JP6349985B2 - Separator for fuel cell and fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池用のセパレータおよび燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell separator and a fuel cell.

燃料電池は、一般に、複数の単セルが積層されて締結されたスタックの形態で使用される。各単セルは、膜電極接合体と、膜電極接合体の表面に配置されたガス拡散層と、ガス拡散層の表面に配置されたセパレータとを有する。燃料電池スタックの製造の際には、燃料電池スタックを構成する各部材が積層された後、外部から押圧力(締結荷重)が加えられた状態で、所定の固定部材により各部材が固定される。これにより、燃料電池スタックにおいて締結荷重が維持され、各層間の接触抵抗が低く保たれる。   A fuel cell is generally used in the form of a stack in which a plurality of single cells are stacked and fastened. Each single cell has a membrane electrode assembly, a gas diffusion layer disposed on the surface of the membrane electrode assembly, and a separator disposed on the surface of the gas diffusion layer. When manufacturing the fuel cell stack, the members constituting the fuel cell stack are stacked, and then each member is fixed by a predetermined fixing member with a pressing force (fastening load) applied from the outside. . As a result, the fastening load is maintained in the fuel cell stack, and the contact resistance between the layers is kept low.

近年、主として燃料電池の小型軽量化、低コスト化の観点から、セパレータの材料としてTi(チタン)を用いることが提案されている。セパレータの材料としてTiを用いる場合には、Ti表面に不動態被膜(TiO2)が形成されて接触抵抗が増大するおそれがあるという課題がある。このような課題を解決するために、Ti製の基材の表面にTiOx層を形成することにより、Ti基材の表面に不動態被膜が形成されることを抑制する技術が提案されている(例えば特許文献1参照)。ここで、TiOxは、酸素欠損した酸化チタンであり、TiO2を含む。   In recent years, it has been proposed to use Ti (titanium) as a separator material mainly from the viewpoint of reducing the size and weight of fuel cells and reducing the cost. When Ti is used as the material for the separator, there is a problem that a passive film (TiO2) is formed on the Ti surface and the contact resistance may increase. In order to solve such a problem, a technique for suppressing the formation of a passive film on the surface of the Ti substrate by forming a TiOx layer on the surface of the Ti substrate is proposed ( For example, see Patent Document 1). Here, TiOx is an oxygen-deficient titanium oxide and includes TiO2.

国際公開第2010/038544号International Publication No. 2010/038544 特開2013−200970号公報JP 2013-201000 A 特開2012−186176号公報JP 2012-186176 A 特開2012−28045号公報JP 2012-28045 A

上記従来の技術には、以下に述べる課題があることが、本願発明者によって見出された。一般に、ガス拡散層は、カーボンクロス、カーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成されており、その表面は滑らかではない。そのため、燃料電池スタック中の各セパレータは、ガス拡散層側から局所的な荷重を受けることとなる。上記従来の技術では、セパレータが局所的な荷重を受けることにより、セパレータ表面のTiOx層に割れが発生してTi基材が露出し、Ti基材表面に不動態被膜が形成されて接触抵抗が増大する場合がある、という課題があった。さらに、各セパレータにかかる荷重は、燃料電池スタックを製造する際の積層・締結のやり直し、発電時の温度変化や電解質膜の膨潤・収縮、燃料電池を搭載する移動体(例えば燃料電池自動車)の移動に伴う振動や衝撃等を原因として、変動する場合がある。セパレータにかかる荷重が変動すると、セパレータ表面のTiOx層に割れが発生する可能性がさらに高くなる。このように、Ti製の基材の表面にTiOx層が形成された構成のセパレータを用いる場合には、TiOx層の割れを原因として接触抵抗が増大するおそれがある、という課題があった。そのほか、従来の燃料電池用セパレータにおいては、その小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。   The inventor of the present application has found that the above conventional techniques have the following problems. Generally, the gas diffusion layer is formed of carbon cloth, carbon paper, or carbon felt, and its surface is not smooth. Therefore, each separator in the fuel cell stack receives a local load from the gas diffusion layer side. In the above conventional technique, when the separator receives a local load, a crack occurs in the TiOx layer on the separator surface, the Ti base material is exposed, a passive film is formed on the Ti base material surface, and contact resistance is reduced. There was a problem that it might increase. Furthermore, the load applied to each separator is repeated during stacking / fastening when manufacturing the fuel cell stack, temperature change during power generation, swelling / shrinkage of the electrolyte membrane, and the moving body (for example, fuel cell vehicle) mounted with the fuel cell. It may fluctuate due to vibration or shock accompanying movement. When the load applied to the separator fluctuates, the possibility of cracking in the TiOx layer on the separator surface is further increased. Thus, when using a separator having a TiOx layer formed on the surface of a Ti substrate, there is a problem that the contact resistance may increase due to cracking of the TiOx layer. In addition, conventional fuel cell separators are desired to be reduced in size, reduced in cost, resource-saving, easy to manufacture, and improved in usability.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、燃料電池用のセパレータが提供される。このセパレータは、Ti(チタン)製の基材と、前記基材の表面に形成されたTiOx層と、炭素を含む層であって、前記TiOx層の少なくとも一部の表面に配置され、前記TiOx層の割れの発生を抑制し、導電性を有する保護層と、を備え、前記保護層は、前記セパレータが燃料電池に用いられた場合に、少なくとも、前記燃料電池のガス拡散層との接触部分、および、隣接する他の燃料電池のセパレータとの接触部分に配置されている。
この形態のセパレータによれば、炭素を含む層である保護層によってTiOx層の割れの発生を抑制することができるため、TiOx層の割れを原因とする接触抵抗の増大を抑制することができる。
その他、本発明は、以下の形態としても実現することが可能である。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.
According to one aspect of the present invention, a separator for a fuel cell is provided. The separator is a Ti (titanium) base material, a TiOx layer formed on the surface of the base material, and a layer containing carbon, and is disposed on at least a part of the surface of the TiOx layer. A protective layer that suppresses the occurrence of cracks in the layer and has conductivity, and when the separator is used in a fuel cell, the protective layer is at least a contact portion with the gas diffusion layer of the fuel cell. , And a portion in contact with a separator of another adjacent fuel cell.
According to this form of separator, since the generation of cracks in the TiOx layer can be suppressed by the protective layer that is a layer containing carbon, an increase in contact resistance caused by the cracks in the TiOx layer can be suppressed.
In addition, the present invention can be realized as the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、燃料電池用のセパレータが提供される。このセパレータは、Ti(チタン)製の基材と、前記基材の表面に形成されたTiOx層と、炭素を含む層であって、前記TiOx層の少なくとも一部の表面に配置され、前記TiOx層の割れの発生を抑制し、導電性を有する層と、を備える。この形態のセパレータによれば、炭素を含む層によってTiOx層の割れの発生を抑制することができるため、TiOx層の割れを原因とする接触抵抗の増大を抑制することができる。 (1) According to one aspect of the present invention, a separator for a fuel cell is provided. The separator is a Ti (titanium) base material, a TiOx layer formed on the surface of the base material, and a layer containing carbon, and is disposed on at least a part of the surface of the TiOx layer. And generation of cracks in the layer, and a layer having conductivity. According to the separator of this form, since the generation of cracks in the TiOx layer can be suppressed by the carbon-containing layer, an increase in contact resistance caused by the crack in the TiOx layer can be suppressed.

