KR20160057306A - 연료 전지용의 세퍼레이터, 연료 전지 및 세퍼레이터의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

막전극 접합체에 있어서의 중앙의 발전 영역과 대향하는 세퍼레이터 중앙 영역부와, 이 세퍼레이터 중앙 영역부의 외측 테두리에 위치하는 외측 테두리부와, 금형을 사용하여 외측 테두리부에 고무 성형 재료를 사용하여 형 성형되는 고무제의 고무 성형체와, 고무 성형체를 외측 테두리부에 접착하기 위해 외측 테두리부에 형성되는 접착제층을 구비하는 세퍼레이터에 있어서, 접착제층은, 외측 테두리부에 있어서 고무 성형체가 형 성형되는 영역을 포함하고, 이 영역보다 넓은 접착제층 영역에 걸쳐 형성된다. 이렇게 함으로써, 고무 성형체의 성형 시에 발생하는 버어에 의한 문제의 발생을 억제할 수 있다.

Description

연료 전지용의 세퍼레이터, 연료 전지 및 세퍼레이터의 제조 방법{SEPARATOR FOR FUEL CELL, FUEL CELL, AND MANUFACTURING METHOD OF SEPARATOR}
본원은, 2014년 11월 13일에 출원된 일본 특허 출원 제2014-230339호에 기초하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 전체가 참조에 의해 본원에 원용된다.
본 발명은 연료 전지용의 세퍼레이터, 연료 전지 및 세퍼레이터의 제조 방법에 관한 것이다.
연료 전지는, 발전 단위로 되는 연료 전지 셀을 복수 적층한 스택 구조로 된다. 각 연료 전지 셀은, 세퍼레이터를 구비하고, 이 세퍼레이터에 의해 다른 셀과 구획되어 있다. 세퍼레이터는, 연료 전지 셀에의 연료 가스, 산소 함유 가스 및 냉각수의 급배에 관여하고, 가스·냉각수의 통로를 시일하기 위한 가스킷이 세퍼레이터에 설치되어 있다. 가스킷은, 고무상 탄성 재료를 금형 성형함으로써 형성된다. 금형 성형에서는, 성형용 고무 재료가 왕왕 가스킷 부형용의 캐비티로부터 누출되어 버어가 형성되므로, 버어에 대한 어떠한 대처가 필요해진다. 이러한 버어 대처의 한 방법으로서, 성형용 고무 재료의 합류부에 있어서 금형에 에어 벤트부를 설치하고, 이 에어 벤트부에 잉여의 성형용 고무 재료를 적극적으로 널리 퍼지게 하여, 에어 벤트부에 버어를 집약하고, 이 버어를 재단·제거하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2008-146986호 공보).
상기한 방법에서는, 에어 벤트부 이외에 있어서 버어의 형성을 억제할 수 있지만, 에어 벤트부의 버어의 재단 시에, 가스킷에 손상을 미치는 것이 우려된다. 따라서, 위치 정밀도가 높은 버어 재단 기구가 필요해지거나, 신중한 버어 재단 작업이 불가결하게 되어, 번잡하였다. 이러한 점에서, 가스킷 등의 고무상 탄성 재료의 형 성형품에 있어서의 간편한 버어 대처가 요청되는 것에 이르렀다.
상기한 과제의 적어도 일부를 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 형태로 하여 실시할 수 있다.
(1) 본 발명의 일 형태에 의하면, 연료 전지용의 세퍼레이터가 제공된다. 이 연료 전지용의 세퍼레이터는, 막전극 접합체에 대향하여 배치되는 연료 전지용의 세퍼레이터이며, 상기 막전극 접합체에 있어서의 중앙의 발전 영역과 대향하는 세퍼레이터 중앙 영역부와, 상기 세퍼레이터 중앙 영역부의 외측 테두리에 위치하는 외측 테두리부와, 금형을 사용하여 상기 외측 테두리부에 고무 성형 재료를 사용하여 형 성형되는 고무제의 고무 성형체와, 상기 고무 성형체를 상기 외측 테두리부에 접착하기 위해 상기 외측 테두리부에 형성되는 접착제층을 구비해도 된다. 그리고, 상기 접착제층은, 상기 외측 테두리부에 있어서 상기 고무 성형체가 형 성형되는 영역을 포함하고 상기 영역보다 넓은 접착제층 영역에 걸쳐 형성되어도 된다.
