｃｒ及びＣｏからなる群より選ばれた１種又は２種以上の元素を含むことが好ましい。具体的には、溶融金属は、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃ系、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｓｉ系、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ−Ｓｉ系、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｂ−Ｓｉ系などの組成であることが好ましい。
【００１５】
次いで上記アモルファスリボンを切断して同一サイズの長方形状のアモルファス金属箔１０ａを複数作製する。次にこれらのアモルファス金属箔１０ａに所定のエッチングをそれぞれ施すことにより、燃料側スリット用基板１１、酸化剤側スリット用基板１２、底壁用基板１３、燃料連通用基板１４及び酸化剤連通用基板１５を作製する。ここでエッチャントとしては、王水、硝酸系の強酸等が用いられる。更に上記各基板１１〜１５に導電性接着剤を塗布して、下から順に酸化剤側スリット用基板１２、酸化剤連通用基板１５、底壁用基板１３、燃料連通用基板１４及び燃料側スリット用基板１１を重ねた後に５０〜１００℃に０．５〜１時間保持する。これにより各基板１１〜１５を積層接着して構成されたセパレータ１０が得られる。
【００１６】
このセパレータ１０を用いた燃料電池の動作を説明する。
水素（燃料ガス）は第１通孔２１及び燃料供給用長孔１４ａを通って燃料用スリット１１ａの入口に流入し、燃料用スリット１１ａと底壁用基板１３（燃料連通用基板１４を含む。）と負極とにより構成された燃料ガス流路１７を流れ、負極を通過して負極側触媒層上で水素イオンと電子に分解される。この分解した電子は外部回路に取出されてモータ等の負荷に供給された後に正極に達する。また分解した水素イオンは水ととともに電解質膜（固体高分子からなるイオン交換膜）及び正極側触媒層を通り正極に達する。一方、酸素（酸化剤ガス）は第３通孔２３及び酸化剤供給用長孔１５ａを通って酸化剤用スリット１２ａの入口に流入し、酸化剤用スリット１２ａと底壁用基板１３（酸化剤連通用基板１５を含む。）と正極とにより構成された酸化剤ガス流路１８を流れる。このため電解質膜及び正極側触媒層を通って正極に達した水素イオンと、外部回路及びモータを通って正極に達した電子は、酸化剤ガス流路１８を流れる酸素と反応して水が生成される。
【００１７】
上記水素の分解反応及び水の生成反応により燃料ガス流路１７及び酸化剤ガス流路１８内はｐＨゼロという強酸性雰囲気となるけれども、セパレータ１０は耐食性に優れかつ吸水性の殆どない複数のアモルファス金属箔１０ａを積層接着することにより構成されているので、腐食することはなく、また上記のような水の存在下においても脆くならない。この結果、セパレータ１０の耐久性を向上できる。またアモルファス金属箔１０ａの電気伝導度は比較的高く、アモルファス金属箔１０ａを互いに積層接着する導電性接着剤の電気伝導度も比較的高いため、燃料電池の発電効率が低下することはない。
【００１８】
図３及び図４は本発明の第２の実施の形態を示す。図３及び図４において図１と同一符号は同一部品又は同一部分を示す。
この実施の形態では、セパレータ４０を構成する燃料側スリット用基板４１、酸化剤側スリット用基板４２、底壁用基板４３、燃料連通用基板４４及び酸化剤連通用基板４５がそれぞれ複数のアモルファス金属箔１０ａを積層接着することにより形成される。例えば、１枚の厚さが４０μｍであるアモルファス金属箔１０ａを用いて各基板４１〜４５を作製する場合、燃料側スリット用基板４１及び酸化剤側スリット用基板４２ではアモルファス金属箔１０ａを８〜１２枚積層接着し、底壁用基板４３ではアモルファス金属箔１０ａを６〜８枚積層接着し、燃料連通用基板４４及び酸化剤連通用基板４５ではアモルファス金属箔１０ａを６〜８枚積層接着することが好ましい。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００１９】
このように構成された燃料電池用セパレータ４０の製造方法では、燃料側スリット用基板４１、酸化剤側スリット用基板４２、底壁用基板４３、燃料連通用基板４４及び酸化剤連通用基板４５がそれぞれ複数のアモルファス金属箔１０ａを積層することにより作製されることを除いて、第１の実施の形態と略同様の方法で製造される。
このように製造された燃料電池用セパレータ４０では、燃料ガス流路４７及び酸化剤ガス流路４８の孔面積を大きくすることにより、燃料ガス及び酸化剤ガスの流量を増大できるので、燃料電池の出力を向上できることを除いて、動作は第１の実施の形態とほぼ同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００２０】
図５は本発明の第３の実施の形態を示す。図５において図３と同一符号は同一部品又は同一部分を示す。
この実施の形態では、燃料側スリット用基板７１に蛇行する単一の燃料用スリット７１ａ（燃料ガス流路７７の側壁を構成する。）が形成され、酸化剤側スリット用基板７２に蛇行する単一の酸化剤用スリット７２ａ（酸化剤ガス流路７８の側壁を構成する。）が形成される。燃料用スリット７１ａの一端は底壁用基板４３の第１通孔２１に対向する位置まで延びて形成され、燃料用スリット７１ａの他端は底壁用基板４３の第２通孔２２に対向する位置まで延びて形成される。また酸化剤用スリット７２ａの一端は底壁用基板４３の第３通孔２３に対向する位置まで延びて形成され、酸化剤用スリット７２ａの他端は底壁用基板４３の第４通孔２４に対向する位置まで延びて形成される。更にこの実施の形態では、第２の実施の形態の燃料連通用基板及び酸化剤連通用基板は用いられない。上記以外は第２の実施の形態と同一に構成される。
【００２１】
このように構成された燃料電池用セパレータ７０は、燃料連通用基板及び酸化剤連通用基板が不要になることを除いて、第２の実施の形態と略同様の方法で製造される。
このように製造されたセパレータ７０では、燃料連通用基板及び酸化剤連通用基板が不要になるので、部品点数及び組立工数を低減できるとともに、燃料電池の小型化を図ることができることを除いて、動作は第２の実施の形態とほぼ同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、スリット用基板と底壁用基板を、耐食性に優れかつ吸水性の殆どない単一のアモルファス金属箔か或いは２以上のアモルファス金属箔の積層体により形成し、更にこれらの基板を積層接着してセパレータを構成したので、強酸性雰囲気に曝されてもセパレータは腐食せず、水の存在下においてもセパレータは脆くならない。この結果、セパレータの耐久性を向上できる。またカーボンシートにより形成された従来のセパレータと比較して、本発明ではアモルファス金属箔の電気伝導度がカーボンシートより高いため、燃料電池の発電効率の低下を防止できる。
