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SEPARATOR FOR FUEL CELL, ITS MANUFACTURING METHOD, AND FUEL CELL UPDATE_EN

Patent code P07A011498
File No. /NO33273
Posted date Nov 16, 2007
Application number P2002-133610
Publication number P2003-331858A
Patent number P4275899
Date of filing May 9, 2002
Date of publication of application Nov 21, 2003
Date of registration Mar 13, 2009
Inventor
  • (In Japanese)森 久史
  • (In Japanese)辻村 太郎
  • (In Japanese)宮本 岳史
  • (In Japanese)喜多川 眞好
  • (In Japanese)道浦 吉貞
  • (In Japanese)前川 恵一
  • (In Japanese)北田 信雄
  • (In Japanese)東 健司
Applicant
  • (In Japanese)公益財団法人鉄道総合技術研究所
  • (In Japanese)株式会社栗本鐵工所
  • (In Japanese)東 健司
Title SEPARATOR FOR FUEL CELL, ITS MANUFACTURING METHOD, AND FUEL CELL UPDATE_EN
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator for a fuel cell easy to work, without breaking or warping, high mechanical strength, high electric conductivity, high corrosion resistance, light weight, at a low cost, and to provide a method for manufacturing the separator for the fuel cell, and the fuel cell.
SOLUTION: A magnesium alloy containing 2.5-3.5 wt.% aluminum, 0.5-1.5 wt.% zinc, 0.15 wt.% or more manganese, 0.01 wt.% or less iron, 0.10 wt.% or less silicon, 0.10 wt.% or less copper, 0.005 wt.% or less nickel, 0.04 wt.% or less calcium, 0.1-0.3 wt.% rare earth metal, and the balance being magnesium is hot extruded at a extrusion ratio of 7% at a temperature of 553K. The hot- extruded magnesium alloy is aged at a temperature of 573K for 10 hours, and a passage groove 90a and fixing holes 90b are formed in one body by superplastic forging.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

燃料電池用セパレータは、電気的及び腐食環境におかれる一つの構造物として取り扱われており、燃料電池用セパレータの材料には軽量、機械的強度、電気伝導性及び耐食性が求められ、大量使用されるためコストの低減が強く望まれている。従来、グラファイト、天然若しくは人口黒鉛、アモルファスカーボン、膨張黒鉛などのカーボン系材料や、ステンレス鋼、アルミニウム合金又はチタン合金などを使用した燃料電池用セパレータが知られている。カーボン系材料は、軽くて強度を有するが脆くて加工が困難であり、カーボン自体のコストが非常に高く、燃料電池用セパレータとして大量に使用する際にはコストに問題があった。このため、ステンレス鋼、アルミニウム合金又はチタン合金を使用した燃料電池用セパレータが製造されている。

特開平10-228914号公報には、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼などに金めっきを施した燃料電池用セパレータが開示されており、特開平8-180883号公報にはステンレス鋼又はチタン合金をプレス加工によって形成した燃料電池用セパレータが開示されており、特開2000-309854号公報にはオーステナイト系ステンレス鋼からなる燃料電池用セパレータが開示されている。ステンレス鋼は、強度を有し加工に問題はないが、カーボンに比べて6倍程度の重量があるため電池自体の重量が増加して、鉄道車両や自動車などに搭載することが困難である。また、アルミニウム合金及びチタン合金は、強度がありステンレス鋼に比べて軽量であるがめっきなどの処理が必要になる。

一方、マグネシウム合金は、アルミニウム合金よりも軽くて強度があり電気導電性を有する材料であるため、アルミニウム合金製の燃料電池用セパレータよりも軽量なセパレータを提示できる可能性がある。このため、マグネシウム合金製の燃料電池用セパレータを製造する際のマグネシウム合金の加工方法、材料の選定及び表面処理技術が検討されている。

Field of industrial application (In Japanese)

この発明は、燃料電池用セパレータの製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
アルミニウム2.5~3.5質量%、亜鉛0.5~1.5質量%、マンガン0.05~0.4質量%以上、鉄0.01質量%以下、ケイ素0.10質量%以下、銅0.10質量%以下、ニッケル0.005質量%以下、カルシウム0.04質量%以下、希土類金属0.1~0.3質量%、残りがマグネシウムであるマグネシウム合金によって形成された燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記マグネシウム合金を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理後の前記マグネシウム合金を超塑性鍛造加工する超塑性鍛造工程と、
を含む燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項2】
 
請求項1に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記熱処理工程は、前記マグネシウム合金を温度573~773Kで1時間焼鈍処理し、
前記超塑性鍛造工程は、前記焼鈍処理後に前記マグネシウム合金を金型温度473~723K、ひずみ速度2×10-5~1×10-1/sで超塑性鍛造加工すること、
を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項3】
 
アルミニウム2.5~3.5質量%、亜鉛0.5~1.5質量%、マンガン0.05~0.4質量%以上、鉄0.01質量%以下、ケイ素0.10質量%以下、銅0.10質量%以下、ニッケル0.005質量%以下、カルシウム0.04質量%以下、希土類金属0.1~0.3質量%、残りがマグネシウムであるマグネシウム合金によって形成された燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記マグネシウム合金を熱間加工する熱間加工工程と、
前記熱間加工後の前記マグネシウム合金を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理後の前記マグネシウム合金を超塑性鍛造加工する超塑性鍛造工程と、
を含む燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項4】
 