상기 형태를 채용하면, 연료 전지용의 세퍼레이터는, 막전극 접합체의 발전 영역과 대향하는 세퍼레이터 중앙 영역부로부터 외측 테두리에 연장되는 외측 테두리부에, 접착제층과 고무 성형체를 형성하는 경우, 고무 성형체에 앞서 접착제층을 형성하고, 이 접착제층에 의해 고무 성형체를 접착할 수 있다. 고무 성형체는 금형을 사용하여 고무 성형 재료를 사용하여 형 성형되므로, 그 형 성형 시에, 금형과 접착제층 사이로부터 고무 성형 재료가 누출되면, 누출된 고무 성형 재료에 의한 버어가 고무 성형체에 연결되어 박막 형상으로 형성될 수 있다. 버어는, 박막 형상이므로, 고무 성형체가 초래하는 기능, 예를 들어 외측 테두리부에 있어서의 시일성이나 유체의 정류 작용에 영향을 미치지 않지만, 고무 성형체로부터 이탈하면, 고무 성형체가 초래하는 기능에 악영향을 미칠 수도 있다. 상기 형태의 연료 전지용의 세퍼레이터에 있어서, 외측 테두리부에 있어서 고무 성형체가 형 성형되는 영역을 포함하고 상기 영역보다 넓은 접착제층 영역에 걸쳐 접착제층을 형성하면, 고무 성형체에 연결되어 형성된 박막 형상의 버어에 대해서도, 접착제층에서 외측 테두리부에 접착한다. 따라서, 상기 형태를 연료 전지용의 세퍼레이터가 채용하면, 고무 성형체로부터의 버어의 이탈이나 박리를 억제할 수 있으므로, 버어의 재단의 적어도 일부가 불필요하게 되고, 버어 재단에 수반되는 고무 성형체의 손상 가능성을 회피할 수 있는 것 외에, 버어 대처도 간편해진다.
(2) 상기 형태의 연료 전지용의 세퍼레이터에 있어서, 상기 고무 성형체의 위치보다도 상기 세퍼레이터 중앙 영역부측의 상기 외측 테두리부에, 상기 금형을 사용하여 상기 고무 성형 재료로 형 성형되는 고무제의 중앙 영역부측 고무 성형체를 구비하는 것으로 해도 된다. 또한, 상기 중앙 영역부측 고무 성형체는, 상기 고무 성형체의 형 성형 시에 상기 금형과 상기 접착제층 사이로부터 누출되는 상기 고무 성형 재료에 의해, 상기 외측 테두리부의 표면으로부터의 상기 고무 성형체의 높이보다 낮은 높이로 형 성형되어, 상기 접착제층에 의해 상기 외측 테두리부에 접착되고, 상기 누출된 상기 고무 성형 재료로 형성되는 버어에 의해, 상기 접착제층의 표면에서 상기 고무 성형체와 연결되어 있도록 해도 된다. 이렇게 하면, 다음의 이점이 있다. 이 형태의 연료 전지용의 세퍼레이터는, 중앙 영역부측 고무 성형체를 구비한다고는 해도, 고무 성형체보다도 세퍼레이터 중앙 영역부측으로 이격한 후에, 외측 테두리부의 표면으로부터의 중앙 영역부측 고무 성형체의 높이를 고무 성형체보다 낮게 하고 있다. 따라서, 고무 성형체가 초래하는 시일성이나 유체의 정류 작용과 같은 기능에의 영향을 저감시킬 수 있다. 또한, 중앙 영역부측 고무 성형체는, 고무 성형체의 형 성형 시에 금형과 접착제층 사이로부터 누출되는 고무 성형 재료가 금형에 저류되어 형성된 것으로 된다. 따라서, 누출된 고무 성형 재료는, 중앙 영역부측 고무 성형체의 형성 개소측에 비해 세퍼레이터 중앙 영역부측으로 이동하기 어려워진다. 이로 인해, 세퍼레이터 중앙 영역부측에 있어서의 버어의 발생을 억제할 수 있고, 세퍼레이터 중앙 영역부와 대향하는 막전극 접합체의 발전 영역이 버어에 의해 좁아지는 사태를 억제할 수 있다. 이것은, 막전극 접합체의 발전 영역의 확보, 나아가서는, 연료 전지의 발전 능력 유지에 기여한다. 이 외에, 중앙 영역부측 고무 성형체와 고무 성형체를 연결하는 버어에 대해서는, 접착제층에 의해, 외측 테두리부에 접착되므로, 버어의 이탈이나 박리를 일으키기 어려워진다.
