JPH04267062A - 燃料電池用ガスセパレータ - Google Patents
燃料電池用ガスセパレータInfo
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- JPH04267062A JPH04267062A JP3028339A JP2833991A JPH04267062A JP H04267062 A JPH04267062 A JP H04267062A JP 3028339 A JP3028339 A JP 3028339A JP 2833991 A JP2833991 A JP 2833991A JP H04267062 A JPH04267062 A JP H04267062A
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- H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
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- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Electrochemistry (AREA)
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- Composite Materials (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イオン交換膜を使用す
る燃料電池用のガスセパレータに関する。
る燃料電池用のガスセパレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、資源の枯渇問題を有する化
石燃料を使う必要がない上、騒音をほとんど発生せず、
エネルギの回収効率も他のエネルギ機関と較べて非常に
高くできる等の優れた特徴を持っているため、例えばビ
ルディング単位や工場単位の比較的小型の発電プラント
として利用されている。近年、この燃料電池を車載用の
内燃機関に代えて作動するモータの電源として利用し、
このモータにより車両等を駆動することが考えられてい
る。この場合に重要なことは、反応によって生成する物
質をできるだけ再利用することは当然のこととして、車
載用であることからも明らかなように、余り大きな出力
は必要でないものの、全ての付帯設備と共に可能な限り
小型であることが望ましく、このような点からイオン交
換膜を使用する燃料電池、特に固体高分子電解質膜燃料
電池が注目されている。
石燃料を使う必要がない上、騒音をほとんど発生せず、
エネルギの回収効率も他のエネルギ機関と較べて非常に
高くできる等の優れた特徴を持っているため、例えばビ
ルディング単位や工場単位の比較的小型の発電プラント
として利用されている。近年、この燃料電池を車載用の
内燃機関に代えて作動するモータの電源として利用し、
このモータにより車両等を駆動することが考えられてい
る。この場合に重要なことは、反応によって生成する物
質をできるだけ再利用することは当然のこととして、車
載用であることからも明らかなように、余り大きな出力
は必要でないものの、全ての付帯設備と共に可能な限り
小型であることが望ましく、このような点からイオン交
換膜を使用する燃料電池、特に固体高分子電解質膜燃料
電池が注目されている。
【０００３】ここで、一例として固体高分子電解質膜燃
料電池本体の基本構造を図５を参照しながら説明する。 同図に示すように、電池本体０１は固体高分子電解質膜
０２の両側にガス拡散電極０３Ａ，０３Ｂが接合される
ことにより構成されている。そしてこの接合体は、固体
高分子電解質膜０２の両側にガス拡散電極０３Ａ，０３
Ｂを合せた後、ホットプレス等することにより製造され
る。また、ガス拡散電極０３Ａ，０３Ｂはそれぞれ反応
膜０４Ａ，０４Ｂ及びガス拡散膜０５Ａ，０５Ｂが接合
されたものであり、電解質膜０２とは反応膜０４Ａ，０
４Ｂの表面が接触している。したがって、電池反応は主
に電解質膜０２と反応膜０４Ａ，０４Ｂとの間の接触面
で起こる。また、上記ガス拡散電極０３Ａの表面には、
酸素供給溝０６ａを有するガスセパレータが、また他方
のガス拡散電極０３Ｂの表面には水素供給溝０７ａを有
するガスセパレータ０７がそれぞれ接合されており、酸
素極と水素極を構成している。
料電池本体の基本構造を図５を参照しながら説明する。 同図に示すように、電池本体０１は固体高分子電解質膜
０２の両側にガス拡散電極０３Ａ，０３Ｂが接合される
ことにより構成されている。そしてこの接合体は、固体
高分子電解質膜０２の両側にガス拡散電極０３Ａ，０３
Ｂを合せた後、ホットプレス等することにより製造され
る。また、ガス拡散電極０３Ａ，０３Ｂはそれぞれ反応
膜０４Ａ，０４Ｂ及びガス拡散膜０５Ａ，０５Ｂが接合
されたものであり、電解質膜０２とは反応膜０４Ａ，０
４Ｂの表面が接触している。したがって、電池反応は主
に電解質膜０２と反応膜０４Ａ，０４Ｂとの間の接触面
で起こる。また、上記ガス拡散電極０３Ａの表面には、
酸素供給溝０６ａを有するガスセパレータが、また他方
のガス拡散電極０３Ｂの表面には水素供給溝０７ａを有
するガスセパレータ０７がそれぞれ接合されており、酸
素極と水素極を構成している。
【０００４】そして、酸素供給溝０６ａ及び水素供給溝
０７ａは酸素及び水素をそれぞれ供給すると、酸素，水
素は、各々のガス拡散膜０５Ａ，０５Ｂを介して反応膜
０４Ａ，０４Ｂ側へ供給され、各反応膜０４Ａ，０４Ｂ
