JP2002184423A - Separator for fuel cell - Google Patents

Separator for fuel cell

Info

Publication number
JP2002184423A
JP2002184423A JP2000380835A JP2000380835A JP2002184423A JP 2002184423 A JP2002184423 A JP 2002184423A JP 2000380835 A JP2000380835 A JP 2000380835A JP 2000380835 A JP2000380835 A JP 2000380835A JP 2002184423 A JP2002184423 A JP 2002184423A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
separator
fuel cell
regular
outer peripheral
contact resistance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2000380835A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3479774B2 (en
Inventor
Hajime Koga
肇 古賀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Pillar Packing Co Ltd
Original Assignee
Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Pillar Packing Co Ltd filed Critical Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority to JP2000380835A priority Critical patent/JP3479774B2/en
Publication of JP2002184423A publication Critical patent/JP2002184423A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3479774B2 publication Critical patent/JP3479774B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator for a fuel cell capable of reducing contact resistance (unit contact resistance) as much as possible and improving cell performance (power generation efficiency, service life of the cell, etc.), greatly. SOLUTION: In the separator for the fuel cell formed by pressurizing an electric conductive resin material into a prescribed plate shape by a mold, an outer peripheral shape forms a regular N-sided polygon (N is a natural number of 5 or more). The number N is determined in a range of 0<R.cos (180 deg./N)<=23 in the relation with a radius R (mm) of a virtual circle circumscribing the regular N-sided polygon.

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、電気自動車等の電
源として使用される燃料電池において単セルを構成する
ためのセパレータであって、特に、導電性樹脂材を金型
により所定の板形状に加圧成形してなる燃料電池用セパ
レータに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a separator for forming a single cell in a fuel cell used as a power source of an electric vehicle or the like. The present invention relates to a fuel cell separator formed by pressure molding.

【０００２】[0002]

【従来の技術】例えば、固体高分子電解質型燃料電池
は、図７〜図９に示す如く、セパレータ１，１間にセル
電極２を挟圧させてなる単セル３を積層したものであ
る。セル電極２は、電解質膜４とその両側に配したガス
拡散電極たるアノード５及びカソード６とからなる方形
板状のサンドイッチ構造をなすものである。各セパレー
タ１は、導電性樹脂材（例えば炭素粉末とフェノール樹
脂等の熱硬化性樹脂との混成材）を金型により方形板状
に加圧成形してなるもので、両面（又は片面）の外周部
領域には適当数の透孔７，８，９，１０，１１が穿設さ
れており、セル電極２が設置される中心部領域１２，１
３には、ガス拡散電極５，６との間にガス流路１２a，
１３a（図９参照）を形成するための凹溝ないし凹部が
設けられている。透孔７，８，９，１０，１１は、夫
々、単セル３を積層したスタックにおいて一連のマニホ
ルド（流体通路）を構成する。すなわち、透孔７群は、
水素含有ガス１６をアノード５とセパレータ１との間に
形成されるガス流路１２aに供給するガス供給用マニホ
ルドを構成し、透孔８群はガス流路１２aに連通するガ
ス排出用マニホルドを構成し、透孔９群は、酸素含有ガ
ス１７をカソード６とセパレータ１との間に形成される
ガス流路１３aに供給するガス供給用マニホルドを構成
し、透孔１０群はガス流路１３aに連通するガス排出用
マニホルドを構成し、透孔１１群は冷却水を流動させる
冷却用マニホルドを構成する。2. Description of the Related Art For example, a solid polymer electrolyte fuel cell has a structure in which single cells 3 each having a cell electrode 2 sandwiched between separators 1 are stacked as shown in FIGS. The cell electrode 2 has a square plate-like sandwich structure including an electrolyte membrane 4 and anodes 5 and cathodes 6 serving as gas diffusion electrodes disposed on both sides thereof. Each separator 1 is formed by pressing a conductive resin material (for example, a hybrid material of a carbon powder and a thermosetting resin such as a phenol resin) into a rectangular plate shape using a mold. An appropriate number of through holes 7, 8, 9, 10, and 11 are formed in the outer peripheral area, and the central area 12, 1 in which the cell electrode 2 is installed.
3, a gas flow path 12a between the gas diffusion electrodes 5 and 6;
There is provided a groove or recess for forming 13a (see FIG. 9). Each of the through holes 7, 8, 9, 10, 11 forms a series of manifolds (fluid passages) in a stack in which the single cells 3 are stacked. That is, the group of through-holes 7
A gas supply manifold for supplying the hydrogen-containing gas 16 to the gas flow passage 12a formed between the anode 5 and the separator 1 is formed, and the through holes 8 constitute a gas discharge manifold communicating with the gas flow passage 12a. The group of through holes 9 constitutes a gas supply manifold for supplying the oxygen-containing gas 17 to a gas flow path 13a formed between the cathode 6 and the separator 1, and the group of through holes 10 forms a gas flow path 13a. A communicating gas exhaust manifold is formed, and the through holes 11 constitute a cooling manifold for flowing cooling water.

