JP5944771B2 - 燃料電池用セパレータ - Google Patents
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Description
流路層を備えており、
この流路層が、金属粉末が接合されて形成された多孔体から構成されており、
この多孔体の内部に、連通する空間が形成されており、
上記流路層の体積に占める上記空間の体積の割合である体積空孔率が、55%以上90%以下であり、
流路層の任意の断面の面積に占める空間の面積の割合である面積空孔率が55%以上90%以下である。
好ましくは、Z軸上の任意の位置における、このZ軸に垂直な断面の面積3mm2 又はそれより大きい面積に対する面積空孔率が55%以上90%以下であり、
Z軸に対して垂直な任意の方向の軸である垂直軸上の任意の位置における、この垂直軸に垂直な断面の面積3mm2 又はそれより大きい面積に対する面積空孔率が55%以上90%以下である。
電解質膜と、この電解質膜を両側から挟み込むように配置された触媒層と、この各触媒層の両外側から挟み込むように配置されたセパレータとを有しており、
上記セパレータが、前述した燃料電池用セパレータのうちのいずれかから構成されている。
2H2 → 4H+ + 4e−
なる反応が起こる。この反応によって生じた水素イオン4H+ は電解質膜2を透過してカソード側流路層12に至る。そして、電子4e− は外部の電気負荷13を流れてカソード側触媒層4に至る。この電子4e− の流れが電気エネルギーとして利用される。
カソード側流路層12には酸素源である空気等が流入している。カソード側触媒層4において、空気等のO2 と、ここに流入した上記水素イオン4H+ 及び電子4e− とにより、
2O2 + 4H+ + 4e− → 2H2O
なる反応が起こって水2H2O が生成される。水2H2O はカソード側流路層12を通って排出される。
実施例1から20として、燃料電池の単位セル1の主要構成、及び、評価対象としての主要特性が表1から4に示されている。上記主要構成として、セパレータ本体9、10の材質、セパレータの流路層11、12を構成する多孔体の金属粉末の材質、金属粉末の粒径、この多孔体の厚さ、及び、多孔体の空孔率が挙げられている。流路層の平面視形状は、縦横ともに50mmの正方形である。他の構成は、全実施例1から20について同一である。上記主要特性としては、流路層(多孔体)11、12を通過する流体の圧力損失、及び、単位セル1の出力密度比率が挙げられている。この流体として空気が用いられた。
比較例1から10として、燃料電池の単位セルの主要構成、及び、評価対象としての主要特性が表4及び5に示されている。上記主要構成として、セパレータ本体の材質、セパレータの流路層を構成する多孔体の金属粉末の材質、金属粉末の粒径、この多孔体の厚さ、及び、多孔体の空孔率が挙げられている。流路層の平面視形状は、縦横ともに50mmの正方形である。他の構成は、実施例1と同一である。上記主要特性としては、流路層(多孔体)を通過する流体の圧力損失、及び、単位セル1の出力密度比率が挙げられている。空孔率(%)の算出方法、圧力損失の測定方法、及び、出力密度比率の算出方法は、上記した実施例1から20に対するのと同じである。
[評価]
2・・・電解質膜
3・・・(アノード側)触媒層
4・・・(カソード側)触媒層
5・・・(アノード側)ガス拡散層
6・・・(カソード側)ガス拡散層
7・・・(アノード側)セパレータ
8・・・(カソード側)セパレータ
9・・・(アノード側)セパレータ本体
10・・・(カソード側)セパレータ本体
11・・・(アノード側)流路層
12・・・(カソード側)流路層
13・・・電気負荷
15・・・多孔体
16・・・金属粉末
17・・・空間
18・・・供給口
19・・・排出口
Claims (6)
- セパレータ本体及び流路層を備えた燃料電池用セパレータの製造方法であって、
上記セパレータ本体に凹所が形成され、この凹所内に金属粉末が充填され、焼結されることにより、この凹所内に多孔体が形成され、
上記流路層が、この多孔体から構成され、
この多孔体の内部に、連通する空間が形成されており、
上記流路層の体積に占める上記空間の体積の割合である体積空孔率が、55%以上90%以下、又は、
流路層の任意の断面の面積に占める空間の面積の割合である面積空孔率が55%以上90%以下にされる燃料電池用セパレータの製造方法。 - 上記流路層の任意の部位における、体積3mm3 又はそれより大きい体積に対する体積空孔率が55%以上90%以下にされる請求項1に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
- 上記セパレータ本体の面に対して垂直な方向の軸をZ軸とするとき、
任意のZ軸上の任意の位置における、このZ軸に垂直な断面の面積3mm2 又はそれより大きい面積に対する面積空孔率が55%以上90%以下であり、
Z軸に対して垂直な方向の任意の軸である垂直軸上の任意の位置における、この垂直軸に垂直な断面の面積3mm2 又はそれより大きい面積に対する面積空孔率が55%以上90%以下にされる請求項1又は2に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。 - 上記金属粉末が球状粉末である請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
- 上記金属粉末がアトマイズ法により製造される請求項1から4のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
- 電解質膜をその両側から挟み込むように触媒層を配置し、この各触媒層をその両外側から挟み込むようにセパレータを配置する燃料電池の製造方法であって、
上記セパレータが、請求項1から5のいずれかに記載の製造法によって製造される燃料電池の製造方法。
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