(2)上記形態のセパレータにおいて、前記炭素を含む層は、少なくとも、前記セパレータにおける前記燃料電池のガス拡散層に接触するべき部分に配置されているとしてもよい。この形態のセパレータによれば、TiOx層の割れが発生しやすい上記接触部分においてTiOx層の割れの発生を抑制することができるため、TiOx層の割れを原因とする接触抵抗の増大を効果的に抑制することができる。 (2) In the separator of the above aspect, the carbon-containing layer may be disposed at least in a portion of the separator that should contact the gas diffusion layer of the fuel cell. According to the separator of this embodiment, since the generation of cracks in the TiOx layer can be suppressed at the contact portion where the cracks in the TiOx layer are likely to occur, the increase in contact resistance caused by the crack in the TiOx layer is effectively increased. Can be suppressed.

(3)上記形態のセパレータにおいて、前記セパレータにおける前記燃料電池のガス拡散層に対向するべき領域以外の特定領域に、前記炭素を含む層が配置されず前記TiOx層が露出した部分を有するとしてもよい。この形態のセパレータによれば、特定領域に炭素を含む層を配置することによって生じる不具合の発生を抑制することができる。 (3) In the separator of the above aspect, the carbon-containing layer may not be disposed in a specific region other than the region that should face the gas diffusion layer of the fuel cell in the separator, and the TiOx layer may be exposed. Good. According to the separator of this form, it is possible to suppress the occurrence of problems caused by disposing the carbon-containing layer in the specific region.

(4)上記形態のセパレータにおいて、前記特定領域は、前記セパレータにおける前記燃料電池のシール部材に接触するべき領域であるとしてもよい。この形態のセパレータによれば、セパレータにおけるシール部材に接触するべき領域に炭素を含む層を配置しないことにより、セパレータとシール部材との接着性が確保され、ガスシール性の低下を抑制することができる。 (4) In the separator according to the above aspect, the specific region may be a region in the separator that is to contact a seal member of the fuel cell. According to the separator of this form, the adhesion between the separator and the sealing member is ensured by suppressing the deterioration of the gas sealing performance by not disposing the carbon-containing layer in the region that should contact the sealing member in the separator. it can.

上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。   A plurality of constituent elements of each aspect of the present invention described above are not indispensable, and some or all of the effects described in the present specification are to be solved to solve part or all of the above-described problems. In order to achieve the above, it is possible to appropriately change, delete, replace with another new component, and partially delete the limited contents of some of the plurality of components. In order to solve part or all of the above-described problems or to achieve part or all of the effects described in this specification, technical features included in one embodiment of the present invention described above. A part or all of the technical features included in the other aspects of the present invention described above may be combined to form an independent form of the present invention.

本発明は、燃料電池用セパレータ以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、本発明は、セパレータを備える燃料電池、燃料電池を備える燃料電池システム、燃料電池システムを備える移動体、これらの製造方法等の形態で実現することができる。   The present invention can be realized in various forms other than the fuel cell separator. For example, the present invention can be realized in the form of a fuel cell including a separator, a fuel cell system including a fuel cell, a moving body including a fuel cell system, a manufacturing method thereof, and the like.

本発明の実施形態における燃料電池システム10の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell system 10 in embodiment of this invention. セパレータ40,50の詳細構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the detailed structure of the separators 40 and 50. FIG. 単セル140中のセパレータ40,50にかかる荷重の変動とセパレータ40,50とガス拡散層32,34との間の接触抵抗との関係を調べる実験結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the experimental result which investigates the relationship between the fluctuation | variation of the load concerning the separators 40 and 50 in the single cell 140, and the contact resistance between the separators 40 and 50 and the gas diffusion layers 32 and 34. 単セル140中のセパレータ40,50にかかる荷重の変動とセパレータ40,50とガス拡散層32,34との間の接触抵抗との関係を調べる実験結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the experimental result which investigates the relationship between the fluctuation | variation of the load concerning the separators 40 and 50 in the single cell 140, and the contact resistance between the separators 40 and 50 and the gas diffusion layers 32 and 34.

A.実施形態:
図1は、本発明の実施形態における燃料電池システム10の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム10は、例えば、自動車等の移動体に搭載され、移動体からの出力要求に応じて移動体の駆動力として用いられる電力を出力する。
A. Embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 10 is mounted on a mobile body such as an automobile, for example, and outputs electric power used as a driving force for the mobile body in response to an output request from the mobile body.

燃料電池システム10は、固体高分子型の燃料電池スタック100を備えている。燃料電池スタック100は、エンドプレート110と、絶縁板120と、集電板130と、複数の単セル140と、集電板130と、絶縁板120と、エンドプレート110とが、この順に積層されたスタック構造を有している。燃料電池スタック100の製造の際には、燃料電池スタック100を構成する各部材が積層された後、外部から所定の押圧力(締結荷重)が加えられた状態で、テンションプレート(不図示)の両端がボルト(不図示)によって各エンドプレート110に固定される。これにより、燃料電池スタック100において締結荷重が維持され、各層間の接触抵抗が低い状態が保たれる。   The fuel cell system 10 includes a polymer electrolyte fuel cell stack 100. In the fuel cell stack 100, an end plate 110, an insulating plate 120, a current collecting plate 130, a plurality of single cells 140, a current collecting plate 130, an insulating plate 120, and an end plate 110 are laminated in this order. Have a stack structure. When the fuel cell stack 100 is manufactured, the members constituting the fuel cell stack 100 are stacked, and then a tension plate (not shown) is applied with a predetermined pressing force (fastening load) applied from the outside. Both ends are fixed to each end plate 110 by bolts (not shown). Thereby, the fastening load is maintained in the fuel cell stack 100, and the state in which the contact resistance between the respective layers is low is maintained.

