JP2004281353A

JP2004281353A - 燃料電池用セパレータ

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Publication number: JP2004281353A
Application number: JP2003102727A
Authority: JP
Inventors: Naoya Murakami; 直也村上; Jun Akikusa; 順秋草; Koji Hoshino; 孝二星野; Takashi Hosoi; 敬細井
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-04-07
Also published as: JP4306304B2

Abstract

【課題】セパレータを金属板２枚の張り合わせ構造として、薄型化・軽量化を図る。
【解決手段】内部に反応用ガスの通路となる燃料ガス通路と酸化剤ガス通路を備えた燃料電池用セパレータであって、このセパレータ８は、平面同士が接合された２枚の金属板８ａ、８ｂで構成され、その接合面に燃料ガス通路と酸化剤ガス通路が形成されている。２枚の金属板８ａ、８ｂの双方もしくは片方の接合面に、前記反応用ガスの通路を形成するための燃料ガス通路用溝９ａと酸化剤ガス通路用溝１０ａが設けてあり、双方を接合することにより、前記燃料ガス通路と前記酸化剤ガス通路が形成される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に反応用ガスの通路を備えた燃料電池のセパレータに関し、特に複数枚の金属板を接合して構成したセパレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体酸化物形燃料電池は第三世代の発電用燃料電池として注目されている。この固体酸化物形燃料電池は、円筒型、モノリス型、及び平板積層型の３種類が提案されており、何れも酸化物イオン伝導体から成る固体電解質を両側から空気極（カソード）と燃料極（アノード）で挟み込んだ積層構造を有する。この積層体から成る発電セルを、間に燃料極集電体と空気極集電体を介在してセパレータと交互に所望の数積層すると所定出力の燃料電池スタックを構成できる。
【０００３】
固体酸化物形燃料電池では、反応用のガスとして空気極側に酸化剤ガス（酸素）が、燃料極側に燃料ガス（Ｈ_２、ＣＯ、ＣＨ_４等）が供給される。空気極と燃料極は、ガスが固体電解質との界面に到達することができるよう、何れも多孔質の層とされている。
空気極側に供給された酸素は、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、この部分で空気極から電子を受け取って酸化物イオン（Ｏ^２−）にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料極に向かって固体電解質層内を拡散移動する。燃料極との界面近傍に到達した酸化物イオンは、この部分で、燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２等）を生じ、燃料極に電子を放出する。この電子を別ルートの外部回路にて起電力として取り出すことができる。
【０００４】
ここで、一般的には、前記固体電解質層はイットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等で構成され、前記燃料極層はＮｉ、Ｃｏ等の金属あるいはＮｉ−ＹＳＺ、Ｃｏ−ＹＳＺ等のサーメットで構成され、前記空気極層はＬａＭｎＯ_３、ＬａＣｏＯ_３等で構成され、前記燃料極集電体はＮｉ基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、前記空気極集電体はＡｇ基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、前記セパレータは、ランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ_３）のような電子伝導性を有するセラミックス、或いはステンレス鋼、ニッケル基合金、クロム基合金等の金属材料等で構成されている。
【０００５】
一般的に、セラミックス製のセパレータは１０００℃前後で作動する高温作動型の燃料電池に用いられ、また、金属製のセパレータは７００℃前後で作動する低温作動型の燃料電池に用いられている。特に金属製のセパレータは平板積層型の燃料電池に適している。この金属製のセパレータは、発電セル間を電気接続する機能と、発電セルに反応用のガスを供給する機能を有し、その内部に燃料ガスをセパレータ外周面から導入してセパレータの燃料極層に対向する面から吐出させる燃料ガス通路と、酸化剤ガスをセパレータ外周面から導入してセパレータの酸化剤極層に対向する面から吐出させる酸化剤ガス通路を有している。
【０００６】
