JP4451964B2 - Separator for polymer electrolyte fuel cell, gas channel spacer and polymer electrolyte fuel cell - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
電力を直接的駆動源とする自動車、小規模の発電システムなどに用いられ固体高分子型燃料電池に関し、さらに詳しくは、固体高分子型燃料電池用セパレータ、ガス流路スペーサーならびにこれらを使用してなる固体高分子型燃料電池に関わる。
【0002】
【従来の技術】
近年電気自動車用燃料電池の開発が固体高分子材料の開発成功を契機に急速に進展し始めている。
固体高分子型燃料電池とは、従来のアルカリ型燃料電池,燐酸型燃料電池,溶融炭酸塩型燃料電池,固体電解質型燃料電池などとは異なり、水素イオン選択透過型の有機物膜を電解質として用いることを特徴とする燃料電池であり、燃料には純水素のほか、アルコール類の改質によって得た水素ガスなどを用い、空気中の酸素との反応を電気化学的に制御することによって電力を取り出すシステムである。
【0003】
固体高分子膜は薄くても十分に機能し、電解質が膜中に固定されていることから、電池内の露点を制御してやれば電解質として機能するため、水溶液系電解質や溶融塩系電解質など流動性のある媒体を使う必要がなく、電池自体をコンパクトに単純化して設計できることも特徴である。
【0004】
従来、燃料電池用ステンレス鋼としては、特開平4−247852号、同4−358044号、同7−188870号、同8−165546号、同8−225892号、同8−311620号などの公報に開示されているように、高い耐食性が要求される溶融炭酸塩環境で稼動する燃料電池用ステンレス鋼がある。
また、特開平6−264193号、同6−293941号、同9−67672号などの公報に開示されているように、数百度の高温で稼動する固体電解質型燃料電池材料の発明がなされてきた。
【0005】
一方、冷却用水溶液の沸点以下の領域で稼動する固体高分子型燃料電池の構成材料としては、温度がさほど高くないこと、および、その環境下で耐食性・耐久性が十分発揮させることが可能であることなどにより炭素系の材料が使用されてきているが、より低コスト化や小型化を目指してステンレス鋼やチタンの適用に関する技術開発も進んでいる。
【0006】
特開平10−228914号公報には、単位電池の電極との接触抵抗の小さい燃料電池用セパレータを得ることを目的に、ステンレス鋼(SUS304)をプレス成形することにより内周部に多数個の凹凸からなる膨出成形部を形成し、膨出成形部の膨出先端側端面に0.01〜0.02μmの厚さの金メツキ層を形成したことを特徴とする燃料電池用セパレータを発明し、その使用法として燃料電池を形成する際に燃料電池用セパレータを積層された単位電池の間に介在させ、単位電池の電極と膨出成形部の膨出先端側端面に形成された金メツキ層とが当接するように配設し、燃料電池用セパレータと電極との間に反応ガス通路を画成する技術が開示されている。
【0007】
しかし、この技術をもとに実際に固体高分子型燃料電池を試作すると以下3点の技術的問題があることがわかった。
a)長期耐久性が求められる固体高分子型燃料電池内の環境において、ステンレス製セパレータの合金成分としては一般汎用鋼種であるSUS304では不充分となる場合があり、その対策としてCr、Ni、Moなどの含有量を上げる必要がある。
【0008】
b)Cr、Ni、Moなどの合金組成を上げたステンレス鋼の場合、湿式の金メッキ法だけでは金メッキ層とステンレス鋼基板の間に、ステンレス鋼の不働態酸化皮膜がメッキ処理中に完全に還元されずに残留し、ステンレス鋼と金メッキ層の間の層間抵抗が生じ、電力ロスの原因となることがある。その対策として、皮膜を除去しながら貴金属を付着させる必要がある。
【0009】
c)セパレータはプレス成形により内周部に多数個の凹凸からなる膨出成形部を形成した形を想定しているが、実際に四周に平坦部をもつ当該部材の加工を試みると、凹凸からなる膨出成形部において延性割れを生じ、対策として生産性の低い多段工程を組まなくてはならくなり、必ずしもコストダウンにつながらず、さらに、長期信頼性向上のために合金組成を上げたステンレス鋼は、SUS304に比べ加工性が低下することから、この形状にプレス成形することは困難である。
