JP4872286B2

JP4872286B2 - Separator assembly and planar polymer electrolyte fuel cell for planar polymer electrolyte fuel cell

Info

Publication number: JP4872286B2
Application number: JP2005269248A
Authority: JP
Inventors: 徹芹澤; 泰弘内田; 裕八木
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2025-09-15
Also published as: JP2007080745A

Description

本発明は、単位セルを平面的に一方向に配列した平面型の高分子電解質型燃料電池に用いられる、燃料供給用セパレータと、酸素供給用セパレータとを、一対とする平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組みと、該セパレータを用いた面型の高分子電解質型燃料電池に関する。 The present invention relates to a planar polymer electrolyte comprising a pair of a fuel supply separator and an oxygen supply separator used in a planar polymer electrolyte fuel cell in which unit cells are arranged in one direction in a plane. The present invention relates to a separator assembly for a type fuel cell and a surface-type polymer electrolyte fuel cell using the separator.

最近、地球環境保護の観点や、水素を直接燃料として用いると有利であり、エネルギー変換効率が高いという点等から、燃料電池に対する期待が急激に高まってきている。
これまでは、宇宙開発や海洋開発に利用されてきたが、最近では、自動車のエンジンの代わりに、また、家庭用発電装置へと展開され、広く使われる可能性が大きくなった。
燃料電池は、簡単には、外部より燃料（還元剤）と酸素または空気（酸化剤）を連続的に供給し、電気化学的に反応させて電気エネルギーを取り出す装置で、その作動温度、使用燃料の種類、用途等で分類することもあるが、最近では、主に使用される電解質の種類によって、大きく、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）、アルカリ水溶液型燃料電池（ＡＦＣ）の５種類に分類されるのが一般的である。
これらは、メタン等から生成された水素ガスを燃料とするものであるが、最近では、燃料としてメタノール水溶液をダイレクトに用いるダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）も知られている。 Recently, expectations for fuel cells have increased rapidly from the standpoint of protecting the global environment, using hydrogen as a direct fuel, and having high energy conversion efficiency.
Until now, it has been used for space development and marine development, but recently, it has been expanded to be used as a power generator for home use instead of an automobile engine, and it has become more likely to be widely used.
A fuel cell is simply a device that continuously supplies fuel (reducing agent) and oxygen or air (oxidant) from the outside, and reacts electrochemically to extract electrical energy. Recently, depending on the type of electrolyte used, it is largely divided into solid oxide fuel cell (SOFC), molten carbonate fuel cell (MCFC), phosphoric acid. Generally, the fuel cell is classified into five types: a fuel cell (PAFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), and an alkaline aqueous fuel cell (AFC).
These use hydrogen gas generated from methane or the like as a fuel. Recently, a direct methanol fuel cell (DMFC) that directly uses an aqueous methanol solution as a fuel is also known.

このような中、燃料電池の中でも固体高分子膜を２種類の電極で挟み込み、更にこれらの部材をセパレータで挟んだ構成の固体高分子型燃料電池（これが高分子電解質型燃料電池のことであり、以下、ＰＥＦＣ：ＰｏｌｙｍｅｒＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＦｕｅｌＣｅｌｌとも言う）が注目されている。
このＰＥＦＣは、固体高分子膜の両側に空気極（酸素極）、燃料極（水素極）等の電極を配置して単位セルを構成し、この単位セルの両側を燃料電池用セパレータで挟んだ構成となっている。
厚さ２０μｍ〜７０μｍの高分子電解質の両側に厚さ１０μｍ〜２０μｍの触媒層からなる燃料極と空気極を形成し一体化し、触媒層外側に集電材として多孔質の支持層（カーボンペーパー、気孔率約８０％）を付し、さらに水素や酸素といった反応ガスの供給路をかねているセパレータ（仕切り板）によって挟持されている。
燃料（水素）と酸化剤（空気）が直接反応しないように、これらを隔離し、かつ燃料極で生成する水素イオン（プロトン）を空気極側まで運ぶ必要がある。
常温（１００℃以下）で作動し、固体の高分子膜中をプロトンが動く燃料電池で、固体高分子膜には、イオン交換基としてスルフォン酸基を持つパーフルオロカーボンスルフォン酸構造を持つ薄膜（厚さ５０μｍ程度）が使用でき、コンパクトな電池をつくることができる。
出力性能は、１〜３Ａ／ｃｍ²、０. ６〜２. １Ｖ／単セルで、２. １Ｗ／ｃｍ²の高出力密度が得られる。
ＰＥＦＣのセパレータとしては、現在、グラファイト板を削り出して溝加工を行なっているが、コスト的に高価なものとなっている。
そのため、樹脂にカーボンを練り込んだカーボンコンパウンドのモールド性セパレータの開発が進められているが、これは強度の点で問題がある。
また、金属製セパレータは、これらのコストの問題、強度の問題を解決するものとして期待されているが、耐食性に問題がある。
これらのセパレータは、いずれも必要に応じて、燃料ガス供給用溝、及び／または、酸化剤ガス供給用溝が形成されている。
耐食性の面からは、金メッキ等を施す形態も採られている。 Under such circumstances, a solid polymer membrane is composed of two types of electrodes sandwiched between two types of electrodes, and these members are sandwiched between separators (this is a polymer electrolyte fuel cell). Hereinafter, PEFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell) is also drawing attention.
In this PEFC, a unit cell is configured by arranging electrodes such as an air electrode (oxygen electrode) and a fuel electrode (hydrogen electrode) on both sides of a solid polymer membrane, and both sides of the unit cell are sandwiched between fuel cell separators. It has a configuration.
A fuel electrode and an air electrode comprising a catalyst layer having a thickness of 10 μm to 20 μm are formed and integrated on both sides of a polymer electrolyte having a thickness of 20 μm to 70 μm, and a porous support layer (carbon paper, pores) as a current collector on the outside of the catalyst layer. And a separator (partition plate) that also serves as a supply path for a reactive gas such as hydrogen or oxygen.
In order to prevent direct reaction between the fuel (hydrogen) and the oxidant (air), it is necessary to isolate them and to carry hydrogen ions (protons) generated at the fuel electrode to the air electrode side.
A fuel cell that operates at room temperature (100 ° C or less) and moves protons in a solid polymer membrane. The solid polymer membrane has a thin film (thickness) with a perfluorocarbon sulfonic acid structure that has sulfonic acid groups as ion exchange groups. Can be used, and a compact battery can be manufactured.
The output performance is 1 to 3 A / cm ² , 0.6 to 2.1 V / single cell, and a high output density of 2.1 W / cm ² can be obtained.
As a PEFC separator, a graphite plate is currently cut out and grooved, but it is expensive in terms of cost.
For this reason, development of a carbon compound moldable separator in which carbon is kneaded into a resin is in progress, but this is problematic in terms of strength.
In addition, metal separators are expected to solve these cost problems and strength problems, but there is a problem in corrosion resistance.
Each of these separators is formed with a groove for supplying fuel gas and / or a groove for supplying oxidant gas as required.
From the aspect of corrosion resistance, a form in which gold plating or the like is applied is also employed.

このＰＥＦＣについては、固体高分子膜の両側に、それぞれ、電極を配置した単位セルを複数個積層し、これらを電気的に接続して構成されるスタック構造のものが、一般的である。
この構造の場合、一般に燃料電池用セパレータの一方の側面には隣接する一方の単位セルに燃料ガスを供給する為の燃料ガス用溝が形成され、他方の側面には隣接する他方の単位セルに酸化剤ガスを供給する為の酸化剤ガス用溝が形成されている。
このようなセパレータでは、セパレータ面に沿って、燃料ガス、酸化剤ガスが供給される。 The PEFC generally has a stack structure in which a plurality of unit cells each having an electrode are stacked on both sides of a solid polymer film and electrically connected to each other.
In the case of this structure, a fuel gas groove for supplying fuel gas to one adjacent unit cell is generally formed on one side surface of the separator for a fuel cell, and the other unit cell adjacent to the other side cell is formed on the other side surface. An oxidant gas groove for supplying oxidant gas is formed.
In such a separator, fuel gas and oxidant gas are supplied along the separator surface.

ＰＥＦＣとしては、このスタック構造の他に、固体高分子膜の両側に、それぞれ、電極を配置した単位セルを複数個を平面状にし、これらを電気的に接続して構成される平面型のものが、最近では、起電力をそれほど必要としないで、平面型で、できるだけ薄い事が要求される、携帯端末用の電源としての用途から、その開発、改良が盛んに行われている。
しかし、平面状に単位セルを複数配列させ、これらを電気的に接続する平面型の場合には、燃料及び酸素の供給が場所により不均一となるという問題もあった。
そこで、この燃料供給の不均一性を改善するために、膜電極複合体（ＭＥＡ）に接しているセパレータの面に対して、垂直方向に多数の貫通孔を形成し、この貫通孔から燃料及び酸素を供給する構造のセパレータが考えられている。（特許文献１参照）
尚、ここでは、燃料電池の燃料供給側セパレータと酸素供給側のセパレータとの間に位置する電極部を含む複合体、例えば、順に、集電体層、燃料電極、高分子電解質、酸素極、集電体層が積層されてなる膜等のような複合体を、膜電極複合体（ＭＥＡ）と言う。
特開２００３−２０３６４７号公報本願出願人は、特願２００４−２９２２６８号（特許文献２）等にて、このような、平面型のＰＦＥＣおよびこれに用いられる平面型のセパレータを提案している。特願２００４−２９２２６８号 In addition to this stack structure, the PEFC is a planar type constructed by arranging a plurality of unit cells each having electrodes arranged on both sides of a solid polymer film and electrically connecting them. In recent years, however, development and improvement have been actively made for use as a power source for a portable terminal, which requires a thin electromotive force without requiring an electromotive force so much.
However, in the case of a planar type in which a plurality of unit cells are arranged in a plane and are electrically connected, there is a problem that the supply of fuel and oxygen becomes uneven depending on the location.
Therefore, in order to improve the non-uniformity of the fuel supply, a large number of through holes are formed in the direction perpendicular to the surface of the separator in contact with the membrane electrode assembly (MEA). A separator having a structure for supplying oxygen is considered. (See Patent Document 1)
Here, a composite including an electrode portion positioned between the fuel supply side separator and the oxygen supply side separator of the fuel cell, for example, a current collector layer, a fuel electrode, a polymer electrolyte, an oxygen electrode, A composite such as a film formed by stacking current collector layers is referred to as a membrane electrode composite (MEA).
JP, 2003-203647, A The applicant of this application has proposed such a plane type PFEC and a plane type separator used for it in Japanese Patent Application No. 2004-292268 (patent documents 2). Japanese Patent Application No. 2004-292268

このような、平面型のＰＥＦＣについて、ここでは、図５に示すような、平面型の、燃料としてメタノール水溶液をダイレクトに用いる、ダイレクトメタノール型の燃料電池（ＤＭＦＣ）を挙げて、簡単に説明しておく。
図５は、１対の燃料供給側セパレータ２０および酸素供給側セパレータ３０を組み込んだ平面型のＰＥＦＣ（高分子電解質型燃料電池）１０の例を示す構成図で、図６は、図５に示される平面型のＰＥＦＣの各部材を離間させた状態を示した図である。
図５において、ＰＥＦＣ（高分子電解質型燃料電池）１０は、膜電極複合体（ＭＥＡ）４０が１対の燃料供給側セパレータ２０および酸素供給側セパレータ３０で挟持された電池本体１０Ａと、ケース体６０を備えている。 Such a planar PEFC will be briefly described with reference to a planar methanol fuel cell (DMFC) directly using a methanol aqueous solution as a fuel as shown in FIG. Keep it.
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a planar PEFC (polymer electrolyte fuel cell) 10 incorporating a pair of fuel supply side separator 20 and oxygen supply side separator 30, and FIG. 6 is shown in FIG. It is the figure which showed the state which spaced apart each member of the planar type PEFC.
In FIG. 5, a PEFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell) 10 includes a battery body 10A in which a membrane electrode assembly (MEA) 40 is sandwiched between a pair of a fuel supply side separator 20 and an oxygen supply side separator 30, and a case body. 60.

電池本体１０Ａでは、燃料供給側セパレータ２０と酸素供給側セパレータ３０とが接続用ヒンジ部（図示していない）で折り曲げられて、燃料供給側セパレータ２０および酸素供給側セパレータ３０の各絶縁性枠体２３、３３が膜電極複合体（ＭＥＡ）４０に対向するように配置されている。
また、燃料供給側セパレータ２０および酸素供給側セパレータ３０の集電部２１Ａ、３１Ａが、カーボンペーパー５１、５２を介して膜電極複合体（ＭＥＡ）４０に当接している。
また、膜電極複合体（ＭＥＡ）４０は、燃料供給側セパレータ２０側に燃料極側触媒層４３を備え、酸素供給側セパレータ３０に酸素極側触媒層４４を備えている。
尚、ここでは、図６に示すように、燃料供給側セパレータ２０および酸素供給側セパレータ３０は、それぞれ、一対の枠体２２、２３、および枠体３２、３３により挟持されているが、膜電極複合体（ＭＥＡ）４０側の枠体２３、３３はセル領域全体を開口しているが、その外側の枠体２２、３２、は集電部２１Ａ、３１Ａの密着性を良くするために、集電部２１Ａ、３１Ａを押さえることができるように貫通部２２ａ、３２ａを設けている。
図５、図６に示す燃料供給側のセパレータ２０の導電性基板２１（３１）は、図７に示す斜視図のように、その両側の枠体２２、２３と積層される。
この場合、セル領域全体を開口しているの枠体２３が膜電極複合体（ＭＥＡ）４０側である。
図７の各部を離間して示した斜視図は、図８のようになる。
酸素供給側のセパレータ３０についても、基本的に同様で、導電性基板３１は、図７に示す斜視図のように、その両側の枠体３２、３３と積層される。
そして、セル領域全体を開口しているの枠体３３を膜電極複合体（ＭＥＡ）４０側として積層している。 In the battery main body 10 </ b> A, the fuel supply side separator 20 and the oxygen supply side separator 30 are bent at connecting hinge portions (not shown), and the respective insulating frames of the fuel supply side separator 20 and the oxygen supply side separator 30 are. 23 and 33 are arranged to face the membrane electrode assembly (MEA) 40.
In addition, current collectors 21 </ b> A and 31 </ b> A of the fuel supply side separator 20 and the oxygen supply side separator 30 are in contact with the membrane electrode assembly (MEA) 40 through the carbon paper 51 and 52.
The membrane electrode assembly (MEA) 40 includes a fuel electrode side catalyst layer 43 on the fuel supply side separator 20 side, and an oxygen electrode side catalyst layer 44 on the oxygen supply side separator 30.
Here, as shown in FIG. 6, the fuel supply side separator 20 and the oxygen supply side separator 30 are sandwiched between a pair of frame bodies 22 and 23 and frame bodies 32 and 33, respectively. The frame bodies 23 and 33 on the side of the composite (MEA) 40 open the entire cell region, but the outer frame bodies 22 and 32 are arranged in order to improve the adhesion of the current collectors 21A and 31A. The through portions 22a and 32a are provided so that the electric portions 21A and 31A can be pressed.
The conductive substrate 21 (31) of the separator 20 on the fuel supply side shown in FIGS. 5 and 6 is laminated with the frame bodies 22 and 23 on both sides thereof as shown in the perspective view of FIG.
In this case, the frame body 23 that opens the entire cell region is the membrane electrode assembly (MEA) 40 side.
FIG. 8 is a perspective view showing the parts in FIG. 7 apart from each other.
The same applies to the separator 30 on the oxygen supply side, and the conductive substrate 31 is laminated with frame bodies 32 and 33 on both sides thereof as shown in the perspective view of FIG.
And the frame 33 which has opened the whole cell area | region is laminated | stacked as the membrane electrode assembly (MEA) 40 side.

これにより、３個の単位セル８１、８２、８３が平面的に配列されたものとなっている。
そして、３個の単位セル８１、８２、８３間の集電部３１Ａ（単位導電性基板３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）と集電部２１Ａ（単位導電性基板２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）は、接続用ヒンジ部（図示していない）等を介して電気的に接続されている。
尚、ここで、接続用ヒンジ部は、絶縁性の樹脂で覆って絶縁性の被覆を施してもよい。また、上述の電池本体１０Ａは、膜電極複合体（ＭＥＡ）４０の周辺端部は、各セパレータ２０、３０の外周の枠部にシール部材７０を介して挟持されている。
そして、電池本体１０Ａは、固定用ボルト９０を用いてケース体６０にシール部材７０を介して固定されている。 Thus, the three unit cells 81, 82, 83 are arranged in a plane.
The current collector 31A (unit conductive substrates 31a, 31b, 31c) and the current collector 21A (unit conductive substrates 21a, 21b, 21c) between the three unit cells 81, 82, 83 are connected hinges. It is electrically connected via a part (not shown).
Here, the connecting hinge portion may be covered with an insulating resin to provide an insulating coating. Further, in the battery main body 10A described above, the peripheral end portion of the membrane electrode assembly (MEA) 40 is sandwiched between the outer peripheral frame portions of the separators 20 and 30 via the seal member 70.
The battery body 10 </ b> A is fixed to the case body 60 via the seal member 70 using fixing bolts 90.

また、単位セル８１を構成する酸素供給側セパレータ３０の単位導電性基板３１ａに接続している電極端子３７を備えている。
また、単位セル８３を構成する燃料供給側セパレータ２０の単位導電性基板２３ａに接続している電極端子２７を備えている。
これにより、以下のように３個の単位セル８１、８２、８３が、接続用ヒンジ部による接続を含めて、電気的に直列に接続されたものとなる。 Further, an electrode terminal 37 connected to the unit conductive substrate 31a of the oxygen supply side separator 30 constituting the unit cell 81 is provided.
Further, an electrode terminal 27 connected to the unit conductive substrate 23 a of the fuel supply side separator 20 constituting the unit cell 83 is provided.
As a result, the three unit cells 81, 82, and 83 are electrically connected in series including the connection by the connecting hinge portion as follows.

このようなＰＥＦＣ（高分子電解質型燃料電池）１０は、３個の単位セル８１、８２、８３が接続用ヒンジ部により接続されており、別途、接続部材による接続工程が不要であり、かつ、接触抵抗が極めて少なく発電特性の高いものとなっている。
ＰＥＦＣを作製する際に、手間をかけずにヒンジを配設するため、従来、このような接続用ヒンジ部の形成は、各セパレータ２０、３０の単位導電性基板２１ａ〜２１ｃ、３１ａ〜３１ｃを、エッチング加工等により作製する際に、これらとともに、接続用ヒンジ部形成部を一体的に接続して形成していた。
しかし、このようにして作製された、接続用のヒンジは、ＰＥＦＣを作製する際の繰り返しの曲げに耐えることができないという問題があった。
このため、該接続用ヒンジ部形成部の所定部を更に金型プレスにて薄化して、曲がり易く形成することも行われたが、この場合は、接続用ヒンジ自体の作製に、エッチング加工等の外形加工の他に金型プレスによる薄化工程を行う必要があり、手間がかかり、問題となっていた。 In such a PEFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell) 10, three unit cells 81, 82, 83 are connected by a connecting hinge portion, and there is no need for a connecting step using a connecting member, and The contact resistance is extremely low and the power generation characteristics are high.
In order to arrange the hinges without taking time when manufacturing the PEFC, conventionally, the connection hinge portions are formed by connecting the unit conductive substrates 21 a to 21 c and 31 a to 31 c of the separators 20 and 30. When manufacturing by etching or the like, the connection hinge part forming part is integrally connected together with these.
However, the connecting hinge manufactured in this way has a problem that it cannot withstand repeated bending when manufacturing the PEFC.
For this reason, the predetermined part of the connecting hinge part forming part is further thinned by a die press to be easily bent, but in this case, the connecting hinge itself is manufactured by etching or the like. In addition to the outer shape processing, it is necessary to perform a thinning process by a die press, which is troublesome and problematic.

上記のように、近年、燃料電池の開発、適用がますます進み、最近では、起電力をそれほど必要としないで、平面型で、できるだけ薄い事が要求される、携帯端末用の電源としての用途から、平面型のＰＥＦＣの開発、改良が盛んに行われている。
このような中、平面型のＰＥＦＣにおいては、燃料供給側セパレータと酸素供給側セパレータを電気的に接続する接続用のヒンジが用いられているが、従来のエッチング加工等による各セパレータ部材の作製の際に接続用のヒンジ部形成部を形成した場合には、ヒンジ部形成部が繰り返しの曲げに耐性が少ないという問題があり、また、更にヒンジ部形成部の所定部を金型プレスにより薄化する方法では、エッチング加工等の外形加工の他に薄化工程を行うことが必要で、手間がかかという問題があり、これらの対応が求められていた。
本発明はこれに対応するもので、具体的には、単位セルを平面的に一方向に配列した平面型の高分子電解質型燃料電池に用いられる、燃料供給用セパレータと、酸素供給用セパレータとを、一対とするセパレータ組みであって、燃料供給用セパレータと酸素供給用セパレータとに、従来の接続用のヒンジ部に代わり、接続を容易に行える接続部で、且つ、簡単に手間をかけずに、形成することができ、更にＰＥＦＣを作製する際の繰り返しの曲げに耐性がある接続部を備えた、セパレータ組みを提供しようとするものである。
更に、各セパレータ用部材に互換性を持たせたセパレータ組みを提供しようとするものである。
また、燃料供給用セパレータと酸素供給用セパレータとに互換性を持たせたセパレータ組みを提供しようとするものである。
更には、そのような、セパレータ組みを用いた平面型の高分子電解質型燃料電池を提供しようとするものである。 As described above, in recent years, the development and application of fuel cells have progressed more and more, and recently, the use as a power source for mobile terminals, which requires flat electromotive force and is as thin as possible without requiring much electromotive force. Since then, the development and improvement of planar PEFC has been actively conducted.
Under such circumstances, in the planar type PEFC, a connecting hinge for electrically connecting the fuel supply side separator and the oxygen supply side separator is used. However, each separator member is manufactured by conventional etching processing or the like. If the connecting hinge part forming part is formed, there is a problem that the hinge part forming part is less resistant to repeated bending, and the predetermined part of the hinge part forming part is further thinned by a die press. In this method, it is necessary to perform a thinning process in addition to the outer shape processing such as etching processing, and there is a problem that it takes time and effort, and these measures have been required.
The present invention corresponds to this, and specifically, a fuel supply separator, an oxygen supply separator used in a planar polymer electrolyte fuel cell in which unit cells are planarly arranged in one direction, Is a pair of separators, which is a connection part that can be easily connected to a fuel supply separator and an oxygen supply separator in place of a conventional connection hinge part, and does not require much labor. Furthermore, the present invention intends to provide a separator assembly having a connection portion that can be formed and that is resistant to repeated bending when a PEFC is manufactured.
Furthermore, the present invention intends to provide a separator assembly in which each separator member has compatibility.
Another object of the present invention is to provide a separator assembly in which the fuel supply separator and the oxygen supply separator are compatible.
Furthermore, an object of the present invention is to provide a planar polymer electrolyte fuel cell using such a separator assembly.

本発明の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組みは、単位セルを平面的に一方向に配列した平面型の高分子電解質型燃料電池に用いられる、燃料供給用セパレータと、酸素供給用セパレータとを、一対とする平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組みであって、前記燃料供給用セパレータと酸素供給用セパレータとは、各々、燃料供給用あるいは酸素供給用の複数の貫通孔を有する単位導電性基板を空隙部を介して平面的に一方向にｎ個（ｎは２以上の整数）配列したセパレータ用部材と、該セパレータ用部材を挟持するように一体化された一対の絶縁性枠体とを備え、該一対の絶縁性枠体は、それぞれ、各セパレータ部材の単位導電性基板の配列位置に対応した所定の開口を有しているものであり、前記燃料供給用セパレータ、酸素供給用セパレータの一方のセパレータ用部材は、そのｎ個の単位導電性基板のうち、配列した方向の一方側の端の１番目から（ｎ−１）番目の単位導電性基板には、その配列方向と直交する方向側に突出した接続用突出部を有し、且つ、該接続用突出部には、引っ掛け接続のための切り欠き部位部位を有しており、また、他方のセパレータ用部材は、そのｎ個の単位導電性基板のうち、配列した方向の前記一方側に対応する側の端の２番目からｎ番目の単位導電性基板には、その配列方向と直交する方向側に突出した接続用突出部を有し、且つ、該接続用突出部には、引っ掛け接続のための切り欠き部位を有しており、更に、前記一方のセパレータ用部材を形成するｋ番目（ｋ＝１〜（ｎ−１））の単位導電性基板の接続用突出部の切り欠き部位と、前記他方のセパレータ用部材を形成するｋ＋１番目の単位導電性基板の接続用突出部の切り欠き部位とは、前記平面型の高分子電解質型燃料電池に供せられる場合に、互いに引っ掛かる状態に合わさる形状、位置に設けられていることを特徴とするものである。
そして、上記の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組みであって、前記燃料供給用セパレータと酸素供給用セパレータの一方のセパレータ用部材は、ｎ個の単位導電性基板のうち、配列した方向の前記一方の端の１番目から（ｎ−１）番目までの単位導電性基板は、ｎの昇順方向の隣接する単位導電性基板方向に張り出している張出部を隅部に有し、２番目からｎ番目までの単位導電性基板は、隣接する単位導電性基板の前記張出部に対応し、かつ、前記張出部との間に空隙部が形成される形状の切り欠き部位を隅部に有し、前記張出部に前記接続用突出部を有しており、他方のセパレータ用部材は、ｎ個の単位導電性基板のうち、配列した方向の前記一方の端の２番目からｎ番目までの単位導電性基板は、ｎの降順方向の隣接する単位導電性基板方向に張り出している張出部を隅部に有し、１番目から（ｎ−１）番目までの単位導電性基板は、隣接する単位導電性基板の前記張出部に対応し、かつ、前記張出部との間に空隙部が形成される形状の切り欠き部位を隅部に有し、前記張出部に前記接続用突出部を前記配列方向と直交する方向に突出して有していることを特徴とするものである。
そしてまた、上記いずれかの平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組みであって、平面型の高分子電解質型燃料電池に供せられる場合に、互いに引っ掛かる状態に合わさる、前記燃料供給用セパレータの接続用突出部と酸素供給用セパレータの接続用突出部とは、前記配列方向における位置を隣接する単位導電性基板の境界延長線上にあり、且つ、該境界延長線に対して対称となる形状であることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組みであって、前記燃料供給用セパレータと酸素供給用セパレータとを、同じくして、互換性をもたせていることを特徴とするものである。 The separator assembly for a planar polymer electrolyte fuel cell according to the present invention includes a fuel supply separator and an oxygen supply used in a planar polymer electrolyte fuel cell in which unit cells are arranged in one direction in a plane. A separator assembly for a planar polymer electrolyte fuel cell having a pair of separators for fuel, wherein each of the fuel supply separator and the oxygen supply separator includes a plurality of fuel supply or oxygen supply separators. A separator member in which n unit conductive substrates having through holes are arranged in one direction in a plane through a gap portion (n is an integer of 2 or more) and a separator member are integrated so as to sandwich the separator member. A pair of insulating frames, each of the pair of insulating frames having predetermined openings corresponding to the arrangement positions of the unit conductive substrates of each separator member, and the fuel supply for One separator member of the separator and oxygen supply separator is the first to (n-1) th unit conductive substrate at one end in the arrangement direction among the n unit conductive substrates. The connecting protrusion protruding in the direction orthogonal to the arrangement direction, the connecting protrusion having a notch portion for hook connection, and the other separator The member for the second unit to the nth unit conductive substrate at the end corresponding to the one side of the arranged direction among the n unit conductive substrates is a direction side orthogonal to the arrangement direction. And the connection protrusion has a cut-out portion for hook connection, and further forms the one separator member. = 1 to (n-1)) for connecting unit conductive substrates The cut-out portion of the protruding portion and the cut-out portion of the connecting protrusion of the (k + 1) th unit conductive substrate forming the other separator member are provided for the planar polymer electrolyte fuel cell. In such a case, it is provided in a shape and a position that match each other's hooked state.
The separator assembly for the above-described planar polymer electrolyte fuel cell, wherein one separator member of the fuel supply separator and the oxygen supply separator is an array of n unit conductive substrates. The first to (n−1) th unit conductive substrates at the one end in the above-mentioned direction have protruding portions that protrude in the direction of adjacent unit conductive substrates in the ascending direction of n at the corners. The second to nth unit conductive substrates correspond to the projecting portions of adjacent unit conductive substrates, and are notched portions having a shape in which a gap is formed between the unit conductive substrates. At the corner, and the projecting portion for connection at the projecting portion, and the other separator member is the two of the n unit conductive substrates at the one end in the arranged direction. Nth to nth unit conductive substrates are adjacent to n in descending direction The unit conductive substrate from the first to the (n−1) th corresponds to the projecting portion of the adjacent unit conductive substrate. And a notch portion having a shape in which a gap is formed between the projecting portion and the projecting portion at the corner, and the projecting connecting portion projects from the projecting portion in a direction perpendicular to the arrangement direction. It is characterized by having.
Also, any one of the above-described separators for a planar polymer electrolyte fuel cell, wherein the separator assembly for the planar polymer electrolyte fuel cell is adapted to be caught in each other when used in a planar polymer electrolyte fuel cell. The connecting protrusion of the separator and the connecting protrusion of the oxygen supply separator are located on the boundary extension line of the adjacent unit conductive substrate and are symmetrical with respect to the boundary extension line. It is characterized by a shape.
Also, any one of the above-described separators for a planar polymer electrolyte fuel cell, characterized in that the fuel supply separator and the oxygen supply separator are similarly compatible. To do.

本発明の平面型の高分子電解質型燃料電池用は、単位セルを平面的に配列した平面型の高分子電解質型燃料電池であって、請求項１ないし２に記載の、平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組みを用いたもので、前記燃料供給用セパレータと酸素供給用セパレータの一方のセパレータ用部材の単位導電性基板から出ている接続用突出部の切り欠き部位と、他方のセパレータ用部材の単位導電性基板から出ている接続用突出部の切り欠き部位とを、互いに引っ掛かる状態に合わせて、ｎ個の単位セルを電気的に直列に接続していることを特徴とするものである。 The planar polymer electrolyte fuel cell according to the present invention is a planar polymer electrolyte fuel cell in which unit cells are planarly arranged. The planar polymer electrolyte according to claim 1, A separator assembly for an electrolyte type fuel cell, wherein the fuel supply separator and the oxygen supply separator have a notch portion of a connecting protrusion protruding from a unit conductive substrate of one separator member, and the other The n unit cells are electrically connected in series so that the notch portions of the connecting protrusions protruding from the unit conductive substrate of the separator member are connected to each other. To do.

本発明の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組みは、このような構成にすることにより、単位セルを平面的に一方向に配列した平面型の高分子電解質型燃料電池に用いられる、燃料供給用セパレータと、酸素供給用セパレータとを、一対とするセパレータ組みであって、燃料供給用セパレータと酸素供給用セパレータとに、従来の接続用のヒンジ部に代わり、接続を容易に行える接続部で、且つ、簡単に手間をかけずに、形成することができ、更に、ＰＥＦＣを作製する際の繰り返しの曲げに耐えることができる接続部を備えた、セパレータ組みの提供を可能としている。
これにより、更には、そのような、セパレータ組みを用いた平面型の高分子電解質型燃料電池の提供を可能とするものである。
具体的には、燃料供給用セパレータと酸素供給用セパレータとは、各々、燃料供給用あるいは酸素供給用の複数の貫通孔を有する単位導電性基板を空隙部を介して平面的に一方向にｎ個（ｎは２以上の整数）配列したセパレータ用部材と、該セパレータ用部材を挟持するように一体化された一対の絶縁性枠体とを備え、該一対の絶縁性枠体は、それぞれ、各セパレータ部材の単位導電性基板の配列位置に対応した所定の開口を有しているものであり、前記燃料供給用セパレータ、酸素供給用セパレータの一方のセパレータ用部材は、そのｎ個の単位導電性基板のうち、配列した方向の一方側の端の１番目から（ｎ−１）番目の単位導電性基板には、その配列方向と直交する方向側に突出した接続用突出部を有し、且つ、該接続用突出部には、引っ掛け接続のための切り欠き部位部位を有しており、また、他方のセパレータ用部材は、そのｎ個の単位導電性基板のうち、配列した方向の前記一方側に対応する側の端の２番目からｎ番目の単位導電性基板には、その配列方向と直交する方向側に突出した接続用突出部を有し、且つ、該接続用突出部には、引っ掛け接続のための切り欠き部位を有しており、更に、前記一方のセパレータ用部材を形成するｋ番目（ｋ＝１〜（ｎ−１））の単位導電性基板の接続用突出部の切り欠き部位と、前記他方のセパレータ用部材を形成するｋ＋１番目の単位導電性基板の接続用突出部の切り欠き部位とは、前記平面型の高分子電解質型燃料電池に供せられる場合に、互いに引っ掛かる状態に合わさる形状、位置に設けられていることにより、これを達成している。
詳しくは、前記一方のセパレータ部材を形成するｋ番目（ｋ＝１〜（ｎ−１））の単位導電性基板の接続用突出部の切り欠き部位と、前記他方のセパレータ部材を形成するｋ＋１番目の単位導電性基板の接続用突出部の切り欠き部位とは、セパレータが平面型の高分子電解質型燃料電池に供せられる場合には、互いに引っ掛かる状態に合わさる形状、位置に設けられていることにより、平面型の高分子電解質型燃料電池に供せられる場合に、隣接するセルを順に直列に接続することを可能としている。
このような、切り欠き部位を有する接続用突出部は、燃料供給用あるいは酸素供給用の複数の貫通孔を有する単位導電性基板を作製する際に、一緒に精度良く加工することができ、生産効率の面、加工精度の面で有利であり、また、従来の接続用のヒンジ部に代わり、接続を容易に行える接続部とすることができる。
更に具体的には、前記燃料供給用セパレータと酸素供給用セパレータの一方のセパレータ用部材は、ｎ個の単位導電性基板のうち、配列した方向の前記一方の端の１番目から（ｎ−１）番目までの単位導電性基板は、ｎの昇順方向の隣接する単位導電性基板方向に張り出している張出部を隅部に有し、２番目からｎ番目までの単位導電性基板は、隣接する単位導電性基板の前記張出部に対応し、かつ、前記張出部との間に空隙部が形成される形状の切り欠き部位を隅部に有し、前記張出部に前記接続用突出部を有しており、他方のセパレータ用部材は、ｎ個の単位導電性基板のうち、配列した方向の前記一方の端の２番目からｎ番目までの単位導電性基板は、ｎの降順方向の隣接する単位導電性基板方向に張り出している張出部を隅部に有し、１番目から（ｎ−１）番目までの単位導電性基板は、隣接する単位導電性基板の前記張出部に対応し、かつ、前記張出部との間に空隙部が形成される形状の切り欠き部位を隅部に有し、前記張出部に前記接続用突出部を前記配列方向と直交する方向に突出して有している、請求項２の発明の形態を挙げることができる。
平面型の高分子電解質型燃料電池に供せられる場合に、互いに引っ掛かる状態に合わさる、前記燃料供給用セパレータの接続用突出部と酸素供給用セパレータの接続用突出部とは、前記配列方向における位置を隣接する単位導電性基板の境界延長線上にあり、且つ、該境界延長線に対して対称となる形状である請求項３の発明の形態にすることにより、燃料供給用セパレータのセパレータ用部材と酸素供給用セパレータのセパレータ用部材と、を互いに同じデザインで加工して、向きを変えて使用することができるものとしており、更に、燃料供給用セパレータと酸素供給用セパレータの枠体に互換性を持たせることにより、結局、燃料供給用セパレータと酸素供給用セパレータとを、同じくして、互換性をもたせた、請求項４の発明の形態にすることにより、セパレータ組みの、各セパレータの作製を１つのデザインに統一でき、生産面で有利となる。 The separator assembly for a planar polymer electrolyte fuel cell according to the present invention is used in a planar polymer electrolyte fuel cell in which unit cells are arranged in one direction in a plane by having such a configuration. The separator assembly is a pair of a fuel supply separator and an oxygen supply separator, and can be easily connected to the fuel supply separator and the oxygen supply separator in place of the conventional connecting hinge portion. It is possible to provide a separator assembly including a connecting portion that can be formed easily and without trouble, and that can withstand repeated bending when manufacturing a PEFC. .
This further makes it possible to provide a flat polymer electrolyte fuel cell using such a separator assembly.
Specifically, each of the fuel supply separator and the oxygen supply separator includes a unit conductive substrate having a plurality of through holes for fuel supply or oxygen supply in one direction in a plane through a gap. (N is an integer of 2 or more) arranged separator members, and a pair of insulating frames integrated so as to sandwich the separator members, the pair of insulating frames, Each separator member has a predetermined opening corresponding to the arrangement position of the unit conductive substrates, and one separator member of the fuel supply separator and the oxygen supply separator has n unit conductives. Among the conductive substrates, the first to (n-1) th unit conductive substrate at one end in the arranged direction has a connecting protruding portion protruding in the direction orthogonal to the arranging direction, In addition, the projecting portion for connection includes The separator member has a notch portion for hook connection, and the other separator member is an end of the n unit conductive substrates corresponding to the one side in the arranged direction. The second to nth unit conductive substrates have connection protrusions protruding in the direction orthogonal to the arrangement direction, and the connection protrusions have notch portions for hook connection. And a notch portion of the connecting protrusion of the kth (k = 1 to (n−1)) unit conductive substrate forming the one separator member, and the other separator. The notch portion of the connecting protrusion of the (k + 1) th unit conductive substrate that forms the member is a shape and a position that match each other when they are applied to the planar polymer electrolyte fuel cell. By providing this Forms.
Specifically, the notch portion of the connecting protrusion of the kth (k = 1 to (n−1)) unit conductive substrate forming the one separator member and the (k + 1) th forming the other separator member. When the separator is used in a flat polymer electrolyte fuel cell, the cutout portion of the unit conductive substrate connecting portion is provided in a shape and a position that match each other. Thus, when used in a planar polymer electrolyte fuel cell, adjacent cells can be connected in series in order.
Such a connecting protrusion having a notch portion can be processed together with high precision when producing a unit conductive substrate having a plurality of through holes for fuel supply or oxygen supply. It is advantageous in terms of efficiency and processing accuracy, and can be a connection portion that can be easily connected instead of the conventional hinge portion for connection.
More specifically, one separator member of the fuel supply separator and the oxygen supply separator is the first (n−1) of the one end of the n unit conductive substrates in the arranged direction. ) The unit conductive substrates up to the number n have overhanging portions protruding in the direction of adjacent unit conductive substrates in the ascending direction of n, and the second to nth unit conductive substrates are adjacent to each other. The unit conductive substrate has a cut-out portion corresponding to the projecting portion and formed with a gap formed between the projecting portion and the connecting portion at the projecting portion. The other separator member is the n unit conductive substrates, and the second to nth unit conductive substrates at the one end in the arrangement direction are arranged in descending order of n. Has a protruding part at the corner that protrudes in the direction of the adjacent unit conductive substrate in the direction The first to (n−1) th unit conductive substrates correspond to the projecting portions of adjacent unit conductive substrates and have a shape in which a gap is formed between the unit conductive substrates. The form of invention of Claim 2 which has a notch part in a corner | angular part and has the said protrusion part for a connection in the direction orthogonal to the said arrangement | sequence direction in the said overhang | projection part can be mentioned.
When provided in a planar type polymer electrolyte fuel cell, the connecting protrusion of the fuel supply separator and the connecting protrusion of the oxygen supply separator, which are fitted to each other, are positioned in the arrangement direction. And a separator member for a fuel supply separator according to the third aspect of the present invention, wherein the separator member is on a boundary extension line of adjacent unit conductive substrates and is symmetrical with respect to the boundary extension line. The separator for the oxygen supply separator is processed with the same design and can be used in different directions. Furthermore, the frame of the fuel supply separator and the oxygen supply separator is compatible. The fuel supply separator and the oxygen supply separator are eventually made to be compatible with each other by providing the fuel supply separator and the oxygen supply separator. By, the separator set, the manufacture of each of the separators can be unified into one design, which is advantageous in terms of production.

本発明の平面型の高分子電解質型燃料電池は、このような構成にすることにより、単位セルを平面的に一方向に配列した平面型の高分子電解質型燃料電池で、その作製において、従来の接続用のヒンジ部に代わり、接続を容易に、且つ、簡単に手間をかけずに、行える平面型の高分子電解質型燃料電池の提供を可能としている。
尚、場合によっては、この接続部により接続した部分に接触抵抗下げるために、更に、半田等の導電性材料を付けた形態としても良い。 The planar polymer electrolyte fuel cell of the present invention is a planar polymer electrolyte fuel cell in which unit cells are arranged in one direction in a planar manner by such a configuration. It is possible to provide a flat polymer electrolyte fuel cell that can be connected easily and without taking time and effort in place of the connecting hinge portion.
In some cases, a conductive material such as solder may be further added to lower the contact resistance at the portion connected by the connecting portion.

本発明は、上記のように、単位セルを平面的に一方向に配列した平面型の高分子電解質型燃料電池に用いられる、燃料供給用セパレータと、酸素供給用セパレータとを、一対とするセパレータ組みであって、燃料供給用セパレータと酸素供給用セパレータとに、従来の接続用のヒンジ部に代わり、接続を容易に行える接続部で、且つ、簡単に手間をかけずに、形成することができ、更に、ＰＥＦＣ作製する際の繰り返しの曲げに耐えることができる接続部を備えた、セパレータ組みの提供を可能とした。
特に、各セパレータ用部材に互換性を持たせたセパレータ組みの提供を可能とした。
更に、燃料供給用セパレータと酸素供給用セパレータとに互換性を持たせたセパレータ組みの提供を可能とした。
同時に、そのような、セパレータ組みを用いた平面型の高分子電解質型燃料電池の提供を可能とした。 As described above, the present invention provides a pair of a fuel supply separator and an oxygen supply separator used in a planar polymer electrolyte fuel cell in which unit cells are planarly arranged in one direction. It can be formed into a fuel supply separator and an oxygen supply separator with a connection part that can be easily connected instead of a conventional connection hinge part, and without any effort. In addition, it is possible to provide a separator assembly including a connection portion that can withstand repeated bending during PEFC fabrication.
In particular, it is possible to provide a separator assembly in which each separator member is compatible.
Furthermore, it has become possible to provide a separator assembly in which the fuel supply separator and the oxygen supply separator are compatible.
At the same time, it has become possible to provide a planar polymer electrolyte fuel cell using such a separator assembly.

本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組みの実施の形態の第１の例を示したもので、
図２（ａ）は図１に示す第１の例における酸素供給用セパレータのセパレート用部材の平面図で、図２（ｂ）は図１に示す第１の例における燃料供給用セパレータのセパレート用部材の平面図で、
図３（ａ）は本発明の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組みの実施の形態の第２の例における酸素供給用セパレータのセパレータ用部材の平面図で、図３（ｂ）は第２の例における燃料供給用セパレータのセパレータ用部材の平面図で、図４（ａ）〜図４（ｂ）は本発明の平面型の高分子電解質型燃料電池の作製工程を示した図で、図４（ｃ）は、図４（ｂ）におけるＦ０部の状態を示した図である。
尚、図１〜図３における点線矢印は配列の方向を示しており、１番目〜３番目は配列方向の順番を示している。
また、図２（ａ）、図２（ｂ）における点線四角は、対応する接続用突出部１２８、１３８の接続領域を示す。
図１〜図４中、１１０はセパレータ組み、１２０は燃料供給用セパレータ、１２１は（燃料供給用セパレータの）セパレータ用部材、１２１Ａは集電部、１２１Ｂは貫通孔、１２１ａ〜１２１ｆは単位導電性基板、１２２、１２３は枠体（絶縁性枠体とも言う）、１２３ａは開口、１２４は空隙部、１２５は張出部、１２６は切り欠き部位、１２７は端子電極、１２８、１２８ａは接続用突出部、１２９、１２９ａは切り欠き部位、１３０は酸素供給用セパレータ、１３１は（酸素供給用セパレータの）セパレータ用部材、１３１Ａは集電部、１３１Ｂは貫通孔、１３１ａ〜１３１ｆは単位導電性基板、１３２、１３３は枠体（絶縁性枠体とも言う）、１３２ａは開口、１３４は空隙部、１３５は張出部、１３６は切り欠き部位、１３７は端子電極、１３８、１３８ａは接続用突出部、１３９、１３９ａは切り欠き部位、１４０は膜電極複合体（ＭＥＡ）である。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a first example of an embodiment of a separator assembly for a planar polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.
2A is a plan view of the separation member of the oxygen supply separator in the first example shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a separation view of the fuel supply separator in the first example shown in FIG. In the plan view of the member,
FIG. 3A is a plan view of a separator member for an oxygen supply separator in the second example of the embodiment of the separator assembly for a planar polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, and FIG. FIG. 4A is a plan view of a separator member of a fuel supply separator in the second example, and FIGS. 4A to 4B are diagrams showing a manufacturing process of a planar polymer electrolyte fuel cell of the present invention. FIG. 4C is a diagram showing the state of the F0 portion in FIG.
1 to 3 indicate the direction of arrangement, and the first to third indicate the order of the arrangement direction.
2A and 2B indicate the connection areas of the corresponding connection protrusions 128 and 138. In FIG.
1-4, 110 is a separator assembly, 120 is a fuel supply separator, 121 is a separator member (of the fuel supply separator), 121A is a current collector, 121B is a through hole, and 121a to 121f are unit conductivity. Substrate 122, 123 is a frame (also called an insulating frame), 123a is an opening, 124 is a gap, 125 is an overhang, 126 is a notch, 127 is a terminal electrode, and 128 and 128a are projections for connection. 129, 129a are notched portions, 130 is an oxygen supply separator, 131 is a separator member (of the oxygen supply separator), 131A is a current collector, 131B is a through hole, 131a to 131f are unit conductive substrates, 132 and 133 are frames (also referred to as insulating frames), 132a is an opening, 134 is a gap, 135 is an overhang, 136 is a notch, and 137 is an end. Electrodes, 138,138A protruding portions for connection, 139,139A a portion cut away, the 140 is a membrane electrode assembly (MEA).

はじめに、本発明の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組みの実施の形態の第１の例を図１に基づいて説明する。
第１の例の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組み１１０は、単位セルを平面的に一方向に配列した平面型の高分子電解質型燃料電池に用いられる、燃料供給用セパレータ１２０と、酸素供給用セパレータ１３０とを、一対とするセパレータ組みである。
燃料供給用セパレータ１２０は、燃料供給用の複数の貫通孔を有する単位導電性基板を空隙部を介して平面的に一方向に３個配列したセパレータ用部材１２１（図２参照）と、該セパレータ用部材１２１を挟持するように一体化された一対の絶縁性枠体１２２、１２４とを備え、該一対の絶縁性枠体は、それぞれ、セパレータ用部材１２１の単位導電性基板の配列位置に対応した所定の開口を有しているものである。
酸素供給用セパレータ１３０は、酸素供給用の複数の貫通孔を有する単位導電性基板を空隙部を介して平面的に一方向に３個配列したセパレータ用部材１３１（図２参照）と、該セパレータ用部材１３１を挟持するように一体化された一対の絶縁性枠体１３２、１３４とを備え、該一対の絶縁性枠体は、それぞれ、セパレータ用部材１３１の単位導電性基板の配列位置に対応した所定の開口を有しているものである。 First, a first example of an embodiment of a separator assembly for a planar polymer electrolyte fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIG.
The separator assembly 110 for a planar polymer electrolyte fuel cell of the first example is a fuel supply separator 120 used for a planar polymer electrolyte fuel cell in which unit cells are arranged in one direction in a plane. And an oxygen supply separator 130 as a pair.
The fuel supply separator 120 includes a separator member 121 (see FIG. 2) in which three unit conductive substrates having a plurality of through holes for fuel supply are arranged in one direction in a plane via a gap, and the separator And a pair of insulating frames 122 and 124 integrated so as to sandwich the member 121, and the pair of insulating frames correspond to the arrangement positions of the unit conductive substrates of the separator member 121, respectively. The predetermined opening is provided.
The oxygen supply separator 130 includes a separator member 131 (see FIG. 2) in which three unit conductive substrates having a plurality of through holes for supplying oxygen are arranged in one direction in a plane via a gap, and the separator A pair of insulating frames 132 and 134 that are integrated so as to sandwich the member 131, and the pair of insulating frames correspond to the arrangement positions of the unit conductive substrates of the separator member 131, respectively. The predetermined opening is provided.

本例においては、燃料供給用セパレータ１２０のセパレータ用部材１２１は、図２（ｂ）に示すように、燃料供給用の複数の貫通孔１２１Ｂを有する単位導電性基板１２１ａ〜１２１ｃとして、該単位導電性基板１２１ａ〜１２１ｃを、空隙部１２４を介して平面的に一方向に３個配列したもので、３個の単位導電性基板１２１ａ〜１２１ｃのうち、配列した方向の一方側の端の１番目と２番目の単位導電性基板１２１ａ、１２１ｂには、その配列方向と直交する方向側に突出した接続用突出部１２８を有し、且つ、各接続用突出部１２８には、引っ掛け接続のための切り欠き部位１２９を有している。
一方、酸素供給用セパレータ１３０のセパレータ用部材１３１は、図２（ａ）に示すように、酸素供給用の複数の貫通孔１３１Ｂを有する導電性基板を単位導電性基板１３１ａ〜１３１ｃとして、該単位導電性基板１３１ａ〜１３１ｃとを、空隙部１３４を介して平面的に一方向に３個配列したもので、３個の単位導電性基板１３１ａ〜１３１ｃのうち、配列した方向の前記一方側に対応する側の端の２番目と３番目の単位導電性基板１３１ｂ、１３１ｃには、その配列方向と直交する方向側に突出した接続用突出部１３８を有し、且つ、各接続用突出部１３８には、引っ掛け接続のための切り欠き部位１３９を有している。
尚、本例では、図２に示すように、互いに接続する接続用突出部１２８、１３８の各切り欠き部位１２９、１３９を含む接合領域（図２（ａ）、図２（ｂ）の点線四角領域）が、配列方向における位置を隣接する単位導電性基板との境界延長線上にあり、且つ、該境界延長線に対して対称となる形状で、そして、燃料供給用セパレータ１２０のセパレータ用部材１２１と酸素供給用セパレータ１３０のセパレータ用部材１３１とを互いに同じデザインで加工してあるため、セパレータ用部材１２１とセパレータ用部材１３１とは、互いに向きを変えて使用することにより互換性がある。
本例では、枠体１２２と枠体１３２とを、および、枠体１２３と枠体１３３とを、それぞれ、向きを変えた場合に同じデザインとなるように形成してあるので、燃料供給用セパレータ１２０と酸素供給用セパレータ１３０とも互いに向きを変えて使用することにより互換性がある。 In this example, as shown in FIG. 2B, the separator member 121 of the fuel supply separator 120 is a unit conductive substrate 121a to 121c having a plurality of through holes 121B for fuel supply. The three conductive substrates 121a to 121c are arranged in one plane in a plane through the gap portion 124, and the first of the one end in the arranged direction among the three unit conductive substrates 121a to 121c. The second unit conductive substrates 121a and 121b have connection protrusions 128 protruding in the direction orthogonal to the arrangement direction, and each connection protrusion 128 has a hook connection. It has a cutout portion 129.
On the other hand, as shown in FIG. 2 (a), the separator member 131 of the oxygen supply separator 130 includes a plurality of through holes 131B for supplying oxygen as unit conductive substrates 131a to 131c. Three conductive substrates 131a to 131c are arranged in one direction in a plane via a gap 134, and correspond to the one side in the arranged direction among the three unit conductive substrates 131a to 131c. The second and third unit conductive substrates 131b and 131c at the end of the connecting side have connection protrusions 138 protruding in the direction orthogonal to the arrangement direction, and each connection protrusion 138 includes Has a notch 139 for hook connection.
In this example, as shown in FIG. 2, joining regions including the cutout portions 129 and 139 of the connecting protrusions 128 and 138 connected to each other (dotted squares in FIGS. 2A and 2B). The region in the arrangement direction is on the boundary extension line with the adjacent unit conductive substrate and is symmetrical to the boundary extension line, and the separator member 121 of the fuel supply separator 120 And the separator member 131 of the oxygen supply separator 130 are processed with the same design as each other. Therefore, the separator member 121 and the separator member 131 are interchangeable when used in different directions.
In this example, since the frame body 122 and the frame body 132 and the frame body 123 and the frame body 133 are formed so as to have the same design when the directions are changed, the fuel supply separator 120 and the oxygen supply separator 130 are interchangeable by using different directions.

燃料供給用セパレータ１２０における絶縁性枠体１２３は、高分子電解質型燃料電池に供される場合には膜電極複合体（ＭＥＡ）側となるもので、単位セル領域全体が開口されているのに対し、燃料供給用セパレータ１２０における絶縁性枠体１２２は、高分子電解質型燃料電池に供される場合には膜電極複合体（ＭＥＡ）側とは反対側となるもので、単位セル領域には単位導電性基板の燃料を通過させるための貫通孔（図２の１２１Ｂ）を開口するように複数の貫通孔部（図示していない）を設けている。
また、酸素供給用セパレータ１３０も、基本的には、燃料供給用セパレータ１２０と同様で、高分子電解質型燃料電池に供される場合に膜電極複合体（ＭＥＡ）側となる絶縁性枠体１３３は、単位セル領域全体が開口されているのに対し、高分子電解質型燃料電池に供される場合に膜電極複合体（ＭＥＡ）側とは反対側となる絶縁性枠体１３２は、その単位セル領域には単位導電性基板の酸素を通過させるための貫通孔（図２の１３１Ｂ）を開口するように複数の貫通孔部１３２ａを設けている。 The insulating frame 123 in the fuel supply separator 120 is on the membrane electrode assembly (MEA) side when used in a polymer electrolyte fuel cell, and the entire unit cell region is opened. On the other hand, the insulating frame 122 in the fuel supply separator 120 is on the side opposite to the membrane electrode assembly (MEA) side when used in a polymer electrolyte fuel cell. A plurality of through holes (not shown) are provided so as to open through holes (121B in FIG. 2) for allowing the fuel of the unit conductive substrate to pass therethrough.
The oxygen supply separator 130 is also basically the same as the fuel supply separator 120, and is an insulating frame 133 that becomes the membrane electrode assembly (MEA) side when used in a polymer electrolyte fuel cell. In contrast to the fact that the entire unit cell region is open, the insulating frame 132 that is the side opposite to the membrane electrode assembly (MEA) side when used in a polymer electrolyte fuel cell has its unit In the cell region, a plurality of through-hole portions 132a are provided so as to open through-holes (131B in FIG. 2) through which oxygen of the unit conductive substrate passes.

また、本例においては、燃料供給用セパレータ１２０のセパレータ用部材１２１と酸素供給用セパレータのセパレータ用部材１３１の一方は、単位導電性基板のうち、配列した方向の一方の端の１番目と２番目の単位導電性基板１２１ａ、１２１ｂは、それぞれ、その昇順方向の隣接する単位導電性基板１２１ｂ、１２１ｃの方向に張り出している張出部１２５を隅部に有し、また、２番目からｎ番目までの単位導電性基板１２１ｂ、１２１ｃは、それぞれ、隣接する単位導電性基板の張出部１２５に対応し、かつ、張出部１２５との間に空隙部１２４が形成される形状の切欠き部位１２６を隅部に有しており、ここでの張出部１２５に接続用突出部１２８を有している。
そして、燃料供給用セパレータ１２０のセパレータ用部材１２１と酸素供給用セパレータ１３０のセパレータ用部材１３１の他方は、単位導電性基板のうち、配列した方向の前記一方の端の２番目、３番目の単位導電性基板１３１ｂ、１３１ｃは、それぞれ、その降順方向の隣接する単位導電性基板１３１ａ、１３１ｂ方向に張り出している張出部１３５を隅部に有し、また、１番目、２番目の単位導電性基板１３１ａ、１３１ｂは、ぞれぞれ、隣接する単位導電性基板の張出部１３８に対応し、かつ、張出部１３５との間に空隙部１３４が形成される形状の切欠き部位１３９を隅部に有しており、ここでの張出部１３５に接続用突出部１３８を有している。
このようにして、燃料供給用セパレータ１２０のセパレータ用部材１２１を形成する１番目、２番目の単位導電性基板１２１ａ、１２１ｂの接続用突出部１２８の切り欠き部位１２９と、酸素供給用セパレータ１３０のセパレータ用部材１３１を形成する２番目、３番目の単位導電性基板１３１ｂ、１３１ｃの接続用突出部１３８の切り欠き部位１３９とが、平面型の高分子電解質型燃料電池に供せられる際には、互いに引っ掛かる状態に合わさる形状、位置に設けている。
本例のセパレータ組みは、平面型の高分子電解質型燃料電池に供せられる場合には、接続用突出部１２８の切り欠き部位１２９と、接続用突出部１３８の切り欠き部位１３９とが互いに引っ掛かる状態に合わせて用いられる。 Also, in this example, one of the separator member 121 of the fuel supply separator 120 and the separator member 131 of the oxygen supply separator is one of the first and second ends of one of the unit conductive substrates in the arrangement direction. Each of the second unit conductive substrates 121a and 121b has a protruding portion 125 at the corner extending in the direction of the adjacent unit conductive substrates 121b and 121c in the ascending order, and from the second to the nth. The unit conductive substrates 121b and 121c up to this point correspond to the projecting portion 125 of the adjacent unit conductive substrate, and the notch portion has a shape in which the gap portion 124 is formed between the unit conductive substrates 121b and 121c. 126 is provided at the corner, and the projecting portion 128 is provided on the overhanging portion 125 here.
The other of the separator member 121 of the fuel supply separator 120 and the separator member 131 of the oxygen supply separator 130 is the second and third units of the one end in the arrangement direction of the unit conductive substrates. Each of the conductive substrates 131b and 131c has a protruding portion 135 that protrudes in the direction of the adjacent unit conductive substrates 131a and 131b in the descending direction at the corner, and the first and second unit conductive properties. Each of the substrates 131a and 131b has a notch portion 139 having a shape corresponding to the protruding portion 138 of the adjacent unit conductive substrate and having a gap portion 134 formed between the protruding portions 135. It has in the corner part, and has the protrusion part 138 for a connection in the overhang | projection part 135 here.
In this way, the notch portions 129 of the connecting protrusions 128 of the first and second unit conductive substrates 121a and 121b forming the separator member 121 of the fuel supply separator 120, and the oxygen supply separator 130 When the notched portion 139 of the connecting protrusion 138 of the second and third unit conductive substrates 131b and 131c forming the separator member 131 is used in a flat polymer electrolyte fuel cell. , Provided in a shape and position that match the hooked state.
When the separator assembly of this example is used in a planar polymer electrolyte fuel cell, the notch portion 129 of the connecting protrusion 128 and the notch portion 139 of the connecting protrusion 138 are caught with each other. Used according to the state.

次に、燃料供給用セパレータ１２０のセパレータ用部材１２１と酸素供給用セパレータ１３０のセパレータ用部材１３１の、各部について、簡単に説明しておく。
単位導電性基板１２１ａ〜１２１ｃ、１３１ａ〜１３１ｃは、少なくとも燃料電池の電解質側となる表面部に耐食性（耐酸性）、電気導電性の樹脂層からなる保護層を備えていてもよい。
このような保護層の形成方法としては、樹脂にカーボン粒子、耐食性の金属等の導電材を混ぜた材料を用いて電着により膜を形成し、加熱硬化する方法、あるいは、導電性高分子からなる樹脂に導電性を高めるドーパントを含んだ状態の膜を電解重合により形成する方法等が挙げられる。
また、単位導電性基板１２１ａ〜１２１ｃ、１３１ａ〜１３１ｃの表面に金めっき等のめっき処理を施して、導電性を損なうことなく、耐食性金属層を設けてもよい。
さらに、このような耐食性金属層上に、耐酸性かつ電気導電性を有する保護層を配設してもよい。
各単位導電性基板１２１ａ〜１２１ｃ、１３１ａ〜１３１ｃは、機械加工、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング加工により、所定の形状に加工したものであり、
張出部１２５、１３５、切り欠き部位１２６、１３６、接続用突出部１２８、１３８切り欠き部位１２９、１３９、燃料供給用の貫通孔１２１Ｂ、酸素供給用の貫通孔１３１Ｂを、これらの方法により形成したものである。 Next, each part of the separator member 121 of the fuel supply separator 120 and the separator member 131 of the oxygen supply separator 130 will be briefly described.
The unit conductive substrates 121a to 121c and 131a to 131c may include a protective layer made of a corrosion-resistant (acid-resistant) and electrically conductive resin layer at least on the surface portion on the electrolyte side of the fuel cell.
As a method for forming such a protective layer, a method of forming a film by electrodeposition using a material in which a conductive material such as carbon particles and corrosion-resistant metal is mixed in a resin and then heat-curing, or a conductive polymer is used. The method of forming the film | membrane of the state which contained the dopant which improves electroconductivity in the resin to be formed by electrolytic polymerization etc. is mentioned.
Further, the surface of the unit conductive substrates 121a to 121c and 131a to 131c may be subjected to a plating treatment such as gold plating to provide a corrosion-resistant metal layer without impairing the conductivity.
Furthermore, a protective layer having acid resistance and electrical conductivity may be disposed on such a corrosion-resistant metal layer.
Each of the unit conductive substrates 121a to 121c and 131a to 131c is processed into a predetermined shape by machining or etching using photolithography technology.
The overhang portions 125 and 135, the cutout portions 126 and 136, the connecting protrusions 128 and 138, the cutout portions 129 and 139, the fuel supply through-hole 121B, and the oxygen supply through-hole 131B are formed by these methods. It is a thing.

燃料供給用セパレータ１２０、酸素供給用セパレータ１３０を構成する絶縁性枠体１２２、１２３、１３２、１３３の材質としては、絶縁性で、加工性が良く、軽く、機械的強度が大きいものが好ましい。
このような材料としては、プリント配線基板用の基板材料等が用いられ、例えば、ガラスエポキシ、ポリイミド等が挙げられる。
所望の形状を有する絶縁性枠体の形成は、機械加工、レーザ加工等により行なうことができる。
燃料供給側セパレータ１２０および酸素供給側セパレータ１３０は、個別に作製された、各セパレータ部材１２０ａ、１３０ａと、対応する各絶縁性枠体とを、位置合せしながら固着して作製する方法が挙げられる。
各部材の固着は、例えば、エポキシ樹脂などの接着剤を塗布し、各部材を重ね合わせた状態で、接着剤を硬化させ固定する方法等がある。
この場合に用いられる接着剤は、その製造のプロセスにおいて他の部材に影響を及ぼさず、かつ、燃料電池に使用された際、その動作条件に対する耐性が優れたものであれば、特に限定はされない。
また、絶縁性枠体の一部あるいは全部を半硬化状態であるプリプレグにて形成し、各セパレータ部材１２１、１３１に圧着して、固定する方法もある。 As the material of the insulating frames 122, 123, 132, and 133 constituting the fuel supply separator 120 and the oxygen supply separator 130, it is preferable to use an insulating material that has good workability, is light, and has high mechanical strength.
As such a material, a substrate material for a printed wiring board is used, and examples thereof include glass epoxy and polyimide.
The insulating frame having a desired shape can be formed by machining, laser processing, or the like.
The fuel supply side separator 120 and the oxygen supply side separator 130 may be manufactured by fixing the separator members 120a and 130a, which are individually manufactured, and the corresponding insulating frames while aligning them. .
The fixing of each member includes, for example, a method in which an adhesive such as an epoxy resin is applied and the adhesive is cured and fixed in a state where the members are overlapped.
The adhesive used in this case is not particularly limited as long as it does not affect other members in the manufacturing process and has excellent resistance to operating conditions when used in a fuel cell. .
Further, there is a method in which a part or all of the insulating frame is formed of a semi-cured prepreg, and is crimped to the separator members 121 and 131 to be fixed.

次に、本発明の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組みの実施の形態の第２の例を挙げる。
第２の例は、第１の例において、図２（ａ）に示すセパレータ用部材１３１、図２（ｂ）に示すセパレータ用部材１２１を、それぞれ、図３（ａ）に示すセパレータ用部材、図３（ｂ）に示すセパレータ用部材に置き代えたもので、それ以外は、第１の例と同じである。
第２の例の場合も、燃料供給用セパレータのセパレータ用部材１２１は、燃料供給用の複数の貫通孔１２１Ｂを有する導電性基板を単位導電性基板１２１ｄ〜１２１ｆとして、該単位導電性基板１２１ｄ〜１２１ｆを、空隙部１２４を介して平面的に一方向に３個配列したもので、３個の単位導電性基板１２１ｄ〜１２１ｆのうち、配列した方向の一方側の端の１番目と２番目の単位導電性基板１２１ｄ、１２１ｅには、その配列方向と直交する方向側に突出した接続用突出部１２８ａを有し、且つ、各接続用突出部１２８ａには、引っ掛け接続のための切り欠き部位１２９ａを有しており、また、酸素供給用セパレータのセパレータ部材１３１は、酸素供給用の複数の貫通孔１３１Ａを有する導電性基板を単位導電性基板１３１ｄ〜１３１ｆとして、該単位導電性基板１３１ｄ〜１３１ｆとを、空隙部１３４を介して平面的に一方向に３個配列したもので、３個の単位導電性基板１３１ｄ〜１３１ｆのうち、配列した方向の前記一方側に対応する側の端の２番目と３番目の単位導電性基板１３１ｅ、１３１ｆには、その配列方向と直交する方向側に突出した接続用突出部１３８ａを有し、且つ、各接続用突出部１３８ａには、引っ掛け接続のための切りかけ部位１３９ａを有している。
第２の例におけるセパレータ用部材１２１、１３１の各単位導電性基板１２１ｄ〜１２１ｆ、１３１ｄ〜１３１ｆの形状、接続用突出部１２８ｂ、１３８ｂの形状が、第１の例の場合と異なる。
また、第２の例における単位導電性基板１２１ｄ〜１２１ｆ、１３１ｄ〜１３１ｆには、第１の例における張出部１２５、１３５や切り欠き部位１２６、１３６を持たない形状である。
接続用突出部１２８ａ、１３８ａの形状に工夫をして図２に示すような形状として、燃料供給用セパレータ用部材１２１を形成する１番目、２番目の単位導電性基板１２１ｄ、１２１ｅの接続用突出部の切り欠き部位１２９ａと、酸素供給用セパレータ用部材１３１を形成する２番目、３番目の単位導電性基板１３１ｅ、１３１ｆの接続用突出部の切り欠き部位１３９ａとが、平面型の高分子電解質型燃料電池に供せられる際には、互いに引っ掛かる状態に合わさる形状、位置に設けている。
このため、平面型の高分子電解質型燃料電池に供せられる場合には、接続用突出部１２８ａの切り欠き部位１２９ａと、接続用突出部１３８ａの切り欠き部位１３９ａとが互いに引っ掛かる状態に合わさる形状、位置に設けられていることにより、隣接するセルを順に直列に接続することを可能としている。
第２の例の場合も、図３に示すように、互いに接続する接続用突出部１２８ａ、１３８ａの各切り欠き部位１２９ａ、１３９ａを含む接合領域（図示していない）が、配列方向における位置を隣接する単位導電性基板との境界延長線上にあり、且つ、該境界延長線に対して対称となる形状であり、第１の例と同様、燃料供給用セパレータのセパレータ用部材と酸素供給用のセパレータ用部材とは、互いに向きを変えて使用することにより互換性があり、燃料供給用セパレータと酸素供給用セパレータとも互いに向きを変えて使用することにより互換性がある。
尚、各部の材質や、作製方法も第１の例と同じでここでは説明を省略する。 Next, a second example of an embodiment of a separator assembly for a planar polymer electrolyte fuel cell according to the present invention will be described.
The second example is the same as the first example, except that the separator member 131 shown in FIG. 2A and the separator member 121 shown in FIG. The separator is replaced with the separator member shown in FIG. 3B, and the rest is the same as the first example.
Also in the case of the second example, the separator member 121 of the fuel supply separator has unit conductive substrates 121d to 121f as the conductive substrates having a plurality of through holes 121B for fuel supply, which are unit conductive substrates 121d to 121f. Three 121f are arranged in one direction in a plane via the gap 124, and the first and second end of one side of the arranged direction among the three unit conductive substrates 121d to 121f. Each of the unit conductive substrates 121d and 121e has a connection protrusion 128a protruding in a direction orthogonal to the arrangement direction thereof, and each connection protrusion 128a has a notch portion 129a for hook connection. The separator member 131 of the oxygen supply separator is a conductive substrate having a plurality of through holes 131A for supplying oxygen, which is a unit conductive substrate 131d to 131. The three unit conductive substrates 131d to 131f are arranged in one plane in a plane via the gap 134, and the unit conductive substrates 131d to 131f are arranged in the arranged direction. The second and third unit conductive substrates 131e and 131f at the ends corresponding to one side have connection protrusions 138a protruding in the direction orthogonal to the arrangement direction, and each connection The protruding portion 138a has a notch portion 139a for hook connection.
The shapes of the unit conductive substrates 121d to 121f and 131d to 131f of the separator members 121 and 131 in the second example and the shapes of the connecting protrusions 128b and 138b are different from those in the first example.
In addition, the unit conductive substrates 121d to 121f and 131d to 131f in the second example have a shape that does not have the overhang portions 125 and 135 and the notch portions 126 and 136 in the first example.
The connection protrusions of the first and second unit conductive substrates 121d and 121e forming the fuel supply separator member 121 in a shape as shown in FIG. 2 by devising the shape of the connection protrusions 128a and 138a. The notch part 129a of the part and the notch part 139a of the projecting part for connection of the second and third unit conductive substrates 131e and 131f forming the oxygen supply separator member 131 are a planar polymer electrolyte. When it is used in a fuel cell, it is provided in a shape and a position that match each other.
For this reason, when it is used in a planar polymer electrolyte fuel cell, the shape is adapted to the state in which the notch portion 129a of the connecting protrusion 128a and the notch portion 139a of the connecting protrusion 138a are caught with each other. , The adjacent cells can be connected in series in order.
Also in the case of the second example, as shown in FIG. 3, the joining regions (not shown) including the notch portions 129a and 139a of the connecting protrusions 128a and 138a connected to each other are positioned in the arrangement direction. It is on the boundary extension line with the adjacent unit conductive substrate and is symmetric with respect to the boundary extension line. Similar to the first example, the separator member for the fuel supply separator and the oxygen supply member The separator member is compatible when used in a different direction, and the fuel supply separator and the oxygen supply separator are compatible when used in different directions.
The material of each part and the manufacturing method are the same as in the first example, and the description thereof is omitted here.

第１の例の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組み１１０における、燃料供給側セパレータ１２０および酸素供給側セパレータ１３０は、図４（ａ）〜図４（ｂ）に示すようにして、平面型の高分子電解質型燃料電池の作製に供され、図５に示すような平面型の高分子電解質型燃料電池に作製することができる。
燃料供給側セパレータ１２０および酸素供給側セパレータ１３０を、これらの間に、膜電極複合体（ＭＥＡ）１４０を配して、各対応する接続用突出部の切り欠き部位を、互いに引っ掛かる状態に合わさせて、間隔を狭めて積層形成する。
接続用突出部１２８、１３８は、図４（ｃ）に示すように、互いに、切り欠き部位（図２の１２９、１３９）おいて重なり電気的に接続する。
尚、先に述べたが、場合によっては、この接続部により接続した部分に接触抵抗下げるために、更に、半田等の導電性材料を付けた形態としても良い。
また、先に述べたが、膜電極複合体（ＭＥＡ）１４０は、集電体層、燃料電極、高分子電解質、酸素極、集電体層が積層されてなる膜等のような複合体で、例えば、図５に示すように、高分子電解質４１の膜に燃料極側触媒層４３、酸素極側触媒層４４を配している。
燃料供給用セパレータ１２０のセパレータ用部材１２１と酸素供給用セパレータ１３０のセパレータ用部材１３１の、一方の単位導電性基板から出ている接続用突出部の切り欠き部位と、他方の単位導電性基板から出ている接続用突出部の切り欠き部位とを、互いに引っ掛かる状態に合わせて、３個の単位セルを電気的に直列に接続している。 The fuel supply side separator 120 and the oxygen supply side separator 130 in the separator assembly 110 for the planar polymer electrolyte fuel cell of the first example are as shown in FIGS. 4 (a) to 4 (b). The flat polymer electrolyte fuel cell can be manufactured to provide a flat polymer electrolyte fuel cell as shown in FIG.
The fuel supply-side separator 120 and the oxygen supply-side separator 130 are arranged with a membrane electrode assembly (MEA) 140 between them, so that the notch portions of the corresponding connecting protrusions are fitted to each other. Thus, the gap is narrowed to form a stack.
As shown in FIG. 4C, the connecting protrusions 128 and 138 overlap and are electrically connected to each other at notch portions (129 and 139 in FIG. 2).
As described above, in some cases, a conductive material such as solder may be further added in order to lower the contact resistance at the portion connected by this connecting portion.
As described above, the membrane electrode assembly (MEA) 140 is a composite such as a current collector layer, a fuel electrode, a polymer electrolyte, an oxygen electrode, and a membrane in which a current collector layer is laminated. For example, as shown in FIG. 5, the fuel electrode side catalyst layer 43 and the oxygen electrode side catalyst layer 44 are arranged on the membrane of the polymer electrolyte 41.
From the notch part of the connecting protrusion protruding from one unit conductive substrate of the separator member 121 of the fuel supply separator 120 and the separator member 131 of the oxygen supply separator 130 and from the other unit conductive substrate The three unit cells are electrically connected in series so that the notch portions of the protruding connection protrusions are in a state of being caught with each other.

上記の各形態は１例であり、本発明はこれらに限定はされない。
例えば、接続用突出部１２５、１３６の厚さを、他の部分よりも薄くして、曲げ易いものとしても良い。
エッチング加工では、接続用突出部１２５、１３６のみを他と比べ薄化することは容易である。
また、接続用突出部１２５、１３６の形状も、図１に示す形状に限定はされない。
勿論、単位セルの配列を４個以上とする場合の形態も挙げられる。
また、第１の例、第２の例の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組みでは、燃料供給用セパレータのセパレータ用部材と酸素供給用セパレータのセパレータ用部材とは、互いに向きを変えて使用することにより互換性があり、燃料供給用セパレータと酸素供給用セパレータとも互いに向きを変えて使用することにより互換性があるが、これらの互換性のない構造の形態も挙げられる。
Each of the above forms is an example, and the present invention is not limited to these.
For example, the thickness of the connecting protrusions 125 and 136 may be made thinner than the other parts so as to be easily bent.
In the etching process, it is easy to make only the connection protrusions 125 and 136 thinner than others.
Further, the shape of the connecting protrusions 125 and 136 is not limited to the shape shown in FIG.
Of course, the form in the case where the arrangement of unit cells is four or more is also included.
Further, in the separator assembly for the planar polymer electrolyte fuel cell of the first example and the second example, the separator member for the fuel supply separator and the separator member for the oxygen supply separator face each other. The fuel supply separator and the oxygen supply separator are interchangeable and used interchangeably. However, these incompatible structures are also included.

本発明の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組みの実施の形態の第１の例を示したものである。1 shows a first example of an embodiment of a separator assembly for a planar polymer electrolyte fuel cell according to the present invention. 図２（ａ）は図１に示す第１の例における酸素供給用セパレータのセパレート用部材の平面図で、図２（ｂ）は図１に示す第１の例における燃料供給用セパレータのセパレート用部材の平面図である。2A is a plan view of the separation member of the oxygen supply separator in the first example shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a separation view of the fuel supply separator in the first example shown in FIG. It is a top view of a member. 図３（ａ）は本発明の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組みの実施の形態の第２の例における酸素供給用セパレータのセパレータ用部材の平面図で、図３（ｂ）は第２の例における燃料供給用セパレータのセパレータ用部材の平面図である。FIG. 3A is a plan view of a separator member for an oxygen supply separator in the second example of the embodiment of the separator assembly for a planar polymer electrolyte fuel cell according to the present invention, and FIG. These are the top views of the member for separators of the fuel supply separator in a 2nd example. 図４（ａ）〜図４（ｂ）は本発明の平面型の高分子電解質型燃料電池の作製工程を示した図で、図４（ｃ）は、図４（ｂ）におけるＦ０部の状態を示した図である。4 (a) to 4 (b) are diagrams showing the fabrication process of the planar polymer electrolyte fuel cell of the present invention, and FIG. 4 (c) is the state of the F0 part in FIG. 4 (b). FIG. 平面型のＰＥＦＣ（高分子電解質型燃料電池）の１例の断面図である。1 is a cross-sectional view of an example of a planar PEFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell). 図５に示される平面型のＰＥＦＣの各部材を離間させた状態を示した図である。It is the figure which showed the state which spaced apart each member of planar type PEFC shown by FIG. 燃料供給側のセパレータの斜視図である。It is a perspective view of the separator by the side of a fuel supply. 図７の各部を離間して示した斜視図である。It is the perspective view which showed each part of FIG. 7 spaced apart.

Explanation of symbols

１１０セパレータ組み
１２０燃料供給用セパレータ
１２１（燃料供給用セパレータの）セパレータ用部材
１２１Ａ集電部
１２１Ｂ貫通孔
１２１ａ〜１２１ｆ単位導電性基板
１２２、１２３枠体（絶縁性枠体とも言う）
１２４空隙部
１２５張出部
１２６切り欠き部位
１２７端子電極
１２８、１２８ａ接続用突出部
１２９、１２９ａ切り欠き部位
１３０酸素供給用セパレータ
１３１（酸素供給用セパレータの）セパレータ用部材
１３１Ａ集電部
１３１Ｂ貫通孔
１３１ａ〜１３１ｆ単位導電性基板
１３２、１３３枠体（絶縁性枠体とも言う）
１３２ａ開口
１３４空隙部
１３５張出部
１３６切り欠き部位
１３７端子電極
１３８、１３８ａ接続用突出部
１３９、１３９ａ切り欠き部位
１４０膜電極複合体（ＭＥＡ）
１０ＰＥＦＣ（高分子電解質型燃料電池）
１０Ａ電池本体１０Ａ
２０燃料供給側セパレータ
２１導電性基板
２１ａ〜２１ｃ単位導電性基板
２１Ａ集電部
２２、２３枠体（絶縁性枠体とも言う）
２２ａ貫通孔
２３ａ開口
２４空隙部
２７電極端子
３０酸素供給側セパレータ
３１導電性基板
３１ａ〜３１ｃ単位導電性基板
３１Ａ集電部
３２、３３枠体（絶縁性枠体とも言う）
３２ａ貫通孔
３３ａ開口
３４空隙部
３７電極端子
４０膜電極複合体（ＭＥＡ）
４１固体高分子膜（高分子電解質とも言う）
４３燃料極側触媒層
４４酸素極側触媒層
５１、５２カーボンペーパー
６０ケース体
６１燃料タンク
６２燃料供給口
７０シール部材
８１、８２、８３単位セル
９０固定用ボルト

110 Separator assembly 120 Fuel supply separator 121 Separator member 121A (for fuel supply separator) Current collecting part 121B Through holes 121a to 121f Unit conductive substrates 122, 123 Frame (also referred to as insulating frame)
124 gap portion 125 overhang portion 126 notch portion 127 terminal electrode 128, 128a connecting projection portion 129, 129a notch portion 130 oxygen supply separator 131 (for oxygen supply separator) separator member 131A current collector portion 131B through hole 131a to 131f Unit conductive substrates 132, 133 Frame (also referred to as insulating frame)
132a Opening 134 Cavity part 135 Overhang part 136 Notch part 137 Terminal electrode 138, 138a Protruding part 139, 139a Notch part 140 Membrane electrode assembly (MEA)
10 PEFC (Polymer electrolyte fuel cell)
10A Battery body 10A
20 Fuel Supply Side Separator 21 Conductive Substrates 21a-21c Unit Conductive Substrate 21A Current Collector 22, 23 Frame (also referred to as insulating frame)
22a Through-hole 23a Opening 24 Cavity 27 Electrode terminal 30 Oxygen supply side separator 31 Conductive substrates 31a to 31c Unit conductive substrate 31A Current collectors 32 and 33 Frame (also referred to as insulating frame)
32a Through-hole 33a Opening 34 Gap 37 Electrode terminal 40 Membrane electrode assembly (MEA)
41 Solid polymer membrane (also called polymer electrolyte)
43 Fuel electrode side catalyst layer 44 Oxygen electrode side catalyst layer 51, 52 Carbon paper 60 Case body 61 Fuel tank 62 Fuel supply port 70 Seal members 81, 82, 83 Unit cell 90 Fixing bolt

Claims

For a planar polymer electrolyte fuel cell, which is a pair of a fuel supply separator and an oxygen supply separator used in a planar polymer electrolyte fuel cell in which unit cells are arranged in one direction in a plane. The separator for supplying fuel and the separator for supplying oxygen are each configured such that a unit conductive substrate having a plurality of through holes for supplying fuel or supplying oxygen is planarly arranged through a gap. N separators (n is an integer of 2 or more) arranged in the direction, and a pair of insulating frames integrated so as to sandwich the separator members, the pair of insulating frames , Each having a predetermined opening corresponding to the arrangement position of the unit conductive substrate of each separator member, one separator member of the fuel supply separator, oxygen supply separator, Among the n unit conductive substrates, the first to (n-1) th unit conductive substrates at one end in the arranged direction are connected to the direction protruding perpendicular to the arrangement direction. The connecting protrusion has a notch portion for hook connection, and the other separator member is one of the n unit conductive substrates. The second to nth unit conductive substrates at the ends corresponding to the one side in the arranged direction have a connecting protrusion protruding in the direction perpendicular to the arranging direction, and The projecting portion for connection has a notch portion for hook connection, and further, the kth (k = 1 to (n−1)) unit conductive substrate forming the one separator member. Forming a notch portion of the connecting protrusion and the other separator member. The notch portion of the connecting protrusion of the + 1st unit conductive substrate is provided in a shape and a position that match each other when they are used in the planar polymer electrolyte fuel cell. A separator assembly for a planar polymer electrolyte fuel cell characterized by

The separator assembly for a planar polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein one of the fuel supply separator and the oxygen supply separator is a member of n unit conductive substrates. The first to (n−1) th unit conductive substrates at the one end in the arranged direction have corners with protruding portions protruding in the direction of adjacent unit conductive substrates in the ascending order of n. The second to nth unit conductive substrates corresponding to the protruding portions of adjacent unit conductive substrates and having a shape in which a gap is formed between the protruding portions. It has a cut-out portion at a corner, the protruding portion for connection is provided at the projecting portion, and the other separator member is the one end of the n unit conductive substrates in the arranged direction. The second to nth unit conductive substrates are adjacent to n in the descending direction. The unit conductive substrate from the first to the (n-1) th unit corresponds to the projecting portion of the adjacent unit conductive substrate. And a notch portion having a shape in which a gap is formed between the projecting portion and the projecting portion at the corner, and the projecting connecting portion projects from the projecting portion in a direction perpendicular to the arrangement direction. A separator assembly for a planar polymer electrolyte fuel cell, characterized by comprising:

The separator assembly for a planar polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 2, wherein when the separator assembly is used in a planar polymer electrolyte fuel cell, the separator assembly is in a state of being caught with each other. The connecting protrusion of the fuel supply separator and the connecting protrusion of the oxygen supply separator are located on the boundary extension line of the adjacent unit conductive substrate at a position in the arrangement direction, and the boundary extension line A separator assembly for a planar polymer electrolyte fuel cell, characterized in that the shape is symmetrical with respect to the surface.

A separator assembly for a planar polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel supply separator and the oxygen supply separator are made compatible with each other. A separator assembly for a planar polymer electrolyte fuel cell, characterized in that

A planar polymer electrolyte fuel cell in which unit cells are planarly arranged, wherein the separator assembly for a planar polymer electrolyte fuel cell according to claim 1 is used, The notch part of the connection protrusion protruding from the unit conductive substrate of one separator member of the fuel supply separator and the oxygen supply separator and the connection protruding from the unit conductive substrate of the other separator member A planar type polymer electrolyte fuel cell characterized in that n unit cells are electrically connected in series so that the notch portions of the protrusions are hooked to each other.