JPH09190828A - 固体電解質型燃料電池用セラミックセパレータ及びその製造方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池用セラミックセパレータ及びその製造方法Info
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- JPH09190828A JPH09190828A JP7354335A JP35433595A JPH09190828A JP H09190828 A JPH09190828 A JP H09190828A JP 7354335 A JP7354335 A JP 7354335A JP 35433595 A JP35433595 A JP 35433595A JP H09190828 A JPH09190828 A JP H09190828A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高性能な固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）
の製作実現を可能としたセラミックセパレータ及びその
製造方法を提供すること。 【解決手段】 固体電解質板３２の片面に燃料極３４
が、また反対面に空気極３６が設けられる単電池３８間
に介設されるセラミックス材料製のセパレータ１０であ
って、セパレータ用セラミックス板２２の表面に未硬化
の光硬化型樹脂フィルム２４層を設け、前記単電池３８
との接触部に対応する樹脂フィルム層領域を光硬化させ
ると共にその単電池３８との非接触部であるガス通路溝
２０に対応する樹脂フィムル層領域は光硬化させないま
まとし、前記セラミックス板２２の未硬化の樹脂フィル
ム層領域を研削除去すると共に光硬化した樹脂フィルム
層は剥離させる。
の製作実現を可能としたセラミックセパレータ及びその
製造方法を提供すること。 【解決手段】 固体電解質板３２の片面に燃料極３４
が、また反対面に空気極３６が設けられる単電池３８間
に介設されるセラミックス材料製のセパレータ１０であ
って、セパレータ用セラミックス板２２の表面に未硬化
の光硬化型樹脂フィルム２４層を設け、前記単電池３８
との接触部に対応する樹脂フィルム層領域を光硬化させ
ると共にその単電池３８との非接触部であるガス通路溝
２０に対応する樹脂フィムル層領域は光硬化させないま
まとし、前記セラミックス板２２の未硬化の樹脂フィル
ム層領域を研削除去すると共に光硬化した樹脂フィルム
層は剥離させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池（ＳＯＦＣ）用セラミックセパレータ及びその製造
方法に関し、さらに詳しくは、固体電解質板の片面に燃
料極が、また反対面に空気極が設けられる単電池が積層
構造をなすＳＯＦＣにおいて各単電池間に介設されるセ
ラミックス材料製のセパレータを、そのＳＯＦＣが高性
能の発電特性を得られるように製造する技術に関するも
のである。
電池（ＳＯＦＣ）用セラミックセパレータ及びその製造
方法に関し、さらに詳しくは、固体電解質板の片面に燃
料極が、また反対面に空気極が設けられる単電池が積層
構造をなすＳＯＦＣにおいて各単電池間に介設されるセ
ラミックス材料製のセパレータを、そのＳＯＦＣが高性
能の発電特性を得られるように製造する技術に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦ
Ｃ）を大容量化するためには、単電池を複数直列に接続
して積層型電池構造とする技術が重要である。この場
合、単電池を電気的に接続し、燃料ガスと空気を供給す
るためのセパレータが必要である。このセパレータは単
電池に燃料ガスおよび空気を供給するための通路溝を持
っている。
Ｃ）を大容量化するためには、単電池を複数直列に接続
して積層型電池構造とする技術が重要である。この場
合、単電池を電気的に接続し、燃料ガスと空気を供給す
るためのセパレータが必要である。このセパレータは単
電池に燃料ガスおよび空気を供給するための通路溝を持
っている。
【０００３】図３は、そのＳＯＦＣ積層電池の構造を示
したものである。このＳＯＦＣ積層電池３０では、例え
ばイットリア安定化ジルコニアか、あるいはスカンジア
安定化ジルコニア系セラミック材料による固体電解質板
３２の片面にＮｉ−ジルコニア系サーメット材料による
燃料極３４が設けられ、反対側面にはランタンストロン
チウムマンガネート系材料による空気極３６が設けられ
て単電池３８を構成し、複数の単電池３８，３８…がラ
ンタンクロマイト系セラミック材料によるセパレータ４
０，４０…を介して積層状に設けられいてる。
したものである。このＳＯＦＣ積層電池３０では、例え
ばイットリア安定化ジルコニアか、あるいはスカンジア
安定化ジルコニア系セラミック材料による固体電解質板
３２の片面にＮｉ−ジルコニア系サーメット材料による
燃料極３４が設けられ、反対側面にはランタンストロン
