(57)【要約】【課題】  燃料電池セパレータの平面度を良好に矯正可能な燃料電池セパレータの矯正方法を提供する。【解決手段】  セパレータ１と矯正板３とを交互に積み重ねた層状構造体４を、加圧・加熱処理して加熱処理後の冷却時にセパレータ１の平面度を矯正するセパレータの矯正方法であって、矯正板３の表裏面にガス逃げ溝５を設け、層状構造体４におけるセパレータ１と矯正板３との間にガス逃げ溝５によるガス逃げ空間６を形成し、矯正実施時にセパレータ１の面から放出される反応ガスをガス逃げ空間６から排出する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セパレータと矯正板とを交互に積み重ねた層状構造体を、加圧・加熱処理して加熱処理後の冷却時に前記燃料電池セパレータの平面度を矯正する燃料電池セパレータの矯正方法であって、
前記矯正板の表裏面にガス逃げ溝を設け、前記層状構造体における前記燃料電池セパレータと前記矯正板との間に前記ガス逃げ溝によるガス逃げ空間を形成し、
矯正実施時に前記燃料電池セパレータの面から放出される反応ガスを前記ガス逃げ空間から排出することを特徴とする燃料電池セパレータの矯正方法。
【請求項２】
前記ガス逃げ溝は、前記層状構造体における前記燃料電池セパレータの表裏面の前記ガス逃げ空間を略同等な断面積にするような大きさに設定されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セパレータの矯正方法。
【請求項３】
燃料電池セパレータとともに交互に積み重ねられて層状構造体を形成する矯正板であり、前記層状構造体を加圧・加熱処理して加熱処理後の冷却時に前記燃料電池セパレータの平面度を矯正する燃料電池セパレータの矯正方法に用いられる矯正板であって、
前記層状構造体における前記燃料電池セパレータと前記矯正板との間にガス逃げ空間を形成し、矯正実施時に前記燃料電池セパレータの面から放出される反応ガスを前記ガス逃げ空間から排出するためのガス逃げ溝を前記矯正板の表裏面に設けたことを特徴とする燃料電池セパレータの矯正方法に用いられる矯正板。
【請求項４】
前記ガス逃げ溝は、前記層状構造体における前記燃料電池セパレータの表裏面の前記ガス逃げ空間を略同等な断面積にするような大きさに設定されることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池セパレータの矯正方法に用いられる矯正板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セパレータの反りやうねり等により悪化した平面度を矯正する燃料電池セパレータの矯正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池は、水素、酸素（空気）を反応させて、水を得る過程で電気を取り出す原理を用いて発電する電池である。燃料電池の構成は、水素イオンを透過する電解質膜を挟み込む形で２枚の燃料電池セパレータ（以下、セパレータ）が配置されている。これをセルと呼び、１セルを何層にも重ね合わせて燃料電池スタックができる。セパレータは、水素、酸素を遮断する遮断性と、電気を取り出すことのできる導電性とを有することが必要である。
【０００３】
このセパレータを積み重ねる際に、セパレータに反りやうねり等があり、平面度が悪い場合には、セパレータ面上に設けられるガスケットの面圧が不均一になったり、積み重ねが困難になったりする。そのため、セパレータの反りやうねり等をできるだけなくし、平面度を良くする必要がある。
【０００４】
特許文献１には、成型したセパレータを矯正板とともに積み重ねて熱処理し、冷却時にセパレータの平面度を矯正する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２２８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、セパレータは、通常、燃料電池の発電部に相当する水素や酸素等のガス循環領域に流路溝が形成され、その周縁部にはガスのマニホールドやガスケットが設けられる。この流路溝は、できるだけ発電部の占める割合が大きくなるよう設計されるので、セパレータの面全体の５０％〜８０％の面積に流路溝が形成される場合が多い。
【０００６】
そして、流路溝は、スタックされるセパレータの両面に設けられることが多いが、スタックエンドや冷却水循環部等のセパレータでは、セパレータの一方の片面のみに流路溝が設けられる場合がある。
【０００７】
ここで、特許文献１の方法を、片面のみに流路溝があるセパレータにおいて行うと、矯正実施時に流路溝のある片面側からは反応ガスが大量に放出されるにもかかわらず、流路溝の無い平坦な片面側からは反応ガスの放出される経路が無く、反応ガスが放出し難い。この両面での反応ガスの放出量の差によって、セパレータに反りやうねりが残る、または矯正によって反りやうねりがさらに大きくなるというセパレータの平面度の悪化の問題が生じていた。
【０００８】
また、流路溝を両面に有するセパレータであっても、セパレータに形成されている流路溝は通常浅く細いものであり、また流路溝外周のセパレータ周縁部は平板状となっているため、矯正実施時の反応ガスの放出がスムーズにできず、反応ガスの抜けが余り良くない。これによっても、反応ガスの放出に部分的な差が生じて不均一となり、セパレータに反りやうねりが残る、または矯正によって反りやうねりがさらに大きくなるというセパレータの平面度の悪化の問題が生じていた。
【０００９】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、燃料電池セパレ
ータの平面度を良好に矯正可能な燃料電池セパレータの矯正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
燃料電池セパレータと矯正板とを交互に積み重ねた層状構造体を、加圧・加熱処理して加熱処理後の冷却時に前記燃料電池セパレータの平面度を矯正する燃料電池セパレータの矯正方法であって、
前記矯正板の表裏面にガス逃げ溝を設け、前記層状構造体における前記燃料電池セパレータと前記矯正板との間に前記ガス逃げ溝によるガス逃げ空間を形成し、
矯正実施時に前記燃料電池セパレータの面から放出される反応ガスを前記ガス逃げ空間から排出することを特徴とする燃料電池セパレータの矯正方法である。
【００１１】
また、本発明は、以下の構成でもある。すなわち、
燃料電池セパレータとともに交互に積み重ねられて層状構造体を形成する矯正板であり、前記層状構造体を加圧・加熱処理して加熱処理後の冷却時に前記燃料電池セパレータの平面度を矯正する燃料電池セパレータの矯正方法に用いられる矯正板であって、
前記層状構造体における前記燃料電池セパレータと前記矯正板との間にガス逃げ空間を形成し、矯正実施時に前記燃料電池セパレータの面から放出される反応ガスを前記ガス逃げ空間から排出するためのガス逃げ溝を前記矯正板の表裏面に設けたことを特徴とする燃料電池セパレータの矯正方法に用いられる矯正板である。
【００１２】
ここで、前記ガス逃げ溝は、前記層状構造体における前記燃料電池セパレータの表裏面の前記ガス逃げ空間を略同等な断面積にするような大きさに設定されることが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、燃料電池セパレータの平面度を良好に矯正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図面を参照して、実施の形態について説明する。図１は実施の形態に係る燃料電池セパレータを示す図である。図２は実施の形態に係る燃料電池セパレータの矯正方法を示すフローである。図３は実施の形態に係る燃料電池セパレータと矯正板とからなる層状構造体を示す断面図である。図４は実施の形態に係る矯正板を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施の形態の燃料電池セパレータ（以下、セパレータという）１は、２枚で水素イオンを透過する電解質膜を挟み込むセルを構成する部品であり、平板状に形成されており、電解質膜に接触する表面に水素や酸素（空気）のガスを流す流路溝２を面の中心領域に有するものである。
【００１６】
なお、本実施の形態でのセパレータ１は、スタックエンドや冷却水循環部等のセパレータであり、図１（ａ）に示すようにセパレータの一方の片面（表）のみに流路溝２が設けられており、図１（ｃ）に示すように他方の片面（裏）には流路溝２は設けられていない。セパレータ１の断面は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面である図１（ｂ）に示すようになる。
【００１７】
セパレータ１は、７５重量％〜８５重量％の粒子径１０μｍ〜１００μｍ程度の黒鉛粒子と、１５重量％〜２５重量％のフェノール等の熱硬化性樹脂と、を主成分とする混合物を、１４０℃〜２００℃で、１分〜１０分間、２０〜４００ＭＰａで圧縮成型して得ることができる。