と電解質膜０２との界面で次のような反応が起こる。 反応膜０４Ａの界面： Ｏ２ ＋４Ｈ＋ ＋４ｅ− →２Ｈ２ Ｏ反応膜０４Ｂ
の界面： ２Ｈ２ →４Ｈ＋ ＋４ｅ− ここで、４Ｈ＋ は電解質膜０２を通って水素極から酸
素極へ流れるが、４ｅ− は負荷０８を通って水素極か
ら酸素極へ流れることになり、電気エネルギが得られる
。
０７ａは酸素及び水素をそれぞれ供給すると、酸素，水
素は、各々のガス拡散膜０５Ａ，０５Ｂを介して反応膜
０４Ａ，０４Ｂ側へ供給され、各反応膜０４Ａ，０４Ｂ
と電解質膜０２との界面で次のような反応が起こる。 反応膜０４Ａの界面： Ｏ２ ＋４Ｈ＋ ＋４ｅ− →２Ｈ２ Ｏ反応膜０４Ｂ
の界面： ２Ｈ２ →４Ｈ＋ ＋４ｅ− ここで、４Ｈ＋ は電解質膜０２を通って水素極から酸
素極へ流れるが、４ｅ− は負荷０８を通って水素極か
ら酸素極へ流れることになり、電気エネルギが得られる
。
【０００５】このような燃料電池において、ガスセパレ
ータ０６，０７のような燃料電池用ガスセパレータは、
各々の背面に燃料ガスと酸化剤ガスを均一に且つ完全に
分離して供給し、さらに、反応によって発生した電気を
効率よく集電するという性能を有する必要がある。また
、電池反応による発熱が大きいので、運転条件の安定化
を図るためには反応熱をガスセパレータを介して放熱さ
せる必要がある。
ータ０６，０７のような燃料電池用ガスセパレータは、
各々の背面に燃料ガスと酸化剤ガスを均一に且つ完全に
分離して供給し、さらに、反応によって発生した電気を
効率よく集電するという性能を有する必要がある。また
、電池反応による発熱が大きいので、運転条件の安定化
を図るためには反応熱をガスセパレータを介して放熱さ
せる必要がある。
【０００６】したがって、従来においては、両面にガス
供給溝を形成したガスセパレータと、固体高分子電解質
膜及びガス拡散電極の接合体とを順次複数枚重ね合せて
多重電池セルとすると共に該電池セルの周辺に冷却水ジ
ャケットを設けたり、数枚のセル間隔毎に冷却盤を挿入
した構造が採用されている。また、ガスセパレータのガ
ス供給溝の形成面に、ガス供給溝と共に冷却水供給溝を
形成し、ガス拡散電極の背面に直接接触するように冷却
水を流して電解質膜の直接加湿も兼ねるという構造も知
られている。
供給溝を形成したガスセパレータと、固体高分子電解質
膜及びガス拡散電極の接合体とを順次複数枚重ね合せて
多重電池セルとすると共に該電池セルの周辺に冷却水ジ
ャケットを設けたり、数枚のセル間隔毎に冷却盤を挿入
した構造が採用されている。また、ガスセパレータのガ
ス供給溝の形成面に、ガス供給溝と共に冷却水供給溝を
形成し、ガス拡散電極の背面に直接接触するように冷却
水を流して電解質膜の直接加湿も兼ねるという構造も知
られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述した固体高分子膜
燃料電池の特長はコンパクトで且つ高性能なことである
。そして、ガス拡散電極の厚さが１〜１．５ｍｍである
ことを考えると、ガスセパレータの構造及び厚さで燃料
電池の大きさが決定されるとも言える。
燃料電池の特長はコンパクトで且つ高性能なことである
。そして、ガス拡散電極の厚さが１〜１．５ｍｍである
ことを考えると、ガスセパレータの構造及び厚さで燃料
電池の大きさが決定されるとも言える。
【０００８】一方、前述したガスセパレータの機能を得
るためには、ガス拡散電極へガス供給するためのガス供
給溝をできるだけ細分化してガス拡散電極の表面全体に
亘って均一にガスを供給するようにすると共に、集電距
離を最短にするために供給溝間隔を小さくすることが考
えられる。しかし、一体構造のガスセパレータの場合、
工作上の限界から、従来では１ｍｍピッチが限度であり
、また、ガスの流れのコントロールを加味した構造を得
ることができないという問題がある。また、上述したよ
うにガス供給溝の間に冷却水溝を有する構造のセパレー
タは、供給溝間隔が小さいためシール部が少なく、ガス
供給部と冷却水供給部とのシールができないという問題
がある。さらに、ガスセパレータ中に冷却機構を設ける
と肉厚を大きくする必要があり、コンパクト化が阻害さ
れる。
るためには、ガス拡散電極へガス供給するためのガス供
給溝をできるだけ細分化してガス拡散電極の表面全体に
亘って均一にガスを供給するようにすると共に、集電距
離を最短にするために供給溝間隔を小さくすることが考
えられる。しかし、一体構造のガスセパレータの場合、
工作上の限界から、従来では１ｍｍピッチが限度であり
、また、ガスの流れのコントロールを加味した構造を得
ることができないという問題がある。また、上述したよ
うにガス供給溝の間に冷却水溝を有する構造のセパレー
タは、供給溝間隔が小さいためシール部が少なく、ガス
供給部と冷却水供給部とのシールができないという問題
がある。さらに、ガスセパレータ中に冷却機構を設ける
と肉厚を大きくする必要があり、コンパクト化が阻害さ
れる。
【０００９】本発明はこのような事情に鑑み、コンパク
ト且つ高性能であり、燃料電池のコンパクト化及び性能
向上を図ることができる燃料電池用ガスセパレータを提
供することを目的とする。
ト且つ高性能であり、燃料電池のコンパクト化及び性能
向上を図ることができる燃料電池用ガスセパレータを提
供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の燃料電池用ガスセパレータは、燃料電池のガス拡散
電極間に挾持されて一方側のガス拡散電極へ燃料ガスを
他方側のガス拡散電極へ酸化剤ガスを供給するためのガ
スセパレータであって、一方側のガス拡散電極と接触す
る一面に燃料ガスを流通するための燃料ガス供給溝が形
