JP2006277965A

JP2006277965A - 燃料電池用セパレータ

Info

Publication number: JP2006277965A
Application number: JP2005090557A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamamoto; 広志山本; Yasutaka Nishide; 康孝西出
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】
固体高分子型の燃料電池Ａの機能に影響を与えることなく、しかも視認性よく燃料電池用セパレータに関する固有情報を容易に知ることができる燃料電池用セパレータ１を提供すること。
【解決手段】
黒鉛を含有する樹脂組成物を用いて成形され、厚み方向に複数積層されて固体高分子型の燃料電池Ａを構成する燃料電池用セパレータ１であって、該燃料電池用セパレータ１の厚み方向を軸とした外周側面に、該燃料電池用セパレータ１に関する固有情報に対応付けられた固有情報表示部が設けられてなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池を構成する燃料電池用セパレータに関するものである。

近年、石油や石炭などの化石燃料の燃焼などによって排出される二酸化炭素が一因とされる地球温暖化が環境問題として取り上げられている。このような中、省エネルギー効果が期待でき、クリーンな発電システムとして燃料電池が注目され、様々な分野において実用化が検討されている。燃料電池は、電解質の種類によってアルカリ型、リン酸型、固体高分子型に分類され、なかでも固体高分子型燃料電池は、作動温度が常温〜約１２０℃程度と低く、小型化が可能なので、家庭向け、自動車などの用途への適用が期待されている。

図１は、固体高分子型の燃料電池Ａを模式的に例示した斜視図である。この図によれば、固体高分子膜２を挟むように燃料極３（マイナスの電極）と空気極４（プラスの電極）が配置され、その両側には、両側面に複数個の凸部でガス供給排出用溝５を形成している燃料電池用セパレータ１が配置されて、単位セルＢ（単電池）が構成されている。この単位セルＢを数十個〜数百個積み重ねてセルスタックＣ（電池本体）を形成し、このセルスタックＣを両側からエンドプレート６とナット７により固定している。

ここで使用される燃料電池用セパレータ１は、燃料電池での電気化学反応に供される燃料ガスを流通させるための燃料ガス通路が形成されたものや、同電気化学反応に供される酸化ガスを流通させるための酸化ガス通路が形成されたもの等のように複数の種類が存在することがある（特許文献１）。
特開２００２−５０３９２号公報

しかしながら、セパレータを積層して燃料電池を組み付ける際に、燃料ガス通路の形成されたセパレータと酸化ガス通路の形成されたセパレータ等のように、異なる種類のセパレータを容易に識別することができず、作業に手間取ることがあった。また、燃料電池用セパレータに関する種類以外の情報についても容易に識別することができれば、例えば出力特性の良否の原因究明などに役立つことがあるため有用である。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、燃料電池の機能に影響を与えることなく、しかも視認性よく燃料電池用セパレータに関する固有情報を容易に知ることができる燃料電池用セパレータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る燃料電池用セパレータにおいては、黒鉛を含有する樹脂組成物を用いて成形され、厚み方向に複数積層されて燃料電池を構成する燃料電池用セパレータであって、該燃料電池用セパレータの厚み方向を軸とした外周側面に、該燃料電池用セパレータに関する固有情報に対応付けられた固有情報表示部が設けられてなることを特徴とする。

請求項２に係る燃料電池用セパレータにおいては、前記固有情報表示部がレーザーマーキングにより設けられてなることを特徴とする。

上記本発明の請求項１に係る燃料電池用セパレータによると、燃料電池用セパレータの厚み方向を軸とした外周側面に、該燃料電池用セパレータに関する固有情報に対応付けられた固有情報表示部が設けられてなるので、燃料電池用セパレータを積層しても固有情報表示部の凹凸等によって燃料電池の機能に影響を与えることなく、しかも燃料電池用セパレータを積層する時のみならず、積層した後においても視認性を確保することができ、燃料電池用セパレータに関する固有情報を容易に知ることができる。

上記本発明の請求項２に係る燃料電池用セパレータによると、前記固有情報表示部がレーザーマーキングにより設けられてなるので、固有情報表示部８を効率的に形成することができる。

