JP2005149748A - セパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池の部材点数を削減し、製造工程を短縮することができるセパレータを提供することである。
【解決手段】 セパレータ１は、水素ガスおよび酸素ガスの流路を分離する分離部１３と、外周部に設けられ、水素ガスおよび酸素ガスの漏出を防ぐシール部とを有している。分離部１３とシール部１４とは、金属薄板を塑性変形加工、たとえばプレス加工することによって一体形成する。さらに耐熱性を向上させるために、プレス加工後に、ＢＨ
（Baked Hardening）処理を施したものが好ましい。
【選択図】 図２

Description

本発明は、スタック型の固体高分子型燃料電池に備えられるセパレータに関する。

従来から、限りあるエネルギ資源の有効利用や、地球温暖化防止のための省エネルギの必要性は広く認識されている。今日では、火力発電によって、熱エネルギを電力エネルギに変換する形でエネルギ需要が賄われている。

しかしながら、火力発電に必要な石炭および石油は埋蔵量が有限な資源であり、これらに代わる新たなエネルギ資源が必要となっている。そこで注目されているのが水素を燃料にして化学発電する燃料電池である。

燃料電池は、２つの電極と電極間に挟まれた電解質とを有している。陰極では、供給された水素がイオン化して水素イオンとなり電解質中を陽極に向かって移動する。陽極では、供給された酸素と電解質中を移動してきた水素イオンとが反応して水を発生する。水素がイオン化したときに発生した電子が、陰極から配線を通って陽極へと移動することで電流が流れ、電気が発生する。

燃料電池は、主に電解質の違いから４種類に分類される。イオン導電性セラミックスを電解質に用いた固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）、水素イオン導電性高分子膜を電解質に用いた固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）、高濃度リン酸を電解質に用いたリン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、アルカリ金属炭酸塩を電解質に用いた熔融炭酸型燃料電池（ＭＣＦＣ）の４種類である。この中でも特に作動温度が８０℃と低い固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）の開発が進んでいる。

固体高分子型燃料電池の構造は、表面に触媒電極を設けた電解質層と、電解質層を両側から挟み、水素および酸素を供給するための溝を設けたセパレータと、電極発生した電気を回収する集電板などを含んで構成される。電解質層と同じく、セパレータについても改良が重ねられている。

セパレータの要求特性としては、導電性が高く、かつ燃料ガスおよび酸化剤ガスに対して気密性が高く、さらに水素および酸素を酸化還元する際の反応に対して高い耐食性を持つ必要がある。

これらの要求を満たすために以下のようなセパレータが使用されている。
最もよく使用されているものとして緻密性カーボンがある。緻密性カーボンは導電性、耐食性に優れ、機械的強度も高い。また加工性がよく軽量である。しかし、振動や衝撃に弱く、切削加工が必要なため、加工費が高くなる。また気体の不浸透化処理を施す必要がある。

また、プラスチックスも使用され、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が使用される。プラスチックスは、低コストであることが主な特徴である。しかし、寸法安定性が悪く、導電性にも劣る。

導電性、加工性、密閉性などの観点から、金属が使用されることが多くなっている。金属としては、主にチタン、ステンレスが使用される。

特許文献１には、固体高分子電解質型燃料電池が開示されている。この固体高分子電解質型燃料電池では、セパレータとしてステンレス鋼、チタン合金など大気によって容易に不動態膜が形成される金属薄板を用いており、プレス加工によって所定の形状に加工している。

特開平８−１８０８８３号公報

カーボンを用いたセパレータの場合、水素ガス、酸素ガスおよび冷却水などが漏れないように、外周部をＯリングなどのシール材を用いて密閉している。

また、特許文献１の図４に示されているように、反応ガスおよび冷却用流体が漏れ出るのを防止するために、セパレータの周辺部領域４４と燃料電池セル５との間にシール体３１，３２、いわゆるガスケットを形成している。

このように、従来の燃料電池では、外周部のセパレータとセルとの間に、シール材を形成する必要がある。また製造工程としては、セパレータを加工形成した後、シール材をセパレータの外周部に貼り付ける工程またはセパレータを芯にして金型内にてシール材を成型する工程が必要である。