チウムマンガネート系材料による空気極３６が設けられ
て単電池３８を構成し、複数の単電池３８，３８…がラ
ンタンクロマイト系セラミック材料によるセパレータ４
０，４０…を介して積層状に設けられいてる。
【０００４】そして燃料極３４側に燃料ガス（水素、一
酸化炭素）が流れて接触し、空気極３６側には空気（も
しくは酸素）が流れて接触することにより空気極３６で
酸素イオン（Ｏ2-）が生成される。そしてこの酸素イオ
ンが固体電解質板３２を移動して燃料極３４に到達し、
燃料極３４ではそのＯ2-が燃料ガス中の水素（Ｈ2 ）と
反応して水蒸気（Ｈ2 Ｏ）となり電子を放出し、これに
より発電状態が得られる。
酸化炭素）が流れて接触し、空気極３６側には空気（も
しくは酸素）が流れて接触することにより空気極３６で
酸素イオン（Ｏ2-）が生成される。そしてこの酸素イオ
ンが固体電解質板３２を移動して燃料極３４に到達し、
燃料極３４ではそのＯ2-が燃料ガス中の水素（Ｈ2 ）と
反応して水蒸気（Ｈ2 Ｏ）となり電子を放出し、これに
より発電状態が得られる。
【０００５】ところでこのＳＯＦＣ積層電池において単
電池間に介設されるセパレータの材質および形状設計が
積層電池の発電性能に大きく影響する。従来このセパレ
ータの材質として一般的に要求される特性としては、
高温度（約１０００℃）の酸化・還元雰囲気で安定して
いる、固体電解質板表面の燃料極材料（Ｎｉ−サーメ
ット材料 ）や空気極材料（ランタンストロンチウムマ
ンガネート材料）と反応しない、電気抵抗が低い等が
挙げられる。従来これらの要求特性をすべて満足するセ
ラミック材料は容易には見い出せず、前述のランタンク
ロマイト系のセラミック材料が酸化物系セラミックスで
あることから酸化雰囲気で安定している、燃料極材料や
空気極材料に対して安定している、空気抵抗が低く電力
特性に優れる等の理由により従来一般的に用いられてい
る。
電池間に介設されるセパレータの材質および形状設計が
積層電池の発電性能に大きく影響する。従来このセパレ
ータの材質として一般的に要求される特性としては、
高温度（約１０００℃）の酸化・還元雰囲気で安定して
いる、固体電解質板表面の燃料極材料（Ｎｉ−サーメ
ット材料 ）や空気極材料（ランタンストロンチウムマ
ンガネート材料）と反応しない、電気抵抗が低い等が
挙げられる。従来これらの要求特性をすべて満足するセ
ラミック材料は容易には見い出せず、前述のランタンク
ロマイト系のセラミック材料が酸化物系セラミックスで
あることから酸化雰囲気で安定している、燃料極材料や
空気極材料に対して安定している、空気抵抗が低く電力
特性に優れる等の理由により従来一般的に用いられてい
る。
【０００６】またセパレータのガス通路溝の形状および
寸法はセパレータ部分の電気抵抗や圧力損失に大きく影
響するため、積層電池の発電性能に大きく影響する。従
来一般に知られいてるセラミックス材料製のセパレータ
の形態としては、図４に示したようなものが挙げられ
る。
寸法はセパレータ部分の電気抵抗や圧力損失に大きく影
響するため、積層電池の発電性能に大きく影響する。従
来一般に知られいてるセラミックス材料製のセパレータ
の形態としては、図４に示したようなものが挙げられ
る。
【０００７】この従来例としてのセラミックセパレータ
４０は、セラミックス材料製の方形平板状のセパレータ
本体４２の四隅角部に燃料ガス通路管の挿通孔４４ａ、
４４ｃと、空気通路管の挿通孔４４ｂ、４４ｄとがそれ
ぞれ対角線の位置関係で設けられる。
４０は、セラミックス材料製の方形平板状のセパレータ
本体４２の四隅角部に燃料ガス通路管の挿通孔４４ａ、
４４ｃと、空気通路管の挿通孔４４ｂ、４４ｄとがそれ
ぞれ対角線の位置関係で設けられる。
【０００８】そしてこの図ではセパレータ４０が単電池
の燃料極と対向する側の面を示しており、燃料ガス通路
管の挿通孔４４ａ、４４ｂに連通してその通路管を通っ
て供給される燃料ガスを単電池の燃料極に接するように
導入するガス導入路４６ａと、その燃料極に導入された
燃料ガスを排出させるガス導出路４６ｂとがそれぞれ設
けられる。
の燃料極と対向する側の面を示しており、燃料ガス通路
管の挿通孔４４ａ、４４ｂに連通してその通路管を通っ
て供給される燃料ガスを単電池の燃料極に接するように
導入するガス導入路４６ａと、その燃料極に導入された
燃料ガスを排出させるガス導出路４６ｂとがそれぞれ設
けられる。
【０００９】さらにガス導入路４６ａとガス導出路４６
ｂとの間には多本数のガス通路（燃料ガス流路）４８，
４８…が設けられている。これにより燃料ガス導入管に
より燃料ガス導入路４６ａへ導入された燃料ガスがそれ
らの多岐にわたる燃料ガス流路４８を貫流しながら単電
池の燃料極に接触し、燃料ガス排出路４６ｂを通って燃
料ガス排出管より排出される。
ｂとの間には多本数のガス通路（燃料ガス流路）４８，
４８…が設けられている。これにより燃料ガス導入管に
より燃料ガス導入路４６ａへ導入された燃料ガスがそれ