上記構成の平板積層型の固体酸化物形燃料電池は、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２０３５８８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した燃料ガス通路や酸化剤ガス通路は、金属板の外側部から施されるストレートな孔空け加工により形成するのが一般的な方法であり、形成できるガス通路は何れもセパレータの側部と中心部を直線的に結ぶだけの単純な構造となる。従って、ガス通路の長さは自ずと短いものに限られてくる。
【０００９】
それ故、セパレータ内部における燃料ガスの予熱や酸化剤ガス（空気）による燃料電池の冷却効果等を期待して特に長いガス通路を形成したい場合は、特許文献１にも見られるような、各ガス通路を金属板の広範囲に亘って蛇行させる通路構造が採られる。この場合は、外部からセパレータ内部へ施されるストレートな孔空け加工と、セパレータ外側部の溝加工とを組み合わせた構造となり、最終的にこの溝の開口部分をセパレータの側部から側板等の部材で封止することにより、蛇行する一連のガス通路を形成できる。
【００１０】
ところが、このような孔空け加工や溝加工によるガス通路の構造は以下のような問題を有していた。
すなわち、セパレータの側部より水平方向の孔空け加工を施すには、電池出力にもよるが、必要なガス流量を確保し得る孔径（例えば、２．５〜３φ程度のガス通路）が加工可能な板厚５〜１０ｍｍ程度の金属板単板を用いる必要があった。しかしながら、セパレータ材にこのような厚肉の金属単板を用いると単セル自体の重量が重くなり、これを多数積層して構成する燃料電池スタックでは、下方に配置される単セルが上層の重圧によって変形・破損し易いといった問題があり、よって、燃料電池スタックの支持機構もその重量に耐え得る強硬なものが要求されるため、構造的に複雑化してくる。また、セパレータが厚ければ、それだけ燃料電池は大型化する。
【００１１】
また、セパレータ内部に蛇行したガス通路を有する特許文献１の構成では、溝の開口部を封止するための複数の側板を必要とし、且つ、これら側板をセパレータの側部に接合するためのろう付け工程やレーザ溶接工程が必要であり、組立作業も煩雑化する。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、セパレータを金属板複数枚の張り合わせ構造として、内部ガス通路の形成を容易にすると共に、薄型化・軽量化を図った燃料電池用セパレータを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に記載の本発明は、内部に反応用ガスの通路となる燃料ガス通路と酸化剤ガス通路を備えた燃料電池用セパレータであって、このセパレータは、平面同士が接合された複数枚の金属板で構成され、その接合面に燃料ガス通路と酸化剤ガス通路が形成されていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の燃料電池用セパレータにおいて、金属板２枚の構成とし、接合される２枚の金属板の内の一方の接合面にのみ、前記反応用ガスの通路を形成するための燃料ガス通路用溝と酸化剤ガス通路用溝を設けて成ることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載の燃料電池用セパレータにおいて、金属板２枚の構成とし、接合される２枚の金属板の双方の接合面に前記反応用ガスの通路を形成するための燃料ガス通路用溝と酸化剤ガス通路用溝を設けて成ることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１に記載の燃料電池用セパレータにおいて、金属板２枚の構成とし、接合される２枚の金属板の一方の接合面に前記反応用ガスの通路を形成するための燃料ガス通路用溝を、他方の接合面に酸化剤ガス通路用溝を設けて成ることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項５に記載の本発明は、請求項１に記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記燃料ガス通路と酸化剤ガス通路が、各々のガス通路を形成するための燃料ガス通路用切り抜きと酸化剤ガス通路用切り抜きを設けた金属板を複数枚接合して形成されていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５までの何れかに記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記金属板の表面に、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒの何れかで成る被覆層を少なくとも１層以上形成したことを特徴としている。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６までの何れかに記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記燃料ガス通路と前記酸化剤ガス通路が各々渦巻き状に形成されていることを特徴としている。
