JP2001176519A

JP2001176519A - 導電性セパレータ、高分子電解質型燃料電池および高分子電解質型燃料電池の製造方法

Info

Publication number: JP2001176519A
Application number: JP35554999A
Authority: JP
Inventors: Hideo Obara; 英夫小原; Junji Niikura; 順二新倉; Kazuhito Hado; 一仁羽藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2001-06-29
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: JP4439646B2

Abstract

(57)【要約】【課題】金属板と弾性材料とからなるセパレータのガ
ス流路の確保とシール機能とを両立させ、高分子電解質
型燃料電池の信頼性の向上、部品点数および組立工程数
の低減、ならびに量産時のコスト低減を図る。【解決手段】ガスを導く溝またはリブを電極に接する
面に有する金属板と、前記溝またはリブと協働してガス
流路および前記ガス流路の出入口を形成し、かつ、ガス
が前記ガス流路から外部に漏れるのを防止するガスケッ
トとして働くシール部材とからなり、前記金属板上の前
記シール部材が、硬度の異なる複数の弾性材料からなる
ことを特徴とする導電性セパレータを用いて高分子電解
質型燃料電池を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポータブル電源、
電気自動車用電源、家庭内コージェネレーションシステ
ム等に使用する高分子電解質型燃料電池、その製造方法
およびその製造に用いる導電性セパレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】高分子電解質型燃料電池は、水素を含有
する燃料ガスと空気などの酸素を含有する酸化剤ガスと
を電気化学的に反応させることで、電力と熱とを同時に
発生させるものである。高分子電解質型燃料電池は、一
般にプロトン伝導性の高分子電解質膜、電極および導電
性セパレータから構成されている。前記電極は、拡散層
と触媒反応層とを合わせたものからなり、触媒反応層
は、水素イオンを選択的に輸送する前記高分子電解質膜
の両面に形成されている。また、触媒反応層は、白金系
の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分としてい
る。そして、この触媒反応層の外面に、燃料ガスおよび
酸化剤ガスの通気性と電子伝導性を併せもつ拡散層が形
成されている。

【０００３】高分子電解質膜を挟んだ一対の電極の周囲
には、電池組立後に供給される燃料ガスおよび酸化剤ガ
スが外部にリークしたり、２種類のガスが互いに混合し
たりしないように、高分子電解質膜を挟んでガスケット
などのシール部材が配される。なお、電池組立前に、高
分子電解質膜とそれを挟んだ一対の電極とを予め一体化
させたものは、電極電解質膜接合体（ＭＥＡ）と呼ばれ
る。

【０００４】ＭＥＡの両面には、これを機械的に固定す
るとともに、隣接したＭＥＡ同士を互いに電気的に直列
に接続するための導電性セパレータが配される。前記セ
パレータのＭＥＡと接触する部分には、電極面に燃料ガ
スおよび酸化剤ガスを供給し、生成ガスや余剰ガスを運
び去るためのガス流路が形成されている。ガス流路はセ
パレータと別部品として設けることもできるが、セパレ
ータの材料に応じて表面を切削したり、プレス加工する
などしてセパレータの表面に溝やリブを設けてガス流路
とする方式が一般的である。

【０００５】前記溝またはリブに燃料ガスおよび酸化剤
ガスを供給するためには、燃料ガスおよび酸化剤ガスの
供給配管を、使用するセパレータの枚数に応じて分岐さ
せ、その分岐先をセパレータの溝またはリブと連通させ
る配管治具が必要となる。この治具を外部マニホルドと
呼び、治具を構成する燃料ガスおよび酸化剤ガス等が流
れる孔をマニホルド孔と呼ぶ。一方、より簡単な構造の
内部マニホルド型と呼ばれるものもある。内部マニホル
ド型とは、ガス流路を有するセパレータおよびＭＥＡか
らなる積層体に積層方向の貫通孔を形成し、これをマニ
ホルド孔として使用するものである。各板状部品に形成
された孔の周囲には、リブを設けたり、Ｏ型リングを配
するなどして必要なシールが施される。そして、燃料ガ
スおよび酸化剤ガスの供給配管を前記マニホルド孔と連
通させ、この孔から直接燃料ガスおよび酸化剤ガスを供
給するものである。