成された燃料ガス供給板と、他方側のガス拡散電極と接
触する一面に酸化剤ガスを流通するための酸化剤ガス供
給溝が形成された酸化剤ガス供給板と、これら燃料ガス
供給板及び酸化剤ガス供給板のそれぞれの他面に接触し
た状態で冷却水を流通するための冷却水供給溝が形成さ
れた冷却水板とを接合一体化してなることを特徴とする
。
明の燃料電池用ガスセパレータは、燃料電池のガス拡散
電極間に挾持されて一方側のガス拡散電極へ燃料ガスを
他方側のガス拡散電極へ酸化剤ガスを供給するためのガ
スセパレータであって、一方側のガス拡散電極と接触す
る一面に燃料ガスを流通するための燃料ガス供給溝が形
成された燃料ガス供給板と、他方側のガス拡散電極と接
触する一面に酸化剤ガスを流通するための酸化剤ガス供
給溝が形成された酸化剤ガス供給板と、これら燃料ガス
供給板及び酸化剤ガス供給板のそれぞれの他面に接触し
た状態で冷却水を流通するための冷却水供給溝が形成さ
れた冷却水板とを接合一体化してなることを特徴とする
。
【００１１】
【作用】前記構成の燃料電池用ガスセパレータは、冷却
水板の両側に燃料ガス供給板及び酸化剤ガス供給板を接
合したものであり、三者を個々に加工できるので、それ
ぞれ薄板とすることができ、且つエッチング等の微細加
工による供給溝の細分化を図ると共に任意の溝形状が得
ることができる。したがって、コンパクト化を図ること
ができる。また、燃料ガスと酸化剤ガスとの完全な分離
ができ、しかも、供給の均一化と集電効率の向上による
高性能化を図ることができる。
水板の両側に燃料ガス供給板及び酸化剤ガス供給板を接
合したものであり、三者を個々に加工できるので、それ
ぞれ薄板とすることができ、且つエッチング等の微細加
工による供給溝の細分化を図ると共に任意の溝形状が得
ることができる。したがって、コンパクト化を図ること
ができる。また、燃料ガスと酸化剤ガスとの完全な分離
ができ、しかも、供給の均一化と集電効率の向上による
高性能化を図ることができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００１３】図１には一実施例に係る燃料電池用ガスセ
パレータの分解斜視図、図２にはそのＡ部拡大図、図３
には各部品の表裏の平面及び製造工程を示す。
パレータの分解斜視図、図２にはそのＡ部拡大図、図３
には各部品の表裏の平面及び製造工程を示す。
【００１４】これらの図面に示すように、本実施例のガ
スセパレータ１０は、燃料ガス供給板２０、冷却水板３
０及び酸化剤ガス供給板４０を接合一体化したものであ
る。このガスセパレータ１０の四隅には厚さ方向に貫通
する燃料ガス供給孔１１、酸化剤ガス供給孔１２、燃料
ガス排出孔１３、酸化剤ガス排出孔１４が設けられてお
り、燃料ガス供給孔１１と燃料ガス排出孔１３、及び酸
化剤ガス供給孔１２と酸化剤ガス排出孔１４は、それぞ
れ対角位置に配されており、また、各排出孔１３，１４
の間及び各供給孔１１，１２の間、すなわち幅方向中央
部には、同様に厚さ方向に貫通する冷却水供給孔１５及
び冷却水排出孔１６がそれぞれ設けられている。
スセパレータ１０は、燃料ガス供給板２０、冷却水板３
０及び酸化剤ガス供給板４０を接合一体化したものであ
る。このガスセパレータ１０の四隅には厚さ方向に貫通
する燃料ガス供給孔１１、酸化剤ガス供給孔１２、燃料
ガス排出孔１３、酸化剤ガス排出孔１４が設けられてお
り、燃料ガス供給孔１１と燃料ガス排出孔１３、及び酸
化剤ガス供給孔１２と酸化剤ガス排出孔１４は、それぞ
れ対角位置に配されており、また、各排出孔１３，１４
の間及び各供給孔１１，１２の間、すなわち幅方向中央
部には、同様に厚さ方向に貫通する冷却水供給孔１５及
び冷却水排出孔１６がそれぞれ設けられている。
【００１５】燃料ガス供給板２０の表面には、幅方向（
図３中、上下方向）に延びる燃料ガス供給溝２１が多数
一定ピッチで形成されている。また、燃料ガス供給板２
０の裏面の幅方向両端部には、上記燃料ガス供給溝２１
の両端部に対応する位置に該燃料ガス供給溝２１と直交
する方向に延びる複数本の溝からなる燃料ガス供給ヘッ
ダ２２及び燃料ガス排出ヘッダ２３が形成されている。 これら燃料ガス供給ヘッダ２２及び燃料ガス排出ヘッダ
２３は、図２に示すように、その底側で燃料ガス供給溝
２１と連通している。また、燃料ガス供給ヘッダ２２は
その一端で燃料ガス供給孔１１と、燃料ガス排出ヘッダ
２３はその一端で燃料ガス排出孔１３と、それぞれ連通
している。さらに、燃料ガス供給板２０の裏面の長手方
向（図３の左右方向）両端部には、それぞれ冷却水供給
孔１５及び冷却水排出孔１６と連通する複数本の溝から
なる冷却水供給ヘッダ２４及び冷却水排出ヘッダ２５が
形成されている。
図３中、上下方向）に延びる燃料ガス供給溝２１が多数
一定ピッチで形成されている。また、燃料ガス供給板２
０の裏面の幅方向両端部には、上記燃料ガス供給溝２１
の両端部に対応する位置に該燃料ガス供給溝２１と直交
する方向に延びる複数本の溝からなる燃料ガス供給ヘッ
ダ２２及び燃料ガス排出ヘッダ２３が形成されている。 これら燃料ガス供給ヘッダ２２及び燃料ガス排出ヘッダ
２３は、図２に示すように、その底側で燃料ガス供給溝
２１と連通している。また、燃料ガス供給ヘッダ２２は
その一端で燃料ガス供給孔１１と、燃料ガス排出ヘッダ
２３はその一端で燃料ガス排出孔１３と、それぞれ連通
している。さらに、燃料ガス供給板２０の裏面の長手方
向（図３の左右方向）両端部には、それぞれ冷却水供給
孔１５及び冷却水排出孔１６と連通する複数本の溝から
なる冷却水供給ヘッダ２４及び冷却水排出ヘッダ２５が
形成されている。
【００１６】酸化剤ガス供給板４０は、燃料ガス供給板