(3) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 세퍼레이터의 제조 방법이 제공된다. 이 세퍼레이터의 제조 방법은, 막전극 접합체에 대향하여 배치되는 연료 전지용의 세퍼레이터의 제조 방법이며, 상기 막전극 접합체에 있어서의 중앙의 발전 영역과 대향하는 상기 세퍼레이터의 세퍼레이터 중앙 영역부의 외측 테두리에 위치하는 외측 테두리부에, 열경화형의 접착제를 도포하여 접착제층을 형성하는 공정과, 고무제의 고무 성형체를 형 성형하기 위한 캐비티를 갖는 금형에, 상기 접착제층이 형성 완료된 세퍼레이터를 세트하는 공정과, 상기 캐비티에 고무 성형 재료를 주입하여, 상기 고무 성형체를 형 성형하는 공정과, 상기 접착제층에 있어서의 상기 접착제의 열경화에 의한 접착 기능 발휘와 상기 주입 완료된 고무 성형 재료의 경화를 도모하는 공정을 구비해도 된다. 그리고, 상기 접착제층을 형성하는 공정에서는, 상기 외측 테두리부에 있어서 상기 고무 성형체가 형 성형되는 영역을 포함하여 상기 영역보다 넓은 접착제층 영역에 걸쳐 상기 접착제를 도포해도 된다. 이 형태를 채용하면, 고무 성형체에 손상이 없거나, 또는 손상이 적은 세퍼레이터를 용이하게 제조할 수 있다.
(4) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 연료 전지가 제공된다. 이 연료 전지는, 발전 단위로 되는 연료 전지 셀을 복수 적층한 셀 스택을 구비하고, 상기 연료 전지 셀은, 전해질막의 양쪽 막면에 촉매 전극층을 접합한 막전극 접합체에 상기 형태의 연료 전지용의 세퍼레이터를 대향하여 구비하는 것이어도 된다. 이렇게 하면, 연료 전지가 고무 성형체에 손상이 적은 세퍼레이터를 갖기 때문에, 연료 전지로서의 내구성의 향상이나 전지 수명의 장수명화가 가능하게 된다. 또한, 상기 형태의 연료 전지에 의하면, 기존의 연료 전지에 있어서 세퍼레이터를 치환하면 되므로, 그 제조 비용의 저감이 가능하다.
또한, 본 발명은 다양한 형태로 실현하는 것이 가능하고, 예를 들어 연료 전지용의 세퍼레이터의 제조 방법이나 연료 전지의 제조 방법, 또는 연료 전지용의 세퍼레이터의 형 성형 금형으로서의 형태로 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태로서의 셀을 도시하는 평면도.
도 2는 도 1에 있어서의 2-2선을 따라 제1 세퍼레이터를 파단하여 도시하는 설명도.
도 3은 도 1에 있어서의 3-3선을 따라 제1 세퍼레이터를 파단하여 도시하는 설명도.
도 4는 제1 세퍼레이터의 제조 수순을 나타내는 공정도.
도 5는 접착제층의 형성 영역을 도시하는 설명도.
도 6은 도 2에 도시하는 가스킷이나 센터측 고무 성형체에 대응한 금형 세트의 상태를 도시하는 설명도.
도 7은 도 3에 도시하는 리브나 센터측 고무 성형체에 대응한 금형 세트의 모습을 도시하는 설명도.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시 형태로서의 셀(110)을 도시하는 평면도, 도 2는 도 1에 있어서의 2-2선을 따라 제1 세퍼레이터(20)를 파단하여 도시하는 설명도, 도 3은 도 1에 있어서의 3-3선을 따라 제1 세퍼레이터(20)를 파단하여 도시하는 설명도이다. 연료 전지는, 복수의 셀(110)을 도 1에 도시된 Z 방향으로 적층한 스택 구조를 구비한다. 도 1에 도시되어 있는 것은, 제1 세퍼레이터(20)이며, 셀(110)은 이 제1 세퍼레이터(20)에, 지면 안측을 향해 막전극 접합체와 제2 세퍼레이터를 적층하여 구성된다. 막전극 접합체는, 전해질막의 양쪽 막면에 촉매 전극층을 접합하여 구성되고, 그 중앙을 발전 영역으로 한다.