【０００３】かかる構成の燃料電池は、各単セル３のア
ノード側及びカソード側において「Ｈ2→２Ｈ+＋２
ｅ-」及び「（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ」の
電気化学反応を生じて、電池全体として「Ｈ2＋（１／
２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ」の電気化学反応が進行し、かかる化学
エネルギーを直接電気エネルギーに変換することで所定
の電池性能を発揮するものである。In the fuel cell having such a structure, "H 2 → 2H + +2" is provided on the anode side and the cathode side of each unit cell 3.
e - "and" (1/2) O 2 + 2H + + 2e - → occurs an electrochemical reaction of H 2 O ", the entire battery" H 2 + (1 /
2) O 2 → H 2 O ”electrochemical reaction proceeds, and by converting such chemical energy directly into electric energy, a predetermined battery performance is exhibited.

【０００４】ところで、良好な電池性能を確保するため
には、電池の内部抵抗による損失を少なくすることが必
要であり、セパレータ１による電気抵抗を可及的に小さ
くしておく必要がある。而して、セパレータ１によって
生じる電池の内部抵抗は、セパレータそのものが有する
電気抵抗（以下「固有抵抗」という）とセパレータ１の
接触により発生する電気抵抗（以下「接触抵抗」とい
う）とであるが、一般に、固有抵抗は接触抵抗に比して
小さいことから、電池の内部抵抗による損失を少なくす
るためには、セパレータ１の接触抵抗を可及的に小さく
しておくことが極めて有効である。すなわち、固有抵抗
＝（単位固有抵抗／セパレータ接触面積）×セパレータ
厚さ×セパレータ枚数で得られ、接触抵抗＝（単位接触
抵抗／セパレータ接触面積）×セパレータ接触面数で得
られるが、例えば、単位固有抵抗＝６×１０-3Ω・ｃ
ｍ、単位接触抵抗＝８×１０-3Ω・ｃｍ2、接触面積＝
１００ｃｍ2、厚さ＝０．２ｃｍ、枚数：１００枚、接
触面数：２００面（通常はセパレータ１とセル電極２と
を交互に配置するため、接触面数はセパレータ枚数の２
倍となる）であるとすると、固有抵抗＝（６×１０-3Ω
・ｃｍ／１００ｃｍ2）×０．２ｃｍ×１００枚＝１．
２×１０-3Ωとなり、接触抵抗＝（８×１０-3Ω・ｃｍ
2／１００ｃｍ2）×２００面＝１６×１０-3Ωとなり、
接触抵抗は固有抵抗より一桁大きく電池の内部抵抗への
影響度が極めて高い。なお、単位固有抵抗及び単位接触
抵抗は、１枚のセパレータ１についての固有抵抗及び接
触抵抗である。In order to ensure good battery performance, it is necessary to reduce the loss due to the internal resistance of the battery, and it is necessary to reduce the electrical resistance of the separator 1 as much as possible. Thus, the internal resistance of the battery caused by the separator 1 is the electric resistance of the separator itself (hereinafter referred to as “specific resistance”) and the electric resistance generated by the contact of the separator 1 (hereinafter referred to as “contact resistance”). In general, since the specific resistance is smaller than the contact resistance, it is extremely effective to reduce the contact resistance of the separator 1 as much as possible in order to reduce the loss due to the internal resistance of the battery. That is, specific resistance = (unit specific resistance / separator contact area) × separator thickness × number of separators, and contact resistance = (unit contact resistance / separator contact area) × number of separator contact surfaces. Specific resistance = 6 × 10 −3 Ω · c
m, unit contact resistance = 8 × 10 −3 Ω · cm 2 , contact area =
100 cm 2 , thickness = 0.2 cm, number of sheets: 100, number of contact surfaces: 200 (Normally, since the separators 1 and the cell electrodes 2 are alternately arranged, the number of contact surfaces is 2
), The specific resistance = (6 × 10 −3 Ω)
・ Cm / 100cm 2 ) × 0.2cm × 100 sheets = 1.
2 × 10 −3 Ω, and the contact resistance = (8 × 10 −3 Ω · cm)
2 / 100cm 2 ) × 200 surface = 16 × 10 −3 Ω,
The contact resistance is one order of magnitude higher than the specific resistance and has a very high effect on the internal resistance of the battery. The unit specific resistance and the unit contact resistance are the specific resistance and the contact resistance of one separator 1.