【００２３】
また溶融金属を急冷してアモルファス金属箔からなるアモルファスリボンを作製し、このアモルファスリボンを切断した後にエッチングにて１又は２以上のスリットを形成したスリット用基板を作製し、アモルファスリボンをスリット用基板と同一外形を有するように切断して得られた底壁用基板を作製し、更にスリット用基板と底壁用基板とを積層して導電性接着剤により互いに接着すれば、上記耐久性が向上しかつ電気伝導度の低下しない燃料電池用セパレータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態の燃料電池用セパレータの各基板を積層接着する直前の状態を示す斜視図。
【図２】（ａ−１）は図１のＡ−Ａ線断面図。
（ａ−２）は図１のＢ−Ｂ線断面図。
（ｂ−１）は図２（ａ−１）の各部材を積層した状態を示す断面図。
（ｂー２）は図２（ａ−２）の各部材を積層した状態を示す断面図。
【図３】本発明第２実施形態の各基板を積層接着する直前の状態を示す図１に対応する斜視図。
【図４】燃料側スリット用基板及び酸化剤側スリット基板を構成する複数のアモルファス金属箔を積層接着する直前の状態を示す斜視図。
【図５】本発明第３実施形態の各基板を積層接着する直前の状態を示す図１に対応する斜視図。
【符号の説明】
１０，４０，７０ セパレータ
１０ａ アモルファス金属箔
１１，４１，７１ 燃料側スリット用基板
１１ａ，７１ａ 燃料用スリット
１２，４２，７２ 酸化剤側スリット用基板
１２ａ，７２ａ 酸化剤用スリット
１３，４３ 底壁用基板
１７，４７，７７ 燃料ガス流路
１８，４８，７８ 酸化剤ガス流路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a separator suitable for a fuel cell, particularly a polymer electrolyte fuel cell, and a method for producing the separator.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a separator for this type of fuel cell, a fuel cell separator in which a porous layer made of conductive particles fused to each other is formed on the surface of a base material made of metal is known (for example, Patent Documents). 1). In this fuel cell separator, ribs and grooves are formed on the surface of the base material on which the porous layer is formed, and a porous layer is formed over the surface of the rib top and the inner surface of the groove. Further, at least a part of the porous layer contains amorphous metal.
In the fuel cell separator thus configured, the conductive particles are less likely to be peeled off by the fusion, and the contact resistance is reduced by the formation of the porous layer. In addition, since a liquid such as product water can be retained in the pores of the porous layer, good hydrophilicity can be stably maintained over a long period of time. Furthermore, since the amorphous metal is contained in at least a part of the porous layer, the corrosion resistance of the separator can be improved.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-325966
[Problems to be solved by the invention]
However, in the fuel cell separator disclosed in Patent Document 1, since the conductive particles of the porous layer are randomly laminated on the base material made of stainless steel, the base material has a strongly acidic atmosphere with a pH of zero. There was a risk of corrosion when exposed.
In order to eliminate this point, if a carbon sheet is used as the separator, the corrosion resistance of the separator in a strongly acidic atmosphere is improved, but the separator has a large water absorption, so that the durability is lowered and drainage becomes impossible and the power generation function There was a problem that would decrease.
The objective of this invention is providing the separator for fuel cells which can improve durability by improving corrosion resistance and suppressing water absorption, and its manufacturing method.