本発明の目的は、燃料電池の部材点数を削減し、製造工程を短縮することができるセパレータを提供することである。

本発明は、電解質媒体を含有した電解質層の厚み方向表面に触媒電極を設けた複数の電解質組立体間に介在されるセパレータであって、
燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路を分離する分離部と、
外周部に設けられ、燃料ガスおよび酸化剤ガスの漏出を防ぐシール部とを有し、
分離部とシール部とは塑性変形加工によって一体形成されることを特徴とするセパレータである。

また本発明は、金属板からなることを特徴とする。
また本発明は、分離部には、電解質組立体の触媒電極形成面に平行で、互いに平行な複数の凹形状の流路溝が形成されることを特徴とする。

また本発明は、シール部には、電解質組立体の触媒電極形成面に平行に延びるシール突部であって、その頂部がばね力によって電解質組立体に圧接されるように構成されたシール突部が形成されることを特徴とする。

また本発明は、分離部とシール部とはプレス加工によって形成されることを特徴とする。

本発明によれば、電解質媒体を含有した電解質層の厚み方向表面に触媒電極を設けた複数の電解質組立体間に介在されるセパレータであり、セパレータは、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路を分離する分離部と、外周部に設けられ、燃料ガスおよび酸化剤ガスの漏出を防ぐシール部とを有する。この分離部とシール部とはプレス加工などの塑性変形加工によって一体形成される。

これにより、従来必要であった、Ｏリング、ガスケットなどのシール部材を必要とせず、燃料電池の部材点数を削減し、製造工程を短縮することができる。

また本発明によれば、金属板であることから、容易に塑性変形加工を行うことができる。

また本発明によれば、分離部には、電解質組立体の触媒電極形成面に平行で、互いに平行な複数の凹形状の流路溝が形成され、シール部には、電解質組立体の触媒電極形成面に平行に延びるシール突部であって、その頂部がばね力によって電解質組立体に圧接されるように構成されたシール突部が形成される。また、分離部およびシール部はプレス加工によって形成される。

このように、流路溝およびシール突部を形成するだけでよいので、容易に塑性変形加工を行うことができる。

図１は、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell、略称ＰＥＦＣ）１００を展開した状態で模式的に示した斜視図である。ＰＥＦＣ１００は、セパレータ１、燃料電池セル２、集電板３、絶縁シート４、エンドフランジ５、電極配線１２を有する。ＰＥＦＣ１００は、高電圧、高出力を得るために、複数の燃料電池セル２を直列に接続した、いわゆるスタック状態で構成される。このスタック状態を構成するためには、燃料電池セル２間にセパレータを配置し、各燃料電池セル２に対して水素および酸素の供給と、発生した電気の回収とを行う。したがって、図１に示すように、燃料電池セル２とセパレータ１とが交互に配置する。この配置の最外層にはセパレータ１が配置され、セパレータ１のさらに外側には集電板３が設けられる。集電板３は、各セパレータ１で回収された電気を集めて取り出すために設けられ、電極配線１２が接続されている。絶縁シート４は、集電板３とエンドフランジ５との間に設けられ、集電板３からエンドフランジ５に電流が漏れるのを防止している。エンドフランジ５は、複数の燃料電池セル２をスタック状態に保持するためのケースである。

エンドフランジ５には、水素ガス供給口６、冷却水供給口７、酸素ガス供給口８、水素ガス排出口９、冷却水排出口１０および酸素ガス排出口１１が形成されている。各供給口から供給されたガスおよび水の流体は、燃料電池セル２の積層方向に貫通する各往路を通り最外層のセパレータ１で折り返し、各復路を通って各排出口から排出される。

往路および復路は、各セパレータ１で分岐しており、往路を流れる各流体は、セパレータ１によって形成された、燃料電池セル２の面方向に平行な流路を通って復路に流れ込む。水素ガスおよび酸素ガスは、燃料電池セル２で消費されるので、未反応ガスが復路を通って排出されることとなる。排出された未反応ガスは回収され、再度供給口から供給される。酸素ガス流路付近には酸素と水素との反応によって水が生成するので、排出された酸素ガスは水を含んでいる。酸素ガスを再度供給するには水を除去する必要がある。

燃料ガスである水素ガスおよび酸化剤ガスである酸素ガスは、それぞれ水素および酸素のみからなるガスである必要はなく、水素、酸素以外にも、接触する流路を劣化、変性させないガスであれば含んでいてもよい。たとえば、酸素ガスとして窒素を含む空気を用いてもよい。また、水素源としては水素ガスに限らずメタンガス、エチレンガス、天然ガスなどでもよく、エタノールなどでもよい。

図２は、本発明の第１の実施形態であるセパレータ１を含む単位電池１０１の水平断面図である。単位電池１０１とは、１つの燃料電池セル２と、この両側に配置された２つのセパレータ１とからなり、水素および酸素を供給することで電力を発生させることができる最小の構成である。

電解質組立体である燃料電池セル２は、電解質媒体である高分子膜２０と、高分子膜２０の厚み方向表面に形成した触媒電極２１とからなり、ＭＥＡ（Membrane Electrode
Assembly）とも呼ばれる。

高分子膜２０は、水素イオン（プロトン）を透過するプロトン導電性電解質膜であり、パーフルオロスルホン酸樹脂膜（たとえば、デュポン社製、商品名ナフィオン）がよく用いられる。

触媒電極２１は、高分子膜２０の厚み方向表面に、プラチナ、ルテニウムなどの触媒金属を含むカーボン層として積層される。触媒電極２１に水素ガス、酸素ガスが供給されると、触媒電極２１と高分子膜２０との界面で電気化学反応が生じて直流電力が発生する。

高分子膜２０は、厚みが約０．１ｍｍであり、触媒電極２１は含有する触媒金属などによっても変わるが、数μｍの厚みで形成される。

セパレータ１は、水素ガスおよび酸素ガスの流路を分離する分離部１３と、外周部に設けられ、水素ガス、酸素ガスおよび冷却水などの流体の漏出を防ぐシール部とを有している。本実施形態では、触媒電極２１は、高分子膜２０の全面に形成されているのではなく、外周の幅１〜２０ｍｍ、望ましくは５〜１０ｍｍにわたって高分子膜２０が表面に露出している。セパレータ１の分離部１３は、触媒電極２１が形成されている領域に対向する領域に形成され、シール部１４は、高分子膜２０が露出している領域に対向する領域に形成される。

分離部１３とシール部１４とは一体形成される。セパレータ１の材質としては、たとえば、鉄、アルミニウム、チタンなどの金属薄板、特にステンレス（たとえばＳＵＳ３０４など）鋼板、ＳＰＣＣ（一般用冷間圧延鋼板）が好ましい。

上記のような材質の金属薄板を塑性変形加工、たとえばプレス加工することによって、分離部１３とシール部１４とを一体形成する。なお、耐熱性を向上させるために、プレス加工後に、ＢＨ（Baked Hardening）処理を施したものが好ましい。

分離部１３には、触媒電極２１の形成面に平行で、互いに平行な複数の流路溝が形成されている。この流路溝は、ガスの流れ方向に垂直な断面が凹形状となっている。流路溝は、分離壁１５と電極接触壁１６とからなり、分離壁１５、電極接触壁１６および触媒電極２１で囲まれた空間が水素ガス流路１７および酸素ガス流路１８となる。分離壁１５は、水素ガスと酸素ガスが混合しないように水素ガス流路１７と酸素ガス流路１８とを隔てる。電極接触壁１６は、触媒電極２１に接触し、高分子膜２０と触媒電極２１との界面で発生した直流電力を直流電流として取り出し、分離壁１５、他の電極接触壁１６などを通って集電板に収集する。

互いに隣接する流路溝は、開放面が逆向きとなるように形成されており、これに応じて、水素ガス流路１７および酸素ガス流路１８を互いに隣接するように設定する。すなわち、同一の触媒電極２１には同一のガスが接触するようにガス流路を設定する。さらに、１つの単位電池１０１を構成する２つのセパレータ１は、図２に示すように、流路溝の開放部が、燃料電池セル２を挟んで対向するように配置される。すなわち、２つのセパレータ１は、燃料電池セル２の中心を対称面として面対称の関係となるように配置される。ただし、ガス流路の設定は、面対称の関係ではなく、燃料電池セル２を挟んで対向する流路溝が、異なるガスのガス流路を形成するように設定する。たとえば、図２に示すように、燃料電池セル２を挟んで対向するガス流路は、一方が水素ガス流路１７であり、もう一方が酸素ガス流路１８である。

以上のようにセパレータ１を配置し、ガス流路を設定することで、電力を発生させることができる。

なお、流路溝と触媒電極２１とによって形成された流路には、水素ガスおよび酸素ガスに限らず、冷却水を流してもよい。冷却水を流す場合は、燃料電池セル２を挟んで対向する流路溝のいずれにも流すことが好ましい。

シール部１４には、触媒電極２１の形成面に平行に延びるシール突部が形成される。このシール突部は、ガスの流れ方向に垂直な断面が逆Ｕ字形状または逆Ｖ字形状となっている。シール突部の頂部１９は、ばね力によって、露出した高分子膜２０に圧接される。この圧接位置でシールされ、水素ガスおよび酸素ガスの漏出を防ぐことができる。また、シール突部を逆Ｕ字形状または逆Ｖ字形状とすることで、頂部１９の膜接触面積を小さくし、Ｏリングと同様の高圧シールを実現している。

シール突部の頂部１９を、ばね力によって高分子膜２０に圧接するには、高分子膜２０と接触しない状態、すなわちＰＥＦＣ１を組み立てる前の状態のセパレータ１において、シール突部の頂部１９の位置が、ＰＥＦＣ１が組み立てられ、高分子膜２０と接触する位置よりさらに高分子膜２０側となるように予めシール部１４を形成する。具体的には、図３（ａ）に示すように、ＰＥＦＣ１が組み立てられた状態では、シール突部の頂部１９の位置は、触媒電極２１との仮想接触面Ａを基準とすると、触媒電極２１との接触面と頂部１９との距離が触媒電極２１の厚みｔ１となるような位置になる。したがって、ＰＥＦＣ１が組み立てられる以前の状態では、図３（ｂ）に示すように、シール突部の頂部１９の位置は、触媒電極２１との接触面との距離がｔ１より大きなｔ２となるように形成すればよい。分離部１３とシール突部との接続部分がばねとして働くので、組み立て時に頂部１９が高分子膜に圧接する際の圧力は、このばね力と接触面積によって決まる。ばね力は、フックの法則に従い、ばね定数（弾性定数）に変位量を掛けたものとなる。セパレータ１においては、ばね定数は、セパレータ１の材質およびシール部１４の形状とで決まる。変位量は、Δｔ＝ｔ２−ｔ１である。したがって、材質と形状とを予め決定し、ばね定数を決定した状態で、プレス加工時にｔ２を変えることで、シール圧力を容易に調整することができる。最適なシール圧力を実現するために、材質および形状を変更してもよいことは言うまでもない。

前述のように、燃料電池セル２を挟む２つのセパレータ１は、面対称の関係となるように配置されるので、頂部１９による圧接位置も、燃料電池セル２の中心を対称面として面対称の関係となる。頂部１９の圧接位置が対向する位置となることで、シール性が向上する。なお、前述のＢＨ処理によって、シール部１４の応力緩和を小さくし、シール性を保持することが可能である。

図４は、第１の実施形態におけるシール部１４の要部拡大図である。本実施形態では、セパレータ１は、金属薄板３０からなり、シール部１４では、金属薄板３０が高分子膜２０に接触してシールしている。

図５は、第２の実施形態におけるシール部１４の要部拡大図である。本実施形態では、セパレータ１は、金属薄板３０および被覆層３１からなり、被覆層３１を形成して金属薄板３０の表面を被覆している。シール部１４では、被覆層３１が高分子膜２０に接触してシールしている。被覆層３１は、ゴムまたは合成樹脂からなり、導電性を有することが必要であるので、ゴムとしては、たとえば、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブチルゴムおよびエチレン−プロピレンゴムなどの汎用ゴム、耐ガス透過性および耐熱性を有するエピクロロヒドリンゴムなどの特殊ゴムにカーボンフィラーを添加して導電性を付与したものを使用することができる。特には、アリル系付加重合型ポリイソブチレンにカーボンフィラーを添加したものが好ましい。

また、合成樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、含フッ素樹脂などにカーボンフィラーを添加して導電性を付与したものを使用することができる。特には、耐腐食性に優れた含フッ素樹脂が好ましく、たとえば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＰＥ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＥＣＴＦＥ（クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）、ＴＨＶ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体）、ＶＤＦ−ＨＦＰ（フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＴＦＥ−Ｐ（フッ化ビニリデン−プロピレン共重合体）などにカーボンフィラーを添加したものが好ましい。

金属薄板３０表面への被覆層３１の被覆は、たとえば、金属薄板３０を酸化処理するなどして表面粗化し、アンカー効果によって密着性を向上させればよい。

金属薄板３０が高分子膜２０に接触する場合、シール突部の頂部１９が変形していると、変形部分と高分子膜２０表面との間に微小な隙間が生じ、この隙間から流体が漏出するおそれがある。これに対して、ゴムは高弾性体であり、ばね力によって頂部１９が圧接されることで接触部分が変形し、隙間が生じないのでシール性が向上する。

図６は、第３の実施形態におけるシール部１４の要部拡大図である。本実施形態では、セパレータ１は、金属薄板３０、被覆層３１および接着層３２からなり、接着層３２を介して金属薄板３０の表面に被覆層３１を形成している。シール部１４では、被覆層３１が高分子膜２０に接触してシールしている。被覆層３１には、第２の実施形態と同様のゴムが使用できる。接着層３２としては、たとえばトリアジンチオール類が使用される。第２の実施形態のように、金属薄板３０の表面粗化によって十分な密着性が得られないようなゴムを使用する場合は、トリアジンチオール類を使用することで金属薄板３０と被覆層３１とを十分に接着することができる。

図７は、他の実施形態であるセパレータ１を含む単位電池１０１の水平断面図である。図に示すように、単位電池１０１の一方のセパレータ１において、シール突部が、高分子膜２０と面接触するように、シール突部の断面を台形形状としてもよい。また、図８に示すように、単位電池１０１の両方のセパレータ１において、シール突部が、高分子膜２０と面接触するように、シール突部の断面を台形形状としてもよい。

図９は、第４の実施形態であるセパレータ１ａを含む単位電池１０２の水平断面図である。図２に示した単位電池１０１と同じ部位については同じ参照符号を付し、説明は省略する。以下では単位電池１０１と異なる部位について説明する。セパレータ１ａは、分離部１３とシール部１４ａとを有し、燃料電池セル２ａは、高分子膜２０と触媒電極２１ａとを有する。触媒電極２１ａは、第１〜第３の実施形態とは異なり、高分子膜２０の全面に形成されている。したがって、シール部１４ａのシール突部の頂部１９は、高分子膜２０ではなく、触媒電極２１ａに圧接される。シール突部の頂部１９を、ばね力によって触媒電極２１ａに圧接するには、触媒電極２１と接触しない状態、すなわちＰＥＦＣ１を組み立てる前の状態のセパレータ１において、シール突部の頂部１９の位置が、触媒電極２１との仮想接触面Ａよりさらに触媒電極２１側となるように予めシール部１４を形成する。本実施形態は、図３におけるｔ１を０とした場合と同様である。したがって、第１〜第３の実施形態と同じく、プレス加工時にｔ２を変えることで、シール圧力を容易に調整することができる。

図１０は、第４の実施形態におけるシール部１４ａの要部拡大図である。本実施形態では、セパレータ１ａは、金属薄板３０からなり、シール部１４ａでは、金属薄板３０が触媒電極２１に接触してシールしている。

図１１は、第５の実施形態におけるシール部１４ａの要部拡大図である。本実施形態では、セパレータ１ａは、金属薄板３０および被覆層３１からなり、被覆層３１を形成して金属薄板３０の表面を被覆している。シール部１４ａでは、被覆層３１が触媒電極２１に接触してシールしている。被覆層３１には、第２の実施形態と同様のゴムが使用できる。

図１２は、第６の実施形態におけるシール部１４ａの要部拡大図である。本実施形態では、セパレータ１は、金属薄板３０、被覆層３１および接着層３２からなり、接着層３２を介して金属薄板３０の表面に被覆層３１を形成している。シール部１４では、被覆層３１が触媒電極２１に接触してシールしている。被覆層３１には、第２の実施形態と同様のゴムが使用できる。接着層３２としては、トリアジンチオール類が使用される。

シール部１４，１４ａについて被覆層３１で金属薄板３０を被覆する場合について説明したが、分離部１３についても同様に、被覆層３１で金属薄板３０を被覆するようにしてもよい。

金属薄板３０を被覆層３１で被覆することで、水素ガスおよび酸素ガスならびに冷却水による腐食などの表面変化を防止することができる。

図１３は、第１および第４の実施形態における分離部１３の要部拡大図である。本実施形態では、セパレータ１は、金属薄板３０からなり、分離部１３では、金属薄板３０触媒電極２１に接触して、高分子膜２０と触媒電極２１との界面で発生した直流電力を直流電流として取り出し、セパレータ１内を通って集電板に収集される。

図１４は、第２および第５の実施形態における分離部１３の要部拡大図である。本実施形態では、セパレータ１は、金属薄板３０および被覆層３１からなり、被覆層３１を形成して金属薄板３０の表面を被覆している。分離部１３では、被覆層３１が触媒電極２１に接触して直流電流を収集している。被覆層３１は、導電性を有することが必要であるので、第２の実施形態と同様のゴムにカーボンフィラーを添加して導電性を付与したものを使用することができる。特には、アリル系付加重合型ポリイソブチレンにカーボンフィラーを添加したものが好ましい。

金属薄板３０表面への被覆層３１の被覆は、たとえば、金属薄板３０を酸化処理するなどして表面粗化し、アンカー効果によって密着性を向上させればよい。

図１５は、第３および第６の実施形態における分離部１３の要部拡大図である。本実施形態では、セパレータ１は、金属薄板３０、被覆層３１および接着層３２からなり、接着層３２を介して金属薄板３０の表面に被覆層３１を形成している。分離部１３では、被覆層３１が触媒電極２１に接触して、発生した直流電力を直流電流として取り出し収集する。被覆層３１には、第２の実施形態と同様のゴムにカーボンフィラーを添加して導電性を付与したものを使用することができる。接着層３２としては、たとえばトリアジンチオール類が使用される。第２の実施形態のように、金属薄板３０の表面粗化によって十分な密着性が得られないようなゴムを使用する場合は、トリアジンチオール類を使用することで金属薄板３０と被覆層３１とを十分に接着することができる。さらに、金属表面に拡散したトリアジンチオール類は、導電性を示すので、発生した直流電力を直流電流として取り出すことができる。

図１６は、第７の実施形態における分離部１３の要部拡大図である。本実施形態では、セパレータ１は、金属薄板３０、被覆層３１、接着層３２および高導電層３３からなり、被覆層３１の触媒電極２１と接触する領域に、被覆層３１の導電性より高い導電性を有する高導電層３３を形成している。

被覆層３１と触媒電極２１との接触抵抗が高く電力の回収率が小さい場合、触媒電極２１との接触領域に、高導電層３３を形成することで接触抵抗を低下させて回収率を向上させることができる。高導電層３３には、反応性エラストマにナノカーボンを添加したものを使用するのが好ましい。

次にセパレータ１の製造方法について説明する。
第１および第４の実施形態については、セパレータ１は、金属薄板３０からなるので、プレス加工によって分離部１３とシール部１４とを一体形成する。具体的には、ビーディング加工により外周部にシール突部を形成するとともに、エンボス加工により中央部に流路溝を形成する。

第２、第３、第５、第６の実施形態については、主に２種類の製造方法で製造することができる。１つ目は、第１および第４の実施形態と同様に、まず金属薄板３０を加工した後、被覆層３１であるゴムをコーティングする方法である。２つ目は、まず平板状の金属薄板にゴムをコーティングした後、第１および第４の実施形態と同様のプレス加工を行う方法である。

第７の実施形態については、第２、第３、第５、第６の実施形態と同様にして金属薄板をゴム被覆済みの状態とし、触媒電極２１との接触領域にのみスプレー法、転写法、スクリーン印刷法およびステンシル印刷法などによって選択的にコーティングする。

さらに、第１〜第７の実施形態において、１３０℃以上の温度で加熱処理を行い、金属薄板３０を硬化させるとともにゴムの架橋を行う。

以上のようにして得られたセパレータ１と燃料電池セル２とを交互に所定数配置し、その外側に集電板３、絶縁シート４を配置してエンドフランジ５で挟持し固定することによりＰＥＦＣ１００が得られる。

固体高分子型燃料電池１００を展開した状態で模式的に示した斜視図である。 本発明の第１の実施形態であるセパレータ１を含む単位電池１０１の水平断面図である。 ばね力が発生するためのシール部１４の形状を説明する図である。 第１の実施形態におけるシール部１４の要部拡大図である。 第２の実施形態におけるシール部１４の要部拡大図である。 第３の実施形態におけるシール部１４の要部拡大図である。 他の実施形態であるセパレータ１を含む単位電池１０１の水平断面図である。 他の実施形態であるセパレータ１を含む単位電池１０１の水平断面図である。 第４の実施形態であるセパレータ１ａを含む単位電池１０２の水平断面図である。 第４の実施形態におけるシール部１４ａの要部拡大図である。 第５の実施形態におけるシール部１４ａの要部拡大図である。 第６の実施形態におけるシール部１４ａの要部拡大図である。 第１および第４の実施形態における分離部１３の要部拡大図である。 第２および第５の実施形態における分離部１３の要部拡大図である。 第３および第６の実施形態における分離部１３の要部拡大図である。 第７の実施形態における分離部１３の要部拡大図である。

符号の説明

１，１ａ セパレータ
２，２ａ 燃料電池セル
３ 集電板
４ 絶縁シート
５ エンドフランジ
６ 水素ガス供給口
７ 冷却水供給口
８ 酸素ガス供給口
９ 水素ガス排出口
１０ 冷却水排出口
１１ 酸素ガス排出口
１２ 電極配線
１３ 分離部
１４，１４ａ シール部
１５ 分離壁
１６ 電極接触壁
１７ 水素ガス流路
１８ 酸素ガス流路
１９ 底部
２０ 高分子膜
２１，２１ａ 触媒電極
３０ 金属薄板
３１ 被覆層
３２ 接着層
３３ 高導電層
１００ 固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）
１０１，１０２ 単位電池

Claims (5)

1. 電解質媒体を含有した電解質層の厚み方向表面に触媒電極を設けた複数の電解質組立体間に介在されるセパレータであって、
   燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路を分離する分離部と、
   外周部に設けられ、燃料ガスおよび酸化剤ガスの漏出を防ぐシール部とを有し、
   分離部とシール部とは塑性変形加工によって一体形成されることを特徴とするセパレータ。
2. 金属板からなることを特徴とする請求項１記載のセパレータ。
3. 分離部には、電解質組立体の触媒電極形成面に平行で、互いに平行な複数の凹形状の流路溝が形成されることを特徴とする請求項１または２記載のセパレータ。
4. シール部には、電解質組立体の触媒電極形成面に平行に延びるシール突部であって、その頂部がばね力によって電解質組立体に圧接されるように構成されたシール突部が形成されることを特徴とする請求項１または２記載のセパレータ。
5. 分離部とシール部とはプレス加工によって形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のセパレータ。

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