【０００５】而して、接触抵抗（単位接触抵抗）はセパ
レータ１の厚み方向の寸法精度（以下「板厚寸法精度」
という）及び密度分布によって大きく左右され、接触抵
抗の低減を図るためには、板厚寸法精度を高めると共に
密度分布を均一にしておくことが必要である。[0005] The contact resistance (unit contact resistance) is the dimensional accuracy in the thickness direction of the separator 1 (hereinafter referred to as “plate thickness dimensional accuracy”).
) And the density distribution. In order to reduce the contact resistance, it is necessary to increase the plate thickness dimensional accuracy and to make the density distribution uniform.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
のセパレータ１では、その外周形状が方形をなすもので
あるため、如何に高精度の金型を使用したとしても、板
厚寸法精度を高めることができず、また密度にバラツキ
を生じる。However, in the above-mentioned conventional separator 1, since the outer peripheral shape is a square, the plate thickness dimensional accuracy is improved even if a high-precision mold is used. And the density varies.

【０００７】すなわち、金型内の導電性樹脂材は加圧に
伴って金型の中心部から外方へと放射状に流動すること
になる。一方、方形をなすセパレータ１では中心から外
周縁までの距離に大きなバラツキがある。したがって、
中心からの距離が最大となる角部の周辺部分とそれ以外
の部分とでは密度が大きく異なり、板厚寸法精度も低く
なる。That is, the conductive resin material in the mold flows radially outward from the center of the mold with the pressurization. On the other hand, in the case of the rectangular separator 1, there is a large variation in the distance from the center to the outer peripheral edge. Therefore,
The density is greatly different between the peripheral part of the corner where the distance from the center is the largest and the other part, and the plate thickness dimensional accuracy is low.

【０００８】したがって、方形板状のセパレータ１で
は、金型等の成形条件を如何に工夫したとしても、接触
抵抗（単位接触抵抗）を低減させることが困難である。
しかも、密度のバラツキにより、局部的に接触抵抗（電
気抵抗）が大きくなり、単セル３内での電流の流れ方や
温度分布に影響を与えて、発電効率や電池寿命の低下を
招く虞れがある。Therefore, it is difficult to reduce the contact resistance (unit contact resistance) of the rectangular plate-shaped separator 1 irrespective of the molding conditions of a mold or the like.
In addition, the contact resistance (electrical resistance) locally increases due to the variation in the density, which affects the flow of current and the temperature distribution in the single cell 3, which may cause a reduction in power generation efficiency and battery life. There is.

【０００９】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
で、接触抵抗（単位接触抵抗）を可及的に低減すること
ができ、電池性能（発電効率，電池寿命等）の大幅な向
上を図りうる燃料電池用セパレータを提供することを目
的とするものである。The present invention has been made in view of the above points, and can reduce contact resistance (unit contact resistance) as much as possible, and can greatly improve battery performance (power generation efficiency, battery life, etc.). It is an object of the present invention to provide a fuel cell separator that can be achieved.

【００１０】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、導電性樹脂材
を金型により所定の板形状に加圧成形してなる燃料電池
用セパレータにおいて、上記の目的を達成すべく、特に
セパレータを次のような外周形状をなすものとしておく
ことを提案するものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a fuel cell separator formed by pressing a conductive resin material into a predetermined plate shape using a mold. It is proposed to make the outer peripheral shape as described above.

【００１１】すなわち、請求項１の発明（以下「第１発
明」という）ではセパレータの外周形状を円形となして
おくことを提案する。That is, the invention of claim 1 (hereinafter referred to as "first invention") proposes that the outer peripheral shape of the separator be circular.

【００１２】セパレータの外周形状を円形となしておく
と、その中心から外周縁までの距離が一定（当該円形の
半径）となるから、加圧成形時における金型内での導電
性樹脂材の流動が円滑且つ均一に行われる。したがっ
て、金型精度をある程度以上に高めておくことにより、
板厚寸法精度が高く且つ均一密度のセパレータを得るこ
とができる。その結果、円形のセパレータを使用した固
体高分子電解質型燃料電池では、セパレータによる電気
抵抗（接触抵抗）の低減を図ることができ、電池性能を
大幅に向上させることができる。If the outer peripheral shape of the separator is circular, the distance from the center to the outer peripheral edge becomes constant (the radius of the circular shape), so that the conductive resin material in the mold at the time of press molding is formed. The flow is smooth and uniform. Therefore, by increasing the mold accuracy to a certain level,
A separator having high plate thickness dimensional accuracy and uniform density can be obtained. As a result, in a solid polymer electrolyte fuel cell using a circular separator, the electrical resistance (contact resistance) of the separator can be reduced, and the cell performance can be greatly improved.

