特許ウォッチ

公開番号2024058532
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-25
出願番号2022204850
出願日2022-12-21
発明の名称燃料電池用セパレータ
出願人ヒュンダイ・モービス・カンパニー・リミテッド
代理人弁理士法人はるか国際特許事務所
主分類H01M 8/0258 20160101AFI20240418BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】燃料電池スタックの性能(出力)および作動効率を向上させることができる燃料電池用セパレータを提供することを目的とする。特に、膜電極接合体(反応層)に供給される反応ガスの反応面積および伝達効率を保障できるようにすることを目的とする。
【解決手段】本発明の実施形態は、膜電極接合体(MEA)を含む反応層100に積層される燃料電池用セパレータ200であって、反応層に積層される板体210と、反応層と対向する板体の一面に備えられ、反応ガスが供給される第1方向に沿って反応層と板体との間に反応ガスが移動する反応チャネル221を定義する波パターン220と、波パターンの側端部に沿って備えられ、反応層に接触する島部(land)230と、を含むことで、性能および作動効率を向上させるという有利な効果を得ることができる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
膜電極接合体（ＭＥＡ）を含む反応層に積層される燃料電池用セパレータであって、
前記反応層に積層される板体と、
前記反応層と対向する前記板体の一面に備えられ、反応ガスが供給される第１方向に沿って前記反応層と前記板体との間に前記反応ガスが移動する反応チャネルを定義する波パターンと、
前記波パターンの側端部に沿って備えられ、前記反応層に接触する島部（ｌａｎｄ）と、
を含む、燃料電池用セパレータ。
続きを表示（約 870 文字）【請求項２】
前記波パターンは、
前記反応層と対向する前記板体の一面に突出するように提供される峰部（ｃｒｅｓｔｐｏｒｔｉｏｎ）と、
前記峰部と連続した波形（ｗａｖｅｆｏｒｍ）をなすように前記第１方向に沿った前記峰部の端部に連結される谷部（ｔｒｏｕｇｈｐｏｒｔｉｏｎ）と、
を含む、請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記峰部は、
前記反応ガスを前記反応層に向かってガイドする第１傾斜部と、
前記第１傾斜部の下流に備えられ、前記第１傾斜部を通過した前記反応ガスを前記板体に向かってガイドする第２傾斜部と、
を含む、請求項２に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
前記第１傾斜部は、第１角度を有するように定義され、前記第２傾斜部は、前記第１角度とは異なる第２角度を有するように定義される、請求項３に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
前記第１角度は、前記第２角度よりも小さく定義される、請求項４に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
前記峰部は、前記第１傾斜部と前記第２傾斜部との間に備えられる平坦部を含む、請求項３に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
前記波パターンと前記島部は、前記第１方向に交差する第２方向に沿って交互（ａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ）に配置されるように複数備えられる、請求項２に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
前記峰部は、前記第２方向に沿って同一線上に配置される、請求項７に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
前記峰部は、前記第２方向に沿って互いに異なる線上に配置される、請求項７に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１０】
前記板体の他の一面に備えられ、冷却水が流動する冷却チャネルを含む、請求項２に記載の燃料電池用セパレータ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータに関し、より具体的には、性能および作動効率を向上させることができる燃料電池用セパレータに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは、燃料（例えば、水素）の化学的反応により電気エネルギーを生産する一種の発電装置であり、数十または数百個の燃料電池セル（単位セル）を直列に積層して構成されることができる。
【０００３】
燃料電池セルは、水素カチオンを移動可能な電解質膜、および水素と酸素が反応できるように電解質膜の両側面に備えられた電極（触媒電極層）が結合された膜電極接合体（ＭＥＡ：ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）と、膜電極接合体の両面に密着し、反応ガスを均一に分布させ、発生した電気エネルギーを伝達するガス拡散層（ＧＤＬ：ＧａｓＤｉｆｆｕｓｉｏｎＬａｙｅｒ）と、ガス拡散層に密着し、流路を形成するセパレータ（Ｂｉｐｏｌａｒｐｌａｔｅ）と、を含むことができる。
【０００４】
セパレータは、燃料である水素を供給するアノードセパレータ、および酸化剤である空気を供給するカソードセパレータに区分することができ、燃料または酸化剤が流動するチャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）、およびガス拡散層と接触して電気的通路の役割をする島部（ｌａｎｄ）を含むことができる。
【０００５】
一方、燃料電池スタックの性能を極大化するためには、膜電極接合体に供給される反応ガスの反応面積および伝達効率を向上させなければならない。
特に、燃料電池スタックの性能および出力は、膜電極接合体に伝達される反応ガスの伝達流量に応じて決められるため、燃料電池スタックの性能および出力を向上させるためには、膜電極接合体に伝達される反応ガスの伝達流量を十分に確保しなければならない。
【０００６】
しかしながら、従来は、膜電極接合体とセパレータとの間に供給された反応ガスが膜電極接合体に水平な方向に沿って移動するように構成されることで、セパレータから膜電極接合体に向かう反応ガスの流動流れを形成し難いという問題があり、このため、膜電極接合体に伝達される反応ガスの伝達流量を十分に確保し難いため（膜電極接合体に供給される反応ガスの反応面積および伝達効率を確保し難いため）、燃料電池スタックの性能および出力を向上させ難いという問題がある。
【０００７】
また、従来は、燃料電池スタックの性能を極大化するために、メタルフォーム（ｍｅｔａｌｆｏａｍ）またはワイヤメッシュ（ｗｉｒｅｍｅｓｈ）などの多孔性部材をセパレータ（例えば、カソードセパレータ）に備え、膜電極接合体の面圧を均等に分散させ、反応ガスの拡散および生成水（凝縮水）の排出性能を向上させる方策が提示されている。しかし、従来は、ガス拡散層とセパレータとの間に別の多孔性部材を備えなければならないため、構造および作製工程が複雑になり、製造原価が上昇するという問題がある。
【０００８】
そこで、近年、反応ガスの反応面積および伝達効率を確保しながらも構造を簡素化するための多様な研究が行われているが、未だに不十分であり、それに対する開発が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の実施形態は、燃料電池スタックの性能（出力）および作動効率を向上させることができる燃料電池用セパレータを提供することを目的とする。
特に、本発明の実施形態は、膜電極接合体（反応層）に供給される反応ガスの反応面積および伝達効率を保障できるようにすることを目的とする。
【００１０】
何よりも、本発明の実施形態は、セパレータの平面方向（第１方向）に沿った反応ガスの流動流れを保障しながらも、セパレータの厚さ方向（セパレータから膜電極接合体に向かう第３方向）に沿った反応ガスの流動流れを形成できるようにすることを目的とする。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許