本発明に係る燃料電池用セパレータ１を用いた燃料電池Ａについて、図１に基づいて説明する。本実施形態における燃料電池Ａは、固体高分子膜２を挟むように燃料極３（マイナスの電極）と空気極４（プラスの電極）が配置され、その両側には、積層面の両面に複数個の凸部でガス供給排出用溝５を形成している燃料電池用セパレータ１が配置されて、単位セルＢ（単電池）が構成されている。この単位セルＢを数十個〜数百個積層してセルスタックＣ（電池本体）を形成し、このセルスタックＣを両側からエンドプレート６とナット７により固定して燃料電池Ａを構成している。

ここで、本実施形態においては、燃料電池用セパレータ１の厚み方向を軸とした外周側面に、燃料電池用セパレータ１に関する固有情報に対応付けられた固有情報表示部８を設けている。

固有情報表示部８としては、例えば、光学的、磁気的、電気的若しくは機械的に読み取り可能なコードが挙げられる。ここで、光学的に読み取り可能なコードとしては、例えばバーコードのほかコードパターンを形成する凹凸などが挙げられ、磁気的に読み取り可能なコードとしては、例えば磁気テープに記録されたコードなどが挙げられ、電気的に読み取り可能なコードとしては、例えばＩＣチップなどに記録されたコードなどが挙げられ、機械的に読み取り可能なコードとしては、例えばコードパターンを形成する凹凸などが挙げられ、人が読み取り可能なコードとしては文字、図形、記号、色彩などが挙げられる。

固有情報表示部８に表示される内容としては、文字、数字、記号、図形の少なくとも１種からなるコード等が挙げられる。このような固有情報を読み取ることにより、燃料電池用セパレータ１を積層して燃料電池Ａを組み付ける際に、燃料電池セパレータ１の種類、製造装置、製造方法、製造年月日、製造ロット、設計といった種々の情報を得ることができる。

ここで、本実施形態においては、固有情報表示部８をレーザーマーキングにより設けている。レーザーマーキングとしては、レーザーを照射した部分を局所的に加熱し、樹脂表面に溶解、気化、発泡、炭化等の熱的な変化を起させることによりマーキングを行う方法や、あるいは変色や脱色可能な充填物を予め成形品に添加しておき、レーザー照射で変色あるいは脱色させることによりマーキングを行う方法等が挙げられる。

また、本実施形態における燃料電池用セパレータ１は、合成樹脂及び黒鉛を含む樹脂組成物から形成されてなるものである。

合成樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。

黒鉛としては、メソカーボンマイクロビーズなどの炭素質を黒鉛化したもの、石炭系コークスや石油系コークスを黒鉛化したもの、黒鉛電極や特殊炭素材料の加工粉、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、膨張黒鉛などの黒鉛粒子が挙げられ、一種のみを用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。この平均粒径としては、高導電性を得るために一般的には１０〜１００μｍの範囲のものを用いることが好ましい。

この樹脂組成物における合成樹脂と黒鉛の配合割合は、例えば、燃料電池用セパレータ１の強度、導電性を考慮すると、合成樹脂が１０〜３０質量％、黒鉛が７０〜９０質量％の範囲で配合されることが好ましい。

そして、上記樹脂組成物は適宜の方法で配合され、必要に応じて混練することにより得られる。混練には通常の混練機が使用でき、例えば、ニーダー、ミキサー、ボールミルなどが挙げられる。

こうして得られた樹脂組成物を用いて、例えば図１に示すような、積層面の両面にガス供給排出用溝５が形成された燃料電池セパレータ１となるように金型で成形する。成形方法としては、特に限定されることはなく、圧縮成形、射出成形、トランスファー成形など一般に用いられている方法が挙げられる。

そして、燃料電池Ａを構成する各単位セルＢ内へ、図示しない燃料ガス供給源から燃料ガスが供給され、また、酸化ガス供給源（図示せず）から酸化ガスが供給されるようになっている。更に、冷却水循環ポンプ（図示せず）により冷却水タンク（図示せず）から冷却水が各単位セルＢ内へ供給され排熱が回収されるようになっている。このようにして燃料電池Ａに供給された酸化ガス中の酸素と燃料ガス中の水素とが各単位セルＢを通過する際に電気化学反応を起こすことにより発電する。

以上のように、本実施形態における燃料電池用セパレータ１においては、固有情報表示部８を燃料電池用セパレータ１の厚み方向を軸とした外周側面に設けているため、固有情報表示部８の凹凸等によって単位セルＢを構成する部材の間に隙間ができることがなく、気密性や液密性を損ねることがない。また、燃料電池用セパレータ１を積層する時のみならず、積層した後においても固有情報表示部８の視認性を確保することができ、燃料電池用セパレータ１に関する固有情報を容易に知ることができる。

その結果、燃料電池用セパレータ１を積層して燃料電池Ａを組み付ける際に誤った種類の燃料電池用セパレータ１を使用してしまうおそれが少なくなる。また、燃料電池Ａの使用に際して電池性能が変化した場合、その燃料電池Ａに用いられた単位セルＢを構成する燃料電池用セパレータ１の設計、製造装置、製造方法、製造ロット、製造年月日等がわかるため、原因究明の一助とすることができる。

また、本実施形態においては、固有情報表示部８をレーザーマーキングにより設けているので、固有情報表示部８を効率的に形成することができる。

なお、固有情報表示部８を設ける手段としてレーザーマーキングを用いる場合には、固有情報表示部８を凹凸形状がない状態で設けることができるので、燃料電池用セパレータ１の厚み方向を軸とした外周側面以外の部分、例えば、燃料電池用セパレータ１の積層面側に設けることもできる。

以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん以下の例によって本願発明が限定されることはない。
（燃料電池用セパレータ１に使用する樹脂組成物の製造）
表１に示した配合比にて得られた配合物にイソプロピルアルコールを１５％噴霧し、攪拌した後、所定の温度に加熱した混練機（（株）栗本鉄工所製、Ｓ２ＫＲＣニーダー）にて混練した。その後、得られた樹脂組成物を粒径５００μｍに粉砕した。

表１中の各成分の詳細は以下の通りである。
・クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬（株）製「ＥＯＣＮ−１０２０」）
・フェノールノボラック樹脂（群栄化学工業（株）製「ＰＳＭ４３５７」）
・トリフェニルホスフィン（四国化成工業（株）製「ＴＰＰ」）
・天然黒鉛（（株）中越黒鉛工業所製「ＷＲ−５０Ａ」、平均粒径５０μｍ）
・エポキシシラン（日本ユニカー（株）製「Ａ１８７」）
・天然カルナバ（大日化学工業（株）製「Ｆ１−１００」）
・モンタン酸ビスアマイド（大日化学工業（株）製「Ｊ−９００」）

（燃料電池用セパレータ１の成形）
上記樹脂組成物の粉砕物を用いて、金型温度１８５℃、成形圧力３５．３ＭＰａ、成形時間２分の条件で圧縮成形した。

次に金型を閉じたまま除圧し、３０秒間保持した後に金型を開き、成形品を取り出した。得られた成形品の形状は、２００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚み１．５ｍｍであった。また、成形品の片面には、長さ２５０ｍｍ、幅１ｍｍ、深さ０．５ｍｍのガス供給排出用溝を５７本、反対面には、長さ２５０ｍｍ、幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍのガス供給排出用溝を５８本形成した。
（固有情報表示部８の形成）
上記の成形品（燃料電池用セパレータ１）の厚み方向を軸とした外周側面に、次のレーザマーカ及びレーザーマーキング条件により固有情報表示部８を形成した。
・レーザマーカ：ＹＡＧレーザマーカ（ＳＵＮＸ（株）製、ＬＰ−Ｆ１０Ｒ）
・レーザーマーキング条件：
ワーク間距離１８０ｍｍ
レーザーパワー８５．０Ａ
スキャンスピード１５００ｍｍ／ｓｅｃ
印字パルス周期５０Ｈｚ
線幅０．１０ｍｍ
印字重ね回数１５回、２０回、２５回、３０回
（結果）
上記のように形成した固有情報表示部８を目視で確認をした結果、どの印字重ね回数のものも鮮明にレーザーマーキングされていることが確認された。

本実施形態における固体高分子型の燃料電池Ａを模式的に例示した斜視図である。

符号の説明

Ａ燃料電池
Ｂ単位セル
Ｃセルスタック
１燃料電池用セパレータ
２固体高分子膜
３燃料極
４空気極
５ガス供給排出用溝
６エンドプレート
７ナット
８固有情報表示部

Claims

黒鉛を含有する樹脂組成物を用いて成形され、厚み方向に複数積層されて燃料電池を構成する燃料電池用セパレータであって、
該燃料電池用セパレータの厚み方向を軸とした外周側面に、該燃料電池用セパレータに関する固有情報に対応付けられた固有情報表示部が設けられてなることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
前記固有情報表示部がレーザーマーキングにより設けられてなることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用セパレータ。