【００１３】また、請求項２の発明（以下「第２発明」
という）では、セパレータの外周形状を正Ｎ角形（Ｎは
５以上の自然数である）となし、その角数Ｎを、当該正
Ｎ角形に外接する仮想円の半径Ｒ（ｍｍ）との関係にお
いて０＜Ｒ・ｃｏｓ（１８０°／Ｎ）≦２３となる範囲
で決定しておくことを提案する。The invention of claim 2 (hereinafter referred to as "second invention")
), The outer peripheral shape of the separator is defined as a regular N-sided polygon (N is a natural number of 5 or more), and the number N of corners is defined in relation to a radius R (mm) of a virtual circle circumscribing the regular N-sided polygon. It is proposed that the value be determined in a range where 0 <R · cos (180 ° / N) ≦ 23.

【００１４】ところで、８５％の黒鉛粉末と１５％のフ
ェノール樹脂とからなる混成材（導電性樹脂材）を金型
により複数種の正Ｎ角形の平板（厚さ:２ｍｍ）に加圧
成形してみたところ、当該正Ｎ角形における中心から外
周縁までの距離の最大値（当該正Ｎ角形に外接する仮想
円の半径Ｒに一致する）が１２０ｍｍ以下であるとき
は、角数Ｎ（≧５）の多少に拘わらず、成形品（正Ｎ角
形平板）の板厚寸法精度も十分満足でき、局部的な密度
の不均一もなかった。しかし、Ｎ＝３，４である場合、
つまり正三角形及び正方形である場合には、Ｒ≦１２０
ｍｍであるときにも、角部の頂角がＮ≧５である場合の
ように鈍角となっていないためか、角部周辺部分と中心
部分とで密度が大きく異なった。一方、Ｒ＞１２０ｍｍ
となる正Ｎ角形については、外接円半径Ｒ及び角数Ｎが
板厚寸法精度及び密度分布の良否に大きく影響し、外接
円半径Ｒが大きくなれば、これに伴って角数Ｎも大きく
することで、板厚寸法精度も十分満足でき且つ密度が均
一な成形品を得られることが判明した。By the way, a composite material (conductive resin material) composed of 85% of graphite powder and 15% of phenol resin is pressure-formed into a plurality of types of regular N-gonal flat plates (thickness: 2 mm) using a mold. As a result, when the maximum value of the distance from the center to the outer peripheral edge (corresponding to the radius R of the virtual circle circumscribing the regular N-gon) in the regular N-gon is 120 mm or less, the number of corners N (≧ 5 Regardless of the degree of ()), the thickness accuracy of the molded product (regular N-sided flat plate) was sufficiently satisfied, and there was no local unevenness in density. However, if N = 3,4, then
In other words, when the shape is an equilateral triangle and a square, R ≦ 120
Even when the diameter was mm, the density was largely different between the peripheral part and the central part of the corner part probably because the apex angle of the corner part was not obtuse as in the case where N ≧ 5. On the other hand, R> 120 mm
For the regular N-sided polygon, the circumscribed circle radius R and the number of corners N greatly influence the quality of the plate thickness dimensional accuracy and the density distribution, and as the circumscribed circle radius R increases, the number of corners N increases accordingly. As a result, it has been found that a molded product having a sufficient thickness dimension accuracy and a uniform density can be obtained.