셀(110)은 냉각수 매니폴드(411∼416)와, 연료 가스 매니폴드(511, 512)와, 공기 매니폴드(611∼622)를 구비한다. 냉각수 매니폴드(411∼413), 연료 가스 매니폴드(511) 및 공기 매니폴드(611∼616)는 각각, 냉각수, 연료 가스 및 공기의 공급용이다. 냉각수 매니폴드(414∼416), 연료 가스 매니폴드(512) 및 공기 매니폴드(617∼622)는 각각, 냉각수, 연료 가스 및 공기의 배출용이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 세퍼레이터(20)는 막전극 접합체의 중앙의 발전 영역과 대향하는 세퍼레이터 중앙 영역부(20C)와, 이 세퍼레이터 중앙 영역부(20C)의 외측 테두리에 위치하는 외측 테두리부(20G)를 구비하고, 세퍼레이터 중앙 영역부(20C)에 냉각수 유로(420)를 갖는다. 외측 테두리부(20G)에 형성된 냉각수 매니폴드(411∼413)는 냉각수를 도입하여 냉각수 유로(420)에 냉각수를 유입한다. 이렇게 하여 공급된 냉각수는, 리브(430)에 의해 정류되고, 냉각수 유로(420)를 흘러, 냉각수 매니폴드(414∼416)로부터 배출된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 제1 세퍼레이터(20)는 가스킷 SL1∼SL5를 구비한다. 가스킷 SL1∼SL5의 각각은, 냉각수와 연료 가스와 공기가 혼합되지 않도록, 서로의 유로를 시일한다. 가스킷 SL1∼SL5와 상술한 리브(430)는 금형을 사용하여 고무 성형 재료로 형 성형되는 고무제의 형 성형품이다.
제1 세퍼레이터(20)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 외측 테두리부(20G)의 거의 전체 영역에 접착제층(434)을 구비한다. 가스킷 SL1∼SL5와 리브(430) 및 센터측 고무 성형체(432)는 외측 테두리부(20G)에 있어서 이 접착제층(434)에 접착된다. 이 센터측 고무 성형체(432)도, 가스킷 SL1∼SL5나 리브(430)와 마찬가지로, 금형을 사용하여 고무 성형 재료를 사용하여 형 성형된다. 센터측 고무 성형체(432)는 가스킷 SL1∼SL5나 리브(430)보다도 세퍼레이터 중앙 영역부(20C)측에 위치한다. 가스킷 SL1∼SL5와 리브(430) 및 센터측 고무 성형체(432)는 가스 불투성과 탄력성과 내열성을 갖는 재료에 의해 형성된다. 구체적으로는 고무나 엘라스토머 등, 더욱 구체적으로는 실리콘계 고무, 부틸 고무, 아크릴 고무, 천연 고무, 불소계 고무, 에틸렌·프로필렌계 고무, 스티렌계 엘라스토머, 불소계 엘라스토머 등 중 어느 하나를 사용한다. 물론, 필요한 특성을 만족시키면, 다른 재료를 채용해도 된다.
세퍼레이터 중앙 영역부(20C)측에 위치하는 센터측 고무 성형체(432)는 리브(430)나 가스킷 SL1로부터 이격되어 있지만, 후술하는 형 성형 시에 금형과 접착제층(434) 사이로부터 누출되는 고무 성형 재료의 도달 범위 내에 위치한다. 이 센터측 고무 성형체(432)의 외측 테두리부(20G)의 표면으로부터의 높이는, 가스킷 SL1이나 리브(430)의 높이보다 낮게 형 성형되어 있다. 센터측 고무 성형체(432)는 접착제층(434)에 의해 외측 테두리부(20G)에 접착되어 있다. 본 실시 형태에서는, 센터측 고무 성형체(432)는 가스킷 SL1∼SL5의 10∼20％ 정도의 높이로 되고, 리브(430)에 대해서도 30∼40％ 정도의 높이로 되어 있다. 센터측 고무 성형체(432)와 가스킷 SL1 사이에 연장되는 버어(436)나, 가스킷 SL1과 가스킷 SL4 사이의 버어(436) 및 리브(430)로부터 냉각수 매니폴드(412)에 걸쳐 연장되는 버어(436)는 외측 테두리부(20G)에 있어서 접착제층(434)에 접착된다. 또한, 접착제층(434)은 가스킷 SL2나 가스킷 SL3의 주위에 연장되는 버어(436)나, 가스킷 SL4∼SL5의 세퍼레이터 단부(도 1에 있어서의 상단부·하단부)측에서 연장되는 버어(436)에 대해서도, 외측 테두리부(20G)에 있어서 접착된다. 접착제층(434)은 외측 테두리부(20G)의 거의 전체 영역에 형성되어 있다. 따라서, 접착제층(434)은 외측 테두리부(20G)에 있어서 가스킷 SL1∼SL5와 리브(430)와 센터측 고무 성형체(432)가 형 성형되는 영역을 포함하고, 상기 영역보다 넓은 영역에 걸쳐 형성된다. 또한, 접착제층(434)은 막전극 접합체의 발전 영역과 대향하는 세퍼레이터 중앙 영역부(20C)에는 형성되지 않는다.
