(57)【要約】【課題】  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、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を提供しようとするものである。同時に、そのようなセパレータ組みを用いたセパレータと平面型の高分子電解質型燃料電池を提供する。【解決手段】  平面型の高分子電解質型燃料電池用の燃料供給用セパレータ、酸素供給用セパレータとを一対として有するセパレータ組みであって、燃料供給用セパレータ、酸素供給用セパレータとをフレキシブル配線板で電気的に接続している。【選択図】  図１
2007080746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、一対として有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接続用端子部を有し、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接続用端子部を有し、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端子部と、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端子部とは、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣとも言う）に形成された配線部により、電気的に接続されていることを特徴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。
【請求項２】
請求項１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平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組み。
【請求項３】
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、燃料供給用セパレータと、酸素供給用セパレータとを、一対として有し、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接続用端子部を有し、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接続用端子部を有し、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端子部と、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端子部とは、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣとも言う）に形成された配線部により、電気的に接続され、ｎ個の単位セルが電気的に直列に接続されていることを特徴とする平面型の高分子電解質型燃料電池。
【請求項４】
請求項３に記載の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あることを特徴とする平面型の高分子電解質型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、一対として有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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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：Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【特許文献１】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。
【特許文献２】特願２００４−２９２２６８号
【０００６】
このような、平面型のＰＥＦＣについて、ここでは、図７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７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８は、図７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７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。
【０００７】
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８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７、図８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９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９の各部を離間して示した斜視図は、図１０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９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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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えることができる接続部を備えた、セパレータ組みを提供しようとするものである。
更に、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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、一対として有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接続用端子部を有し、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接続用端子部を有し、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端子部と、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端子部とは、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣとも言う）に形成された配線部により、電気的に接続さ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。
【００１３】
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、燃料供給用セパレータと、酸素供給用セパレータとを、一対として有し、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接続用端子部を有し、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接続用端子部を有し、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端子部と、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端子部とは、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣとも言う）に形成された配線部により、電気的に接続され、ｎ個の単位セルが電気的に直列に接続さ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あることを特徴とするものである。
【００１４】
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、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接続用端子部を有し、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接続用端子部を有し、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端子部と、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端子部とは、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣとも言う）に形成された配線部により、電気的に接続さ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端子部と、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端子部とは、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣとも言う）に形成された配線部により、電気的に接続さ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、接続用端子部は、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した後に、例えば、金めっき等の表面めっきを施しておき、この部分において、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣとも言う）と電気的に接続する。
フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣとも言う）は、各セパレータとは別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。
特に、フレキシブルプリント配線板を、接続として用いていることにより、ＰＥＦＣを作製する際の繰り返しの曲げに耐えることができ。
更に具体的には、燃料供給用セパレータと酸素供給用セパレータとを、同じくして、互換性をもたせている、請求項２の発明の形態を挙げることができる。
この場合、燃料供給用セパレータと酸素供給用セパレータとを、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で、これにより、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。
【００１５】
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、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。
【発明の効果】
【００１６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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１例を示したもので、図２（ａ）は図１に示す実施の形態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に示す実施の形態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）は図１のＡ１側からみた平面図で、図３（ｂ）はフレキシブル配線板の接続の仕方を示した図３（ａ）の一点鎖線Ｂ１−Ｂ２間の断面図で、図４（ａ）はフレキシブル配線板の別の接続の仕方を示した概略断面図で、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ１の拡大詳細図で、図５、図６はフレキシブル配線板の接続とセパレータの作製とを説明するための処理工程断面図である。
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おり、
図２における点線四角領域は裏面側の接続用端子部１７５を示している。
図１〜図６中、１１０はセパレータ組み、１１０Ａはフレキシブル配線基板のないセパレータセパレータ組み、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、１２１Ｄは金めっき部、１２１ａ〜１２１ｃ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は嵌め込み部、１２６は導電性部材、１２７は端子電極、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、１３１Ｄは金めっき部、１３１ａ〜１３１ｃは単位導電性基板、１３２、１３３は枠体（絶縁性枠体とも言う）、１３３ａは開口、１３４は空隙部、１３５は嵌め込み部、１３７は端子電極、１４０は膜電極複合体（ＭＥＡ）、１７０は金めっき領域（導電性耐食性領域）、１７５、１７６は接続用端子部（金めっき部）、１８０はフレキシブル配線板（ＦＰＣとも言う）、１８１は配線部、１８２は基材部である。
【００１８】
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１例を、図１に基づいて説明する。
本例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、一対として有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（ｂ）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（ａ）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。
【００１９】
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、
接続のために金めっきは施された接続端子部１７５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、接続のために金めっきは施された接続端子部１７６を有している。
尚、セパレータ用部材１２１の接続端子部１７５、セパレータ用部材１３１の接続端子部１７６は、いずれも、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、図２（ａ）、図２（ｂ）においては、その裏面側に配設されている。
そして更に、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の接続用端子部１７５を、それぞれ、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の接続用端子部１７６と、フレキシブルプリント配線板１８０に形成された配線部１８１により、電気的に接続している。
【００２０】
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（図示していない）を設けている。
尚、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り、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。
【００２１】
セパレータ用部材１２１の絶縁性枠体１２２、セパレータ用部材１３１の絶縁性枠体１３２は、いずれも、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、図３（ａ）においては、いずれも、その裏面側に配設されている。
そして、図３（ｂ）に示すように、絶縁性枠体１２２、１３２の、各接続用端子部１７５、１７６領域は、切り欠きが設けられ、その部分において、フレキシブル配線板１８０を嵌め込むようになっている。
尚、図１においてＡ１側からみた図が図３（ａ）に相当し、図３（ａ）のＢ１−Ｂ２断面の形状が図３（ｂ）で、図３（ｂ）中、１２５、１３５が、それぞれ、嵌め込み部である。
【００２２】
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。
本例では金めっき部１７０がこれに相当するもので、保護層として金めっき層を配設している。
このような保護層としては、これに限定されない。
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により、形成された導電性かつ耐食性（耐酸性）の層を用いても良い。
さらに、金めっき層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、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。
【００２３】
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。
【００２４】
本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６（ａ）〜図６（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７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、間隔を狭めて積層形成する。
尚、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７、図８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、対応する一方の単位導電性基板から出ている接続用端子部と、他方の単位導電性基板から出ている接続用端子部とを、互いにフレキシブル配線板１８０にて、電気的に接続してあり、これにより、３個の単位セルは、電気的に直列接続される。
このようにして、上記図１に示す本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を用いて、平面型の高分子電解質型燃料電池を作製することができるが、図５（ａ）のように、フレキシブル配線板１８０と、接続部を持たない各セパレータ１２０、１３０と膜電極複合体（ＭＥＡ）１４０とが一体となった燃料電池１１０Ａとを、それぞれ、別体として作製しておき、その後、フレキシブル配線板１８０により接続を行って平面型の高分子電解質型燃料電池を得ることもできる。（図５（ａ）〜図５（ｂ））
【００２５】
上記本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は１例であり、本発明はこれに限定はされない。
例えば、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、フレキシブル配線板１８０を絶縁性枠体に嵌め込まない、図４（ａ）に示すような構造とする形態も挙げられる。
図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ１部を拡大して示した図である。
図４（ｂ）に示す１２６は導電性部材であるが、例えば、導電性ペーストや半田を充填した構造が挙げられる。
勿論、Ｃｕめっき層をこれらに代えても良い。
尚、１２１Ｄは金めっきであるが、勿論、これに代えて他の導電性耐食性膜を用いても良い。
また、本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と酸素供給用セパレータとは互いに向きを変えて使用することができる互換性があるが、互換性のない構造の形態も挙げられる。
また、本発明の平面型の高分子電解質型燃料電池としては、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を用いないものも挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】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１例を示したものである。
【図２】図２（ａ）は図１に示す実施の形態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に示す実施の形態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。
【図３】図３（ａ）は図１のＡ１側からみた平面図で、図３（ｂ）はフレキシブル配線板の接続の仕方を示した図３（ａ）の一点鎖線Ｂ１−Ｂ２間の断面図である。
【図４】図４（ａ）はフレキシブル配線板の別の接続の仕方を示した概略断面図で、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ１の拡大詳細図である。
【図５】フレキシブル配線板の接続とセパレータの作製とを説明するための処理工程断面図である。
【図６】フレキシブル配線板の接続とセパレータの作製とを説明するための処理工程断面図である。
【図７】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。
【図８】図７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９】燃料供給側のセパレータの斜視図である。
【図１０】図９の各部を離間して示した斜視図である。
【符号の説明】
【００２７】
１１０            セパレータ組み
１１０Ａ          フレキシブル配線基板のないセパレータセパレータ組み
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
１２１Ｄ          金めっき部
１２１ａ〜１２１ｃ    単位導電性基板
１２２、１２３    枠体（絶縁性枠体とも言う）
１２３ａ          開口
１２４            空隙部
１２５            嵌め込み部
１２６            導電性部材
１２７            端子電極
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
１３１Ｄ          金めっき部
１３１ａ〜１３１ｃ    単位導電性基板
１３２、１３３    枠体（絶縁性枠体とも言う）
１３３ａ          開口
１３４            空隙部
１３５            嵌め込み部
１３７            端子電極
１４０            膜電極複合体（ＭＥＡ）
１７０            金めっき領域（導電性耐食性領域）
１７５、１７６    接続用端子部（金めっき部）
１８０            フレキシブル配線板（ＦＰＣとも言う）
１８１            配線部
１８２            基材部
１０              ＰＥＦＣ（高分子電解質型燃料電池）
１０Ａ            電池本体
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
【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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【図９】
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【図１０】
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