【００１９】
ここで、前記請求項１から請求項４までの何れかに記載の構成によれば、予め２枚の金属板の接合面にガス通路用の溝を形成しておき、双方を接合することにより、その接合面にガス通路を形成することができるので、直線部のみの単純なガス通路だけでなく、曲線部を有する複雑なガス通路（例えば、渦巻き状ガス通路）も、その形状を問わず比較的簡単に形成することができ、製造コストの低減が図れる。また、本構造の場合、例えば、０．５〜１ｍｍ程度の比較的肉薄の金属板を使用することが可能であり、これによりセパレータ自体を薄くできるから、燃料電池スタックの薄型化・軽量化が図れる。
特に、請求項２に記載のように、２枚の金属板の内の一方にのみガス通路用の溝を形成する構造では、ガス通路を形成しない金属平板の板厚を溝分薄くできるため、セパレータの薄型化・軽量化には極めて効果的である。
【００２０】
また、請求項５に記載の構成のように、各ガス通路は、切り抜きを設けた金属板を複数積層・圧着して形成することも可能であり、この方法では、ガス通路の形成がより容易になる。
【００２１】
また、請求項６に記載の構成では、セパレータ（金属材料として、ステンレス鋼、ニッケル基合金、クロム基合金等が使用される）の耐熱性・耐食性が向上し、燃料電池の使用環境下でのセパレーター表面の酸化を防止し、各集電体との良好な電気的導通を長期に亘って確保できることから、内部抵抗を低減し、燃料電池の性能を向上できる。
【００２２】
また、請求項７に記載の構成のように、各ガス通路をセパレータの全域に渦巻き状に形成することにより、燃料ガスや酸化剤ガスの流路を長くすることができる。これにより、運転開始時の予熱にあっては、外部からの加熱気体をこれらガス通路に流通することにより、セパレータ全域を均一に加熱することができ、また、発電時にあっては、長い流路を流通する過程で高温のセパレータとの熱交換作用で燃料ガスを効率良く予熱できると共に、酸化剤ガスの流路を長くすることにより、燃料電池スタックを効率良く冷却することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６に基づいて本発明の実施形態を説明する。
先ず、図４に基づいて本発明が適用された固体酸化物形燃料電池の構成を説明する。図４は平板積層型固体酸化物形燃料電池の要部構成を示している。
単セルは、固体電解質層の両面に燃料極層と空気極層を配して構成した発電セル５と、燃料極層の外側に配した燃料極集電体６と、空気極層の外側に配した空気極集電体７と、各集電体６、７の外側に配したセパレータ８とで構成される。燃料電池スタック１は、この単セルを間に絶縁性の燃料用マニホールドリング１５と絶縁性の酸化剤用マニホールドリング１６を介在して多数積層して成る。
スタック化することにより、各マニホールドリング１５、１６がセパレータ８に設けた各ガス導入孔１３、１４を介して積層方向に連結されてスタックの両側に並行する２本の管状マニホールド１７、１８が形成される。尚、各マニホールド１７、１８には、外部から供給される燃料ガスと酸化剤ガス（一般的には空気）が流通する。
【００２４】
前記単セルを構成する各要素は、従来と同様の物性ものが使用できるが、本発明では、セパレータ８の構造が厚肉の金属単板で成る従来型と相違している。
【００２５】
以下、図１（ａ）〜（ｃ）に基づいて本発明の第１実施形態に係るセパレータ８の構造を説明する。
【００２６】
本実施形態のセパレータ８は、ステンレス鋼を金属母材とし、その表面に下地ＮｉメッキにＡｇメッキを施した、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍ程度の薄肉の四角状ステンレス板２枚を接合して構成される上板８ａと下板８ｂの２層構造で成る。この金属板の左端に燃料ガス導入孔１３が右端に酸化剤ガス導入孔１４が形成されており、これらガス導入孔１３、１４は何れも板厚方向に貫通する楕円形状を成す。
【００２７】
耐熱合金であるステンレス鋼板にＡｇメッキを施すことにより、ステンレス鋼の有する耐酸化性がより一層向上し、燃料電池作動時の高温酸化雰囲気下において優れた耐酸化性・耐熱性を有するセパレータを構成できる。尚、メッキ材としてＮｉやＡｇの他、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒ等を用いることができ、これらメッキ材およびこれらメッキ材の組み合わせによるメッキ処理もまた、セパレータ８に前記同様の優れた耐酸化性・耐熱性を与える。
【００２８】