２０と同様な構造をしており、表面には酸化剤ガス供給
溝が形成されると共に、裏面には酸化剤ガス供給ヘッダ
４２、酸化剤ガス排出ヘッダ４３、冷却水供給ヘッダ４
４及び冷却水供給ヘッダ４５がそれぞれ形成されている
。そして、酸化剤ガス供給溝と酸化剤ガス供給ヘッダ４
２及び酸化剤ガス排出ヘッダ４３とはそれぞれ底部で連
通しており、また、酸化剤ガス供給ヘッダ４２と酸化剤
ガス供給孔１２、酸化剤ガス排出ヘッダ４３と酸化剤ガ
ス排出孔１４、冷却水供給ヘッダ４４と冷却水供給孔１
５、冷却水排出ヘッダ４５と冷却水排出孔１６とがそれ
ぞれ連通している。
２０と同様な構造をしており、表面には酸化剤ガス供給
溝が形成されると共に、裏面には酸化剤ガス供給ヘッダ
４２、酸化剤ガス排出ヘッダ４３、冷却水供給ヘッダ４
４及び冷却水供給ヘッダ４５がそれぞれ形成されている
。そして、酸化剤ガス供給溝と酸化剤ガス供給ヘッダ４
２及び酸化剤ガス排出ヘッダ４３とはそれぞれ底部で連
通しており、また、酸化剤ガス供給ヘッダ４２と酸化剤
ガス供給孔１２、酸化剤ガス排出ヘッダ４３と酸化剤ガ
ス排出孔１４、冷却水供給ヘッダ４４と冷却水供給孔１
５、冷却水排出ヘッダ４５と冷却水排出孔１６とがそれ
ぞれ連通している。
【００１７】また、冷却水板３０には、長手方向（図３
中左右方向）に延びると共に厚さ方向に貫通する冷却水
溝３１が形成されている。そして、これら冷却水溝３１
の両端部は、燃料ガス供給板２０及び酸化剤供給板４０
の冷却水供給ヘッダ２４，４４及び冷却水排出ヘッダ２
５，４５と対向している。
中左右方向）に延びると共に厚さ方向に貫通する冷却水
溝３１が形成されている。そして、これら冷却水溝３１
の両端部は、燃料ガス供給板２０及び酸化剤供給板４０
の冷却水供給ヘッダ２４，４４及び冷却水排出ヘッダ２
５，４５と対向している。
【００１８】本実施例のガスセパレータ１０は、このよ
うな構造の燃料ガス供給板２０及び酸化剤ガス供給板４
０の裏面側で冷却水板３０を挾み、接合したものである
。このガスセパレータ１０はガス拡散電極に挾まれた状
態で使用されるものである。そして、燃料ガス供給孔１
１から供給される燃料ガスは、燃料ガス供給ヘッダ２２
から各燃料ガス供給溝２１を流れた後、燃料ガス排出ヘ
ッダ２３を経由して燃料ガス排出孔１３から排出される
。また、酸化剤ガス供給孔１２から供給される酸化剤ガ
スは、酸化剤ガス供給ヘッダ４２から各酸化剤ガス供給
溝を流れた後、酸化剤ガス排出ヘッダ４３を経由して酸
化剤ガス排出孔１４から排出される。これにより、燃料
ガス供給溝２１及び酸化剤ガス供給溝４１をそれぞれ流
れるガスがガス拡散電極を介して供給されることになる
。また、冷却水供給孔１５から供給される冷却水は、冷
却水供給ヘッダ２４，４４を介して冷却水溝３１に供給
されて、燃料ガス供給板２０及び酸化剤ガス供給板４０
の裏面に接触して流れた後、冷却水排出ヘッダ２５，４
５を経由して冷却水排出孔１６から排出される。これに
より、燃料ガス供給板２０及び酸化剤ガス供給板４０を
介して燃料電池セルで発生した熱を除去することができ
る。
うな構造の燃料ガス供給板２０及び酸化剤ガス供給板４
０の裏面側で冷却水板３０を挾み、接合したものである
。このガスセパレータ１０はガス拡散電極に挾まれた状
態で使用されるものである。そして、燃料ガス供給孔１
１から供給される燃料ガスは、燃料ガス供給ヘッダ２２
から各燃料ガス供給溝２１を流れた後、燃料ガス排出ヘ
ッダ２３を経由して燃料ガス排出孔１３から排出される
。また、酸化剤ガス供給孔１２から供給される酸化剤ガ
スは、酸化剤ガス供給ヘッダ４２から各酸化剤ガス供給
溝を流れた後、酸化剤ガス排出ヘッダ４３を経由して酸
化剤ガス排出孔１４から排出される。これにより、燃料
ガス供給溝２１及び酸化剤ガス供給溝４１をそれぞれ流
れるガスがガス拡散電極を介して供給されることになる
。また、冷却水供給孔１５から供給される冷却水は、冷
却水供給ヘッダ２４，４４を介して冷却水溝３１に供給
されて、燃料ガス供給板２０及び酸化剤ガス供給板４０
の裏面に接触して流れた後、冷却水排出ヘッダ２５，４
５を経由して冷却水排出孔１６から排出される。これに
より、燃料ガス供給板２０及び酸化剤ガス供給板４０を
介して燃料電池セルで発生した熱を除去することができ
る。
【００１９】次に、上述したガスセパレータ１０の具体
的製造例を示す。燃料ガス供給板２０及び酸化剤ガス供
給板４０には、厚さ１ｍｍの純銅板（リン脱酸銅）を用
いた。ガス供給溝２１，４１は０．５ｍｍピッチで０．
５ｍｍの深さとし、裏面のガス供給ヘッダ２２，４２及
びガス排出ヘッダ２３，４３並びに冷却水供給ヘッダ２
４，４４及び冷却水排出ヘッダ２５，４５も０．５ｍｍ
の深さとし、ハーフエッチングにより両面同時に加工し
た。なお、ガス供給孔１１，１２及びガス排出孔１３，
１４並びに冷却水供給孔１５及び冷却水排出孔１６が貫
通すると共に、ガス供給溝２１，４１とガス供給ヘッダ
２２，４２及びガス排出ヘッダ２３，４３とがそれぞれ
連通した時点を加工の終点とした。また、冷却水板３０
には、厚さ０．５ｍｍの純銅板を用い、やはりエッチン
グにより厚さ方向に貫通するまで加工して冷却水供給溝
３１及び各孔１１〜１６を形成した。次に、冷却水板３
０の表裏面全面に５〜７μＡｇめっきし、これを燃料ガ
ス供給板２０及び酸化剤ガス供給板４０の裏面側で挾み
、真空拡散溶接装置により一体接合した。この真空拡散
接合は、５×１０−４Ｔｏｒｒの真空中で、温度９５０
℃、面圧０．１ｋｇ／ｍｍ２ で加圧時間３時間保持し
た後、徐冷することにより行い、厚さ２．５ｍｍのガス
セパレータ１０を得た。
的製造例を示す。燃料ガス供給板２０及び酸化剤ガス供
