JP5272787B2 - Fuel cell separator and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator with a cooling structure, which allows a fuel cell to be downsized and light-weighted and to have superior power generation efficiency. <P>SOLUTION: On both faces of a plate-shaped metal porous body 11 in which a plurality of polyhedral voids 11b having sides composed of solid skeletons 11a of a metal sintered body are formed in a mutually continuous state, sealing layers 13 formed by filling resin into the voids 11b are respectively installed, and between these sealing layers 13, a porous layer 12 is formed which has a flow passage 12a formed by making the voids 11b to be continued. In the metal porous body 11 made of any one of stainless steel, titanium and titanium alloy, the porosity is 70% or more and 99% or less. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、燃料電池用セパレータおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell separator and a method for producing the same.

固体高分子形燃料電池は、燃料を供給される燃料極（電極）と空気（酸化剤）を供給される空気極（電極）との間に配置した電解質膜（固体高分子膜）での電気化学反応による電力を取り出す装置である。これら一対の電極および電解質膜からなる単セルを、導電性およびシール性を有するセパレータを挟んで積層することにより、複数の単セルを直列に接続してなる高電圧のセルスタックが構成される。   A polymer electrolyte fuel cell uses an electrolyte membrane (solid polymer membrane) disposed between a fuel electrode (electrode) to which fuel is supplied and an air electrode (electrode) to which air (oxidant) is supplied. It is a device that extracts electric power from chemical reactions. By stacking these single cells made of a pair of electrodes and electrolyte membrane with a separator having conductivity and sealing properties in between, a high voltage cell stack formed by connecting a plurality of single cells in series is configured.

燃料または空気を電極に供給するための流路は、セパレータと電極との間に設けられる。従来、流路を表面に形成されたセパレータとして、たとえば、金属板やカーボンプレートのような導電材料の表面に切削加工やエッチングによって溝を形成したり、特許文献１に示されるように導電性樹脂を射出成形、トランスファー成形、プレス成形等により溝形状を付与したり、特許文献２に示されるように非導電性プラスチックで金属層を覆った板または金属層で非導電性プラスチックを覆った板に溝を設けたりする形状のものが提案されている。   A flow path for supplying fuel or air to the electrode is provided between the separator and the electrode. Conventionally, as a separator having a channel formed on the surface, for example, a groove is formed by cutting or etching on the surface of a conductive material such as a metal plate or a carbon plate, or a conductive resin as disclosed in Patent Document 1 A groove shape is given by injection molding, transfer molding, press molding, etc., or as shown in Patent Document 2, a metal layer covered with a non-conductive plastic or a metal layer covered with a non-conductive plastic The thing of the shape which provides a groove is proposed.

このような燃料電池においては発電により熱が発生するため、各セル間に冷却水路を設ける冷却構造が知られている。たとえば、特許文献１には、一方の面にガス流路を設けるとともに、他方の面に冷却水路を設けたセパレータが開示されている。   In such a fuel cell, since heat is generated by power generation, a cooling structure in which a cooling water channel is provided between cells is known. For example, Patent Document 1 discloses a separator in which a gas channel is provided on one surface and a cooling water channel is provided on the other surface.

特開２０００−３４８７３９号公報JP 2000-348739 A 特表２００４−５０７０５２号公報Special table 2004-507052 gazette

近年、燃料電池自動車などのために、高出力かつ小型軽量の燃料電池の開発が求められている。燃料電池の高出力化は、セルスタックにおいて多数の単セルを積層することにより可能であるが、積層数を増すと燃料電池が大型となり、重量も増大してしまう。   In recent years, there has been a demand for the development of a high-power, small, and lightweight fuel cell for fuel cell vehicles and the like. The output of the fuel cell can be increased by stacking a large number of single cells in the cell stack. However, as the number of stacks increases, the fuel cell becomes larger and the weight also increases.

特許文献１の場合、金属を混入した樹脂を成形することにより流路付セパレータを形成しているので、金属板に比較すればセパレータの軽量化が可能である。しかしながら、セパレータに十分な導電性を持たせるためには樹脂に混入する金属の比率を大きくしなければならず、この場合は効果的に軽量化を図ることが困難である。   In the case of Patent Document 1, since the separator with a flow path is formed by molding a resin mixed with metal, the weight of the separator can be reduced compared to a metal plate. However, in order for the separator to have sufficient conductivity, the ratio of the metal mixed in the resin must be increased. In this case, it is difficult to reduce the weight effectively.

特許文献２の場合、プラスチックを挟んだ金属同士の導電接合部やプラスチック表面に設けられた導電接合部が部分的で小面積であるため、この部分での電気抵抗が大きく、燃料電池の発電効率を低下させるおそれがある。また、構造が複雑であるため、製造コストを低減することが難しいおそれがある。   In the case of Patent Document 2, since the conductive joint portion between the metals sandwiching the plastic and the conductive joint portion provided on the plastic surface are partially and small in area, the electrical resistance at this portion is large, and the power generation efficiency of the fuel cell May be reduced. Moreover, since the structure is complicated, it may be difficult to reduce the manufacturing cost.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、冷却構造を有し、小型軽量かつ発電効率のよい燃料電池を可能にするセパレータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a separator that has a cooling structure and enables a fuel cell that is small, light, and has high power generation efficiency.

本発明の燃料電池用セパレータは、金属焼結体の中実の骨格により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙が相互に連続状態に形成されている板状の金属多孔質体の両面に、前記空隙に樹脂が充填されてなるシール層がそれぞれ設けられているとともに、これらシール層の間には前記空隙を連続させてなる流路を有する多孔質層が設けられている。   The separator for a fuel cell of the present invention has both sides of a plate-like metal porous body in which a plurality of polyhedral voids whose sides are formed by a solid skeleton of a sintered metal body are formed in a continuous state. In addition, a seal layer in which the gap is filled with resin is provided, and a porous layer having a flow path in which the gap is continuous is provided between the seal layers.

この燃料電池用セパレータによれば、全体に金属多孔質体の連続した骨格を備えるので、多孔質層と各シール層との間に接触抵抗が生じない。また、多孔質層と各シール層とが一体であるため構造が単純であり、厚さを小さくでき、燃料電池の組立作業が簡易である。したがって、多数の単セルを積層した場合にも、燃料電池の発電効率の低下を防止でき、製造コストを抑え、冷却構造を有し小型軽量な高出力の燃料電池の実現を可能にする。   According to this fuel cell separator, since the entire porous skeleton is provided with a continuous skeleton of a metal porous body, no contact resistance is generated between the porous layer and each sealing layer. Further, since the porous layer and each sealing layer are integrated, the structure is simple, the thickness can be reduced, and the assembly operation of the fuel cell is simple. Therefore, even when a large number of single cells are stacked, it is possible to prevent the power generation efficiency of the fuel cell from being lowered, to reduce the manufacturing cost, and to realize a small and light high-power fuel cell having a cooling structure.