【０００６】燃料電池は運転中に発熱するので、電池を
良好な温度状態に維持するために、冷却水等で冷却する
必要がある。そのため、通常は、１〜３セル毎に冷却水
を流す冷却部が、セパレータとセパレータとの間に設け
られる。ただし、一般には、セパレータの背面に冷却水
流路を設けて冷却部とする場合が多い。

【０００７】ＭＥＡ、セパレータおよび必要であれば冷
却部を交互に設け、１０〜２００セルを積層した後、こ
れを集電板と絶縁板を介して端板で挟み、締結ボルトで
両端から固定し、積層体を締め付けたものが一般的な燃
料電池の構造である。

【０００８】このような燃料電池に用いられるセパレー
タは、導電性が高く、ガス気密性が高く、かつ、水素と
酸素との酸化還元反応に対する耐食性が高い必要があ
る。このような理由から、従来のセパレータは、通常グ
ラッシーカーボンや膨張黒鉛などのカーボン材料で構成
されている。また、ガス流路は、その表面を切削した
り、膨張黒鉛を用いる場合は、型を用いて成形するなど
して形成されている。しかし、近年では、従来から使用
されているカーボン材料の代わりに、ステンレス鋼など
の金属板を用いることが試みられている。金属板を用い
ると、カーボン材料を用いる場合に比べて、コストが安
く、厚さが薄いので燃料電池をコンパクト化でき、ま
た、金属板は割れにくく、振動に強いという点で有利だ
からである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】セパレータとして金属
板を用いる場合、低コスト化等の観点から、プレスした
金属板と弾性材料とを組み合わせることにより、ガス流
路の確保とシール機能の両立を目指す方式が提案されて
いる。しかし、弾性材料に充分なシール機能を付与しよ
うとすると、ガス流路の出入口が積層体の締めつけによ
りつぶされ、ガスの分配性が悪化して電池性能が低下す
るという問題がある。

【００１０】一方、ガス流路の確保を優先させると、弾
性材料のシール機能が低下するため、積層体を締めつけ
た後、硬化性のシール用接着剤等でシール機能を補強す
る必要がある。しかし、この方法では、シール用接着剤
の塗布前にガス流路の出入口をマスキングする必要があ
り、高分子電解質型燃料電池の組立工程を大幅に増加さ
せるという問題がある。

【００１１】本発明は、金属板と弾性材料とからなるハ
イブリッド型セパレータにおいて、シール機能とガス流
路の確保とを両立させることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、高分子電解質
膜と前記高分子電解質膜を挟む一対の電極とからなる電
極電解質膜接合体および前記電極にガスを供給し、生成
ガスと余剰ガスを排出するためのガス流路を有する導電
性セパレータを積層してなる高分子電解質型燃料電池用
の導電性セパレータであって、ガスを導く溝またはリブ
を前記電極に接する面に有する金属板と、前記溝または
リブと協働して前記ガス流路および前記ガス流路の出入
口を形成し、かつ、ガスが前記ガス流路から外部に漏れ
るのを防止するガスケットとして働くシール部材とから
なり、前記金属板上の前記シール部材が、硬度の異なる
複数の弾性材料からなることを特徴とする導電性セパレ
ータに関する。

【００１３】また、本発明は、前記シール部材が、前記
金属板側面を覆って前記金属板から張り出した部分を形
成しており、前記張り出した部分には、前記金属板上の
ガス流路の入口または出口の延長部となる溝または凹部
が前記張り出した部分の端部手前まで形成されている導
電性セパレータに関する。

【００１４】また、本発明は、前記シール部材におい
て、前記金属板上の前記ガス流路の出入口を形成する部
分が、最も硬度の高い弾性材料からなることを特徴とす
る導電性セパレータに関する。

【００１５】また、本発明は、高分子電解質膜と前記高
分子電解質膜を挟む一対の電極とからなる電極電解質膜
接合体および前記導電性セパレータを交互に積層してな
る高分子電解質型燃料電池に関する。

【００１６】また、本発明は、（１）高分子電解質膜と
前記高分子電解質膜を挟む一対の電極とからなる電極電
解質膜接合体および前記導電性セパレータを交互に積層
して積層体を得る工程、（２）得られた積層体の側面の
うち、前記導電性セパレータの前記金属板から張り出し
た部分が露出している側面全体にシール用接着剤を塗布
する工程、（３）前記シール用接着剤の硬化後、前記導
電性セパレータの前記金属板から張り出した部分を、前
記ガス流路の入口または出口の延長部の途中または前記
金属板と張り出した部分との境界で切除する工程、およ
び（４）張り出した部分の切除により生じた切断面のガ
ス流路の入口または出口にマニホルドを連通させるよう
にマニホルドを設置する工程からなることを特徴とする
高分子電解質型燃料電池の製造方法に関する。

【００１７】また、とくには、前記シール部材におい
て、前記金属板上の前記ガス流路の出入口を形成する部
分および張り出した部分が、最も硬度の高い弾性材料か
らなることを特徴とする高分子電解質型燃料電池の製造
方法に関する。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の高分子電解質型燃料電池
用の導電性セパレータは、金属板とシール部材とからな
る。前記金属板は、前記電極に接する面にガスを導く溝
またはリブを有しており、前記シール部材は、前記金属
板上に、前記溝またはリブと協働して前記電極にガスを
供給し、生成ガスと余剰ガスを排出するためのガス流路
および前記ガス流路の出入口を形成している。そして、
前記シール部材は、ガスが前記ガス流路から外部に漏れ
るのを防止するガスケットとしても働く。なお、前記シ
ール部材は、硬度の異なる弾性材料からなる複数の部分
を有する。

【００１９】前記シール部材は、シール機能を高める観
点から、一般に、前記ガス流路の出入口を形成しつつ金
属板の周縁部全体に設けられる。そして、前記ガス流路
の出入口を形成しているシール部材により形成された通
路が、マニホルドとセパレータとを連通するガス、さら
には冷却水の入口または出口として機能する。なお、例
えば金属板の相対する一対の縁部の一部をそれぞれ除い
た周縁部全体に、前記シール部材を貼り付ければ、シー
ル部材が設けられていない前記相対する一対の縁部の一
部が、金属板上の前記周縁部内側と金属板面外とを連通
する溝となり、最終的には、これが前記出入口となる。

【００２０】前記金属板としては、ステンレス鋼、アル
ミニウム、炭素鋼などが好ましく、一般に厚さ０．１〜
０．５ｍｍのものが用いられる。前記金属板に、ガスを
導く溝またはリブを形成する方法としては、例えばプレ
ス加工が簡便である。

【００２１】前記金属板には、導電性材料がコーティン
グされていることが好ましい。また、前記導電性材料と
しては、酸化錫などの導電性酸化物、ＴｉＮ、Ｔｉ−Ａ
ｌ−Ｎなどの導電性窒化物、ｎ型ＳｉＣなどの導電性炭
化物などが好ましい。前記コーティングの厚さは、一般
に１００Å（オングストローム）〜１μｍ程度である。

【００２２】前記シール部材は、硬度の異なる複数の弾
性材料からなることが必要である。具体的には、硬度差
が１０〜４０、さらには２０〜４０、とくには３０〜４
０となる少なくとも２種類の弾性材料からシール部材が
形成されていることが好ましい。なお、硬度差が１０未
満になると、シール機能の低下により不具合が生じる
か、または硬度不足によりガス流路の出入口の確保が困
難となり、４０を超えると、硬度の高い方の弾性材料が
脆くなる傾向がある。また、硬度の高い方は、７０〜８
０の硬度を有し、低い方は、３０〜６０、さらには３０
〜４０の硬度を有することが好ましい。また、シール機
能とガス流路の確保を両立させるという点から、前記金
属板上の前記ガス流路の出入口を形成する部分のシール
部材は、用いられている硬度の異なる複数の弾性材料の
うち、最も硬度の高い弾性材料からなることが好まし
い。

【００２３】なお、シール部材の硬度は、加硫ゴムおよ
び熱可塑性ゴムの硬さ試験方法（ＪＩＳ−Ｋ−６２５
３）で求められる。

【００２４】前記シール部材の前記金属板上における厚
さは、シール機能とガス流路の確保を両立させるという
点から、０．３ｍｍ以上であることが好ましい。シール
部材が薄くなりすぎると、ガス流路の確保が困難になる
からである。

【００２５】前記シール部材は、工程の簡便性、大量生
産に適している等の点から、射出成形によって前記金属
板の所定の箇所に形成することが好ましい。また、前記
シール部材を構成する弾性材料としては、射出成形後に
ある程度のゴム弾性を有するものを特に限定なく使用す
ることができる。なかでも、シール部材のシール機能を
高める観点から、耐水性の高いエラストマー材料が好ま
しい。以上の観点から、本発明に使用するのに適した射
出成形用材料として、主成分としてスチレン-ブタジエ
ンゴムなどのスチレン系エラストマー、フッ素ゴム、ニ
トリル系エラストマー、ガラス強化したポリエステル系
エラストマー、オレフィン系エラストマーなどを含む材
料を挙げることができる。

【００２６】前記セパレータのＭＥＡと積層して燃料電
池を組み立てる前の形態としては、燃料電池の信頼性の
向上、部品点数および電池組立工程の低減、量産時のコ
スト低減などの観点から、前記シール部材からなり、前
記ガス流路の入口または出口に対応する金属板側面を覆
って前記金属板から張り出した部分を有するものが好ま
しい。そして、前記張り出した部分には、前記金属板上
の前記ガス流路の入口および出口の延長部となる溝また
は凹部が前記張り出した部分の端部手前まで形成されて
いることが好ましい。以下、このような形態のセパレー
タを、「ガス出入口が延長され、かつ、端部が閉じられ
たセパレータ」という。なお、ガス出入口が延長され、
かつ、端部が閉じられたセパレータは、金型を用いて射
出成形用材料を金属板の所定の場所に射出成形すること
で容易に得ることができる。

【００２７】前記ガス出入口が延長され、かつ、端部が
閉じられたセパレータと、ＭＥＡとを交互に積層する
と、前記シール部材が張り出した部分が露出している積
層体の側面は、密閉された状態となる。前記側面には、
閉じた状態の前記ガス流路の入口および出口の延長部の
端部が露出することになるからである。したがって、シ
ール用接着剤を前記側面全体に塗布してシール機能を補
強する必要がある場合、マスキングなどの手間が不要と
なる。そして、積層体に隙間（たとえばＭＥＡを構成し
ているガス拡散層の周縁部付近など）を生じている場
合、前記シール用接着剤を隙間にだけ含浸させ、セパレ
ータに形成されたガスの出入口に侵入するのを防ぐこと
ができる。

【００２８】前記シール部材の張り出した部分が露出し
ている側面全体にシール用接着剤を塗布し、シール用接
着剤を硬化させた後、前記張り出した部分を、前記ガス
流路の入口および出口の延長部の途中または前記金属板
と前記張り出した部分との境界で切除すると、各切断面
には、セパレータのガス流路の入口および出口に連通す
る孔が露出する。その孔とマニホルド孔とを連通するよ
うにマニホルドを設置すれば、シール機能とガス流路の
確保をさらに確実なものとすることができる。

【００２９】

【実施例】次に、本発明を実施例に基づいて、具体的に
説明する。《実施例１》ＭＥＡの製造アセチレンブラック系カーボン粉末に、平均粒径約３０
Å（オングストローム）の白金粒子を２５重量％担持さ
せたもの（以下、触媒粉末という。）から電極を形成し
た。具体的には、前記触媒粉末をイソプロパノールに分
散させた分散液と、パーフルオロカーボンスルホン酸の
粉末をエチルアルコールに分散させた分散液とを混合
し、ペースト状にした。次に、前記ペーストを厚さ２５
０μｍのカーボン不織布の一方の面にスクリーン印刷し
て触媒反応層を形成し、電極とした。得られた電極中に
含まれる白金量は、０．５ｍｇ／ｃｍ²、パーフルオロ
カーボンスルホン酸の量は１．２ｍｇ／ｃｍ²となるよ
うに調節した。電極は、正極、負極ともに同一の構成と
した。なお、パーフルオロカーボンスルホン酸として
は、デュポン（ＤｕＰｏｎｔ）社製のＮａｆｉｏｎ
（商品名）を用いた。

【００３０】次に、得られた電極一対を、電極より一回
り大きい面積を有するプロトン伝導性高分子電解質膜
に、前記カーボン不織布上の触媒反応層が前記高分子電
解質膜の両面の中心部に接するように配した。そして、
これをホットプレスして接合し、ＭＥＡとした。ここで
は、プロトン伝導性高分子電解質膜として、前記パーフ
ルオロカーボンスルホン酸（デュポン社製のＮａｆｉｏ
ｎ）を厚さ２５μｍに製膜したものを用いた。

【００３１】導電性セパレータの製造図１に示すような長方形状で、厚さ０．３ｍｍのステン
レス鋼（ＳＵＳ３１６）板１を用いた。その中央部１０
ｃｍ×９ｃｍの領域に、約５．６ｍｍピッチ（溝幅約
２．８ｍｍ）の波状加工部を、プレス加工によって形成
した。なお、図１は、板状部品の積層後にステンレス鋼
板１の相対する一対の側部側に外部マニホルド１５を取
り付けた状態を想定した図である。すなわち、図１は、
外部マニホルド１５が配された状態を、外部マニホルド
１５のみをマニホルド孔４および４’の流路方向に対し
て垂直な断面図で表すことにより示してある。また、図
２に、ステンレス鋼板１の溝またはリブと直交する切断
面を示す。ステンレス鋼板１には、深さ約１ｍｍの溝２
および高さ約１ｍｍのリブ３が形成されている。

【００３２】次に、真空電子ビーム蒸着法により、プレ
ス加工されたステンレス鋼板１の全表面に、Ｉｎがドー
プされた厚さ０．５μｍの酸化スズの層を形成した。蒸
着は、真空度５×１０^-6ＴｏｒｒのＡｒガス雰囲気下で
基板温度３００℃で行った。

【００３３】つぎに、ステンレス鋼板１の両面の周縁部
に、それぞれ所定の構造となるように、硬度の異なる２
種類のフッ素ゴムからなるシール部材を設けた。シール
部材の形成は射出成形により行った。

【００３４】水素ガス流路セパレータの水素ガス流路となる面に硬度の異なる２種
類のフッ素ゴムからなるシール部材を設けた状態を図３
に示す。ステンレス鋼板１の相対する２対の縁部のう
ち、部品の積層後にマニホルドと接することとなる側の
１対の縁部には、シール部材が設けられていない部分が
ある。この部分が、図１に示した水素が流通するマニホ
ルド孔４ａおよび４ａ’とセパレータのガス流路とを連
通させる入口６および出口６’となる。そして、入口６
および出口６’の周辺部には、ゴム硬度８０のフッ素ゴ
ムからなるシール部材５および５’がそれぞれ設けられ
ている。

【００３５】シール部材５および５’は、厚さ約１ｍ
ｍ、すなわちステンレス鋼板１に形成されている溝の深
さ（リブの高さ）とほぼ同じとした。また、入口６から
流入してくる水素が、溝を１本ずつ順次に通過するよう
に、シール部材５および５’に図３に示すような湾曲部
８および８’を形成させ、２本の隣り合う溝の端部同士
が繋がるようにした。ステンレス鋼板１の相対する他方
の縁部には、ゴム硬度６０のフッ素ゴムからなるシール
部材７（以下、シール部材７をガスケット７とよんでシ
ール部材５と区別する。）を形成した。

【００３６】空気流路セパレータの空気流路となる面に硬度の異なる２種類の
フッ素ゴムからなるシール部材を設けた状態を図４に示
す。ここでは、図１に示した空気が流通するマニホルド
孔４ｂおよび４ｂ’とセパレータのガス流路とを連通さ
せるように入口６および出口６’を形成し、６本の隣り
合う溝の端部同士が繋がるように、ゴム硬度８０のシー
ル部材５および５’に湾曲部８および８’を形成させた
こと以外は、前記水素ガス流路となる面と同様の構造と
した。空気側と水素ガス側とで構造を変えているのは、
空気側と水素ガス側とでは、ガス流量が２５倍程度も異
なるからである。すなわち、ガス流量に応じてガス流路
の構造を変えることにより、最適なガス流速とガス圧損
に調節することが可能である。

【００３７】冷却水流路セパレータの冷却水流路となる面に硬度の異なる２種類
のフッ素ゴムからなるシール部材を設けた状態を図５に
示す。ここでは、図１に示した冷却水が流通するマニホ
ルド孔４ｃおよび４ｃ’とセパレータのガス流路とを連
通させるように入口６および出口６’を形成し、全ての
溝の端部同士がつながるようにゴム硬度８０のシール部
材５および５’を設けたこと以外は、前記水素ガス流路
となる面と同様の構造とした。

【００３８】高分子電解質型燃料電池の製造図６に示すように、各セパレータとＭＥＡ１２とを積層
した。図６には、積層体の構造が理解しやすいように、
各流路を流れる水素Ａ、酸素Ｂおよび冷却水Ｃが概念的
に示されている。このとき、水素ガス流路９と空気流路
１０とが、ＭＥＡを挟んで対向するようにセパレータを
配し、電極に過剰な剪断力がかからないようにした。ま
た、２セルごとに冷却水流路１１を設けた。

【００３９】ＭＥＡ１２を５０セル積層した後、集電板
と絶縁板を介してステンレス製の端板と締結ロッドで２
０ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で積層体を締結し、外部マニホ
ルド１５を前記積層体のガス等の流路の入口側および出
口側にそれぞれ設置し、高分子電解質型燃料電池を完成
した。なお、締結圧力が小さすぎると、ガスがリークし
たり、接触抵抗が大きくなって電池性能が低化し、大き
すぎると、電極が破損したり、セパレータが変形したり
するので、電池の構造に応じて締結圧力を変えることが
重要である。

【００４０】高分子電解質型燃料電池の評価得られた高分子電解質型燃料電池を８５℃に保持し、一
方の電極側に８３℃の露点となるよう加湿・加温した水
素ガスを、もう一方の電極側に７８℃の露点となるよう
に加湿・加温した空気を供給した。その結果、電流を外
部に出力しない無負荷時には、５０Ｖの電池開放電圧を
得た。この電池の燃料利用率８０％、酸素利用率４０％
および電流密度０．５Ａ／ｃｍ²の条件における出力特
性を調べた。

【００４１】《比較例１》シール部材５および５’およ
びガスケット７を、ともにゴム硬度６０のフッ素ゴムで
形成したこと以外、実施例１と同様の電池を製造し、実
施例１と同様に評価した。

【００４２】《比較例２》シール部材５および５’およ
びガスケット７を、ともにゴム硬度８０のフッ素ゴムで
形成したこと以外、実施例１と同様の電池を製造し、実
施例１と同様に評価した。

【００４３】評価結果実施例１および比較例１、２の各電池の出力特性をそれ
ぞれ１００個ずつ評価した。その結果、比較例１の電池
は、電圧のバラツキ幅が約１００ｍＶであったのに対
し、実施例１の電池は、電圧のバラツキ幅が約５０ｍＶ
であった。なお、比較例２の電池は、セパレータのフッ
素ゴムが脆くなりやすく、燃料電池を安定して製造する
ことが困難であったため、得られた電池の性能が低く、
バラツキも最も大きかった。

【００４４】《実施例２》ゴム硬度８０のフッ素ゴムの
代わりに、ゴム硬度８０のスチレン系エラストマー（Ｓ
ＢＲ）のシール部材５および５’を形成し、ゴム硬度６
０のフッ素ゴムの代わりに、ゴム硬度６０のスチレン系
エラストマーのシール部材（ガスケット）７を形成した
こと以外は、実施例１と同様の構造の電池を製造し、同
様に評価した。

【００４５】《比較例３》シール部材５および５’およ
びガスケット７を、ゴム硬度６０のフッ素ゴムの代わり
に、ゴム硬度６０のスチレン系エラストマー（ＳＢＲ）
で形成したこと以外、比較例１と同様の構造の電池を製
造し、実施例１と同様に評価した。

【００４６】《比較例４》シール部材５および５’およ
びガスケット７を、ゴム硬度８０のフッ素ゴムの代わり
に、ゴム硬度８０のスチレン系エラストマー（ＳＢＲ）
で形成したこと以外、比較例２と同様の構造の電池を製
造し、実施例１と同様に評価した。

【００４７】評価結果実施例２および比較例３、４の各電池の出力特性をそれ
ぞれ１００個ずつ評価した。その結果、実施例１および
比較例１、２の電池同士を比較した場合と同様の傾向が
見られた。すなわち、比較例３の電池は、性能のバラツ
キが大きかったが、実施例２の電池は、性能のバラツキ
が小さかった。また、比較例４の電池は、セパレータの
スチレン系エラストマーが脆くなりやすく、燃料電池を
安定して製造することが困難であった。なお、前記各実
施例および各比較例では外部マニホルド型の燃料電池を
製造したが、内部マニホルド型であっても同様の傾向が
見られると考えられる。