請求項3に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記熱間加工工程は、前記マグネシウム合金を温度553~623K、押し出し比率14対1で熱間押し出し加工し、
前記熱処理工程は、前記熱間押し出し加工後にこのマグネシウム合金を温度573~773Kで10時間焼鈍処理し、
前記超塑性鍛造工程は、前記焼鈍処理後に前記マグネシウム合金を金型温度473~723K、ひずみ速度2×10-5~1×10-1/sで超塑性鍛造加工すること、
を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項5】
 
アルミニウム5.5~7.2質量%、亜鉛0.5~1.5質量%、マンガン0.15~0.4質量%、鉄0.01質量%以下、ケイ素0.10質量%以下、銅0.10質量%以下、ニッケル0.005質量%以下、希土類金属0.1~0.3質量%、残りがマグネシウムであるマグネシウム合金によって形成された燃料電池用セパレータの製造方法であって、
冷間圧延後の前記マグネシウム合金を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理後の前記マグネシウム合金を超塑性鍛造加工する超塑性鍛造工程と、
を含む燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項6】
 
請求項5に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記熱処理工程は、圧下率10~15%で冷間圧延後の前記マグネシウム合金を温度473~500Kで10時間時効処理し、
前記超塑性鍛造工程は、前記時効処理後に前記マグネシウム合金を金型温度473~723K、ひずみ速度2×10-5~1×10-1/sで超塑性鍛造加工すること、
を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項7】
 
アルミニウム5.5~7.2質量%、亜鉛0.5~1.5質量%、マンガン0.15~0.4質量%、鉄0.01質量%以下、ケイ素0.10質量%以下、銅0.10質量%以下、ニッケル0.005質量%以下、希土類金属0.1~0.3質量%、残りがマグネシウムであるマグネシウム合金によって形成された燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記マグネシウム合金を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理後の前記マグネシウム合金を熱間加工する熱間加工工程と、
前記熱間加工後の前記マグネシウム合金を超塑性鍛造加工する超塑性鍛造工程と、
を含む燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項8】
 
請求項7に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記熱処理工程は、前記マグネシウム合金を温度673Kで10時間焼鈍処理し、
前記熱間加工工程は、前記焼鈍処理後に前記マグネシウム合金を温度543~773K、押し出し比率64対1で熱間押し出し加工し、
前記超塑性鍛造工程は、前記熱間押し出し加工後に前記マグネシウム合金を金型温度473~723K、ひずみ速度2×10-5~1×10-1/sで超塑性鍛造加工すること、
を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項9】
 
アルミニウム8.5~9.5重量%、亜鉛0.45~0.9重量%、マンガン0.17~0.4重量%、鉄0.01重量%以下、ケイ素0.05重量%以下、銅0.03重量%以下、ニッケル0.001重量%以下、希土類金属0.1~0.3重量%、残りがマグネシウムであるマグネシウム合金によって形成された燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記マグネシウム合金を熱間加工する熱間加工工程と、
前記熱間加工後の前記マグネシウム合金を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理後の前記マグネシウム合金を超塑性鍛造加工する超塑性鍛造工程と、
を含む燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項10】
 
請求項9に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記熱間加工工程は、前記マグネシウム合金を温度543~773K、押し出し比率64対1で熱間押し出し加工し、
前記熱処理工程は、前記押し出し加工後に前記マグネシウム合金を温度473~573Kで10時間時効処理し、
前記超塑性鍛造工程は、前記時効処理後に前記マグネシウム合金を金型温度473~723K、ひずみ速度2×10-5~1×10-1/sで超塑性鍛造加工すること、
を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項11】
 
亜鉛4.8~6.2質量%、ジルコニウム0.45~0.8質量%、銅0.03質量%以下、ニッケル0.005質量%以下、希土類金属0.1質量%、残りがマグネシウムであるマグネシウム合金によって形成された燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記マグネシウム合金を熱間加工する熱間加工工程と、
前記熱間加工後の前記マグネシウム合金を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理後の前記マグネシウム合金を超塑性鍛造加工する超塑性鍛造工程と、
を含む燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項12】
 
請求項11に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記熱間加工工程は、前記マグネシウム合金を温度583~773K、押し出し比率100対1で熱間押し出し加工し、
前記熱処理工程は、前記熱間押し出し加工後にこのマグネシウム合金を温度621Kで10時間焼鈍処理し、
前記超塑性鍛造工程は、前記焼鈍処理後に前記マグネシウム合金を金型温度473~723K、ひずみ速度2×10-5~1×10-1/sで超塑性鍛造加工すること、
を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項13】
 
請求項11に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記熱間加工工程は、前記マグネシウム合金を温度583K、押し出し比率100対1で熱間圧延加工し、
前記熱処理工程は、前記熱間圧延加工後に前記マグネシウム合金を温度583Kで30分間焼鈍処理し、
前記超塑性鍛造工程は、前記焼鈍処理後に前記マグネシウム合金を金型温度473~723K、ひずみ速度2×10-5~1×10-1/sで超塑性鍛造加工すること、
を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項14】
 
請求項1から請求項13までのいずれか1項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
前記超塑性鍛造加工後の前記マグネシウム合金の表面にセラミックス層又は金属めっき層を形成する保護層形成工程を含むこと、
を特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2002133610thum.jpg
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