(57)【要約】【課題】セパレータに優れた耐食性と導電性を付与するとともに、製造コストを削減することができる固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法を提供すること。【解決手段】電極接触面１３と反応ガス流路用溝１４が形成された金属基材１２表面に耐食性皮膜１５を形成し（第１のステップ）、電極接触面１３の耐食性皮膜１５を研磨して、電極接触面１３から耐食性皮膜を除去し（第２のステップ）、フォトレジスト、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、メタクリル酸メチル（ＭＭＡ）のいずれかの有機化合物にカーボンを添加して前記有機化合物とカーボンの混合物を調製し、第１及び第２のステップを経た電極接触面１３と反応ガス流路用溝１４表面に、前記混合物を塗布して焼成温度５００℃以上５５０℃以下で焼成することによりカーボン膜１６を形成する（第３のステップ）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材からなり、電極接触面と反応ガス流路用溝とを具えた固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記金属基材表面に耐食性皮膜を形成する第１のステップと、
前記電極接触面の前記耐食性皮膜を研磨して、前記電極接触面から耐食性皮膜を除去する第２のステップと、
フォトレジスト、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、メタクリル酸メチル（ＭＭＡ）のいずれかの有機化合物にカーボンを添加して前記有機化合物とカーボンの混合物を調製し、第１及び第２のステップを経た前記電極接触面と反応ガス流路用溝表面に、前記混合物を塗布して焼成温度５００℃以上５５０℃以下で焼成することによりカーボン膜を形成する第３のステップからなることを特徴とする、
固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項２】
金属基材からなり、電極接触面と反応ガス流路用溝とを具えた固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記金属基材表面に耐食性皮膜を形成する第１のステップと、
前記電極接触面の前記耐食性皮膜を研磨して、前記電極接触面から耐食性皮膜を除去する第２のステップと、
前記耐食性皮膜が除去された電極接触面に、ジアゾ化ニトロベンゼンの還元反応又はピロールの電解重合反応により皮膜を形成する第３のステップと、
フォトレジスト、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、メタクリル酸メチル（ＭＭＡ）のいずれかの有機化合物にカーボンを添加して前記有機化合物とカーボンの混合物を調製し、第１、第２、第３のステップを経た前記電極接触面と反応ガス流路用溝表面に、前記混合物を塗布して焼成温度５００℃以上５５０℃以下で焼成することによりカーボン膜を形成する第４のステップからなることを特徴とする、
固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項３】
前記耐食性皮膜が前記金属基材の酸化被膜又はフッ素樹脂からなる皮膜である、請求項１又は２の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項４】
前記フォトレジストがアルキルジアゾ系ポジ型フォトレジストである，請求項１から３のいずれかの固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項５】
前記カーボンが人造黒鉛、天然黒鉛、ケッチェンブラック、活性炭素、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、ホウ素変性アセチレンブラック（ＢＭＡＢ）のうちのひとつ又は２種類以上を混合したものである、請求項１から４のいずれかの固体高分子型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、固体高分子型燃料電池のセルに組込まれるセパレータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池（以下、単に「燃料電池」という。）は、高分子電解質膜からなる電極に、反応ガス（水素・酸素）を供給して発電する装置である。