이어서, 제1 세퍼레이터(20)의 제조 수순에 대해 설명한다. 도 4는 제1 세퍼레이터(20)의 제조 수순을 나타내는 공정도, 도 5는 접착제층(434)의 형성 영역을 도시하는 설명도, 도 6은 도 2에 도시하는 가스킷 SL1이나 센터측 고무 성형체(432)에 대응한 금형 세트의 단면 형상을 도시하는 설명도, 도 7은 도 3에 도시하는 리브(430)나 센터측 고무 성형체(432)에 대응한 금형 세트의 단면 형상을 도시하는 설명도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 세퍼레이터(20)의 제조에 있어서는, 먼저, 제1 세퍼레이터(20)로 되는 세퍼레이터 기판을 준비한다(스텝 S100). 준비하는 제1 세퍼레이터 기판은, 냉각수 매니폴드(411) 등의 가스·냉각수의 급배 매니폴드가 형성 완료된 것과 함께, 냉각수 유로(420)에 대해서도 이미 형성 완료되었다. 물론, 스텝 S100의 준비 공정에 있어서, 이들 급배 매니폴드와 냉각수 유로(420)를 형성해도 된다.
이어서, 준비한 제1 세퍼레이터 기판에 미경화의 접착제를 도포하여 접착제층(434)을 형성한다. 접착제 도포에는, 스프레이나 브러시가 사용되고, 도 5에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터 중앙 영역부(20C)로부터 외측 테두리에 연장된 외측 테두리부(20G)의 영역에 걸쳐 접착제가 도포되고, 접착제층(434)이 형성된다. 사용하는 접착제는, 에폭시 수지 등의 열경화성의 접착제이며, 후술하는 고무 성형 재료의 주입 후의 경화 처리(스텝 S130)에 있어서 경화되어 접착 기능을 발현한다.
이어서, 접착제층(434)을 형성하는 접착제가 미경화의 상태에 있어서, 제1 세퍼레이터 기판을 금형(k0)에 세트한다(스텝 S120). 도 6과 도 7에 도시한 바와 같이, 금형(k0)은, 가스킷 SL1, SL4를 형 성형하기 위한 가스킷 캐비티 k2∼k3 등을 구비하는 것 외에, 센터측 고무 성형체(432)를 형 성형하기 위한 캐비티 k1이나 리브(430)를 형 성형하기 위한 캐비티 k5를 구비한다. 제1 세퍼레이터 기판은, 이 금형(k0)의 금형 단부면에, 제1 세퍼레이터 기판 표면의 접착제층(434)을 압박 접촉하도록 하여, 세트된다. 또한, 도 6과 도 7에는 도시되어 있지 않지만, 금형(k0)은, 도 1의 가스킷 SL2, SL3 및 가스킷 SL5를 형성하기 위한 캐비티도 구비한다.
금형에의 세트에 이어서, 도 6이나 도 7의 캐비티 k1 등에, 상술한 실리콘계 고무 등의 고무 성형 재료를 주입한다(스텝 S130). 이 고무 주입에 의해, 제1 세퍼레이터 기판의 외측 테두리부(20G)에는, 가스킷 SL1∼SL5 외에, 리브(430)와 센터측 고무 성형체(432)도, 미경화의 접착제층(434)에 겹쳐 형성된다. 그 후, 주입 완료된 고무 성형 재료와 미경화의 접착제의 각각을 경화하는 경화 처리를 실시한다(스텝 S140). 구체적으로는, 금형(k0)을 통해, 주입 완료된 고무 성형 재료와 미경화의 접착제의 각각이 경화되는 온도까지 승온하고, 그 온도를 소정의 시간 유지한다. 계속해서, 고무 성형 재료 및 접착제가 충분히 냉각될 때까지 양생하여, 이형함으로써(스텝 S150), 가스킷 SL1∼SL5와 리브(430)와 센터측 고무 성형체(432)를 구비하는 도 1에 도시하는 제1 세퍼레이터(20)가 얻어진다. 얻어진 제1 세퍼레이터(20)에서는, 스텝 S140의 경화 처리 및 그 후의 냉각·양생의 사이에 있어서, 접착제층(434)의 접착제가 경화되고, 접착제층(434)은 가스킷 SL1∼SL5의 가스킷과 리브(430)와 센터측 고무 성형체(432)를 외측 테두리부(20G)에 확실하게 접착한다.
