平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ組みおよび平面型の高分子電解質型燃料電池
【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】前記各セパレータは、複数の貫通孔１２１Ｂを有する単位導電性基板を空隙部１２４、１３４を介して平面的に一方向にｎ個配列したセパレータ用部材と、一対の絶縁性枠体１２２、１２３、１３２、１３３とを備えており、各接続用端子部は、それぞれのセパレータの絶縁性枠体に設けた接続用の開口１２３ｂから露出されている。
【解決手段】前記各セパレータは、複数の貫通孔１２１Ｂを有する単位導電性基板を空隙部１２４、１３４を介して平面的に一方向にｎ個配列したセパレータ用部材と、一対の絶縁性枠体１２２、１２３、１３２、１３３とを備えており、各接続用端子部は、それぞれのセパレータの絶縁性枠体に設けた接続用の開口１２３ｂから露出されている。
【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５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５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６は、図５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５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６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５、図６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７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７の各部を離間して示した斜視図は、図８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７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、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、れぞれ、前記一方側の端の１番目から（ｎ−１）番目の単位導電性基板の前記接続用端子部と接続するための接続用端子部を有し、前記一方のセパレータ用部材の各接続用端子と、これと接続するための他方のセパレータ用部材の接続用端子とは、平面型の高分子電解質型燃料電池に供せられる際には、膜電極複合体（ＭＥＡ）を介して向き合う位置に配されるもので、且つ、前記両セパレータ用部材の各接続用端子部は、単位導電性基板の金属部をそのまま、あるいは、該金属部に接続用の表面めっきを施して端子部としたもので、各々、それぞれのセパレータの絶縁性枠体に設けた接続用の開口から露出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、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、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、この間にＣｕ等の金属部品を配して、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、接続する一対の接続用端子部と、該一対の接続用端子部の間に配したＣｕ等の金属部品との電気的接続をねじ締め接続あるいはバンプ接続によりおこなってい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。
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は、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、接続部の距離を短かくでき、接続部の低抵抗化ができる。
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、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、れぞれ、前記一方側の端の１番目から（ｎ−１）番目の単位導電性基板の前記接続用端子部と接続するための接続用端子部を有し、前記一方のセパレータ用部材の各接続用端子と、これと接続するための他方のセパレータ用部材の接続用端子とは、平面型の高分子電解質型燃料電池に供せられる際には、膜電極複合体（ＭＥＡ）を介して向き合う位置に配されるもので、且つ、前記両セパレータ用部材の各接続用端子部は、単位導電性基板の金属部をそのまま、あるいは、該金属部に接続用の表面めっきを施して端子部としたもので、各々、それぞれのセパレータの絶縁性枠体に設けた接続用の開口から露出されていることにより、これを達成している。
詳しくは、平面型の高分子電解質型燃料電池に供せられる場合に、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とを、この接続端子部の組みの間に金属等を配し、更に該金属等に各接続用端子をネジ締め接続やバンプ接続等により、電気的に接続することにより、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く。
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。
また、接続部は、その距離が短かくなり、接続部の低抵抗化が可能となる。
【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）〜図３（ｃ）は、接続用端子の接続の仕方を説明するための断面図で、図３（ｃ）は接続用端子の接続状態を示した断面図で、図４（ａ）、図４（ｂ）は、それぞれ、互いに、互換性のある酸素供給用セパレータのセパレート用部材、燃料供給用セパレータのセパレート用部材を示した平面図である。
尚、図２、図４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４における点線四角領域は裏面側の接続用端子１３８を示している。
また、図１において、酸素供給用セパレータ１３０の接続用の開口（図５（ａ）の１３３ｂに相当）は隠れているため図示されていない。
図１〜図４中、１１０はセパレータ組み、１２０は燃料供給用セパレータ、１２０Ｈは穴部、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（金めっき部）、１２１Ｂは貫通孔、１２１Ｃはネジ止め用穴、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、１２３ｂは（接続用の）開口、１２４は空隙部、１２５は張出部、１２６は切り欠き部位、１２７は端子電極、１２８、１２９は接続用端子、１２８ａはめっき層、１３０は酸素供給用セパレータ、１３０Ｈは穴部、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（金めっき部）、１３１Ｂは貫通孔、１３１Ｃはネジ止め用穴、１３１ａ〜１３１ｃは単位導電性基板、１３２、１３３は枠体（絶縁性枠体とも言う）、１３２ａは開口、１３３ｂは開口、１３４は空隙部、１３５は張出部、１３６は切り欠き部位、１３７は端子電極、１３８、１３９は接続用端子、１３８ａはめっき層、１４０、１４１はパッキン材、１５０は金属材（金属部品とも言う）、１６０、１６１はネジである。
【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１２１Ｂを有する導電性基板を単位導電性基板１２１ａ〜１２１ｃとして、該単位導電性基板を空隙部１２４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、１２３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１２３ａ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を空隙部１３４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、１３３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１３２ａ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、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２番目と３番目の単位導電性基板１２１ｂ、１２１ｃには、接続のために金めっきは施された接続用端子１２８、１２９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、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１番目と２番目の単位導電性基板１３１ａ、１３１ｂには、接続のために金めっきは施された接続用端子１３８、１３９を有している。
尚、セパレータ用部材１２１の接続用端子１２８とセパレータ用部材１３１の接続用端子１３８とは、および、セパレータ用部材１２１の接続用端子１２９とセパレータ用部材１３１の接続用端子１３９とは、それぞれ、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）を間にして互いに反対側と配されるもので、図２（ａ）、図２（ｂ）においては、その表面側に配設されている。
そして、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、燃料電池に供されて、セパレータ用部材１２１の接続用端子１２８とセパレータ用部材１３１の接続用端子１３８とが、および、セパレータ用部材１２１の接続用端子１２９とセパレータ用部材１３１の接続用端子１３９とが、それぞれ、電気的に接続されることにより、各単位セルは電気的に直列接続される。
【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らないが、図４に示すように、燃料供給用セパレータ１２０（図４（ａ））と酸素供給用セパレータ１３０（図４（ｂ））とを互いに向きを変えて使用することができるように、互いに同じデザインとした形態にしても良い。
【００２１】
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。
本例では、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集電部１２１Ａ、１３１Ａの表面部の保護層として金めっき層を配設している。
金めっき層に代え、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。
このような保護層としては、これらに限定されない。
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。
【００２２】
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、各セパレータ用部材１２１、１３１と、対応する各絶縁性枠体１２２、１２３、１３２、１３３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１２２、１２３、１３２、１３３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。
【００２３】
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、平面型の高分子電解質型燃料電池の作製に供され、図６に示すように、燃料供給側セパレータ１２０（図５、図６の２０に相当）および酸素供給側セパレータ１３０（図５、図６の３０に相当）を、これらの間に、膜電極複合体（ＭＥＡ、図５、図６の４０に相当）を配して、間隔を狭めて積層形成して、図５に示すような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。
尚、先に述べたが、膜電極複合体（ＭＥＡ）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５、図６に示すように、高分子電解質４１の膜に燃料極側触媒層４２、酸素極側触媒層４３を配している。 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においては、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すようにして、対応する接続用端子同士は、電気的に接続され、これにより、３個の単位セルは、電気的に直列接続される。
【００２４】
ここで、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の接続方法を、図３（ａ）〜図３（ｃ）に基づいて、更に説明しておく。
本例では、接続する燃料供給用セパレータ１２０側の接続用端子１２８と酸素供給用セパレータ１３０側の接続用端子１３８とは、いずれも、単位導電性基板の金属部に接続用の表面めっき（ここでは、Ａｕめっき）を施して端子部としたもので、各々、それぞれのセパレータの絶縁性枠体１２２、１３２に設けた接続用の開口１２３Ｈ、１３３Ｈから露出されている。
接続する燃料供給用セパレータ１２０側の接続用端子１２８と酸素供給用セパレータ１３０側の接続用端子１３８とを対向して十分に離した状態から、所定のサイズの金属材１５０を、前記開口１２３Ｈ、１３３Ｈに嵌める。（図３（ａ）〜図３（ｂ））
この状態で、両外側から前記開口１２０Ｈ、１３０Ｈに、それぞれ、導電性の金属からなるネジ１６１、１６２にて、金属材１５０をネジ止めして、金属材１５０を固定する。（図３（ｃ））
尚、通常、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、ネジ止めによる金属材１５０の固定とともに、パッキン材１４０、１４１が密着して、他と金属材１５０、ネジ１６０、１６１とを隔離する。
これにより、燃料供給側からの燃料や酸素供給側からの酸素（空気）の侵入を防止できる。
このようにして、接続用端子１２８、１３８は、互いに電気的に接続される。
接続用端子１２９、１３９も、同様に、互いに電気的に接続される。
【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。
接続用端子１２８、１２９、１３８，１３９の表面めっきも、上記Ａｕめっきに限定されない。
【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）〜図３（ｃ）は、接続用端子の接続の仕方を説明するための断面図で、図３（ｃ）は接続用端子の接続状態を示した断面図である。
【図４】図４（ａ）、図４（ｂ）は、それぞれ、互いに、互換性のある酸素供給用セパレータのセパレート用部材、燃料供給用セパレータのセパレート用部材を示した平面図である。
【図５】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６】図５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】燃料供給側のセパレータの斜視図である。
【図８】図７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
１２０ 燃料供給用セパレータ
１２０Ｈ 穴部
１２１ （燃料供給用セパレータの）セパレータ用部材
１２１Ａ 集電部（金めっき部）
１２１Ｂ 貫通孔
１２１Ｃ ネジ止め用穴
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
１２３ｂ （接続用の）開口
１２４ 空隙部
１２５ 張出部
１２６ 切り欠き部位
１２７ 端子電極
１２８、１２９ 接続用端子
１２８ａ めっき層
１３０ 酸素供給用セパレータ
１３０Ｈ 穴部
１３１ （酸素供給用セパレータの）セパレータ用部材
１３１Ａ 集電部（金めっき部）
１３１Ｂ 貫通孔
１３１Ｃ ネジ止め用穴
１３１ａ〜１３１ｃ 単位導電性基板
１３２、１３３ 枠体（絶縁性枠体とも言う）
１３２ａ 開口
１３３ｂ 開口
１３４ 空隙部
１３５ 張出部
１３６ 切り欠き部位
１３７ 端子電極
１３８、１３９ 接続用端子
１３８ａ めっき層
１４０、１４１ パッキン材
１５０ 金属材（金属部品とも言う）
１６０、１６１ ネジ
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（金めっき部）
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（金めっき部）
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） ４２ 燃料極側触媒層
４３ 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
【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５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５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６は、図５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５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６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５、図６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７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７の各部を離間して示した斜視図は、図８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７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、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、れぞれ、前記一方側の端の１番目から（ｎ−１）番目の単位導電性基板の前記接続用端子部と接続するための接続用端子部を有し、前記一方のセパレータ用部材の各接続用端子と、これと接続するための他方のセパレータ用部材の接続用端子とは、平面型の高分子電解質型燃料電池に供せられる際には、膜電極複合体（ＭＥＡ）を介して向き合う位置に配されるもので、且つ、前記両セパレータ用部材の各接続用端子部は、単位導電性基板の金属部をそのまま、あるいは、該金属部に接続用の表面めっきを施して端子部としたもので、各々、それぞれのセパレータの絶縁性枠体に設けた接続用の開口から露出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、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、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、この間にＣｕ等の金属部品を配して、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、接続する一対の接続用端子部と、該一対の接続用端子部の間に配したＣｕ等の金属部品との電気的接続をねじ締め接続あるいはバンプ接続によりおこなってい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。
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は、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、接続部の距離を短かくでき、接続部の低抵抗化ができる。
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、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、れぞれ、前記一方側の端の１番目から（ｎ−１）番目の単位導電性基板の前記接続用端子部と接続するための接続用端子部を有し、前記一方のセパレータ用部材の各接続用端子と、これと接続するための他方のセパレータ用部材の接続用端子とは、平面型の高分子電解質型燃料電池に供せられる際には、膜電極複合体（ＭＥＡ）を介して向き合う位置に配されるもので、且つ、前記両セパレータ用部材の各接続用端子部は、単位導電性基板の金属部をそのまま、あるいは、該金属部に接続用の表面めっきを施して端子部としたもので、各々、それぞれのセパレータの絶縁性枠体に設けた接続用の開口から露出されていることにより、これを達成している。
詳しくは、平面型の高分子電解質型燃料電池に供せられる場合に、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とを、この接続端子部の組みの間に金属等を配し、更に該金属等に各接続用端子をネジ締め接続やバンプ接続等により、電気的に接続することにより、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く。
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。
また、接続部は、その距離が短かくなり、接続部の低抵抗化が可能となる。
【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）〜図３（ｃ）は、接続用端子の接続の仕方を説明するための断面図で、図３（ｃ）は接続用端子の接続状態を示した断面図で、図４（ａ）、図４（ｂ）は、それぞれ、互いに、互換性のある酸素供給用セパレータのセパレート用部材、燃料供給用セパレータのセパレート用部材を示した平面図である。
尚、図２、図４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４における点線四角領域は裏面側の接続用端子１３８を示している。