燃料電池のセルは、正極（カソード）及び負極（アノード）を構成する一対のガス拡散電極の間に電解質膜が挟まれた構造を有する膜電極接合体（ＭＥＡ）及びこの両側に配置されたセパレータからなる。上記構成のセルでは、１つにつき１Ｖ弱の電圧しか得られないので、実際の燃料電池としては、通常、数十〜数百のセルを直列に積層したものが使用されている。
【０００３】
燃料電池のセパレータには、導電性、耐食性、ガスの不透過性等、様々な機能が要求される。特に、自動車搭載用燃料電池のセパレータには、上記の機能の他に、機械的強度が高く、かつ軽量であることが要求される。
燃料電池のセパレータの基材としては、従来、黒鉛等のカーボンにバインダーの樹脂を混合し、加熱圧縮成型又は射出成型したものが用いられてきた。しかし、より小型で高出力の燃料電池を開発するために、セパレータを薄くすると機械的強度及び加工性に限界があった。そこで、現在では、セパレータを薄くしても機械強度、成形性に優れた、アルミニウムやステンレス等の金属を基材とするセパレータの開発が進められている。
【０００４】
ところが、金属を基材とするセパレータを用いる場合、燃料電池内のプロトンによって金属が腐食するという問題がある。
また、金属表面には不動態層が形成されるため、カーボン材に比べて接触抵抗が高く、そのような金属セパレータに通電された場合には電圧降下が大きくなり、燃料電池の性能低下を招く恐れがある。
【０００５】
上記の問題に対して、例えば、アルミニウム金属板の表面に緻密質アルマイト皮膜及び多孔質アルマイト皮膜を形成し、アルミニウム金属板の電極接触面をラッピング研磨してアルマイト皮膜を除去した後に、電極接触面に貴金属又はカーボンからなる導電性皮膜を形成した燃料電池用セパレータが特許文献１に開示されている。
また、アルミニウム合金基材の表面に多孔質陽極酸化皮膜を形成し、皮膜上に、Ｎｉ、Ｓｎ等からなる下地金属層と、Ａｕ又は白金族金属からなる主金属層を積層した燃料電池用セパレータが特許文献２に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特許第３４０４３６３号公報
【特許文献２】特開２００３−１２３７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のセパレータにおいては、陽極酸化皮膜が緻密質陽極酸化皮膜と多孔質陽極酸化皮膜の２層構造であるため、皮膜が厚くなり、耐食性は良くなるものの、電気抵抗が高くなり、導電性の低下を招く。また、導電性皮膜がスパッタリングによって形成された貴金属系皮膜である場合、製造コストが高くなるという問題があり、導電性被膜がＣＶＤによって形成されたカーボン膜である場合には、カーボン粒子がミクロン単位のために、ピンホールが発生しやすくなり、その結果、セパレータが腐食し、十分な耐食性が得られなくなるという問題がある。
特許文献２のセパレータにおいては、Ｎｉ、Ｓｎ等からなる下地金属層を厚く積層し、貴金属からなる主金属層を薄く形成した場合には耐久性に劣り、ピンホールの発生によりセパレータが腐食し、十分な耐食性が得られなくなるという問題がある。耐食性及び導電性を確保するためには、主金属層を厚く形成する必要があるが、貴金属の使用量が増えるため、製造コストが高くなる。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑み、セパレータに優れた耐食性と導電性を付与するとともに、製造コストを削減することができる固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法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】
本発明は、第１に、金属基材からなり、電極接触面と反応ガス流路用溝とを具えた固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記金属基材表面に耐食性皮膜を形成する第１のステップと、前記電極接触面の前記耐食性皮膜を研磨して、前記電極接触面から耐食性皮膜を除去する第２のステップと、フォトレジスト、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、メタクリル酸メチル（ＭＭＡ）のいずれかの有機化合物にカーボンを添加して前記有機化合物とカーボンの混合物を調製し、第１及び第２のステップを経た前記電極接触面と反応ガス流路用溝表面に、前記混合物を塗布して焼成温度５００℃以上５５０℃以下で焼成することによりカーボン膜を形成する第３のステップからなることを特徴とする、固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法及び第２に、
