JPH0529001A - ガスセパレータの製造方法 - Google Patents

ガスセパレータの製造方法

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JPH0529001A JP3176921A JP17692191A JPH0529001A JP H0529001 A JPH0529001 A JP H0529001A JP 3176921 A JP3176921 A JP 3176921A JP 17692191 A JP17692191 A JP 17692191A JP H0529001 A JPH0529001 A JP H0529001A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料電池に用いられる高剛性のガスセパレー
タを銅にて形成することが可能な製造方法を提供する。 【構成】 燃料ガス供給通路が形成された燃料ガス供給
板と、酸化剤ガス供給通路が形成された酸化剤ガス供給
板と、この酸化剤ガス供給板と燃料ガス供給板とを仕切
る仕切り板とを一体的に接合してなり、燃料電池のガス
拡散電極の間に位置して一方側のガス拡散電極へ燃料ガ
スを供給すると共に他方側のガス拡散電極へ酸化剤ガス
を供給するための燃料電池用ガスセパレータにおいて、
燃料ガス供給板及び酸化剤ガス供給板及び仕切り板のそ
れぞれ接合面に低融点ろう材の薄膜を形成した後、これ
らを相互に重ね合わせて低融点ろう材の融点以上に加熱
し、一体的に接合するようにしたことを特徴とするもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池に用いられる
ガスセパレータの製造方法に関し、特に銅にて高剛性の
ガスセパレータを製造し得るようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】燃料電池は、資源の枯渇問題を有する化
石燃料を使う必要がない上、騒音をほとんど発生せず、
エネルギの回収効率も他のエネルギ機関と較べて非常に
高くできる等の優れた特徴を持っているため、例えばビ
ルディング単位や工場単位の比較的小型の発電プラント
として利用されている。
【0003】近年、この燃料電池を車載用の内燃機関に
代えて作動するモータの電源として利用し、このモータ
により車両等を駆動することが考えられている。この場
合に重要なことは、反応によって生成する物質をできる
だけ再利用することは当然のこととして、車載用である
ことからも明らかなように、余り大きな出力は必要でな
いものの、全ての付帯設備と共に可能な限り小型である
ことが望ましく、このような点から固体高分子電解質膜
燃料電池が注目されている。
【0004】この固体高分子電解質膜燃料電池(以下、
単に燃料電池と略称する)の主要部の概念を表す図1に
示すように、燃料電池11は固体高分子電解質膜12
と、この固体高分子電解質膜12の両側にホットプレス
等で接合される一対のガス反応層13,14と、これら
ガス反応層13,14を挾んで固体高分子電解質膜12
と対向し且つガス反応層13,14に対して一体的に接
合されたガス拡散層15,16とで主要部が構成されて
いる。
【0005】又、一方のガス拡散層15の表面には酸素
供給溝(酸化剤ガス供給通路)17を有する酸素ガス供
給板18(酸化剤ガス供給板)が接合され、同様に他方
のガス拡散層16の表面には水素供給溝(燃料ガス供給
通路)19を有する水素ガス供給板(燃料ガス供給板)
20が接合され、これらで酸素極と水素極とが構成され
ている。
【0006】従って、酸素供給溝17に酸素を供給する
と共に水素供給溝19に水素を供給すると、これら酸素
及び水素は前記ガス拡散層15,16からガス反応層1
3,14側へ供給され、主としてこれらガス反応層13,
14と固体高分子電解質膜12との接触界面で電池反応
が起こり、水素イオン(4H+)は電解質膜12を通っ
て水素極から酸素極へ流れるが、電子(4e-)はモー
タ等の負荷21を通って水素極から酸素極へ流れ、負荷
21に対して電気エネルギが供給されるようになってい
る。
【0007】このような燃料電池における従来のガスセ
パレータの分解構造を表す図2に示すように、従来のも
のは0.5mm前後の厚さの銅板に幅が0.5mm前後のスリ
ット状をなす酸素供給溝17を1mm程度の間隔で形成し
た酸素ガス供給板18と、0.5mm前後の厚さの銅板に
幅が0.5mm前後のスリット状をなす水素供給溝19を
1mm程度の間隔で形成した水素ガス供給板20と、これ
ら酸素ガス供給板18及び水素ガス供給板20を仕切る
と共に0.5mm前後の厚さの銅板で形成され且つ酸素供
給溝17に連通する酸素供給用マニホールド22と水素
供給溝19に連通する水素供給用マニホールド23とが
