(57)【要約】  基材と、前記基材上に形成された下地合金層と、前記下地合金層上に形成された金めっき層と、を備える燃料電池用セパレータであって、前記下地合金層が、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金（ただし、Ｍ１は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＳｎから選択される少なくとも１つの元素、Ｍ２は、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｇ、およびＲｕから選択される少なくとも１つの元素、Ｍ３は、Ｐ、およびＢから選択される少なくとも１つの元素である。）であることを特徴とする燃料電池用セパレータを提供する。
2014010663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材上に形成された下地合金層と、
前記下地合金層上に形成された金めっき層と、を備える燃料電池用セパレータであって、
前記下地合金層が、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金（ただし、Ｍ１は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＳｎから選択される少なくとも１つの元素、Ｍ２は、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｇ、およびＲｕから選択される少なくとも１つの元素、Ｍ３は、Ｐ、およびＢから選択される少なくとも１つの元素である。）であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池用セパレータを用いてなる燃料電池セル。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池用セルを複数積層してなる燃料電池スタック。
【請求項４】
基材の表面に、下地合金層を形成する工程と、
前記下地合金層上に、直接、非シアン系の金めっき浴を用いて、無電解還元めっきにより金めっき層を形成する工程と、を有する燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記下地合金層が、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金（ただし、Ｍ１は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＳｎから選択される少なくとも１つの元素、Ｍ２は、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｇ、およびＲｕから選択される少なくとも１つの元素、Ｍ３は、Ｐ、およびＢから選択される少なくとも１つの元素である。）であることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータ、燃料電池セル、燃料電池スタック、および燃料電池用セパレータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池用セパレータは、燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの部材として用いられ、ガス流路を通じて電極に燃料ガスや空気を供給する機能、および電極で発生した電子を集電する機能を有するものである。従来、このような燃料電池用セパレータとして、カーボン板にガス流路を形成してなる燃料電池用セパレータが用いられている。【０００３】
しかしながら、燃料電池用セパレータを構成する材料としてカーボン板を用いた場合には、材料コストや加工コストが大きくなるという問題がある。そのため、カーボン板の代わりに、材料コストが低く、高速プレス加工により安価にガス流路を形成することができる、アルミニウム、ステンレス鋼、またはチタン合金などの金属を用いることが求められている。【０００４】
これに対し、たとえば、特許文献１では、燃料電池用セパレータの母材として金属基材を用いて、金属基材上に、電解めっきにより、所定の元素からなる第一層および金めっき層を形成してなる燃料電池用セパレータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３５１６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、上述した特許文献１のように、燃料電池用セパレータを製造する際に、電解めっきにより金めっき層を形成する場合においては、以下の製造プロセスを経る必要がある。すなわち、まず、第１の製造プロセスとして、金属基材上に、電解めっきにより金めっき層を形成した後、プレス加工によりガス流路を形成する方法が挙げられる。あるいは、第２の製造プロセスとして、金属基材に対してプレス加工によりガス流路を形成した後、金属基材上に、電解めっきにより金めっき層を形成する方法が挙げられる。しかしながら、上記第１の製造プロセスにおいては、電解めっきにより金めっき層を形成した後、プレス加工によりガス流路を形成するため、プレス加工の際に加わる応力により金めっき層にクラックが生じてしまうという問題がある。また、上記第２の製造プロセスにおいては、凹凸のあるガス流路部分に電解めっきを施すこととなるため、金めっき層の析出が不均一となり、金めっき層の不形成部分が発生してしまうという問題がある。【０００７】