金属基材からなり、電極接触面と反応ガス流路用溝とを具えた固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記金属基材表面に耐食性皮膜を形成する第１のステップと、前記電極接触面の前記耐食性皮膜を研磨して、前記電極接触面から耐食性皮膜を除去する第２のステップと、前記耐食性皮膜が除去された電極接触面に、ジアゾ化ニトロベンゼンの還元反応又はピロールの電解重合反応により皮膜を形成する第３のステップと、フォトレジスト、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、メタクリル酸メチル（ＭＭＡ）のいずれかの有機化合物にカーボンを添加して前記有機化合物とカーボンの混合物を調製し、第１、第２、第３のステップを経た前記電極接触面と反応ガス流路用溝表面に、前記混合物を塗布して焼成温度５００℃以上５５０℃以下で焼成することによりカーボン膜を形成する第４のステップからなることを特徴とする、固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法によって前記の課題を解決した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の第１及び第２の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法によれば、電極接触面と反応ガス流路用溝に異なる表面処理を施すことで、電極接触面では導電性を向上させ、反応ガス流路用溝表面では耐食性を向上させることが可能となる。また、電極接触面と反応ガス流路用溝に異なる表面加工を施した後に、さらに原子レベルの平滑なカーボン膜で全体を被覆したので、ピンホールの発生を抑えてセパレータの腐食を確実に防止するとともに、電極との接触抵抗を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の第１の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法を図に基づいて詳しく説明する。図１は、本発明の第１の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法によって製造されたセパレータを中心とする燃料電池の一例を示す部分概略図である。固体高分子型燃料電池３０は、金属基材１２からなるセパレータ１０と、固体高分子電解質膜(図示せず)とガス拡散電極(図示せず)からなる膜電極接合体（ＭＥＡ）２０とからなる。セパレータ１０には、ガス拡散電極（以下、単に「電極」という。）との接触面１３と、反応ガス、すなわち、アノードガス及びカソードガスの流路であるアノードガス流路用溝１４ａとカソードガス流路用溝１４ｂが設けられている。図１に示すように、アノードガス流路用溝１４ａとカソードガス流路用溝１４ｂは、セパレータ表裏で平行に形成されているが、これらは、セパレータ表裏で互いに直交して形成されていてもよい。また、溝深さは０．１ｍｍ〜２．０ｍｍとするのが好ましい。以下、アノードガス流路用溝１４ａとカソードガス流路用溝１４ｂを合わせて反応ガス流路用溝１４と呼ぶ。
【００１２】
本発明で使用可能なセパレータ１０の金属基材１２としては、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、ニッケル等を挙げることができるが、熱伝導性に優れ、軽量であるという観点から、アルミニウムが好ましく用いられる。本発明で用いられるアルミニウムとしては、純度９９．０％以上の純アルミニウムの他、２０００系のＡｌ−Ｃｕ合金及びＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金、３０００系のＡｌ−Ｍｎ合金、４０００系のＡｌ−Ｓｉ合金、５０００系のＡｌ−Ｍｇ合金、６０００系のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金、７０００系のＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ合金が挙げられる。