본 실시 형태에서는, 고무 주입 시에, 센터측 고무 성형체(432)를 형 성형하기 위한 캐비티 k1에 대해서는, 캐비티 전체 영역에 고무 성형 재료가 널리 퍼지지 않도록 하였다. 즉, 도 6이나 도 7에 도시하는 센터측 고무 성형체(432)의 형성용의 캐비티 k1의 캐비티 용적, 가스킷 SL1, SL4 형성용의 가스킷 캐비티 k2∼k3의 캐비티 용적, 금형 단부면으로부터의 용융 고무 재료의 누출량, 가스킷 SL2, SL3 및 가스킷 SL5를 형성하기 위한 가스킷 캐비티의 캐비티 용적, 금형 내의 주입 경로 용적 등을 고려하여, 캐비티 k1이 만충전되지 않도록 용융 고무 재료를 주입하였다. 금형 단부면으로부터의 용융 고무 재료의 누출량은, 금형(k0)에의 제1 세퍼레이터(20)의 압박 압력을 조정함으로써 바뀌므로, 압박 압력과 용융 고무 재료의 누출량과 주입압의 관계를 미리 파악해 두면 좋다. 금형 단부면으로부터 누출된 용융 고무 재료는, 스텝 S140에서의 경화 처리와 그 후의 냉각·양생을 거침으로써 경화되고, 버어(436)를 형성한다. 본 실시 형태에서는, 이 버어(436)도, 접착제층(434)에 의해 제1 세퍼레이터(20)의 외측 테두리부(20G)에 접착한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 셀(110)을 구성하는 제1 세퍼레이터(20)는 막전극 접합체의 발전 영역과 대향하는 세퍼레이터 중앙 영역부(20C)의 외측 테두리에 위치하는 외측 테두리부(20G)에, 접착제층(434)와 리브(430), 센터측 고무 성형체(432) 및 가스킷 SL1∼SL5를 구비한다.
제1 세퍼레이터(20)에, 접착제층(434)와 리브(430) 등의 고무 성형체를 형성할 때, 리브(430)와 센터측 고무 성형체(432) 및 가스킷 SL1∼SL5의 성형에 앞서 접착제층(434)을 외측 테두리부(20G)에 형성하고, 이 접착제층(434)에 의해, 리브(430)와 센터측 고무 성형체(432) 및 가스킷 SL1∼SL5를 외측 테두리부(20G)에 접착한다. 리브(430)와 센터측 고무 성형체(432) 및 가스킷 SL1∼SL5는 금형(k0)을 사용하여 고무 성형 재료로 형 성형된다. 그 형 성형 시에, 금형(k0)과 접착제층(434) 사이로부터 고무 성형 재료가 누출되고, 누출된 고무 성형 재료로부터 버어(436)가 리브(430)와 센터측 고무 성형체(432) 및 가스킷 SL1∼SL5에 연결되어 박막 형상으로 형성될 수 있다.
이렇게 하여 형성된 버어(436)는 박막 형상이므로, 리브(430)가 초래하는 냉각수의 정류 작용이나 가스킷 SL1∼SL5가 초래하는 시일성에 영향을 미치지 않지만, 리브(430)나 가스킷 SL1∼SL5로부터 이탈하면, 상기한 정류 작용이나 시일성에 악영향을 미칠 수도 있다. 그런데, 본 실시 형태의 셀(110)의 제1 세퍼레이터(20)는 외측 테두리부(20G)에 있어서 리브(430)와 센터측 고무 성형체(432) 및 가스킷 SL1∼SL5가 형 성형되는 영역을 포함하여 상기 영역보다 넓은 접착제층 영역에 걸쳐 접착제층(434)(도 1, 도 5 참조)을 형성하고 있다. 따라서, 리브(430)와 센터측 고무 성형체(432) 및 가스킷 SL1∼SL5에 연결되어 형성된 박막 형상의 버어(436)도, 접착제층(434)에서 외측 테두리부(20G)에 접착된다. 따라서, 본 실시 형태의 셀(110)의 제1 세퍼레이터(20)에 의하면, 리브(430)와 센터측 고무 성형체(432) 및 가스킷 SL1∼SL5로부터의 버어(436)의 이탈이나 박리를 일으키지 않으므로, 버어(436)의 재단의 적어도 일부는 불필요해져, 버어 재단에 수반되는 리브(430)나 가스킷 SL1∼SL5의 손상의 가능성을 회피할 수 있는 것 외에, 버어 대처도 간편해진다.
본 실시 형태의 셀(110)의 제1 세퍼레이터(20)는 리브(430)나 가스킷 SL1∼SL5보다도 세퍼레이터 중앙 영역부(20C)측의 외측 테두리부(20G)에, 금형(k0)을 사용하여 센터측 고무 성형체(432)를 형성한다. 그리고 나서, 본 실시 형태의 셀(110)의 제1 세퍼레이터(20)는 센터측 고무 성형체(432)를 리브(430)나 가스킷 SL1∼SL5의 형 성형 시에 금형(k0)과 접착제층(434) 사이로부터 누출되는 고무 성형 재료의 도달 범위 내에, 외측 테두리부(20G)의 표면으로부터의 가스킷 SL1∼SL5의 높이보다 낮은 높이로 형 성형한다. 본 실시 형태의 셀(110)의 제1 세퍼레이터(20)는 접착제층(434)에 의해 센터측 고무 성형체(432)를 가스킷 SL1과의 사이의 버어(436)나 리브(430)와의 사이의 버어(436)와 함께 외측 테두리부(20G)에 접착하고 있다. 이로 인해, 이들 버어(436)에 의해, 센터측 고무 성형체(432)는 접착제층(434)의 표면에서 리브(430)나 가스킷 SL1∼SL5와 연결되어 있다. 따라서, 다음의 이점이 있다.
본 실시 형태의 셀(110)의 제1 세퍼레이터(20)는 센터측 고무 성형체(432)를 리브(430)나 가스킷 SL1∼SL5보다도 세퍼레이터 중앙 영역부(20C)측에 이격된 위치에 구비한다. 이 센터측 고무 성형체(432)의 외측 테두리부(20G)의 표면으로부터의 높이는, 리브(430)나 가스킷 SL1∼SL5보다 낮다. 따라서, 센터측 고무 성형체(432)를 구비해도, 리브(430)나 가스킷 SL1∼SL5가 초래하는 시일성이나 유체의 정류 작용과 같은 기능에, 큰 영향을 미치지 않는다. 또한, 센터측 고무 성형체(432)는 리브(430)나 가스킷 SL1∼SL5의 형 성형 시에 금형(k0)과 접착제층(434) 사이로부터 누출되는 고무 성형 재료의 도달 범위 내에 형성되어 있다. 따라서, 누출된 고무 성형 재료가 금형(k0)의 캐비티 k1(도 6, 도 7 참조)에 저류되어 형성된 것으로 된다. 따라서, 누출된 고무 성형 재료는, 센터측 고무 성형체(432)의 형성 개소에 비해, 세퍼레이터 중앙 영역부(20C)측을 향하여 유동하기 어려워진다. 이로 인해, 센터측 고무 성형체(432)의 형성 개소에 비해, 세퍼레이터 중앙 영역부(20C)측에 있어서 버어(436)의 발생을 억제할 수 있어, 세퍼레이터 중앙 영역부(20C)와 대향하는 막전극 접합체의 발전 영역이 버어에 의해 좁아지는 사태를 회피할 수 있다. 이러한 점에서, 막전극 접합체의 발전 영역을 확보하여, 연료 전지의 발전 능력을 유지할 수 있다. 이 외에, 센터측 고무 성형체(432)와 리브(430)나 가스킷 SL1∼SL5를 연결하는 버어(436)에 대해서도, 이것을 접착제층(434)에 의해 외측 테두리부(20G)에 접착하므로, 버어(436)의 이탈이나 박리를 억제한다.
본 실시 형태의 제1 세퍼레이터(20)에서는, 센터측 고무 성형체(432)를 가스킷 SL1∼SL5의 10∼20％ 정도의 높이로 하고, 리브(430)에 대해서도 30∼40％ 정도의 높이로 하였다. 따라서, 제1 세퍼레이터(20)를 갖는 셀(110)을 적층하였을 때에, 이 제1 세퍼레이터(20)의 센터측 고무 성형체(432)가 인접하는 셀(110)에 있어서의 다른 세퍼레이터(제2 세퍼레이터)에 접촉해 버리는 것을, 확실하게 회피할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 발전 단위로 되는 연료 전지 셀인 셀(110)을 복수 적층한 후에, 각각의 셀(110)에, 제1 세퍼레이터(20)를 구비한다. 따라서, 본 실시 형태에 따르면, 제1 세퍼레이터(20)를 포함함으로써, 가스킷 SL1∼SL5나 리브(430)에 손상이 발생하기 어렵게 할 수 있으므로, 연료 전지로서의 내구성의 향상이나 전지 수명의 장수명화를 가능하게 한다. 또한, 본 실시 형태에 따르면, 기존의 연료 전지에 있어서의 세퍼레이터를 제1 세퍼레이터(20)로 치환하면 되므로, 그 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
본 실시 형태에서는, 제1 세퍼레이터(20)의 외측 테두리부(20G)에, 가스킷 SL1 등의 형 성형에 앞서 접착제층(434)을 형성하고, 이 접착제층(434)의 접착제가 미경화된 중에, 가스킷 SL1 등을 금형(k0)으로 형 성형한다. 또한, 접착제층(434)의 접착제 도포 영역을, 가스킷 SL1 등이 형 성형되는 영역을 포함하고, 상기 영역보다 넓은 면적의 영역으로 하고 있다. 따라서, 본 실시 형태의 세퍼레이터 제조 방법에 의하면, 가스킷 SL1 등에 손상이 없는 제1 세퍼레이터(20)를 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들어, 발명의 개요의 란에 기재된 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시 형태의 기술적 특징은, 상술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해, 또는, 상술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해, 적절히, 변경이나, 조합을 행하는 것이 가능하다. 또한, 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절히, 삭제하는 것이 가능하다.