Another object of the present invention is to provide a fuel cell separator and a method for manufacturing the same that can prevent a decrease in power generation efficiency by preventing a decrease in electrical conductivity.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As shown in FIGS. 1 and 2, the invention according to claim 1 is a fuel cell separator formed by laminating and bonding a plurality of amorphous metal foils 10a each having the same size and thickness with a conductive adhesive. And having one or more slits 11a, 12a that serve as side walls of the groove-shaped fluid flow paths 17, 18, and formed by a single amorphous metal foil 10a, or two or more amorphous metals A rectangular slit substrate 11, 12 formed by laminating and adhering foils, and laminating and adhering to one surface of the slit substrates 11, 12 to form the bottom wall of the channels 17, 18 and a single amorphous metal foil and a rectangular bottom wall substrate 13 formed with one or two or more amorphous metal foil is stacked bonded by 10a, a slit substrate 11 and 12, the fuel gas A fuel-side slit substrate 11 having one or two or more fuel slits 11a constituting the side wall of the passage 17 and in contact with the negative electrode, and one or more oxidant constituting the side wall of the oxidant gas flow path 18 It comprises an oxidant side slit substrate 12 having a slit 12a and in contact with the positive electrode. First to fourth corners of the fuel side slit substrate 11, the oxidant side slit substrate 12 and the bottom wall substrate 13 are provided. Holes 21 to 24 are respectively formed, and are formed by a single amorphous metal foil 10a between the fuel side slit substrate 11 and the bottom wall substrate 13, or two or more amorphous metal foils 10a are laminated and bonded. The formed fuel communication substrate 14 is interposed, and is formed by a single amorphous metal foil 10a between the oxidant side slit substrate 12 and the bottom wall substrate 13, or two or more assemblies. An oxidant communication substrate 15 formed by laminating and bonding Rufus metal foil 10a is interposed, and a fuel supply long hole that connects one end of the fuel slit 11a to the first communication hole 21 is connected to the fuel communication substrate 14. 14a and a fuel discharge elongated hole 14b that communicates the other end of the fuel slit 11a with the second through hole 22, and the oxidant communicating substrate 15 has one end of the oxidant slit 12a formed in the third through hole. An oxidant supply slot 15a that communicates with the oxidant slit 23 and an oxidant discharge slot 15b that communicates the other end of the oxidant slit 12a with the fourth hole 24 are formed . It is a separator.
[0006]
In the fuel cell separator described in claim 1, since the separator 10 has a laminated structure of a plurality of amorphous metal foils 10a having excellent corrosion resistance and almost no water absorption, the separator 10 is exposed to a strongly acidic atmosphere. The separator 10 does not become brittle even in the presence of water, and the durability of the separator 10 can be improved. In addition, the electrical conductivity of the amorphous metal foil 10a is relatively high, and a reduction in the power generation efficiency of the fuel cell can be prevented.
The invention according to claim 2 is a fuel cell separator configured by laminating and bonding a plurality of amorphous metal foils 10a each having the same size and thickness with a conductive adhesive, as shown in FIG. , Having meandering single slits 71a, 72a that serve as side walls of the groove-like fluid flow paths 77, 78, and are formed by a single amorphous metal foil 10a or two or more amorphous metal foils 10a. The slit substrates 71 and 72 formed by laminating and bonding are laminated and adhered to one surface of the slit substrates 71 and 72 to form the bottom walls of the flow channels 77 and 78 and are formed by a single amorphous metal foil 10a. Or a bottom wall substrate 43 formed by laminating and bonding two or more amorphous metal foils 10a, and at one end and the other end of a meandering single slit 71a, 72a. A fuel cell separator, characterized in that the inlet and outlet of the person parts each channel 77 and 78.
The amorphous metal foil 10a preferably contains Fe and B, and further contains one or more elements selected from the group consisting of Si, Ni, Mo, C, Cr and Co.
Furthermore, the thickness of the amorphous metal foil 10a is preferably 10 to 50 μm.
[0007]
As shown in FIGS. 1 and 2, the invention according to claim 4 includes a step of rapidly cooling a molten metal to produce an amorphous ribbon made of an amorphous metal foil 10a having a thickness of 10 to 50 μm, and after cutting the amorphous ribbon A single amorphous metal foil 10a or two or more laminated amorphous metal foils 10a are formed by forming one or two or more fuel slits 11a and first to fourth through holes 21 to 24 in a corner portion by etching. rectangular and process for manufacturing the substrate 1 1 for fuel-side slits, slits for one or more of the oxidizing agent by etching after cutting the amorphous ribbon to have the same outer diameter as the substrate for 11 fuel-side slit consisting of 12a and a single amorphous metal foil 10a or a laminate of two or more by forming first to fourth through holes 21 to 24 in the corner portion A step of producing an oxidizing agent side slit substrate 12 made of amorphous metal foil 10a which, first to the corner by etching the amorphous ribbon after cutting so as to have a substrate 11, 12 the same outer slit Forming a bottom wall substrate 13 composed of a single amorphous metal foil 10a or two or more laminated amorphous metal foils 10a by forming the fourth through holes 21 to 24, and forming the amorphous ribbon into a slit substrate After cutting to have the same outer shape as 11 and 12, the fuel supply long hole 14a that communicates one end of the fuel slit 11a with the first through hole 21 by etching and the other end of the fuel slit 11a by the second through hole A single amorphous metal foil 10a or two or more laminated amo A step of producing the fuel communication substrate 14 made of the fast metal foil 10a and a third pass through one end of the oxidant slit 12a by etching after cutting the amorphous ribbon so as to have the same outer shape as the slit substrates 11 and 12 are performed. A single amorphous metal foil 10a is formed by forming an oxidant supply slot 15a that communicates with the hole 23 and an oxidant discharge slot 15b that communicates the other end of the oxidant slit 12a with the fourth hole 24. Alternatively, the step of producing the oxidant communication substrate 15 composed of two or more laminated amorphous metal foils 10a, the fuel side slit substrate 11, the fuel communication substrate 14, the bottom wall substrate 13, and the oxidant communication substrate 15 are performed. And a step of laminating the oxidant side slit substrate 12 and bonding them together with a conductive adhesive.
[0008]
By manufacturing a fuel cell separator according to the method described in claim 4, the fuel cell separator 10 according to claim 1, that is, for a fuel cell in which durability is improved and electrical conductivity is not lowered. Separator 10 can be obtained.