一方で、金属基材への金めっき層の形成を無電解めっきにより行うことによれば、上記第２の製造プロセスと同様に、金属基材に対してプレス加工によりガス流路を形成した後、無電解めっきにより金めっき層を形成する方法を用いた場合においては、凹凸のあるガス流路部分に対して、金めっき層を均一に、かつ不形成部分の発生を抑制するようにして形成することができる。しかしながら、無電解めっきとして、無電解置換めっきを用いる場合には、被めっき材である金属基材が局部的に溶出して、表面に微小な凹部が発生してしまう場合があり、これにより、発生した凹部に金が適切に析出せずに、形成される金めっき層の表面にピンホールが発生してしまう。そして、その結果として、得られる燃料電池用セパレータは、耐食性が低下するとともに、接触抵抗が上昇し、電子を集電する機能が低下するという問題がある。これに対し、このようなピンホールの問題を解決するために、無電解置換金めっきにより形成した金めっき層上に、さらに無電解還元金めっき処理を施してピンホールを被覆する方法も用いられているが、無電解還元金めっきによってピンホールを被覆するためには、金めっき層の厚膜化が必要となり、コスト的に不利になるという問題がある。【０００８】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであり、凹凸のあるガス流路部分に対しても金めっき層を均一に形成し、金めっき層を厚膜化することなく、金めっき層における不形成部分やピンホールの発生を防止することで、耐食性および導電性に優れた燃料電池用セパレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、基材上に金めっき層を形成してなる燃料電池用セパレータについて、基材側に形成された所定の元素から構成される下地合金層と、下地合金層上で最表面に形成された金めっき層とを有するものとすることにより、上記目的を達成できることを見出し本発明を完成させるに至った。【００１０】
すなわち、本発明によれば、基材と、前記基材上に形成された下地合金層と、前記下地合金層上に形成された金めっき層と、を備える燃料電池用セパレータであって、前記下地合金層が、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金（ただし、Ｍ１は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＳｎから選択される少なくとも１つの元素、Ｍ２は、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｇ、およびＲｕから選択される少なくとも１つの元素、Ｍ３は、Ｐ、およびＢから選択される少なくとも１つの元素である。）であることを特徴とする燃料電池用セパレータが提供される。【００１１】
本発明によれば、上記の燃料電池用セパレータを用いてなる燃料電池セルが提供される。
また、本発明によれば、上記の燃料電池用セルを複数積層してなる燃料電池スタックが提供される。【００１２】
さらに、本発明によれば、基材の表面に、下地合金層を形成する工程と、前記下地合金層上に、直接、非シアン系の金めっき浴を用いて、無電解還元めっきにより金めっき層を形成する工程と、を有する燃料電池用セパレータの製造方法であって、前記下地合金層が、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金（ただし、Ｍ１は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＳｎから選択される少なくとも１つの元素、Ｍ２は、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｇ、およびＲｕから選択される少なくとも１つの元素、Ｍ３は、Ｐ、およびＢから選択される少なくとも１つの元素である。）であることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、凹凸のあるガス流路部分に対しても金めっき層を均一に形成し、金めっき層を厚膜化することなく、金めっき層における不形成部分やピンホールの発生を防止することで、耐食性および導電性に優れた燃料電池用セパレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施例および比較例で得られた金めっき被覆材料のイオン溶出濃度を示すグラフである。