【0010】
発明者らは既に、前記a)やb)の問題点に対しては、その解決手段を特願平11−62813号、特願平11−170142号などに提示している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記c)の問題点に鑑み、加工工程が簡略化でき、低コスト・高耐久型の固体高分子型燃料電池の生産技術を実現できるステンレス鋼またはチタン製の固体高分子型燃料電池セパレータとその適用を可能とするガス流路スペーサーならびにこれらを使用してなる固体高分子型燃料電池の提供をその課題としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、固体高分子型燃料電池の作用原理に基づきつつ、ステンレス鋼やチタンの成形加工を最小限とした量産可能な低コスト燃料電池構造方式を鋭意検討した結果、本発明を完成させたもので、その要旨とするところは以下の通りである。
(1)両端一対のみの平坦部とその間の歯車ロールにより成形した全幅波板部からなることを特徴とするステンレス鋼製固体高分子型燃料電池セパレータ。
(2)両端一対のみの平坦部とその間の歯車ロールにより成形した全幅波板部からなることを特徴とするチタン材固体高分子型燃料電池セパレータ。
(3)前記(1)に記載のステンレス鋼製セパレータもしくは前記(2)に記載のチタン製セパレータの平坦部に冷却水流路もしくはガス流路となる穴を、2個以上有することを特徴とする固体高分子型燃料電池用セパレータ。
(4)前記(3)に記載のセパレータに重ねて用いるガス流路スペーサーであって、前記セパレータ波板部に嵌合し気密性を確保できる波板状シール部を、その側端部に有することを特徴とするガス流路スペーサー。
(5)前記(3)に記載のセパレータ、前記(4)に記載のガス流路スペーサーを、それぞれ1以上備えることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて詳細を説明する。
図1に前記(1)または(2)に記載のセパレータ用材の具体的形状例を示す。1は波板部が正弦波状W1 の断面形状をしたもの、2はそれを矩形波状W2 としたものの例である。
【0014】
言うまでもなく、波板断面形状や基材寸法に関してはこの図面に限定されるものではなく、必要に応じて種々選択されるべきものである。このような形状は、ステンレス鋼やチタンの薄板あるいは箔を歯車ロールにより簡単かつ効率的に成形でき、しかもその加工モードは折り曲げだけなので、従来考えられてきた四周に平坦部を有するセパレータ成形で生じた伸び破断現象は起こり得ない。
【0015】
このようなセパレータを用いて固体高分子型燃料電池構造を設計する際に問題となるのは、内部・外部へ供給・排出するガスや冷却水流路の設定と、供給したガス類や冷却水の外部への漏れ防止シールをどのように実現するかである。そこで上述のセパレータを用いた燃料電池スタックの構造設計法を工夫した。その具体例を図2に示す。
【0016】
図中の3は、前記(3)に記載の各平坦部にガス流路としてそれぞれ2個の穴h1 、h2 、h3 、h4 をあけて作成したセパレータである。このセパレータに要求される機能は、水素を含む燃料ガスと酸素を含む空気ガスを電池内部で混合しないよう分離すること、および発生した電流を隣のセルに伝える電気伝導性である。
図中4は、このセパレータ3と両面に電極触媒7が塗布された固体高分子膜6の間に、電極面へガスを行き渡らせつつも外部とのガスシールを行う前記(4)に記載のガス流路スペーサーである。
【0017】
このガス流路スペーサー4の特徴は、セパレータ3と当接する面の側端部に波状部We が付与されている点にあり、これによりガスシール性が担保される。本発明の折り曲げ加工型基材が燃料電池セパレータとして使用可能となったのは、このガス流路スペーサー形状が鍵となった。
【0018】
ガス流路スペーサー4の中央部はくりぬかれており、そこに電極触媒層7で発生する電流を補足してセパレータ3に伝えつつ、電極触媒層7へのガス供給・排出が一様にできるよう配慮されたフェルト状の炭素繊維集電体5が設置される。さらこのガス流路スペーサー4には、セパレータ3の各平坦部に設置されたガス供給・排出用の4個の穴h1 、h2 、h3 、h4 に当接される部分に穴h5 、h6 、h7 、h8 があり、そのうちh6 とh7 は炭素繊維集電体5が設置された中央のくりぬき部分と連結されている。