As shown in FIG. 5, the invention according to claim 5 includes a step of rapidly cooling the molten metal to produce an amorphous ribbon made of an amorphous metal foil 10 a having a thickness of 10 to 50 μm, and etching after cutting the amorphous ribbon. Forming a single amorphous metal foil 10a or two or more laminated amorphous metal foils 10a by forming a meandering single slit 71a, 72a, and slitting an amorphous ribbon Forming a bottom wall substrate 43 made of a single amorphous metal foil 10a or two or more laminated amorphous metal foils 10a obtained by cutting so as to have the same outer shape as the substrates 71 and 72 for use, and a slit For laminating substrates 71 and 72 for bottom and substrate 43 for bottom wall and bonding them together with a conductive adhesive It is a manufacturing method of a fuel cell separator comprising a.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell separator 10 is a separator of a polymer electrolyte fuel cell, and has the same size (in this embodiment, a rectangular shape) and thickness. A plurality of amorphous metal foils 10a are laminated and bonded with a conductive adhesive. The amorphous metal foil 10a contains Fe and B, and further contains one or more elements selected from the group consisting of Si, Ni, Mo, C, Cr and Co. Specifically, the amorphous metal foil 10a is made of Fe-B-Si, Fe-Ni-Mo-B, Fe-B-Si-C, Fe-B-Si-Cr, Fe-Co-B. It is preferably formed of an amorphous metal such as -Si, Co-Fe-Ni-Mo-B-Si, or Co-Fe-Ni-B-Si.
[0010]
The thickness of the amorphous metal foil 10a is 10 to 50 μm, preferably 40 to 50 μm. Here, the reason why the thickness of the amorphous metal foil 10a is limited to the range of 10 to 50 μm is that the mechanical strength is insufficient when the thickness is less than 10 μm, and the metal is crystallized without becoming amorphous when the thickness exceeds 50 μm. It is. Furthermore, the conductive adhesive is based on a resin such as epoxy, urethane, or acrylic, and is a thermosetting or room temperature curing type conductive material in which conductive particles of metal such as gold, silver, nickel, or carbon are mixed and dispersed. It is made of a functional resin.
[0011]
The separator 10 includes a slit substrate 11, 12 made of a single amorphous metal foil 10 a having slits 11 a, 12 a serving as side walls of the groove-like fluid flow paths 17, 18, and a slit substrate 11, 12. A bottom wall substrate 13 made of a single amorphous metal foil 10a which is laminated and bonded to one surface and serves as the bottom wall of the flow paths 17 and 18 is provided. Examples of the fluid include fuel gas (hydrogen) that flows in contact with the negative electrode of the power generation cell (not shown) and oxidant gas (oxygen, air, etc.) that flows in contact with the positive electrode of the power generation cell. A negative electrode (diffusion layer) is laminated on one surface of an electrolyte membrane (ion exchange membrane made of a solid polymer) via a negative electrode side catalyst layer (platinum), and a positive electrode side catalyst layer (platinum) is laminated on the other surface. The positive electrode (diffusion layer) is laminated through the above, and thereby the power generation cell is configured.
[0012]
The slit substrates 11, 12 have three fuel slits 11 a that extend in the longitudinal direction at a predetermined interval in the width direction and constitute the side walls of the fuel gas flow path 17, and are in contact with the negative electrode. 11 and an oxidant side slit substrate 12 which has three oxidant slits 12a extending in the longitudinal direction with a predetermined interval in the width direction and constituting the side wall of the oxidant gas flow path 18 and in contact with the positive electrode, Consists of. The bottom wall substrate 13 is interposed between the fuel side slit substrate 11 and the oxidant side slit substrate 12. The fuel slits 11a and the oxidant slits 12a may be one, two, or four or more instead of three. Four first to fourth through holes 21 to 24 are formed in each of the four corner portions of the fuel side slit substrate 11, the oxidant side slit substrate 12 and the bottom wall substrate 13. The first through hole 21 is a hole for supplying fuel gas to the negative electrode of the power generation cell, and the second through hole 22 is a hole for discharging the reacted fuel gas from the negative electrode of the power generation cell. The third through hole 23 is a hole for supplying the oxidant gas to the positive electrode of the power generation cell, and the fourth through hole 24 is a hole for discharging the oxidant gas after the reaction from the positive electrode of the power generation cell. The fuel side slit substrate 11 and the oxidant side slit substrate 12 are formed in the same shape.
[0013]
On the other hand, a fuel communication substrate 14 is interposed between the fuel side slit substrate 11 and the bottom wall substrate 13, and an oxidant connection is provided between the oxidant side slit substrate 12 and the bottom wall substrate 13. A common substrate 15 is interposed. The fuel communication substrate 14 has a substantially L-shaped fuel supply long hole 14a that connects one end of the three fuel slits 11a to the first through hole 21, and the other end of the three fuel slits 11a. A substantially L-shaped fuel discharge elongated hole 14 b communicating with the second through hole 22 is formed. The oxidant communication substrate 15 has a substantially L-shaped oxidant supply slot 15a in which one end of the three oxidant slits 12a communicates with the third through hole 23, and three oxidant slits. A substantially L-shaped oxidant discharge elongated hole 15 b that communicates the other end of 12 a with the fourth through hole 24 is formed. Note that one end of the fuel slit 11 a becomes an inlet of the fuel gas passage 17, and the other end of the fuel slit 11 a becomes an outlet of the fuel gas passage 17. One end of the oxidant slit 12 a serves as an inlet of the oxidant gas flow path 18, and the other end of the oxidant slit 12 a serves as an outlet of the oxidant gas flow path 18. Further, the fuel communication substrate 14 and the oxidant communication substrate 15 are formed in the same shape with one of them turned upside down.
[0014]
A method for manufacturing the thus configured fuel cell separator 10 will be described.