金属基材１２の厚さは特に限定されないが、機械的強度、ガスの不透過性という条件を満足させるためには、厚さ０．１ｍｍ〜３ｍｍが好ましい。
【００１３】
図１に示すように、電極接触面１３と、反応ガス流路用溝１４表面とでは、異なる表面処理が施されている。すなわち、電極接触面１３には高導電性の表面加工が施され、電極と接触しない反応ガス流路用溝１４表面には高耐食性の表面加工が施されている。
セパレータ１０の表面処理の手順は、金属基材１２表面に耐食性皮膜１５を形成する第１のステップと、電極接触面１３の耐食性皮膜１５を研磨して、電極接触面１３から耐食性皮膜１５を除去する第２のステップと、第１及び第２のステップを経た電極接触面１３と反応ガス流路用溝１４表面に、カーボン膜１６を形成する第３のステップからなる。以下、各ステップの説明をする。
【００１４】
第１のステップでは、金属基材１２表面に耐食性皮膜１５を形成する。耐食性皮膜１５は、金属基材１２の酸化皮膜であることが好ましく、例えば、金属基材１２がアルミ合金の場合はアルマイト、ステンレスの場合は酸化クロムが挙げられる。
金属基材１２としてアルミ合金を用いる場合、硫酸、シュウ酸、リン酸、クロム酸等の電解液中にてアルミ合金に陽極酸化処理を施すことにより、基材表面にアルマイト皮膜を形成する。陽極酸化処理を施した後に、高温加圧水蒸気で処理したり、沸騰水中で煮沸すると、アルマイトの細孔を閉じることができ、アルマイト皮膜の耐食性が向上する。
耐食性皮膜１５は、酸化皮膜の他に、フッ素樹脂層や有機物の修飾でも同様の効果が得られる。耐食性皮膜１５の膜厚は０．１μｍ〜１０μｍ程度が好ましい。
【００１５】
第２のステップでは、第１のステップで基材表面を被覆した耐食性皮膜１５のうち、電極接触面１３の耐食性皮膜を研磨して、電極接触面１３から耐食性皮膜１５を除去する。耐食性皮膜が除去されることにより電極接触面１３の導電性を向上させることができる。また、耐食性皮膜が除去されることにより表面が活性化されるので、カーボン膜１６の炭素と金属原子が結合し、カーボン膜との密着性も向上する。
電極接触面１３の耐食性皮膜１５の研磨処理方法としては、化学研磨、機械研磨、ブラスト研磨等を挙げることができる。
【００１６】
第３のステップでは、第１及び第２のステップを経た電極接触面１３と反応ガス流路用溝１４表面に、カーボン膜１６を形成する。カーボン膜１６は、電極接触面１３に耐食性を付与するとともに、耐食性皮膜１５で被覆された反応ガス流路用溝１４の耐食性をさらに向上させるために形成される。カーボン膜１６は、フォトレジスト、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、メタクリル酸メチル（ＭＭＡ）のいずれかの有機化合物にカーボンを添加することにより得られた有機化合物とカーボンの混合物を、電極接触面１３及び反応ガス流路用溝１４表面に塗布して焼成することにより形成される。
【００１７】
カーボン膜１６の出発原料のひとつであるフォトレジストは、光反応による溶解度の変化を利用し耐食性の被膜を形成する感光性樹脂材料であり、金属、半導体等の基板をエッチングにより精密加工するエレクトロニクス材料分野、印刷材料分野で広く用いられている。
フォトレジストを１０００℃で熱処理すると抵抗率の低いカーボンになることが文献に記されている。（Photoresist-derived Carbon for Microelectro-
mechanical Systems and Electrochemical Applications,Srikanth Ranganathanet al, Journal of The Electrochemical Society, 147(1) 277-282, 2000.を参照。）
本発明において用いられるフォトレジストは、感光性樹脂がアルキルジアゾ系化合物、バインダー樹脂がノボラック樹脂からなるアルキルジアゾ系ポジ型フォトレジストが好ましいが、ジアゾナフトキノン（DNQ）−ノボラック樹脂系ポジ型フォトレジスト、ナフトキノンジアジド系ポジ型フォトレジスト、環化ポリイソプレン−アジド化合物系レジスト、ポリスチレン系ネガ型フォトレジスト等も使用可能であり、同様の効果が得られる。
【００１８】
フォトレジストをセパレータの皮膜の出発原料に用いる場合、焼成温度が高いと、焼成中にアルミニウム基材に反りや変形が生じる等、セパレータの形状に不具合が生じる。