燃料電池スタック100には、高圧水素を貯蔵した水素タンク150から、シャットバルブ151、レギュレータ152、配管153を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。燃料電池スタック100に供給された燃料ガスは、図示しない燃料ガス供給用マニホールドを介して各単セル140に分配され、各単セル140における発電に利用される。各単セル140において利用されなかった燃料ガス(アノードオフガス)は、図示しない燃料ガス排出用マニホールドを介して集められ、排出配管163を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。なお、燃料電池システム10は、アノードオフガスを配管153側に再循環させる再循環機構を有するとしてもよい。   Hydrogen as fuel gas is supplied to the fuel cell stack 100 from a hydrogen tank 150 that stores high-pressure hydrogen via a shut valve 151, a regulator 152, and a pipe 153. The fuel gas supplied to the fuel cell stack 100 is distributed to each single cell 140 via a fuel gas supply manifold (not shown) and used for power generation in each single cell 140. The fuel gas (anode off gas) that has not been used in each single cell 140 is collected via a fuel gas discharge manifold (not shown) and discharged to the outside of the fuel cell stack 100 via a discharge pipe 163. The fuel cell system 10 may have a recirculation mechanism that recirculates the anode off gas to the pipe 153 side.

燃料電池スタック100には、また、エアポンプ160および配管161を介して、酸化剤ガスとしての空気が供給される。燃料電池スタック100に供給された酸化剤ガスは、図示しない酸化剤ガス供給用マニホールドを介して各単セル140に分配され、各単セル140における発電に利用される。各単セル140において利用されなかった酸化剤ガス(カソードオフガス)は、図示しない酸化剤ガス排出用マニホールドを介して集められ、排出配管154を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。なお、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、反応ガスとも呼ばれる。   The fuel cell stack 100 is also supplied with air as an oxidant gas via the air pump 160 and the pipe 161. The oxidant gas supplied to the fuel cell stack 100 is distributed to each single cell 140 via an oxidant gas supply manifold (not shown) and used for power generation in each single cell 140. The oxidant gas (cathode off gas) that has not been used in each single cell 140 is collected via an oxidant gas discharge manifold (not shown) and discharged to the outside of the fuel cell stack 100 via a discharge pipe 154. The fuel gas and the oxidant gas are also called reaction gas.

さらに、燃料電池スタック100には、ウォーターポンプ171および配管172を介して、ラジエータ170により冷却された冷却媒体が供給される。燃料電池スタック100に供給された冷却媒体は、図示しない冷却媒体供給用マニホールドを介して各単セル140に分配され、各単セル140を冷却する。各単セル140を冷却した後の冷却媒体は、図示しない冷却媒体排出用マニホールドを介して集められ、配管173を介してラジエータ170に循環する。冷却媒体としては、例えば、水、エチレングリコール等の不凍水、空気などが用いられる。本例では、冷却媒体として水(「冷却水」とも呼ぶ)が用いられる。   Further, the cooling medium cooled by the radiator 170 is supplied to the fuel cell stack 100 via the water pump 171 and the pipe 172. The cooling medium supplied to the fuel cell stack 100 is distributed to each single cell 140 via a cooling medium supply manifold (not shown) to cool each single cell 140. The cooling medium after cooling each single cell 140 is collected via a cooling medium discharge manifold (not shown) and circulates to the radiator 170 via a pipe 173. As the cooling medium, for example, water, antifreeze water such as ethylene glycol, air, or the like is used. In this example, water (also referred to as “cooling water”) is used as the cooling medium.

燃料電池スタック100に含まれる各単セル140は、図1の下部に一部を拡大して示すように、電解質膜の一方の表面にカソード(カソード側触媒層)が配置され、他方の表面にアノード(アノード側触媒層)が配置された膜電極接合体(以下、MEAと呼ぶ)30と、MEA30のカソード側表面に配置されたカソード側ガス拡散層32と、MEA30のアノード側表面に配置されたアノード側ガス拡散層34とから構成された積層体を、一対のセパレータ、すなわちカソード側セパレータ40およびアノード側セパレータ50によって挟持した構成を有している。   Each unit cell 140 included in the fuel cell stack 100 has a cathode (cathode side catalyst layer) disposed on one surface of the electrolyte membrane and a surface on the other surface, as shown partially enlarged in the lower part of FIG. A membrane electrode assembly (hereinafter referred to as MEA) 30 in which an anode (anode side catalyst layer) is disposed, a cathode side gas diffusion layer 32 disposed on the cathode side surface of MEA 30, and an anode side surface of MEA 30 In addition, the laminate composed of the anode-side gas diffusion layer 34 is sandwiched between a pair of separators, that is, a cathode-side separator 40 and an anode-side separator 50.

MEA30に含まれる電解質膜は、フッ素系樹脂材料や炭化水素系樹脂材料等で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン導電性を有する。また、MEA30に含まれるカソードおよびアノードは、例えば、カーボンに担持された触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金を含んでいる。   The electrolyte membrane included in the MEA 30 is a solid polymer membrane formed of a fluorine-based resin material, a hydrocarbon-based resin material, or the like, and has good proton conductivity in a wet state. Further, the cathode and anode included in the MEA 30 include, for example, platinum as a catalyst supported on carbon or an alloy made of platinum and other metals.

カソード側ガス拡散層32およびアノード側ガス拡散層34(以下、まとめてガス拡散層32,34とも呼ぶ)は、例えばカーボンクロス、カーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成されており、反応ガスを拡散させつつMEA30に供給すると共に、MEA30から排出された反応ガスを排出マニホールドに向かって移動させる。なお、ガス拡散層32,34は上述した材料により形成されているため、その表面は滑らかではない。本実施形態では、アノード側ガス拡散層34の長さ(燃料電池スタック100の積層方向に直交する方向に沿った長さ、以下同様)は、カソード側ガス拡散層32の長さより長い。すなわち、各単セル140の周縁部には、MEA30がカソード側ガス拡散層32には支持されず、アノード側ガス拡散層34のみによって支持されている部分が存在する。   The cathode side gas diffusion layer 32 and the anode side gas diffusion layer 34 (hereinafter also collectively referred to as gas diffusion layers 32, 34) are formed of, for example, carbon cloth, carbon paper, or carbon felt, while diffusing the reaction gas. While supplying to MEA30, the reaction gas discharged | emitted from MEA30 is moved toward a discharge manifold. In addition, since the gas diffusion layers 32 and 34 are formed with the material mentioned above, the surface is not smooth. In the present embodiment, the length of the anode side gas diffusion layer 34 (the length along the direction orthogonal to the stacking direction of the fuel cell stack 100, hereinafter the same) is longer than the length of the cathode side gas diffusion layer 32. That is, the MEA 30 is not supported by the cathode-side gas diffusion layer 32 but is supported only by the anode-side gas diffusion layer 34 at the periphery of each unit cell 140.