First, the molten metal is rapidly cooled to produce an amorphous ribbon made of an amorphous metal foil 10a having a thickness of 10 to 50 μm, preferably 40 to 50 μm. The molten metal contains Fe and B, and preferably contains one or more elements selected from the group consisting of Si, Ni, Mo, C, Cr and Co. Specifically, the molten metal is Fe-B-Si, Fe-Ni-Mo-B, Fe-B-Si-C, Fe-B-Si-Cr, Fe-Co-B-Si. It is preferable that the composition is a system such as a Co-Fe-Ni-Mo-B-Si system or a Co-Fe-Ni-B-Si system.
[0015]
Next, the amorphous ribbon is cut to produce a plurality of rectangular amorphous metal foils 10a having the same size. Next, by performing predetermined etching on each of these amorphous metal foils 10a, a fuel-side slit substrate 11, an oxidant-side slit substrate 12, a bottom wall substrate 13, a fuel communication substrate 14, and an oxidant communication substrate 15 is produced. As the etchant, aqua regia, nitric acid-based strong acid, or the like is used. Further, a conductive adhesive is applied to each of the substrates 11 to 15, and the oxidant side slit substrate 12, the oxidant communication substrate 15, the bottom wall substrate 13, the fuel communication substrate 14 and the fuel side slit are sequentially applied from the bottom. After the substrate 11 is stacked, it is held at 50 to 100 ° C. for 0.5 to 1 hour. Thereby, the separator 10 constituted by laminating and bonding the substrates 11 to 15 is obtained.
[0016]
The operation of the fuel cell using this separator 10 will be described.
Hydrogen (fuel gas) flows into the inlet of the fuel slit 11a through the first through hole 21 and the fuel supply long hole 14a, and includes the fuel slit 11a and the bottom wall substrate 13 (the fuel communication substrate 14). ) And the negative electrode, pass through the negative electrode, and are decomposed into hydrogen ions and electrons on the negative electrode catalyst layer. The decomposed electrons are taken out to an external circuit and supplied to a load such as a motor, and then reach the positive electrode. The decomposed hydrogen ions together with water pass through an electrolyte membrane (ion exchange membrane made of a solid polymer) and a positive electrode side catalyst layer to reach the positive electrode. On the other hand, oxygen (oxidant gas) flows into the inlet of the oxidant slit 12a through the third through hole 23 and the oxidant supply long hole 15a, and the oxidant slit 12a and the bottom wall substrate 13 (oxidant). It flows through the oxidant gas flow path 18 constituted by the communication substrate 15 and the positive electrode. Therefore, hydrogen ions that have reached the positive electrode through the electrolyte membrane and the positive electrode side catalyst layer, and electrons that have reached the positive electrode through the external circuit and the motor react with oxygen flowing through the oxidant gas flow path 18 to generate water. Is done.
[0017]
Although the fuel gas flow path 17 and the oxidant gas flow path 18 have a strongly acidic atmosphere with a pH of zero due to the hydrogen decomposition reaction and the water generation reaction, the separator 10 has a plurality of amorphous materials with excellent corrosion resistance and almost no water absorption. Since it is configured by laminating and bonding the metal foil 10a, it does not corrode and does not become brittle even in the presence of water as described above. As a result, the durability of the separator 10 can be improved. Further, since the electric conductivity of the amorphous metal foil 10a is relatively high and the electric conductivity of the conductive adhesive for laminating and bonding the amorphous metal foils 10a to each other is also relatively high, the power generation efficiency of the fuel cell does not decrease.
[0018]
3 and 4 show a second embodiment of the present invention. 3 and 4, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts or the same parts.
In this embodiment, the fuel-side slit substrate 41, the oxidant-side slit substrate 42, the bottom wall substrate 43, the fuel communication substrate 44, and the oxidant communication substrate 45 constituting the separator 40 each include a plurality of amorphous metals. It is formed by laminating and bonding the foil 10a. For example, when the substrates 41 to 45 are formed using the amorphous metal foil 10a having a thickness of 40 μm, the fuel-side slit substrate 41 and the oxidant-side slit substrate 42 include the amorphous metal foil 10a of 8 to Twelve layers are laminated and bonded, 6 to 8 amorphous metal foils 10a are laminated and bonded to the bottom wall substrate 43, and 6 to 8 amorphous metal foils 10a are laminated and bonded to the fuel communication substrate 44 and the oxidant communication substrate 45. It is preferable. The configuration other than the above is the same as that of the first embodiment.
[0019]
In the method of manufacturing the fuel cell separator 40 configured as described above, the fuel side slit substrate 41, the oxidant side slit substrate 42, the bottom wall substrate 43, the fuel communication substrate 44, and the oxidant communication substrate 45 are provided. It is manufactured by a method substantially the same as that of the first embodiment except that each is manufactured by laminating a plurality of amorphous metal foils 10a.
In the fuel cell separator 40 manufactured in this way, the flow rates of the fuel gas and the oxidant gas can be increased by increasing the hole areas of the fuel gas channel 47 and the oxidant gas channel 48. Except that the output can be improved, the operation is almost the same as that of the first embodiment, so that the repeated explanation is omitted.
[0020]
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. 5, the same reference numerals as those in FIG. 3 denote the same parts or the same parts.
In this embodiment, a single fuel slit 71 a (which constitutes the side wall of the fuel gas channel 77) meandering to the fuel side slit substrate 71 is formed, and the single meandering to the oxidant side slit substrate 72 is formed. One oxidant slit 72a (which constitutes the side wall of the oxidant gas flow path 78) is formed. One end of the fuel slit 71 a extends to a position facing the first through hole 21 of the bottom wall substrate 43, and the other end of the fuel slit 71 a faces the second through hole 22 of the bottom wall substrate 43. It extends to the position. One end of the oxidant slit 72 a is formed to extend to a position facing the third through hole 23 of the bottom wall substrate 43, and the other end of the oxidant slit 72 a is the fourth through hole 24 of the bottom wall substrate 43. Is formed to extend to a position opposite to. Further, in this embodiment, the fuel communication substrate and the oxidant communication substrate of the second embodiment are not used. The configuration other than the above is the same as that of the second embodiment.