図１において、前記上板８ａと下板８ｂの接合面には図４で示した燃料ガス通路９となる燃料ガス通路用凹溝９ａと、酸化剤ガス通路１０となる酸化剤ガス通路用凹溝１０ａが形成されている。本実施形態では、これら凹溝９ａ、１０ａは、何れもセパレータ８のほぼ全面に亘って配設された渦巻き状と成され、上板８ａと下板８ｂを重ね合わせると、各凹溝９ａ、１０ａ同士が上下で合致するように面対称となっており、その接合面に断面四角形の各ガス通路９、１０が形成される。
【００２９】
上板８ａにあっては、燃料ガス通路用凹溝９ａの一端は燃料ガス導入孔１３に連通しており、他端が中央付近の燃料ガス吐出孔９ｂに連通している。また、酸化剤ガス用凹溝１０ａの一端は前記酸化剤ガス導入孔１４に連通しており、他端が中央付近で閉塞している。
【００３０】
一方、下板８ｂにあっては、上板８ａとは逆に、酸化剤ガス用凹溝１０ａの一端が酸化剤ガス導入孔１４に連通しており、他端が中央付近の酸化剤ガス吐出孔１０ｂに連通している。また、燃料ガス用凹溝９ａの一端は燃料ガス導入孔１３に連通しており、他端が中央付近で閉塞する構造を有する。
【００３１】
尚、上記した燃料ガス吐出孔９ｂと酸化剤ガス吐出孔１０ｂは何れも板厚方向に貫通するものであるが、スタック化した際の、最上層と最下層に位置するセパレータ８については、燃料ガス吐出孔９ｂあるいは酸化剤ガス吐出孔１０ｂの何れか一方のみ有をする。
【００３２】
次に、図２（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るセパレータの第２実施形態を示している。
第２実施形態によるセパレータ８は、母材や表面メッキ処理等については図１に示した第１実施形態と同様であるが、各ガス通路９、１０の構造が相違し、上板８ａとして凹溝９ａ、１０ａ等を設けてない扁平板が使用される。但し、上板８ａの中央付近に燃料ガス吐出孔９ｂのみが形成されている。尚、下板８ｂについては、図１と同様の構造を有する。
【００３３】
すなわち、本構成では、上板８ａと下板８ｂを重ね合わせることにより、下板８ｂに形成された凹溝９ａ、１０ａの開口部が上板８ａによって封止されてガス通路９、１０となる。係る構造では、図１の構造に比べてセパレータの溝加工が半減するためセパレータ８の製造が容易になると共に、ガス通路を有しない金属板の板厚をより薄くできるので、セパレータ８の薄型化・軽量化に極めて効果的であるという利点を有する。
【００３４】
更に、図３（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るセパレータの第３実施形態を示しており、２枚の金属板８ａ、８ｂの内の上板８ａに燃料ガス通路用溝９ａが形成され、下板８ｂに酸化剤ガス通路用溝１０ａが形成される構造である。
上板８ａに設けた燃料ガス通路用凹溝９ａの一端は燃料ガス導入孔１３に連通しており、他端が中央付近の燃料ガス吐出孔９ｂに連通している。また、下板８ｂに設けた酸化剤ガス用凹溝１０ａの一端は酸化剤ガス導入孔１４に連通しており、他端が中央付近の酸化剤ガス吐出孔１０ｂに連通している。
【００３５】
本構成では、上板８ａと下板８ｂを重ね合わせると、下板８ｂの凹溝１０ａの開口部が上板８ａの扁平な部分で封止されると共に、上板８ａの凹溝９ａの開口部が下板８ｂの扁平な部分で封止されて各ガス通路９、１０が形成される。
係る構造は、セパレータの溝加工を簡素化できる共に、各金属板の溝加工を少なくしてセパレータ自体の強度を向上できるという利点を有する。
【００３６】
次に、図１に基づいて上記構成の燃料電池スタック１における反応用ガスの流れを説明すれば、外部から供給される燃料ガスと酸化剤ガスは、図示しない燃料ガス供給管と酸化剤ガス供給管を介して各々燃料ガス用マニホールド１７と酸化剤ガス用マニホールド１８に導入される。反応用ガスは各マニホールド１７、１８の管内を下方より上方に流通する過程で、それぞれ各層（単セル）のガス導入孔１３、１４より分配されながら各セパレータ８の各ガス通路９、１０を通して各発電セル５の電極層に供給されていく。
【００３７】
すなわち、燃料ガス用マニホールド内の燃料ガスは、各セパレータ８の燃料ガス導入孔１３から燃料ガス通路９に導入され、中央付近の燃料ガス吐出孔９ｂを介して通路末端の燃料ガス吐出口１１より上方に吐出して対面する燃料極集電体６に供給され、多孔質焼結金属板内を拡散しながら通過して発電セル５の燃料極層に達するガス流路となる。
一方、酸化剤ガス用マニホールド内の酸化剤ガスは、各セパレータ８の酸化剤ガス導入孔１４から酸化剤ガス通路１０に導入され、中央付近の酸化剤ガス吐出孔１０ｂを介して通路末端の酸化剤ガス吐出口１２より下方に吐出して対面する空気極集電体７に供給され、多孔質焼結金属板内を拡散しながら通過して発電セル５の空気極層に達するガス流路となる。
【００３８】
尚、以降、各電極内での電気化学反応は従来技術の欄で述べた通りであり、この電気化学反応で生じた高温の排ガスは所定の排気ルートで各単セル５よりスタック外に排出される。
【００３９】
以上、説明したように、セパレータ８を２枚の金属板の張り合わせによる２層構造とし、その接合面にガス通路用の溝を形成すると共に、双方を接合してガス通路を形成する構造であれば、従来のような直線的なガス通路のみならず、渦巻き状のように狭い面積で長い流路が得られる複雑なガス通路も簡単に形成することができ、製造コストの低減と共に、セパレータの薄型化・軽量化が図れる。
【００４０】
特に、上記のように各ガス通路を渦巻き状に形成して長いガス流路を確保すると、運転開始時（起動時）の予熱にあっては、外部より導入した加温気体をこれら燃料ガス通路９や酸化剤ガス通路１０に流通することにより、その際の熱交換作用でセパレータ８の内部を面方向の全域に亘って均一に加熱し、発電セルを効率良く一様な温度分布で昇温することができる。その結果、不均一な温度分布により生じるセル内の熱応力を小さくして、発電セルの破損を防止することができる。
また、動作時（発電時）にあっては、長いガス通路を流通する過程で、燃料ガスが高温のセパレータに接してその熱交換作用により燃料ガスを効率良く予熱でき、電極反応に好適な温度に燃料ガスを昇温して燃料極集電体６に供給できると共に、一方では、酸化剤ガス（空気）を長い流路を通してセパレータ内を満遍なく流通することにより、少ない冷却空気量で燃料電池スタック１を効率良く冷却することができる。
【００４１】
尚、上記作用効果を確実にするためには、各ガス通路９、１０の表面面積を少なくとも発電セルとの接触面積の４％以上にすると良い。
【００４２】
ここで、上記した凹溝９ａ、１０ａの形成には、研磨剤を使用する機械エッチング法、化学薬品を使用する化学的エッチング法（ウエットエッチング、ドライエッチング）、液相中で通電して行う電解エッチング法等、様々な公知のエッチング加工技術を用いることができるが、本実施形態では微細・高精度の加工に好適な化学的エッチング法を用いている。
【００４３】
また、上板８ａと下板８ｂの接合には、熱と荷重を同時に加えて行う公知の熱圧着法を用い、積層一体化されたセパレータ８を得た。この熱圧着法は、接着面の密着性が良好で、優れた気密性が得られるものであり、よって、２層構造の当セパレータ８は、その接合面において高いガスシール性が確保されている。
尚、各金属板同士の接合面には、既述したＮｉメッキ、Ｚｎメッキ、Ｓｎメッキ、Ａｇメッキ等の他、研磨処理（鏡面研磨）が成されることが気密性の面から極めて好ましい。
【００４４】
更に、図５、図６は本発明に係るセパレータの第４実施形態を示している。
本実施形態のセパレータ８は、上記した第１〜第３実施形態と相違し、厚さ方向に貫通する各ガス通路用の切り抜きを設けた金属板を複数枚重ね合わせることによって形成された渦巻き状の燃料ガス通路３０と酸化剤ガス通路３１を有する。
【００４５】
図５に示すように、セパレータ８は、所定の厚みを有する金属製の円板で構成されており、その内部には燃料ガスが流通する渦巻き状の燃料ガス通路３０と、酸化剤ガスが流通する渦巻き状の酸化剤ガス通路３１とを有し、各々が入れ子状態で形成されている。燃料ガス通路３０の一端はセパレータ８の側部に開口し、他端が中央付近で上面に開口する燃料ガス吐出孔３２に連通しており、酸化剤ガス通路３１の一端はセパレータ８の側部に開口し、他端が中央付近で下面に開口する酸化剤ガス吐出孔３３に連通している。
【００４６】
また、図６に示すように、上記したセパレータ８は、中央付近に燃料ガス吐出孔３２が形成された金属製薄板（上板３４）と、燃料ガス通路用の渦巻き状切り抜き３０ａと酸化剤ガス通路用の渦巻き状切り抜き３１ａを入れ子状態に設けた金属製薄板（中板３５）と、中央付近に酸化剤ガス吐出孔３３が形成された金属製薄板（下板３６）を順次重ね合わせて接合した多層構造を有する。接合は、前記実施形態と同様に熱圧着法により行うことができる。
これら上板３４と中板３５と下板３６を重ね合わせることにより、複数の中板３５の各切り抜き３０ａ、３１ａ同士が合致して、セパレータ内部に断面四角形の渦巻き状のガス通路３０、３１が形成できる。尚、本実施形態では、中板３５を２枚積層し、４層構造としたが、中板３５は必要なガス流量に応じて適宜枚数が積層される。また、各ガス通路３０、３１の表面面積は、発電セルとの接触面積の４％以上にすると良い。
【００４７】
本実施形態によるガス通路の構成では、上記実施形態で説明したエッチング加工技術によらず、薄い金属板のプレス加工（打ち抜き加工）により簡単に作製できるというメリットを有し、更なる軽量化、薄型化が図れる。
【００４８】
以上、本実施形態では、ジルコニア等の固体酸化物を電解質とする固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）のセパレータについて説明したが、これに限るものではなく、燐酸を電解質とする燐酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、或いは、イオン交換膜を電解質とする固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）等に使用されるセパレータについても勿論適用可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜請求項４に記載の本発明によれば、セパレータを２枚の金属板の張り合わせ構造とし、その接合面にガス通路用の溝を形成すると共に、双方を接合することによりガス通路を形成する構成としたので、蛇行状や渦巻き状のように、狭い面積で長い流路が得られる複雑なガス通路も簡単に形成することができ、製造コストの低減と共に、セパレータの薄型化や軽量化を図ることができる。
【００５０】
また、請求項５に記載の本発明によれば、各ガス通路は、切り抜きを設けた金属板を複数積層・圧着して形成したので、薄い金属板のプレス加工によりガス通路をより簡単に形成することができ、セパレータの更なる薄型化や軽量化を図ることができる。
【００５１】
また、請求項６に記載の本発明によれば、前記金属板の表面に、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒの何れかで成る被覆層を少なくとも１層以上形成したので、セパレータの耐熱性・耐食性が向上し、燃料電池の使用環境下でのセパレーター表面の酸化を防止し、各集電体との良好な電気的導通を長期に亘って確保できることから、内部抵抗を低減し、燃料電池の性能を向上できる。また、セパレータの接合面においても、優れた気密性が得られるため、高いガスシール性が確保されることになる。
【００５２】
また、請求項７に記載の本発明によれば、各ガス通路をセパレータの全域に渦巻き状に形成したので、燃料ガスや酸化剤ガスの流路を長くすることができ、これにより、運転開始時の予熱にあっては、外部からの加熱気体をこれらガス通路に流すことによりセパレータ全域を均一に加熱することができ、また、発電時にあっては、長いガス通路を流通する過程で燃料ガスを効率良く予熱できると共に、酸化剤ガスの流路を長くすることにより燃料電池スタックを効率良く冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るセパレータの構造を示す斜視図。
【図２】同、第２実施形態に係るセパレータの構造を示す斜視図。
【図３】同、第３実施形態に係るセパレータの構造を示す斜視図。
【図４】本発明が適用された平板積層型固体酸化物形燃料電池の要部構成を示す断面図。
【図５】本発明の第４実施形態に係るセパレータを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。
【図６】図５のセパレータの構成を示す分解斜視図。
【符号の説明】
８セパレータ
８ａ、３４金属板（上板）
３５金属板（中板）
８ｂ、３６金属板（下板）
９、３０燃料ガス通路
９ａ燃料ガス通路用溝（燃料ガス通路用凹溝）
１０、３１酸化剤ガス通路
１０ａ酸化剤ガス通路用溝（酸化剤ガス通路用凹溝）
３０ａ燃料ガス通路用切り抜き
３１ａ酸化剤ガス通路用切り抜き

Claims

内部に反応用ガスの通路となる燃料ガス通路と酸化剤ガス通路を備えた燃料電池用セパレータであって、
平面同士が接合された複数枚の金属板で構成され、その接合面に燃料ガス通路と酸化剤ガス通路が形成されていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
金属板２枚の構成とし、接合される２枚の金属板の内の一方の接合面にのみ、前記反応用ガスの通路を形成するための燃料ガス通路用溝と酸化剤ガス通路用溝を設けて成ることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
金属板２枚の構成とし、接合される２枚の金属板の双方の接合面に前記反応用ガスの通路を形成するための燃料ガス通路用溝と酸化剤ガス通路用溝を設けて成ることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
金属板２枚の構成とし、接合される２枚の金属板の一方の接合面に前記反応用ガスの通路を形成するための燃料ガス通路用溝を、他方の接合面に酸化剤ガス通路用溝を設けて成ることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
前記燃料ガス通路と酸化剤ガス通路が、各々のガス通路を形成するための燃料ガス通路用切り抜きと酸化剤ガス通路用切り抜きを設けた金属板を複数枚接合して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
前記金属板の表面に、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒの何れかで成る被覆層を少なくとも１層以上形成したことを特徴とする請求項１から請求項５までの何れかに記載の燃料電池用セパレータ。
前記燃料ガス通路と前記酸化剤ガス通路が各々渦巻き状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６までの何れかに記載の燃料電池用セパレータ。