【0019】
図2の下から2段目に例示されたガス流路スペーサー4と集電体5との合成構造層においては、燃料ガス(空気ガス)はh7 からセパレータ波板構造Wと炭素繊維集電体5との間を通って電極全体に供給され、反応ガスや未反応ガスとしてh6 から排出されるよう工夫した。図2の下から4段目には上下逆転したガス流路スペーサー・集電体の合成構造層を示すが、ここでは下から2段目とは前後逆経路で空気ガス(燃料ガス)の供給・排出が行われる。
【0020】
図中の8は冷却水を外部からシールする目的で付与された冷却水流路スペーサーであり、9はスタック製造時に上下に荷重がかけられる時、当接するセパレータ同士のずれにより燃料電池スタックが変形するのを防止するために設置されるセパレータと同じ材質の変形防止プレートである。
【0021】
図中のAサイクルを繰り返して積み上げれば冷却装置のない直列の燃料電池スタックが構成され、いくつかの単セルが積みあがったところで、Bサイクルを挿入することで冷却水流路も形成される。燃料電池のコスト低減と発電効率の向上を最適化させるためには、AサイクルとBサイクルの上手な組み合わせの検討が肝要である。このように積み上げられたスタックには、図2の配置で言うと手前側と奥側にそれぞれ外部へ開放された冷却水流路が形成されるが、冷却水は手前(奥)から奥(手前)側へ向けスタック外部から供給・排出されることとなる。
【0022】
さらには、セパレータ/炭素繊維集電体あるいはセパレータ/変形防止プレート界面においては接触抵抗が生じ電力ロスにつながる懸念もあるが、これは特願平11−170142号に記載の酸化皮膜を除去しながら貴金属を付着させる表面処理を行えば、耐久信頼性のために合金成分を増やした高耐食ステンレス鋼や、チタンなどを用いてもこの問題は回避される。
【0023】
以上に説明したように、固体高分子型燃料電池の構成材料として、比較的単純な形状のセパレータが使用可能となった。その実現にはガス流路スペーサーの形状が鍵となった。
【0024】
図2では波板部の断面形状が正弦波状のセパレータにより本発明の説明を行ったが、図1の2に示した矩形波状のセパレータや、図示していないものの台形波状セパレータなどを使用しても、ガス流路スペーサーの波状部形状をそれに合わせるだけで、同様の構造方式が適用できる。
ガス流路スペーサーや冷却水流路スペーサーの材質は、冷却水の沸点以下で分解・変形が起きない樹脂であればよく、ガスや冷却水のシール性、さらにはコストも考慮すると、シリコン樹脂、ブタジエンゴム系樹脂、フッ素系樹脂などが適用可能である。
【0025】
また、図2に示した各部材には、燃料電池としての基本機能を損ねないよう配慮さえすれば、スタックを積み上げる上で正確な位置決めを行ったり、スタック全体を締め付けて圧をかけるためのロッド穴やボルト穴などを付与することも可能である。
【0026】
セパレータ波板部の周期や振幅は、ガス供給の均一性と集電効率の観点からより小さいことが望ましいが、経験的には周期2mm、振幅1mm程度なら歯車ロールによる成形もでき、燃料電池性能も向上する。接触抵抗低減の観点からは、波板部の断面形状は正弦波よりも台形波や矩形波の方が、接触面積が大きく取れるので無駄が少ない。
【0027】
セパレーターや変形防止プレートの板厚は、軽量化と低コスト化の観点から薄いほうがよいが、あまり薄すぎるとスタック強度が弱くなり、スタック締め付け時に変形が生ずる。また、耐食性や安全性の観点からも薄すぎるのは不安がある。経験的には板圧0.1mm程度であらかじめ冷間加工して弾性限界を高めたハード材を用いればスタックを構成することは十分可能であり、SUS304よりも高耐食のステンレス鋼箔やチタン箔を用いれば耐久信頼性も向上する。
【0028】
【実施例】
上述の発明を元に固体高分子型燃料電池を試作し、ガスシール性能や発電性能を確認した。図3の11は、図2に示した構成により積み上げた燃料電池スタックであり、図2における上下方向が図3の矢印により示されている。各部材の四周に位置決めと全圧をかける目的でボルト穴を配し、高張力ボルトと剛性のある終端板を用いてスタックの締め付けを行ったが、この図中にはその様子を省略してある。スタックサイクルは図2に示すAサイクルとBサイクルを交互に繰り返すようにして、Aサイクル或いはBサイクルよりなる単セルを50段積み上げる構成とした。