[0021]
The fuel cell separator 70 configured as described above is manufactured by a method substantially similar to that of the second embodiment except that the fuel communication substrate and the oxidant communication substrate are not required.
In the separator 70 manufactured in this way, the fuel communication substrate and the oxidant communication substrate are not required, so that the number of parts and the number of assembly steps can be reduced, and the fuel cell can be downsized. Since the operation is almost the same as that of the second embodiment, repeated description is omitted.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the slit substrate and the bottom wall substrate are formed of a single amorphous metal foil having excellent corrosion resistance and almost no water absorption, or a laminate of two or more amorphous metal foils. In addition, since these substrates are laminated and bonded to form a separator, the separator does not corrode even when exposed to a strongly acidic atmosphere, and the separator does not become brittle even in the presence of water. As a result, the durability of the separator can be improved. Moreover, compared with the conventional separator formed with the carbon sheet, since the electrical conductivity of the amorphous metal foil is higher than that of the carbon sheet in the present invention, it is possible to prevent the power generation efficiency of the fuel cell from being lowered.
[0023]
In addition, the molten metal is rapidly cooled to produce an amorphous ribbon made of an amorphous metal foil, and after the amorphous ribbon is cut, a slit substrate in which one or more slits are formed by etching is produced. If the bottom wall substrate obtained by cutting so as to have the same external shape is manufactured, and the slit substrate and the bottom wall substrate are laminated and bonded to each other with a conductive adhesive, the above durability is improved. In addition, it is possible to obtain a fuel cell separator in which the electric conductivity does not decrease.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a state immediately before stacking and bonding substrates of a fuel cell separator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 (a-1) is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
(A-2) is the BB sectional drawing of FIG.
(B-1) is sectional drawing which shows the state which laminated | stacked each member of Fig.2 (a-1).
(B-2) is sectional drawing which shows the state which laminated | stacked each member of FIG. 2 (a-2).
FIG. 3 is a perspective view corresponding to FIG. 1, showing a state immediately before the substrates of the second embodiment of the present invention are laminated and bonded.
FIG. 4 is a perspective view showing a state immediately before laminating and bonding a plurality of amorphous metal foils constituting a fuel side slit substrate and an oxidant side slit substrate.
FIG. 5 is a perspective view corresponding to FIG. 1 showing a state immediately before the substrates of the third embodiment of the present invention are laminated and bonded.
[Explanation of symbols]
10, 40, 70 Separator 10a Amorphous metal foil 11, 41, 71 Fuel side slit substrate 11a, 71a Fuel slit 12, 42, 72 Oxidant side slit substrate 12a, 72a Oxidant slit 13, 43 For bottom wall Substrates 17, 47, 77 Fuel gas flow path 18, 48, 78 Oxidant gas flow path

Claims (5)

それぞれ同一のサイズと厚さとを有する複数のアモルファス金属箔(10a)を導電性接着剤により積層接着して構成された燃料電池用セパレータであって、
凹溝状の流体の流路(17,18,47,48)の側壁となる１又は２以上のスリット(11a,12a)を有しかつ単一のアモルファス金属箔(10a)により形成されるか或いは２以上のアモルファス金属箔(10a)を積層接着して形成された長方形状のスリット用基板(11,12,41,42)と、前記スリット用基板(11,12,41,42)の一方の面に積層接着され前記流路(17,18,47,48)の底壁となりかつ単一のアモルファス金属箔(10a)により形成されるか或いは２以上のアモルファス金属箔(10a)を積層接着して形成された長方形状の底壁用基板(13,43)とを備え、
前記スリット用基板(11,12,41,42)が、燃料ガス流路(17,47)の側壁を構成する１又は２以上の燃料用スリット(11a)を有しかつ負極に接する燃料側スリット用基板(11,41)と、酸化剤ガス流路(18,48)の側壁を構成する１又は２以上の酸化剤用スリット(12a)を有しかつ正極に接する酸化剤側スリット用基板(12,42)とからなり、
前記燃料側スリット用基板(11,41)、前記酸化剤側スリット用基板(12,42)及び前記底壁用基板(13,43)のコーナ部に第１〜第４通孔(21〜24)がそれぞれ形成され、
前記燃料側スリット用基板(11,41)と前記底壁用基板(13,43)との間に単一のアモルファス金属箔(10a)により形成されるか或いは２以上のアモルファス金属箔(10a)を積層接着して形成された燃料連通用基板(14,44)が介装され、
前記酸化剤側スリット用基板(12,42)と前記底壁用基板(13,43)との間に単一のアモルファス金属箔(10a)により形成されるか或いは２以上のアモルファス金属箔(10a)を積層接着して形成された酸化剤連通用基板(15,45)が介装され、
前記燃料連通用基板(14,44)に、前記燃料用スリット(11a)の一端を前記第１通孔(21)に連通する燃料供給用長孔(14a)と、前記燃料用スリット(11a)の他端を前記第２通孔(22)に連通する燃料排出用長孔(14b)とが形成され、
前記酸化剤連通用基板(15,45)に、前記酸化剤用スリット(12a)の一端を前記第３通孔(23)に連通する酸化剤供給用長孔(15a)と、前記酸化剤用スリット(12a)の他端を前記第４通孔(24)に連通する酸化剤排出用長孔(15b)とが形成された