らの多岐にわたる燃料ガス流路４８を貫流しながら単電
池の燃料極に接触し、燃料ガス排出路４６ｂを通って燃
料ガス排出管より排出される。
【００１０】またガス通路溝４８，４８…の寸法設計に
ついては次のような要因を考慮する必要がある。すなわ
ち図５はセパレータ溝部分の模式図を示したものである
が、セパレータの溝幅や接触幅、あるいは溝深さがこの
ガス通路溝４８内を通る燃料ガスの圧力損失やセパレー
タ自身の電気抵抗に大きく影響し、これがＳＯＦＣの発
電性能に大きく影響する。
ついては次のような要因を考慮する必要がある。すなわ
ち図５はセパレータ溝部分の模式図を示したものである
が、セパレータの溝幅や接触幅、あるいは溝深さがこの
ガス通路溝４８内を通る燃料ガスの圧力損失やセパレー
タ自身の電気抵抗に大きく影響し、これがＳＯＦＣの発
電性能に大きく影響する。
【００１１】図６は、セパレータの溝幅と最大電力密度
の関係を示している。横軸にセパレータの溝幅（ｃｍ）
を採り、縦軸に最大電力密度（Ｗ／ｃｍ2 ）を採ってい
る。ピッチ２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍについて溝幅と最大
出力密度をとると図示されるように、ピッチ２ｍｍでは
溝幅約１．６ｍｍで最大電力密度が最大値となり、ピッ
チ３ｍｍでは約２ｍｍ、ピッチ４ｍｍでは約２．４ｍｍ
で最大値となる。また、ピッチが小さい方が高い最大電
力が得られる。
の関係を示している。横軸にセパレータの溝幅（ｃｍ）
を採り、縦軸に最大電力密度（Ｗ／ｃｍ2 ）を採ってい
る。ピッチ２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍについて溝幅と最大
出力密度をとると図示されるように、ピッチ２ｍｍでは
溝幅約１．６ｍｍで最大電力密度が最大値となり、ピッ
チ３ｍｍでは約２ｍｍ、ピッチ４ｍｍでは約２．４ｍｍ
で最大値となる。また、ピッチが小さい方が高い最大電
力が得られる。
【００１２】ピッチ２ｍｍでの最適値は、セパレータの
溝幅が１．６ｍｍでそのときの単電池との接触幅が０．
４ｍｍのときに最大電力密度がピーク値を示している。
このことからセパレータのガス通路溝が単電池と接触す
る接触幅の寸法としては１ｍｍ以下である必要があると
言える。
溝幅が１．６ｍｍでそのときの単電池との接触幅が０．
４ｍｍのときに最大電力密度がピーク値を示している。
このことからセパレータのガス通路溝が単電池と接触す
る接触幅の寸法としては１ｍｍ以下である必要があると
言える。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セラミ
ック材料難加工性の材料である。ＳＯＦＣの構造部材と
してのセパレータのガス通路溝の寸法や形状は加工法に
より大きく制約されていた。
ック材料難加工性の材料である。ＳＯＦＣの構造部材と
してのセパレータのガス通路溝の寸法や形状は加工法に
より大きく制約されていた。
【００１４】たとえば従来一般に採られているセパレー
タの製造方法としてはセラミックス材料の粉体を、溝
形状をもつ金型でプレス成形してガス通路溝を作り、そ
の後焼成して製品にする製造方法（金型プレスによる製
造方法）、焼成後のセラミックス平板を、ダイヤモン
ド工具を用いてＮＣ旋盤により精密加工する製造方法
（ＮＣ旋盤による加工方法）などがある。
タの製造方法としてはセラミックス材料の粉体を、溝
形状をもつ金型でプレス成形してガス通路溝を作り、そ
の後焼成して製品にする製造方法（金型プレスによる製
造方法）、焼成後のセラミックス平板を、ダイヤモン
ド工具を用いてＮＣ旋盤により精密加工する製造方法
（ＮＣ旋盤による加工方法）などがある。
【００１５】しかしたとえば、上述の金型プレスによる
製造方法のよるものでは、粉体成形の困難さから、ガス
通路の溝や接触部の幅を１ｍｍ以下にすることは困難で
あり、また、焼成時に１５〜２５％収縮するため、製品
の寸法精度が低くなるという問題があった。
製造方法のよるものでは、粉体成形の困難さから、ガス
通路の溝や接触部の幅を１ｍｍ以下にすることは困難で
あり、また、焼成時に１５〜２５％収縮するため、製品
の寸法精度が低くなるという問題があった。
【００１６】またＮＣ旋盤による加工方法によるもので
は、セラミックス材料は材質が脆く欠けやすいことから
ガス通路の溝幅や接触部の幅を１ｍｍ以下にすることは
困難であるという問題がある。また加工精度は高いが、
加工費用が高価で、加工時間が非常に長くかかるという
問題がある。さらに直線の切削は比較的容易であるが、
曲線の切削は非常に困難であるということでガス通路の
形状が複雑になると加工がやり難くなり設計の自由度が
小さいという問題もあった。
は、セラミックス材料は材質が脆く欠けやすいことから
ガス通路の溝幅や接触部の幅を１ｍｍ以下にすることは
困難であるという問題がある。また加工精度は高いが、
加工費用が高価で、加工時間が非常に長くかかるという
問題がある。さらに直線の切削は比較的容易であるが、