給板４０には、厚さ１ｍｍの純銅板（リン脱酸銅）を用
いた。ガス供給溝２１，４１は０．５ｍｍピッチで０．
５ｍｍの深さとし、裏面のガス供給ヘッダ２２，４２及
びガス排出ヘッダ２３，４３並びに冷却水供給ヘッダ２
４，４４及び冷却水排出ヘッダ２５，４５も０．５ｍｍ
の深さとし、ハーフエッチングにより両面同時に加工し
た。なお、ガス供給孔１１，１２及びガス排出孔１３，
１４並びに冷却水供給孔１５及び冷却水排出孔１６が貫
通すると共に、ガス供給溝２１，４１とガス供給ヘッダ
２２，４２及びガス排出ヘッダ２３，４３とがそれぞれ
連通した時点を加工の終点とした。また、冷却水板３０
には、厚さ０．５ｍｍの純銅板を用い、やはりエッチン
グにより厚さ方向に貫通するまで加工して冷却水供給溝
３１及び各孔１１〜１６を形成した。次に、冷却水板３
０の表裏面全面に５〜７μＡｇめっきし、これを燃料ガ
ス供給板２０及び酸化剤ガス供給板４０の裏面側で挾み
、真空拡散溶接装置により一体接合した。この真空拡散
接合は、５×１０−４Ｔｏｒｒの真空中で、温度９５０
℃、面圧０．１ｋｇ／ｍｍ２ で加圧時間３時間保持し
た後、徐冷することにより行い、厚さ２．５ｍｍのガス
セパレータ１０を得た。
【００２０】以上説明したガスセパレータ１０は燃料ガ
ス供給板２０、冷却水板３０及び酸化剤ガス供給板４０
をそれぞれ加工すればよいので、容易に加工でき且つコ
ンパクト化が図れる。また、実施例のようにエッチング
加工を採用すると、溝の大きさ、形状を任意に変化させ
ることができるので、圧損に応じて各溝を拡げたり縮少
したりすることができるので、ガス供給の均一化を図る
ことができる。さらに、かかるガスセパレータは個々に
冷却されるので、燃料電池の反応熱のコントロールが可
能となり、後述するような優れた発電性能を得ることが
できる。
ス供給板２０、冷却水板３０及び酸化剤ガス供給板４０
をそれぞれ加工すればよいので、容易に加工でき且つコ
ンパクト化が図れる。また、実施例のようにエッチング
加工を採用すると、溝の大きさ、形状を任意に変化させ
ることができるので、圧損に応じて各溝を拡げたり縮少
したりすることができるので、ガス供給の均一化を図る
ことができる。さらに、かかるガスセパレータは個々に
冷却されるので、燃料電池の反応熱のコントロールが可
能となり、後述するような優れた発電性能を得ることが
できる。
【００２１】固体高分子電解質膜及び２枚のガス拡散電
極との接合体（以下、セルという）３０枚と、上記セパ
レータ３１枚とを交互に重ね合せて燃料電池とした。こ
の燃料電池に燃料ガスとしてＨ２ （水蒸気加湿）を２
．５ｋｇ／ｃｍ２ Ｇで３０ｌ／ｍｉｎ 、酸化剤ガス
としてＯ２ ２．５ｋｇ／ｃｍ２ Ｇ、３０ ｌ／ｍｉ
ｎ をそれぞれ供給し、セル温度７０℃で発電性能を測
定した。この結果は図４に示す。一方、比較のため、従
来のガスセパレータとして、放電加工の限界である１ｍ
ｍピッチで１ｍｍの深さのガス供給溝を有すると共にガ
ス供給用のガス供給・排出用ヘッダを板厚方向の中心に
設けたもの（厚さ８ｍｍ）を用いて同様の３０枚のセル
で燃料電池を構成し、同様に発電性能を測定した。この
場合、冷却は３枚ピッチで水冷板（厚さ８ｍｍ）を設置
することにより行った。この結果も図４に示す。なお、
両者の反応面積は１６８ｃｍ２ で同一である。この結
果より、本発明のガスセパレータを用いた燃料電池の方
が優れた発電性能が得られることが認められた。なお、
従来型の比較例の燃料電池はセル内で局部発熱と、反応
熱の除去が困難で、運転の安定性に乏しいので、瞬時の
データである。
極との接合体（以下、セルという）３０枚と、上記セパ
レータ３１枚とを交互に重ね合せて燃料電池とした。こ
の燃料電池に燃料ガスとしてＨ２ （水蒸気加湿）を２
．５ｋｇ／ｃｍ２ Ｇで３０ｌ／ｍｉｎ 、酸化剤ガス
としてＯ２ ２．５ｋｇ／ｃｍ２ Ｇ、３０ ｌ／ｍｉ
ｎ をそれぞれ供給し、セル温度７０℃で発電性能を測
定した。この結果は図４に示す。一方、比較のため、従
来のガスセパレータとして、放電加工の限界である１ｍ
ｍピッチで１ｍｍの深さのガス供給溝を有すると共にガ
ス供給用のガス供給・排出用ヘッダを板厚方向の中心に
設けたもの（厚さ８ｍｍ）を用いて同様の３０枚のセル
で燃料電池を構成し、同様に発電性能を測定した。この
場合、冷却は３枚ピッチで水冷板（厚さ８ｍｍ）を設置
することにより行った。この結果も図４に示す。なお、
両者の反応面積は１６８ｃｍ２ で同一である。この結
果より、本発明のガスセパレータを用いた燃料電池の方
が優れた発電性能が得られることが認められた。なお、
従来型の比較例の燃料電池はセル内で局部発熱と、反応
熱の除去が困難で、運転の安定性に乏しいので、瞬時の
データである。
【００２２】また、上述した実施例の燃料電池と比較例
の燃料電池のセル部の寸法を比較した。実施例の燃料電
池は、セル１枚が１．１ｍｍだから、全体の厚さは１．
１×３０＋２．５×３１＝１１０．５ｍｍである。一方
、比較例の燃料電池は、１．１×３０＋８×３１＋８ｍ
ｍ×１０（水冷板）＝３６１ｍｍである。このように、
本発明のガスセパレータを用いると、燃料電池の著しい
コンパクト化が実現できる。
の燃料電池のセル部の寸法を比較した。実施例の燃料電
池は、セル１枚が１．１ｍｍだから、全体の厚さは１．
１×３０＋２．５×３１＝１１０．５ｍｍである。一方
、比較例の燃料電池は、１．１×３０＋８×３１＋８ｍ
ｍ×１０（水冷板）＝３６１ｍｍである。このように、
本発明のガスセパレータを用いると、燃料電池の著しい
コンパクト化が実現できる。
【００２３】以上説明した実施例では、セパレータの材
質を純銅としたが、勿論これに限定されず、ステンレス