ことを特徴とする燃料電池用セパレータ。A separator for a fuel cell configured by laminating and bonding a plurality of amorphous metal foils (10a) each having the same size and thickness with a conductive adhesive,
Is formed by the groove-like fluid flow path (17,18,47,4 8) 1 or the side walls of two or more slits (11a, 12 a) to have and single amorphous metal foil (10a) Alternatively, a rectangular slit substrate (11, 12, 41, 42 ) formed by laminating and bonding two or more amorphous metal foils (10a), and the slit substrate (11, 12, 41, 4). 2) is laminated and bonded to one surface to form the bottom wall of the flow path (17, 18, 47, 48 ) and is formed by a single amorphous metal foil (10a) or two or more amorphous metal foils ( A rectangular bottom wall substrate (13, 43) formed by laminating and bonding 10a),
The slit substrate (11, 12, 41, 42) has one or more fuel slits (11a) constituting the side wall of the fuel gas flow path (17, 47) and is in contact with the negative electrode. Substrate for oxidant side (11, 41) and one or more oxidant slits (12a) constituting the side walls of the oxidant gas flow path (18, 48) and in contact with the positive electrode ( 12, 42)
First to fourth through holes (21 to 24) in corner portions of the fuel side slit substrate (11, 41), the oxidant side slit substrate (12, 42) and the bottom wall substrate (13, 43). ) Are formed,
A single amorphous metal foil (10a) is formed between the fuel side slit substrate (11, 41) and the bottom wall substrate (13, 43) or two or more amorphous metal foils (10a) A fuel communication substrate (14, 44) formed by laminating and bonding,
A single amorphous metal foil (10a) or two or more amorphous metal foils (10a) are formed between the oxidant side slit substrate (12, 42) and the bottom wall substrate (13, 43). ) Is formed by laminating and bonding the oxidant communication substrate (15, 45),
A fuel supply long hole (14a) for communicating one end of the fuel slit (11a) with the first communication hole (21), and the fuel slit (11a) And a fuel discharge elongated hole (14b) communicating with the second through hole (22) at the other end of the second hole (22),
The oxidant communication substrate (15, 45), an oxidant supply slot (15a) for communicating one end of the oxidant slit (12a) with the third through hole (23), and the oxidant communication substrate A separator for a fuel cell, characterized in that an oxidant discharge elongated hole (15b) that communicates the other end of the slit (12a) with the fourth through hole (24) is formed . それぞれ同一のサイズと厚さとを有する複数のアモルファス金属箔(10a)を導電性接着剤により積層接着して構成された燃料電池用セパレータであって、A separator for a fuel cell configured by laminating and bonding a plurality of amorphous metal foils (10a) each having the same size and thickness with a conductive adhesive,
凹溝状の流体の流路(77,78)の側壁となる蛇行する単一のスリット(71a,72a)を有しかつ単一のアモルファス金属箔(10a)により形成されるか或いは２以上のアモルファス金属箔(10a)を積層接着して形成されたスリット用基板(71,72)と、前記スリット用基板(71,72)の一方の面に積層接着され前記流路(77,78)の底壁となりかつ単一のアモルファス金属箔(10a)により形成されるか或いは２以上のアモルファス金属箔(10a)を積層接着して形成された底壁用基板(43)とを備え、It has a single meandering slit (71a, 72a) that serves as a side wall of the channel (77, 78) of the groove-like fluid and is formed by a single amorphous metal foil (10a) or two or more A slit substrate (71, 72) formed by laminating and bonding an amorphous metal foil (10a), and laminating and adhering to one surface of the slit substrate (71, 72) of the flow path (77, 78) A bottom wall substrate (43) formed as a bottom wall and formed by a single amorphous metal foil (10a) or by laminating and bonding two or more amorphous metal foils (10a);
前記蛇行する単一のスリット(71a,72a)の一端及び他端に相当する部分をそれぞれ前記流路(77,78)の入口及び出口とすることを特徴とする燃料電池用セパレータ。A fuel cell separator characterized in that portions corresponding to one end and the other end of the single slit (71a, 72a) meandering are used as an inlet and an outlet of the flow path (77, 78), respectively. アモルファス金属箔(10a)がＦｅ及びＢを含み、更にＳｉ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃ，Ｃｒ及びＣｏからなる群より選ばれた１種又は２種以上の元素を含む請求項１又は２記載の燃料電池用セパレータ。The fuel according to claim 1 or 2, wherein the amorphous metal foil (10a) contains Fe and B, and further contains one or more elements selected from the group consisting of Si, Ni, Mo, C, Cr and Co. Battery separator. 溶融金属を急冷して厚さ１０〜５０μｍのアモルファス金属箔(10a)からなるアモルファスリボンを作製する工程と、
前記アモルファスリボンを切断した後にエッチングにて１又は２以上の燃料用スリット(11a,41a)とコーナ部に第１〜第４通孔(21〜24)とを形成することにより単一のアモルファス金属箔(10a)或いは２以上の積層されたアモルファス金属箔(10a)からなる長方形状の燃料側スリット用基板(11,41)を作製する工程と、
前記アモルファスリボンを前記燃料側スリット用基板(11,41)と同一外径を有するように切断した後にエッチングにて１又は２以上の酸化剤用スリット(12a,42a)とコーナ部に第１〜第４通孔(21〜24)とを形成することにより単一のアモルファス金属箔(10a)或いは２以上の積層されたアモルファス金属箔(10a)からなる酸化剤側スリット用基板(12,42)を作製する工程と、