また、図１において、酸素供給用セパレータ１３０の接続用の開口（図５（ａ）の１３３ｂに相当）は隠れているため図示されていない。
図１〜図４中、１１０はセパレータ組み、１２０は燃料供給用セパレータ、１２０Ｈは穴部、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（金めっき部）、１２１Ｂは貫通孔、１２１Ｃはネジ止め用穴、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、１２３ｂは（接続用の）開口、１２４は空隙部、１２５は張出部、１２６は切り欠き部位、１２７は端子電極、１２８、１２９は接続用端子、１２８ａはめっき層、１３０は酸素供給用セパレータ、１３０Ｈは穴部、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（金めっき部）、１３１Ｂは貫通孔、１３１Ｃはネジ止め用穴、１３１ａ〜１３１ｃは単位導電性基板、１３２、１３３は枠体（絶縁性枠体とも言う）、１３２ａは開口、１３３ｂは開口、１３４は空隙部、１３５は張出部、１３６は切り欠き部位、１３７は端子電極、１３８、１３９は接続用端子、１３８ａはめっき層、１４０、１４１はパッキン材、１５０は金属材（金属部品とも言う）、１６０、１６１はネジである。
【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１２１Ｂを有する導電性基板を単位導電性基板１２１ａ〜１２１ｃとして、該単位導電性基板を空隙部１２４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、１２３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１２３ａ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を空隙部１３４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、１３３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１３２ａ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、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２番目と３番目の単位導電性基板１２１ｂ、１２１ｃには、接続のために金めっきは施された接続用端子１２８、１２９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、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１番目と２番目の単位導電性基板１３１ａ、１３１ｂには、接続のために金めっきは施された接続用端子１３８、１３９を有している。
尚、セパレータ用部材１２１の接続用端子１２８とセパレータ用部材１３１の接続用端子１３８とは、および、セパレータ用部材１２１の接続用端子１２９とセパレータ用部材１３１の接続用端子１３９とは、それぞれ、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）を間にして互いに反対側と配されるもので、図２（ａ）、図２（ｂ）においては、その表面側に配設されている。
そして、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、燃料電池に供されて、セパレータ用部材１２１の接続用端子１２８とセパレータ用部材１３１の接続用端子１３８とが、および、セパレータ用部材１２１の接続用端子１２９とセパレータ用部材１３１の接続用端子１３９とが、それぞれ、電気的に接続されることにより、各単位セルは電気的に直列接続される。
【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らないが、図４に示すように、燃料供給用セパレータ１２０（図４（ａ））と酸素供給用セパレータ１３０（図４（ｂ））とを互いに向きを変えて使用することができるように、互いに同じデザインとした形態にしても良い。
【００２１】
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。
本例では、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集電部１２１Ａ、１３１Ａの表面部の保護層として金めっき層を配設している。
金めっき層に代え、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。
このような保護層としては、これらに限定されない。
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。
【００２２】
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、各セパレータ用部材１２１、１３１と、対応する各絶縁性枠体１２２、１２３、１３２、１３３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１２２、１２３、１３２、１３３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。
【００２３】
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、平面型の高分子電解質型燃料電池の作製に供され、図６に示すように、燃料供給側セパレータ１２０（図５、図６の２０に相当）および酸素供給側セパレータ１３０（図５、図６の３０に相当）を、これらの間に、膜電極複合体（ＭＥＡ、図５、図６の４０に相当）を配して、間隔を狭めて積層形成して、図５に示すような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。
尚、先に述べたが、膜電極複合体（ＭＥＡ）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５、図６に示すように、高分子電解質４１の膜に燃料極側触媒層４２、酸素極側触媒層４３を配している。 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においては、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すようにして、対応する接続用端子同士は、電気的に接続され、これにより、３個の単位セルは、電気的に直列接続される。
【００２４】
ここで、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の接続方法を、図３（ａ）〜図３（ｃ）に基づいて、更に説明しておく。
本例では、接続する燃料供給用セパレータ１２０側の接続用端子１２８と酸素供給用セパレータ１３０側の接続用端子１３８とは、いずれも、単位導電性基板の金属部に接続用の表面めっき（ここでは、Ａｕめっき）を施して端子部としたもので、各々、それぞれのセパレータの絶縁性枠体１２２、１３２に設けた接続用の開口１２３Ｈ、１３３Ｈから露出されている。
接続する燃料供給用セパレータ１２０側の接続用端子１２８と酸素供給用セパレータ１３０側の接続用端子１３８とを対向して十分に離した状態から、所定のサイズの金属材１５０を、前記開口１２３Ｈ、１３３Ｈに嵌める。（図３（ａ）〜図３（ｂ））
この状態で、両外側から前記開口１２０Ｈ、１３０Ｈに、それぞれ、導電性の金属からなるネジ１６１、１６２にて、金属材１５０をネジ止めして、金属材１５０を固定する。（図３（ｃ））
尚、通常、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、ネジ止めによる金属材１５０の固定とともに、パッキン材１４０、１４１が密着して、他と金属材１５０、ネジ１６０、１６１とを隔離する。
これにより、燃料供給側からの燃料や酸素供給側からの酸素（空気）の侵入を防止できる。
このようにして、接続用端子１２８、１３８は、互いに電気的に接続される。
接続用端子１２９、１３９も、同様に、互いに電気的に接続される。
【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。
接続用端子１２８、１２９、１３８，１３９の表面めっきも、上記Ａｕめっきに限定されない。
【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）〜図３（ｃ）は、接続用端子の接続の仕方を説明するための断面図で、図３（ｃ）は接続用端子の接続状態を示した断面図である。
【図４】図４（ａ）、図４（ｂ）は、それぞれ、互いに、互換性のある酸素供給用セパレータのセパレート用部材、燃料供給用セパレータのセパレート用部材を示した平面図である。
【図５】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６】図５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】燃料供給側のセパレータの斜視図である。
【図８】図７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
１２０ 燃料供給用セパレータ
１２０Ｈ 穴部
１２１ （燃料供給用セパレータの）セパレータ用部材
１２１Ａ 集電部（金めっき部）
１２１Ｂ 貫通孔
１２１Ｃ ネジ止め用穴
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
１２３ｂ （接続用の）開口
１２４ 空隙部
１２５ 張出部
１２６ 切り欠き部位
１２７ 端子電極
１２８、１２９ 接続用端子
１２８ａ めっき層
１３０ 酸素供給用セパレータ
１３０Ｈ 穴部
１３１ （酸素供給用セパレータの）セパレータ用部材
１３１Ａ 集電部（金めっき部）
１３１Ｂ 貫通孔
１３１Ｃ ネジ止め用穴
１３１ａ〜１３１ｃ 単位導電性基板
１３２、１３３ 枠体（絶縁性枠体とも言う）
１３２ａ 開口
１３３ｂ 開口
１３４ 空隙部
１３５ 張出部
１３６ 切り欠き部位
１３７ 端子電極
１３８、１３９ 接続用端子
１３８ａ めっき層
１４０、１４１ パッキン材
１５０ 金属材（金属部品とも言う）
１６０、１６１ ネジ
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（金めっき部）
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（金めっき部）
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） ４２ 燃料極側触媒層
４３ 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
【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、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、れぞれ、前記一方側の端の１番目から（ｎ−１）番目の単位導電性基板の前記接続用端子部と接続するための接続用端子部を有し、前記一方のセパレータ用部材の各接続用端子と、これと接続するための他方のセパレータ用部材の接続用端子とは、平面型の高分子電解質型燃料電池に供せられる際には、膜電極複合体（ＭＥＡ）を介して向き合う位置に配されるもので、且つ、前記両セパレータ用部材の各接続用端子部は、単位導電性基板の金属部をそのまま、あるいは、該金属部に接続用の表面めっきを施して端子部としたもので、各々、それぞれのセパレータの絶縁性枠体に設けた接続用の開口から露出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、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、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、この間にＣｕ等の金属部品を配して、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、接続する一対の接続用端子部と、該一対の接続用端子部の間に配したＣｕ等の金属部品との電気的接続をねじ締め接続あるいはバンプ接続によりおこなっ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、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、れぞれ、前記一方側の端の１番目から（ｎ−１）番目の単位導電性基板の前記接続用端子部と接続するための接続用端子部を有し、前記一方のセパレータ用部材の各接続用端子と、これと接続するための他方のセパレータ用部材の接続用端子とは、平面型の高分子電解質型燃料電池に供せられる際には、膜電極複合体（ＭＥＡ）を介して向き合う位置に配されるもので、且つ、前記両セパレータ用部材の各接続用端子部は、単位導電性基板の金属部をそのまま、あるいは、該金属部に接続用の表面めっきを施して端子部としたもので、各々、それぞれのセパレータの絶縁性枠体に設けた接続用の開口から露出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、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、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、この間にＣｕ等の金属部品を配して、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、接続する一対の接続用端子部と、該一対の接続用端子部の間に配したＣｕ等の金属部品との電気的接続をねじ締め接続あるいはバンプ接続によりおこなっ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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−１１５４２７（Ｐ２００７−１１５４２７Ａ）
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０２８５６（Ｐ２００５−３０２８５６）
【出願日】平成１７年１０月１８日（２００５．１０．１８）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１８日（２００５．１０．１８）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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