フォトレジストを５００℃程度の低温で焼成した場合には、炭化が進行するために耐食性は確保されるが、高い抵抗値を有するため、十分な導電性を確保することができない。しかし、フォトレジストにカーボンを添加したものを還元雰囲気下（９７％Ａｒ＋３％Ｈ２又は９３％Ａｒ＋７％Ｈ２）、低温で焼成した場合、耐食性が保持されるとともに、十分な導電性も確保されることが本発明者等によって見出された。
【００１９】
フォトレジスト、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、メタクリル酸メチル（ＭＭＡ）のいずれかの有機化合物に添加されるカーボンとしては、人造黒鉛、天然黒鉛、ケッチェンブラック、活性炭素、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、ホウ素変性アセチレンブラック（ＢＭＡＢ）等が使用可能である。これらのカーボンは、単独又は２種類以上を混合して用いられる。
カーボンの粒子径は、導電性を確保するという点から、０．１μｍから１００μｍの範囲が好ましい。また、カーボン粒子の形状は、球状、繊維状、不定形のうちいずれも使用可能である。
【００２０】
人造黒鉛、天然黒鉛、活性炭素及びメソカーボンマイクロビーズの添加量は、フォトレジストに対して１重量％以上３０重量％以下である。
ケッチェンブラックの添加量は、フォトレジストに対して１重量％以上２重量％以下である。
ホウ素変性アセチレンブラックの添加量は、フォトレジストに対して１重量％以上１０重量％以下である。
各カーボンの添加量が上記に示した範囲を超えた場合、塗布が困難となり、焼成後、不導体層１５及び導体層１６からカーボン膜１７が剥離し、耐食性を確保することができない。
また、各カーボンの添加量が１重量％未満の場合には、導電性を確保することができない。
【００２１】
前記有機化合物と前記カーボンの混合物を塗布する方法としては、スピンコート法、ディップコート（浸漬法）、ブレードコート法、スプレーコート法等を挙げることができるが、スピンコート法が好ましい。
焼成温度は５００℃以上５５０℃以下である。前記有機化合物を熱処理することにより、前記有機化合物はカーボンに変化し、カーボン膜１６がステップ１及び２を経た電極接触面１３及び反応ガス流路用溝１４に形成される。
焼成温度が５５０℃を超えた場合、上述したように焼成中にアルミニウム基材に反りや変形が生じる等、セパレータ１０の形状に不具合が生じる。また、焼成温度が５００℃未満の場合には、導電性の向上が認められない。
カーボン膜１７の膜厚は、１μｍ〜５０μｍ程度であれば、耐食性と導電性を確保するのに十分である。
【００２２】
なお、図１では、カーボン膜１６が金属基材１２全体に形成されているが、セパレータの形状や種類によっては、金属基材１２の片面にのみカーボン膜１６を形成してもよい。
【００２３】
次に、本発明の第２の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法について説明する。なお、本発明の第１の固体高分子型燃料電池用セパレータと同一の構成については同一の符号を使用し、説明は省略する。
セパレータ１１は、金属基材１２表面に耐食性皮膜１５を形成する第１のステップと、電極接触面１３の耐食性皮膜１５を研磨して、電極接触面１３から耐食性皮膜１５を除去する第２のステップと、耐食性皮膜１５が除去された電極接触面１３に、ジアゾ化ニトロベンゼンの還元反応又はピロールの電解重合反応により皮膜を形成する第３のステップと、第１、第２、第３のステップを経た電極接触面１３と反応ガス流路用溝１４表面に、カーボン膜１６を形成する第４のステップからなる。
【００２４】
ステップ１及びステップ２は、第１の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法と同様にして行う。
第３のステップでは、電極接触面１３の耐食性皮膜１５を除去した後に、サイクリックボルタモグラム（ＣＶ）によりジアゾ化ニトロベンゼンの還元反応又はピロールの電解重合反応を起こさせることにより、電極接触面１３に皮膜１７を形成する。
【００２５】
例えば、金属基材１２としてアルミ合金を用いた場合、ジアゾ化ニトロベンゼンの還元反応により、炭素とアルミニウム原子が結合し、基材との密着性が確保される。還元反応で生成された皮膜１７は、焼成後もアルミニウム原子と炭素の結合が残存するため、電極接触面１３の耐食性及び導電性を向上させることができる。