【0029】
各部材の寸法イメージは図1のものとほぼ同等のものとし、セパレータおよび変形防止プレートには板厚0.1mmの20Cr−15Ni−3Mo系オーステナイト系ステンレス鋼および第二種工業用純チタンを用い、固体高分子膜、触媒電極および炭素繊維集電体は市販のものを用いて、2種類の固体高分子燃料電池を試作した。ガス流路および冷却水流路スペーサーは、シリコーン樹脂を押し出し精密成形して作成した。
【0030】
図3の11は、スタック側面から冷却水を供給・排出するための側面キャップで、スタックと接するキャップ端部はシリコーン樹脂により水漏れしないようシールした。12および14はそれぞれ燃料ガスの導入・排出口であり、13および15は空気ガスの導入・排出口である。16および17は冷却水の導入・排出口である。このように試作した固体高分子型燃料電池を80℃で稼動させ、燃料ガスである水素および空気を90℃で加湿して供給することで電力発生を行わせた。いずれの固体高分子型燃料電池においても、ガス漏れや水漏れは起こらず、さらには開放電圧で約60V、短絡電流で約120Aの電力発生を確認した。このように、本発明のセパレータとガス流路スペーサーを用いても十分に燃料電池として機能することがわかった。
【0031】
【発明の効果】
環境保全に対する意識の高まりから、化石燃料を利用した現行の内燃機関から水素を利用した固体高分子型燃料電池による電気駆動型の自動車や、分散型コジェネシステムへの移行が世界的に検討されている。
これらの新技術が広く一般に利用できるようにするためには低コスト化と高信頼化に関わる技術開発を燃料供給システムも含めて推進する必要がある。
本発明は、この分野で抱える多くの課題のうち、固体高分子型燃料電池用セパレータとして高耐食ステンレス鋼やチタンを、成型加工工程を極小化することで低コストで利用できるようにしたものであり、低コスト固体高分子型燃料電池を実現する技術として極めて有効なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセパレータ用材の例を示す模式図である。
【図2】本発明のセパレータとガス流路スペーサーを用いて固体高分子型燃料電池スタックを構築する一例を示した模式図である。
【図3】本発明を適用して試作した固体高分子型燃料電池の一例を示す外観模式図である。
【符号の説明】
1.正弦波状の波板部を有するセパレータ用材
2.矩形波状の波板部を有するセパレータ用材
3.セパレータ
4.ガス流路スペーサー
5.炭素繊維集電体
6.固体高分子膜
7.触媒電極層
8.冷却水流路スペーサー
9.変形防止プレート
10.固体高分子型燃料電池スタック
11.冷却水を供給・排出するための側面キャップ
12.燃料ガス導入口
13.空気ガス導入口
14.燃料ガス排出口
15.空気ガス排出口
16.冷却水導入口
17.冷却水排出口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell used for automobiles and small-scale power generation systems that use electric power as a direct drive source. More specifically, a polymer electrolyte fuel cell separator, a gas flow path spacer, and these are used. It relates to the polymer electrolyte fuel cell.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the development of fuel cells for electric vehicles has begun to progress rapidly with the successful development of solid polymer materials.