前記アモルファスリボンを前記スリット用基板(11,12,41,42)と同一外形を有するように切断した後にエッチングにてコーナ部に第１〜第４通孔(21〜24)とを形成することにより単一のアモルファス金属箔(10a)或いは２以上の積層されたアモルファス金属箔(10a)からなる底壁用基板(13,43)を作製する工程と、
前記アモルファスリボンを前記スリット用基板(11,12,41,42)と同一外形を有するように切断した後にエッチングにて前記燃料用スリット(11a,41a)の一端を前記第１通孔(21)に連通する燃料供給用長孔(14a)と前記燃料用スリット(11a)の他端を前記第２通孔(22)に連通する燃料排出用長孔(14b)とを形成することにより単一のアモルファス金属箔(10a)或いは２以上の積層されたアモルファス金属箔(10a)からなる燃料連通用基板(14,44)を作製する工程と、
前記アモルファスリボンを前記スリット用基板(11,12,41,42)と同一外形を有するように切断した後にエッチングにて前記酸化剤用スリット(12a)の一端を前記第３通孔(23)に連通する酸化剤供給用長孔(15a)と前記酸化剤用スリット(12a)の他端を前記第４通孔(24)に連通する酸化剤排出用長孔(15b)とを形成することにより単一のアモルファス金属箔(10a)或いは２以上の積層されたアモルファス金属箔(10a)からなる酸化剤連通用基板(15,45)を作製する工程と、
前記燃料側スリット用基板(11,41)と前記燃料連通用基板(14,44)と前記底壁用基板(13,43)と前記酸化剤連通用基板(15,45)と前記酸化剤側スリット用基板(12,42)とを積層して導電性接着剤により互いに接着する工程と
を含む燃料電池用セパレータの製造方法。A step of rapidly cooling the molten metal to produce an amorphous ribbon made of an amorphous metal foil (10a) having a thickness of 10 to 50 μm;
A single amorphous metal is formed by forming one or more fuel slits (11a, 41a) and first to fourth through holes (21-24) in the corner by etching after cutting the amorphous ribbon. Producing a rectangular fuel side slit substrate ( 11,41 ) made of a foil (10a) or two or more laminated amorphous metal foils (10a);
The amorphous ribbon is cut so as to have the same outer diameter as the fuel-side slit substrate (11, 41), and then etched to one or more oxidant slits (12a, 42a) and first to first corners. Oxidant side slit substrate (12, 42) comprising a single amorphous metal foil (10a) or two or more laminated amorphous metal foils (10a) by forming fourth through holes (21-24) A step of producing
After the amorphous ribbon is cut to have the same outer shape as the slit substrate (11, 12, 41, 42 ) , first to fourth through holes (21 to 24) are formed in the corner portion by etching. A step of producing a bottom wall substrate (13, 43) comprising a single amorphous metal foil (10a) or two or more laminated amorphous metal foils (10a);
After cutting the amorphous ribbon so as to have the same outer shape as the slit substrate (11, 12, 41, 42), one end of the fuel slit (11a, 41a) is etched to form the first through hole (21). A fuel supply slot (14a) that communicates with the second slit (11a) and a fuel discharge slot (14b) that communicates with the second slot (22). A step of producing a fuel communication substrate (14, 44) comprising the amorphous metal foil (10a) or two or more laminated amorphous metal foils (10a);
After cutting the amorphous ribbon so as to have the same outer shape as the slit substrate (11, 12, 41, 42), one end of the oxidant slit (12a) is etched into the third through hole (23). By forming the communicating oxidant supply slot (15a) and the oxidant slit (12a) at the other end with an oxidant discharge slot (15b) communicating with the fourth passage (24). Producing an oxidant communicating substrate (15, 45) comprising a single amorphous metal foil (10a) or two or more laminated amorphous metal foils (10a);
The fuel side slit substrate (11, 41), the fuel communication substrate (14, 44), the bottom wall substrate (13, 43), the oxidant communication substrate (15, 45), and the oxidant side. And a step of laminating the slit substrates (12, 42) and bonding them to each other with a conductive adhesive. 溶融金属を急冷して厚さ１０〜５０μｍのアモルファス金属箔(10a)からなるアモルファスリボンを作製する工程と、A step of rapidly cooling the molten metal to produce an amorphous ribbon made of an amorphous metal foil (10a) having a thickness of 10 to 50 μm;
前記アモルファスリボンを切断した後にエッチングにて蛇行する単一のスリット(71a,72a)を形成することにより単一のアモルファス金属箔(10a)或いは２以上の積層されたアモルファス金属箔(10a)からなるスリット用基板(71,72)を作製する工程と、By forming a single slit (71a, 72a) meandering by etching after cutting the amorphous ribbon, it consists of a single amorphous metal foil (10a) or two or more laminated amorphous metal foils (10a) A step of manufacturing a substrate for slits (71, 72);
前記アモルファスリボンを前記スリット用基板(71,72)と同一外形を有するように切断して得られた単一のアモルファス金属箔(10a)或いは２以上の積層されたアモルファス金属箔(10a)からなる底壁用基板(43)を作製する工程と、It consists of a single amorphous metal foil (10a) obtained by cutting the amorphous ribbon so as to have the same outer shape as the slit substrate (71, 72) or two or more laminated amorphous metal foils (10a). Producing a bottom wall substrate (43);
前記スリット用基板(71,72)と前記底壁用基板(43)とを積層して導電性接着剤により互いに接着する工程とLaminating the slit substrate (71, 72) and the bottom wall substrate (43) and bonding them together with a conductive adhesive;
を含む燃料電池用セパレータの製造方法。The manufacturing method of the separator for fuel cells containing this.
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