【００１８】
セパレータ１は、大きさを□１００ｍｍ〜□３００ｍｍ程度、厚さを０．５ｍｍ〜３ｍ
ｍ程度で形成される。
【００１９】
以上の成型により得られたセパレータ１の反りやうねり等により悪化した平面度を矯正する。矯正は、図２に示すように、セパレータ１と矯正板３とを交互に積み重ねて層状構造体４を形成し（ステップＳ０１）、層状構造体４を押圧して押圧状態に維持し（ステップＳ０２）、押圧状態の層状構造体４を一旦加熱処理し（ステップＳ０３）、加熱処理後の冷却で押圧状態での押圧力を受けることによって矯正して（ステップＳ０４）行う方法である。
【００２０】
またこの矯正方法をアニール処理ともいう。アニール（anneal）とは、一般に、ひずみの除去・防止のために、ガラス、陶器、金属等を焼くということである。
【００２１】
この矯正時には、まずステップＳ０１にて、図３に示すような層状構造体４を形成する。層状構造体４は、セパレータ１と矯正板３とを交互に積み重ねたものである。積み重ねられるセパレータ１は、いずれも図１に示した片面のみに流路溝２が設けられている。このセパレータ１を流路溝２がある側を同一に上に向けて重ねていく。
【００２２】
また、矯正板３は、図４（ａ）の表や図４（ｃ）の裏に示すように、両面にガス逃げ溝５が形成されたものである。図４（ｂ）に示すように、両面のガス逃げ溝５の位置は同じである。
【００２３】
矯正板３の厚みは、加熱処理によって変形しない程度に厚く、かつ、熱容量が大きくなり過ぎないようにする必要から、２ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。矯正板３の材質は、加熱処理により変形するものでなければ特に限定されないが、一般にはＳＵＳ等が用いられる。
【００２４】
ガス逃げ溝５は、層状構造体４におけるセパレータ１と矯正板３との間にガス逃げ空間６を形成するためのもので、矯正実施時にはセパレータ１の面から放出される反応ガスをガス逃げ空間６から排出する。このガス逃げ溝５は、矯正板３の面上において、周縁まで直線状に延びる溝が複数縦横に掘られたもので、溝同士はつながっている。溝幅は１ｍｍ〜３ｍｍ程度、溝深さは０．２ｍｍ〜１ｍｍ程度である。この溝幅と溝深さの設定は、溝が深すぎると矯正板３の板厚が厚くなってしまうためであり、逆に溝が浅かったり狭かったりすると反応ガスの抜けが不十分となるためである。
【００２５】
ここで、ガス逃げ溝５は、層状構造体４におけるセパレータ１の表裏面のガス逃げ空間６を略同等な断面積にするような大きさに設定される。具体的には、セパレータ１の流路溝２のある面に対するガス逃げ溝５を、セパレータ１の流路溝２の無い面に対するガス逃げ溝５よりも断面積を小さくし、ガス逃げ空間６の断面積がセパレータ１の表裏面で略同等となるようにする。これによって、セパレータ１の両面から放出される反応ガス量が表裏面で同等になり、セパレータ１に反りやうねりが生じず、セパレータ１の平面度を良好にすることができる。
【００２６】
次に、ステップＳ０２にて、層状構造体４は、図３の図示矢印のように押圧して各セパレータ１が加圧された押圧状態に維持する。
【００２７】
そして、ステップＳ０３にて、層状構造体４は、１６０℃〜１８０℃の恒温槽（オーブン等）内に投入され、加熱処理がなされる。投入時間は、１時間〜５時間程度である。
【００２８】
ステップＳ０４にて、加熱処理後の層状構造体４は、冷却され、この冷却時に、ステップＳ０２で押圧状態に維持されたことによる図３の図示矢印の押圧力を受けることによっ
て、矯正される。この矯正実施時には、反応ガスがセパレータ１から放出されるので、層状構造体４は、ガス逃げ溝５によってセパレータ１の両面に形成されるガス逃げ空間６から反応ガスをセパレータ１の両面において同等に排出する。
【００２９】
以上のように、本実施の形態では、片面のみに流路溝２があるセパレータ１においても、矯正実施時に両面で反応ガスが同等に放出されるので、セパレータ１に反りやうねりが残ることが無く、または矯正によって反りやうねりがさらに大きくなるということが無く、セパレータ１の平面度を良好に矯正できる。
【００３０】
なお、本実施の形態では、片面のみに流路溝２があるセパレータ１についての矯正を説明したが、両面に流路溝があるセパレータの場合も同様に、矯正板のガス逃げ溝をセパレータの表裏面のガス逃げ空間を略同等な断面積にするような大きさに設定すれば、同様に、矯正実施時の反応ガスの放出がガス逃げ空間からスムーズにでき、セパレータに反りやうねりが残ることが無く、または矯正によって反りやうねりがさらに大きくなるということが無く、セパレータの平面度を良好に矯正できる。
【実施例１】
【００３１】
以下に本発明の効果を検証すべく、実施例１を製作し、比較例と比較した。図５は比較例の燃料電池セパレータと矯正板とからなる層状構造体を示す断面図である。図６は比較例の矯正板を示す図である。図７は浮き量の測定方法を示す図である。図８は実施例１と比較例の浮き量を示す表である。
【００３２】
実施例１に係るセパレータ１は、図１に示すものと同様なものであり、レゾール型フェノール樹脂（昭和分子製  ＢＲＳ−３７１）を１７重量％、人造黒鉛（平均粒径：１６０μｍ）を８２重量％、離型剤成分としてステアリン酸を１重量％とした混合物を、１７０℃、１００ＭＰａで５分間の条件で圧縮成型し、２００ｍｍ×２００ｍｍ×（厚さ）２ｍｍのものとした。
【００３３】
このセパレータ１の片面には、流路溝２が設けられており、流路溝２は、セパレータ１の中央部の１６０ｍｍ×１６０ｍｍの領域に幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍで２ｍｍピッチ間隔で形成されている。
【００３４】
次に、図２に示す手順で、このセパレータ１と、図４に示す矯正板３（ＳＵＳ製、２００ｍｍ×２００ｍｍ×（厚さ）３ｍｍ、溝幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、溝間隔２ｍｍの等ピッチ）と、を順次交互に積み重ね、図３に示すような層状構造体４を得た。この層状構造体４を、押圧して押圧状態に維持する。そして、層状構造体４をオーブン内に投入し、１７０℃、２時間の加熱処理を行った。その後、冷却時に層状構造体４が押圧力を受けることによってセパレータ１を矯正した。
【００３５】
また、比較例として、矯正板７にガス逃げ溝を設けずに同様の処理を行った。すなわち、実施例１と同様なセパレータ１と、ガス逃げ溝の無い矯正板７と、を順次交互に積み重ね、図５に示すような層状構造体８を得た。この層状構造体８を、押圧して押圧状態に維持する。そして、層状構造体８を、オーブン内に投入し、１７０℃、２時間の加熱処理を行った。その後、冷却時に層状構造体８が押圧力をうけることによってセパレータ１を矯正した。
【００３６】
なお、ここでのガス逃げ溝の無い矯正板７は、図６（ａ）の表と図６（ｃ）の裏に示すように、表裏面が完全に平坦な板状であり、ＳＵＳ製、２００ｍｍ×２００ｍｍ×（厚さ）３ｍｍである。
【００３７】
そして、図７に示すように、実施例１及び比較例の矯正後のセパレータ１を定盤９上に置き、セパレータ１の外周部の定盤９からの浮き量を測定した。
【００３８】
その浮き量測定は、実施例１及び比較例ともそれぞれをＮｏ．１〜Ｎｏ．３の３個ずつ試験した。試験結果は、図８に示すように、比較例では、浮き量が少なくとも１．０ｍｍ以上生じているのに対し、実施例１では３つとも浮き量が０．５ｍｍ以下に抑えられた。なお、実施例１の試験結果を０．５ｍｍ以下と示したのは、浮き量が小さ過ぎ、正確な測定ができなかったため、測定可能寸法の下限値である０．５ｍｍを用いて示したものである。
【００３９】
以上のように、図８から、本発明のセパレータの矯正方法で、セパレータの反りやうねりが改善され、平面度が向上することが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施の形態に係る燃料電池セパレータを示す図。
【図２】実施の形態に係る燃料電池セパレータの矯正方法を示すフロー。
【図３】実施の形態に係る燃料電池セパレータと矯正板とからなる層状構造体を示す断面図。
【図４】実施の形態に係る矯正板を示す図。
【図５】比較例の燃料電池セパレータと矯正板とからなる層状構造体を示す断面図。
【図６】比較例の矯正板を示す図。
【図７】浮き量の測定方法を示す図。
【図８】実施例１と比較例の浮き量を示す表。
【符号の説明】
【００４１】
１  セパレータ
２  流路溝
３  矯正板
４  層状構造体
５  ガス逃げ溝
６  ガス逃げ空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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