鋼などを用いてもよい。
質を純銅としたが、勿論これに限定されず、ステンレス
鋼などを用いてもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のガスセパ
レータは、ガスの均一供給及び集電効率の向上を図るこ
とができると共に、発電に伴なう発熱量のコントロール
、運転条件の安定化を図ることができ、しかも燃料電池
を著しくコンパクト化することができる。
レータは、ガスの均一供給及び集電効率の向上を図るこ
とができると共に、発電に伴なう発熱量のコントロール
、運転条件の安定化を図ることができ、しかも燃料電池
を著しくコンパクト化することができる。
【図１】一実施例に係るガスセパレータの分解斜視図で
ある。
ある。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】図１のセパレータの部品構造を示す説明図であ
る。
る。
【図４】試験結果の電池性能曲線を示すグラフである。
【図５】固体高分子電解質膜燃料電池を示す構成図であ
る。
る。
１０ ガスセパレータ
１１ 燃料ガス供給孔
１２ 酸化剤ガス供給孔
１３ 燃料ガス排出孔
１４ 酸化剤ガス排出孔
２０ 燃料ガス供給板
２１ 燃料ガス供給溝
２２ 燃料ガス供給ヘッダ
２３ 燃料ガス排出ヘッダ
２４ 冷却水供給ヘッダ
２５ 冷却水排出ヘッダ
３０ 冷却水板
３１ 冷却水供給溝
４０ 酸化剤ガス供給板
４１ 酸化剤ガス供給溝
４２ 酸化剤ガス供給ヘッダ
４３ 酸化剤ガス排出ヘッダ
４４ 冷却水供給ヘッダ
４５ 冷却水排出ヘッダ
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料電池のガス拡散電極間に挾持され
て一方側のガス拡散電極へ燃料ガスを他方側のガス拡散
電極へ酸化剤ガスを供給するためのガスセパレータであ
って、一方側のガス拡散電極と接触する一面に燃料ガス
を流通するための燃料ガス供給溝が形成された燃料ガス
供給板と、他方側のガス拡散電極と接触する一面に酸化
剤ガスを流通するための酸化剤ガス供給溝が形成された
酸化剤ガス供給板と、これら燃料ガス供給板及び酸化剤
ガス供給板のそれぞれの他面に接触した状態で冷却水を
流通するための冷却水供給溝が形成された冷却水板とを
接合一体化してなることを特徴とする燃料電池用ガスセ
パレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3028339A JP3064023B2 (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | 燃料電池用ガスセパレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3028339A JP3064023B2 (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | 燃料電池用ガスセパレータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04267062A true JPH04267062A (ja) | 1992-09-22 |
| JP3064023B2 JP3064023B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=12245848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3028339A Expired - Lifetime JP3064023B2 (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | 燃料電池用ガスセパレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3064023B2 (ja) |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0591800A1 (de) * | 1992-10-09 | 1994-04-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Bauelement zum Einbau in eine verfahrenstechnische Einrichtung |
| EP0851518A1 (en) * | 1996-12-23 | 1998-07-01 | General Motors Corporation | Brazed bipolar plates for fuel cells with polymer electrolyte |
| WO2000019555A1 (en) * | 1998-09-25 | 2000-04-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell stack with separator of a laminate structure |
| WO2001035476A1 (de) * | 1999-11-06 | 2001-05-17 | Daimlerchrysler Ag | Elektrochemischer brennstoffzellenstapel mit polymerelektrolyten |
| WO2001048843A3 (en) * | 1999-12-23 | 2001-11-29 | Ballard Power Systems | Fuel cell separator plate with discrete fluid distribution features |
| JP2002151096A (ja) * | 2000-11-06 | 2002-05-24 | Aisin Takaoka Ltd | 燃料電池セパレータの製造方法 |
| US6410178B1 (en) * | 1998-05-08 | 2002-06-25 | Aisin Takaoka Co., Ltd. | Separator of fuel cell and method for producing same |
| JP2003501796A (ja) * | 1999-06-04 | 2003-01-14 | セラミック・フューエル・セルズ・リミテッド | 燃料電池用ガスセパレータ |
| EP1432060A1 (en) * | 2002-12-10 | 2004-06-23 | Asia Pacific Fuel Cell Technologies, Ltd. | Integrated bipolar plate module for fuel cell stack |
| JP2005183141A (ja) * | 2003-12-18 | 2005-07-07 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| US7125623B2 (en) | 2000-09-13 | 2006-10-24 | Japan Composite Co., Ltd. | Separator for solid polymer type fuel cell and process for producing the same |
| JP2007250192A (ja) * | 2006-03-13 | 2007-09-27 | Toyota Motor Corp | セパレータ、および、燃料電池 |
| JP2008186671A (ja) * | 2007-01-29 | 2008-08-14 | Toyota Motor Corp | 燃料電池、および、燃料電池を構成するセパレータ |
| US7604755B2 (en) | 2003-02-17 | 2009-10-20 | Japan Composite Co., Ltd. | Electroconductive resin composition and separator for fuel cell |
| US7745035B2 (en) * | 2004-04-02 | 2010-06-29 | Hitachi, Ltd. | Separator and fuel cell using thereof |
| JP2010251329A (ja) * | 2002-09-20 | 2010-11-04 | Powercell Sweden Ab | 燃料電池 |
| US8697310B2 (en) | 2007-06-27 | 2014-04-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell with voltage detection terminal |
| JP2015532520A (ja) * | 2012-10-19 | 2015-11-09 | アウディ アクチェンゲゼルシャフトＡｕｄｉ Ａｇ | 低コストの燃料セルコンポーネント |
| CN109216727A (zh) * | 2018-08-30 | 2019-01-15 | 威马智慧出行科技（上海）有限公司 | 一种直接甲醇燃料电池的冷却系统 |
| JP2024027320A (ja) * | 2022-08-17 | 2024-03-01 | オリオン機械株式会社 | セパレータ集合体製造方法、燃料電池セル製造方法およびセパレータ集合体製造装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100737551B1 (ko) | 2006-07-04 | 2007-07-10 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 차량의 세퍼레이터 구조 및 그 제조방법 |
-
1991
- 1991-02-22 JP JP3028339A patent/JP3064023B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5472801A (en) * | 1992-10-09 | 1995-12-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Component for installation in a process control apparatus |
| EP0591800A1 (de) * | 1992-10-09 | 1994-04-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Bauelement zum Einbau in eine verfahrenstechnische Einrichtung |
| EP0851518A1 (en) * | 1996-12-23 | 1998-07-01 | General Motors Corporation | Brazed bipolar plates for fuel cells with polymer electrolyte |
| US6514400B1 (en) | 1998-05-08 | 2003-02-04 | Aisin Takaoka Co., Ltd. | Method for producing a fuel cell separator |
| US7074514B2 (en) | 1998-05-08 | 2006-07-11 | Aisin Takaoka Co., Ltd. | Separator of fuel cell and method for producing same |
| US6410178B1 (en) * | 1998-05-08 | 2002-06-25 | Aisin Takaoka Co., Ltd. | Separator of fuel cell and method for producing same |
| WO2000019555A1 (en) * | 1998-09-25 | 2000-04-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell stack with separator of a laminate structure |
| US6689504B1 (en) | 1998-09-25 | 2004-02-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell stack with separator of a laminate structure |
| JP2003501796A (ja) * | 1999-06-04 | 2003-01-14 | セラミック・フューエル・セルズ・リミテッド | 燃料電池用ガスセパレータ |
| WO2001035476A1 (de) * | 1999-11-06 | 2001-05-17 | Daimlerchrysler Ag | Elektrochemischer brennstoffzellenstapel mit polymerelektrolyten |
| US6413664B1 (en) | 1999-12-23 | 2002-07-02 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell separator plate with discrete fluid distribution features |
| WO2001048843A3 (en) * | 1999-12-23 | 2001-11-29 | Ballard Power Systems | Fuel cell separator plate with discrete fluid distribution features |
| US7125623B2 (en) | 2000-09-13 | 2006-10-24 | Japan Composite Co., Ltd. | Separator for solid polymer type fuel cell and process for producing the same |
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| JP2010251329A (ja) * | 2002-09-20 | 2010-11-04 | Powercell Sweden Ab | 燃料電池 |
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| JP2007250192A (ja) * | 2006-03-13 | 2007-09-27 | Toyota Motor Corp | セパレータ、および、燃料電池 |
| JP2008186671A (ja) * | 2007-01-29 | 2008-08-14 | Toyota Motor Corp | 燃料電池、および、燃料電池を構成するセパレータ |
| US8993188B2 (en) | 2007-01-29 | 2015-03-31 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaishi | Fuel cell and separator constituting the same |
| US8697310B2 (en) | 2007-06-27 | 2014-04-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell with voltage detection terminal |
| JP2015532520A (ja) * | 2012-10-19 | 2015-11-09 | アウディ アクチェンゲゼルシャフトＡｕｄｉ Ａｇ | 低コストの燃料セルコンポーネント |
| US10651484B2 (en) | 2012-10-19 | 2020-05-12 | Audi Ag | Extruded carbon fuel cell components |
| CN109216727A (zh) * | 2018-08-30 | 2019-01-15 | 威马智慧出行科技（上海）有限公司 | 一种直接甲醇燃料电池的冷却系统 |
| JP2024027320A (ja) * | 2022-08-17 | 2024-03-01 | オリオン機械株式会社 | セパレータ集合体製造方法、燃料電池セル製造方法およびセパレータ集合体製造装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3064023B2 (ja) | 2000-07-12 |
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