曲線の切削は非常に困難であるということでガス通路の
形状が複雑になると加工がやり難くなり設計の自由度が
小さいという問題もあった。
【００１７】本発明の解決しようとする課題は、ガス通
路溝の形状および寸法を最適設計とすることにより自ら
の電気抵抗を低減し、高性能なＳＯＦＣ積層電池の製作
実現を可能とした固体電解質型燃料電池用セラミックセ
パレータ及びその製造方法を提供することにある。
路溝の形状および寸法を最適設計とすることにより自ら
の電気抵抗を低減し、高性能なＳＯＦＣ積層電池の製作
実現を可能とした固体電解質型燃料電池用セラミックセ
パレータ及びその製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の固体電解質型燃料電池用セラミックセパレー
タは、固体電解質板の片面に燃料極が、また反対面に空
気極が設けられる単電池が積層構造をなす固体電解質型
燃料電池において各単電池間に介設されるセラミックス
材料製のものであって、セパレータ用のセラミックス板
の表面に未硬化の光硬化型樹脂フィルム層を設け、前記
単電池との接触部に対応する樹脂フィルム層領域を光硬
化させると共にその単電池との非接触部であるガス通路
溝に対応する樹脂フィルム層領域は光硬化させないまま
とし、前記セラミックス板の未硬化の樹脂フィルム層領
域を研削除去すると共に光硬化した樹脂フィルム層は剥
離させてなることを要旨とする。
に本発明の固体電解質型燃料電池用セラミックセパレー
タは、固体電解質板の片面に燃料極が、また反対面に空
気極が設けられる単電池が積層構造をなす固体電解質型
燃料電池において各単電池間に介設されるセラミックス
材料製のものであって、セパレータ用のセラミックス板
の表面に未硬化の光硬化型樹脂フィルム層を設け、前記
単電池との接触部に対応する樹脂フィルム層領域を光硬
化させると共にその単電池との非接触部であるガス通路
溝に対応する樹脂フィルム層領域は光硬化させないまま
とし、前記セラミックス板の未硬化の樹脂フィルム層領
域を研削除去すると共に光硬化した樹脂フィルム層は剥
離させてなることを要旨とする。
【００１９】その場合に前記光硬化型樹脂フィルム層が
紫外線硬化型樹脂によるものであることが光硬化特性と
して優れていることから最適である。またそのときのセ
ラミックス板に形成されるガス通路溝の単電池と接触す
る接触部の幅寸法が１ｍｍ以下であることが最適の発電
特性を得る上で望ましい。
紫外線硬化型樹脂によるものであることが光硬化特性と
して優れていることから最適である。またそのときのセ
ラミックス板に形成されるガス通路溝の単電池と接触す
る接触部の幅寸法が１ｍｍ以下であることが最適の発電
特性を得る上で望ましい。
【００２０】また本発明の２番目は、固体電解質板の片
面に燃料極が、また反対面に空気極が設けられる単電池
が積層構造をなす固体電解質型燃料電池において各単電
池間に介設されるセラミックス材料製のセパレータを製
造する方法であって、セパレータ用セラミックス板の表
面に未硬化の光硬化型樹脂フィルム層を形成する工程
と、前記単電池との非接触部であるガス通路溝に対応す
る樹脂フィルム層領域を光硬化させないままその単電池
との接触部に対応する樹脂フィルム層領域を光硬化させ
る露光・現像工程と、セラミックス板の未硬化の樹脂フ
ィルム層領域に対応する部位を研削除去する工程と、そ
の未硬化の樹脂フィルム層領域に対応する部位が研削除
去されたセラミックス板より光硬化した樹脂フィルム層
を剥離させる剥離工程とからなることを要旨とする。
面に燃料極が、また反対面に空気極が設けられる単電池
が積層構造をなす固体電解質型燃料電池において各単電
池間に介設されるセラミックス材料製のセパレータを製
造する方法であって、セパレータ用セラミックス板の表
面に未硬化の光硬化型樹脂フィルム層を形成する工程
と、前記単電池との非接触部であるガス通路溝に対応す
る樹脂フィルム層領域を光硬化させないままその単電池
との接触部に対応する樹脂フィルム層領域を光硬化させ
る露光・現像工程と、セラミックス板の未硬化の樹脂フ
ィルム層領域に対応する部位を研削除去する工程と、そ
の未硬化の樹脂フィルム層領域に対応する部位が研削除
去されたセラミックス板より光硬化した樹脂フィルム層
を剥離させる剥離工程とからなることを要旨とする。
【００２１】この場合も前記光硬化型樹脂が紫外線硬化
型のものであることが好適であり、また前記セラミック
ス板の未硬化樹脂フィルム層領域に対応する部位の研削
除去工程はブラスト加工により行われることが微細かつ
複雑な形状のガス通路溝の加工が可能で、しかもその加
工寸法密度も高いという点で最適である。
型のものであることが好適であり、また前記セラミック
ス板の未硬化樹脂フィルム層領域に対応する部位の研削
除去工程はブラスト加工により行われることが微細かつ
複雑な形状のガス通路溝の加工が可能で、しかもその加
