JP2001216978A - Fuel cell and insulating coating removing method for metal separator - Google Patents
Fuel cell and insulating coating removing method for metal separatorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池内に設け
られたメタルセパレータの表面に形成された絶縁性被膜
を除去する技術に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for removing an insulating film formed on a surface of a metal separator provided in a fuel cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】燃料電池内においては、燃料ガスと酸化
ガスを分離するためにセパレータが設けられており、近
年では、その製造のし易さから、金属でできたメタルセ
パレータが用いられるようになってきた。2. Description of the Related Art In a fuel cell, a separator is provided for separating a fuel gas and an oxidizing gas. In recent years, a metal separator made of metal has been used due to its ease of production. It has become.
【０００３】燃料電池が稼動する際、メタルセパレータ
には電流が流れるため、電池性能を向上させるには、当
然ながら、メタルセパレータの電気抵抗は低い方が望ま
しい。特に、メタルセパレータにおいては、その表面の
接触抵抗を低下させることが期待されている。When a fuel cell is operated, a current flows through the metal separator. Therefore, in order to improve the cell performance, it is naturally desirable that the metal separator have a low electric resistance. In particular, metal separators are expected to reduce the contact resistance on the surface.
【０００４】そのため、従来においては、例えば、特開
平１０−２２８９１４号公報に記載されているように、
メタルセパレータの表面の接触抵抗を低下させるため
に、メタルセパレータの表面に金メッキを施すようにし
ていた。しかしながら、かかる従来技術においては、高
価な金をメッキとして施すため、メタルセパレータの製
造コストが高くなってしまうという問題があった。Therefore, conventionally, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228914,
In order to reduce the contact resistance on the surface of the metal separator, the surface of the metal separator was gold-plated. However, in such a conventional technique, since expensive gold is applied as plating, there is a problem that the manufacturing cost of the metal separator increases.
【０００５】そこで、他の従来技術として、同じく、メ
タルセパレータの表面の接触抵抗を低下させるために、
メタルセパレータの表面に、安価なチタン（Ｔｉ）化合
物などをメッキとして施して、表面処理するようにして
いた。Therefore, as another prior art, similarly, in order to reduce the contact resistance on the surface of the metal separator,
An inexpensive titanium (Ti) compound or the like is applied as plating on the surface of the metal separator to perform a surface treatment.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
技術においては、メタルセパレータの表面にチタン化合
物などをメッキして表面処理しているため、使用当初
は、メタルセパレータの表面の接触抵抗を十分に低下さ
せる効果がある。しかながら、長時間使用していると、
表面処理されたメタルセパレータの表面が徐々に酸化さ
れて、その表面に酸化被膜が形成されてしまい、接触抵
抗が増大してしまう。そのため、燃料電池の電池性能が
低下する恐れがあった。As described above, in the prior art, since the surface of the metal separator is plated with a titanium compound or the like and the surface is treated, the contact resistance of the surface of the metal separator is reduced at the beginning of use. It has the effect of sufficiently lowering it. However, if you use it for a long time,
The surface of the surface-treated metal separator is gradually oxidized, and an oxide film is formed on the surface, and the contact resistance increases. For this reason, there is a possibility that the cell performance of the fuel cell is reduced.
【０００７】従って、本発明の目的は、上記した従来技
術の問題点を解決し、メタルセパレータの表面における
接触抵抗の増大を防止できる燃料電池を提供することあ
る。[0007] Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a fuel cell that can prevent an increase in contact resistance on the surface of a metal separator.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明
の燃料電池は、平面状の電極と、金属から成り、その表
面に凹凸を有し、その凸部で前記電極の表面に接触する
メタルセパレータと、を少なくとも積層して構成される
燃料電池において、前記電極は、前記メタルセパレータ
の前記凸部と接触する部分に、前記電極と前記メタルセ
パレータとが相対的に摺動した場合に前記メタルセパレ
ータの表面に形成された絶縁性被膜を削り取ることが可
能な程度の、硬さもしくは形状を備えた削剥部を有する
ことを要旨とする。In order to achieve at least a part of the above object, a fuel cell according to the present invention comprises a flat electrode and a metal, and has an uneven surface. And, in a fuel cell configured by stacking at least a metal separator that comes into contact with the surface of the electrode at the convex portion, the electrode has a portion where the metal separator comes into contact with the convex portion, and the electrode and the metal separator. The gist of the present invention is to have a shaved portion having such a hardness or shape that the insulating film formed on the surface of the metal separator can be shaved when the metal separator relatively slides.
【０００９】このように、本発明の燃料電池では、電極
におけるメタルセパレータの凸部と接触する部分に、所
望の硬さもしくは形状を備えた削剥部を有するようにし
ている。従って、例えば、燃料電池が車両等に搭載され
た場合に、その振動により電極とメタルセパレータとが
相対的に摺動し、その摺動によって、メタルセパレータ
の凸部と接触する削剥部が、メタルセバレータの表面に
形成された酸化被膜などの絶縁性被膜を削り取る。As described above, in the fuel cell of the present invention, the portion of the electrode that comes into contact with the convex portion of the metal separator has a scraped portion having a desired hardness or shape. Therefore, for example, when the fuel cell is mounted on a vehicle or the like, the vibration causes the electrode and the metal separator to slide relative to each other. An insulating film such as an oxide film formed on the surface of the separator is scraped off.
【００１０】従って、本発明の燃料電池によれば、長時
間、メタルセパレータを使用し、その表面に酸化被膜な
どの絶縁性被膜が形成されようとしても、直ぐに削り取
られてしまうため、メタルセパレータの表面における接
触抵抗の増大を防止することができ、燃料電池の電池性
能を保つことができる。Therefore, according to the fuel cell of the present invention, even if the metal separator is used for a long time and an insulating film such as an oxide film is formed on the surface thereof, the metal separator is immediately scraped off. An increase in contact resistance on the surface can be prevented, and the cell performance of the fuel cell can be maintained.
【００１１】本発明の燃料電池において、前記削剥部
は、前記電極の表面に固着した導電性を有する複数の硬
質粒子から成ることが好ましい。In the fuel cell of the present invention, it is preferable that the exfoliated portion is composed of a plurality of conductive hard particles fixed to the surface of the electrode.
【００１２】このような硬質粒子で削剥部を構成するこ
とにより、導電性を低下させることなく、メタルセパレ
ータの表面に形成された絶縁性被膜を十分に削り取るこ
とができる。By forming the shaved portion with such hard particles, the insulating coating formed on the surface of the metal separator can be sufficiently shaved without lowering the conductivity.
【００１３】本発明の燃料電池において、前記硬質粒子
は、前記メタルセパレータ側は鋭利な形状を成し、前記
電極側は滑らかな形状を成すことが好ましい。[0013] In the fuel cell according to the present invention, it is preferable that the hard particles have a sharp shape on the metal separator side and a smooth shape on the electrode side.
【００１４】硬質粒子のメタルセパレータ側がこのよう
な形状を成すことにより、上記絶縁性被膜をより良く削
り取ることができる。また、電極側が上記のような形状
を成すことにより、硬質粒子を電極の表面に固定しやす
くなり、しかも、電極の表面を傷つけることがない。When the hard particles have such a shape on the metal separator side, the insulating film can be more effectively removed. Further, when the electrode side has the above-described shape, the hard particles can be easily fixed to the surface of the electrode, and the surface of the electrode is not damaged.
【００１５】本発明の燃料電池において、前記削剥部
は、前記電極と一体的に形成されていることが好まし
い。[0015] In the fuel cell of the present invention, it is preferable that the exfoliated portion is formed integrally with the electrode.
【００１６】このように電極と一体的に形成されること
により、削剥部を新たに形成するための工程を不要とす
ることができる。By thus being formed integrally with the electrode, it is possible to eliminate the need for a step of newly forming a cut-out portion.
【００１７】本発明の燃料電池において、前記電極は、
導電性を有するクロスから成っており、前記削剥部に
は、前記クロスを織る糸として比較的太い糸が用いられ
ているか、または、前記クロスを織る糸が毛羽立ってい
る比較的毛羽立っていることが好ましい。In the fuel cell according to the present invention, the electrode is
It is made of a cloth having conductivity, and in the shaved portion, a relatively thick yarn is used as a yarn for weaving the cloth, or the yarn for weaving the cloth is relatively fuzzy. preferable.
【００１８】このように構成することによって、削剥部
における削り取り作用を向上させることができる。With this configuration, the scraping action at the stripped portion can be improved.
【００１９】本発明の燃料電池において、積層された各
メタルセパレータは、それぞれ、接触する前記電極との
間で摺動可能なように、前記燃料電池に組み込まれてい
ることが好ましい。In the fuel cell of the present invention, it is preferable that each of the laminated metal separators is incorporated in the fuel cell so as to be slidable with the electrode in contact therewith.
【００２０】各メタルセパレータをこのように組み込む
ことにより、各メタルセパレータと電極との間の摺動が
自在となり、上記した削り取り作用がさらに向上する。By incorporating each metal separator in this manner, sliding between each metal separator and the electrode becomes free, and the above-mentioned scraping action is further improved.
【００２１】本発明の燃料電池において、積層された各
メタルセパレータは、複数本のロッドで貫かれていると
共に、各セパレータの前記ロッドにより貫かれる穴は、
それぞれ、前記摺動方向を長手方向とする長穴形状を成
していることが好ましい。In the fuel cell of the present invention, each of the stacked metal separators is penetrated by a plurality of rods, and a hole penetrated by the rod of each separator is:
It is preferable that each has a long hole shape whose longitudinal direction is the sliding direction.
【００２２】このように、各メタルセパレータを積層方
向において固定するために、各メタルセパレータがロッ
ドで貫かれている場合に、貫かれている各貫通穴が長穴
形状を成すことにより、各メタルセパレータと電極との
摺動が容易に行なわれるようになる。As described above, in order to fix each metal separator in the laminating direction, when each metal separator is penetrated by the rod, each penetrated through hole forms an elongated hole shape, so that each metal separator is elongated. Sliding between the separator and the electrode is facilitated.
【００２３】本発明におけるメタルセパレータの絶縁性
被膜除去方法は、燃料電池内に設けられ、金属から成る
と共に、その表面に凹凸を有し、その凸部で電極の表面
に接触するメタルセパレータについて、前記凸部の表面
に形成された絶縁性被膜を除去するための絶縁性被膜除
去方法であって、外部からの力によって前記電極と前記
メタルセパレータとが相対的に摺動した際に、前記電極
における前記メタルセパレータの前記凸部と接触する部
分で、前記凸部の表面に形成された前記絶縁性被膜を削
り取ることを要旨とする。The method for removing an insulating film from a metal separator according to the present invention is directed to a metal separator which is provided in a fuel cell, is made of metal, has irregularities on its surface, and comes into contact with the surface of the electrode at the projecting portion. An insulating film removing method for removing an insulating film formed on a surface of the convex portion, wherein when the electrode and the metal separator relatively slide by an external force, the electrode is removed. The gist is that the insulating film formed on the surface of the convex portion is scraped off at the portion of the metal separator that comes into contact with the convex portion.
【００２４】このような方法を採ることによって、長時
間、メタルセパレータを使用し、その表面に酸化被膜な
どの絶縁性被膜が形成されようとしても、直ぐに削り取
られてしまうため、メタルセパレータの表面における接
触抵抗の増大を防止することができ、燃料電池の電池性
能を保つことができる。By employing such a method, even if a metal separator is used for a long time and an insulating film such as an oxide film is formed on the surface, the metal separator is immediately scraped off. An increase in contact resistance can be prevented, and the cell performance of the fuel cell can be maintained.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。図１は本発明の一実施例として
のメタルセパレータを用いた燃料電池における単セルの
断面の一部を拡大して示した拡大図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below based on examples. FIG. 1 is an enlarged view showing a part of a cross section of a single cell in a fuel cell using a metal separator as one embodiment of the present invention.
【００２６】本実施例における燃料電池は、電気自動車
やハイブリッド車など車両に搭載される車載用の燃料電
池であって、後述するように、複数の単セルが積層され
て構成されている。その積層方向は、図１において、矢
印Ａの方向である。The fuel cell in this embodiment is a vehicle-mounted fuel cell mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, and is formed by stacking a plurality of unit cells as described later. The laminating direction is the direction of arrow A in FIG.
【００２７】一つの単セルは、図１に示すように、電解
質膜１２と、その電解質膜１２を両側から挟むように配
置される２つの電極１４ａ，１４ｂと、それら電極１４
ａ，１４ｂをさらに両側から挟むように配置される２枚
のメタルセパレータ１６ａ，１６ｂと、を備えている。As shown in FIG. 1, one single cell has an electrolyte membrane 12, two electrodes 14a and 14b arranged so as to sandwich the electrolyte membrane 12 from both sides, and the electrodes 14a and 14b.
and two metal separators 16a and 16b arranged so as to sandwich the a and b from both sides.
【００２８】これらのうち、電解質膜１２は、固体高分
子材料により形成されたプロトン伝導性を有するイオン
交換膜で構成されており、後述する電気化学反応によっ
て、その内部をプロトンが移動する。電解質膜１２の両
側の表面には、触媒としての白金または白金と他の金属
からなる合金を含有する触媒（図示せず）がペースト状
に塗布されている。Among these, the electrolyte membrane 12 is formed of a proton conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, and protons move inside the electrolyte membrane by an electrochemical reaction described later. A catalyst (not shown) containing platinum as a catalyst or an alloy composed of platinum and another metal is applied in paste form on both surfaces of the electrolyte membrane 12.
【００２９】電極１４ａ，１４ｂは、それぞれ、十分な
ガス拡散性及び導電性を有するように、炭素繊維から成
る糸で織られたカーボンクロスで構成されており、一方
の電極（アノード）は燃料ガスを、他方の電極（カソー
ド）は酸化ガスをそれぞれ拡散させ、その燃料ガス中に
含まれる水素と、その酸化ガス中に含まれる酸素をそれ
ぞれ、後述する上記電気化学反応に供する。また、電極
１４ａ，１４ｂにおけるメタルセパレータ１６ａ，１６
ｂ側の表面には、後ほど詳しく説明するが、複数の硬質
粒子１８が接着されている。The electrodes 14a and 14b are each made of a carbon cloth woven with a thread made of carbon fiber so as to have sufficient gas diffusivity and conductivity, and one electrode (anode) is a fuel gas. And the other electrode (cathode) diffuses the oxidizing gas, and supplies the hydrogen contained in the fuel gas and the oxygen contained in the oxidizing gas to the above-described electrochemical reaction, respectively. Further, the metal separators 16a, 16b in the electrodes 14a, 14b
As will be described later in detail, a plurality of hard particles 18 are adhered to the surface on the b side.
【００３０】メタルセパレータ１６ａ，１６ｂは、それ
ぞれ、十分な導電性、ガス不透過性、耐食性及び強度を
有する所定の金属で構成されており、凸部が電極１４
ａ，１４ｂとそれぞれ接触し、凹部が電極１４ａ，１４
ｂとの間でガス流路を形成している。これらのうち、一
方のメタルセパレータ側のガス流路には、水素と水蒸気
を含んだ水素ガスが流れて、上記アノードに供給され、
他方のメタルセパレータ側のガス流路には、酸素を含ん
だ酸化ガスが流れて、上記カソードに供給される。ま
た、メタルセパレータ１６ａ，１６ｂは、それぞれ、隣
接する単セル（図示せず）との間を仕切って、隣接する
単セルからガスが漏洩しないように分離している。Each of the metal separators 16a and 16b is made of a predetermined metal having sufficient conductivity, gas impermeability, corrosion resistance, and strength.
a and 14b, respectively, and the recesses are formed in the electrodes 14a and 14b.
b and a gas flow path is formed. Among these, in the gas flow path on one metal separator side, a hydrogen gas containing hydrogen and water vapor flows and is supplied to the anode,
An oxidizing gas containing oxygen flows through the gas flow path on the other metal separator side and is supplied to the cathode. Each of the metal separators 16a and 16b partitions an adjacent unit cell (not shown) so as to prevent gas from leaking from the adjacent unit cell.
【００３１】以上のように構成された単セルでは、アノ
ードに燃料ガスが、カソードに酸化ガスがそれぞれ供給
されると、電解質膜１２の表面に配設された触媒上で電
気化学反応が進行する。以下に、この電気化学反応を表
わす式を示す。In the single cell constructed as described above, when the fuel gas is supplied to the anode and the oxidizing gas is supplied to the cathode, the electrochemical reaction proceeds on the catalyst provided on the surface of the electrolyte membrane 12. . The formula showing this electrochemical reaction is shown below.
【００３２】 Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１） ２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（２） Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）H 2 → 2H + + 2e − (1) 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O (2) H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O ( 3)
【００３３】（１）式はアノード側における反応を示
し、（２）式はカソード側における反応を示し、（３）
式は燃料電池全体で行なわれる反応を示す。Equation (1) shows the reaction on the anode side, Equation (2) shows the reaction on the cathode side, and (3)
The equation shows the reaction that takes place throughout the fuel cell.
【００３４】さて、上記したメタルセパレータ１６ａ，
１６ｂを構成する金属としては、例えば、鉄，アルミニ
ウム，ステンレス，Ｎｉ（ニッケル）合金，またはＴｉ
（チタン）合金が用いられる。そして、これらメタルセ
パレータ１６ａ，１６ｂの片面もしくは両面には、表面
の接触抵抗を低下させるために、所定の表面処理が施さ
れている。具体的には、これらの面に、例えば、ＴｉＮ
（窒化チタン），ＴｉＣ（炭化チタン），ＣｒＮ（窒化
クロム），ＣｒＣ（炭化クロム），ＴｉＢ2（ホウ化チ
タン），ＶＣ（炭化バナジウム），ＷＣ（炭化タングス
テン），ＶＮ（窒化バナジウム），またはＴｉ3ＡｌＣ
などから成る材料を、乾式メッキすることにより、表面
処理が施される。Now, the above-described metal separators 16a,
The metal constituting 16b is, for example, iron, aluminum, stainless steel, Ni (nickel) alloy, or Ti
A (titanium) alloy is used. One or both surfaces of the metal separators 16a and 16b are subjected to a predetermined surface treatment in order to reduce the surface contact resistance. Specifically, for example, TiN
(Titanium nitride), TiC (titanium carbide), CrN (chromium nitride), CrC (chromium carbide), TiB 2 (titanium boride), VC (vanadium carbide), WC (tungsten carbide), VN (vanadium nitride), or Ti 3 AlC
Surface treatment is performed by dry-plating a material made of such as.
【００３５】しかしながら、メタルセパレータ１６ａ，
１６ｂの表面に、このような表面処理を施したとして
も、長時間使用している間に、その表面が徐々に酸化し
て、絶縁性被膜である酸化被膜が形成され、接触抵抗が
増大してしまう。そこで、本実施例においては、上述し
たように、電極１４ａ，１４ｂにおけるメタルセパレー
タ１６ａ，１６ｂ側の表面に、複数の硬質粒子１８を接
着するようにしている。However, the metal separators 16a,
Even if such a surface treatment is applied to the surface of 16b, the surface gradually oxidizes over a long period of use to form an oxide film which is an insulating film, and the contact resistance increases. Would. Therefore, in the present embodiment, as described above, the plurality of hard particles 18 are bonded to the surfaces of the electrodes 14a and 14b on the metal separator 16a and 16b side.
【００３６】これら硬質粒子１８は、十分な導電性を有
し、耐食性に優れていた粒子、例えば、焼成黒鉛ブロッ
クなどで構成されている。また、図１に示すように、こ
れら硬質粒子１８は、それぞれ、一方の側の形状が鋭利
な形状を成しており、他方の側の形状が滑らかな形状、
例えば、丸形状や平面形状を成しており、そして、鋭利
な形状の方がメタルセパレータ側を、滑らかな形状の方
が電極側を向くように、それぞれ配置されている。ま
た、これら硬質粒子１８の大きさは、電極１４ａ，１４
ｂにおけるガスの拡散を阻害しない大きさであることが
好ましい。なお、これら硬質粒子１８は、電極１４ａ，
１４ｂにおけるメタルセパレータ１６ａ，１６ｂ側の表
面全体に設ける必要はなく、少なくとも、メタルセパレ
ータ１６ａ，１６ｂの凸部と接触する部分に設けられて
いれば良い。The hard particles 18 are made of particles having sufficient conductivity and excellent corrosion resistance, such as fired graphite blocks. As shown in FIG. 1, each of the hard particles 18 has a sharp shape on one side and a smooth shape on the other side.
For example, they are formed in a round shape or a planar shape, and are arranged such that a sharp shape faces the metal separator side and a smooth shape faces the electrode side. In addition, the size of these hard particles 18 depends on the size of the electrodes 14a, 14a.
It is preferable that the size does not hinder the diffusion of the gas in b. In addition, these hard particles 18 are used for the electrodes 14a,
It is not necessary to provide the entire surface of the metal separator 16b on the side of the metal separators 16a and 16b, and it is sufficient that the metal separator 14b is provided at least in a portion that comes into contact with the convex portions of the metal separators 16a and 16b.
【００３７】一方、各メタルセパレータは、燃料電池内
に次のようにして組み込まれている。図２はメタルセパ
レータを有する燃料電池の全体の外観を示す斜視図であ
り、図３はその燃料電池に用いられるメタルセパレータ
を正面から見た概略図である。On the other hand, each metal separator is incorporated in the fuel cell as follows. FIG. 2 is a perspective view showing the entire appearance of a fuel cell having a metal separator, and FIG. 3 is a schematic view of a metal separator used in the fuel cell as viewed from the front.
【００３８】図２に示すように、燃料電池２０は、複数
の単セル２１が矢印Ａ方向に積層して構成したスタック
構造となっている。各単セル２１は、それぞれ、４本の
ロッド２２によって貫かれ、各ロッド２２の両端でネジ
止めなどされることにより、矢印Ａ方向において所望の
圧力で固定されている。As shown in FIG. 2, the fuel cell 20 has a stack structure in which a plurality of single cells 21 are stacked in the direction of arrow A. Each single cell 21 is penetrated by four rods 22 and is fixed at a desired pressure in the direction of arrow A by being screwed at both ends of each rod 22, for example.
【００３９】しかしながら、図３に示すように、各メタ
ルセパレータ１６には、上記４本のロッド２２が貫通す
るための貫通穴２４がそれぞれ設けられているが、各貫
通穴２４の形状は長穴形状となっている。従って、燃料
電池２０内において、各メタルセパレータ１６は、各ロ
ッド２２に対して、矢印Ａ方向（図３において紙面に垂
直な方向）とは垂直な矢印Ｂ方向に移動自在となる。However, as shown in FIG. 3, each metal separator 16 is provided with a through hole 24 through which the four rods 22 penetrate, and the shape of each through hole 24 is a long hole. It has a shape. Therefore, in the fuel cell 20, each metal separator 16 can move freely with respect to each rod 22 in the direction of arrow A (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 3) and the direction of arrow B perpendicular to the paper surface.
【００４０】よって、このように構成された燃料電池２
０が車両に搭載された場合、車体が振動すると、その振
動によって、各メタルセパレータ１６は、各々、自由に
矢印Ｂ方向に移動し得る。このように、各メタルセパレ
ータ１６が移動すると、各単セル２１においては、図１
に示すように、メタルセパレータ１６ａ，１６ｂと電極
１４ａ，１４ｂとが矢印Ｂ方向に相対的に摺動すること
になり、これにより、電極１４ａ，１４ｂの表面に接着
された複数の硬質粒子１８のうち、メタルセパレータ１
６ａ，１６ｂの凸部と接触している部分の硬質粒子１８
が、それぞれ、接触するメタルセパレータ１６ａ，１６
ｂの凸部の表面を摺る。このとき、各硬質粒子１８は、
前述したように、メタルセパレータ側が鋭利な形状とな
っているため、例え、メタルセパレータの表面処理され
た表面に絶縁性被膜である酸化被膜が形成されていたと
しても、それら各硬質粒子１８の鋭利な形状によって、
その酸化被膜を削り取ることができる。Therefore, the fuel cell 2 configured as described above
When 0 is mounted on the vehicle, when the vehicle body vibrates, each of the metal separators 16 can freely move in the arrow B direction due to the vibration. As described above, when each metal separator 16 moves, in each single cell 21, FIG.
As shown in the figure, the metal separators 16a, 16b and the electrodes 14a, 14b relatively slide in the direction of arrow B, whereby the plurality of hard particles 18 adhered to the surfaces of the electrodes 14a, 14b are removed. Of which, metal separator 1
The hard particles 18 at the portions in contact with the convex portions of 6a and 16b
Are respectively in contact with the metal separators 16a, 16a.
The surface of the convex part of b is slid. At this time, each hard particle 18
As described above, since the metal separator side has a sharp shape, even if an oxide film that is an insulating film is formed on the surface-treated surface of the metal separator, the sharpness of each of the hard particles 18 is increased. Depending on the shape,
The oxide film can be scraped off.
【００４１】ところで、燃料電池２０が稼働している際
には、燃料電池２０内を電流が流れており、各単セルに
おいて、その電流は、一方のメタルセパレータから、隣
接する一方の電極、電解質膜、他方の電極を順次介し
て、他方のメタルセパレータへ流れる。従って、その単
セル内を流れる電流の流れを阻害しないようにするため
には、その電流の流路となる、メタルセパレータ１６ａ
の凸部と電極１４ａとの接触部分と、メタルセパレータ
１６ｂの凸部と電極１４ｂとの接触部分とが、矢印Ｃ方
向から見て、一部分でも重なっている必要がある。When the fuel cell 20 is operating, a current flows in the fuel cell 20. In each unit cell, the current flows from one metal separator to one adjacent electrode and the electrolyte. It flows to the other metal separator via the membrane and the other electrode sequentially. Therefore, in order not to obstruct the flow of the current flowing in the single cell, the metal separator 16a serving as the current flow path is used.
The contact portion between the convex portion of the metal separator 16b and the contact portion between the electrode 14b and the contact portion between the convex portion of the metal separator 16b and the electrode 14b need to partially overlap when viewed from the arrow C direction.
【００４２】従って、上記２つの接触部分が常に一部分
は重なるようにするために、本実施例においては、各メ
タルセパレータ１６の摺動範囲を矢印Ｂ方向における上
記接触部分の幅ａ以下となるように制限している。具体
的には、各メタルセパレータ１６に設ける貫通穴２４
を、それぞれ、その長手方向（矢印Ｂ方向）の長さｂが
次式を満足するよう、形成するようにしている。Therefore, in this embodiment, the sliding range of each metal separator 16 is set to be equal to or less than the width a of the contact portion in the direction of arrow B so that the two contact portions always partially overlap. Limited to Specifically, a through hole 24 provided in each metal separator 16 is provided.
Are formed such that the length b in the longitudinal direction (the direction of arrow B) satisfies the following expression.
【００４３】ｂ≦ａ＋ｃ ここで、ｃはロッド２２の直径である。B ≦ a + c where c is the diameter of the rod 22.
【００４４】このように、各貫通穴２４の長手方向の長
さｂを設定することにより、各メタルセパレータ１６は
ロッド２２に対して長手方向（矢印Ｂ方向）に距離ａし
か移動できなくなるため、各メタルセパレータ１６の摺
動範囲は、上記接触部分の幅ａ以下に制限されることに
なる。この結果、上記した２つの接触部分は、矢印Ｃ方
向から見た場合に常に一部分が重なることになり、よっ
て、単セイ内を流れる電流の流れを阻害することがな
い。By setting the length b of each through hole 24 in the longitudinal direction as described above, each metal separator 16 can move only a distance a in the longitudinal direction (the direction of arrow B) with respect to the rod 22. The sliding range of each metal separator 16 is limited to the width a of the contact portion or less. As a result, the two contact portions described above always partially overlap when viewed in the direction of arrow C, and therefore do not obstruct the flow of current flowing in the single shaft.
【００４５】以上説明したように、本実施例において
は、燃料電池２０内に、長時間、メタルセパレータ１６
を使用し、その表面に酸化被膜などの絶縁性被膜が形成
されようとしても、車体の振動によりメタルセパレータ
と電極とが相対的に摺動すると、電極の表面に接着され
た硬質粒子１８によって、その絶縁性被膜が直ちに削り
取られてしまうため、メタルセパレータの表面における
接触抵抗の増大を防止することができ、燃料電池の電池
性能を保つことができる。As described above, in the present embodiment, the metal separator 16 is kept in the fuel cell 20 for a long time.
Even if an insulating film such as an oxide film is formed on the surface of the metal separator, when the metal separator and the electrode relatively slide due to the vibration of the vehicle body, the hard particles 18 adhered to the surface of the electrode cause Since the insulating coating is immediately scraped off, an increase in contact resistance on the surface of the metal separator can be prevented, and the cell performance of the fuel cell can be maintained.
【００４６】また、硬質粒子１８は、メタルセパレータ
側が鋭利な形状を成しているので、上記絶縁性被膜の削
り取りに多大な効果がある。また、電極側は滑らかな形
状を成しているので、電極の表面に固定しやすく、しか
も、電極の表面を傷つけることがない。Further, since the hard particles 18 have a sharp shape on the metal separator side, the hard particles 18 have a great effect for shaving the insulating film. Further, since the electrode side has a smooth shape, it can be easily fixed to the surface of the electrode, and the surface of the electrode is not damaged.
【００４７】また、本実施例においては、次のような付
随的効果もある。即ち、一般的に、単セルにおいて、２
枚のメタルセパレータは、中央部分は上記したとおり電
極及び電解質膜を間に挟んでいるが、周辺部分において
は、ゴムシール部材を間に挟んでいる。即ち、周辺部分
にあるゴムシール部材は、中央部分にある電極及び電解
質膜を密閉し、ガスなどが燃料電池の外部に漏洩しない
ようにしている。ゴムシール部材は、通常、電極や電解
質膜の形状に合わせて、四角いリング形状となってい
る。燃料電池稼働時には、上記した電気化学反応によっ
て、水分が形成されるため、従来においては、その水分
がゴムシール部材とメタルセパレータとの間に滞留し、
その滞留した水分によってメタルセパレータの表面が腐
食する場合があった。特に、四角いリング形状の４隅の
部分には、水分が滞留しやすいため、メタルセパレータ
のその部分は特に腐食しやすかった。しかし、これに対
して、本実施例においては、前述したよう、各メタルセ
パレータは、図３に示すように、矢印Ｂ方向に移動自在
である。従って、各メタルセパレータがそのように移動
すると、ゴムシール部材とそれを挟むメタルセパレータ
と間も、矢印Ｂ方向に摺動することになるため、例え、
ゴムシール部材とメタルセパレータとの間に水分が滞留
していたとしても、その滞留は直ちに解かれるため、メ
タルセパレータの表面が腐食することが少なくなり、耐
隙間腐食性の向上を図ることができる。The present embodiment also has the following additional effects. That is, generally, in a single cell, 2
As described above, the metal separator sandwiches the electrode and the electrolyte membrane between the central portions, but sandwiches the rubber seal member between the peripheral portions. That is, the rubber seal member in the peripheral portion seals the electrode and the electrolyte membrane in the central portion, and prevents gas and the like from leaking out of the fuel cell. The rubber seal member usually has a square ring shape according to the shape of the electrode or the electrolyte membrane. During operation of the fuel cell, water is formed by the above-described electrochemical reaction, so that conventionally, the water stays between the rubber seal member and the metal separator,
The retained water may corrode the surface of the metal separator. In particular, since the moisture easily stays at the four corners of the square ring shape, the metal separator is particularly susceptible to corrosion. However, in the present embodiment, as described above, each metal separator is movable in the direction of arrow B as shown in FIG. Therefore, when each metal separator moves as described above, the rubber seal member and the metal separator sandwiching the rubber seal member also slide in the arrow B direction.
Even if moisture stays between the rubber seal member and the metal separator, the stay is immediately released, so that the surface of the metal separator is less corroded and the gap corrosion resistance can be improved.
【００４８】さて、上記した実施例においては、メタル
セパレータの表面に形成された酸化皮膜などの絶縁性被
膜を削り取るために、電極の表面に別体の複数の硬質粒
子を接着するようにしたが、電極の表面自体を次のよう
に構成するようにしても良い。In the above embodiment, a plurality of separate hard particles are adhered to the surface of the electrode in order to scrape off the insulating film such as the oxide film formed on the surface of the metal separator. Alternatively, the surface of the electrode itself may be configured as follows.
【００４９】即ち、電極１４ａ，１４ｂは、前述したと
おり、カーボンクロスによって構成されているため、そ
のカーボンクロスを織っている糸として、メタルセパレ
ータ側の表面近傍に位置する部分には、他の部分に比較
して太い糸や硬い糸を用いるようにする。このような糸
を用いることによって、電極におけるメタルセパレータ
側の表面は、上記した絶縁性被膜を削り取るのに十分な
強度を得ることができるので、上記した実施例と同様の
効果を奏することができる。That is, since the electrodes 14a and 14b are made of carbon cloth as described above, the yarns weaving the carbon cloth have the other parts near the metal separator side surface. Use thicker and harder yarns than By using such a thread, the surface of the electrode on the metal separator side can have sufficient strength to scrape off the insulating film described above, so that the same effect as in the above-described embodiment can be obtained. .
【００５０】また、通常、電極を構成するカーボンクロ
スの表面は、織っている糸の端が内部に織り込まれてお
り、滑らかとなっているが、これらの糸の端を内部に織
り込まずに外側に露出させることにより、メタルセパレ
ータ側に位置するカーボンクロスの面を毛羽立たせるよ
うにしても良い。このように毛羽立たせることにより、
電極におけるメタルセパレータ側の表面は、上記した絶
縁性被膜を削り取るのに十分な形状を得ることができる
ので、上記した実施例と同様の効果を奏することができ
る。In general, the surface of the carbon cloth constituting the electrode is smooth in which the ends of the woven yarns are woven into the inside, but the ends of these yarns are not woven into the inside but , The surface of the carbon cloth located on the metal separator side may be fluffed. By making it fluff like this,
Since the surface of the electrode on the metal separator side can have a shape sufficient to scrape the above-mentioned insulating film, the same effect as in the above-described embodiment can be obtained.
【００５１】なお、本発明は上記した実施例や実施形態
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様にて実施することが可能である。The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, but can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.
【００５２】例えば、上記した実施例では、電極として
カーボンクロスを用いるようにしたが、これに代えて、
カーボンペーパ、あるいはカーボンフエルトなど、充分
なガス拡散性及び導電性を有する部材を用いるようにし
ても良い。For example, in the above-described embodiment, the carbon cloth is used as the electrode.
A member having sufficient gas diffusivity and conductivity, such as carbon paper or carbon felt, may be used.
【図１】本発明の一実施例としてのメタルセパレータを
用いた燃料電池における単セルの断面の一部を拡大して
示した拡大図である。FIG. 1 is an enlarged view showing a part of a cross section of a single cell in a fuel cell using a metal separator as one embodiment of the present invention.
【図２】メタルセパレータを有する燃料電池の全体の外
観を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the overall appearance of a fuel cell having a metal separator.