【図２】図２は、接触抵抗を測定する方法を説明するための図である。
【図３】図３は、実施例で得られた金めっき被覆材料の接触抵抗を示すグラフである。
【図４】図４は、実施例で得られた金めっき被覆材料について燃料電池初期発電性能の評価を行った結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の燃料電池用セパレータについて説明する。
本発明の燃料電池用セパレータは、基材上に金めっき層を備え、前記金めっき層は、前記基材側に形成された下地合金層上に形成され、前記下地合金層が、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金（ただし、Ｍ１は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＳｎから選択される少なくとも１つの元素、Ｍ２は、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｇ、およびＲｕから選択される少なくとも１つの元素、Ｍ３は、Ｐ、およびＢから選択される少なくとも１つの元素である。）であることを特徴とする。
【００１６】
＜基材＞
基材としては、特に限定されないが、鋼、ステンレス鋼、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｔｉ、Ｔｉ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金などを、燃料電池用セパレータとして必要な形状に加工したものを、特に制限なく用いることができる。
【００１７】
基材の厚みは、特に限定されず、使用用途に応じて適宜選択すればよいが、好ましくは０．０５〜２．０ｍｍであり、好ましくは０．１〜０．３ｍｍである。
【００１８】
そして、基材については、予めその表面に燃料ガスや空気の流路として機能する凹凸（ガス流路）が形成されたものを用いる。ガス流路を形成する方法としては、特に限定されないが、たとえば、プレス加工により形成する方法が挙げられる。
【００１９】
＜下地合金層＞
下地合金層は、金めっき層を良好に形成するための下地層であり、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金からなる。ここで、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金は、互いに異なる元素であるＭ１、Ｍ２、およびＭ３から構成され、Ｍ１は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＳｎから選択される少なくとも１つの元素であり、また、Ｍ２は、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｇ、およびＲｕから選択される少なくとも１つの元素であり、さらに、Ｍ３は、Ｐ、およびＢから選択される少なくとも１つの元素である。
【００２０】
なお、下地合金層を形成する方法は特に限定されないが、電解めっき、無電解めっき、スパッタリングなどにより形成することができる。そして、下記に示すように、特に無電解めっきにより形成することが好ましい。
【００２１】
Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金におけるＭ１は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＳｎから選択される少なくとも１つの元素であり、これらを単独で用いてもよいし、２つ以上を組み合わせて、たとえば、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｃｕなどを用いてもよい。Ｍ１を構成する各元素は、単独で、基材上にめっき層を形成することができるという特性を有する元素であり、いずれも、下地合金層を基材に密着させる作用を有するものである。なお、Ｍ１としては、めっき液の自己分解を防止し、めっき液の安定性を高めることができるという点より、Ｎｉ、およびＣｏから選択される少なくとも１つの元素を用いるのが好ましく、Ｎｉを用いるのが特に好ましい。
【００２２】