工寸法密度も高いという点で最適である。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明が適
用されるＳＯＦＣ用セラミックセパレータの一形態を示
している。これは、セラミックセパレータの空気極面を
示している。図示されるように、このセラミックセパレ
ータ１０は、セラミックス材料製の方形平板状のセパレ
ータ本体１２の四隅角部に挿通孔１４ａ、１４ｂ、１４
ｃ、１４ｄが貫設される。
を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明が適
用されるＳＯＦＣ用セラミックセパレータの一形態を示
している。これは、セラミックセパレータの空気極面を
示している。図示されるように、このセラミックセパレ
ータ１０は、セラミックス材料製の方形平板状のセパレ
ータ本体１２の四隅角部に挿通孔１４ａ、１４ｂ、１４
ｃ、１４ｄが貫設される。
【００２３】そして一方の対角線の位置関係にある挿通
孔１４ａと１４ｃには燃料ガス導入管と燃料ガス排出管
（いずれも図示せず）が挿通され、他方の対角線の位置
関係にある挿通孔１４ｂと１４ｄには空気導入管と空気
排出管（同じく図示せず）が挿通されるようになってい
る。
孔１４ａと１４ｃには燃料ガス導入管と燃料ガス排出管
（いずれも図示せず）が挿通され、他方の対角線の位置
関係にある挿通孔１４ｂと１４ｄには空気導入管と空気
排出管（同じく図示せず）が挿通されるようになってい
る。
【００２４】このセパレータ本体１２の燃料極面は、Ｓ
ＯＦＣ単電池の燃料極面と対抗して設けられるものであ
るから、前述の燃料ガス導入管が挿通される挿通孔１４
ａに連通してその燃料ガス導入管を通って供給される燃
料ガスを単電池の燃料極に接するように導入するための
燃料ガス導入溝１６ａがそのセパレータ本体１２の燃料
極面の一側寄り部位に設けられ、また燃料ガス排出管が
挿通される挿通孔１４ｃに連通してその単電池の燃料極
に接した後の燃料ガスを排出するための燃料ガス排出溝
１６ｂがそのセパレータ本体１２の燃料極面の反対側寄
り部位に設けられる。
ＯＦＣ単電池の燃料極面と対抗して設けられるものであ
るから、前述の燃料ガス導入管が挿通される挿通孔１４
ａに連通してその燃料ガス導入管を通って供給される燃
料ガスを単電池の燃料極に接するように導入するための
燃料ガス導入溝１６ａがそのセパレータ本体１２の燃料
極面の一側寄り部位に設けられ、また燃料ガス排出管が
挿通される挿通孔１４ｃに連通してその単電池の燃料極
に接した後の燃料ガスを排出するための燃料ガス排出溝
１６ｂがそのセパレータ本体１２の燃料極面の反対側寄
り部位に設けられる。
【００２５】そして燃料ガス導入溝１６ａと燃料ガス排
出溝１６ｂとの間は多数の互い違いに列設された仕切壁
（単電池との接触壁）１８，１８…の間に形成される燃
料ガス流路（ガス通路溝）２０を介して連通され、これ
により燃料ガス導入管より燃料ガス導入溝１６ａに導入
された燃料ガスがそれらの多岐にわたる燃料ガス流路２
０を貫流しながら単電池の燃料極に接触し、燃料ガス排
出溝１６ｂを通って燃料ガス排出管より排出されるもの
である。
出溝１６ｂとの間は多数の互い違いに列設された仕切壁
（単電池との接触壁）１８，１８…の間に形成される燃
料ガス流路（ガス通路溝）２０を介して連通され、これ
により燃料ガス導入管より燃料ガス導入溝１６ａに導入
された燃料ガスがそれらの多岐にわたる燃料ガス流路２
０を貫流しながら単電池の燃料極に接触し、燃料ガス排
出溝１６ｂを通って燃料ガス排出管より排出されるもの
である。
【００２６】尚、このセパレータ本体１２の燃料極面と
は反対側の面である空気極面は、図示まではしないがＳ
ＯＦＣ単電池の空気極面と対抗して設けられるものであ
るから、前述の空気導入管が挿通される挿通孔１４ｂに
連通してその空気導入管を通って供給される空気を単電
池の空気極に接するように導入するための空気導入溝が
そのセパレータ本体１２の空気極面の一側寄り部位に設
けられ、また空気排出管が挿通される挿通孔１４ｄに連
通してその単電池の空気極に接した後の空気を排出する
ための空気排出溝がそのセパレータ本体１２の空気極面
の反対側寄り部位に設けられる。
は反対側の面である空気極面は、図示まではしないがＳ
ＯＦＣ単電池の空気極面と対抗して設けられるものであ
るから、前述の空気導入管が挿通される挿通孔１４ｂに
連通してその空気導入管を通って供給される空気を単電
池の空気極に接するように導入するための空気導入溝が
そのセパレータ本体１２の空気極面の一側寄り部位に設
けられ、また空気排出管が挿通される挿通孔１４ｄに連
通してその単電池の空気極に接した後の空気を排出する
ための空気排出溝がそのセパレータ本体１２の空気極面
の反対側寄り部位に設けられる。
【００２７】そしてやはり空気導入溝と空気排出溝との
間は燃料極面側と同様に多数の互い違いに列設された仕
切壁（単電池との接触壁）の間に形成される空気流路を
介して連通されている。これにより空気導入管より空気
導入溝へ導入された空気は多岐にわたる空気流路を貫流