形成された仕切り板24とを一体的に接合したものであ
る。
【0008】前記酸素ガス供給板18及び水素ガス供給
板20には、酸素供給用マニホールド22及び水素供給
用マニホールド23にそれぞれ連通する酸素ガス給排口
25及び水素ガス給排口26が設けられている。又、酸
素供給溝17や水素供給溝19等はエッチングや打抜き
或いは放電加工の他、機械加工等の方法により形成され
る。
【0009】このため、これら酸素ガス供給板18及び
水素ガス供給板20及び仕切り板22を確実に接合しな
いと、これらの隙間から酸素ガスや水素ガスが漏洩して
いまい、所定の能力を発揮させることができなくなる虞
が発生する。そこで、従来ではこれら酸素ガス供給板1
8と水素ガス供給板20と仕切り板22との接合手段と
して、拡散接合やろう付け等の方法を採用し、これらの
接合面に隙間が発生しないように配慮している。
【0010】なお、図2に示したガスセパレータの構造
は、上述したイオン交換膜を使用する固体高分子電解質
膜燃料電池の他、硫酸型燃料電池やアルカリ型燃料電池
のガスセパレータも全く同様である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】図2に示す燃料電池用
のガスセパレータを製造する場合、従来では拡散接合や
ろう付け等の方法を採用しているため、接合温度が80
0℃以上にも達することから、このガスセパレータを銅
板で形成した場合には、銅が焼き鈍し状態となって所定
の剛性を確保することが困難となる。このため、補強用
の部材を追加しなければならず、燃料電池自体の小型化
を阻害する要因となる。
【0012】そこで、接合に伴う加熱処理によってガス
セパレータの剛性低下という不具合を避けるため、真鍮
やステンレス鋼の他、アルミニウム等を用いてガスセパ
レータを形成することも行われている。しかし、ガスセ
パレータに要求される種々の物理的特性を考慮すると、
現在の技術では銅でガスセパレータを形成することが最
も望ましい。
【0013】なお、拡散接合によりガスセパレータを製
造する場合には、熱間静水圧加圧装置等の高価な設備が
必要となり、製造コストの上昇を招く虞がある。
【0014】
【発明の目的】本発明は、燃料電池に用いられる高剛性
のガスセパレータを銅にて形成することが可能な製造方
法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明による燃料電池用
ガスセパレータの製造方法は、燃料ガス供給通路が形成
された燃料ガス供給板と、酸化剤ガス供給通路が形成さ
れた酸化剤ガス供給板と、この酸化剤ガス供給板と前記
燃料ガス供給板とを仕切る仕切り板とを一体的に接合し
てなり、燃料電池のガス拡散電極の間に位置して一方側
の前記ガス拡散電極へ前記燃料ガスを供給すると共に他
方側の前記ガス拡散電極へ前記酸化剤ガスを供給するた
めの燃料電池用ガスセパレータにおいて、前記燃料ガス
供給板及び前記酸化剤ガス供給板及び前記仕切り板のそ
れぞれ接合面に低融点ろう材の薄膜を形成した後、これ
らを相互に重ね合わせて前記低融点ろう材の融点以上に
加熱し、当該燃料ガス供給板と酸化剤ガス供給板と仕切
り板とを一体的に接合するようにしたことを特徴とする
ものである。
【0016】ここで、低融点ろう材の薄膜の厚さが3マ
イクロメートルより薄い場合には、接合部分の一部に低
融点ろう材が介在しなくなる虞があり、逆に低融点ろう
材の薄膜の厚さが6マイクロメートルより厚い場合に
は、接合部分から低融点ろう材の一部がはみ出して通路
を塞いでしまう虞がある。このため、低融点ろう材の薄
膜の厚さは3マイクロメートルから6マイクロメートル
の範囲が好適である。
【0017】
【作用】燃料ガス供給板及び酸化剤ガス供給板及び仕切
り板のそれぞれ接合面に低融点ろう材の薄膜を形成した
後、これらを相互に重ね合わせて低融点ろう材の融点以
上に加熱すると、この低融点ろう材が溶融して燃料ガス
供給板及び酸化剤ガス供給板及び仕切り板の接合面が相
互に密着し合い、隙間なく接合する。
【0018】ここで、低融点ろう材は薄膜となっている
ため、それらの一部が燃料ガス供給通路や酸化剤ガス供
給通路にはみ出してしまい、これらを塞いでしまうよう
な虞はない。
【0019】
【実施例】先に説明した図2に示す如き一辺が240mm
の正方形の燃料ガス供給板18と、酸化剤ガス供給板2
0と、仕切り板22とを用意し、これらの接合面27に
3マイクロメートルから6マイクロメートルの厚さの低
融点ろう材の薄膜、本実施例でははんだ層を形成する。
このはんだ層を構成するはんだとして、本実施例では錫
と鉛との重量割合が4対1のものを採用しており、真空
蒸着めっき法等によってこれらの接合面27に形成す
る。
【0020】なお、はんだ層の厚さが6マイクロメート
