(57)【要約】【課題】金属分離板の冷却面が互いに接触する部位に別の伝導性コートを施すことなく、２つの金属分離板の接触部を介して円滑な電気伝導性を確保し、金属分離板の製造コスト節減による燃料電池スタックの単価低減を図るようにした燃料電池スタック構造を提供する。【解決手段】本発明は、積層されて燃料電池スタックを形成する金属分離板の互いに向かい合う冷却面には、電気伝導性の確保のために不動態皮膜が除去された皮膜除去部を備え、前記皮膜除去部は、不動態皮膜が除去されることにより形成される多数の微細凸凹からなり、隣接した２つの金属分離板の互いに接触した２つの皮膜除去部が形成する接触面には、相互間の凸凹が互いに対向し、空気との接触が遮断されるように互いに接触して不動態皮膜の形成が抑制されることにより、持続的な電気伝導性を保つ接触部と、互いに接触しないため、空気との接触によって時間経過に伴って不動態皮膜が形成される非接触部とが形成されることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層されて燃料電池スタックを形成する金属分離板の互いに向かい合う冷却面には、電気伝導性の確保のために不動態皮膜が除去された皮膜除去部を備えたことを特徴とする燃料電池スタック構造。
【請求項２】
前記皮膜除去部は、不動態皮膜が除去されることにより形成される多数の微細凸凹からなり、
隣接した２つの金属分離板の互いに接触した２つの皮膜除去部が形成する接触面には、相互間の凸凹が互いに対向し、空気との接触が遮断されるように互いに接触して不動態皮膜の形成が抑制されることにより、持続的な電気伝導性を保つ接触部と、互いに接触しないため、空気との接触によって時間経過に伴って不動態皮膜が形成される非接触部とが形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック構造。
【請求項３】
前記皮膜除去部は、前記金属分離板の向かい合う冷却面の相互間接触面にのみ局部的に形成され、残りの部分は不動態皮膜が保たれる構造であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック構造。
【請求項４】
前記金属分離板における冷却面の裏面の反応面には伝導性物質で表面処理が施されることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池スタック構造。
【請求項５】
前記皮膜除去部は、サンディングまたは化学的エッチングによって金属分離板の不動態皮膜が除去されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック構造。
【請求項６】
前記皮膜除去部は、サンディングまたは化学的エッチングによって金属分離板の不動態皮膜が除去されて形成される多数の微細凸凹からなり、
前記凸凹は、隣接する金属分離板の冷却面の間の相互接触面にのみ形成されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック構造。
【請求項７】
前記凸凹の表面粗さがＲａ１〜１５μｍであることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池スタック構造。
【請求項８】
前記金属分離板の冷却面に形成された皮膜除去部は、隣接する他の金属分離板の冷却面に形成された皮膜除去部と対向させられた状態で加圧接触され組み立てられたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック構造。
【請求項９】
燃料電池セルを構成する金属分離板の各冷却面に、不動態皮膜を除去して電気伝導性を高めた皮膜除去部を形成する伝導性確保段階と、
前記伝導性確保段階で形成された金属分離板の各冷却面が互いに向かい合う状態で燃料電池スタックを形成するように積層する積層段階と、
前記積層された金属分離板間の互いに向かい合う皮膜除去部が互いに加圧されるように前記金属分離板を加圧して組み立てる加圧組立段階とを含んでなることを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタック構造及びその製造方法に係り、より詳しくは、各燃料電池セルを構成する２つの金属分離板の接触部を介して円滑な電気伝導性を確保するようにした燃料電池スタック構造及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は従来の燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの積層状態を示す図である。図１に示すように、中央のＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の両側面にガス拡散層（ＧＤＬ：Ｇａｓ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ）が接合されてなる３層のＭＥＡ５００を中心として、下側には燃料の水素を供給する通路を提供するとともにアノードをなす金属分離板５０２が配置され、上側には酸化剤としての空気を供給する通路を提供するとともにカソードをなす金属分離板５０２が配置されることにより、単位燃料電池セル５０４を形成する。このような燃料電池セル５０４が多数積層されて燃料電池スタックを構成する。
【０００３】
燃料電池セル５０４は、図示の如く、アノードを形成する金属分離板５０２とカソードを形成する金属分離板５０２とが接触する状態で積層されるが、この２つの金属分離板５０２の間には相互間の屈曲形状を用いて形成される通路を介して冷却水が流動できるようにし、２つの金属分離板５０２の接触した部分を介して、発電した電流の移動が行われるようにする。
金属分離板５０２の両側面のうち、冷却水通路を形成し且つ前記接触部を形成する面を金属分離板５０２の冷却面５０６とする。
【０００４】
金属分離板５０２の素材としてはステンレススチールが多用されているが、このステンレススチールは、その表面に不動態皮膜が形成されるので、表面処理を施さない場合、その接触部の接触抵抗が大きくてシステムの効率が低下する。よって、図１に示すように、金属分離板５０２の両面に貴金属やカーボンなどによる伝導性コートを施すことにより、発電した電流の移動の際に電気的抵抗による出力損失を最小にし且つ発熱を減らすようにしている。
しかし、前述したように金属分離板５０２の表面に貴金属などを用いて伝導性コートを施す作業は、金属分離板５０２の製造コストを上昇させて燃料電池スタックのコストを大幅上昇させる要因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０５２９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためのものであって、その目的は、金属分離板の冷却面が互いに接触する部位に別の伝導性コートを施すことなく、２つの金属分離板の接触部を介して円滑な電気伝導性を確保し、金属分離板の製造コスト節減による燃料電池スタックの単価低減を図るようにした燃料電池スタック構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の燃料電池スタック構造は、積層されて燃料電池スタックを形成する金属分離板の互いに向かい合う冷却面には、電気伝導性の確保のために不動態皮膜が除去された皮膜除去部を備えたことを特徴とする。
【０００８】
前記皮膜除去部は、不動態皮膜が除去されることにより形成される多数の微細凸凹からなり、隣接した２つの金属分離板の互いに接触した２つの皮膜除去部が形成する接触面には、相互間の凸凹が互いに対向し、空気との接触が遮断されるように互いに接触して不動態皮膜の形成が抑制されることにより、持続的な電気伝導性を保つ接触部と、互いに接触しないため、空気との接触によって時間経過に伴って不動態皮膜が形成される非接触部とが形成されることを特徴とする。
【０００９】
前記皮膜除去部は、前記金属分離板の向かい合う冷却面の相互間接触面にのみ局部的に形成され、残りの部分は不動態皮膜が保たれる構造であることを特徴とする。
【００１０】
前記金属分離板における冷却面の裏面の反応面には伝導性物質で表面処理が施されることを特徴とする。
【００１１】
前記皮膜除去部は、サンディングまたは化学的エッチングによって金属分離板の不動態皮膜が除去されたことを特徴とする。
【００１２】
前記皮膜除去部は、サンディングまたは化学的エッチングによって金属分離板の不動態皮膜が除去されて形成される多数の微細凸凹からなり、前記凸凹は、隣接する金属分離板の冷却面の間の相互接触面にのみ形成されたことを特徴とする。
【００１３】
前記凸凹の表面粗さがＲａ１〜１５μｍであることを特徴とする。
【００１４】
前記金属分離板の冷却面に形成された皮膜除去部は、隣接する他の金属分離板の冷却面に形成された皮膜除去部と対向させられた状態で加圧接触され組み立てられたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、燃料電池セルを構成する金属分離板の各冷却面に、不動態皮膜を除去して電気伝導性を高めた皮膜除去部を形成する伝導性確保段階と、前記伝導性確保段階で形成された金属分離板の各冷却面が互いに向かい合う状態で燃料電池スタックを形成するように積層する積層段階と、前記積層された金属分離板間の互いに向かい合う皮膜除去部が互いに加圧されるように前記金属分離板を加圧して組み立てる加圧組立段階とを含んでなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、金属分離板の冷却面が互いに接触する部位に別途の伝導性コートを施さなくても、２つの金属分離板の接触部を介して円滑な電気伝導性が確保できるため、金属分離板の製造コストの節減による燃料電池スタックの単価低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の技術に係る燃料電池スタック構造を示す図である。
【図２】本発明に係る燃料電池スタック構造を示す図である。
【図３】本発明に係る燃料電池スタックの製作方法を説明した順序図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図２に示す通り、本発明の実施例に係る燃料電池スタック構造は、積層されて燃料電池スタックを形成する各金属分離板１の互いに向かい合う冷却面３は、不動態皮膜が除去されて電気伝導性が確保される皮膜除去部５を備えた構成である。
すなわち、隣接した他の金属分離板１と共に冷却水通路を形成する金属分離板１の冷却面３に、従来の伝導性コートを施さず、その代わりにサンディング工程または化学的エッチング工程などによって、既に自然に形成されていた冷却面３の非伝導性不動態皮膜が除去されて図に示す微細凸凹が形成されることにより電気伝導性が確保される皮膜除去部５が設けられる。
【００１９】
隣接した２つの金属分離板１の皮膜除去部５は互いに接触する接触面７を形成し、接触面７を形成する２つの皮膜除去部５の凸凹は互いに対向した状態で加圧されて一体化されることにより接触部９を形成する。このように形成される接触部９は、２つの金属分離板１間の電気的抵抗を大きく減少させて、従来の伝導性コート無しでも２つの金属分離板１間の円滑な電流移動を可能にする。
【００２０】
すなわち、金属分離板１の皮膜除去部５が互いに接触して形成する接触面７には、相互間の凸凹が互いに対向し、細かく見ると、空気との接触が遮断されるように互いに接触して不動態皮膜の形成が抑制されることにより、持続的な電気伝導性を保つ接触部９と、互いに接触しないため、空気との接触によって時間経過に伴って不動態皮膜が形成される非接触部１１が形成される。
皮膜除去部５は、隣接する金属分離板１の冷却面３と互いに接触する接触面７にのみ形成することができる。すなわち、冷却水通路を形成する部分は除いて、隣接した他の金属分離板１と接触する部分にのみ部分的に凸凹が形成されるようにする。
【００２１】
勿論、皮膜除去部５は金属分離板１の冷却面３全体に施すこともできるが、この場合、隣接した他の金属分離板１と接触する接触面７には、本来の目的通り隣接した金属分離板１との間に加えられる強い圧力によって、不動態皮膜の形成されない接触部９が形成されるが、残りの冷却水通路などを形成する露出部は酸化してさらに不動態皮膜が形成される。
したがって、金属分離板１は、表面に酸化による不動態化層が形成される素材からなることが好ましいので、ステンレススチールなどの材質が使用できる。
また、サンディングやエッチングなどの加工によって形成される金属分離板１の凸凹の表面粗さがＲａ１〜１５μｍ程度であれば、隣接した他の金属分離板１との結合圧力によって円滑な電気伝導性を有する接触部９を安定的に形成することができる。
【００２２】
金属分離板１の凸凹は、サンディングまたはエッチングによって形成することが可能であるが、この他にも、金属分離板１自体の非伝導性不動態皮膜を除去すると同時に加圧接触によって円滑な電気伝導性を与える等、いずれの表面処理方式によっても形成可能である。
金属分離板１における冷却面３の裏面の反応面には、従来の技術と同様に伝導性物質で表面処理を施す。
【００２３】
したがって、上述したように非伝導性不動態皮膜を除去して凸凹を形成した金属分離板１を用いて燃料電池スタックを構成する方法は、燃料電池セルを構成する金属分離板１の各冷却面３に、不動態皮膜を除去して電気伝導性を高めた皮膜除去部５を形成する伝導性確保段階（Ｓ１０）と、伝導性確保段階（Ｓ１０）で形成された金属分離板１の各冷却面３が互いに向かい合う状態で燃料電池スタックを形成するように積層する積層段階（Ｓ２０）と、積層された金属分離板１間の互いに向かい合う皮膜除去部５が互いに加圧されるように、金属分離板１を加圧して組み立てる加圧組立段階（Ｓ３０）とを含んで構成できる。
【００２４】
上記構造と方法で燃料電池スタックを製作すると、従来のように金属分離板１の両側面に貴金属などを用いて伝導性コートを施す場合に比べて、金属分離板１自体を製作する費用が節減され、究極的に燃料電池スタックの製造単価を低減させることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１    金属分離板
３    冷却面
５    皮膜除去部
７    接触面
９    接触部
１１    非接触部
Ｓ１０    伝導性確保段階  
Ｓ２０    積層段階
Ｓ３０    加圧組立段階
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013016451.tif 000005