しながら単電池の空気極に接触し、空気排出溝を通って
空気排出管より排出されるものである。
間は燃料極面側と同様に多数の互い違いに列設された仕
切壁（単電池との接触壁）の間に形成される空気流路を
介して連通されている。これにより空気導入管より空気
導入溝へ導入された空気は多岐にわたる空気流路を貫流
しながら単電池の空気極に接触し、空気排出溝を通って
空気排出管より排出されるものである。
【００２８】次に本発明に係るセラミックセパレータの
製造方法について説明する。この製造方法は基本的には
セパレータのガス通路溝の加工方法として、紫外線硬化
樹脂をマスキングフィルムとしたブラスト加工法を適用
するものである。これにより、微細で複雑なガス通路溝
を持つセパレータを製作することができる方法を考案し
た。
製造方法について説明する。この製造方法は基本的には
セパレータのガス通路溝の加工方法として、紫外線硬化
樹脂をマスキングフィルムとしたブラスト加工法を適用
するものである。これにより、微細で複雑なガス通路溝
を持つセパレータを製作することができる方法を考案し
た。
【００２９】この加工法の手順は以下のとおりである。 （１）切削する部分を黒く塗りつぶした版下図面を製作
する。 （２）版下図面からポジフィルム原版を作成する。 （３）加工する材料に紫外線硬化フィルムを貼り付け
る。 （４）紫外線硬化フィルムにポジフィルムを重ねて露
光、現像する。 （５）ブラスト加工機により全面を切削する。（露光部
は切削されずに残る。） （６）紫外線硬化フィルムを剥す。
する。 （２）版下図面からポジフィルム原版を作成する。 （３）加工する材料に紫外線硬化フィルムを貼り付け
る。 （４）紫外線硬化フィルムにポジフィルムを重ねて露
光、現像する。 （５）ブラスト加工機により全面を切削する。（露光部
は切削されずに残る。） （６）紫外線硬化フィルムを剥す。
【００３０】図２は、具体的にそのセラミックセパレー
タの製造工程を図示したものである。初めにセパレータ
用セラミックス板２２を用意し（図２（ａ））、このセ
ラミックス板２２の表面に紫外線硬化型樹脂フィルム２
４を貼り付ける（図２（ｂ））。
タの製造工程を図示したものである。初めにセパレータ
用セラミックス板２２を用意し（図２（ａ））、このセ
ラミックス板２２の表面に紫外線硬化型樹脂フィルム２
４を貼り付ける（図２（ｂ））。
【００３１】次にこの紫外線硬化型樹脂フィルム２４の
上に予めガス通路溝を形成するために作成してある前述
のポジフィルム原版（ガス通路溝に対応する領域では紫
外線を遮り、それ以外の領域すなわち単電池との接触壁
部分の領域では紫外線を透過させるように作成したも
の）２６を重ね合わせ、その上から紫外線を照射して紫
外線がポジフィルム原版２６を透過した樹脂フィルム領
域を紫外線硬化させる（図２（ｃ））。
上に予めガス通路溝を形成するために作成してある前述
のポジフィルム原版（ガス通路溝に対応する領域では紫
外線を遮り、それ以外の領域すなわち単電池との接触壁
部分の領域では紫外線を透過させるように作成したも
の）２６を重ね合わせ、その上から紫外線を照射して紫
外線がポジフィルム原版２６を透過した樹脂フィルム領
域を紫外線硬化させる（図２（ｃ））。
【００３２】次にポジフィルム原版２６を取り除いて部
分的に紫外線硬化した樹脂フィルム層が形成されるセラ
ミックス板２２をショットブラスト加工機にセットして
ショットブラスト加工を行う。これにより樹脂フィルム
層の紫外線による未硬化の領域はショットブラスト加工
により取り除かれ、さらにその下のセラミックス板２２
はそのショットブラストにより研削されてガス通路溝に
相当する凹溝が形成される（図２（ｄ））。このとき樹
脂フィルム層の紫外線による光硬化領域はブラスト加工
によっても研削されずに残る。
分的に紫外線硬化した樹脂フィルム層が形成されるセラ
ミックス板２２をショットブラスト加工機にセットして
ショットブラスト加工を行う。これにより樹脂フィルム
層の紫外線による未硬化の領域はショットブラスト加工
により取り除かれ、さらにその下のセラミックス板２２
はそのショットブラストにより研削されてガス通路溝に
相当する凹溝が形成される（図２（ｄ））。このとき樹
脂フィルム層の紫外線による光硬化領域はブラスト加工
によっても研削されずに残る。
【００３３】そして最後にセラミック板の表面に残され
た樹脂フィルムを剥せば、本発明のセラミックセパレー
タが得られる（図２（ｅ））。この加工法により製造し
たセラミックセパレータを用いることにより、以下の効
果が期待できる。 １）積層電池の内部抵抗が低くなるため、単位面積あた
りの発電電力が高くなり、ＳＯＦＣがコンパクト化でき
る。また、高い発電効率が期待できる。 ２）他の方法よりも加工費用が安価であるため、ＳＯＦ
Ｃのコストダウンが期待できる。 ３）ガス通路の形状が複雑な場合でも加工が容易である
ため、設計の自由度が大きい。
た樹脂フィルムを剥せば、本発明のセラミックセパレー