ルを越えると、加熱時にはんだの一部が酸素供給溝17
や水素供給溝19等にはみ出してしまい、これらを塞い
でしまう虞があるため、はんだ層の厚さは6マイクロメ
ートル以下に設定することが望ましい。逆に、はんだ層
の厚さが3マイクロメートルに満たないと、加熱時に接
合面27の一部にはんだが存在しない領域が形成されて
しまい、この部分が隙間となって完全な接合を行うこと
が不可能となる虞があるため、はんだ層の厚さは3マイ
クロメートル以上に設定することが望ましい。
【0021】しかる後、これらを重ね合わせて加熱炉内
で一平方センチメートル当たり10グラムの加圧力で加
圧しつつ350℃の温度に15分間加熱してはんだ層を
溶融させた後、徐冷する。これにより、接合面27が相
互に密着し合い、燃料ガス供給板18と、酸化剤ガス供
給板20と、仕切り板22とが隙間なく接合する。
【0022】この場合、ガスセパレータに対する加熱温
度が350℃程度で良いため、このガスセパレータを構
成する銅が焼き鈍し状態には到らず、初期剛性をそのま
ま確保することができ、特別な補強材を追加することな
く燃料電池を製造することができる。
【0023】このように、本実施例では低融点ろう材と
して錫と鉛との重量割合が4対1のはんだを採用した
が、この他に錫と鉛との重量割合が3対2のはんだ等を
採用することも可能である。この場合、錫の重量割合が
少ないほどはんだの融点は低くなるものの、燃料電池の
運転の繰り返しによる熱応力によって、ガスセパレータ
の接合部分が剥離してしまう虞があるため、むやみに融
点の低い低融点ろう材を使用することはできない。
【0024】又、本実施例では燃料ガス供給板18と酸
化剤ガス供給板20と仕切り板22とを加熱接合する
際、これらを軽く加圧するようにしたが、低融点ろう材
の薄膜の厚さが厚いほど加圧力が少なくなるような傾向
を持たせつつ適当な圧力で加圧することが望ましい。更
に、本実施例では銅製のガスセパレータについて説明し
たが、真鍮やステンレス鋼の他、アルミニウム等を用い
てガスセパレータを形成することも当然可能である。
【0025】なお、本発明によるガスセパレータは、固
体高分子電解質膜燃料電池の他、硫酸型燃料電池やアル
カリ型燃料電池等のガスセパレータとして利用すること
ができる。
【0026】
【発明の効果】本発明のガスセパレータの製造方法によ
ると、燃料ガス供給板及び酸化剤ガス供給板及び仕切り
板のそれぞれ接合面に低融点ろう材の薄膜を形成し、こ
れらを相互に重ね合わせて低融点ろう材の融点以上に加
熱接合するようにしたので、銅によりガスセパレータを
採用した場合でも、銅が焼き鈍し状態に到ることなく剛
性を保つことが可能である。この結果、補強材を使用す
ることなく燃料電池を著しくコンパクト化することがで
きる。
【0027】又、高価な熱間静水圧加圧装置を使用する
必要がなくなり、ガスセパレータの製造コストを下げる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】固体高分子電解質膜燃料電池の作動原理を表す
概念図である。
【図2】従来のガスセパレータの部分の分解斜視図であ
る。
【符号の説明】
17は酸素供給溝、18は燃料ガス供給板、19は水素
供給溝、20は酸化剤ガス供給板、22は酸素供給用マ
ニホールド、23は水素供給用マニホールド、24は仕
切り板、25は水素ガス給排口、26は酸素ガス給排口
である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料ガス供給通路が形成された燃料ガス
    供給板と、酸化剤ガス供給通路が形成された酸化剤ガス
    供給板と、この酸化剤ガス供給板と前記燃料ガス供給板
    とを仕切る仕切り板とを一体的に接合してなり、燃料電
    池のガス拡散電極の間に位置して一方側の前記ガス拡散
    電極へ前記燃料ガスを供給すると共に他方側の前記ガス
    拡散電極へ前記酸化剤ガスを供給するための燃料電池用
    ガスセパレータにおいて、前記燃料ガス供給板及び前記
    酸化剤ガス供給板及び前記仕切り板のそれぞれ接合面に
    低融点ろう材の薄膜を形成した後、これらを相互に重ね
    合わせて前記低融点ろう材の融点以上に加熱し、当該燃
    料ガス供給板と酸化剤ガス供給板と仕切り板とを一体的
    に接合するようにしたことを特徴とするガスセパレータ
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 低融点ろう材の薄膜は、3マイクロメー
    トルから6マイクロメートルの範囲の厚さを有すること
    を特徴とする請求項1に記載したガスセパレータの製造
    方法。
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