また、ピロールの電解重合を行った場合、電極接触面１３にピロールのポリマーの皮膜１７が生成され、アルミ合金中の細孔内部に有機物が入ることによって、基材との密着性が確保される。また、焼成後、アルミニウム原子と炭素原子が結合するため、電極接触面１３の耐食性及び導電性を向上させることができる。
第４のステップでは、第１、第２、第３のステップを経た電極接触面１３と反応ガス流路用溝１４表面に、カーボン膜１６を形成する。カーボン膜の形成方法は、第１の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法におけるステップ３と同様である。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２７】
（実施例１）
金属基材として、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍのアルミ合金（Ａ５０５２Ｐ）を用いた。
空気中、炭化珪素とオクタデカンのスラリーで基材表面の自然酸化膜を研磨して自然酸化膜を除去した後、有機溶剤を用いて基材表面の超音波洗浄を行った。
ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）に、平均粒径１０μｍの人造黒鉛を３０重量％添加し超音波にて均一に混合して、コーティング溶液を調製した。
これを基材表面に滴下し、スピンコーターで基材両面に膜を形成した（回転速度１０００〜２０００ｒｐｍ）。乾燥温度１００℃で約２時間乾燥させて膜を固化させた後、アルゴン−水素混合ガス中、５５０℃で４時間焼成し、基材表面にカーボン膜を形成した。
【００２８】
（実施例２）
実施例１において、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）を東京応化工業株式会社製のフォトレジスト（製品番号：ＯＦＰＲ５０００  ５０ＣＰ）に替え、人造黒鉛の添加量を１重量％に変え、それ以外は実施例１と同様にして、基材表面にカーボン膜を形成した。
【００２９】
（実施例３）
実施例１において、基材表面の研磨を不活性雰囲気中で行い、それ以外は実施例１と同様にして、基材表面にカーボン膜を形成した。
【００３０】
（実施例４）
実施例２において、基材表面の研磨を不活性雰囲気中で行い、それ以外は実施例２と同様にして、基材表面にカーボン膜を形成した。
【００３１】
（実施例５）
実施例３において、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）をポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）に替え、それ以外は実施例３と同様にして、基材表面にカーボン膜を形成した。
【００３２】
（実施例６）
実施例４において、人造黒鉛を平均粒径３４．０ｎｍのケッチェンブラックに替え、それ以外は実施例４と同様にして、基材表面にカーボン膜を形成した。
【００３３】
（実施例７）
金属基材として、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍのアルミ合金（Ａ５０５２Ｐ）を用いた。
不活性雰囲気中、炭化珪素とオクタデカンのスラリーで基材表面の自然酸化膜を研磨し、自然酸化膜を除去した後、ジアゾ化ニトロベンゼン、アセトニトリル、テトラブチルアンモニウムフルオルボーレートの電解液中、参照電極に銀電極、対極に白金を用い、サイクリックボルタモグラム（ＣＶ）によりジアゾ化ニトロベンゼンの還元反応を行い、基材両面に皮膜を形成した。この後、有機溶剤を用いて基材表面の超音波洗浄を行った。
東京応化工業株式会社製のフォトレジスト（製品番号：ＯＦＰＲ５０００  ５０ＣＰ）に、平均粒径１０μｍの人造黒鉛を１重量％添加し超音波にて均一に混合して、コーティング溶液を調製した。
これを基材表面に滴下し、スピンコーターで基材両面に膜を形成した（回転速度１０００〜２０００ｒｐｍ）。乾燥温度１００℃で約２時間乾燥させて膜を固化させた後、アルゴン−水素混合ガス中、５５０℃で４時間焼成し、基材表面にカーボン膜を形成した。
【００３４】
（実施例８）
実施例７と同様のアルミ合金を用い、不活性雰囲気中、炭化珪素とオクタデカンのスラリーで基材表面の自然酸化膜を研磨し、自然酸化膜を除去した後、アセトニトリル中、サイクリックボルタモグラム（ＣＶ）により、ピロール誘導体の電解重合を行ってピロール誘導体のポリマーを生成させ、基材両面に皮膜を形成した。この後、有機溶剤を用いて基材表面の超音波洗浄を行った。この後、実施例７と同様の条件で、基材表面にカーボン膜を形成した。
【００３５】
（比較例１）
実施例１と同じ基材を空気中にて自然酸化させた。基材表面の自然酸化膜を除去せず、カーボン膜も形成しなかった。
実施例１〜８及び比較例１のカーボン膜出発原料、カーボンの種類及び添加量、基材の表面処理方法をまとめて表１に示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
（耐食性評価：ＩＣＰ測定）
上記の実施例・比較例に対して、耐食性の評価を行った。
ｐＨ２の硫酸にフッ素イオンを２ｐｐｍ添加した８０℃の水溶液中に基材を浸し、ＩＣＰ測定により、水溶液中のアルミニウム濃度を測定した。測定結果を図２に示す。
【００３８】
図２より、実施例１〜８のアルミニウム濃度は、０時間〜約４００時間まで上昇するが、それ以降はほとんど上昇しないことが分かる。これは、実施例１〜８の基材に形成されたカーボン膜が緻密であるため、ピンホールの発生が抑えられ、溶出イオン溶出量が少なくなるものと考えられる。
比較例１のアルミニウム濃度は、基材表面の自然酸化膜（酸化アルミニウム膜）が耐食性を有するために、初期においては比較的低い値を示している。しかし、８００時間以降、酸化アルミニウム膜が破壊されてしまった後は、加速度的に溶出イオン量が増え、急速に腐食が進行すると考えられる。
【００３９】
（実施例９：セパレータの試作）
縦１０ｃｍ×横１０ｃｍ×厚さ０．５ｍｍのアルミ合金（Ａ５０５２Ｐ）に、深さ０．３ｍｍ、幅２．０ｍｍの反応ガス流路用溝を形成して、基材を作製した。
水酸化ナトリウム水溶液中にこの基材を１０分間浸した後水洗いし、次いで硝酸水溶液中に１０分間浸した後水洗いした。この後、シュウ酸電解液中で３０分間、陽極酸化し、基材表面に厚さ４μｍのアルマイト皮膜（耐食性皮膜）を形成した。超純水で３０分間煮沸して封孔処理した後、不活性雰囲気中、炭化珪素とオクタデカンのスラリーで基材表面のアルマイト皮膜を研磨して電極接触面のアルマイト皮膜を除去し、有機溶剤を用いて基材表面の超音波洗浄を行った。
東京応化工業株式会社製のフォトレジスト（製品番号：ＯＦＰＲ５０００  ５０ＣＰ）に、平均粒径１０μｍの天然黒鉛を１重量％添加し超音波にて均一に混合して、コーティング溶液を調製した。
これを基材表面に滴下し、スピンコーターで基材両面に膜を形成した（回転速度１０００〜２０００ｒｐｍ）。乾燥温度１００℃で約２時間乾燥させて膜を固化させた後、アルゴン−水素混合ガス中、５５０℃で４時間焼成し、基材表面にカーボン膜を形成し、セパレータを作製した。
【００４０】
（セパレータの耐食性評価）
耐食性試験用のセル（電解槽）を作製し、分極測定を行った。
ｐＨ２の硫酸にフッ素イオンを２ｐｐｍ添加した８０℃の水溶液中に基材を浸し、対極にカーボン電極、参照極にＡｇ／ＡｇＣｌ電極を用いて、腐食電流の計測を行った。腐食曲線の走査範囲は開回路電位より±０．２Ｖの範囲において行い、走査速度は１ｍＶ／ｓｅｃで計測を行った。浸漬後４０日後の腐食電流密度は、０．３μＡ/ｃｍ2であった。
【００４１】
（セパレータの導電性評価）
セパレータを両側から銀板電極で挟み、荷重１０ｋｇＮをかけて４端子法にて測定した。接触抵抗は４．１８×１０-3Ωｃｍ2であった。
【００４２】
上記のセパレータの耐食性・導電性評価より、電極接触面に高導電性表面加工を施し、反応ガス流路用溝に高耐食性表面加工を施し、さらに原子レベルの平滑なカーボン膜で電極接触面と反応ガス流路用溝を被覆することで、基材の腐食を防止するとともに、接触抵抗を小さくすることができることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータを中心とする燃料電池の部分概略図。
【図２】実施例及び比較例のＩＣＰ測定結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４４】
１０，１１：固体高分子型燃料電池用セパレータ
１２：金属基材
１３：電極接触面
１４：反応ガス流路用溝
１５：耐食性皮膜
１６：カーボン膜
１７：皮膜
２０：電極（膜電極接合体）
３０：固体高分子型燃料電池
【図１】
2006302529.tif 000004
【図２】
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