タが得られる（図２（ｅ））。この加工法により製造し
たセラミックセパレータを用いることにより、以下の効
果が期待できる。 １）積層電池の内部抵抗が低くなるため、単位面積あた
りの発電電力が高くなり、ＳＯＦＣがコンパクト化でき
る。また、高い発電効率が期待できる。 ２）他の方法よりも加工費用が安価であるため、ＳＯＦ
Ｃのコストダウンが期待できる。 ３）ガス通路の形状が複雑な場合でも加工が容易である
ため、設計の自由度が大きい。
【００３４】本発明は上記した実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種
々の改変が可能である。たとえば上記したセラミックセ
パレータはガス通気溝が多数列設される互い違いの仕切
壁により形成されているが、勿論いろいろな形態、たと
えば円弧状の仕切壁、ジグザグ状の仕切壁などによって
ガス通気溝を形成したものなどが考えられ、燃料ガスや
空気の通気溝なども考慮して設計することが望ましい。
れるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種
々の改変が可能である。たとえば上記したセラミックセ
パレータはガス通気溝が多数列設される互い違いの仕切
壁により形成されているが、勿論いろいろな形態、たと
えば円弧状の仕切壁、ジグザグ状の仕切壁などによって
ガス通気溝を形成したものなどが考えられ、燃料ガスや
空気の通気溝なども考慮して設計することが望ましい。
【００３５】また、本発明は、外部マニホールドタイプ
のものと内部マニホールドタイプのもののいずれにも適
用できることは言うまでもない。さらにセパレータの材
料としては必ずしもランタンクロマイト系のセラミック
ス材料に限定されるものではなく、今後開発され得る新
しい組成のものにも適用できることは、本発明の趣旨か
ら当然なことである。
のものと内部マニホールドタイプのもののいずれにも適
用できることは言うまでもない。さらにセパレータの材
料としては必ずしもランタンクロマイト系のセラミック
ス材料に限定されるものではなく、今後開発され得る新
しい組成のものにも適用できることは、本発明の趣旨か
ら当然なことである。
【００３６】
【発明の効果】本発明の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦ
Ｃ）用セラミックセパレータによれば、自らの電気抵抗
や圧力損失を小さくすることがてきるので積層電池の発
電性能を高めることができる。またそのセラミックセパ
レータの製造方法によれば、安価に製作できるものであ
るからＳＯＦＣの製作コストの低廉化にも寄与でき、将
来社会的需要が高まるにつれ、その有益性は著しく増大
することが期待されるものである。
Ｃ）用セラミックセパレータによれば、自らの電気抵抗
や圧力損失を小さくすることがてきるので積層電池の発
電性能を高めることができる。またそのセラミックセパ
レータの製造方法によれば、安価に製作できるものであ
るからＳＯＦＣの製作コストの低廉化にも寄与でき、将
来社会的需要が高まるにつれ、その有益性は著しく増大
することが期待されるものである。
【図１】本発明の一実施形態に係るＳＯＦＣ用セラミッ
クセパレータ平面図である。
クセパレータ平面図である。
【図２】図１に示したセラミックセパレータの製造工程
面図である。
面図である。
【図３】ＳＯＦＣ積層電池の構造を示した外観斜視図で
ある。
ある。
【図４】従来一般に知られるセラミックセパレータの形
態を示した平面図である。
態を示した平面図である。
【図５】セパレータ溝部分を模式的に示した図である。
【図６】セパレータの溝幅と最大電力密度との関係を示
した図である。
した図である。
１０ セラミックセパレータ １２ セパレータ本体 １４ａ〜１４ｄ 挿通孔 １６ａ 燃料ガス導入溝 １６ｂ 燃料ガス導出溝 １８，１８ 仕切壁（接触壁） ２０ 燃料ガス流路（ガス通路溝） ２２ セパレータ用セラミックス板 ２４ 紫外線硬化型樹脂フィルム ２６ ポジフィルム原版 ３０ ＳＯＦＣ積層電池 ３２ 固体電解質板 ３４ 燃料極 ３６ 空気極 ３８ 単電池 ４０ セパレータ
Claims (6)
- 【請求項１】 固体電解質板の片面に燃料極が、また反
対面に空気極が設けられる単電池が積層構造をなす固体
電解質型燃料電池において、各単電池間に介設されるセ
ラミック材料製セパレータであって、 セパレータ用のセラミックス板の表面に未硬化の光硬化
型樹脂フィルム層を設け、前記単電池との接触部に対応
する樹脂フィルム層領域を光硬化させると共にその単電
池との非接触部であるガス通路溝に対応する樹脂フィル
ム層領域は光硬化させないままとし、前記セラミックス
板の未硬化の樹脂フィルム層領域を研削除去すると共に
光硬化した樹脂フィルム層は剥離させてなることを特徴
とする固体電解質型燃料電池用セラミックセパレータ。 - 【請求項２】 前記光硬化型樹脂フィルム層が紫外線硬
化型樹脂によるものであることを特徴とする請求項１に