【００１５】これらのことから、外接円半径Ｒと角数Ｎ
とが共に増加若しくは減少するならば、板厚寸法精度及
び密度の良好性ないし金型内での材料流動性の良好性を
確保できると推測される。さらに、外接円半径Ｒと角数
Ｎとが共に増加若しくは減少するということは、正Ｎ角
形における中心から外周縁までの距離のバラツキが、
Ｒ，Ｎの値に拘わらず、一定範囲にあるという推測が成
立する。そして、正Ｎ角形における中心から外周縁まで
の距離のバラツキは、図２〜図６に例示する如く、中心
Ｏから外周縁までの距離の最大値（中心Ｏと任意の角部
Ａとを結ぶ線分ＯＡの長さで与えられる）と当該距離の
最小値（中心Ｏと任意の一辺ＡＣの二等分点（中間点）
Ｂとを結ぶ線分ＯＢの長さで与えられる）との差（以下
「半径方向バラツキ量」という）Ｈで特定することがで
きる。ここに、線分ＯＡの長さは角部Ａを通過する外接
円（上記の仮想円）Ｄの半径Ｒ（ｍｍ）で得られ、線分
ＯＢの長さは半径Ｒと∠ＡＯＣ（＝θ）の余弦との積
（Ｒ・ｃｏｓθ）で与えられ、θ＝１８０°／Ｎである
ことから、半径方向バラツキ量ＨはＨ＝Ｒ（１−ｃｏｓ
θ）＝Ｒ（１−ｃｏｓ（１８０°／Ｎ））（ｍｍ）で与
えられる。From these, the circumscribed circle radius R and the angle N
If both increase or decrease, it is presumed that good plate thickness dimensional accuracy and good density or good material fluidity in the mold can be ensured. Furthermore, the fact that both the circumscribed circle radius R and the number of angles N increase or decrease means that the variation in the distance from the center to the outer peripheral edge of the regular N-gon is:
It is conjectured that the values are within a certain range regardless of the values of R and N. The variation in the distance from the center to the outer peripheral edge of the regular N-sided polygon is the maximum value of the distance from the center O to the outer peripheral edge (connecting the center O and an arbitrary corner A as illustrated in FIGS. Given by the length of the line segment OA) and the minimum value of the distance (a bisecting point (middle point) between the center O and any one side AC)
(Given by the length of a line segment OB connecting B and B) (hereinafter referred to as “radial variation”) H. Here, the length of the line segment OA is obtained by a radius R (mm) of a circumscribed circle (the above-mentioned imaginary circle) D passing through the corner A, and the length of the line segment OB is calculated by the radius R and ∠AOC (= θ ) With the product of the cosine (R · cos θ) and θ = 180 ° / N, the radial variation H is H = R (1−cos
θ) = R (1−cos (180 ° / N)) (mm).

【００１６】一方、上記した実験で得たデータを整理す
ると共に、データから半径方向バラツキ量Ｈを算出し
た。その結果は、表１に示す通りである。なお、表１に
おける成形品の評価は、板厚寸法精度及び密度の何れに
ついても、当該正Ｎ角形の外接円半径Ｒと同一寸法の円
形成形品（厚さ及び使用材料並びに成形条件は当該正Ｎ
角形の成形品と同じである）に比して、同等であるもの
については○で示し、板厚寸法精度及び密度の少なくと
も一方が当該円形成形品に比して明らかに劣るものにつ
いては×で示した。On the other hand, the data obtained in the above-described experiments were arranged, and the radial variation H was calculated from the data. The results are as shown in Table 1. The evaluation of the molded product in Table 1 is based on the evaluation of the circular molded product having the same dimensions as the circumcircle radius R of the regular N-gon (thickness, material used, and molding conditions) in both the thickness accuracy and the density. Positive N
(Same as a square molded product), and those which are equivalent are indicated by ○, and those whose at least one of the plate thickness dimensional accuracy and density is clearly inferior to the circular molded product are ×. Indicated by

【００１７】[0017]

【表１】 [Table 1]

【００１８】而して、表１に示されたデータは上記した
推測を裏付けるものであり、表１に示された成形品評価
と半径方向バラツキ量Ｈとの関係から、Ｈ≦２３ｍｍの
場合には角数Ｎ及び外接円半径Ｒに関係なく成形品評価
が○であり、Ｈ＞２３ｍｍの場合には角数Ｎ及び外接円
半径Ｒに関係なく成形品評価が×であることが理解され
る。The data shown in Table 1 confirms the above assumption. From the relationship between the evaluation of the molded product shown in Table 1 and the variation H in the radial direction, the data shown in Table 1 were obtained when H ≦ 23 mm. Indicates that the molded product evaluation is ○ regardless of the number of corners N and the circumscribed circle radius R, and it is understood that the molded product evaluation is × regardless of the square number N and the circumscribed circle radius R when H> 23 mm. .

【００１９】以上の点から、第２発明では、セパレータ
の外周形状を正Ｎ角形とする場合においては、Ｎ≧５及
び０ｍｍ＜Ｈ（＝Ｒ・ｃｏｓ（１８０°／Ｎ））≦２３
ｍｍが満足されることを必須条件とした。かかる条件が
満足される限りにおいて、第１発明のセパレータと同等
の板厚寸法精度及び密度分布を得ることができるのであ
る。すなわち、円形のセパレータを使用した固体高分子
電解質型燃料電池と同様に、セパレータによる電気抵抗
（接触抵抗）の低減を図ることができ、電池性能を大幅
に向上させることができるのである。From the above points, in the second invention, when the outer peripheral shape of the separator is a regular N-gon, N ≧ 5 and 0 mm <H (= R · cos (180 ° / N)) ≦ 23
mm was an essential condition. As long as such conditions are satisfied, the same thickness accuracy and density distribution as those of the separator of the first invention can be obtained. That is, similarly to a solid polymer electrolyte fuel cell using a circular separator, the electrical resistance (contact resistance) of the separator can be reduced, and the cell performance can be greatly improved.