20 : 제1 세퍼레이터
20C : 세퍼레이터 중앙 영역부
20G : 외측 테두리부
110 : 셀
411∼416 : 냉각수 매니폴드
420 : 냉각수 유로
430 : 리브
432 : 센터측 고무 성형체
434 : 접착제층
436 : 버어
511∼512 : 연료 가스 매니폴드
611∼622 : 공기 매니폴드
k0 : 금형
k1∼k5 : 캐비티
SL1∼SL5 : 가스킷

Claims (4)

  1. 막전극 접합체에 대향하여 배치되는 연료 전지용의 세퍼레이터이며,
    상기 막전극 접합체에 있어서의 중앙의 발전 영역과 대향하는 세퍼레이터 중앙 영역부와,
    상기 세퍼레이터 중앙 영역부의 외측 테두리에 위치하는 외측 테두리부와,
    금형을 사용하여 상기 외측 테두리부에 고무 성형 재료를 사용하여 형 성형되는 고무제의 고무 성형체와,
    상기 고무 성형체를 상기 외측 테두리부에 접착하기 위해 상기 외측 테두리부에 형성되는 접착제층을 구비하고,
    상기 접착제층은, 상기 외측 테두리부에 있어서 상기 고무 성형체가 형 성형되는 영역을 포함하고 상기 영역보다 넓은 접착제층 영역에 걸쳐 형성되는, 연료 전지용의 세퍼레이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고무 성형체의 위치보다도 상기 세퍼레이터 중앙 영역부측의 상기 외측 테두리부에, 상기 금형을 사용하여 상기 고무 성형 재료로 형 성형되는 고무제의 중앙 영역부측 고무 성형체를 구비하고,
    상기 중앙 영역부측 고무 성형체는,
    상기 고무 성형체의 형 성형 시에 상기 금형과 상기 접착제층 사이로부터 누출되는 상기 고무 성형 재료에 의해, 상기 외측 테두리부의 표면으로부터의 상기 고무 성형체의 높이보다 낮은 높이로 형 성형되어, 상기 접착제층에 의해 상기 외측 테두리부에 접착되고,
    상기 누출된 상기 고무 성형 재료로 형성되는 버어에 의해, 상기 접착제층의 표면에서 상기 고무 성형체와 연결되어 있는, 연료 전지용의 세퍼레이터.
  3. 연료 전지이며,
    발전 단위로 되는 연료 전지 셀을 복수 적층한 셀 스택을 구비하고,
    상기 연료 전지 셀은, 전해질막의 양쪽 막면에 촉매 전극층을 접합한 막전극 접합체에 제1항 또는 제2항에 기재된 연료 전지용의 세퍼레이터를 대향하여 구비하는, 연료 전지.
  4. 막전극 접합체에 대향하여 배치되는 연료 전지용의 세퍼레이터의 제조 방법이며,
    상기 막전극 접합체에 있어서의 중앙의 발전 영역과 대향하는 상기 세퍼레이터의 세퍼레이터 중앙 영역부의 외측 테두리에 위치하는 외측 테두리부에, 열경화형의 접착제를 도포하여 접착제층을 형성하는 공정과,
    고무제의 고무 성형체를 형 성형하기 위한 캐비티를 갖는 금형에, 상기 접착제층이 형성 완료된 세퍼레이터를 세트하는 공정과,
    상기 캐비티에 고무 성형 재료를 주입하여, 상기 고무 성형체를 형 성형하는 공정과,
    상기 접착제층에 있어서의 상기 접착제의 열경화에 의한 접착 기능 발휘와 상기 주입 완료된 고무 성형 재료의 경화를 도모하는 공정을 구비하고,
    상기 접착제층을 형성하는 공정에서는,
    상기 외측 테두리부에 있어서 상기 고무 성형체가 형 성형되는 영역을 포함하여 상기 영역보다 넓은 접착제층 영역에 걸쳐 상기 접착제를 도포하는, 세퍼레이터의 제조 방법.
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