JP4965107B2 - 燃料電池セパレータの製造方法 - Google Patents
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Description
図9は、従来の煮込みを示す。
まず、図9の(イ)に示すように、セパレータ70を煮込み缶73に1枚ずつ挿入し、セレータ70を横向き(セパレータ70が水平となる向き)にして積載していく。セパレータ70間にはスペーサ71を挟む。この状態で、煮込む。
ついで、図9の(ロ)に示すように、煮込み缶から取り出したセパレータ70を縦向き(セパレータ70が鉛直となる向き)にし、かつ互いの間に間隔をおいて、金属製の洗浄治具74に搭載し、セパレータ70と洗浄治具74を共に洗浄槽75に入れて洗浄液で洗浄する。
ついで、図9の(ハ)に示すように、洗浄されたセパレータ70を乾燥缶77に1枚ずつ挿入し、セパレータ70を横向き(セパレータ70が水平となる向き)にして積載していく。セパレータ70間にはスペーサ76を挟む。この状態で、乾燥する。
特開2004−342419号公報は、燃料電池セパレータの製造における、セパレータの洗浄(図9の(ロ)に対応)を開示している。その場合、洗浄水を加熱することも開示しており、その場合は、煮込みに近い効果もあると考えられる。
すなわち、セパレータを保持する治具が金属製のため、治具により、あるいは治具への装着あるいは離脱時に落下して治具に当たったりすることにより、セパレータ(とくにカーボンセパレータ、ただしカーボンセパレータに限らず)を傷つけるおそれがあった。
(1)ショットブラスト工程と、煮込み工程と、洗浄工程と、乾燥工程と、を順に有し、前記煮込み工程から前記乾燥工程までは、複数のセパレータをセパレータ保持用治具に保持して治具ごと移す燃料電池カーボンセパレータの製造方法であって、
前記セパレータ保持用治具に、少なくともセパレータと接触する部分が弾性体からなり、セパレータの面がほぼ鉛直となるように保持し、複数のセパレータを、互いの面がほぼ平行となるようにかつ互いの間に間隔をもたせて支持する治具を用い、
前記煮込み工程前の前記ショットブラスト工程では、セパレータの冷媒流路面とセパレータのガス流路がある側の面の非発電領域面をマスキングして、セパレータのガス流路がある側の面の発電領域面のみにショットブラストをかけ、
前記煮込み工程では、セパレータのガス流路がある側の面の非発電領域面を露出させて煮込み液と接触させる、
燃料電池セパレータの製造方法。
また、煮込み中に、治具が、セパレータを、互いの面がほぼ平行となるようにかつ互いの間に間隔をもたせて、支持するので、セパレータ間にスペーサを挟む必要がなく、スペーサがあった場合にスペーサに触れているセパレータ部分の濡れ性が悪くなるという問題がなくなる。
また、煮込み中に、治具が、セパレータを、セパレータの面がほぼ鉛直となるように保持するので、液への出し入れの際にセパレータにかかる液圧、気泡からセパレータにかかる圧力、等によってワークに面直方向の反りが生じにくく、従来あった反りが生じた時のセパレータ同士の接触部分の濡れ性が悪くなるという問題がなくなる。
また、治具が、セパレータの発電面を露出させた状態でセパレータを保持するので、セパレータのガス流路の濡れ性を向上させることができ、燃料電池のフラッディングを抑制することができる。
また、セパレータが、煮込みの前にショットブラストをかけられたものであるので、セパレータは、ショットブラストによる撥水性の付着物や樹脂リッチ撥水性層の削り取りと、煮込みによる、ショットブラストで除去できなかった撥水性の付着物や樹脂リッチ撥水性層の溶出除去によって、ほぼ完全に、かつ、効果的に撥水性の付着物や樹脂リッチ撥水性層を除去することができ、燃料電池のフラッディングを抑制することができる。
また、ショットブラスト工程で、セパレータのガス流路がある側の面の非発電領域面をマスキングして、セパレータと接着剤との接着力の発電領域面のみにショットブラストをかけるので、接着力がよい。また、煮込み工程でセパレータのガス流路がある側の面の非発電領域面を露出させるので、煮込みにより面が滑らかになり、接着剤との接着力が増大する。
本発明の燃料電池セパレータの製造方法により製造されたセパレータが組み込まれる燃料電池は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池10である。燃料電池10は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜11とこの電解質膜11の一面に配置された触媒層からなる電極(アノード、燃料極)14および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極(カソード、空気極)17とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ18との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層13、16が設けられる。
各種流体は、互いに、かつ外部から、それぞれシールされる。各セル10のMEAを挟む2つのセパレータ18間は、第1のシール部材32によってシールされており、隣接するセル19同士の間は、第2のシール部材33によってシールされている。
アノード側:H2 →2H+ +2e-
カソード側:2H+ +2e- +(1/2)O2 →H2 O
すなわち、ショットブラストを行って効率的にセパレータ(ワーク)表面層を削り取り、ショットブラストで取りきれずに残っている疎水層を煮込みで除去する方法である。
複数のセパレータ(ワーク)18は共通の弾性体サポート53によって支持されることが望ましい。
これによって、セパレータ(ワーク)18のガス流路27、28の面の濡れ性を向上させることができ、燃料電池のフラッディングを抑制することができる。
ショットブラストは、セパレータ(ワーク)18の発電領域のガス流路面にかけられ、冷媒流路面と、ガス流路27、28がある側の面の非発電領域(接着剤シールがある部分)には、マスキングして、ショットブラストはかけられない。これは、セパレータ(ワーク)18のガス流路27、28がある側の面の非発電領域(接着剤シールがある部分)にショットブラストをかけると面が荒れてセパレータ(ワーク)表面と接着剤との接着力が低下し漏れが生じるのを防止するためである。
ただし、セパレータ(ワーク)18のガス流路27、28がある側の面の非発電領域(接着剤シールがある部分)は、煮込み時には露出させて(マスキングしない)、煮込み液と接触するようにする。これは煮込みにより面を滑らかにして接着剤との接着力を増大させるためである。
図5では、煮込み缶57に液排出用のバルブ65を設けておいて、煮込み終了時に、煮込み缶57の治具50とセパレータ18は取り出さずにそのままにして、バルブ65を開にして煮込み液を排出する(図5の(イ))。ついで、全煮込み液が排出すると、バルブ65を閉じて煮込み缶57の中に常温の洗浄液を投入し、煮込み缶57の中のセパレータ18を洗浄する(図5の(ロ))。洗浄終了時に、煮込み缶57の治具50とセパレータ18は取り出さずにそのままにして、バルブ65を開にして洗浄液を排出する(図5の(ハ))。ついで、全洗浄液が排出すると、煮込み缶57の中のセパレータ18を、自然乾燥するか、または風を送り込むことにより強制乾燥する(図5の(ニ))。
図5の方法ではバルブ65を設けて液を排出する場合を示したが、ホースなどを用いてサイフォンの原理を用いた排出や、ポンプによる排出も可能である。
図5の洗浄方法では、洗浄専用スペースを設ける必要がない。
11 電解質膜
13、16 拡散層
14 アノード
17 カソード
18 セパレータ(ワーク)
19 MEA
20 ターミナル
21 インシュレータ
22 エンドプレート
23 燃料電池スタック
24 締結部材(テンションプレート)
25 ボルト
26 冷媒流路(冷却水流路)
27 燃料ガス流路
28 酸化ガス流路
29 冷媒マニホールド
30 燃料ガスマニホールド
31 酸化ガスマニホールド
32 第1のシール部材
33 第2のシール部材
50 燃料電池セパレータ保持用治具
51 ベース
52 柱
53 サポート
54 スリット
55 ナット
56 フック
57 煮込み缶
58 洗浄槽
59 乾燥缶
60 ショットブラスト工程
61 煮込み工程
62 洗浄工程
63 乾燥工程
65 バルブ
70 従来セパレータ
71、72 スペーサ
73 煮込み缶
74 洗浄治具
75 洗浄槽
76 スペーサ
77 乾燥缶
Claims (1)
- ショットブラスト工程と、煮込み工程と、洗浄工程と、乾燥工程と、を順に有し、前記煮込み工程から前記乾燥工程までは、複数のセパレータをセパレータ保持用治具に保持して治具ごと移す燃料電池カーボンセパレータの製造方法であって、
前記セパレータ保持用治具に、少なくともセパレータと接触する部分が弾性体からなり、セパレータの面がほぼ鉛直となるように保持し、複数のセパレータを、互いの面がほぼ平行となるようにかつ互いの間に間隔をもたせて支持する治具を用い、
前記煮込み工程前の前記ショットブラスト工程では、セパレータの冷媒流路面とセパレータのガス流路がある側の面の非発電領域面をマスキングして、セパレータのガス流路がある側の面の発電領域面のみにショットブラストをかけ、
前記煮込み工程では、セパレータのガス流路がある側の面の非発電領域面を露出させて煮込み液と接触させる、
燃料電池セパレータの製造方法。
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