【００２０】なお、第１及び第２発明の何れにおいて
も、導電性樹脂材としては、公知のセパレータに使用さ
れているものを任意に選択することができるが、一般
に、８５〜９７％の黒鉛粉末と１５〜３％の熱硬化性樹
脂（フェノール樹脂等）とからなる複合材を使用してお
くことが好ましい。また、第１及び第２発明は、外周領
域にマニホルド形成用の透孔を設けた内部マニホルド方
式のセパレータの他、このようなマニホルド形成用の透
孔を有しない外部マニホルド方式のセパレータにも当然
に適用することができる。In any of the first and second aspects of the invention, the conductive resin material may be arbitrarily selected from those used in known separators. Generally, 85 to 97% of graphite is used. It is preferable to use a composite material composed of a powder and 15 to 3% of a thermosetting resin (phenol resin or the like). The first and second aspects of the present invention naturally cover not only an internal manifold type separator having a through hole for forming a manifold in an outer peripheral region but also an external manifold type separator having no such through hole for forming a manifold. Can be applied to

【００２１】[0021]

【実施例】第１実施例として、図１に示す如く、外周形
状が半径Ｒ＝２９６ｍｍの円形をなす第１発明に係るセ
パレータ１０１を得た。EXAMPLE 1 As a first example, as shown in FIG. 1, a separator 101 according to the first invention having an outer peripheral shape having a circular shape with a radius R = 296 mm was obtained.

【００２２】第２実施例として、図２に示す如く、外周
形状が外接円半径Ｒ＝１２０ｍｍの正五角形をなす第２
発明に係るセパレータ２０１を得た。As a second embodiment, as shown in FIG. 2, the outer peripheral shape is a regular pentagon having a circumscribed circle radius R = 120 mm.
A separator 201 according to the invention was obtained.

【００２３】第３実施例として、図３に示す如く、外周
形状が外接円半径Ｒ＝１５０ｍｍの正六角形をなす第２
発明に係るセパレータ２０２を得た。As a third embodiment, as shown in FIG. 3, the outer peripheral shape is a regular hexagon having a circumscribed circle radius R = 150 mm.
A separator 202 according to the invention was obtained.

【００２４】第４実施例として、図４に示す如く、外周
形状が外接円半径Ｒ＝２３０ｍｍの正七角形をなす第２
発明に係るセパレータ２０３を得た。As a fourth embodiment, as shown in FIG. 4, the outer peripheral shape is a regular heptagon having a circumscribed circle radius R = 230 mm.
A separator 203 according to the invention was obtained.

【００２５】第５実施例として、図５に示す如く、外周
形状が外接円半径Ｒ＝２９６ｍｍの正八角形をなす第２
発明に係るセパレータ２０４を得た。As a fifth embodiment, as shown in FIG. 5, the outer peripheral shape is a regular octagon having a circumscribed circle radius R = 296 mm.
A separator 204 according to the invention was obtained.

【００２６】第６実施例として、図６に示す如く、外周
形状が外接円半径Ｒ＝２９６ｍｍの正九角形をなす第２
発明に係るセパレータ２０５を得た。As a sixth embodiment, as shown in FIG. 6, the outer peripheral shape is a regular octagon having a circumscribed circle radius R = 296 mm.
A separator 205 according to the invention was obtained.

【００２７】また、比較例として、図７〜図９に示す如
く、外周形状が縦２７５ｍｍ，横２２５ｍｍの矩形をな
す従来のセパレータ１を得た。As a comparative example, as shown in FIGS. 7 to 9, a conventional separator 1 having an outer peripheral shape of a rectangle having a length of 275 mm and a width of 225 mm was obtained.

【００２８】各セパレータ１，１０１，２０１，２０
２，２０３，２０４，２０５の板厚は２ｍｍであり、そ
の成形は、８５％の黒鉛粉末と１５％のフェノール樹脂
とからなる導電性樹脂材を所定の金型に注入して、所定
圧で加圧することによって行った。セパレータ１０１，
２０１，２０２，２０３，２０４，２０５については図
示しないが、図７〜図９に例示する如く、各セパレータ
１，１０１，２０１，２０２，２０３，２０４，２０５
の両面（又は片面）の外周部領域には水素含有ガス１６
及び酸素含有ガスの給排マニホルド並びに冷却用マニホ
ルドを構成するための適当数の透孔７，８，９，１０，
１１が設けられており、その中心部領域１２，１３には
ガス流路１２ａ，１３ａを形成するための凹溝ないし凹
部が設けられている。Each separator 1, 101, 201, 20
2, 203, 204 and 205 have a plate thickness of 2 mm, and are molded by injecting a conductive resin material composed of 85% of graphite powder and 15% of phenol resin into a predetermined mold and applying a predetermined pressure. This was done by applying pressure. Separator 101,
The separators 201, 202, 203, 204, and 205 are not shown, but as illustrated in FIGS. 7 to 9, the separators 1, 101, 201, 202, 203, 204, and 205 are illustrated.
Hydrogen-containing gas 16
And a suitable number of through-holes 7, 8, 9, 10, and 10 for constituting a supply / discharge manifold for oxygen-containing gas and a manifold for cooling.
A central groove 12 or 13 is provided in the central regions 12 and 13 for forming gas flow paths 12a and 13a.

【００２９】而して、比較例のセパレータ１について、
板厚寸法精度及び単位接触抵抗を測定したところ、板厚
寸法精度はＲ３０μｍであり、単位接触抵抗は１８×１
０-3Ω・ｃｍ2であった。これに対して、各実施例のセ
パレータ１０１，２０１，２０２，２０３，２０４，２
０５については、何れも、板厚寸法精度はＲ２０μｍ以
下であり、単位接触抵抗は５×１０-3Ω・ｃｍ2以下で
あった。したがって、第１及び第２発明のセパレータを
使用した固体高分子電解質型燃料電池にあっては、発電
効率及び電池寿命等の電池性能が大幅に向上することが
理解される。Thus, for the separator 1 of the comparative example,
When the thickness accuracy and unit contact resistance were measured, the thickness accuracy was R30 μm, and the unit contact resistance was 18 × 1.
It was 0 −3 Ω · cm 2 . On the other hand, the separators 101, 201, 202, 203, 204, 2
Regarding Sample No. 05, the plate thickness dimensional accuracy was R20 μm or less, and the unit contact resistance was 5 × 10 −3 Ω · cm 2 or less. Therefore, it is understood that in the polymer electrolyte fuel cell using the separators of the first and second inventions, the battery performance such as power generation efficiency and battery life is greatly improved.

【００３０】ところで、積層された単セル群の連結は、
図１又は図８に示す如く、単セル群の両側に配した加圧
板２１，２１間を複数のロッド２２で締結させることに
よって行われるが、従来のセパレータ１を使用した場合
には、図８に示す如く、ロッド２２の挿通空間を確保す
るために、加圧板２１の外形寸法をセパレータ１に比し
てかなり大きく設定しておく必要がある。しかし、第１
及び第２発明のセパレータを使用した場合には、セパレ
ータの外周形状が円形若しくはこれに近い多角形をなす
ことから、図１に例示する如く、ロッド２２の挿通空間
を確保するために加圧板２１の外形寸法を大きくしてお
く必要がなく、セパレータ１０１に比して必要以上に大
きくならない。その結果、電池全体としての小型化を図
ることが可能となる。By the way, the connection of the stacked single cell group is as follows.
As shown in FIG. 1 or FIG. 8, the pressing is performed by fastening a plurality of rods 22 between the pressing plates 21 and 21 arranged on both sides of the single cell group. However, when the conventional separator 1 is used, FIG. As shown in (1), in order to secure the insertion space for the rod 22, the outer dimensions of the pressure plate 21 need to be set considerably larger than the separator 1. But the first
When the separator according to the second aspect of the invention is used, the outer peripheral shape of the separator is a circle or a polygon close to the same. Therefore, as illustrated in FIG. It is not necessary to increase the outer dimensions of the separator 101, and it does not become larger than necessary compared to the separator 101. As a result, the size of the entire battery can be reduced.

【００３１】[0031]

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、第１
及び第２発明によれば、板厚寸法精度が高く且つ局部的
な密度のバラツキがない均一密度のセパレータを得るこ
とができ、セパレータの単位接触抵抗の低減、セパレー
タの強度向上やセパレータ間のシール性能向上を図るこ
とができ、セパレータの薄肉化ないし電池の小型化を容
易に実現することができる。したがって、第１及び第２
発明のセパレータを使用することにより、電池の内部抵
抗による損失を可及的に低減し得て、発電効率及び電池
寿命等の電池性能を大幅に向上させることができる。As can be understood from the above description, the first
According to the second aspect of the present invention, it is possible to obtain a separator having high plate thickness dimensional accuracy and uniform density with no local density variation, reducing unit contact resistance of the separator, improving separator strength, and sealing between separators. The performance can be improved, and the thickness of the separator can be reduced and the size of the battery can be easily reduced. Therefore, the first and second
By using the separator of the invention, the loss due to the internal resistance of the battery can be reduced as much as possible, and the battery performance such as power generation efficiency and battery life can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】第１発明に係るセパレータを示す概略正面図で
ある。FIG. 1 is a schematic front view showing a separator according to a first invention.