【図３】燃料電池に用いられるメタルセパレータを正面
から見た概略図である。FIG. 3 is a schematic view of a metal separator used in a fuel cell as viewed from the front.
１２…電解質膜 １４ａ，１４ｂ…電極 １６ａ，１６ｂ…メタルセパレータ １８…硬質粒子 ２０…燃料電池 ２１…単セル ２２…ロッド ２４…貫通穴 DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Electrolyte membrane 14a, 14b ... Electrode 16a, 16b ... Metal separator 18 ... Hard particle 20 ... Fuel cell 21 ... Single cell 22 ... Rod 24 ... Through-hole
Claims (9)
面に凹凸を有し、その凸部で前記電極の表面に接触する
メタルセパレータと、を少なくとも積層して構成される
燃料電池において、 前記電極は、前記メタルセパレータの前記凸部と接触す
る部分に、前記電極と前記メタルセパレータとが相対的
に摺動した場合に前記メタルセパレータの表面に形成さ
れた絶縁性被膜を削り取ることが可能な程度の、硬さも
しくは形状を備えた削剥部を有することを特徴とする燃
料電池。1. A fuel cell comprising at least a flat electrode and a metal separator made of metal, having irregularities on the surface thereof, and a metal separator contacting the surface of the electrode at the projections. The electrode is capable of shaving off an insulating film formed on the surface of the metal separator when the electrode and the metal separator slide relatively to each other in a portion in contact with the protrusion of the metal separator. A fuel cell having a shaved portion having a certain degree of hardness or shape.
る複数の硬質粒子から成ることを特徴とする燃料電池。2. The fuel cell according to claim 1, wherein the exfoliated portion is made of a plurality of conductive hard particles fixed to a surface of the electrode.
を成し、前記電極側は滑らかな形状を成すことを特徴と
する燃料電池。3. The fuel cell according to claim 2, wherein the hard particles have a sharp shape on the metal separator side and a smooth shape on the electrode side.
て、 前記削剥部は、前記電極と一体的に形成されていること
を特徴とする燃料電池。4. The fuel cell according to claim 1, wherein the exfoliated portion is formed integrally with the electrode.
記削剥部には、前記クロスを織る糸として比較的太い糸
が用いられていることを特徴とする燃料電池。5. The fuel cell according to claim 4, wherein the electrode is made of a conductive cloth, and a relatively thick yarn is used in the cut-off portion as a yarn for weaving the cloth. A fuel cell, characterized in that:
記削剥部は、前記クロスを織る糸が毛羽立っていること
を特徴とする燃料電池。6. The fuel cell according to claim 4, wherein the electrode is made of a conductive cloth, and the cut-out portion has a thread that woven the cloth fluffed. .
前記電極との間で摺動可能なように、前記燃料電池に組
み込まれていることを特徴とする燃料電池。7. The fuel cell according to claim 1, wherein each of the stacked metal separators is incorporated in the fuel cell so as to be slidable with the electrode in contact therewith. Features fuel cell.
かれていると共に、各セパレータの前記ロッドにより貫
かれる穴は、それぞれ、前記摺動方向を長手方向とする
長穴形状を成していることを特徴とする燃料電池。8. The fuel cell according to claim 7, wherein each of the stacked metal separators is pierced by a plurality of rods, and the holes of each separator are pierced by the rods. A fuel cell having a long hole shape whose longitudinal direction is the direction.
共に、その表面に凹凸を有し、その凸部で電極の表面に
接触するメタルセパレータについて、前記凸部の表面に
形成された絶縁性被膜を除去するための絶縁性被膜除去
方法であって、 外部からの力によって前記電極と前記メタルセパレータ
とが相対的に摺動した際に、前記電極における前記メタ
ルセパレータの前記凸部と接触する部分で、前記凸部の
表面に形成された前記絶縁性被膜を削り取ることを特徴
とするメタルセパレータの絶縁性被膜除去方法。9. A metal separator which is provided in a fuel cell, is made of a metal, has irregularities on its surface, and has a convex portion in contact with the surface of an electrode. An insulating film removing method for removing a film, wherein when the electrode and the metal separator relatively slide by an external force, the insulating film comes into contact with the convex portion of the metal separator in the electrode. A method for removing an insulating film of a metal separator, wherein the insulating film formed on the surface of the projection is scraped off at a portion.
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|---|---|---|---|
| JP2000028619A JP2001216978A (en) | 2000-02-07 | 2000-02-07 | Fuel cell and insulating coating removing method for metal separator |
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|---|---|---|---|---|
| JP2005293876A (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Toyota Motor Corp | Fuel cell stack |
| JP2005302713A (en) * | 2004-03-18 | 2005-10-27 | Jfe Steel Kk | Metal material for energizing member, fuel cell separator using it and fuel cell |
| US7855026B2 (en) | 2004-03-31 | 2010-12-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack |
| JP2011517013A (en) * | 2008-02-27 | 2011-05-26 | インパクト・コーティングス・エービー | Electrode with coating, method for its production and use of materials |
-
2000
- 2000-02-07 JP JP2000028619A patent/JP2001216978A/en active Pending
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| JP4614121B2 (en) * | 2004-03-31 | 2011-01-19 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell stack |
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