また、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金におけるＭ２は、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｇ、およびＲｕから選択される少なくとも１つの元素であり、これらを単独で用いてもよいし、２つ以上を組み合わせて用いてもよい。Ｍ２を構成する各元素は、自己触媒作用を有する元素であり、いずれも、基材上に析出した際に、めっき浴中の還元剤の反応に対する触媒として作用し、金属析出反応を連続的に進行する作用を有するものである。なお、Ｍ２としては、コストを抑えることができるという点より、Ｐｄ、およびＡｇから選択される少なくとも１つの元素を用いるのが好ましく、Ｐｄを用いるのが特に好ましい。
【００２３】
さらに、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金におけるＭ３は、Ｐ、およびＢから選択される少なくとも１つの元素であり、これらの元素を単独で用いてもよいし、２つ以上を組み合わせて、たとえば、Ｐ−Ｂを用いてもよい。Ｍ３を構成する各元素は、下地合金層を形成するためのめっき浴中の還元剤を構成するメタロイドであり、通常、下地合金層を形成する際に不可避的に下地合金層に取り込まれることとなる。なお、Ｍ３としては、めっき液の自己分解を防止し、めっき液の安定性を高めることができるという点より、Ｐを用いるのが好ましい。
【００２４】
また、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金における各元素の比率は、Ｍ１が２０〜５０原子％、Ｍ２が３０〜５０原子％、Ｍ３が２０〜３０原子％であることが好ましい。また、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金上に適切に金めっき層が形成され、金めっき層における不形成部分やピンホールの発生を防止することができる範囲であれば、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金には不可避的に混入してしまう不純物がわずかに含まれていてもよい。不可避的に混入してしまう不純物としては、たとえば、めっき液の自己分解を防止し、めっき液を安定させる安定剤として添加されるＰｂ、Ｔｌ、Ｂｉなどの重金属が挙げられる。なお、このような安定剤としては、環境負荷軽減の観点から、Ｂｉが好ましく用いられる。Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金の組成比を上記範囲とすることにより、基材上に良好に下地合金層が形成され、かつ、下地合金層上に形成される金めっき層も、ピンホールの発生を低減し、良好に形成することができる。
【００２５】
そして、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金としては、各元素を任意に組み合わせたものを用いることができるが、めっき液の自己分解を防止し、めっき液の安定性を高めることができるという点より、Ｎｉ−Ｐｄ−Ｐ合金、Ｃｏ−Ａｇ−Ｐ合金が好ましく、Ｎｉ−Ｐｄ−Ｐ合金が特に好ましい。
【００２６】
Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金からなる下地合金層の形成は、Ｍ１、Ｍ２、およびＭ３に示す元素を含み、還元剤、錯化剤が添加されためっき浴（下地合金無電解めっき浴）を用いて、基材上にめっきを施すことにより行われる。たとえば、Ｎｉ−Ｐｄ−Ｐ合金からなる下地合金層を形成する場合には、下地合金無電解めっき浴としては、通常用いられるニッケルめっき浴と、パラジウムめっき浴とを混合して得られるものなどを用いることができる。ニッケルめっき浴としては、たとえば、塩化ニッケル、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、酢酸ニッケルなどのニッケル塩と、次亜リン酸塩などのリンを含む還元剤と、クエン酸などの錯化剤とからなるめっき浴などが挙げられる。パラジウムめっき浴としては、たとえば、塩化パラジウムどのパラジウム塩と、次亜リン酸塩、亜リン酸塩などのリンを含む還元剤と、チオジグリコール酸などの錯化剤となるめっき浴などが挙げられる。なお、ニッケルめっき浴と、パラジウムめっき浴とを混合して下地合金無電解めっき浴を作製する際においては、ニッケル塩としては塩化ニッケル、パラジウム塩としては塩化パラジウムを用いるのが好ましい。ニッケルめっき浴と、パラジウムめっき浴との混合比率は、Ｎｉ−Ｐｄ−Ｐ合金を構成する各元素の比率に応じて適宜設定すればよい。なお、上記においては、下地合金層を、Ｎｉ−Ｐｄ−Ｐ合金とする場合を例示したが、下地合金層を、Ｎｉ−Ｐｄ−Ｐ合金以外で構成する場合においても、同様に、Ｍ１、Ｍ２、およびＭ３の各元素を含み、還元剤、錯化剤が添加されためっき浴を適宜調整してなる下地合金無電解めっき浴を用いればよい。
【００２７】
なお、下地合金層は、上述した下地合金無電解めっき浴を用いて、ｐＨ４．０〜７．０、浴温３０〜５０℃、浸漬時間５〜２０分の条件で形成することが好ましい。
【００２８】
また、下地合金層の厚みは、好ましくは０．０１〜１．０μｍであり、より好ましくは０．０５〜０．２μｍである。下地合金層の厚みを上記範囲とすることにより、下地合金層上に、無電解還元めっきにより良好に金めっき層を形成することができる。
【００２９】
ここで、このような下地合金層を形成するための基材は、上述したように、予めプレス加工などによりガス流路が形成されているものである。本発明においては、このような基材に下地合金層を形成することにより、得られる燃料電池用セパレータについて、下地合金層のクラックを有効に防止することができる。すなわち、ガス流路が形成されていない基材上に下地合金層を形成し、その後、プレス加工などによりガス流路が形成する場合には、ガス流路を形成する際に加わる応力により下地合金層にクラックが生じるという問題があるが、上述したように予め基材にガス流路を形成した後、下地合金層を形成することで、このような問題を解決することができる。特に、本発明においては、下地合金層を無電解めっきにより形成する場合には、凹凸のあるガス流路部分に対して、金めっき層を均一に、かつ不形成部分の発生を抑制するようにして形成することができる。
【００３０】
また、本発明においては、基材上に下地合金層を形成する際には、直接基材上に形成してもよいが、基材と下地合金層との密着性を向上させるために、改質層を設けてもよい。改質層としては、基材や下地合金層の特性に応じて適宜形成することができるが、下地合金層との密着性を向上させるという観点より、下地合金層を構成するＭ１−Ｍ２−Ｍ３合金のＭ１と同じ元素を含有する層とすることが好ましい。たとえば、下地合金層としてＮｉ−Ｐｄ−Ｐ合金を採用する場合には、改質層としては、Ｍ１に相当する元素であるＮｉを含有するＮｉ系の層とすることが好ましく、このようなＮｉ系の層を、無電解還元めっきにより形成する場合には、Ｎｉ−Ｐめっき層などが挙げられる。なお、改質層は、１層のみでもよいし、２層以上としてもよく、また、２層以上とする場合には、各層を構成する成分は異なるものであってもよいし、あるいは、同じものであってもよい。また、改質層を形成する方法は特に限定されないが、電解めっき、無電解めっき、スパッタリングなどにより形成することができる。
【００３１】
＜金めっき層＞
金めっき層は、下地合金層上に、直接、非シアン系の金めっき浴を用いて、無電解還元めっき処理を施すことにより形成される層である。
【００３２】
本発明の燃料電池用セパレータは、上述したように、予めガス流路が形成された基材上にＭ１−Ｍ２−Ｍ３合金から構成される下地合金層を備え、この上に、無電解還元めっきにより金めっき層を形成してなるものである。ここで、無電解還元めっきによれば、金めっき層はガス流路の凹凸部分に対しても良好に金めっき層が形成され、得られる金めっき層は、ピンホールがなく、均一に形成されたものとなる。そのため、このような金めっき層が形成された本発明の燃料電池用セパレータは、耐食性および導電性に優れたものとなる。加えて、本発明によれば、下地合金層として、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金から構成される層を形成することにより、非シアン系の金めっき浴を用いて、金めっき層を形成することができるため、作業環境や外部環境への負荷を低減することが可能となる。すなわち、シアン系の金めっき浴を用いた場合における、作業環境や外部環境への負荷の問題を生じないものである。
【００３３】
金めっき層を形成する際に用いる、非シアン系の金めっき浴としては、無電解還元めっきに通常用いられる非シアン系の金めっき浴、すなわち、金塩として、塩化金酸塩、亜硫酸金塩、チオ硫酸金塩、チオリンゴ酸金塩などを１種以上含有するめっき浴を用いることができる。金めっき層は、上記の金塩を含む非シアン系の金めっき浴を用いて、ｐＨ７．０〜８．５、浴温５５〜６５℃の条件で形成することが好ましい。なお、金めっき層を形成する際における、金めっき浴への浸漬時間は特に限定されず、必要とする金めっき層の膜厚に応じて設定することができる。
【００３４】
なお、基材上に金めっき層を形成する方法として、従来より、基材上に、直接、無電解置換金めっき処理を施して金めっき層を形成する方法が用いられている。しかしながら、このような無電解置換金めっき処理を施す方法においては、被めっき材である金属基材が局部的に溶出して、金属基材の表面に凹部が発生してしまう場合があり、これにより、発生した凹部に金が適切に析出せずに、形成される金めっき層の表面にピンホールが発生してしまうという問題がある。また、このように発生したピンホールを被覆するために、無電解置換金めっき処理によって金めっき層を形成した後、さらに無電解還元金めっき処理を施す方法も用いられているが、ピンホールを被覆するためには金めっき層の厚膜化が必要となり、コスト的に不利になるという問題もある。
【００３５】
これに対し、本発明の燃料電池用セパレータは、下地合金層として、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金から構成される層を備えることにより、無電解置換金めっき処理を施さずに、無電解還元めっき処理により、金めっき層を形成することができ、このようなピンホールの問題を解決できるものである。特に、本発明によれば、下地合金層として、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３合金から構成される層を形成することにより、無電解還元めっき処理により、金めっき層を良好に形成することができるため、上述したピンホールの問題を解決するために、金めっき層を厚膜化する必要もないものである。
【００３６】
また、上述した特許文献１（特開２００１−３５１６４２号公報）において開示されている燃料電池用セパレータ、すなわち、金属基材上に、電解めっきにより金めっき層を形成してなる燃料電池用セパレータは、電解めっきを用いて金めっき層を形成するものであり、金属基材に対してプレス加工によりガス流路を形成した後、金属基材上に、電解めっきにより金めっき層を形成する場合には、凹凸のあるガス流路部分に電解めっきを施すこととなるため、金めっき層の析出が不均一となり、金めっき層の不形成部分が発生してしまう。そのため、ガス流路が形成された燃料電池用セパレータなどに用いられる基材（平板などに比べて角が多い基材）に、電解めっきにより薄く金めっきを施した場合、下地が露出するピンホールが発生しやすいという問題がある。
【００３７】
これに対して、本発明の燃料電池用セパレータは、無電解還元めっきにより金めっき層が形成されるものであるため、上記第２の製造プロセスと同様に、金属基材に対してプレス加工によりガス流路を形成した後、無電解めっきにより金めっき層を形成する方法を用いた場合においては、凹凸部分に対して良好に金めっき層が形成され、このような問題を解決することができる。
【００３８】
なお、金めっき層の厚みは、好ましくは１〜２００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。金めっき層の厚みが薄すぎると、下地合金層上に均一な金めっき層が形成されず、燃料電池用セパレータとして用いる際に、耐食性や、導電性が低下するおそれがある。一方、金めっき層の厚みが厚すぎると、コスト的に不利になる。
【００３９】
本発明の燃料電池用セパレータは、凹凸のあるガス流路部分に対しても金めっき層が均一に形成され、ピンホールの発生を防止することで耐食性および導電性に優れたものであり、品質的に優れたものとなる。特に、燃料電池用セパレータは、その表面に燃料ガスや空気の流路として機能する凹凸が形成され、電極で発生した電子を集電する役割を担うものであるため、凹凸部分に良好に金めっき層が形成される必要があり、さらに耐食性、および導電性が要求されるものである。これに対し、本発明の燃料電池用セパレータは、無電解還元めっきにより金めっき層が形成されるものであるため、凹凸部分に対しても良好に金めっき層が形成され、優れた耐食性、導電性を有するものであり、品質的に優れたものとなる。
【実施例】
【００４０】
以下に、実施例を挙げて、本発明についてより具体的に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。【００４１】
＜実施例１＞
ＪＩＳ  Ｈ４０００に規定された５０００系の５０８６アルミニウム合金（Ｓｉ：０．４重量％、Ｆｅ：０．５重量％、Ｃｕ：０．１重量％、Ｍｎ：０．２重量％、Ｍｇ：３．５重量％、Ｚｎ：０．２５重量％、Ｃｒ：０．２５重量％、Ａｌ：残部）上に、無電解めっきにより、表面の算術平均粗さＲａが０．１ｎｍであり、厚みが１０μｍであるＮｉ−Ｐ層（Ｐの含有割合が１２重量％）が形成された、総厚１．２７ｍｍの基材を準備した。次いで、準備した基材を脱脂した後、水洗し、Ｎｉ−Ｐめっき浴（奥野製薬工業社製、ＩＣＰニコロンＧＭ−ＮＰ）を用いて、無電解めっきにより、基材上に、厚さ２μｍのＮｉ−Ｐめっき層（Ｐの含有割合が７重量％）を形成した。【００４２】
次いで、Ｎｉ−Ｐめっき層を形成した基材について、下記に示すＰｄめっき浴と、Ｎｉ−Ｐめっき浴とを、Ｐｄめっき浴：Ｎｉ−Ｐめっき浴＝３：１（体積比）の割合で混合しためっき浴を用いて、４０℃、７分間の条件で、めっき処理を施すことにより、Ｎｉ−Ｐめっき層上に、厚さ０．７９μｍのＮｉ−Ｐｄ−Ｐ合金層を形成した。なお、めっき浴中におけるパラジウム塩、還元剤、および錯化剤については、従来公知の化合物を用いた。
＜Ｐｄめっき浴＞