記載の固体電解質型燃料電池用セラミックセパレータ。 - 【請求項３】 前記ガス通路溝の単電池との接触部の幅
寸法が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１また
は２に記載の固体電解質型燃料電池用セラミックセパレ
ータ。 - 【請求項４】 固体電解質板の片面に燃料極が、また反
対面に空気極が設けられる単電池が積層構造をなす固体
電解質型燃料電池において各単電池間に介設されるセラ
ミックス材料製のセパレータの製造方法であって、 セパレータ用のセラミックス板の表面に未硬化の光硬化
型樹脂フィルム層を形成する工程と、 前記単電池との非接触部であるガス通路溝に対応する樹
脂フィルム層領域を光硬化させないままその単電池との
接触部に対応する樹脂フィルム層領域を光硬化させる露
光・現像工程と、 セラミックス板の未硬化の樹脂フィルム層領域に対応す
る部位を研削除去する工程と、 その未硬化の樹脂フィルム層領域に対応する部位が研削
除去されたセラミックス板よる光硬化した樹脂フィルム
層を剥離させる剥離工程とからなることを特徴とする固
体電解質型燃料電池用セラミックセパレータの製造方
法。 - 【請求項５】 前記光硬化型樹脂が紫外線硬化型のもの
であることを特徴とする請求項４に記載の固体電解質型
燃料電池用セラミックセパレータの製造方法。 - 【請求項６】 前記セラミックス板の未硬化樹脂フィル
ム層領域に対応する部位の研削除去工程はプラスト加工
によるものであることを特徴とする請求項４または５に
記載の固定電解質型燃料電池用セラミックセパレータの
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35433595A JP3520884B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 固体電解質型燃料電池用セラミックセパレータ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35433595A JP3520884B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 固体電解質型燃料電池用セラミックセパレータ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09190828A true JPH09190828A (ja) | 1997-07-22 |
| JP3520884B2 JP3520884B2 (ja) | 2004-04-19 |
Family
ID=18436863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35433595A Expired - Fee Related JP3520884B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 固体電解質型燃料電池用セラミックセパレータ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3520884B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003096455A2 (en) * | 2002-05-09 | 2003-11-20 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Improved fuel cell |
-
1995
- 1995-12-28 JP JP35433595A patent/JP3520884B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003096455A2 (en) * | 2002-05-09 | 2003-11-20 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Improved fuel cell |
| WO2003096455A3 (en) * | 2002-05-09 | 2005-11-17 | Univ Leland Stanford Junior | Improved fuel cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3520884B2 (ja) | 2004-04-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040127 |
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| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040127 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |