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METAL SEPARATOR FOR FUEL CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF

Foreign code F070001594
File No. F070001594
Posted date Jul 19, 2007
Country WIPO
International application number 2006JP312555
International publication number WO 2006/135108
Date of international filing Jun 16, 2006
Date of international publication Dec 21, 2006
Priority data
  • P2005-178036 (Jun 17, 2005) JP
Title METAL SEPARATOR FOR FUEL CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
Abstract Disclosed is a metal separator for fuel cells which comprises a metal plate; aconductive coating layer covering at least one of the front and back surfacesof the metal plate which is in contact with a raw material and/or a reaction product;and a conductive channel-forming member which is arranged on the surface of thecoating layer and forms a flow channel for the raw material and/or reaction productand/or a flow channel for a cooling medium. The surface layer of the metal platehas a tensile residual stress within such a range that no stress corrosion crackingoccurs.
Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】金属平板と、該金属平板の表裏面のうち少なくとも原料及び/又は反応生成物と接する面を被覆する導電性の被覆層と、該被覆層の表面に配され、前記原料及び/又は反応生成物の流路、及び/又は冷却用の冷媒の流路を形成する導電性の流路形成部材と、を備え、前記金属平板の表層が、応力腐食割れを生じない範囲の引張残留応力を有することを特徴とする燃料電池用金属セパレータ。

【請求項2】前記金属平板の表面の引張残留応力が、15kg/mm2以下であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項3】前記金属平板が、溶体化熱処理されたオーステナイト系ステンレス鋼板であることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項4】前記金属平板が、インコネル、ニッケル、金、銀、白金のうち一以上からなる金属、又はオーステナイト系ステンレス鋼板への前記金属のめっき若しくはクラッド材であることを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項5】前記被覆層及び/又は前記流路形成部材が、炭素系導電材及び/又は高分子樹脂を含有することを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項6】前記被覆層及び前記流路形成部材に含まれる前記炭素系導電材が、黒鉛、カーボンブラック、ダイヤモンド被覆カーボンブラック、炭化ケイ素、炭化チタン、カーボン繊維、カーボンナノチューブのうち一以上であることを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項7】前記被覆層及び前記流路形成部材に含まれる高分子樹脂が、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ゴム系樹脂、フラン樹脂、フッ化ビニリデン樹脂のうち一以上であることを特徴とする請求項1~6の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項8】前記被覆層における前記炭素系導電材が、粒状カーボン及び繊維状カーボンを含み、前記粒状カーボンと繊維状カーボンとの質量比が、1:0.5~1:1.5の範囲であることを特徴とする請求項5~7の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項9】前記被覆層が、前記炭素系導電材を40~65質量%含有し、前記被覆層の体積固有抵抗が50mΩ-cm以下であることを特徴とする請求項5~8の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項10】前記被覆層の水素ガスの透過率が、10mLmin-1m-2以下であることを特徴とする請求項1~9の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項11】前記被覆層は、ホットプレス又はホットロールを含む熱圧着法により形成されたことを特徴とする請求項1~10の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項12】前記被覆層の厚さが、10~100μmの範囲であることを特徴とする請求項11に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項13】前記流路形成部材が、前記炭素系導電材を40~80質量%含有することを特徴とする請求項5~12の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項14】前記流路形成部材が、前記被覆層上に射出成型法又は金型成型法により形成されることを特徴とする請求項1~13の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項15】前記流路が、気孔率の異なる前記流路形成部材を組み合わせて構成されたことを特徴とする請求項1~14の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項16】前記流路が、気孔率50%以上の前記流路形成部材と、気孔率10~50%の前記流路形成部材と、気孔率10%以下の前記流路形成部材と、の一以上を組み合わせて構成されたことを特徴とする請求項1~15の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項17】前記流路形成部材が、カーボン粒子焼結体、カーボン繊維焼結体、カーボン繊維織布、カーボン繊維不織布、のうち一以上の多孔質炭素系導電材であって、前記被覆層と接合されていることを特徴とする請求項16に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項18】金属平板上に、該金属平板の表裏面のうち少なくとも原料及び/又は反応生成物と接する面を被覆する導電性の被覆層が形成された後で、前記被覆層が形成された金属平板が成形されることにより原料及び/又は反応生成物の流路、及び/又は冷却用の冷媒の流路が形成されて成ることを特徴とする燃料電池用金属セパレータ。

【請求項19】前記金属平板の表面の引張残留応力が、15kg/mm2以下であることを特徴とする請求項18に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項20】前記金属平板が、溶体化熱処理されたオーステナイト系ステンレス鋼板であることを特徴とする請求項18又は19に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項21】前記金属平板が、インコネル、ニッケル、金、銀、白金のうち一以上からなる金属、又はオーステナイト系ステンレス鋼板への前記金属のめっき若しくはクラッド材であることを特徴とする請求項18~20の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項22】前記被覆層が、炭素系導電材及び/又は高分子樹脂を含有することを特徴とする請求項18~21の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項23】前記被覆層における前記炭素系導電材が、粒状カーボン及び繊維状カーボンを含み、前記粒状カーボンと繊維状カーボンとの質量比が、1:0.5~1:1.5の範囲であることを特徴とする請求項22に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項24】前記被覆層の水素ガスの透過率が、10mLmin-1m-2以下であることを特徴とする請求項18~23の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項25】前記被覆層は、ホットプレス又はホットロールを含む熱圧着法により形成されたことを特徴とする請求項18~24の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項26】前記被覆層の厚さが、20~100μmの範囲であることを特徴とする請求項18~25に記載の燃料電池用金属セパレータ。

【請求項27】高分子電解質膜の一方の面にカソード触媒層、他方の面にアノード触媒層が配されたセルを、前記アノード触媒層に燃料を流通させる流路が形成された第一のセパレータと、前記カソード触媒層に酸化剤を流通させる流路が形成された第二のセパレータとで挟持した構成であって、前記第一のセパレータ及び第二のセパレータに、請求項1~26の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータを用いたことを特徴とする燃料電池。

【請求項28】請求項1~17の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータの製造方法であって、金属平板の表裏面のうち少なくとも原料及び/又は反応生成物と接する面に、導電性の被覆層を形成した後、該被覆層の表面に導電性の流路形成部材を一以上配置して、前記原料及び/又は反応生成物の流路、及び/又は冷却用の冷媒の流路を形成することを特徴とする燃料電池用金属セパレータの製造方法。

【請求項29】前記被覆層は、炭素系導電材及び高分子樹脂を含む被覆層形成液、被覆層形成粉体、又は被覆層形成用シートを、前記金属平板表面に、ホットプレス又はホットローラを含む熱圧着法により密着させて形成することを特徴とする請求項28に記載の燃料電池用金属セパレータの製造方法。

【請求項30】前記流路形成部材は、炭素系導電材及び高分子樹脂を含む流路形成液又は流路形成粉体を、前記被覆層上に射出成型法又は金型成型法により形成して、前記原料及び/又は反応生成物の流路、及び/又は冷却用の冷媒の流路を設けることを特徴とする請求項28又は29に記載の燃料電池用金属セパレータの製造方法。

【請求項31】請求項18~26の何れか1項に記載の燃料電池用金属セパレータの製造方法であって、金属平板上に、該金属平板の表裏面のうち少なくとも原料及び/又は反応生成物と接する面を被覆する導電性の被覆層を形成した後、前記被覆層を形成した金属平板を成形することにより前記原料及び/又は反応生成物の流路、及び/又は冷却用の冷媒の流路を形成することを特徴とする燃料電池用金属セパレータの製造方法。

【請求項32】前記被覆層は、炭素系導電材及び高分子樹脂を含む被覆層形成液、被覆層形成粉体、又は被覆層形成用シートを、前記金属平板表面に、ホットプレス又はホットローラを含む熱圧着法により密着させて形成することを特徴とする請求項31に記載の燃料電池用金属セパレータの製造方法。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • University Of Yamanashi
  • Inventor
  • Watanabe, Masahiro
  • Uchida, Hiroyuki
  • Yamashita, Hisao
  • Miyatake, Kenji
IPC(International Patent Classification)
Specified countries AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BE BF BG BJ BR BW BY BZ CA CF CG CH CI CM CN CO CR CU CY CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI FR GA GB GD GE GH GM GN GQ GR GW HR HU ID IE IL IN IS IT JP KE KG KM KN KP KR KZ LA LC LK LR LS LT LU LV LY MA MC MD MG MK ML MN MR MW MX MZ NA NE NG NI NL NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SI SK SL SM SN SY SZ TD TG TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW
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