パラジウム塩：Ｐｄめっき浴中におけるＰｄが０．１５重量％となる量
還元剤：１．８重量％
錯化剤：０．６３重量％
水：９７．２重量％
ｐＨ：５．８
＜Ｎｉ−Ｐめっき浴＞
ニッケル塩（塩化ニッケル）：１．８重量％
還元剤（次亜燐酸ナトリウム）：２．４重量％
錯化剤：２．４重量％
水：９３．２重量％
ｐＨ：５．２【００４３】
次いで、Ｎｉ−Ｐめっき層、およびＮｉ−Ｐｄ−Ｐ合金層を形成した基材について、非シアン系の無電解還元金めっき浴（奥野製薬工業社製、セルフゴールドＯＴＫ）を用いて、６０℃、２．５分間の条件で、無電解還元めっき処理を施すことにより、Ｎｉ−Ｐｄ−Ｐ合金層上に、厚さ３６ｎｍの金めっき層を形成し、金めっき被覆材料を得た。【００４４】
＜実施例２，３＞
金めっき層を形成する際の、無電解還元めっきにおける浸漬時間などを変更して、形成される金めっき層の厚みを、４９ｎｍ（実施例２）、６３ｎｍ（実施例３）とした以外は、実施例１と同様にして金めっき被覆材料を得た。【００４５】
＜実施例４＞
上述したＮｉ−Ｐｄ−Ｐ合金層に代えて、Ｐｔめっき浴（日本高純度化学社製、ＩＭ−ＰＴ）と、上述したＮｉ−Ｐｄ−Ｐ合金層を形成する際に用いたＮｉ−Ｐめっき浴とを、Ｐｔめっき浴：Ｎｉ−Ｐめっき浴＝３：７（体積比）の割合で混合しためっき浴を用いて、３５℃、１０分間、ｐＨ４．０の条件で、めっき処理を施すことにより、Ｎｉ−Ｐめっき層上に、厚さ５０ｎｍのＮｉ−Ｐｔ−Ｐ合金層を形成し、さらに、金めっき層を形成する際の、無電解還元めっき処理における浸漬時間などを変更することにより、厚さ５ｎｍの金めっき層を形成した以外は、実施例１と同様にして金めっき被覆材料を得た。【００４６】
＜実施例５＞
上述したＮｉ−Ｐｄ−Ｐ合金層に代えて、Ｐｄめっき浴（奥野製薬工業社製、パラトップ）と、下記に示すＣｏめっき浴とを、Ｐｄめっき浴：Ｃｏめっき浴＝１：６（体積比）の割合で混合しためっき浴を用いて、６０℃、１０分間、ｐＨ８．５の条件で、めっき処理を施すことにより、Ｎｉ−Ｐめっき層上に、厚さ５０ｎｍのＣｏ−Ｐｄ−Ｐ合金層を形成し、さらに、金めっき層を形成する際の、無電解還元めっき処理における浸漬時間などを変更することにより、厚さ５ｎｍの金めっき層を形成した以外は、実施例１と同様にして金めっき被覆材料を得た。
＜Ｃｏめっき浴＞
コバルト塩（硫酸コバルト）：１０ｇ／Ｌ
還元剤（次亜燐酸ナトリウム）：２５ｇ／Ｌ
錯化剤（クエン酸３ナトリウム）：３０ｇ／Ｌ
錯化剤（酒石酸ナトリウム）：３０ｇ／Ｌ
錯化剤（グリシン）：７．５８ｇ／Ｌ
酢酸鉛：０．３ｐｐｍ【００４７】
＜比較例１＞
Ｎｉ−Ｐｄ−Ｐ合金層を形成せず、Ｎｉ−Ｐめっき層上に、直接、非シアン系の無電解置換金めっき浴（奥野製薬工業社製、フラッシュゴールドＮＣ）を用いて、５５℃、１分間の条件で無電解置換めっき処理を施し、次いで、非シアン系の無電解還元金めっき浴（奥野製薬工業社製、セルフゴールドＯＴＫ）を用いて、６０℃、１分間の条件で無電解還元めっき処理を施し、厚さ３５ｎｍの金めっき層を形成した以外は、実施例１と同様にして金めっき被覆材料を得た。【００４８】
＜比較例２〜４＞
金めっき層を形成する際の、無電解還元めっきにおける浸漬時間などを変更して、形成される金めっき層の厚みを、７８ｎｍ（比較例２）、１３２ｎｍ（比較例３）、１８６ｎｍ（比較例４）とした以外は、比較例１と同様にして金めっき被覆材料を得た。【００４９】
金めっき層の耐食性評価
次いで、実施例１〜３、および比較例１〜４において得られた金めっき被覆材料に対し、耐食性の評価を行った。耐食性の評価は、具体的には、金めっき被覆材料を縦３５ｍｍ、横２０ｍｍの面積が露出するようにポリイミドテープでマスキングし、９０℃の硫酸水溶液（体積８０ｍｌ、ｐＨ：１）に５０時間浸漬した後、金めっき被覆材料を取り出し、金めっき被覆材料から硫酸水溶液中に溶出したイオン（Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐ）の濃度をＩＣＰ（島津製作所社製、ＩＣＰＥ−９０００）により測定することにより行った。結果を図１に示す。なお、図１に示すグラフにおけるイオン（Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐ）溶出濃度は、比較例１で測定したイオン（Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐ）溶出濃度の値を１００として、相対値で示している。【００５０】
図１の結果より、基材上に下地合金層を形成し、最表面に金めっき層を形成した実施例１〜３においては、金めっき層の厚みが薄い場合でも、イオンの溶出を有効に抑制することができ、耐食性に優れる結果となった。一方、下地合金層を形成していない比較例１〜４においては、イオンの溶出を抑制することができず、耐食性に劣る結果となった。【００５１】
接触抵抗の測定
次いで、実施例２，４，５において得られた金めっき被覆材料を用いて、図２に示すような測定系を形成し、形成した測定系を用いて、接触抵抗の測定を行った。なお、図２に示す測定系は、実施例２，４，５において得られた金めっき被覆材料からなる試験片１０、カーボンクロス２０、金めっき被覆された銅電極３０、デジタルマルチメータ４０、および電流計５０によって構成される。接触抵抗の測定は、具体的には、まず、金めっき被覆材料を幅２０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ１．２７ｍｍの大きさに加工して得た試験片１０を、図２に示すように、カーボンクロス２０（東レ社製、品番：ＴＧＰ−Ｈ−０９０）を介して、金めっき被覆された銅電極３０によって両側から挟んで固定することで、図２に示す測定系とした。次いで、銅電極３０に一定の荷重を加えながら、整流器（ＡＮＤ社製、型番：ＡＤ８７３５）によって、一対の銅電極３０間に２Ａの直流電流を流し、その際における一対のカーボンクロス２０間の電圧を、デジタルマルチメータ４０（横河メータ＆インスツルメンツ社製、型番：７５４１）によって測定した。その後、測定したカーボンクロス２０間の電圧に基づいて、カーボンクロス２０間の抵抗値を算出し、算出した抵抗値を、試験片１０とカーボンクロス２０との接触面数（２面）および試験片１０とカーボンクロス２０との接触面積（幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ）で除した値を、試験片１０とカーボンクロス２０との接触抵抗として得た。なお、本実施例においては、接触抵抗の測定に際しては、銅電極３０に加える荷重を変化させて、異なる荷重における接触抵抗を測定した。得られた測定結果を図３に示す。【００５２】
また、図３においては、比較データとして、カーボンセパレータ（東陽テクニカ社製）を用いて測定した接触抵抗の値も併せて示した。カーボンセパレータを用いた際の接触抵抗は、カーボンセパレータを幅２０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの大きさに加工して得た試験片１０を用いて、上述した図２に示す測定系により測定することで得た。【００５３】
図３の結果より、基材上に下地合金層を形成し、最表面に金めっき層を形成した実施例２，４，５においては、いずれの荷重値においても、従来のカーボンセパレータより接触抵抗が低い値となり、導電性に優れる結果となった。【００５４】
＜実施例６＞
Ｎｉ−Ｐめっき層を形成する前に、基材に対して、燃料電池用セパレータとして用いるためのガス流路を形成した以外は、実施例２と同様にして金めっき被覆材料を得た。【００５５】
燃料電池初期発電性能の評価
次いで、実施例６において得られた金めっき被覆材料を用いて、燃料電池初期発電性能の評価を行った。すなわち、まず、実施例６において得られた金めっき被覆材料を用いて、大きさが１０ｃｍ角であり、電極面積が２５ｃｍ２である燃料電池用セパレータを作製した。次いで、作製した燃料電池用セパレータを、燃料電池評価装置（司測研社製、型番：ＴＦＣ−２０００）に組込み、発電試験を行うことでＩ−Ｖ特性を測定し、これにより、燃料電池初期発電性能の評価を行った。なお、発電試験においては、燃料電池を形成するための電極接合体（ＭＥＡ）の構成部材として、厚さ５０μｍの電解質膜（Ｄｕｐｏｎｔ社製、品番：Ｎａｆｉｏｎｎ２１２ＣＳ）、電極触媒として白金を担持させたカーボン材料、および厚さ０．２８ｍｍのカーボンペーパー製拡散層（東レ社製、品番：ＴＧＰ−Ｈ−０９０に撥水処理を施したもの）を用いた。なお、電極触媒として用いた白金の担持量は、アノード側を０．４５ｍｇ／ｃｍ２、カソード側を０．３０ｍｇ／ｃｍ２とした。また、発電試験の条件は、セル温度：８０℃、加湿温度：８０℃、アノードガス（純水素）の流量：４００ｃｃ／ｍｉｎ、カソードガス（空気）の流量：１０００ｃｃ／ｍｉｎとした。得られた測定結果を図４に示す。【００５６】
また、図４においては、比較データとして、緻密黒鉛製セパレータ（司測研社製）を用いて得られた燃料電池初期発電性能の評価結果も併せて示した。【００５７】
図４の結果より、基材上に下地合金層を形成し、最表面に金めっき層を形成した実施例６においては、従来の緻密黒鉛製セパレータと比較するとセル電圧が同等であり、燃料電池用セパレータとして用いた際の初期発電性能が十分であることを確認した。
【符号の説明】
【００５８】
１０…試験片
２０…カーボンクロス
３０…銅電極
４０…電圧計
５０…電流計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2014010663.tif 000008
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