Unlike conventional alkaline fuel cells, phosphoric acid fuel cells, molten carbonate fuel cells, solid electrolyte fuel cells, etc., solid polymer fuel cells use hydrogen ion permselective organic membranes as the electrolyte. The fuel cell is characterized by the fact that, in addition to pure hydrogen, hydrogen gas obtained by reforming alcohols is used as the fuel, and the reaction with oxygen in the air is controlled electrochemically. It is a system to take out.
[0003]
Solid polymer membranes function well even if they are thin, and the electrolyte is fixed in the membrane, so if you control the dew point in the battery, it functions as an electrolyte, so fluidity such as aqueous electrolytes and molten salt electrolytes Another characteristic is that the battery itself can be designed in a compact and simplified manner.
[0004]
Conventionally, as stainless steel for fuel cells, JP-A-4-247852, JP-A-4-35844, JP-A-7-188870, JP-A-8-165546, JP-A-8-255892, and JP-A-8-311620, etc. As disclosed, there are fuel cell stainless steels operating in molten carbonate environments where high corrosion resistance is required.
Further, as disclosed in JP-A-6-264193, JP-A-6-293941, and JP-A-9-67672, inventions of solid oxide fuel cell materials that operate at a high temperature of several hundred degrees have been made. .
[0005]
On the other hand, as a constituent material of a polymer electrolyte fuel cell that operates in the region below the boiling point of the cooling aqueous solution, the temperature is not so high, and corrosion resistance and durability can be sufficiently exhibited in the environment. For some reasons, carbon-based materials have been used, but technological development related to the application of stainless steel and titanium is also progressing with the aim of reducing costs and miniaturization.
[0006]
In Japanese Patent Laid-Open No. 10-228914, for the purpose of obtaining a separator for a fuel cell having a small contact resistance with an electrode of a unit cell, a number of irregularities are formed on the inner peripheral portion by press-molding stainless steel (SUS304). Inventing a fuel cell separator, characterized in that a bulging molded part is formed, and a gold plating layer having a thickness of 0.01 to 0.02 μm is formed on the bulging tip side end face of the bulging molded part. As a method of using the fuel cell, a gold plating layer is formed between the unit cell electrodes and the bulging tip side end surface of the bulging molded portion by interposing the fuel cell separator between the stacked unit cells when forming the fuel cell. Has been disclosed in which a reaction gas passage is defined between a fuel cell separator and an electrode.
[0007]
However, it was found that there were the following three technical problems when a solid polymer fuel cell was prototyped based on this technology.
a) In an environment in a polymer electrolyte fuel cell that requires long-term durability, SUS304, which is a general-purpose steel grade, may be insufficient as an alloy component of a stainless steel separator. It is necessary to increase the content of
[0008]
b) In the case of stainless steel with an alloy composition such as Cr, Ni, Mo, etc., the passive oxide film of stainless steel is completely reduced during the plating process between the gold plating layer and the stainless steel substrate only by the wet gold plating method. It may remain without being generated, causing an interlayer resistance between the stainless steel and the gold plating layer, which may cause power loss. As a countermeasure, it is necessary to attach the noble metal while removing the film.
[0009]
c) The separator is assumed to have a shape in which a bulging formed part consisting of a large number of irregularities is formed on the inner peripheral part by press molding. Stainless steel with ductile cracks in the bulging formed part and a multi-stage process with low productivity as a countermeasure must be assembled, which does not necessarily lead to cost reduction, and further increases the alloy composition to improve long-term reliability Since steel is less workable than SUS304, it is difficult to press form into this shape.
[0010]
The inventors have already proposed means for solving the problems a) and b) in Japanese Patent Application No. 11-62813 and Japanese Patent Application No. 11-170142.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above-mentioned problem c), the present invention is a solid polymer fuel made of stainless steel or titanium capable of simplifying the processing steps and realizing a production technology for a low-cost, high-durability solid polymer fuel cell. An object of the present invention is to provide a battery separator, a gas flow path spacer that can be applied to the battery separator, and a solid polymer fuel cell using these.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has been intensively studied on a low-cost fuel cell structure system that can be mass-produced with a minimum of molding of stainless steel or titanium, based on the principle of operation of a polymer electrolyte fuel cell. As a summary, the following is the summary.
(1) A stainless steel solid polymer fuel cell separator comprising a flat portion having only a pair of opposite ends and a full-width corrugated plate portion formed by a gear roll therebetween.
(2) A titanium polymer electrolyte polymer fuel cell separator comprising a flat portion having only one pair at both ends and a full-width corrugated plate portion formed by a gear roll therebetween.
(3) The flat part of the stainless steel separator according to (1) or the titanium separator according to (2) has two or more holes serving as cooling water passages or gas passages. Solid polymer fuel cell separator.
(4) A gas flow path spacer that is used by being overlapped with the separator according to (3), and has a corrugated plate-like seal portion that can be fitted to the separator corrugated plate portion to ensure airtightness at a side end portion thereof. A gas flow path spacer characterized by that.
(5) A polymer electrolyte fuel cell comprising at least one of the separator according to (3) and the gas flow path spacer according to (4).
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Details will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a specific shape example of the separator material described in (1) or (2). 1 is an example in which the corrugated plate has a cross-sectional shape of a sine wave W1, and 2 is an example in which it is a rectangular wave W2.
[0014]
Needless to say, the corrugated plate cross-sectional shape and the substrate dimensions are not limited to this drawing and should be variously selected as necessary. Such a shape can be easily and efficiently formed from a stainless steel or titanium thin plate or foil by a gear roll, and the processing mode is only bending. The elongation fracture phenomenon cannot occur.
[0015]
When designing a polymer electrolyte fuel cell structure using such a separator, the problems are the settings of the gas and cooling water flow paths to be supplied and discharged to the inside and outside, and the supplied gases and cooling water. It is how to realize a leak-proof seal to the outside. Therefore, the structure design method of the fuel cell stack using the above-described separator was devised. A specific example is shown in FIG.
[0016]
In the figure,
In the figure,
[0017]
The gas flow path spacer 4 is characterized in that a wave-like portion We is provided at a side end portion of the surface in contact with the
[0018]
The central portion of the gas flow path spacer 4 is hollowed out so that the current generated in the
[0019]
In the combined structure layer of the gas flow path spacer 4 and the
[0020]
In the figure, 8 is a cooling water flow path spacer provided for the purpose of sealing cooling water from the outside, and 9 is a fuel cell stack that is deformed due to the displacement of the abutting separators when a load is applied vertically when the stack is manufactured. It is a deformation prevention plate made of the same material as the separator that is installed to prevent this.
[0021]
If the A cycles in the figure are repeatedly stacked, a series fuel cell stack without a cooling device is formed, and when several single cells are stacked, a cooling water flow path is also formed by inserting the B cycle. In order to optimize the reduction of fuel cell cost and the improvement of power generation efficiency, it is important to study a good combination of the A cycle and the B cycle. In the stack stacked in this way, cooling water passages that are open to the outside are formed on the front side and the back side in the arrangement of FIG. 2, but the cooling water is from the front (back) to the back (front). It will be supplied to and discharged from the outside of the stack.
[0022]
Furthermore, there is a concern that contact resistance may occur at the separator / carbon fiber current collector or separator / deformation prevention plate interface, leading to power loss. This is achieved while removing the oxide film described in Japanese Patent Application No. 11-170142. If a surface treatment for attaching a noble metal is performed, this problem can be avoided even if high corrosion resistance stainless steel with increased alloy components or titanium is used for durability reliability.
[0023]
As described above, a separator having a relatively simple shape can be used as a constituent material of a polymer electrolyte fuel cell. The key to realizing this was the shape of the gas flow path spacer.
[0024]
In FIG. 2, the present invention has been described with a separator whose corrugated plate has a sinusoidal cross section. However, the rectangular wave separator shown in FIG. 1 or a trapezoidal wave separator (not shown) is used. However, the same structural method can be applied only by matching the wave-like shape of the gas flow path spacer.
The material for the gas flow path spacer and the cooling water flow path spacer may be any resin that does not decompose or deform below the boiling point of the cooling water. Considering the sealing properties of gas and cooling water, and cost, silicon resin, butadiene A rubber-based resin, a fluorine-based resin, or the like is applicable.
[0025]
In addition, each member shown in FIG. 2 is a rod that is used to accurately position the stack or to apply pressure by tightening the entire stack, as long as the basic functions of the fuel cell are not impaired. It is also possible to provide holes or bolt holes.
[0026]
The period and amplitude of the separator corrugated plate are preferably smaller from the viewpoint of gas supply uniformity and current collection efficiency. However, experientially, if the period is about 2 mm and the amplitude is about 1 mm, molding with a gear roll is possible, and fuel cell performance Will also improve. From the viewpoint of reducing the contact resistance, the cross-sectional shape of the corrugated plate portion is less wasteful because the trapezoidal wave and the rectangular wave have a larger contact area than the sine wave.
[0027]
The thickness of the separator and the deformation prevention plate is preferably thin from the viewpoint of weight reduction and cost reduction. However, if it is too thin, the stack strength is weakened and deformation occurs when the stack is tightened. Moreover, there is anxiety that it is too thin from the viewpoint of corrosion resistance and safety. Empirically, it is possible to construct a stack by using a hard material that has been cold-worked in advance with a plate pressure of about 0.1 mm to increase the elastic limit. Stainless steel foil and titanium foil with higher corrosion resistance than SUS304 are possible. The durability reliability is also improved by using.
[0028]
【Example】
Based on the above-mentioned invention, a polymer electrolyte fuel cell was prototyped and gas sealing performance and power generation performance were confirmed. 3 in FIG. 3 is a fuel cell stack stacked according to the configuration shown in FIG. 2, and the vertical direction in FIG. 2 is indicated by arrows in FIG. Bolt holes were arranged for the purpose of positioning and total pressure on the four circumferences of each member, and the stack was tightened using high tension bolts and rigid end plates, but this is not shown in this figure. is there. In the stack cycle, the A cycle and the B cycle shown in FIG. 2 are alternately repeated, and the single cell composed of the A cycle or the B cycle is stacked in 50 stages.
[0029]
The dimensional image of each member is almost the same as that of FIG. 1, and the separator and the deformation prevention plate are made of 20Cr-15Ni-3Mo austenitic stainless steel with a thickness of 0.1 mm and type 2 industrial pure titanium. Two types of solid polymer fuel cells were manufactured using commercially available solid polymer membranes, catalyst electrodes, and carbon fiber current collectors. The gas channel and cooling water channel spacers were prepared by extruding silicone resin and precision molding.
[0030]
[0031]
【The invention's effect】
Due to the growing awareness of environmental conservation, the transition from current internal combustion engines using fossil fuels to electrically powered vehicles using solid polymer fuel cells using hydrogen and distributed cogeneration systems is being studied worldwide. Yes.
In order to make these new technologies widely available to the general public, it is necessary to promote technological development related to cost reduction and high reliability, including fuel supply systems.
Among the many problems in this field, the present invention enables high-corrosion resistant stainless steel and titanium to be used at low cost by minimizing the molding process as a separator for a polymer electrolyte fuel cell. It is extremely effective as a technology for realizing a low-cost solid polymer fuel cell.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a separator material of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing an example of constructing a polymer electrolyte fuel cell stack using the separator of the present invention and a gas flow path spacer.
FIG. 3 is a schematic external view showing an example of a polymer electrolyte fuel cell experimentally applied to the present invention.
[Explanation of symbols]
1. 1. Separator material having a sinusoidal corrugated plate portion 2. Separator material having a rectangular corrugated plate.
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