この燃料電池用セパレータにおいて、前記金属多孔質体の気孔率が７０％以上９９％以下であることが好ましい。金属多孔質体の気孔率を７０％以上とするのは、多孔質層における背圧を低くし、良好な流体流通性を得るとともに、セパレータを軽量にするためである。また、金属多孔質体の気孔率を９９％以下とするのは、セパレータの強度を確保するためである。   In this fuel cell separator, the porosity of the metal porous body is preferably 70% or more and 99% or less. The reason why the porosity of the metal porous body is set to 70% or more is to reduce the back pressure in the porous layer, obtain good fluid flowability, and reduce the weight of the separator. The reason why the porosity of the metal porous body is 99% or less is to ensure the strength of the separator.

この燃料電池用セパレータにおいて、前記金属多孔質体がステンレス鋼、チタン、チタン合金のいずれかからなることが好ましい。これらの材料を用いた場合、硫酸等が生じる固体高分子形燃料電池においても十分な耐腐食性が得られるとともに、セパレータとして十分な導電性および強度を確保できる。   In this fuel cell separator, the metal porous body is preferably made of any one of stainless steel, titanium, and a titanium alloy. When these materials are used, sufficient corrosion resistance is obtained even in a polymer electrolyte fuel cell in which sulfuric acid or the like is generated, and sufficient conductivity and strength as a separator can be secured.

本発明の燃料電池用セパレータの製造方法は、金属焼結体の中実の骨格により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙が相互に連続状態に形成されている板状の金属多孔質体を製造する多孔質体製造工程と、前記金属多孔質体の両面からそれぞれ所定深さまで前記空隙に樹脂を充填し、所定厚さのシール層を前記金属多孔質体の両面に形成するシール層形成工程と、前記シール層の表面を研磨して前記骨格を露出させる研磨工程とを有する。   The method for producing a separator for a fuel cell according to the present invention comprises a plate-like metal porous body in which a plurality of polyhedral voids whose sides are constituted by a solid skeleton of a metal sintered body are formed in a continuous state. A porous body manufacturing process for manufacturing a body, and a sealing layer in which the gap is filled with a resin from both surfaces of the metal porous body to a predetermined depth, and a seal layer having a predetermined thickness is formed on both surfaces of the metal porous body A forming step, and a polishing step for polishing the surface of the seal layer to expose the skeleton.

この燃料電池用セパレータの製造方法によれば、金属多孔質体の一部に樹脂を充填するので、軽量であり、流体の流通を阻止するシール層と流体を流通させる多孔質層とを一体に備え、その全体が良好な導電性を有する燃料電池用セパレータを得ることができる。また、シール層の表面を研磨することにより、金属骨格を表面に確実に露出させるので、隣接する部材に対して確実に導通させることができる。   According to this method of manufacturing a separator for a fuel cell, a resin is filled in a part of a metal porous body, so that it is lightweight, and a sealing layer that prevents fluid flow and a porous layer that allows fluid to flow are integrated. It is possible to obtain a fuel cell separator which is provided with a good conductivity as a whole. Further, by polishing the surface of the seal layer, the metal skeleton is reliably exposed on the surface, so that it can be reliably conducted to an adjacent member.

この製造方法において、前記シール層形成工程では、液状の樹脂を前記金属多孔質体に含浸させて前記空隙に充填し、固化させることが好ましい。この場合、熱硬化型樹脂、反応硬化型樹脂等を用いて、スクリーン印刷等により、任意の厚さのシール層を容易に形成することができる。   In this manufacturing method, in the sealing layer forming step, it is preferable that the metal porous body is impregnated with a liquid resin to fill the void and solidify. In this case, a seal layer having an arbitrary thickness can be easily formed by screen printing or the like using a thermosetting resin, a reaction curable resin, or the like.

また、前記シール層形成工程では、前記金属多孔質体と樹脂フィルムとを積層し、この樹脂フィルムの熱変形温度でのホットプレスにより前記樹脂フィルムを前記空隙に充填してもよい。この場合、任意の厚さのＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）等のフィルムを用いることができ、シール層の厚さの制御が容易である。   In the sealing layer forming step, the metal porous body and a resin film may be laminated, and the resin film may be filled into the voids by hot pressing at a heat deformation temperature of the resin film. In this case, a film such as PVDC (polyvinylidene chloride) having an arbitrary thickness can be used, and the thickness of the seal layer can be easily controlled.

また、この燃料電池用セパレータの製造方法において、前記多孔質体製造工程は、金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーをキャリヤシート上に塗布し、前記キャリヤシートを移動させながら前記発泡性スラリーを薄板状に成形する成形工程と、薄板状に成形した発泡性スラリーを発泡および乾燥させてグリーンシートを形成する発泡乾燥工程と、前記グリーンシートを焼結して焼結体を形成する焼結工程と、を有することが好ましい。この場合、所望の空隙サイズや気孔率、開口率等を有する薄いシート状の金属多孔質体を容易に製造できる。   In the method of manufacturing a separator for a fuel cell, the porous body manufacturing step includes applying a foaming slurry containing a metal powder and a foaming agent on a carrier sheet, and moving the carrier sheet while moving the carrier sheet. A forming step for forming the slurry into a thin plate shape, a foam drying step for forming a green sheet by foaming and drying the foamable slurry formed into a thin plate shape, and a sintering for forming a sintered body by sintering the green sheet. It is preferable to have a ligation step. In this case, it is possible to easily manufacture a thin sheet-like metal porous body having a desired void size, porosity, aperture ratio, and the like.

本発明の燃料電池用セパレータおよびその製造方法によれば、冷却構造を有し、小型軽量かつ発電効率のよい燃料電池を可能にするセパレータを提供することができる。   According to the fuel cell separator and the method of manufacturing the same of the present invention, it is possible to provide a separator that has a cooling structure and enables a fuel cell that is small and light and has high power generation efficiency.

本発明の燃料電池用セパレータを示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the separator for fuel cells of this invention. 本発明の燃料電池用セパレータを用いた高分子形燃料電池を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the polymer fuel cell using the separator for fuel cells of this invention. 本発明の燃料電池用セパレータを構成する金属多孔質体の製造方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing method of the metal porous body which comprises the separator for fuel cells of this invention. 本発明の燃料電池用セパレータの製造方法の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the manufacturing method of the separator for fuel cells of this invention. 本発明の燃料電池用セパレータの製造方法の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of the manufacturing method of the separator for fuel cells of this invention.

以下、本発明に係る燃料電池用セパレータおよびその製造方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、燃料電池用セパレータ１０は、金属焼結体の中実の骨格１１ａからなり、この骨格１１ａにより辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙１１ｂが相互に連続状態に形成されている板状の金属多孔質体１１に、多孔質層１２とシール層１３とが、金属多孔質体１１の厚さ方向に並ぶように設けられている。シール層１３は金属多孔質体１１の両面に設けられ、これらシール層１３の間に多孔質層１２が設けられている。 Hereinafter, an embodiment of a fuel cell separator and a method for producing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the fuel cell separator 10 is composed of a solid skeleton 11a of a sintered metal body, and a plurality of polyhedral voids 11b having sides formed by the skeleton 11a are continuous with each other. A porous layer 12 and a seal layer 13 are provided on the formed plate-like metal porous body 11 so as to be aligned in the thickness direction of the metal porous body 11. The seal layer 13 is provided on both surfaces of the metal porous body 11, and the porous layer 12 is provided between the seal layers 13.

多孔質層１２は、空隙１１ｂを連続させてなる流路１２ａを有し、この流路１２ａを通じて冷却媒体を流通させる構成となっている。
シール層１３は、金属多孔質体１１の空隙１１ｂに樹脂が充填されてなり、骨格１１ａによる導電性を有するとともに、流体を流通させない構成となっている。 The porous layer 12 has a flow path 12a in which the gap 11b is continuous, and has a configuration in which a cooling medium is circulated through the flow path 12a.
The sealing layer 13 is configured such that the void 11b of the metal porous body 11 is filled with resin, has conductivity by the skeleton 11a, and does not allow fluid to flow.

ここで、骨格１１ａを構成する金属多孔質体１１について説明する。
金属多孔質体１１の骨格１１ａをなす金属としては、耐食性に優れるオーステナイト系ステンレス、チタン、チタン合金等が用いられる。 Here, the metal porous body 11 constituting the skeleton 11a will be described.
As the metal constituting the skeleton 11a of the metal porous body 11, austenitic stainless steel, titanium, titanium alloy, etc., which are excellent in corrosion resistance, are used.

骨格１１ａにより構成される空隙１１ｂは、金属多孔質体１１の表面および側面に複数の開口部１１ｃを有している。金属多孔質体１１の表面における開口部１１ｃの開口面積の割合を、開口率と呼ぶ。開口率は、金属多孔質体１１の表面を撮影した２５〜１００倍顕微鏡写真を用いて、視野面積Ａと、この視野中の最外面の全ての開口部１２ａの面積和Ａｐとを測定し、次の式によって算出する。
開口率（％）＝Ａｐ／Ａ×１００
金属多孔質体１１の表面における開口部１１ｃの開口率は、４５％以上６０％以下に設定されている。開口率を４５％以上に設定することにより、多孔質層１２に隣接して設けられる電極に対して、燃料または空気を効率よく供給することができる。また、開口率を６０％以下に設定することにより、シール層１３に隣接して設けられる部材に対する接触抵抗を抑え、十分な導通性を得ることができる。 The void 11b constituted by the skeleton 11a has a plurality of openings 11c on the surface and side surfaces of the metal porous body 11. The ratio of the opening area of the opening 11c on the surface of the metal porous body 11 is referred to as the opening ratio. The aperture ratio is measured using a 25-100 magnification micrograph of the surface of the metal porous body 11 to measure the visual field area A and the area sum Ap of all the openings 12a on the outermost surface in the visual field. Calculated by the following formula.
Opening ratio (%) = Ap / A × 100
The opening ratio of the opening 11c on the surface of the metal porous body 11 is set to 45% or more and 60% or less. By setting the aperture ratio to 45% or more, fuel or air can be efficiently supplied to the electrode provided adjacent to the porous layer 12. Further, by setting the aperture ratio to 60% or less, it is possible to suppress contact resistance with respect to a member provided adjacent to the seal layer 13 and obtain sufficient electrical conductivity.

金属多孔質体１１の体積における骨格１１ａを除いた部分（すなわち樹脂が充填されていない状態の空隙１１ｂ）の体積割合を気孔率と呼ぶ。気孔率は、金属多孔質体１１と同形の中実体の重量に対する、樹脂が充填されていない状態で実測した金属多孔質体１１の重量から算出することができる。   The volume ratio of the portion excluding the skeleton 11a in the volume of the metal porous body 11 (that is, the void 11b in a state where the resin is not filled) is referred to as porosity. The porosity can be calculated from the weight of the metal porous body 11 measured in a state where the resin is not filled with respect to the weight of the solid body having the same shape as the metal porous body 11.

金属多孔質体１１の気孔率は、多孔質層１２における流体の流通性と軽量化の効果が十分に得られる７０％以上に設定されている。気孔率が大きいほど燃料電池用セパレータ１０が軽量になるが、気孔率が大きすぎると強度が低下するので、金属多孔質体１１の気孔率は９９％以下に設定されている。   The porosity of the metal porous body 11 is set to 70% or more so that the fluid flowability and weight reduction effect in the porous layer 12 can be sufficiently obtained. As the porosity increases, the fuel cell separator 10 becomes lighter. However, if the porosity is too high, the strength decreases, so the porosity of the metal porous body 11 is set to 99% or less.

つぎに、シール層１３の空隙１１ｂに充填される樹脂について説明する。空隙１１ｂに充填される樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、反応硬化型樹脂、エラストマー等を用いることができる。   Next, the resin filled in the gap 11b of the seal layer 13 will be described. As the resin filled in the gap 11b, a thermoplastic resin, a thermosetting resin, a reaction curable resin, an elastomer, or the like can be used.

熱可塑性樹脂としては、汎用プラスチック（ポリエチレン、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコール、メタクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート等）、汎用エンジニアリングプラスチック（ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート等）、スーパーエンジニアリングプラスチック（ポリフェニレンサルファイド、ポリアクリレート、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、ポリイミド、ポリフタルアミド等）や、フッ素樹脂、超高分子量ポリエチレン、熱可塑性エラストマー、ポリメチルペンテン、生分解プラスチック、ポリアクリロニトリル、繊維素系プラスチック等を用いることができる。   Thermoplastic resins include general-purpose plastics (polyethylene, polystyrene, AS resin, ABS resin, polypropylene, vinyl chloride resin, polyvinylidene chloride, polyvinyl alcohol, polyethylene vinyl alcohol, methacrylic resin, polyethylene terephthalate, etc.), general-purpose engineering plastics (polyamide, Polycarbonate, polyacetal, modified polyphenylene ether, polybutylene terephthalate, etc.), super engineering plastic (polyphenylene sulfide, polyacrylate, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyetherimide, polyamideimide, liquid crystal polymer, polyimide, polyphthalate) Amide), fluororesin, ultra high molecular weight polyethylene, thermoplastic elastomer Tomah, polymethylpentene, biodegradable plastic, polyacrylonitrile, may be used cellulosic plastics.

熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、アルキド樹脂等を用いることができる。   As the thermosetting resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, epoxy resin, unsaturated polyester resin, polyurethane, diallyl phthalate resin, silicone resin, alkyd resin, or the like can be used.

反応硬化型樹脂としては、ウレタン樹脂、ポリアクリレート、紫外線（ＵＶ）硬化樹脂に代表される光硬化型樹脂、シリコーンゴム、イソブチレンなどの反応硬化型エラストマー等を用いることができる。   As the reaction curable resin, a urethane resin, polyacrylate, a photo curable resin typified by an ultraviolet (UV) curable resin, a reaction curable elastomer such as silicone rubber, isobutylene, or the like can be used.

エラストマーとしては、天然ゴム、イソブレンゴム、ブタジエンゴム、ブチルボム、エチレンプロピレンゴム、エチレン・酢酸ビニル共重合体、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ピロエチレン等を用いることができる。   As the elastomer, natural rubber, isobrene rubber, butadiene rubber, butyl bomb, ethylene propylene rubber, ethylene / vinyl acetate copolymer, chloroprene rubber, chlorosulfonated pyroethylene and the like can be used.

このように、多孔質層１２とシール層１３とを有する燃料電池用セパレータ１０は、全体に形成された金属の骨格１１ａによる導電性を有するとともに、体積割合で７０％以上９９％以下の空隙１１ｂを有するため軽量であり、骨格１１ａ間に形成された流路１２ａを有する多孔質層１２においては通気性（通水性）を有する一方で、骨格１１ａ間に樹脂が充填されたシール層１３においてはシール性を有している。   As described above, the fuel cell separator 10 having the porous layer 12 and the seal layer 13 has conductivity due to the metal skeleton 11a formed on the entire surface, and the void 11b having a volume ratio of 70% to 99%. In the sealing layer 13 in which the porous layer 12 having the flow path 12a formed between the skeletons 11a has air permeability (water permeability), while the resin is filled between the skeletons 11a. Has sealing properties.

この燃料電池用セパレータ１０を用いて構成された固体高分子形燃料電池２０を、図２に示す。固体高分子形燃料電池２０は、厚さ５０μｍのフッ素ポリマー等からなる固体高分子膜２１と、この固体高分子膜２１の両側に貼り付けられた厚さ１０μｍのカーボン等からなり白金を担持する触媒層を設けられたシート状の電極２２と、この電極２２の外側に配置された厚さ０．７ｍｍのガス拡散層２３とからなる単セル２０Ａが、厚さ０．３ｍｍのセパレータ１０を介して積層されている。ガス拡散層２３は、燃料電池用セパレータ１０の多孔質層１２と同様の金属多孔質体であるが、シール層を備えておらず、厚さが燃料電池用セパレータ１０よりも小さい。   FIG. 2 shows a polymer electrolyte fuel cell 20 configured using the fuel cell separator 10. The solid polymer fuel cell 20 carries platinum having a solid polymer film 21 made of fluoropolymer having a thickness of 50 μm and carbon having a thickness of 10 μm attached to both sides of the solid polymer film 21. A single cell 20A composed of a sheet-like electrode 22 provided with a catalyst layer and a 0.7-mm-thick gas diffusion layer 23 disposed outside the electrode 22 is interposed through a separator 10 having a thickness of 0.3 mm. Are stacked. The gas diffusion layer 23 is a metal porous body similar to the porous layer 12 of the fuel cell separator 10, but does not include a seal layer and is smaller in thickness than the fuel cell separator 10.

なお、図示された各部材においては、厚さが本実施形態の実寸法に比例していない。また、図２には、４セルが積層された固体高分子形燃料電池２０を例示したが、燃料電池用セパレータ１０を介在させて単セル２０Ａを積層することにより、任意の積層数のセルスタックを構成することができる。   In each member shown in the figure, the thickness is not proportional to the actual size of the present embodiment. 2 illustrates the polymer electrolyte fuel cell 20 in which four cells are stacked. However, by stacking the single cells 20A with the fuel cell separator 10 interposed, any number of cell stacks can be stacked. Can be configured.

複数の単セル２０Ａが直列接続されたセルスタックは、一端に厚さ０．１ｍｍのポリ塩化ビニリデンからなるセパレータ２５が接続されており、他端にセパレータ１０のシール層１３が配置されている。これらセパレータ２５およびシール層１３が、それぞれ燃料電池２０の正負極の端子に接続されている。   In a cell stack in which a plurality of single cells 20A are connected in series, a separator 25 made of polyvinylidene chloride having a thickness of 0.1 mm is connected to one end, and a seal layer 13 of the separator 10 is disposed on the other end. The separator 25 and the seal layer 13 are connected to positive and negative terminals of the fuel cell 20, respectively.

各セパレータ１０は、各シール層１３によって隣接するガス拡散層２３の表面をシールしているとともに、隣接する単セル２０Ａ同士を金属多孔質体１１によって導通させている。各シール層１３間の多孔質層１２は、各シール層１３にシールされることにより流路１２ａを構成している。この流路１２ａに水等の冷却媒体が流通されることにより、燃料電池２０の内部が冷却される。つまり、このセパレータ１０は、隣接する単セル２０Ａ間のシールおよび燃料電池２０の冷却を担っている。   Each separator 10 seals the surface of the adjacent gas diffusion layer 23 by each seal layer 13, and the adjacent single cells 20 </ b> A are electrically connected by the metal porous body 11. The porous layer 12 between the seal layers 13 constitutes a flow path 12 a by being sealed by the seal layers 13. The inside of the fuel cell 20 is cooled by flowing a cooling medium such as water through the flow path 12a. That is, the separator 10 is responsible for sealing between the adjacent single cells 20 </ b> A and cooling the fuel cell 20.

各単セル２０Ａにおいて、燃料（たとえば水素ガス）または酸化剤（たとえば空気）を流通させるガス拡散層２３が、固体高分子膜２１を挟んで配置されている。
ガス拡散層２３を通じて一方の電極２２（燃料極）に燃料が供給されると、この燃料極で水素がイオン化するとともに電子が発生する。水素イオンは、固体高分子膜２１を移動して他方の電極２２（空気極）に到達し、多孔質層１２を通じて電極２２に供給された空気中の酸素と反応して水を生成する。このように、各単セル２０Ａにおいて、電気エネルギーを発生することができる。 In each single cell 20A, a gas diffusion layer 23 through which a fuel (for example, hydrogen gas) or an oxidant (for example, air) flows is disposed with a solid polymer film 21 interposed therebetween.
When fuel is supplied to one electrode 22 (fuel electrode) through the gas diffusion layer 23, hydrogen is ionized and electrons are generated at the fuel electrode. The hydrogen ions move through the solid polymer film 21 and reach the other electrode 22 (air electrode), and react with oxygen in the air supplied to the electrode 22 through the porous layer 12 to generate water. Thus, electric energy can be generated in each single cell 20A.

この燃料電池反応に伴う発熱は燃料電池２０における発電効率を低下させるので、セパレータ１０の多孔質層１２に冷却水を流通させることにより、燃料電池２０を冷却する。多孔質層１２は、流路１２ａが骨格１１ａ間に形成されているので、全体に均一に冷却水を流通させ、セパレータ１０全面を均一に冷却できる。したがって、この冷却構造によって、燃料電池２０を均一に冷却できる。   The heat generated by the fuel cell reaction lowers the power generation efficiency in the fuel cell 20, so that the fuel cell 20 is cooled by circulating cooling water through the porous layer 12 of the separator 10. Since the flow path 12a is formed between the frame | skeletons 11a, the porous layer 12 can distribute | circulate a cooling water uniformly through the whole and can cool the separator 10 whole surface uniformly. Therefore, the fuel cell 20 can be uniformly cooled by this cooling structure.

以上説明した固体高分子形燃料電池２０は、金属多孔質体１１を骨格１１ａとして多孔質層１２（流路１２ａ）とシール層１３とを一体に備える燃料電池用セパレータ１０が用いられていることにより、薄く軽量の冷却構造が実現されている。また、多孔質層１２とシール層１３との間に接触抵抗がないので、各単セル２０Ａ間に冷却構造を設けたことによる電気抵抗が低減され、多数の単セル２０Ａを積層したセルスタックにおいても発電効率がよい。   The polymer electrolyte fuel cell 20 described above uses the fuel cell separator 10 having the porous metal layer 11 as the skeleton 11a and the porous layer 12 (flow path 12a) and the seal layer 13 integrally. Thus, a thin and lightweight cooling structure is realized. In addition, since there is no contact resistance between the porous layer 12 and the sealing layer 13, the electrical resistance due to the provision of a cooling structure between the single cells 20A is reduced, and in a cell stack in which a large number of single cells 20A are stacked. Also has good power generation efficiency.

次に、上述の燃料電池用セパレータ１０の製造方法について説明する。
燃料電池用セパレータ１０は、金属焼結体の中実の骨格１１ａにより辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙１１ｂが相互に連続状態に形成されている板状の金属多孔質体１１を製造する多孔質体製造工程と、金属多孔質体１１の両面からそれぞれ所定深さまで空隙１１ｂに樹脂を充填し、所定厚さのシール層１３を形成するシール層形成工程と、シール層１３の表面を研磨して骨格１１ａを露出させる研磨工程とを行うことにより製造される。 Next, a method for manufacturing the above-described fuel cell separator 10 will be described.
The fuel cell separator 10 includes a plate-like metal porous body 11 in which a plurality of polyhedral voids 11b each having a side constituted by a solid skeleton 11a of a metal sintered body are formed in a continuous state. A porous body manufacturing step to be manufactured, a seal layer forming step of filling the gap 11b with resin from both sides of the metal porous body 11 to a predetermined depth, and forming a seal layer 13 having a predetermined thickness, and the surface of the seal layer 13 Is polished to expose the skeleton 11a.

多孔質体製造工程は、図３に示す成形装置３０を用いて、金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーＳを、キャリヤシート３２上に塗布し、キャリヤシート３２を移動させながら発泡性スラリーＳを薄板状に成形する成形工程と、薄板状に成形した発泡性スラリーＳを発泡および乾燥させてグリーンシートを形成する発泡乾燥工程と、グリーンシートを焼結して金属多孔質体１１を形成する焼結工程とを有する。   In the porous body manufacturing process, a foaming slurry S containing a metal powder and a foaming agent is applied onto a carrier sheet 32 using a molding apparatus 30 shown in FIG. A forming step for forming the slurry S into a thin plate, a foaming drying step for forming a green sheet by foaming and drying the foamable slurry S formed into a thin plate, and sintering the green sheet to form the metal porous body 11. Forming a sintering step.

まず、金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーＳを作成する。発泡性スラリーＳは、骨格１１ａを形成する金属粉末、バインダ（水溶性樹脂結合剤）、発泡剤および水と、必要に応じて界面活性剤および／または可塑剤とを混合することにより作成される。より具体的には、まず金属粉末、バインダおよび水を含有するスラリーを作成した後、このスラリーに発泡剤を添加し、ミキサーなどの攪拌装置で攪拌する。   First, a foamable slurry S containing metal powder and a foaming agent is prepared. The foamable slurry S is prepared by mixing a metal powder forming a skeleton 11a, a binder (water-soluble resin binder), a foaming agent and water, and a surfactant and / or a plasticizer as necessary. . More specifically, a slurry containing a metal powder, a binder, and water is first prepared, and then a foaming agent is added to the slurry, followed by stirring with a stirring device such as a mixer.

金属粉末としては、特に限定されないが、耐食性等の点から、Ｔｉ，ステンレス鋼等が好ましい。また、この金属粉末は平均粒径０．５μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。このような粉末は、水アトマイズ法，プラズマアトマイズ法などのアトマイズ法、酸化物還元法，湿式還元法，カルボニル反応法などの化学プロセス法によって製造することができる。   Although it does not specifically limit as metal powder, Ti, stainless steel, etc. are preferable from points, such as corrosion resistance. The metal powder preferably has an average particle size of 0.5 μm or more and 30 μm or less. Such a powder can be produced by an atomizing method such as a water atomizing method or a plasma atomizing method, a chemical process method such as an oxide reduction method, a wet reduction method, or a carbonyl reaction method.

バインダ（水溶性樹脂結合剤）としては、メチルセルロース，ヒドロキシプロピルメチルセルロース，ヒドロキシエチルメチルセルロース，カルボキシメチルセルロースアンモニウム，エチルセルロース，ポリビニルアルコールなどを使用することができる。   As the binder (water-soluble resin binder), methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, carboxymethylcellulose ammonium, ethylcellulose, polyvinyl alcohol, and the like can be used.

発泡剤は、ガスを発生してスラリーに気泡を形成できるものであればよく、揮発性有機溶剤、例えば、ペンタン，ネオペンタン，ヘキサン，イソヘキサン，イソペプタン，ベンゼン，オクタン，トルエンなどの炭素数５〜８の非水溶性炭化水素系有機溶剤を使用することができる。この発泡剤の含有量としては、発泡性スラリーＳに対して０．１〜５重量％とすることが好ましい。   The foaming agent is not particularly limited as long as it can generate gas and form bubbles in the slurry, and is a volatile organic solvent such as pentane, neopentane, hexane, isohexane, isopeptane, benzene, octane, toluene, etc. The water-insoluble hydrocarbon-based organic solvent can be used. The foaming agent content is preferably 0.1 to 5% by weight with respect to the foamable slurry S.

界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩，α‐オレフィンスルホン酸塩，アルキル流酸エステル塩，アルキルエーテル硫酸エステル塩，アルカンスルホン酸塩等のアニオン界面活性剤，ポリエチレングリコール誘導体，多価アルコール誘導体などの非イオン性界面活性剤および両性界面活性剤などを使用することができる。   Surfactants include anionic surfactants such as alkylbenzene sulfonate, α-olefin sulfonate, alkyl sulfonate, alkyl ether sulfate, alkane sulfonate, polyethylene glycol derivatives, polyhydric alcohol derivatives, etc. Nonionic surfactants and amphoteric surfactants can be used.

可塑剤は、スラリーを成形して得られる成形体に可塑性を付与するために添加され、例えばエチレングリコール，ポリエチレングリコール，グリセリンなどの多価アルコール、鰯油，菜種油，オリーブ油などの油脂、石油エーテルなどのエーテル類、フタル酸ジエチル，フタル酸ジＮブチル，フタル酸ジエチルヘキシル，フタル酸ジオクチル，ソルビタンモノオレート，ソルビタントリオレート，ソルビタンパルミテート，ソルビタンステアレートなどのエステル等を使用することができる。   The plasticizer is added to impart plasticity to a molded product obtained by molding a slurry. For example, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, polyethylene glycol, and glycerin, fats and oils such as coconut oil, rapeseed oil, and olive oil, petroleum ether, etc. And ethers such as diethyl phthalate, di-N-butyl phthalate, diethyl hexyl phthalate, dioctyl phthalate, sorbitan monooleate, sorbitan trioleate, sorbitan palmitate, sorbitan stearate and the like can be used.

さらに、スラリーの特性や成形性を向上させるために任意の添加成分を加えてもよい。例えば、防腐剤を添加してスラリーの保存性を向上させたり、結合助材としてポリマー系化合物を加えて成形体の強度を向上させたりすることができる。   Furthermore, an optional additive component may be added to improve the properties and moldability of the slurry. For example, a preservative can be added to improve the storage stability of the slurry, or a polymer compound can be added as a binding aid to improve the strength of the molded body.

このように作成した発泡性スラリーＳから、図３に示す成形装置３０を用いて、グリーンシートを形成する成形工程および発泡乾燥工程を行う。
［成形工程］
成形装置３０は、ドクターブレード法を用いてシートを形成する装置であり、発泡性スラリーＳが貯留されるホッパ３１、ホッパ３１から供給された発泡性スラリーＳを移送するキャリヤシート３２、キャリヤシート３２を支持するローラ３３、キャリヤシート３２上の発泡性スラリーＳを所定厚さに成形するブレード（ドクターブレード）３４、発泡性スラリーＳを発泡させる恒温・高湿度槽３５、発泡したスラリーを乾燥させる乾燥槽３６を備えている。なお、ローラ３３間のキャリヤシート３２は、支持プレート３７によって支えられている。 From the foamable slurry S thus created, a molding process and a foam drying process for forming a green sheet are performed using the molding apparatus 30 shown in FIG.
[Molding process]
The forming device 30 is a device that forms a sheet using a doctor blade method. The hopper 31 stores the foamable slurry S, the carrier sheet 32 transports the foamable slurry S supplied from the hopper 31, and the carrier sheet 32. , A blade 33 (doctor blade) 34 for forming the foamable slurry S on the carrier sheet 32 to a predetermined thickness, a constant temperature / high humidity tank 35 for foaming the foamable slurry S, and drying for drying the foamed slurry. A tank 36 is provided. The carrier sheet 32 between the rollers 33 is supported by a support plate 37.

成形装置３０においては、まず、均一化した発泡性スラリーＳをホッパ３１に投入しておき、このホッパ３１から発泡性スラリーＳをキャリヤシート３２上に供給する。キャリヤシート３２は図の右方向へ回転するローラ３３によって支持されており、その上面が図の右方向へと移動している。キャリヤシート３２上に供給された発泡性スラリーＳは、キャリヤシート３２とともに移動しながらブレード３４によって薄板状に成形される。   In the molding apparatus 30, first, the homogenized foamable slurry S is put into the hopper 31, and the foamable slurry S is supplied onto the carrier sheet 32 from the hopper 31. The carrier sheet 32 is supported by a roller 33 that rotates in the right direction in the figure, and its upper surface moves in the right direction in the figure. The foamable slurry S supplied onto the carrier sheet 32 is formed into a thin plate shape by the blade 34 while moving together with the carrier sheet 32.

ブレード３４は、発泡性スラリーＳが塗布されたキャリヤシート３２に対して所定の間隔を空けて保持されることにより、移動するキャリヤシート３２上の発泡性スラリーＳを所定厚さのシート状に成形する。   The blade 34 is held at a predetermined interval with respect to the carrier sheet 32 to which the foamable slurry S is applied, thereby forming the foamable slurry S on the moving carrier sheet 32 into a sheet having a predetermined thickness. To do.

［発泡乾燥工程］
次いで、シート状に成形された発泡性スラリーＳは、所定条件（例えば温度３０℃〜４０℃、湿度７５％〜９５％）の恒温・高湿度槽３５内を、例えば１０分〜２０分かけて移動しながら発泡する。続いて、この恒温・高湿度槽３５内で発泡したスラリーＳは、所定条件（例えば温度５０℃〜７０℃）の乾燥槽３６内を例えば１０分〜２０分かけて移動し、乾燥される。これにより、スポンジ状のグリーンシートが得られる。
なお、発泡工程時にスラリーの表層部分およびキャリヤシートに接している面においては泡がつぶれやすく、金属分が堆積しやすい。このため、厚さ方向の中央部分に比較して、これらの部分は気孔率が低く、密に形成される傾向がある。 [Foam drying process]
Next, the foamable slurry S formed into a sheet shape is subjected to, for example, 10 minutes to 20 minutes in the constant temperature / high humidity tank 35 under predetermined conditions (for example, temperature 30 ° C. to 40 ° C., humidity 75% to 95%). Foam while moving. Subsequently, the slurry S foamed in the constant temperature / high humidity tank 35 moves in the drying tank 36 under a predetermined condition (for example, a temperature of 50 ° C. to 70 ° C.) over, for example, 10 minutes to 20 minutes and is dried. Thereby, a sponge-like green sheet is obtained.
In the foaming step, bubbles are easily crushed on the surface layer portion of the slurry and the surface in contact with the carrier sheet, and metal components are easily deposited. For this reason, compared with the central part of the thickness direction, these parts have a low porosity and tend to be densely formed.

［焼結工程］
このようにして得られたグリーンシートを脱脂・焼結することにより、所定厚さの薄板状の金属多孔質体１１を形成する。具体的には、例えば真空中、温度５５０℃〜６５０℃、２５分〜３５分の条件下でグリーンシート中のバインダ（水溶性樹脂結合剤）を除去（脱脂）した後、さらに真空中、温度１２００℃〜１３００℃、６０分〜１２０分の条件下で焼結する。 [Sintering process]
The thin sheet-like metal porous body 11 having a predetermined thickness is formed by degreasing and sintering the green sheet thus obtained. Specifically, for example, after removing (degreasing) the binder (water-soluble resin binder) in the green sheet under vacuum at temperatures of 550 ° C. to 650 ° C. for 25 minutes to 35 minutes, the temperature is further increased in vacuum. Sintering is performed at 1200 to 1300 ° C. for 60 to 120 minutes.

以上説明した方法によれば、所望の厚さ、気孔率、開口率等を有し、燃料電池用セパレータ１０に適した中実の骨格１１ａを有する金属多孔質体１１を製造することができる。また、上述の方法によると、厚さの中央部分に比較して表層部分の気孔率が低いので、全体の気孔率に対して開口率が低い金属多孔質体１１が得られる。   According to the method described above, the metal porous body 11 having a desired thickness, porosity, aperture ratio, and the like and having a solid skeleton 11a suitable for the fuel cell separator 10 can be manufactured. Moreover, according to the above-mentioned method, since the porosity of the surface layer portion is lower than that of the central portion of the thickness, the metal porous body 11 having a low opening ratio with respect to the entire porosity can be obtained.

［シール層形成工程］
次に、上述のようにして得られた金属多孔質体１１の両面から所定深さまで空隙１１ｂに樹脂を充填し、所定厚さのシール層１３を形成する。シール層１３の厚さは、充填される樹脂のシール性に応じて適切に設定される。
シール層形成工程においては、たとえば、図４（ａ）に示すように、容器に保持した液状樹脂Ｐ１に、所定深さまで金属多孔質体１１を浸漬することにより、開口部１１ｃを通じて所定深さまで液状樹脂Ｐ１を充填する。そして、空隙１１ｂに充填された液状樹脂Ｐ１を固化させる方法により、金属多孔質体１１の一方の面にシール層１３を形成することができる。このようにして金属多孔質体１１の片面にシール層１３を形成した後、図４（ｂ）に示すように、金属多孔質体１１を裏返して同じ工程を行う。これにより、流路１２ａを有する多孔質層１２を挟むように、金属多孔質体１１の両面にそれぞれ所定厚さのシール層１３を形成することができる。なお、液状樹脂を空隙１１ｂに充填するには、スクリーン印刷等、他の方法を採用してもよい。 [Seal layer forming step]
Next, resin is filled into the gap 11b from both surfaces of the metal porous body 11 obtained as described above to a predetermined depth, and a seal layer 13 having a predetermined thickness is formed. The thickness of the sealing layer 13 is appropriately set according to the sealing property of the resin to be filled.
In the sealing layer forming step, for example, as shown in FIG. 4A, the metal porous body 11 is dipped to a predetermined depth in a liquid resin P1 held in a container, thereby being liquidized to a predetermined depth through the opening 11c. Fill with resin P1. And the sealing layer 13 can be formed in one surface of the metal porous body 11 by the method of solidifying the liquid resin P1 with which the space | gap 11b was filled. After forming the sealing layer 13 on one side of the metal porous body 11 in this way, the metal porous body 11 is turned over and the same process is performed as shown in FIG. Thereby, the seal layers 13 having a predetermined thickness can be formed on both surfaces of the metal porous body 11 so as to sandwich the porous layer 12 having the flow path 12a. It should be noted that other methods such as screen printing may be employed to fill the void resin with the liquid resin.

あるいは、このシール層形成工程において、図５に示すように、金属多孔質体１１を挟んで樹脂フィルムＰ２を積層し（図５（ａ））、これらの樹脂フィルムＰ２の熱変形温度に加熱した状態でこれら金属多孔質体１１と各樹脂フィルムＰ２とを図に矢印で示すように厚さ方向に加圧するホットプレスにより（図５（ｂ））、可塑状態の各樹脂フィルムＰ２を金属多孔質体１１の両面から開口部１１ｃを通じて空隙１１ｂに充填してもよい（図５（ｃ））。この場合、樹脂フィルムＰ２には熱可塑性樹脂が用いられる。   Alternatively, in this sealing layer forming step, as shown in FIG. 5, the resin film P2 is laminated with the metal porous body 11 interposed therebetween (FIG. 5A), and heated to the heat deformation temperature of these resin films P2. In the state, the metal porous body 11 and each resin film P2 are hot-pressed in the thickness direction as shown by arrows in the drawing (FIG. 5 (b)), and each resin film P2 in the plastic state is made porous with metal porous. You may fill the space | gap 11b from the both surfaces of the body 11 through the opening part 11c (FIG.5 (c)). In this case, a thermoplastic resin is used for the resin film P2.

また、このシール層形成工程において、金属多孔質体１１の外周部を囲む樹脂枠１４を、シール層１３と一体に形成することもできる（図６）。たとえば、図４に示すように容器に保持した液状樹脂に金属多孔質体１１を浸漬した場合に、そのまま容器内で液状樹脂Ｐ１を固化させることにより、容器の大きさに応じた大きさの樹脂枠１４を、シール層１３と同時に金属多孔質体１１の周囲に形成することができる。   In this sealing layer forming step, the resin frame 14 surrounding the outer periphery of the metal porous body 11 can be formed integrally with the sealing layer 13 (FIG. 6). For example, when the metal porous body 11 is immersed in a liquid resin held in a container as shown in FIG. 4, the liquid resin P1 is solidified in the container as it is, so that a resin having a size corresponding to the size of the container is obtained. The frame 14 can be formed around the metal porous body 11 simultaneously with the sealing layer 13.

［研磨工程］
いずれの方法によってシール層１３を形成した場合も、各シール層１３の表面を研磨する工程を行う。これにより、シール層１３の表面に確実に骨格１１ａ（金属部分）を露出させ、隣接部材（ガス拡散層２３）との確実な導通を図ることができる。なお、上述の方法により製造された金属多孔質体１１は、表層部分が密に形成されているので、わずかに研磨するだけでも表面を覆う樹脂部分を除去して多くの金属分を露出させることができ、隣接部材に対する接触面積を十分に得ることができる。 [Polishing process]
Even when the sealing layer 13 is formed by any method, a step of polishing the surface of each sealing layer 13 is performed. Thereby, the frame | skeleton 11a (metal part) can be reliably exposed on the surface of the sealing layer 13, and reliable conduction | electrical_connection with an adjacent member (gas diffusion layer 23) can be aimed at. In addition, since the metal porous body 11 manufactured by the above-mentioned method has a dense surface layer portion, the resin portion covering the surface can be removed to expose a large amount of metal even by slight polishing. And a sufficient contact area with the adjacent member can be obtained.

以上説明した燃料電池用セパレータの製造方法によれば、金属多孔質体１１の一部に樹脂を充填するので、流体の流通を阻止するシール層１３と流体を流通させる多孔質層１２とを一体に備え、軽量であり、全体が良好な導電性を有し、さらに冷却構造を内部に備える燃料電池用セパレータ１０を得ることができる。また、シール層１３の表面が研磨されることにより、金属部分が表面に露出するので、隣接する部材との導通を確実に図ることができる。   According to the fuel cell separator manufacturing method described above, resin is filled in a part of the metal porous body 11, so that the seal layer 13 that prevents fluid flow and the porous layer 12 that flows fluid are integrated. Therefore, it is possible to obtain a fuel cell separator 10 that is light in weight, has good conductivity as a whole, and further has a cooling structure inside. Moreover, since the metal part is exposed on the surface by polishing the surface of the seal layer 13, it is possible to reliably establish conduction with the adjacent member.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。   The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and various modifications are made in the detailed configuration without departing from the spirit of the present invention. Is possible.

１０ 燃料電池用セパレータ
１１ 金属多孔質体
１１ａ 骨格
１１ｂ 空隙
１１ｃ 開口部
１２ 多孔質層
１２ａ 流路
１３ シール層
２０ 固体高分子形燃料電池
２０Ａ 単セル
２１ 固体高分子膜
２２ 電極
２３ ガス拡散層
２５ セパレータ
３０ 成形装置
３１ ホッパ
３２ キャリヤシート
３３ ローラ
３４ ブレード
３５ 恒温・高湿度槽
３６ 乾燥槽
３７ プレート
Ｐ１ 液状樹脂
Ｐ２ 樹脂フィルム DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell separator 11 Metal porous body 11a Skeleton 11b Void 11c Opening 12 Porous layer 12a Channel 13 Seal layer 20 Polymer electrolyte fuel cell 20A Single cell 21 Solid polymer membrane 22 Electrode 23 Gas diffusion layer 25 Separator 30 Molding device 31 Hopper 32 Carrier sheet 33 Roller 34 Blade 35 Constant temperature / high humidity tank 36 Drying tank 37 Plate P1 Liquid resin P2 Resin film

Claims (7)

金属焼結体の中実の骨格により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙が相互に連続状態に形成されている板状の金属多孔質体の両面に、前記空隙に樹脂が充填されてなるシール層がそれぞれ設けられているとともに、これらシール層の間には前記空隙を連続させてなる流路を有する多孔質層が設けられていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。   The voids are filled with resin on both sides of a plate-like metal porous body in which a plurality of polyhedral voids whose sides are formed by a solid skeleton of a sintered metal body are formed in a continuous state. A separator for a fuel cell, characterized in that a porous layer having a flow path in which the gaps are continuous is provided between the sealing layers. 前記金属多孔質体の気孔率が７０％以上９９％以下であ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。   2. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the porosity of the metal porous body is 70% or more and 99% or less. 前記金属多孔質体がステンレス鋼、チタン、チタン合金のいずれかからなることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池用セパレータ。   3. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the metal porous body is made of any one of stainless steel, titanium, and a titanium alloy. 金属焼結体の中実の骨格により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙が相互に連続状態に形成されている板状の金属多孔質体を製造する多孔質体製造工程と、
前記金属多孔質体の両面からそれぞれ所定深さまで前記空隙に樹脂を充填し、所定厚さのシール層を前記金属多孔質体の両面に形成するシール層形成工程と、
前記各シール層の表面を研磨して前記骨格を露出させる研磨工程と
を有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 A porous body production process for producing a plate-like metal porous body in which a plurality of polyhedral voids each having a side constituted by a solid skeleton of a metal sintered body are formed in a continuous state;
A sealing layer forming step of filling a resin into the gap from both sides of the metal porous body to a predetermined depth, and forming a seal layer having a predetermined thickness on both sides of the metal porous body;
And a polishing step of polishing the surface of each sealing layer to expose the skeleton. 前記シール層形成工程では、液状の樹脂を前記金属多孔質体に含浸させて前記空隙に充填し、固化させることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。   5. The method for producing a fuel cell separator according to claim 4, wherein in the sealing layer forming step, the metal porous body is impregnated with a liquid resin to fill the void and solidify. 前記シール層形成工程では、前記金属多孔質体と樹脂フィルムとを積層し、この樹脂フィルムの熱変形温度でのホットプレスにより前記樹脂フィルムを前記空隙に充填することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。   The said sealing layer formation process WHEREIN: The said metal porous body and a resin film are laminated | stacked, The said resin film is filled into the said space | gap by the hot press at the heat deformation temperature of this resin film. The manufacturing method of the separator for fuel cells of description. 前記多孔質体製造工程は、
金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーをキャリヤシート上に塗布し、前記キャリヤシートを移動させながら前記発泡性スラリーを薄板状に成形する成形工程と、
薄板状に成形した発泡性スラリーを発泡および乾燥させてグリーンシートを形成する発泡乾燥工程と、
前記グリーンシートを焼結して焼結体を形成する焼結工程と、
を有することを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。 The porous body manufacturing process includes:
Forming a foamable slurry containing a metal powder and a foaming agent on a carrier sheet, and forming the foamable slurry into a thin plate shape while moving the carrier sheet;
A foaming and drying step of foaming and drying a foamable slurry formed into a thin plate to form a green sheet;
A sintering step of forming a sintered body by sintering the green sheet;
The method for producing a fuel cell separator according to any one of claims 4 to 6, wherein:
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