(57)【要約】【課題】  冷媒通路の形成が容易で、冷媒の流れの設定の自由度が大きい燃料電池用セパレータの提供。【解決手段】（１）互いに導通され、間に中空部１８ｄを形成し、電解質膜１１に対面する側を平面とされた２つのプレート部１８ａ、１８ｂと、  中空部１８ｄに設けられた、冷媒通路を形成する仕切り１８ｃと、を有する燃料電池用セパレータであって、  仕切り１８ｃを、塗布時は流動可能で塗布後に硬化する硬化剤で形成した燃料電池用セパレータ１８。（２）２つのプレート部を１枚の板を折り返して形成した燃料電池用セパレータ。（３）硬化剤１８ｃが硬化するまで中空部１８ｄの厚さを確保するスペーサ１８ｅを有する。（４）硬化剤１８ｃは導電性を有する材料からなる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに導通され、間に中空部を形成し、電解質膜に対面する側を平面とされた２つのプレート部と、
前記中空部に設けられた、冷媒通路を形成する仕切りと、
を有する燃料電池用セパレータであって、
前記仕切りを、塗布時は流動可能で塗布後に硬化する硬化剤で形成した燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記２つのプレート部を１枚の板を折り返して形成した請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記硬化剤が硬化するまで前記中空部の厚さを確保するスペーサを有する請求項１または請求項２記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
前記硬化剤は導電性を有する材料からなる請求項１または請求項２または請求項３記載の燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータに関し、ガス流路が拡散層側に形成されセパレータの拡散層に接触する面はガス流路が形成されず平面とされた燃料電池用セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平６−１６８７２８号公報は、ガス流路が拡散層側に形成されセパレータの拡散層に接触する面はガス流路が形成されず平面とされた燃料電池用セパレータにおいて、セパレータ内部に冷媒（冷却水）通路を設けることを開示している。
【特許文献１】特開平６−１６８７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の燃料電池セパレータには、冷媒通路を加工するのに手間がかかり、冷媒の流れの設定の自由度が少ないという課題がある。
【０００４】
本発明の目的は、冷媒通路の形成が容易で、冷媒の流れの設定の自由度が大きい燃料電池用セパレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明は、つぎのとおりである。
（１）  互いに導通され、間に中空部を形成し、電解質膜に対面する側を平面とされた２つのプレート部と、
前記中空部に設けられた、冷媒通路を形成する仕切りと、
を有する燃料電池用セパレータであって、
前記仕切りを、塗布時は流動可能で塗布後に硬化する硬化剤で形成した燃料電池用セパレータ。
（２）  前記２つのプレート部を１枚の板を折り返して形成した（１）記載の燃料電池用セパレータ。
（３）  前記硬化剤が硬化するまで前記中空部の厚さを確保するスペーサを有する（１）または（２）記載の燃料電池用セパレータ。
（４）  前記硬化剤は導電性を有する材料からなる（１）または（２）または（３）記載の燃料電池用セパレータ。
【発明の効果】
【０００６】
上記（１）の燃料電池用セパレータによれば、２つのプレート部間の中空部に設けられた仕切りを、塗布時は流動可能で塗布後に硬化する硬化剤で形成したので、２つのプレート部を開いた状態で流動可能な硬化剤を塗布でき、ついで２つのプレート部を閉じて硬化剤を硬化できる。その結果、硬化剤の塗布形状、塗布硬化剤と塗布硬化剤の間の幅を適宜に選定することにより、所望の冷媒通路の形状、幅を得ることができ、冷媒通路の形成が容易で、冷媒の流れパターンの設定の自由度が大きい。
上記（２）の燃料電池用セパレータによれば、２つのプレート部を１枚の板を折り返して形成したので、導電性プレート（たとえば、金属プレート）の場合、折り返し部にて、２つのプレート部間の導電性を容易にとることができる。
上記（３）の燃料電池用セパレータによれば、セパレータが、硬化剤が硬化するまで中空部の厚さを確保するスペーサを有するので、塗布時に硬化剤が硬化していなくても中空部の厚さ、したがって冷媒通路の厚さを所定の値にすることができる。
上記（４）の燃料電池用セパレータによれば、硬化剤が導電性を有する材料（たとえば、所定温度以上で流動性を呈し導電性を有する材料で、ハンダ合金等）からなる場合には、折り曲げ部以外にも導電通路ができ、燃料電池の発電領域での、電気抵抗と電気抵抗による電圧の低減が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明の燃料電池用セパレータを、図１〜図５を参照して説明する。
本発明の燃料電池用セパレータ１８が適用される燃料電池１０は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池である。ただし、燃料電池は、セパレータを有するものであればよく、固体高分子電解質型燃料電池１０に限るものではない。
燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
また、本発明の燃料電池用セパレータ１８は、ガス流路２７、２８が拡散層１３、１６側に形成され、セパレータ１８の拡散層１３、１６に接触する面はガス流路２７、２８が形成されず平面とされたタイプのセパレータである。
【０００８】
固体高分子電解質型燃料電池（セル）１０は、図１〜図５に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）１９とセパレータ１８との積層体からなる。
膜−電極アッセンブリ１９は、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１３、１６が設けられる。拡散層１３、１６は導電性を有し、ガス拡散性を有する。
膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねてセルモジュールを構成し、セルモジュール１９を積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、両端のエンドプレート２２をセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２４）にボルト・ナット２５にて固定し、一端のエンドプレートに設けた調整ネジにてその内側に設けたバネを介してセル積層体にセル積層方向の締結荷重をかけ、燃料電池スタック２３を構成する。
【０００９】
セパレータ１８の、拡散層１３、１６に接触する面は、ガス流路２７、２８の凹凸が形成されておらず、平面であり、ガス流路２７、２８は拡散層１３、１６側に形成されている。セパレータ１８内には冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６が形成されている。
発電領域において、拡散層１３には、アノード１４に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路２７が形成され、拡散層１６には、カソード１７に酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路２８が形成されている。冷媒流路２６はセパレータ１８の内部に形成されている。
セルには、非発電領域において、燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１、冷媒マニホールド２９が形成されている。燃料ガスマニホールド３０は燃料ガス流路２７と連通しており、酸化ガスマニホールド３１は酸化ガス流路２８と連通しており、冷媒マニホールド２９は冷媒流路２６と連通している。
【００１０】
燃料ガス、酸化ガス、冷媒は、セル内において互いにシールされている。各セルモジュール１９のＭＥＡを挟む２つのセパレータ１８間は、第１のシール部材３２と第２のシール部材３３によってシールされている。第１のシール部材３２は膜１１の端部をシールし、たとえば、接着剤ガスケットからなり、第２のシール部材３３は第１のシール部材３２とセパレータ１８との間に位置し、たとえばゴムガスケットまたは接着剤ガスケットからなる。第１のシール部材３２と第２のシール部材３３は同じ材質でもよいし、あるいは異なる材質でもよい。また、第１のシール部材３２と第２のシール部材３３は一体でもよいし、別体でもよい。
【００１１】
各セル１０（１セルモジュールの場合は、セル１０はセルモジュール１９と同じになる）の、アノード１４側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子に変換する電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード１７側に移動し、カソード１７側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水が生成され、次式にしたがって発電が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- 
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
【００１２】
セパレータ１８は、メタルセパレータ、カーボンセパレータ、メタルセパレータと樹脂フレームとの組合せ、等の何れかからなるが、図示例では、セパレータ１８がメタルセパレータ（たとえばステンレス製のセパレータ）の場合を示している。ただし、セパレータ１８はメタルセパレータに限るものではない。
【００１３】
セパレータ１８は、互いに間隔をおいて平行な、２つのプレート部１８ａ、１８ｂ（後述する折り返し部や屈曲部を含まない部分）と、仕切り１８ｃを有する。仕切り１８ｃは冷媒流路の側壁を形成するとともに、マニホールド部ではガス、冷媒のシールを兼ね、かつ、スタック締結荷重がセルにかかった時に面圧を受けるバックアップとして働く。セル発電領域において、２つのプレート部１８ａ、１８ｂの、拡散層接触面は平坦である。
２つのプレート部１８ａ、１８ｂは、導電性を有し、望ましくは金属製である。ただし、導電性を有するものであれば、金属製以外でもよく、たとえば、導電性を付与された樹脂製や、カーボン製でもよい。２つのプレート部１８ａ、１８ｂは、１枚のプレートの折り曲げで形成してもよいし、あるいは別々の２枚のプレートを重ねたものでもよい。２つのプレート部１８ａ、１８ｂは、互いに導通され、２つのプレート部１８ａ、１８ｂの間に中空部１８ｄを形成し、電解質膜１１に対面する側を平面とされている。
仕切り１８ｃは、中空部１８ｄに設けられ、仕切り１８ｃと仕切り１８ｃとの間に冷媒通路２６を形成している。隣り合う仕切り１８ｃと仕切り１８ｃとの間で２つのプレート部１８ａ、１８ｂの間の空間が冷媒通路２６を形成する。
【００１４】
仕切り１８ｃは、塗布時は流動可能（未だ硬化していない状態）で塗布後に硬化する硬化剤（仕切りと同じであるため、符号を１８ｃとする）で形成されている。塗布・硬化は、２つのプレート部１８ａ、１８ｂを開いた（一方のプレート部の上方を開放した）状態で、一方のプレート部上に硬化剤１８ｃを所定の幅をもって塗布し、その後２つのプレート部１８ａ、１８ｂを閉じ（一方のプレート部の上方を他方のプレート部で閉塞した）状態で、熱などを加えることによって、硬化剤１８ｃを硬化させることにより行う。
【００１５】
セパレータ１８は硬化剤１８ｃが硬化するまで中空部１８ｄの厚さを所定値に確保し、接着剤が所定寸法以上につぶれるのを防止するスペーサ（ストッパといってもよい）１８ｅを有する。
スペーサ１８ｅは、図１に示したような、１枚板からなるプレート部１８ａ、１８ｂの少なくとも一方（図示例ではプレート部１８ａ、１８ｂの両方）に形成された折り返し部１８ｅ（１）であってもよいし（実施例１）、図２に示したような、１枚の板の折り返し部に形成されが横方向にＭ字状の屈曲部１８ｅ（２）であってもよいし（実施例２）、図３に示したような、別々のプレート部１８ａ、１８ｂの少なくとも一方（図示例ではプレート部１８ａ、１８ｂの両方）に形成された折り返し部１８ｅ（３）であってもよい（実施例３）。
スペーサ１８ｅは、セパレータの折り返し部に限るものではなく、セパレータ１８に複数形成されたエンボス、その他の凸部（突起）であってもよい。また、スペーサ１８ｅは、セパレータ１８の折り返し部に挟まれた、セパレータ１８とは別部材の線状部材などであってもよい。
【００１６】
硬化剤１８ｃは導電性を有する材料、たとえばカーボンフィラー入りの樹脂硬化剤や、ハンダ合金など、からなるものであってもよい。こうすることによりセルの発電領域における、セパレータ１８の内部抵抗を、絶縁材の硬化剤の場合に比べて、低減することができ、出力電圧アップにつながる。
導電性接着剤１８ｃや、スペーサ１８ｅにより２つのプレート部１８ａ、１８ｂ間の通電をとった場合には、プレート部１８ａ、１８ｂを脆性材料であるカーボン製とすることも可能である。
【００１７】
つぎに、本発明の燃料電池用セパレータの作用、効果を説明する。
２つのプレート部１８ａ、１８ｂ間の中空部１８ｄに設けられた仕切り１８ｃを、塗布時は未だ硬化しておらず流動可能で塗布後に硬化する硬化剤１８ｃで形成したので、２つのプレート部１８ａ、１８ｂを開いた状態で、流動可能な硬化剤を、２つのプレート部１８ａ、１８ｂの一方のプレート部上に塗布でき、ついで２つのプレート部１８ａ、１８ｂを閉じて硬化剤を硬化できる。その結果、硬化剤の塗布形状、塗布硬化剤と塗布硬化剤の間の幅を適宜に選定することにより、所望の冷媒通路の形状、幅を得ることができ、冷媒通路の形成が容易で、冷媒の流れパターンの設定の自由度が大きい。
【００１８】
また、２つのプレート部１８ａ、１８ｂを１枚の板を折り返して形成した場合は、導電性プレート（たとえば、金属プレート）の場合、折り返し部１８ｅ（１）にて、２つのプレート部１８ａ、１８ｂ間の導電性を容易にとることができる。
【００１９】
また、セパレータ１８が、硬化剤１８ｃが硬化するまで中空部１８ｄの厚さを確保するスペーサ１８ｅを有する場合は、塗布時に硬化剤１８ｃが硬化していないにもかかわらず、中空部１８ｄの厚さ、したがって冷媒通路２６の厚さ（高さ）を、所定の値に確保することができる。
【００２０】
また、硬化剤１８ｃが導電性を有する材料（たとえば、所定温度以上で流動性を呈し導電性を有する材料で、ハンダ合金等）からなる場合には、折り曲げ部１８ｅ（１）以外にも２つのプレート部１８ａ、１８ｂ間の導電通路ができ、燃料電池の発電領域での、電気抵抗が抑制され、電気抵抗低減による電圧の低減が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１の燃料電池用セパレータを組み込んだ燃料電池スタックの一部の断面図である。
【図２】本発明の実施例２の燃料電池用セパレータを組み込んだ燃料電池スタックの一部の断面図である。
【図３】本発明の実施例３の燃料電池用セパレータを組み込んだ燃料電池スタックの一部の断面図である。
【図４】本発明の燃料電池用セパレータを組み込んだ燃料電池スタックの側面図である。
【図５】本発明の燃料電池用セパレータを組み込んだ燃料電池スタックのセルの正面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  （固体高分子電解質型）燃料電池（セル）
１１  電解質膜
１３、１６  拡散層
１４  アノード
１７  カソード
１８  セパレータ
１８ａ、１８ｂ  ２つのプレート部
１８ｃ  仕切り（硬化剤）
１８ｄ  中空部
１８ｅ  スペーサ
１８ｅ（１）  折り返し部
１８ｅ（２）  屈曲部
１８ｅ（３）  折り返し部
１９  モジュール
２０  ターミナル
２１  インシュレータ
２２  エンドプレート
２３  燃料電池スタック
２４  締結部材（テンションプレート）
２５  ボルト・ナット
２６  冷媒流路（流体流路）
２７  燃料ガス流路（流体流路）
２８  酸化ガス流路（流体流路）
２９  冷媒マニホールド（流体マニホールド）
３０  燃料ガスマニホールド（流体マニホールド）
３１  酸化ガスマニホールド（流体マニホールド）
３２  ガスケット
３３  接着剤
【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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