【図２】第２発明に係るセパレータを示す概略正面図で
ある。FIG. 2 is a schematic front view showing a separator according to a second invention.

【図３】第２発明に係るセパレータの変形例を示す概略
正面図である。FIG. 3 is a schematic front view showing a modified example of the separator according to the second invention.

【図４】第２発明に係るセパレータの他の変形例を示す
概略正面図である。FIG. 4 is a schematic front view showing another modification of the separator according to the second invention.

【図５】第２発明に係るセパレータの更に他の変形例を
示す概略正面図である。FIG. 5 is a schematic front view showing still another modified example of the separator according to the second invention.

【図６】第２発明に係るセパレータの更に他の変形例を
示す概略正面図である。FIG. 6 is a schematic front view showing still another modified example of the separator according to the second invention.

【図７】従来のセパレータの正面図である。FIG. 7 is a front view of a conventional separator.

【図８】同セパレータの背面図である。FIG. 8 is a rear view of the separator.

【図９】同セパレータを使用した単セルの要部の縦断側
面図である。FIG. 9 is a vertical sectional side view of a main part of a single cell using the separator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０１，２０１，２０２，２０３，２０４，２０５…セ
パレータ。101, 201, 202, 203, 204, 205 ... separator.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 導電性樹脂材を金型により所定の板形状
に加圧成形してなる燃料電池用セパレータにおいて、外
周形状が円形をなすものとしたことを特徴とする燃料電
池用セパレータ。1. A fuel cell separator obtained by press-molding a conductive resin material into a predetermined plate shape using a mold, wherein the outer peripheral shape is circular. 【請求項２】 導電性樹脂材を金型により所定の板形状
に加圧成形してなる燃料電池用セパレータにおいて、外
周形状が正Ｎ角形（Ｎは５以上の自然数である）をなす
ものとし、その角数Ｎが、当該正Ｎ角形に外接する仮想
円の半径Ｒ（ｍｍ）との関係において０＜Ｒ・ｃｏｓ
（１８０°／Ｎ）≦２３となる範囲で決定されているこ
とを特徴とする燃料電池用セパレータ。2. A fuel cell separator obtained by press-molding a conductive resin material into a predetermined plate shape using a mold, wherein the outer peripheral shape is a regular N-sided polygon (N is a natural number of 5 or more). , The number N of corners is 0 <R · cos in relation to the radius R (mm) of a virtual circle circumscribing the regular N-gon.
(180 ° / N) ≦ 23, wherein the fuel cell separator is determined.
JP2000380835A 2000-12-14 2000-12-14 Fuel cell separator Expired - Fee Related JP3479774B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000380835A JP3479774B2 (en) 2000-12-14 2000-12-14 Fuel cell separator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000380835A JP3479774B2 (en) 2000-12-14 2000-12-14 Fuel cell separator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002184423A true JP2002184423A (en) 2002-06-28
JP3479774B2 JP3479774B2 (en) 2003-12-15

Family

ID=18848952

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000380835A Expired - Fee Related JP3479774B2 (en) 2000-12-14 2000-12-14 Fuel cell separator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3479774B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP3479774B2 (en) 2003-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4051076B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
US20020146601A1 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of supplying reaction gas in fuel cell
KR100699659B1 (en) Polymer Electrolyte Fuel Cell
WO2011027539A1 (en) Membrane electrode assembly, production method for same, and fuel cell
US9590254B2 (en) Fuel cell stack
US8465880B2 (en) Fuel cell stack
US20040048126A1 (en) Polymer electrolyte fuel cell and production method of separator plate thereof
US8012639B2 (en) Fuel cell stack
KR100599667B1 (en) Separator for fuel cell using the metal coated with TiN, method to prepare thereit, and polymer electrolyte membrane fuel cell comprising the same
US20110070516A1 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell
JP2004087311A (en) Fuel cell stack and metallic separator for for fuel cell stack
JP6280531B2 (en) Fuel cell
US7572538B2 (en) Fuel cell
JP2007172953A (en) Fuel cell
US8409767B2 (en) Fuel cell
US20180090773A1 (en) Fuel cell stack
KR20090123661A (en) Separator for fuel cell and method for fabricating the same
JP3989771B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
EP2309578A1 (en) Fuel cell structure with a porous metal plate for cooling
US20180145342A1 (en) Flow field for fuel cell including graphene foam
JP2003123801A (en) Polymer electrolyte stacked fuel cell
JP7469085B2 (en) Metal separator for fuel cell and power generating cell
JP3479774B2 (en) Fuel cell separator
JP4859281B2 (en) Membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell
JP2006210212A (en) Polymer electrolyte fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees