JP2000285934A - 燃料電池、その製造方法およびその検査方法 - Google Patents
燃料電池、その製造方法およびその検査方法Info
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- JP2000285934A JP2000285934A JP11090917A JP9091799A JP2000285934A JP 2000285934 A JP2000285934 A JP 2000285934A JP 11090917 A JP11090917 A JP 11090917A JP 9091799 A JP9091799 A JP 9091799A JP 2000285934 A JP2000285934 A JP 2000285934A
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【課題】強度的に優れ、かつコンパクトにして軽量であ
り、さらに成形加工後の不具合を事前に検査して高品質
の維持を図った燃料電池、その製造方法およびその検査
方法を提供する。 【解決手段】本発明に係る燃料電池は、固体高分子膜２
の両面のそれぞれにアノード電極３およびカソード電極
４を備えた単電池１を積み重ねて電池スタックにし、こ
の電池スタックの間に挿入したセパレータ２５にスリッ
ト２８を設けた。
り、さらに成形加工後の不具合を事前に検査して高品質
の維持を図った燃料電池、その製造方法およびその検査
方法を提供する。 【解決手段】本発明に係る燃料電池は、固体高分子膜２
の両面のそれぞれにアノード電極３およびカソード電極
４を備えた単電池１を積み重ねて電池スタックにし、こ
の電池スタックの間に挿入したセパレータ２５にスリッ
ト２８を設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子膜を電
解質として用いた燃料電池、その製造方法およびその検
査方法に関する。
解質として用いた燃料電池、その製造方法およびその検
査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、水素などの燃料と空気など
の酸化剤を電気化学的に反応させることにより、燃料の
もつ化学的エネルギを電気エネルギに変換する装置であ
り、ビル施設等への適用が最近、脚光をあびている。
の酸化剤を電気化学的に反応させることにより、燃料の
もつ化学的エネルギを電気エネルギに変換する装置であ
り、ビル施設等への適用が最近、脚光をあびている。
【０００３】この燃料電池は、使用される電解質の種類
により、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型、およ
び固体高分子電解質型などの各種が知られている。この
なかでも、固体高分子電解質型燃料電池は、分子中にプ
ロトン交換基を有する高分子樹脂膜を飽和に含水させる
とプロトン伝導性電解質として機能することを利用した
燃料電池であり、比較的低温度域で作動して発電効率も
優れているので、最近、にわかに注目されるようになっ
てきている。
により、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型、およ
び固体高分子電解質型などの各種が知られている。この
なかでも、固体高分子電解質型燃料電池は、分子中にプ
ロトン交換基を有する高分子樹脂膜を飽和に含水させる
とプロトン伝導性電解質として機能することを利用した
燃料電池であり、比較的低温度域で作動して発電効率も
優れているので、最近、にわかに注目されるようになっ
てきている。
【０００４】図５は、固体高分子電解質型燃料電池の基
本単位である単電池の構成を示す構成図である。
本単位である単電池の構成を示す構成図である。
【０００５】図５において、単電池１は、イオン導電性
を有する固体高分子膜２と、この固体高分子膜２を挟ん
で配置されたアノード電極３およびカソード電極４とか
ら構成される。そして、これらの各電極３，４の外側に
は、各電極３，４に反応ガスを供給するガス不透過性の
ガス供給溝を有するアノード電極３側のセパレータ５お
よびカソード電極４側のセパレータ６が配置される。
を有する固体高分子膜２と、この固体高分子膜２を挟ん
で配置されたアノード電極３およびカソード電極４とか
ら構成される。そして、これらの各電極３，４の外側に
は、各電極３，４に反応ガスを供給するガス不透過性の
ガス供給溝を有するアノード電極３側のセパレータ５お
よびカソード電極４側のセパレータ６が配置される。
【０００６】イオン導電性を有する固体高分子膜２とし
ては、たとえばプロトン交換膜であるパーフルオロカー
ボンスルホン酸（ナフィオンＲ：米国、デュポン社）が
知られている。この固体高分子膜２は分子中に水素イオ
ンの交換基を有しており、飽和含水することでイオン導
電性電解質として機能するとともに、アノード電極３側
から供給される燃料７とカソード電極４側から供給され
る酸化剤８とを分離する機能を有する。
ては、たとえばプロトン交換膜であるパーフルオロカー
ボンスルホン酸（ナフィオンＲ：米国、デュポン社）が
知られている。この固体高分子膜２は分子中に水素イオ
ンの交換基を有しており、飽和含水することでイオン導
電性電解質として機能するとともに、アノード電極３側
から供給される燃料７とカソード電極４側から供給され
る酸化剤８とを分離する機能を有する。
【０００７】固体高分子膜２を挟んで一方に配置される
アノード電極３は、触媒層３ａと多孔質カーボン平板３
ｂとから形成される。また、アノード電極３に対向配置
されるカソード電極４は、触媒層４ａと多孔質カーボン
平板４ｂとから形成される。
アノード電極３は、触媒層３ａと多孔質カーボン平板３
ｂとから形成される。また、アノード電極３に対向配置
されるカソード電極４は、触媒層４ａと多孔質カーボン
平板４ｂとから形成される。
【０００８】アノード電極３側のセパレータ５は、セパ
レータ基材９と、このセパレータ基材９の両側面に配置
され、燃料７を供給する燃料供給溝１０ａ，１０ｂとか
ら構成される。
レータ基材９と、このセパレータ基材９の両側面に配置
され、燃料７を供給する燃料供給溝１０ａ，１０ｂとか
ら構成される。
【０００９】一方、カソード電極４側のセパレータ６
は、セパレータ基材１１と、このセパレータ基材１１の
側面に配置され、カソード電極４と接する面側に配置さ
れ、酸化剤８を供給する酸化剤供給溝１２と、この酸化
剤供給溝１２と反対側に配置される燃料供給溝１０とか
ら構成される。
は、セパレータ基材１１と、このセパレータ基材１１の
側面に配置され、カソード電極４と接する面側に配置さ
れ、酸化剤８を供給する酸化剤供給溝１２と、この酸化
剤供給溝１２と反対側に配置される燃料供給溝１０とか
ら構成される。
【００１０】以下に、この単電池１の原理を説明する。
【００１１】アノード電極３に燃料７を、カソード電極
４に酸化剤８をそれぞれ供給すると、単電池１の一対の
電極３，４間における電気化学反応により起電力が生じ
る。通常、燃料７として水素、酸化剤８として空気を用
いる。
４に酸化剤８をそれぞれ供給すると、単電池１の一対の
電極３，４間における電気化学反応により起電力が生じ
る。通常、燃料７として水素、酸化剤８として空気を用
いる。
【００１２】アノード電極３に水素を供給すると、水素
はアノード触媒層３ａにおいて水素イオンと電子とに解
離し、水素イオンは固体高分子膜２を通り、また、電子
は外部回路を通ってカソード電極４にそれぞれ移動す
る。一方、カソード電極４に供給された空気中の酸素
は、触媒層４ａにおいて、水素イオンと電子とによりカ
ソード反応を起こし、水を生成する。このとき、外部回
路を通った電子は電流となり電力を供給することができ
る。すなわち、アノード電極３とカソード電極４とで
は、以下に示す反応が進行する。なお、生成した水は未
反応ガスとともに電池外に排出される。
はアノード触媒層３ａにおいて水素イオンと電子とに解
離し、水素イオンは固体高分子膜２を通り、また、電子
は外部回路を通ってカソード電極４にそれぞれ移動す
る。一方、カソード電極４に供給された空気中の酸素
は、触媒層４ａにおいて、水素イオンと電子とによりカ
ソード反応を起こし、水を生成する。このとき、外部回
路を通った電子は電流となり電力を供給することができ
る。すなわち、アノード電極３とカソード電極４とで
は、以下に示す反応が進行する。なお、生成した水は未
反応ガスとともに電池外に排出される。
【００１３】
【化１】
【００１４】このような単電池１においては、固体高分
子膜２の含水量が少なくなるとイオン抵抗が高くなり、
燃料７と酸化剤８との混合（クロスオーバ）が発生し、
電池での発電が不可能となる。このため、固体高分子膜
２は飽和含水としておくことが望ましい。
子膜２の含水量が少なくなるとイオン抵抗が高くなり、
燃料７と酸化剤８との混合（クロスオーバ）が発生し、
電池での発電が不可能となる。このため、固体高分子膜
２は飽和含水としておくことが望ましい。
【００１５】また、発電によりアノード電極３で分離し
た水素イオンが固体高分子膜２を通り、カソード電極４
に移動する時に水も一緒に移動する。このため、アノー
ド電極３側では固体高分子膜２は乾燥傾向になる。ま
た、供給する燃料７または空気の含まれる水蒸気が少な
いとそれぞれの反応ガス入り口付近で固体高分子膜２は
乾燥傾向になる。このため、予め加湿した燃料７および
酸化剤８を供給することが一般的に行われている。
た水素イオンが固体高分子膜２を通り、カソード電極４
に移動する時に水も一緒に移動する。このため、アノー
ド電極３側では固体高分子膜２は乾燥傾向になる。ま
た、供給する燃料７または空気の含まれる水蒸気が少な
いとそれぞれの反応ガス入り口付近で固体高分子膜２は
乾燥傾向になる。このため、予め加湿した燃料７および
酸化剤８を供給することが一般的に行われている。
【００１６】ところで、単電池１の起電力は１Ｖ以下と
低いため、通常、単電池１の頭部および底部のそれぞれ
に配置されたセパレータ５，６を介して、数十から数百
枚の単電池１を積層して電池スタックを構成している。
そして、この電池スタックには、発電に伴う電池スタッ
クの昇温を制御するために、冷却板が数枚、電池毎に挿
入されている。
低いため、通常、単電池１の頭部および底部のそれぞれ
に配置されたセパレータ５，６を介して、数十から数百
枚の単電池１を積層して電池スタックを構成している。
そして、この電池スタックには、発電に伴う電池スタッ
クの昇温を制御するために、冷却板が数枚、電池毎に挿
入されている。
【００１７】固体高分子電解質型燃料電池に適用される
セパレータ５，６は、各単電池１を分離する機能を持た
せるために、反応ガスまたは冷却水等に対しては不透過
性である必要がある。また、セパレータ５，６は単電池
１を積層化して電池スタックとし、電池として機能させ
るために、電気的には導電体である必要がある。通常、
固体高分子電解質型燃料電池は７０℃から９０℃までの
比較的低温で動作するが、この電池内部のセパレータ
５，６は、７０℃から９０℃までの温度における飽和蒸
気圧に近い水蒸気を含んだ空気にさらされると同時に、
電気化学反応にともなう電位差が生じる厳しい環境下に
ある。このため、セパレータ５，６には耐腐食性の材料
を選択する必要がある。耐腐食性材料としては、産業界
では一般的にはステンレス鋼等が用いられるが、ステン
レス鋼等の材料をセパレータ５，６に適用した場合に
は、表面が酸化して不動態膜が形成されてしまうために
電池の抵抗損失が大きくなり、発電効率が大きく低下し
てしまう。
セパレータ５，６は、各単電池１を分離する機能を持た
せるために、反応ガスまたは冷却水等に対しては不透過
性である必要がある。また、セパレータ５，６は単電池
１を積層化して電池スタックとし、電池として機能させ
るために、電気的には導電体である必要がある。通常、
固体高分子電解質型燃料電池は７０℃から９０℃までの
比較的低温で動作するが、この電池内部のセパレータ
５，６は、７０℃から９０℃までの温度における飽和蒸
気圧に近い水蒸気を含んだ空気にさらされると同時に、
電気化学反応にともなう電位差が生じる厳しい環境下に
ある。このため、セパレータ５，６には耐腐食性の材料
を選択する必要がある。耐腐食性材料としては、産業界
では一般的にはステンレス鋼等が用いられるが、ステン
レス鋼等の材料をセパレータ５，６に適用した場合に
は、表面が酸化して不動態膜が形成されてしまうために
電池の抵抗損失が大きくなり、発電効率が大きく低下し
てしまう。
【００１８】かつて１９７０年代に米国において、スペ
ースシャトル用に開発された固体高分子電解質型燃料電
池のセパレータとして、優れた耐食性を有する貴金属で
あるニオブ等が用いられていた。しかしながら、貴金属
系の材料は非常に高価であるとともに、重いという欠点
を有していた。そこで、米国特許ＵＳ−５５２１０１８
に掲載されているように、カナダのバラード社は、セパ
レータとしてカーボン板を使用することで、電池スタッ
クの軽量化およびコスト低減化を試みている。
ースシャトル用に開発された固体高分子電解質型燃料電
池のセパレータとして、優れた耐食性を有する貴金属で
あるニオブ等が用いられていた。しかしながら、貴金属
系の材料は非常に高価であるとともに、重いという欠点
を有していた。そこで、米国特許ＵＳ−５５２１０１８
に掲載されているように、カナダのバラード社は、セパ
レータとしてカーボン板を使用することで、電池スタッ
クの軽量化およびコスト低減化を試みている。
【００１９】図６は、カーボン板を用いた固体高分子電
解質型燃料電池の電池スタックを示す図である。
解質型燃料電池の電池スタックを示す図である。
【００２０】図６において、電池スタック１３は、外枠
１４内に単電池１を複数個配列した構造である。そし
て、この電池スタック１３は、反応ガスを反応させて発
電を行う電池部１５と、反応ガスを加湿するための加湿
部１６とから構成される。
１４内に単電池１を複数個配列した構造である。そし
て、この電池スタック１３は、反応ガスを反応させて発
電を行う電池部１５と、反応ガスを加湿するための加湿
部１６とから構成される。
【００２１】図７は、図６の電池部１５における単電池
１の構成を示す図である。
１の構成を示す図である。
【００２２】図７において、電池部１５に配置される単
電池１は、イオン導電性を有する固体高分子膜２を挟ん
でアノード電極３およびカソード電極４が配置され、ア
ノード電極３の外側に冷却用セパレータ１７が設けら
れ、この冷却用セパレータ１７の外側に、アノード電極
３側およびカソード電極４側のセパレータ５，６が設置
される。
電池１は、イオン導電性を有する固体高分子膜２を挟ん
でアノード電極３およびカソード電極４が配置され、ア
ノード電極３の外側に冷却用セパレータ１７が設けら
れ、この冷却用セパレータ１７の外側に、アノード電極
３側およびカソード電極４側のセパレータ５，６が設置
される。
【００２３】冷却用セパレータ１７は、反応に伴い生じ
る反応熱を冷却水に吸収させて、電池部１５の加熱を防
止するために設置される。
る反応熱を冷却水に吸収させて、電池部１５の加熱を防
止するために設置される。
【００２４】図８は、カソード電極４側に設置されたセ
パレータ６を示す平面図である。
パレータ６を示す平面図である。
【００２５】図８において、セパレータ６は、カーボン
板からなるほぼ正方形のセパレータ基材１１をベースに
し、このセパレータ基材１１の角部に、空気および燃料
ガスを導入する空気導入口１８および燃料ガス導入口１
９が設けられている。そして、これらの導入口１８，１
９と対角線上で対向する側に、空気および燃料ガスを排
出する空気排出口２０および燃料ガス排出口２１が設け
られる。また、セパレータ基材１１の他角部には、冷却
水導入口２２および冷却水排出口２３が設けられてい
る。そして、このセパレータ基材１１上には、空気を反
応面に導くためにサーペンタイン状の空気溝２４が形成
され、この空気溝２４は、空気導入口１８および空気排
出口２０に連結している。
板からなるほぼ正方形のセパレータ基材１１をベースに
し、このセパレータ基材１１の角部に、空気および燃料
ガスを導入する空気導入口１８および燃料ガス導入口１
９が設けられている。そして、これらの導入口１８，１
９と対角線上で対向する側に、空気および燃料ガスを排
出する空気排出口２０および燃料ガス排出口２１が設け
られる。また、セパレータ基材１１の他角部には、冷却
水導入口２２および冷却水排出口２３が設けられてい
る。そして、このセパレータ基材１１上には、空気を反
応面に導くためにサーペンタイン状の空気溝２４が形成
され、この空気溝２４は、空気導入口１８および空気排
出口２０に連結している。
【００２６】空気溝２４は比較的柔らかいカーボン板で
あるセパレータ基材１１にプレス加工を施すことにより
作製される。なお、ここでは図示しないが、アノード電
極側のセパレータ５および冷却用セパレータ１７もカソ
ード電極側のセパレータ６と同様の構造を有する。
あるセパレータ基材１１にプレス加工を施すことにより
作製される。なお、ここでは図示しないが、アノード電
極側のセパレータ５および冷却用セパレータ１７もカソ
ード電極側のセパレータ６と同様の構造を有する。
【００２７】図６に示す加湿部１６の構成は、電池部１
５とほぼ同じであるが、電池部１５において、反応ガス
同士が固体高分子膜２を介して接するのとは異なり、水
蒸気透過用の膜を介して反応ガスである空気または燃料
ガスが冷却水と接することにより加湿される。
５とほぼ同じであるが、電池部１５において、反応ガス
同士が固体高分子膜２を介して接するのとは異なり、水
蒸気透過用の膜を介して反応ガスである空気または燃料
ガスが冷却水と接することにより加湿される。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述構
成のセパレータ５，６であっても、依然として、セパレ
ータ５，６の厚さを薄くするには限界を有していた。
成のセパレータ５，６であっても、依然として、セパレ
ータ５，６の厚さを薄くするには限界を有していた。
【００２９】この理由として、第１に、セパレータ５，
６としてカーボン板を用いた固体高分子電解質型電池に
おいては、セパレータ５，６としての強度を保つため
に、ある一定の厚さが必要であることが挙げられる。ま
た第２に、カーボン板は本質的に多孔質体であり、セパ
レータ間のガスの透過および水の透過を防止する必要が
あるため、セパレータ５，６の厚みを薄くするのには限
界を有していた。上述した米国特許ＵＳ−５５２１０１
８においても、セパレータの厚さは１．６ｍｍであり、
一定の厚さが要求されていた。
６としてカーボン板を用いた固体高分子電解質型電池に
おいては、セパレータ５，６としての強度を保つため
に、ある一定の厚さが必要であることが挙げられる。ま
た第２に、カーボン板は本質的に多孔質体であり、セパ
レータ間のガスの透過および水の透過を防止する必要が
あるため、セパレータ５，６の厚みを薄くするのには限
界を有していた。上述した米国特許ＵＳ−５５２１０１
８においても、セパレータの厚さは１．６ｍｍであり、
一定の厚さが要求されていた。
【００３０】電池スタック１３をコンパクト化するため
には電池の厚みを薄くすることが最も重要であるが、こ
のようにカーボン板を用いた場合には薄くすることに限
界があるため、コンパクト化が難しい。また、カーボン
材料はそれ自体が高価であるため、低コスト化が難し
い。さらに、カーボン板は、アルミニウム、銅等の金属
に比較して熱伝導率が悪いため、各電池の間に冷却水が
流れる冷却プレートを挿入し、電池を冷却する必要があ
る。したがってより一層スタックの形状が大きくなる不
具合があり、さらに空冷化を難しくさせていた。
には電池の厚みを薄くすることが最も重要であるが、こ
のようにカーボン板を用いた場合には薄くすることに限
界があるため、コンパクト化が難しい。また、カーボン
材料はそれ自体が高価であるため、低コスト化が難し
い。さらに、カーボン板は、アルミニウム、銅等の金属
に比較して熱伝導率が悪いため、各電池の間に冷却水が
流れる冷却プレートを挿入し、電池を冷却する必要があ
る。したがってより一層スタックの形状が大きくなる不
具合があり、さらに空冷化を難しくさせていた。
【００３１】一方、セパレータ材料としてカーボン板を
用いずに、セパレータ材料として金属を用いた場合にお
いても、飽和水蒸気雰囲気中や燃料電池特有の電位差に
よる腐食が発生し、電池の性能が低下する不都合・不具
合があった。
用いずに、セパレータ材料として金属を用いた場合にお
いても、飽和水蒸気雰囲気中や燃料電池特有の電位差に
よる腐食が発生し、電池の性能が低下する不都合・不具
合があった。
【００３２】また、金属セパレータの場合、主にプレス
加工や、機械加工などにより成形することが考えられて
いるが、プレス加工では低コスト化を達成できるもの
の、成形時に金属材料に加わる圧力によりセパレータが
変形するため、後工程での電池積層の組立時に組立が難
しくなり、また薄板材料の場合、破断が生じ易く、精度
良く加工することが難しい。
加工や、機械加工などにより成形することが考えられて
いるが、プレス加工では低コスト化を達成できるもの
の、成形時に金属材料に加わる圧力によりセパレータが
変形するため、後工程での電池積層の組立時に組立が難
しくなり、また薄板材料の場合、破断が生じ易く、精度
良く加工することが難しい。
【００３３】本発明は、これらの問題を解決するために
なされたものであり、強度に優れ、かつコンパクトにし
て軽量であり、さらに成形加工の不具合を事前に検査し
て高品質の維持を図った燃料電池、その製造方法および
その検査方法を提供することを目的とする。
なされたものであり、強度に優れ、かつコンパクトにし
て軽量であり、さらに成形加工の不具合を事前に検査し
て高品質の維持を図った燃料電池、その製造方法および
その検査方法を提供することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】本発明に係る燃料電池
は、上記目的を達成するために、請求項１に記載したよ
うに、固体高分子電解質膜の両面のそれぞれに配置され
るアノード電極およびカソード電極で構成される単電池
を複数個に積層した電池スタックにセパレータを介装さ
せた燃料電池において、上記セパレータにスリットを設
けたものである。
は、上記目的を達成するために、請求項１に記載したよ
うに、固体高分子電解質膜の両面のそれぞれに配置され
るアノード電極およびカソード電極で構成される単電池
を複数個に積層した電池スタックにセパレータを介装さ
せた燃料電池において、上記セパレータにスリットを設
けたものである。
【００３５】本発明に係る燃料電池は、上記目的を達成
するために、請求項２に記載したように、スリットを、
セパレータに成形加工する空気溝の周囲に設けたもので
ある。
するために、請求項２に記載したように、スリットを、
セパレータに成形加工する空気溝の周囲に設けたもので
ある。
【００３６】本発明に係る燃料電池は、上記目的を達成
するために、請求項３に記載したように、固体高分子電
解質膜の両面のそれぞれに配置されるアノード電極およ
びカソード電極で構成される単電池を複数個に積層した
電池スタックにセパレータを介装させた燃料電池におい
て、上記セパレータの外周に折り曲げ部を備えたもので
ある。
するために、請求項３に記載したように、固体高分子電
解質膜の両面のそれぞれに配置されるアノード電極およ
びカソード電極で構成される単電池を複数個に積層した
電池スタックにセパレータを介装させた燃料電池におい
て、上記セパレータの外周に折り曲げ部を備えたもので
ある。
【００３７】本発明に係る燃料電池は、上記目的を達成
するために、請求項４に記載したように、折り曲げ部
を、はぜ折りに折り畳んだ曲げ部に形成したものであ
る。
するために、請求項４に記載したように、折り曲げ部
を、はぜ折りに折り畳んだ曲げ部に形成したものであ
る。
【００３８】本発明に係る燃料電池の製造方法は、上記
目的を達成するために、請求項５に記載したように、固
体高分子電解質膜の両面のそれぞれに配置されるアノー
ド電極およびカソード電極で構成される単電池を複数個
に積層して電池スタックに形成するとともに、この電池
スタックに介装するセパレータを成形加工する燃料電池
の製造方法において、上記セパレータをプレス加工によ
り成形加工する方法である。
目的を達成するために、請求項５に記載したように、固
体高分子電解質膜の両面のそれぞれに配置されるアノー
ド電極およびカソード電極で構成される単電池を複数個
に積層して電池スタックに形成するとともに、この電池
スタックに介装するセパレータを成形加工する燃料電池
の製造方法において、上記セパレータをプレス加工によ
り成形加工する方法である。
【００３９】本発明に係る燃料電池の製造方法は、上記
目的を達成するために、請求項６に記載したように、セ
パレータを、板厚０．２ｍｍ以上にプレス加工する方法
である。
目的を達成するために、請求項６に記載したように、セ
パレータを、板厚０．２ｍｍ以上にプレス加工する方法
である。
【００４０】本発明に係る燃料電池の製造方法は、上記
目的を達成するために、請求項７に記載したように、固
体高分子電解質膜の両面のそれぞれに配置されるアノー
ド電極およびカソード電極で構成される単電池を複数個
に積層して電池スタックに形成するとともに、この電池
スタックに介装するセパレータを成形加工する燃料電池
の製造方法において、上記セパレータをプレス加工によ
り成形加工した後、上記セパレータの表面をバフ研磨、
バレル研磨、ブラスト処理、電解研磨のうち、少なくと
も一種以上を選択して処理するとともに、表面粗さを
０．０７μｍ以上に加工処理する方法である。
目的を達成するために、請求項７に記載したように、固
体高分子電解質膜の両面のそれぞれに配置されるアノー
ド電極およびカソード電極で構成される単電池を複数個
に積層して電池スタックに形成するとともに、この電池
スタックに介装するセパレータを成形加工する燃料電池
の製造方法において、上記セパレータをプレス加工によ
り成形加工した後、上記セパレータの表面をバフ研磨、
バレル研磨、ブラスト処理、電解研磨のうち、少なくと
も一種以上を選択して処理するとともに、表面粗さを
０．０７μｍ以上に加工処理する方法である。
【００４１】本発明に係る燃料電池の製造方法は、上記
目的を達成するために、請求項８に記載したように、固
体高分子電解質膜の両面のそれぞれに配置されるアノー
ド電極およびカソード電極で構成される単電池を複数個
に積層して電池スタックに形成するとともに、この電池
スタックに介装するセパレータを成形加工する燃料電池
の製造方法において、上記セパレータをプレス加工によ
り成形加工した後、その表面に物理蒸着法、鍍金法、塗
装のうち、少なくとも一種以上を選択して耐食コーティ
ングを施す方法である。
目的を達成するために、請求項８に記載したように、固
体高分子電解質膜の両面のそれぞれに配置されるアノー
ド電極およびカソード電極で構成される単電池を複数個
に積層して電池スタックに形成するとともに、この電池
スタックに介装するセパレータを成形加工する燃料電池
の製造方法において、上記セパレータをプレス加工によ
り成形加工した後、その表面に物理蒸着法、鍍金法、塗
装のうち、少なくとも一種以上を選択して耐食コーティ
ングを施す方法である。
【００４２】本発明に係る燃料電池の検査方法は、上記
目的を達成するために、請求項９に記載したように、固
体高分子電解質膜の両面のそれぞれに配置されるアノー
ド電極およびカソード電極で構成される単電池を複数個
に積層して電池スタックに形成するとともに、この電池
スタックに介装するセパレータを非破壊検査する燃料電
池の検査方法において、上記セパレータをプレス加工に
より成形加工し、次に上記セパレータの表面に耐食コー
ティングを施した後、その表面を赤外線サーモグラフ
ィ、渦電電法、磁粉探傷法、浸透探傷法、超音波探傷
法、電磁誘導検査法、アコースティックエミッション
法、肉眼検査法、放射線透視検査法、レーザホログラフ
ィー法、音響検査法のうち、いずれか一種を選択して非
破壊検査を行う方法である。
目的を達成するために、請求項９に記載したように、固
体高分子電解質膜の両面のそれぞれに配置されるアノー
ド電極およびカソード電極で構成される単電池を複数個
に積層して電池スタックに形成するとともに、この電池
スタックに介装するセパレータを非破壊検査する燃料電
池の検査方法において、上記セパレータをプレス加工に
より成形加工し、次に上記セパレータの表面に耐食コー
ティングを施した後、その表面を赤外線サーモグラフ
ィ、渦電電法、磁粉探傷法、浸透探傷法、超音波探傷
法、電磁誘導検査法、アコースティックエミッション
法、肉眼検査法、放射線透視検査法、レーザホログラフ
ィー法、音響検査法のうち、いずれか一種を選択して非
破壊検査を行う方法である。
【００４３】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る燃料電池、そ
の製造方法およびその検査方法の実施形態を図面および
図面に付した符号を引用して説明する。
の製造方法およびその検査方法の実施形態を図面および
図面に付した符号を引用して説明する。
【００４４】本発明に係る燃料電池に適用されるセパレ
ータは、ステンレス鋼薄板等を素材料としてプレス加工
により成形加工される。その際、セパレータは、その板
厚を０．２ｍｍ以上としてプレス加工時、破断等を発生
させないようになっている。
ータは、ステンレス鋼薄板等を素材料としてプレス加工
により成形加工される。その際、セパレータは、その板
厚を０．２ｍｍ以上としてプレス加工時、破断等を発生
させないようになっている。
【００４５】図１は、本発明に係る燃料電池に適用され
るセパレータの第１実施形態を示す概略平面図である。
るセパレータの第１実施形態を示す概略平面図である。
【００４６】セパレータ２５は、ほぼ正方形のセパレー
タ基材２６、具体的にはステンレス鋼で作製される。こ
のセパレータ基材２６には、空気を反応面に薄くサーペ
ンタイン状の空気溝２７が一方の対角部分から他方の対
角部分に向かって連続的にプレス加工により成形加工さ
れている。また空気溝２７の外側周囲には、幅約０．１
ｍｍのスリット２８が設けられている。なお、スリット
２８を設けたセパレータ２５は、プレス加工の際、スリ
ット２８にシール材をコーティングする。
タ基材２６、具体的にはステンレス鋼で作製される。こ
のセパレータ基材２６には、空気を反応面に薄くサーペ
ンタイン状の空気溝２７が一方の対角部分から他方の対
角部分に向かって連続的にプレス加工により成形加工さ
れている。また空気溝２７の外側周囲には、幅約０．１
ｍｍのスリット２８が設けられている。なお、スリット
２８を設けたセパレータ２５は、プレス加工の際、スリ
ット２８にシール材をコーティングする。
【００４７】また、セパレート２５は、セパレータ基材
２６の一方の対角部分に空気および燃料ガスを導入する
空気導入口２９および燃料ガス導入口３０を設けてい
る。そして、これらの導入口２９，３０対峙する対角部
分には、空気および燃料ガスを排出させる空気排出口３
１および燃料ガス排出口３２が設けられている。
２６の一方の対角部分に空気および燃料ガスを導入する
空気導入口２９および燃料ガス導入口３０を設けてい
る。そして、これらの導入口２９，３０対峙する対角部
分には、空気および燃料ガスを排出させる空気排出口３
１および燃料ガス排出口３２が設けられている。
【００４８】また、セパレータ２５は、空気導入口２９
および燃料ガス導入口３０を備えたセパレータ基材２６
の対角部分から隣のそれぞれの対角部分に冷却酸い導入
口３３および冷却水排出口３４を設けている。そして、
セパレータ基材２６に成形した溝２７は、空気導入口２
９および空気排出口３１に接続される。
および燃料ガス導入口３０を備えたセパレータ基材２６
の対角部分から隣のそれぞれの対角部分に冷却酸い導入
口３３および冷却水排出口３４を設けている。そして、
セパレータ基材２６に成形した溝２７は、空気導入口２
９および空気排出口３１に接続される。
【００４９】このような構成を備えたセパレータ２５
は、プレス加工によるトリミングの際、バリが発生する
ので、その後の工程である耐食コーティングを良好に行
うことができなくなる。このため、トリミング後のセパ
レータ２５は、その表面をバフ研磨、バレル研磨、ブラ
スト処理、電解研磨、化学処理等のうち、いずれか少な
くとも１種以上の表面処理を行い、表面粗さを０．０７
μｍ以上の表面粗さとした。
は、プレス加工によるトリミングの際、バリが発生する
ので、その後の工程である耐食コーティングを良好に行
うことができなくなる。このため、トリミング後のセパ
レータ２５は、その表面をバフ研磨、バレル研磨、ブラ
スト処理、電解研磨、化学処理等のうち、いずれか少な
くとも１種以上の表面処理を行い、表面粗さを０．０７
μｍ以上の表面粗さとした。
【００５０】セパレータ基材２６の表面を０．０７μｍ
以上の表面粗さにした後、セパレータ２５はその表面に
派生している不動態被膜または酸化物を電気、機械また
は化学的に除去した。
以上の表面粗さにした後、セパレータ２５はその表面に
派生している不動態被膜または酸化物を電気、機械また
は化学的に除去した。
【００５１】そして、物理蒸着法、鍍金法、塗装のう
ち、いずれか少なくとも１種以上によりセパレータ基材
２６に耐食性のコーティング被膜を行う。コーティング
被膜材料としては、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｂ，Ｐｂ，Ｃ
ｒ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｂｉ，Ｓｎ，Ｗ，Ｐ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｐ
ｔ，Ａｕ，ＴｉＣ，ＮｂＣ，ＴｉＣＮ，ＴｉＮ，Ｃｒ
Ｎ，ＴｉＢ２、ＺｒＢ２、Ｆｅ２Ｂ，Ｓｉ３Ｎ４のう
ち、少なくとも１種以上の材料を複合したものを用い
た。
ち、いずれか少なくとも１種以上によりセパレータ基材
２６に耐食性のコーティング被膜を行う。コーティング
被膜材料としては、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｂ，Ｐｂ，Ｃ
ｒ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｂｉ，Ｓｎ，Ｗ，Ｐ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｐ
ｔ，Ａｕ，ＴｉＣ，ＮｂＣ，ＴｉＣＮ，ＴｉＮ，Ｃｒ
Ｎ，ＴｉＢ２、ＺｒＢ２、Ｆｅ２Ｂ，Ｓｉ３Ｎ４のう
ち、少なくとも１種以上の材料を複合したものを用い
た。
【００５２】具体的には、鍍金法を用いて、セパレータ
基材２６上に、Ａｕを、その下層にＮｉまたはＣｒ層を
コーティングした。
基材２６上に、Ａｕを、その下層にＮｉまたはＣｒ層を
コーティングした。
【００５３】または、物理蒸着法を用いて、セパレータ
基材２６上に、Ｃｒまたはその合金を、そして、最外層
にＴｉＮまたはその合金をコーティングした。また、セ
パレータ基材２６上に、Ｃｒまたはその合金を、その上
にＴｉＮまたはその合金を、さらにその上にＣｒまたは
その合金を、そして最外層にＴｉＮまたはその合金をコ
ーティングして多層化を行った。なお、この多層化によ
り、コーティング皮膜表面のＴｉＮ層では接触時の電気
抵抗の低下を防止し、その下層のＣｒ層ではＴｉＮ層の
密着力を高めコーティング皮膜の剥離を防止するととも
に、ＴｉＮ層に存在する気孔を伝わって進入する酸素や
腐食生成物などの腐食因子をＣｒ酸化物となって遮断
し、腐食によるコーティング皮膜の剥離を防止する。
基材２６上に、Ｃｒまたはその合金を、そして、最外層
にＴｉＮまたはその合金をコーティングした。また、セ
パレータ基材２６上に、Ｃｒまたはその合金を、その上
にＴｉＮまたはその合金を、さらにその上にＣｒまたは
その合金を、そして最外層にＴｉＮまたはその合金をコ
ーティングして多層化を行った。なお、この多層化によ
り、コーティング皮膜表面のＴｉＮ層では接触時の電気
抵抗の低下を防止し、その下層のＣｒ層ではＴｉＮ層の
密着力を高めコーティング皮膜の剥離を防止するととも
に、ＴｉＮ層に存在する気孔を伝わって進入する酸素や
腐食生成物などの腐食因子をＣｒ酸化物となって遮断
し、腐食によるコーティング皮膜の剥離を防止する。
【００５４】本実施形態によれば、セパレータ基材２６
の空気溝２７の外側周囲に幅約０．１ｍｍのスリット２
８を設けたので、セパレータ基材２６をプレス加工によ
り成形加工する際、セパレータ基材２６に発生するそり
やひずみを低く押さえることができる。
の空気溝２７の外側周囲に幅約０．１ｍｍのスリット２
８を設けたので、セパレータ基材２６をプレス加工によ
り成形加工する際、セパレータ基材２６に発生するそり
やひずみを低く押さえることができる。
【００５５】また、本実施形態によれば、セパレータ２
５を精度良く成形加工できるプレス加工を用いるととも
に、セパレータ２５の板厚を０．２ｍｍ以上の薄板にし
たので、電池積層組立の際の組立て作業を容易に行うこ
とができると同時に、電池スタックの軽量化およびコン
パクト化が可能となり、短時間に大量のセパレータを量
産でき、セパレータ１枚当たりの製造コストを低減する
ことができる。
５を精度良く成形加工できるプレス加工を用いるととも
に、セパレータ２５の板厚を０．２ｍｍ以上の薄板にし
たので、電池積層組立の際の組立て作業を容易に行うこ
とができると同時に、電池スタックの軽量化およびコン
パクト化が可能となり、短時間に大量のセパレータを量
産でき、セパレータ１枚当たりの製造コストを低減する
ことができる。
【００５６】プレス加工後得られたセパレータ２５を表
面処理することにより、プレス加工時に生じたバリや傷
などをきれいに除去することができ、後工程で行う耐食
コーティング時の皮膜欠陥を最小限にするとともに、セ
パレータ基材２６とコーティへグ皮膜との密着性を高め
ることができた。また、セパレータ基材２６上に発生す
る不動態被膜または酸化物を除去することで、セパレー
タ基材２６とコーティング皮膜との密着性を高めて、コ
ーティング皮膜形成時の皮膜剥離を最小限に防止すると
ともに、気孔などの欠陥がなく信頼性の高いコーティン
グ皮膜を形成することができる。
面処理することにより、プレス加工時に生じたバリや傷
などをきれいに除去することができ、後工程で行う耐食
コーティング時の皮膜欠陥を最小限にするとともに、セ
パレータ基材２６とコーティへグ皮膜との密着性を高め
ることができた。また、セパレータ基材２６上に発生す
る不動態被膜または酸化物を除去することで、セパレー
タ基材２６とコーティング皮膜との密着性を高めて、コ
ーティング皮膜形成時の皮膜剥離を最小限に防止すると
ともに、気孔などの欠陥がなく信頼性の高いコーティン
グ皮膜を形成することができる。
【００５７】さらに、このようなコーティング皮膜をセ
パレータ基材２６上に形成することで、電池性能として
重要なセパレータの電気的な接触抵抗を低下させ、単電
池の抵抗による電圧低下を防止し、固体高分子電解質型
燃料電池の性能および信頼性を向上することができる。
パレータ基材２６上に形成することで、電池性能として
重要なセパレータの電気的な接触抵抗を低下させ、単電
池の抵抗による電圧低下を防止し、固体高分子電解質型
燃料電池の性能および信頼性を向上することができる。
【００５８】したがって、これらのプロセスにより、薄
膜形成が可能であり、電気抵抗および接触抵抗の低い材
料を薄く均一に形成することができる。また、耐食性に
優れた材料を欠陥が少なく緻密に形成することができ
る。さらに、密着性と延性とに優れた材料を薄く均一
に、かつ緻密に形成することができる。
膜形成が可能であり、電気抵抗および接触抵抗の低い材
料を薄く均一に形成することができる。また、耐食性に
優れた材料を欠陥が少なく緻密に形成することができ
る。さらに、密着性と延性とに優れた材料を薄く均一
に、かつ緻密に形成することができる。
【００５９】また、セパレータ基材２６上にコーティン
グ皮膜を形成することで、飽和水蒸気中や燃料電池特有
の電位腐食の環境にて生じる酸化物の不動態皮膜形成を
防止することができ、長時間安定した燃料電池の出力を
得ることができる。なお、本実施形態において、コーテ
ィング皮膜は多層構造としたが、多層構造とすること
で、コーティング皮膜に要求される機能をそれぞれのコ
ーティング層中で分担し、セパレータの性能を十二分に
引き出すことができる。また、多層構造とすると、製作
時に生じるコーティング層の基材との界面へ貫通した連
続気孔を遮断することができ、燃料をアノード電極に、
酸化剤となる空気をカソード電極に供給することにより
発生する水素および酸素などとの反応ガスによる腐食、
または飽和水蒸気雰囲気中での腐食を防止することがで
きる。さらに、コーティング皮膜の密着性を向上するこ
とができ、皮膜形成時の皮膜剥離を防止するとともに、
気孔などの欠陥がなく信頼性の高い皮膜を形成すること
ができる。また、皮膜形成時の材料付着効率が向上し、
セパレータの製造コストを低減できる。
グ皮膜を形成することで、飽和水蒸気中や燃料電池特有
の電位腐食の環境にて生じる酸化物の不動態皮膜形成を
防止することができ、長時間安定した燃料電池の出力を
得ることができる。なお、本実施形態において、コーテ
ィング皮膜は多層構造としたが、多層構造とすること
で、コーティング皮膜に要求される機能をそれぞれのコ
ーティング層中で分担し、セパレータの性能を十二分に
引き出すことができる。また、多層構造とすると、製作
時に生じるコーティング層の基材との界面へ貫通した連
続気孔を遮断することができ、燃料をアノード電極に、
酸化剤となる空気をカソード電極に供給することにより
発生する水素および酸素などとの反応ガスによる腐食、
または飽和水蒸気雰囲気中での腐食を防止することがで
きる。さらに、コーティング皮膜の密着性を向上するこ
とができ、皮膜形成時の皮膜剥離を防止するとともに、
気孔などの欠陥がなく信頼性の高い皮膜を形成すること
ができる。また、皮膜形成時の材料付着効率が向上し、
セパレータの製造コストを低減できる。
【００６０】図２は、本発明に係る燃料電池のセパレー
タの第２実施形態を示す概略平面図である。なお、第１
実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
タの第２実施形態を示す概略平面図である。なお、第１
実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【００６１】本実施形態に係るセパレータ２５は、セパ
レータ基材２６の外周に折り曲げ部３５を設けたもので
ある。この折り曲げ部３５は、例えば図３に示すよう
に、はぜ折りに折り畳んだ曲げ部３６にしても良い。
レータ基材２６の外周に折り曲げ部３５を設けたもので
ある。この折り曲げ部３５は、例えば図３に示すよう
に、はぜ折りに折り畳んだ曲げ部３６にしても良い。
【００６２】本実施形態によれば、セパレータ基材２６
の外周に折り曲げ部３５を設けたので、セパレータ基材
２６の曲げ剛性を高めることができる。したがって、セ
パレータ基材２６をプレス加工法により成形加工する
際、セパレータ基材２６に発生するそりやひずみを低く
押さえることができる。
の外周に折り曲げ部３５を設けたので、セパレータ基材
２６の曲げ剛性を高めることができる。したがって、セ
パレータ基材２６をプレス加工法により成形加工する
際、セパレータ基材２６に発生するそりやひずみを低く
押さえることができる。
【００６３】なお、他の構成および、燃料電池のセパレ
ータの製造方法については、第１実施形態の構成要素と
同一なので説明を省略する。
ータの製造方法については、第１実施形態の構成要素と
同一なので説明を省略する。
【００６４】図４は、プレス成形加工を行った後、耐食
コーティングを行ったセパレータの表面を非破壊検査す
るときの概略系統図である。
コーティングを行ったセパレータの表面を非破壊検査す
るときの概略系統図である。
【００６５】本実施形態は、被破壊検査として、例えば
赤外線サーモグラフィを適用する。
赤外線サーモグラフィを適用する。
【００６６】この赤外線サーモグラフィは、被検体であ
るセパレータ３８の頭部に配置され、赤外線エネルギを
検出する赤外線カメラ３９と、この赤外線カメラ３９を
制御するコントローラ４０とを備えている。コントロー
ラ４０には、赤外線カメラ３９およびコントローラ４０
で収集したデータを処理するデータ処理装置４１が接続
されている。また、データ処理装置４１は、データ処理
結果を表示する表示部４２に接続されている。
るセパレータ３８の頭部に配置され、赤外線エネルギを
検出する赤外線カメラ３９と、この赤外線カメラ３９を
制御するコントローラ４０とを備えている。コントロー
ラ４０には、赤外線カメラ３９およびコントローラ４０
で収集したデータを処理するデータ処理装置４１が接続
されている。また、データ処理装置４１は、データ処理
結果を表示する表示部４２に接続されている。
【００６７】また、被検体であるセパレータ３８の頭部
には、加熱コントローラ４３が接続された強制加熱源４
４が配置されている。
には、加熱コントローラ４３が接続された強制加熱源４
４が配置されている。
【００６８】この赤外線サーモグラフィ３７を用いて、
プレス加工後のセパレータ３８表面を赤外線カメラ３９
で観察することにより、セパレータ３８中に発生してい
る割れなどの金属欠陥を非破壊的に短時間に検査するこ
とができる。このとき外部加熱法を用い、セパレータ３
８の表面を加熱コントローラ４３により強制加熱し、セ
パレータ３８表面の温度変化を測定する。
プレス加工後のセパレータ３８表面を赤外線カメラ３９
で観察することにより、セパレータ３８中に発生してい
る割れなどの金属欠陥を非破壊的に短時間に検査するこ
とができる。このとき外部加熱法を用い、セパレータ３
８の表面を加熱コントローラ４３により強制加熱し、セ
パレータ３８表面の温度変化を測定する。
【００６９】例えば、セパレータ３８基材中に微細な割
れが発生している場合には、割れ部で異常な温度場とな
るために、割れがない部分の温度分布とは明らかに異な
る温度分布を呈する。これは、欠陥部の熱伝導係数が低
下するとともに、熱伝導の流れに乱れを生じるために、
欠陥部では欠陥がない部分に比べて温度が高くなる傾向
を示すことによる。この時、欠陥部と欠陥がない部分の
温度分布から温度勾配を算出し、欠陥の形状および寸法
を明らかにすることができる。すなわち、欠陥部と欠陥
なし部の境界では、大きな温度勾配を生じるためにその
最大温度勾配を算出することにより、欠陥の形状および
寸法を求めることができる。
れが発生している場合には、割れ部で異常な温度場とな
るために、割れがない部分の温度分布とは明らかに異な
る温度分布を呈する。これは、欠陥部の熱伝導係数が低
下するとともに、熱伝導の流れに乱れを生じるために、
欠陥部では欠陥がない部分に比べて温度が高くなる傾向
を示すことによる。この時、欠陥部と欠陥がない部分の
温度分布から温度勾配を算出し、欠陥の形状および寸法
を明らかにすることができる。すなわち、欠陥部と欠陥
なし部の境界では、大きな温度勾配を生じるためにその
最大温度勾配を算出することにより、欠陥の形状および
寸法を求めることができる。
【００７０】なお、この非破壊検査は、耐食コーティン
グ後にも実施する。
グ後にも実施する。
【００７１】従って、本実施形態によれば、プレス加工
時に生じた割れなどの欠陥および耐食コーティング時に
生じた皮膜中の欠陥を非破壊検査により素早く発見する
ことができ、製造条件の改善に反映することができると
ともに、信頼性の高いセパレータ３８を得ることができ
る。
時に生じた割れなどの欠陥および耐食コーティング時に
生じた皮膜中の欠陥を非破壊検査により素早く発見する
ことができ、製造条件の改善に反映することができると
ともに、信頼性の高いセパレータ３８を得ることができ
る。
【００７２】なお、非破壊検査には、その他に、渦電流
法、磁粉探傷法、浸透探傷法、超音波探傷法、電磁誘導
検査法、アコースティックエミッション法、肉眼検査
法、放射線透視検査法、レーザホログラフィー法および
音響検査法などがあるが、これらのいずれの方法を用い
ても良い。
法、磁粉探傷法、浸透探傷法、超音波探傷法、電磁誘導
検査法、アコースティックエミッション法、肉眼検査
法、放射線透視検査法、レーザホログラフィー法および
音響検査法などがあるが、これらのいずれの方法を用い
ても良い。
【００７３】
【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明に係る燃料
電池およびその製造方法によれば、セパレータをプレス
成形加工する際、塑性変形を発生させない手段を設ける
とともに、成形加工後のセパレータに表面処理の加工を
行うので、製造簡易にして高品質のセパレータを実現す
ることができる。
電池およびその製造方法によれば、セパレータをプレス
成形加工する際、塑性変形を発生させない手段を設ける
とともに、成形加工後のセパレータに表面処理の加工を
行うので、製造簡易にして高品質のセパレータを実現す
ることができる。
【００７４】また、本発明に係る燃料電池の検査方法に
よれば、セパレータをプレス成形加工し、さらに表面処
理の加工を行った後、被破壊検査により欠陥部分の有無
を検査するので、セパレータの品質を高く維持させるこ
とができる。
よれば、セパレータをプレス成形加工し、さらに表面処
理の加工を行った後、被破壊検査により欠陥部分の有無
を検査するので、セパレータの品質を高く維持させるこ
とができる。
【図１】本発明の第１実施形態における燃料電池のセパ
レータを示す平面図。
レータを示す平面図。
【図２】本発明の第２実施形態における燃料電池のセパ
レータを示す平面図。
レータを示す平面図。
【図３】本発明の第３実施形態における燃料電池のセパ
レータを示す平面図。
レータを示す平面図。
【図４】本発明の第１、第２、第３実施形態におけるセ
パレータに適用される赤外線サーモグラフィによる被破
壊検査を示す図。
パレータに適用される赤外線サーモグラフィによる被破
壊検査を示す図。
【図５】従来の燃料電池の単電池の構成を示す模式図。
【図６】従来のカーボン板を用いた燃料電池スタックを
示す図。
示す図。
【図７】従来のカーボン板を用いた燃料電池スタックに
おける単電池を示す分解斜視図。
おける単電池を示す分解斜視図。
【図８】従来のカーボン板を用いた燃料電池スタックに
おけるセパレータを示す平面図。
おけるセパレータを示す平面図。
１ 単電池 ２ 固体高分子膜 ３ アノード電極 ３ａ 触媒層 ３ｂ 多孔質カーボン平板 ４ カソード電極 ４ａ 触媒層 ４ｂ 多孔質カーボン平板 ５ セパレータ ６ セパレータ ７ 燃料 ８ 酸化剤 ９ セパレータ基材 １０、１０ａ、１０ｂ 燃料供給溝 １１ セパレータ基材 １２ 酸化剤供給溝 １３ 電池スタック １４ 外枠 １５ 電池部 １６ 加湿部 １７ 冷却用セパレータ １８ 空気導入口 １９ 燃料ガス導入口 ２０ 空気排出口 ２１ 燃料ガス排出口 ２２ 冷却水導入口 ２３ 冷却水排出口 ２４ 空気溝 ２５ セパレータ ２６ セパレータ基材 ２７ 空気溝 ２８ スリット ２９ 空気導入口 ３０ 燃料ガス導入口 ３１ 空気排出口 ３２ 燃料ガス排出口 ３３ 冷却水導入口 ３４ 冷却水排出口 ３５ 折り曲げ部 ３６ 曲げ部 ３７ 赤外線サーモグラフィ ３８ セパレータ ３９ 赤外線カメラ ４０ コントローラ ４１ データ処理装置 ４２ 表示部 ４３ 加熱コントローラ ４４ 強制加熱源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齊藤 和夫 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 小山 正美 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会社 東芝柳町工場内 (72)発明者 小原 一浩 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB00 BB02 BB04 CC03 CC08 HH03 5H027 AA06
Claims (9)
- 【請求項１】 固体高分子電解質膜の両面のそれぞれに
配置されるアノード電極およびカソード電極で構成され
る単電池を複数個に積層した電池スタックにセパレータ
を介装させた燃料電池において、上記セパレータにスリ
ットを設けたことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 スリットを、セパレータに成形加工する
空気溝の周囲に設けたことを特徴とする請求項１に記載
の燃料電池。 - 【請求項３】 固体高分子電解質膜の両面のそれぞれに
配置されるアノード電極およびカソード電極で構成され
る単電池を複数個に積層した電池スタックにセパレータ
を介装させた燃料電池において、上記セパレータの外周
に折り曲げ部を備えたことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項４】 折り曲げ部を、はぜ折りに折り畳んだ曲
げ部に形成したことを特徴とする請求項３に記載の燃料
電池。 - 【請求項５】 固体高分子電解質膜の両面のそれぞれに
配置されるアノード電極およびカソード電極で構成され
る単電池を複数個に積層して電池スタックに形成すると
ともに、この電池スタックに介装するセパレータを成形
加工する燃料電池の製造方法において、上記セパレータ
をプレス加工により成形加工することを特徴とする燃料
電池の製造方法。 - 【請求項６】 セパレータを、板厚０．２ｍｍ以上にプ
レス加工することを特徴とする請求項５に記載の燃料電
池の製造方法。 - 【請求項７】 固体高分子電解質膜の両面のそれぞれに
配置されるアノード電極およびカソード電極で構成され
る単電池を複数個に積層して電池スタックに形成すると
ともに、この電池スタックに介装するセパレータを成形
加工する燃料電池の製造方法において、上記セパレータ
をプレス加工により成形加工した後、上記セパレータの
表面をバフ研磨、バレル研磨、ブラスト処理、電解研磨
のうち、少なくとも一種以上を選択して処理するととも
に、表面粗さを０．０７μｍ以上に加工処理することを
特徴とする燃料電池の製造方法。 - 【請求項８】 固体高分子電解質膜の両面のそれぞれに
配置されるアノード電極およびカソード電極で構成され
る単電池を複数個に積層して電池スタックに形成すると
ともに、この電池スタックに介装するセパレータを成形
加工する燃料電池の製造方法において、上記セパレータ
をプレス加工により成形加工した後、その表面に物理蒸
着法、鍍金法、塗装のうち、少なくとも一種以上を選択
して耐食コーティングを施すことを特徴とする燃料電池
の製造方法。 - 【請求項９】 固体高分子電解質膜の両面のそれぞれに
配置されるアノード電極およびカソード電極で構成され
る単電池を複数個に積層して電池スタックに形成すると
ともに、この電池スタックに介装するセパレータを非破
壊検査する燃料電池の検査方法において、上記セパレー
タをプレス加工により成形加工し、次に上記セパレータ
の表面に耐食コーティングを施した後、その表面を赤外
線サーモグラフィ、渦電電法、磁粉探傷法、浸透探傷
法、超音波探傷法、電磁誘導検査法、アコースティック
エミッション法、肉眼検査法、放射線透視検査法、レー
ザホログラフィー法、音響検査法のうち、いずれか一種
を選択して非破壊検査を行うことを特徴とする燃料電池
の検査方法。
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