【００４８】《実施例３》導電性セパレータの製造実施例１および２では、入口６および出口６’がマニホ
ルド孔４および４’と連通した状態のセパレータを製造
したが、本実施例では、先述したような、ガス出入口が
延長され、かつ、端部が閉じられたセパレータ、すなわ
ち、入口６および出口６’が延長され、かつ、端部が閉
じられたセパレータを製造した。

【００４９】図７〜９は、その構造の一部を、セパレー
タ面に向かって上部から見た図である。図７は水素ガス
流路、図８は空気流路、図９は冷却水流路となる面に、
それぞれ硬度の異なる２種類のフッ素ゴム５および７か
らなるシール部材を設けた状態を示している。ステンレ
ス鋼板１の一対の縁部から張り出した部分１４および１
４’は、ステンレス鋼板１の側面を覆っており、ガス等
の入口６および出口６’の延長部１３および１３’を形
成している。なお、図７〜９の各図は、前記一対の縁部
のうち、ガス等の入口６の延長部１３を有する側だけを
表している。また、シール部材が形成されている状態を
理解しやすくするために、図１０には、代表として図９
におけるシール部材のみを示している。

【００５０】ステンレス鋼板１上に設けられているシー
ル部材５の厚さは約１ｍｍであり、前記シール部材が張
り出した部分１４の厚さは、ステンレス鋼板１の両面に
設けられたシール部材５の厚さにステンレス鋼板１の厚
さを足した合計となる。前記シール部材が張り出した部
分１４およびシール部材５は、ゴム硬度８０のフッ素ゴ
ムからなっており、もう１対の縁部には、ゴム硬度６０
のフッ素ゴムからなる厚さ１ｍｍのシール部材（ガスケ
ット）７が設けられている。これらのシール部材は、実
施例１で用いた射出成形用材料と同じ材料を射出成形し
て設けたものである。

【００５１】高分子電解質型燃料電池の製造前記セパレータと実施例１で用いたのと同じＭＥＡと
を、実施例１の電池と同数づつ同じ順序で積層した。す
なわち、水素ガス流路と空気流路とが、ＭＥＡを挟んで
対向するようにセパレータを配し、電極に過剰な剪断力
がかからないようにした。また、２セルごとに冷却水流
路を設けた。そして、ＭＥＡを５０セル積層した後、集
電板と絶縁板を介してステンレス鋼製の端板と締結ロッ
ドで２０ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で積層体を締結した。

【００５２】その後、積層体の前記シール部材が張り出
した部分１４および１４’が露出している側面全体に液
状のシール用接着剤を塗布し、前記側面付近のカーボン
不織布や板状部品同士の間に生じているわずかな隙間に
前記シール用接着剤を含浸させた。その際、カーボン不
織布には、壁面から５ｍｍ程度内側にまで接着剤を含浸
させた。なお、前記シール用接着剤としては、一般的な
イソブチレン系接着剤を用いた。

【００５３】シール用接着剤が硬化した後、ステンレス
鋼板１から張り出した部分１４および１４’をステンレ
ス鋼板１との境界面で切除した。続いて、切断面に所定
のマニホルドを所定の方法で設置して、マニホルド孔と
セパレータに形成されたガス等の入口６および出口６’
とを連通させ、高分子電解質型燃料電池を完成した。

【００５４】得られた電池を実施例１と同様の方法で評
価したところ、実施例１の電池と、ほぼ同等の良好な性
能が得られた。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、金属板と弾性材料とか
らなるハイブリッド型セパレータにおいて、シール機能
およびガス流路の確保を両立させることが可能となる。
その結果、高分子電解質型燃料電池の信頼性の向上、部
品点数および組立工程数の低減、ならびに量産時の大幅
なコスト低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１で用いた波状加工部をプレス
加工によって形成したステンレス鋼板に、断面で示した
外部マニホルドを設置した状態を示す図である。

【図２】本発明の実施例１で用いた波状加工部をプレス
加工によって形成したステンレス鋼板の溝またはリブと
直交する切断面を示す図である。

【図３】本発明の実施例１で用いた導電性セパレータの
水素ガス流路となる面に硬度の異なる２種類のフッ素ゴ
ムからなるシール部材を設けた状態を示す図である。

【図４】本発明の実施例１で用いた導電性セパレータの
空気流路となる面に硬度の異なる２種類のフッ素ゴムか
らなるシール部材を設けた状態を示す図である。

【図５】本発明の実施例１で用いた導電性セパレータの
冷却水流路となる面に硬度の異なる２種類のフッ素ゴム
からなるシール部材を設けた状態を示す図である。

【図６】本発明の実施例１の燃料電池の積層体の内部構
造を示す概念図である。

【図７】本発明の実施例３で用いた導電性セパレータの
水素ガス流路となる面に硬度の異なる２種類のフッ素ゴ
ムからなるシール部材を設けた状態を部分的に示す図で
ある。

【図８】本発明の実施例３で用いた導電性セパレータの
空気流路となる面に硬度の異なる２種類のフッ素ゴムか
らなるシール部材を設けた状態を部分的に示す図であ
る。

【図９】本発明の実施例３で用いた導電性セパレータの
冷却水流路となる面に硬度の異なる２種類のフッ素ゴム
からなるシール部材を設けた状態を部分的に示す図であ
る。

【図１０】本発明の実施例３で用いた導電性セパレータ
の冷却水流路となる面に設けられた硬度の異なる２種類
のフッ素ゴムからなるシール部材のみを部分的に示す図
である。

【符号の説明】

１ステンレス鋼板２溝３リブ４、４’ マニホルド孔５、５’ シール部材６ガス等の入口６’ ガス等の出口７シール部材（ガスケット）８、８’ 湾曲部９水素ガス流路１０空気流路１１冷却水流路１２ＭＥＡ１３延長部１４張り出し部１５外部マニホルドＡ水素Ｂ酸素Ｃ冷却水

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者羽藤一仁大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB04 BB06 CC03 CC08 CX04 CX08 EE02 EE19 HH00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高分子電解質膜と前記高分子電解質膜を
挟む一対の電極とからなる電極電解質膜接合体および前
記電極にガスを供給し、生成ガスと余剰ガスを排出する
ためのガス流路を有する導電性セパレータを積層してな
る高分子電解質型燃料電池用の導電性セパレータであっ
て、ガスを導く溝またはリブを前記電極に接する面に有
する金属板と、前記溝またはリブと協働して前記ガス流
路および前記ガス流路の出入口を形成し、かつ、ガスが
前記ガス流路から外部に漏れるのを防止するガスケット
として働くシール部材とからなり、前記金属板上の前記
シール部材が、硬度の異なる複数の弾性材料からなるこ
とを特徴とする導電性セパレータ。
【請求項２】前記シール部材が、前記金属板側面を覆
って前記金属板から張り出した部分を形成しており、前
記張り出した部分には、前記金属板上のガス流路の入口
または出口の延長部となる溝または凹部が前記張り出し
た部分の端部手前まで形成されている請求項１記載の導
電性セパレータ。
【請求項３】前記シール部材において、前記金属板上
の前記ガス流路の出入口を形成する部分が、最も硬度の
高い弾性材料からなることを特徴とする請求項１または
２記載の導電性セパレータ。
【請求項４】高分子電解質膜と前記高分子電解質膜を
挟む一対の電極とからなる電極電解質膜接合体および請
求項１〜３のいずれかに記載の導電性セパレータを交互
に積層してなる高分子電解質型燃料電池。
【請求項５】（１）高分子電解質膜と前記高分子電解
質膜を挟む一対の電極とからなる電極電解質膜接合体お
よび請求項２記載の導電性セパレータを交互に積層して
積層体を得る工程、（２）得られた積層体の側面のう
ち、前記導電性セパレータの前記金属板から張り出した
部分が露出している側面全体にシール用接着剤を塗布す
る工程、（３）前記シール用接着剤の硬化後、前記導電
性セパレータの前記金属板から張り出した部分を、前記
ガス流路の入口または出口の延長部の途中または前記金
属板と張り出した部分との境界で切除する工程、および
（４）張り出した部分の切除により生じた切断面のガス
流路の入口または出口にマニホルドを連通させるように
マニホルドを設置する工程からなることを特徴とする高
分子電解質型燃料電池の製造方法。
【請求項６】前記シール部材において、前記金属板上
の前記ガス流路の出入口を形成する部分および張り出し
た部分が、最も硬度の高い弾性材料からなることを特徴
とする請求項５記載の高分子電解質型燃料電池の製造方
法。