カソード側セパレータ40およびアノード側セパレータ50(以下、まとめてセパレータ40,50とも呼ぶ)は、例えばプレス成形された金属材料により形成されている。カソード側セパレータ40は、断面波形の部分を有しており、カソード側セパレータ40とカソード側ガス拡散層32との間に酸化剤ガス流路溝42が形成される。酸化剤ガス流路溝42は、酸化剤ガスのカソード側ガス拡散層32への供給、および、カソード側ガス拡散層32からの酸化剤ガスの排出に利用される。同様に、アノード側セパレータ50は、断面波形の部分を有しており、アノード側セパレータ50とアノード側ガス拡散層34との間に燃料ガス流路溝52が形成される。燃料ガス流路溝52は、燃料ガスのアノード側ガス拡散層34への供給、および、アノード側ガス拡散層34からの燃料ガスの排出に利用される。また、ある単セル140のカソード側セパレータ40と、隣接する他の単セル140のアノード側セパレータ50との間には、冷却媒体を通過させるための冷却媒体流路溝54が形成される。セパレータ40,50の構成は、後に詳述する。   The cathode side separator 40 and the anode side separator 50 (hereinafter, collectively referred to as separators 40 and 50) are formed of, for example, a press-molded metal material. The cathode side separator 40 has a corrugated section, and an oxidant gas flow channel groove 42 is formed between the cathode side separator 40 and the cathode side gas diffusion layer 32. The oxidant gas flow channel 42 is used for supplying the oxidant gas to the cathode side gas diffusion layer 32 and discharging the oxidant gas from the cathode side gas diffusion layer 32. Similarly, the anode-side separator 50 has a section having a corrugated cross section, and a fuel gas passage groove 52 is formed between the anode-side separator 50 and the anode-side gas diffusion layer 34. The fuel gas flow channel 52 is used for supplying fuel gas to the anode side gas diffusion layer 34 and discharging the fuel gas from the anode side gas diffusion layer 34. A cooling medium flow channel 54 for allowing a cooling medium to pass therethrough is formed between the cathode side separator 40 of one unit cell 140 and the anode side separator 50 of another adjacent unit cell 140. The configuration of the separators 40 and 50 will be described in detail later.

MEA30の周縁部には、樹脂製のシール部材38が設けられている。シール部材38は、MEA30の外周部に密着すると共に、MEA30を挟んで対向する一対のセパレータ40,50の表面に密着しており、燃料電池スタック100の外部への反応ガスの漏洩や、各単セル140におけるカソード側とアノード側との間の反応ガスの漏洩(クロスリーク)を抑制する。シール部材38の材料としては、例えば、接着性PP(例えば、三井化学製のアドマー(登録商標)や三菱化学製のモディック(登録商標))や、接着性オレフィン、接着性エステルなどの熱可塑性樹脂、水素結合をベースにして接着性を担保する熱硬化性樹脂などが用いられる。   A resin sealing member 38 is provided on the peripheral edge of the MEA 30. The seal member 38 is in close contact with the outer peripheral portion of the MEA 30 and is in close contact with the surfaces of the pair of separators 40 and 50 that are opposed to each other with the MEA 30 interposed therebetween. In the cell 140, leakage of reaction gas between the cathode side and the anode side (cross leak) is suppressed. Examples of the material of the sealing member 38 include adhesive PP (for example, Admer (registered trademark) manufactured by Mitsui Chemicals, Modic (registered trademark) manufactured by Mitsubishi Chemical), and thermoplastic resins such as adhesive olefin and adhesive ester. Further, a thermosetting resin or the like that secures adhesiveness based on hydrogen bonds is used.

図2は、セパレータ40,50の詳細構成を示す説明図である。図2には、カソード側セパレータ40の内、カソード側ガス拡散層32に対向する領域A1の部分の断面構成と、カソード側ガス拡散層32にもアノード側ガス拡散層34にも対向しない領域A3の部分の断面構成とを示している。なお、領域A2は、アノード側ガス拡散層34には対向するがカソード側ガス拡散層32には対向しない領域である。図2は、各部の構成をわかりやすく示すための概略図であり、各部の寸法や構成を正確に示すものではない。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing a detailed configuration of the separators 40 and 50. FIG. 2 shows a cross-sectional configuration of a portion of a region A1 facing the cathode side gas diffusion layer 32 in the cathode side separator 40, and a region A3 not facing the cathode side gas diffusion layer 32 and the anode side gas diffusion layer 34. The cross-sectional structure of this part is shown. The region A2 is a region that faces the anode side gas diffusion layer 34 but does not face the cathode side gas diffusion layer 32. FIG. 2 is a schematic diagram for clearly showing the configuration of each part, and does not accurately show the dimensions and configuration of each part.

領域A1においては、カソード側セパレータ40は、Ti(チタン)製の基材層44と、基材層44の両表面に形成されたTiOx層(酸素欠損した酸化チタンの層)46と、TiOx層46の基材層44に対向する側とは反対側の表面に配置された保護層48とから構成されている。TiOx層46は、例えば、国際公開第2010/038544号に記載されているように、Ti製の基材層44の表面に所定の酸処理を施すことによって形成される。TiOx層46は、基材層44の表面を覆うように形成されているため、基材層44の表面に不動態被膜(TiO2)が形成されてカソード側セパレータ40の接触抵抗が増大することを抑制する。   In the region A1, the cathode separator 40 includes a Ti (titanium) base layer 44, TiOx layers (oxygen-deficient titanium oxide layers) 46 formed on both surfaces of the base layer 44, and a TiOx layer. The protective layer 48 is disposed on the surface opposite to the side facing the base material layer 44 of 46. The TiOx layer 46 is formed, for example, by performing a predetermined acid treatment on the surface of the Ti base layer 44 as described in International Publication No. 2010/038544. Since the TiOx layer 46 is formed so as to cover the surface of the base material layer 44, a passive film (TiO 2) is formed on the surface of the base material layer 44 to increase the contact resistance of the cathode side separator 40. Suppress.

また、保護層48は、TiOx層46の表面に、C(炭素)を含むゴム系の樹脂をスプレー等で塗布することによって形成される。保護層48を形成するためのC(炭素)を含むゴム系の樹脂としては、たとえば、EPDM(エチレンプロピレンジエンゴム)やPIB(ポリイソブチレンゴム)と、グラファイトやアモルファスカーボンと、エポキシなどの接着剤とを、有機系溶媒などに混合した構成を採用することができる。また、保護層48を構成する素材としては、銀、銅などの金属などを採用することもできる。保護層48に含有させるためのC(炭素)としては、グラファイトカーボン、樹脂含有カーボンなどを採用することもできる。   The protective layer 48 is formed by applying a rubber-based resin containing C (carbon) to the surface of the TiOx layer 46 by spraying or the like. Examples of rubber-based resins containing C (carbon) for forming the protective layer 48 include EPDM (ethylene propylene diene rubber) and PIB (polyisobutylene rubber), graphite, amorphous carbon, and an adhesive such as epoxy. Can be employed in which organic solvents are mixed. Moreover, as a material which comprises the protective layer 48, metals, such as silver and copper, can also be employ | adopted. As C (carbon) to be contained in the protective layer 48, graphite carbon, resin-containing carbon, or the like may be employed.

保護層48は、Cを含んでいるため、導電性を有する。また、保護層48は、Cを含んでいるため、比較的硬い層となる。そのような保護層48がTiOx層46の表面を覆うように形成されているため、カソード側セパレータ40に、表面の滑らかでないカソード側ガス拡散層32から局所的な荷重がかかったり、そのような荷重が変動したりしても、TiOx層46にかかる荷重や荷重変動が保護層48によって受け止められ、TiOx層46に割れが発生することを抑制することができ、ひいては、カソード側セパレータ40の接触抵抗の増大を抑制することができる。   Since the protective layer 48 contains C, it has conductivity. Moreover, since the protective layer 48 contains C, it becomes a relatively hard layer. Since such a protective layer 48 is formed so as to cover the surface of the TiOx layer 46, a local load is applied to the cathode-side separator 40 from the cathode-side gas diffusion layer 32 whose surface is not smooth. Even if the load fluctuates, the load applied to the TiOx layer 46 and the load fluctuation can be received by the protective layer 48, and the generation of cracks in the TiOx layer 46 can be suppressed. An increase in resistance can be suppressed.

なお、カソード側ガス拡散層32側からの荷重は、カソード側セパレータ40におけるカソード側ガス拡散層32との接触部分にかかるため、領域A1では、保護層48は、少なくとも、カソード側セパレータ40におけるカソード側ガス拡散層32との接触部分に形成されていればよい。ただし、製造の容易化のために、図2に示すように、カソード側セパレータ40のカソード側ガス拡散層32に対向する側の表面におけるカソード側ガス拡散層32との接触部分以外の部分(酸化剤ガス流路溝42の表面を構成する部分)にも保護層48が形成されてもよい。   In addition, since the load from the cathode side gas diffusion layer 32 side is applied to the contact part with the cathode side gas diffusion layer 32 in the cathode side separator 40, in area | region A1, the protective layer 48 is the cathode in the cathode side separator 40 at least. What is necessary is just to be formed in the contact part with the side gas diffusion layer 32. FIG. However, for ease of manufacturing, as shown in FIG. 2, a portion other than the contact portion with the cathode-side gas diffusion layer 32 on the surface of the cathode-side separator 40 facing the cathode-side gas diffusion layer 32 (oxidation) The protective layer 48 may also be formed on a portion that constitutes the surface of the agent gas flow channel 42.

また、アノード側セパレータ50についても、同様に、領域A1では、少なくともアノード側ガス拡散層34との接触部分に保護層48が形成されている。また、製造の容易化のために、アノード側セパレータ50のアノード側ガス拡散層34に対向する側の表面におけるアノード側ガス拡散層34との接触部分以外の部分(燃料ガス流路溝52の表面を構成する部分)にも保護層48が形成されてもよい。   Similarly, for the anode side separator 50, the protective layer 48 is formed at least in a contact portion with the anode side gas diffusion layer 34 in the region A <b> 1. Further, for the sake of easy manufacturing, a portion other than the contact portion with the anode gas diffusion layer 34 on the surface of the anode separator 50 facing the anode gas diffusion layer 34 (the surface of the fuel gas channel groove 52) The protective layer 48 may also be formed on the portion constituting the layer.

また、ある単セル140のカソード側セパレータ40と、隣接する他の単セル140のアノード側セパレータ50との接触部分についても、同様に、荷重変動によってTiOx層46に割れが発生するおそれがあるという問題がある。そのため、本実施形態では、領域A1において、カソード側セパレータ40におけるアノード側セパレータ50との接触部分にも、保護層48が形成されている。なお、製造の容易化のために、図2に示すように、カソード側セパレータ40におけるカソード側ガス拡散層32に対向する側とは反対側の表面全体に保護層48が形成されてもよい。また、カソード側セパレータ40ではなくアノード側セパレータ50に保護層48が形成されてもよい。あるいは、カソード側セパレータ40およびアノード側セパレータ50の両方に保護層48が形成されてもよい。   Similarly, at the contact portion between the cathode separator 40 of one unit cell 140 and the anode side separator 50 of another adjacent unit cell 140, the TiOx layer 46 may be cracked due to load fluctuation. There's a problem. For this reason, in the present embodiment, the protective layer 48 is also formed in the region A1 at the contact portion of the cathode side separator 40 with the anode side separator 50. In order to facilitate manufacturing, as shown in FIG. 2, a protective layer 48 may be formed on the entire surface of the cathode side separator 40 opposite to the side facing the cathode side gas diffusion layer 32. Further, the protective layer 48 may be formed not on the cathode side separator 40 but on the anode side separator 50. Alternatively, the protective layer 48 may be formed on both the cathode side separator 40 and the anode side separator 50.

一方、領域A3においては、カソード側セパレータ40は、Ti製の基材層44と、基材層44の両表面に形成されたTiOx層46とから構成されている。すなわち、領域A3においては、カソード側セパレータ40に保護層48が形成されておらず、TiOx層46が露出している。そのため、領域A3においては、上述した局所的な荷重や変動する荷重を受けて、TiOx層46に割れが発生し、Ti製の基材層44の表面に不動態被膜が形成されるおそれがある。しかし、領域A3は、カソード側ガス拡散層32にもアノード側ガス拡散層34にも対向しない領域であり、発電にほとんど寄与しない領域であるため、仮に基材層44の表面に不動態被膜が形成されても、発電性能への影響はきわめて限定的である。また、領域A3は、シール部材38と接着して単セル140のガスシール性を確保する領域であるが、仮にこの領域に保護層48を設けた場合には、高電位状態において保護層48が剥離することにより、シール部材38によるガスシール性が低下するおそれがある。本実施形態では、領域A3には保護層48が形成されず、シール部材38との接着性が比較的高いTiOx層46が露出しているため、シール部材38との良好な接着が確保され、ガスシール性の低下を抑制することができる。特に、上述した材料により形成されたシール部材38は、Cを含む層(保護層48)よりTiOx層46に対して良好な接着性を有する。そのため、領域A3においては、積極的にTiOx層46を露出させることにより、良好なガスシール性を確保することができる。なお、領域A3におけるアノード側セパレータ50の構成は、カソード側セパレータ40の構成と同様である。領域A3は、特許請求の範囲における特定領域に相当する。   On the other hand, in the region A <b> 3, the cathode separator 40 is composed of a Ti base layer 44 and TiOx layers 46 formed on both surfaces of the base layer 44. That is, in the region A3, the protective layer 48 is not formed on the cathode side separator 40, and the TiOx layer 46 is exposed. Therefore, in the region A3, the TiOx layer 46 is cracked in response to the above-described local load or fluctuating load, and a passive film may be formed on the surface of the Ti base layer 44. . However, since the region A3 is a region that does not face the cathode-side gas diffusion layer 32 and the anode-side gas diffusion layer 34, and is a region that hardly contributes to power generation, a passive film is temporarily formed on the surface of the base material layer 44. Even if formed, the impact on power generation performance is very limited. In addition, the region A3 is a region that adheres to the sealing member 38 and ensures the gas sealing property of the single cell 140. However, if the protective layer 48 is provided in this region, the protective layer 48 is in a high potential state. By peeling off, the gas sealing performance by the sealing member 38 may be reduced. In the present embodiment, the protective layer 48 is not formed in the region A3, and the TiOx layer 46 having relatively high adhesiveness with the seal member 38 is exposed, so that good adhesion with the seal member 38 is ensured, A decrease in gas sealability can be suppressed. In particular, the sealing member 38 formed of the above-described material has better adhesion to the TiOx layer 46 than the layer containing C (protective layer 48). Therefore, in the region A3, it is possible to ensure good gas sealing performance by positively exposing the TiOx layer 46. The configuration of the anode separator 50 in the region A3 is the same as the configuration of the cathode separator 40. The region A3 corresponds to a specific region in the claims.

なお、領域A1は、シール部材38と接着する部分ではないため、仮に保護層48の剥離が発生しても、ガスシール性が低下することはない。   Note that, since the region A1 is not a portion that adheres to the sealing member 38, even if the protective layer 48 is peeled off, the gas sealing performance is not deteriorated.

また、アノード側ガス拡散層34には対向するがカソード側ガス拡散層32には対向しない領域A2は、発電に大きく寄与する領域でもないし、ガスシール性の確保が必須である領域でもない。そのため、領域A2においては、保護層48の形成の有無を任意に決定することができる。例えば、領域A2では、領域A1と同様に、カソード側セパレータ40およびアノード側セパレータ50に保護層48を形成するとしてもよいし、領域A3と同様に、カソード側セパレータ40にもアノード側セパレータ50にも保護層48を形成しないとしてもよい。あるいは、カソード側セパレータ40については、領域A3と同様に保護層48を形成しないとし、アノード側セパレータ50については、領域A1と同様に保護層48を形成するとしてもよい。   Further, the region A2 that faces the anode-side gas diffusion layer 34 but does not face the cathode-side gas diffusion layer 32 is not a region that greatly contributes to power generation, nor is a region where it is essential to ensure gas sealing performance. Therefore, whether or not the protective layer 48 is formed can be arbitrarily determined in the region A2. For example, in the region A2, as in the region A1, the protective layer 48 may be formed on the cathode side separator 40 and the anode side separator 50. Similarly to the region A3, the cathode side separator 40 is also formed on the anode side separator 50. However, the protective layer 48 may not be formed. Alternatively, the cathode-side separator 40 may not be formed with the protective layer 48 as in the region A3, and the anode-side separator 50 may be formed with the protective layer 48 as in the region A1.

なお、保護層48は、ゴム系の樹脂(C+ゴム系接着剤)を用いて形成することにより、厚さの変化を吸収させることが好ましい。保護層48の厚さは、TiOx層46の保護に十分な厚さであればよく、50μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがさらに好ましい。   The protective layer 48 is preferably formed by using a rubber-based resin (C + rubber-based adhesive) to absorb the change in thickness. The thickness of the protective layer 48 may be sufficient to protect the TiOx layer 46, and is preferably 50 μm or less, and more preferably 10 μm or less.

図3および図4は、単セル140中のセパレータ40,50にかかる荷重の変動と、セパレータ40,50とガス拡散層32,34との間の接触抵抗との関係を調べる実験結果の一例を示す説明図である。実験では、単セル140の積層方向にかかる荷重を徐々に増加させ、その後、荷重を減少させるサイクルを4回(n1からn4)繰り返し、各段階における接触抵抗を測定した。図3には、セパレータのTiOx層46が保護層48に覆われず露出した構成の比較例における実験結果を示し、図4には、セパレータのTiOx層46が保護層48に覆われた構成の実施形態における実験結果を示している。   3 and 4 are examples of experimental results for examining the relationship between the load variation applied to the separators 40 and 50 in the single cell 140 and the contact resistance between the separators 40 and 50 and the gas diffusion layers 32 and 34. FIG. It is explanatory drawing shown. In the experiment, the load applied in the stacking direction of the single cells 140 was gradually increased, and then the cycle of decreasing the load was repeated four times (n1 to n4), and the contact resistance at each stage was measured. FIG. 3 shows an experimental result in a comparative example in which the TiOx layer 46 of the separator is exposed without being covered with the protective layer 48, and FIG. 4 shows a configuration in which the TiOx layer 46 of the separator is covered with the protective layer 48. The experimental result in embodiment is shown.

図3に示すように、保護層48の無い比較例では、荷重増加・減少のサイクルを経る毎に、接触抵抗が大きく増加した。これは、荷重変動によってセパレータ表面のTiOx層46に割れが発生し、基材層44表面に不動態被膜が形成されたためと考えられる。一方、TiOx層46が保護層48に覆われた実施形態では、同様の荷重増加・減少のサイクルを経ても、接触抵抗の増加量はごく僅かであった。この実験結果から、上述した実施形態のように保護層48を設けることによって、セパレータにかかる荷重が変動した場合にも、TiOx層46の割れが抑制され、接触抵抗の増大が抑制されるという効果を奏することが明らかとなった。   As shown in FIG. 3, in the comparative example without the protective layer 48, the contact resistance greatly increased with each load increase / decrease cycle. This is presumably because cracks occurred in the TiOx layer 46 on the separator surface due to load fluctuations, and a passive film was formed on the surface of the base material layer 44. On the other hand, in the embodiment in which the TiOx layer 46 is covered with the protective layer 48, the amount of increase in contact resistance is negligible even after a similar load increase / decrease cycle. From this experimental result, by providing the protective layer 48 as in the above-described embodiment, even when the load applied to the separator fluctuates, the crack of the TiOx layer 46 is suppressed, and the increase in contact resistance is suppressed. It became clear to play.

以上説明したように、本実施形態の燃料電池用セパレータ40,50は、Ti製の基材層44と、基材層44の表面に形成されたTiOx層46と、TiOx層46の表面に配置され、TiOx層46の割れの発生を抑制する導電性の保護層48とを備えるため、局所的な荷重や荷重変動を原因とするTiOx層46の割れの発生を抑制することができ、セパレータ40,50の接触抵抗の増大を抑制することができる。   As described above, the fuel cell separators 40 and 50 of the present embodiment are disposed on the surface of the Ti base layer 44, the TiOx layer 46 formed on the surface of the base material layer 44, and the surface of the TiOx layer 46. In addition, since the conductive protective layer 48 that suppresses the generation of cracks in the TiOx layer 46 is provided, the generation of cracks in the TiOx layer 46 caused by local loads and load fluctuations can be suppressed. , 50 can be prevented from increasing in contact resistance.

また、本実施形態の燃料電池用セパレータ40,50では、保護層48は、少なくとも、セパレータ40,50におけるガス拡散層32,34に接触するべき部分に配置されているため、ガス拡散層32,34から受ける局所的な荷重や荷重変動を原因とするTiOx層46の割れの発生を効果的に抑制することができ、セパレータ40,50の接触抵抗の増大を効果的に抑制することができる。   Further, in the fuel cell separators 40 and 50 of the present embodiment, the protective layer 48 is disposed at least in a portion that should contact the gas diffusion layers 32 and 34 in the separators 40 and 50. It is possible to effectively suppress the generation of cracks in the TiOx layer 46 due to local loads and load fluctuations received from 34, and to effectively suppress increase in contact resistance of the separators 40 and 50.

また、本実施形態の燃料電池用セパレータ40,50では、セパレータ40,50におけるガス拡散層32,34に対向するべき領域以外の領域(特定領域)に、保護層48が配置されずTiOx層46が露出した部分を有するため、特定領域に保護層48を配置することによって生じる不具合の発生を抑制することができる。例えば、本実施形態では、上記特定領域は、セパレータ40,50におけるシール部材38に接触するべき領域である。セパレータ40,50におけるシール部材38に接触するべき領域に保護層48を配置しないことにより、セパレータ40,50とシール部材38との接着性が確保され、ガスシール性の低下を抑制することができる。   Further, in the fuel cell separators 40 and 50 of the present embodiment, the protective layer 48 is not disposed in a region (specific region) other than the region that should face the gas diffusion layers 32 and 34 in the separators 40 and 50, and the TiOx layer 46. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of problems caused by disposing the protective layer 48 in the specific region. For example, in the present embodiment, the specific region is a region that should contact the seal member 38 in the separators 40 and 50. By not providing the protective layer 48 in the region of the separators 40 and 50 that should contact the seal member 38, the adhesiveness between the separators 40 and 50 and the seal member 38 is ensured, and the deterioration of the gas sealability can be suppressed. .

B.変形例:
上記実施形態における燃料電池システム10の構成はあくまで一例であり、燃料電池システム10の構成は種々変更可能である。例えば、上記実施形態では、保護層48はCを含む層であるとしているが、保護層48はAu(金)を含む層であるとしてもよい。Auを含む保護層48は、比較的柔らかい層となる。そのような保護層48によってTiOx層46の表面を覆うと、セパレータ40,50に局所的な荷重がかかったり、そのような荷重が変動したりしても、比較的柔らかい構成の保護層48がクッションのように機能し、TiOx層46にかかる荷重や荷重の変動が緩和される。そのため、保護層48の構成をAuを含むような構成に変形しても、上記実施形態と同様に、TiOx層46に割れが発生することを抑制することができ、ひいては、セパレータ40,50の接触抵抗の増大を抑制することができる。また、保護層48の構成は、導電性を有し、TiOx層46の割れの発生を抑制する機能を奏する限り、他の構成を採用することも可能である。
B. Variations:
The configuration of the fuel cell system 10 in the above embodiment is merely an example, and the configuration of the fuel cell system 10 can be variously changed. For example, in the above embodiment, the protective layer 48 is a layer containing C, but the protective layer 48 may be a layer containing Au (gold). The protective layer 48 containing Au is a relatively soft layer. When the surface of the TiOx layer 46 is covered with such a protective layer 48, even if a local load is applied to the separators 40 and 50 or such a load fluctuates, the protective layer 48 having a relatively soft structure is formed. It functions like a cushion, and the load applied to the TiOx layer 46 and the fluctuation of the load are alleviated. Therefore, even if the configuration of the protective layer 48 is changed to a configuration including Au, it is possible to suppress the generation of cracks in the TiOx layer 46 as in the above-described embodiment. An increase in contact resistance can be suppressed. Further, the configuration of the protective layer 48 may be other configurations as long as it has conductivity and functions to suppress the occurrence of cracks in the TiOx layer 46.

また、上記実施形態では、領域A1では、保護層48は、少なくとも、セパレータ40,50におけるガス拡散層32,34との接触部分に形成されているとしているが、セパレータ40,50における保護層48の形成位置は、TiOx層46の少なくとも一部の表面上であれば、任意に設定可能である。例えば、保護層48は、セパレータ40,50におけるガス拡散層32,34との接触部分には形成されず、カソード側セパレータ40(またはアノード側セパレータ50)におけるアノード側セパレータ50(またはカソード側セパレータ40)との接触部分に形成されているとしてもよい。このようにしても、保護層48を形成することによって、TiOx層46に割れが発生することを抑制することができ、セパレータ40,50の接触抵抗の増大を抑制することができる。   Further, in the above embodiment, in the region A1, the protective layer 48 is formed at least in contact portions with the gas diffusion layers 32 and 34 in the separators 40 and 50. However, the protective layer 48 in the separators 40 and 50 is used. The formation position of can be arbitrarily set as long as it is on at least a part of the surface of the TiOx layer 46. For example, the protective layer 48 is not formed in the contact portions of the separators 40 and 50 with the gas diffusion layers 32 and 34, and the anode-side separator 50 (or the cathode-side separator 40) in the cathode-side separator 40 (or the anode-side separator 50). ) May be formed at the contact portion. Even if it does in this way, by forming the protective layer 48, it can suppress that a crack generate | occur | produces in the TiOx layer 46, and can suppress the increase in the contact resistance of the separators 40 and 50. FIG.

また、上記実施形態では、セパレータ40,50における領域A3に位置する部分には保護層48が形成されないとしているが、領域A3に位置する部分にも保護層48が形成されるとしてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the protective layer 48 is not formed in the part located in area | region A3 in the separators 40 and 50, the protective layer 48 may be formed also in the part located in area | region A3.

また、上記実施形態では、アノード側ガス拡散層34の長さがカソード側ガス拡散層32の長さより長いとしているが、反対に、カソード側ガス拡散層32の長さがアノード側ガス拡散層34の長さより長いとしてもよい。あるいは、アノード側ガス拡散層34の長さとカソード側ガス拡散層32の長さは同じであるとしてもよい。   Further, in the above embodiment, the length of the anode side gas diffusion layer 34 is longer than the length of the cathode side gas diffusion layer 32, but conversely, the length of the cathode side gas diffusion layer 32 is the anode side gas diffusion layer 34. It may be longer than. Alternatively, the length of the anode side gas diffusion layer 34 and the length of the cathode side gas diffusion layer 32 may be the same.

また、上記実施形態では、燃料電池スタック100は固体高分子型であるとしているが、本発明は固体高分子型以外のタイプの燃料電池スタック100にも適用可能である。また、上記実施形態では、燃料ガスとして水素が用いられ酸化剤ガスとして空気が用いられているが、燃料ガスおよび酸化剤ガスとして他のガスが用いられてもよい。また、上記実施形態では、燃料電池システム10は移動体に搭載されて使用されるとしているが、燃料電池システム10は必ずしも移動体に搭載される必要はなく、地面や建物といった固定物上に設置されてもよい。また、上記実施形態において説明した各部材の材料や形状はあくまで一例であり、種々変更可能である。   In the above embodiment, the fuel cell stack 100 is of a solid polymer type, but the present invention is also applicable to fuel cell stacks 100 of a type other than the solid polymer type. In the above embodiment, hydrogen is used as the fuel gas and air is used as the oxidant gas. However, other gases may be used as the fuel gas and the oxidant gas. In the above embodiment, the fuel cell system 10 is used while being mounted on a moving body. However, the fuel cell system 10 is not necessarily mounted on a moving body, and is installed on a fixed object such as the ground or a building. May be. Moreover, the material and shape of each member demonstrated in the said embodiment are an example to the last, and can be variously changed.

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

10…燃料電池システム
30…MEA
32…カソード側ガス拡散層
34…アノード側ガス拡散層
38…シール部材
40…カソード側セパレータ
42…酸化剤ガス流路溝
44…基材層
46…TiOx層
48…保護層
50…アノード側セパレータ
52…燃料ガス流路溝
54…冷却媒体流路溝
100…燃料電池スタック
110…エンドプレート
120…絶縁板
130…集電板
140…単セル
150…水素タンク
151…シャットバルブ
152…レギュレータ
153…配管
154…排出配管
160…エアポンプ
161…配管
163…排出配管
170…ラジエータ
171…ウォーターポンプ
172…配管
173…配管
10 ... Fuel cell system 30 ... MEA
32 ... Cathode side gas diffusion layer 34 ... Anode side gas diffusion layer 38 ... Seal member 40 ... Cathode side separator 42 ... Oxidant gas flow channel 44 ... Base material layer 46 ... TiOx layer 48 ... Protective layer 50 ... Anode side separator 52 ... Fuel gas passage groove 54 ... Cooling medium passage groove 100 ... Fuel cell stack 110 ... End plate 120 ... Insulating plate 130 ... Current collecting plate 140 ... Single cell 150 ... Hydrogen tank 151 ... Shut valve 152 ... Regulator 153 ... Piping 154 ... Discharge piping 160 ... Air pump 161 ... Piping 163 ... Discharge piping 170 ... Radiator 171 ... Water pump 172 ... Piping 173 ... Piping

Claims (4)

燃料電池用のセパレータであって、
Ti(チタン)製の基材と、
前記基材の表面に形成されたTiOx層と、
炭素を含む層であって、前記TiOx層の少なくとも一部の表面に配置され、前記TiOx層の割れの発生を抑制し、導電性を有する保護層と、を備え、
前記保護層は、前記セパレータが燃料電池に用いられた場合に、少なくとも、前記燃料電池のガス拡散層との接触部分、および、隣接する他の燃料電池のセパレータとの接触部分に配置されている、セパレータ。
A separator for a fuel cell,
A base material made of Ti (titanium);
A TiOx layer formed on the surface of the substrate;
A layer containing carbon, said disposed on at least a portion of the surface of the TiOx layer, and suppress the occurrence of cracking of the TiOx layer, Bei example a protective layer having conductivity, a,
When the separator is used in a fuel cell, the protective layer is disposed at least in a contact portion with a gas diffusion layer of the fuel cell and a contact portion with a separator of another adjacent fuel cell. , Separator.
請求項に記載のセパレータであって、
前記セパレータにおける前記燃料電池のガス拡散層に対向するべき領域以外の特定領域に、前記炭素を含む層が配置されず前記TiOx層が露出した部分を有する、セパレータ。
The separator according to claim 1 ,
The separator having a portion in which the carbon-containing layer is not disposed and the TiOx layer is exposed in a specific region other than a region that should face the gas diffusion layer of the fuel cell in the separator.
請求項に記載のセパレータであって、
前記特定領域は、前記セパレータにおける前記燃料電池のシール部材に接触するべき領域である、セパレータ。
The separator according to claim 2 ,
The said specific area | region is a separator which is an area | region which should contact the sealing member of the said fuel cell in the said separator.
燃料電池であって、
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の表面に配置されたガス拡散層と、
前記ガス拡散層の表面に配置されたセパレータと、を備え、
前記セパレータは、
Ti(チタン)製の基材と、
前記基材の表面に形成されたTiOx層と、
炭素を含む層であって、前記TiOx層の少なくとも一部の表面に配置され、前記TiOx層の割れの発生を抑制し、導電性を有する保護層と、を含
前記保護層は、少なくとも、前記燃料電池のガス拡散層との接触部分、および、隣接する他の燃料電池のセパレータとの接触部分に配置されている、燃料電池。
A fuel cell,
A membrane electrode assembly;
A gas diffusion layer disposed on the surface of the membrane electrode assembly;
A separator disposed on the surface of the gas diffusion layer,
The separator is
A base material made of Ti (titanium);
A TiOx layer formed on the surface of the substrate;
A layer containing carbon, is disposed on at least a portion of the surface of the TiOx layer, and suppress the occurrence of cracking of the TiOx layer, seen including a protective layer, a having conductivity,
The said protective layer is a fuel cell arrange | positioned at least in the contact part with the gas diffusion layer of the said fuel cell, and the contact part with the separator of another adjacent fuel cell.
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