(57)【要約】【課題】フラッディング（水詰まり）が生じ難く、強度、耐食性に優れ、製造が簡便である燃料電池用のセパレータを提供する。【解決手段】燃料電池用のセパレータ１を、金属基体２と、この金属基体２を被覆するように電着により形成された樹脂層４とを備えたものとし、さらに、樹脂層４は導電材料と親水性材料を含有したものとし、親水性材料は金属酸化物、金属水酸化物の少なくとも１種とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基体と、前記金属基体を被覆するように電着により形成された樹脂層とを備え、該樹脂層は導電材料と親水性材料を含有し、該親水性材料は金属酸化物、金属水酸化物の少なくとも１種であることを特徴とする燃料電池用のセパレータ。
【請求項２】
前記導電材料は、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、耐食性金属の少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用のセパレータ。
【請求項３】
前記樹脂層における前記導電材料の含有量は、３５〜９０重量％の範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池用のセパレータ。
【請求項４】
前記親水性材料である金属酸化物は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タングステン、酸化ケイ素、活性アルミナ、酸化スズの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の燃料電池用のセパレータ。
【請求項５】
前記親水性材料である金属水酸化物は、水酸化マグネシウム、水酸化銅、水酸化バリウムの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の燃料電池用のセパレータ。
【請求項６】
前記樹脂層中に含有される前記親水性材料は、前記樹脂層中に含有される導電材料の１〜１０体積％の範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の燃料電池用のセパレータ。
【請求項７】
前記親水性材料は、平均粒子径が１ｎｍ〜１μｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の燃料電池用のセパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用のセパレータに関し、特に固体高分子電解質膜の両側に電極を配した単位セルを複数個積層した燃料電池の単位セル間に使用するセパレータとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、用途などで分類される。また、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、溶融炭酸塩型燃料電池、リン酸型燃料電池、高分子電解質型燃料電池、アルカリ水溶液型燃料電池の５種類に分類させるのがー般的である。
これらの燃料電池は、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（以下、ＤＭＦＣとも言う）も知られている。
なかでも、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（以下、ＰＥＦＣとも言う）が注目されている。
【０００３】
このＰＥＦＣにおいては、固体高分子電解質膜の両側に、空気極（酸素極）、燃料極（水素極）を配置した単位セルを複数個積層し、目的に応じて起電力を大きくしたスタック構造のものが一般的である。単位セル間に配設されるセパレータは、一般に、そのー方の面に、隣接するー方の単位セルに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給用溝部が形成され、他方の面に、隣接する他方の単位セルに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給用溝部が形成されている。
しかし、単位セルに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給用溝部では、単位セルを透過した水素イオンと酸化剤ガスである酸素とが反応して生成された水が詰まって、いわゆるフラッディング（水詰まり）が生じる。
このようなフラッディングが生じると、酸化剤ガス供給用溝部内でのガスの流れが阻害され、燃料電池の性能低下を来たすという問題があった。
【０００４】
上記のフラッディング発生を防止するために、例えば、酸化剤ガス供給用溝部の内面に金メッキ層、金とフッ化カーボンとの複合メッキ層、あるいはフッ素樹脂膜等からなる撥水処理層を設けたセパレータ（特許文献１）、酸化剤ガス供給用溝部の底壁面に排水用溝部を設けたセパレータ（特許文献２）、黒鉛材料と内部離型剤を熱硬化性樹脂に含む組成物からなる成形体を粗面化処理し、さらに大気圧プラズマ処理して、流路面の平均粗さＲａを１．０〜５．０μｍ、Ｓｍ値を１００〜２００μｍ、静的接触角を２０〜７０°として親水性を高めたセパレータ（特許文献３）等が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２９８０６４号公報
【特許文献２】特開２０００−１２３８４８号公報
【特許文献３】特開２００６−３３１６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような金を使用したセパレータは、製造コストが高いという問題があった。また、酸化剤ガス供給用溝部の形状に沿ったフッ素樹脂膜等の形成が困難であり、酸化剤ガス供給用溝部以外のセパレータにフッ素樹脂膜等の絶縁膜が形成されると、集電性が低下するという問題もあった。
一方、酸化剤ガス供給用溝部の底壁面に排水用溝部を設けたセパレータでは、反応生成された水が多い場合には、排水が間に合わず、フラッディングが生じるという問題があった。
さらに、粗面化処理と大気圧プラズマ処理を施したセパレータは、親水性が経時で劣化してフラッディングが生じるという問題があり、また、セパレータとしての成形体に対する後処理（粗面化処理と大気圧プラズマ処理）工程が必要であり、製造コストの増大を来すという問題もあった。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、フラッディング（水詰まり）が生じ難く、強度、耐食性に優れ、製造が簡便である燃料電池用の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】
【０００７】
このような目的を達成するために、本発明は、金属基体と、前記金属基体を被覆するように電着により形成された樹脂層とを備え、該樹脂層は導電材料と親水性材料を含有し、該親水性材料は金属酸化物、金属水酸化物の少なくとも１種であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記導電材料は、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、耐食性金属の少なくとも１種であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記樹脂層における前記導電材料の含有量は、３５〜９０重量％の範囲であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記親水性材料である金属酸化物は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タングステン、酸化ケイ素、活性アルミナ、酸化スズの少なくとも１種であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記親水性材料である金属水酸化物は、水酸化マグネシウム、水酸化銅、水酸化バリウムの少なくとも１種であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記樹脂層中に含有される前記親水性材料は、前記樹脂層中に含有される導電材料の１〜１０体積％の範囲であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記親水性材料は、平均粒子径が１ｎｍ〜１μｍの範囲であるような構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、樹脂層が電着により形成されているので、均一な樹脂層であり高い耐食性を示すとともに、この樹脂層が親水性材料を含有しているので、反応生成された水が酸化剤ガスにより外部へ排出され易く、フラッディング（水詰まり）が抑制され、さらに、金属基体を使用していることにより強度が高く、また、セパレータを形成した後の処理が必要ないため、製造コストを低く抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の燃料電池用のセパレータの一実施形態を示す部分断面図である。
【図２】本発明の燃料電池用のセパレータの他の実施形態を示す部分断面図である。
【図３】本発明のセパレータの製造方法の一実施形態を説明するための工程図である。
【図４】本発明のセパレータの製造方法の他の実施形態を説明するための工程図である。
【図５】本発明のセパレータを使用した高分子電解質型燃料電池の一例を説明するための部分構成図である。
【図６】図５に示される高分子電解質型燃料電池を構成する膜電極複合体を説明するための図である。
【図７】図５に示される高分子電解質型燃料電池のセパレータと膜電極複合体を離間させた状態を示す斜視図である。
【図８】図５に示される高分子電解質型燃料電池のセパレータと膜電極複合体を離間させた状態を図７とは異なった方向から示す斜視図である。
【図９】本発明のセパレータを使用した高分子電解質型燃料電池の他の例を説明するための平面図である。
【図１０】図９に示される高分子電解質型燃料電池のＡ−Ａ線での縦断面図である。
【図１１】図９に示される高分子電解質型燃料電池を構成する膜電極複合体を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の燃料電池用のセパレータの一実施形態を示す部分断面図である。図１において、本発明のセパレータ１は、金属基体２と、この金属基体２の両面に形成された溝部３と、金属基体２の両面を被覆するように電着により形成された樹脂層４とを備えており、樹脂層４は親水性材料と導電材料を含有するものである。
金属基体２が有する溝部３は、セパレータ１が燃料電池に組み込まれたときに、一方が、隣接する単位セルに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給用溝部となり、他方が、隣接する別の単位セルに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給用溝部となるものである。また、溝部３の一方が燃料ガス供給用溝部、酸化剤ガス供給用溝部のいずれかとなり、他方が冷却水用溝となるものであってもよい。さらに、金属基体２の一方の面のみに溝部３を備えるものであってもよい。このような溝部３の形状は、特に制限はなく、蛇行した連続形状、櫛形状等であってよく、また、深さ、幅、断面形状も特に制限はない。また、金属基体２の表裏で、溝部３の形状が異なるものであってもよい。
【００１１】
図２は、本発明の燃料電池用のセパレータの他の実施形態を示す部分断面図である。図２において、本発明のセパレータ１１は、金属基体１２と、この金属基体１２に形成された複数の貫通孔１３と、これらの貫通孔１３の内壁面を含む金属基体１２の両面を被覆するように電着により形成された樹脂層１４とを備え、樹脂層１４は導電材料を含有している。
金属基体１２が有する貫通孔１３は、セパレータ１１が燃料電池に組み込まれたときに、燃料ガス、あるいは、酸化剤ガスを単位セルに供給するための流路となるものである。このような貫通孔１３の大きさ、個数、配設密度には特に制限はない。
本発明のセパレータ１，１１を構成する金属基体２，１２の材質は、導電性が良好で所望の強度が得られ、加工性の良いものが好ましく、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、チタン、冷間圧延鋼板等が挙げられる。
【００１２】
セパレータ１，１１を構成する樹脂層４，１４は、導電性を有するとともに、金属基体２，１２に耐食性を付与するためのものである。この樹脂層４，１４は、電着性を有する各種アニオン性、またはカチオン性の合成高分子樹脂中に親水性材料と導電材料を分散させた電着液を用いて電着により成膜し、その後、硬化させて形成することができる。
アニオン性合成高分子樹脂としては、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、マレイン化油樹脂、ポリブタジエン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができ、これらを単独で、あるいは任意の組み合わせによる混合物として使用することができる。また、上記のアニオン性合成高分子樹脂とメラミン樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂等の架橋性樹脂とを併用してもよい。一方、カチオン性合成高分子樹脂としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができ、これらを単独で、あるいは任意の組み合わせによる混合物として使用することができる。また、上記のカチオン性合成高分子樹脂とポリエステル樹脂、ウレタン樹脂等の架橋性樹脂とを併用してもよい。
また、上記の電着性を有する合成高分子樹脂に粘着性を付与するために、ロジン系、テルペン系、石油樹脂等の粘着性付与樹脂を必要に応じて添加してもよい。
【００１３】
このような電着性の合成高分子樹脂は、アルカリ性または酸性物質により中和して水に可溶化された状態、あるいは水分散状態で電着に供される。すなわち、アニオン性合成高分子樹脂は、トリメチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン等のアミン類、アンモニア、苛性カリ等の無機アルカリで中和する。また、カチオン性合成高分子樹脂は、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸等の酸で中和する。そして、中和された水可溶の高分子樹脂は、水分散型または溶解型として水に希釈された状態で使用される。
電着により形成された樹脂層４，１４の厚みは、０．１〜１００μｍ、好ましくは３〜３０μｍの範囲とすることができる。樹脂層４，１４の厚みが０．１μｍ未満であると、ピンホール等の発生により、良好な耐食性が確保できないことがあり、１００μｍを超えると、乾燥固化後のヒビ割れ等の発生や、生産性の低下、コスト高といった問題が発生し好ましくない。
【００１４】
樹脂層４，１４に含有される導電材料としては、例えば、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン等のカーボン素材、耐食性金属等が挙げられるが、耐酸性かつ導電性が所望のものが得られれば、これらの導電材料に限定されない。特に、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン等の微細繊維状炭素材料は、樹脂層４，１４に導電性を付与するために好適である。樹脂層４，１４における導電材料の含有量は、樹脂層４，１４に要求される導電性に応じて適宜設定することができ、例えば、３５〜９０重量％、好ましくは５０〜７０重量％の範囲で設定することができる。樹脂層４，１４における導電材料の含有量が３５重量％未満であると、樹脂層４，１４の導電性が不十分となりセパレータとしての機能に支障を来し、また、９０重量％を超えると、樹脂層４，１４の機械的強度が不十分となり好ましくない。
樹脂層４，１４に含有される親水性材料としては、金属酸化物、金属水酸化物の少なくとも１種を用いることができる。
【００１５】
親水性材料である金属酸化物としては、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タングステン、酸化ケイ素、活性アルミナ、酸化スズ等を挙げることができ、これらの少なくとも１種を使用することができる。
また、親水性材料である金属水酸化物としては、水酸化マグネシウム、水酸化銅、水酸化バリウム等を挙げることができ、これらの少なくとも１種を使用することができる。
このような親水性材料は、平均粒子径が１ｎｍ〜１μｍ、好ましくは２０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲のものが好適である。親水性材料の平均粒子径が１ｎｍ未満であると、親水性材料が凝集しやすく、樹脂層４，１４の表面における親水性材料の均一分散が阻害されることがあり、平均粒子径が１μｍを超えると、導電性が低下し、接触抵抗が増加するため好ましくない。尚、平均粒子径の測定は、レーザー回折散乱式の測定装置（例えば、日機装（株）製  マイクロトラックシリーズ等）、あるいは、動的光散乱式の測定装置（例えば、（株）堀場製作所製  ＬＡ−９２０等）を用いて行う。
【００１６】
また、樹脂層４，１４中に含有される親水性材料は、樹脂層４，１４中に含有される導電材料の１〜１０体積％、好ましくは１〜５体積％の範囲となることが好適である。親水性材料が導電材料に対して１体積％未満であると、樹脂層４，１４の表面の親水性が不十分なものとなり、また、１０体積％を超えると、導電性が低下し、接触抵抗が増加するため好ましくない。
このような本発明のセパレータ１，１１は、樹脂層４，１４が電着により形成されているので、均一で高い耐食性が発現される。また、樹脂層４，１４が親水性材料を含有しているので、例えば、接触角が２０°〜７０°程度の良好な親水性が安定して発現され、反応生成された水が酸化剤ガスにより外部へ排出され易く、溝部３や貫通孔１３に詰まることが抑制される。さらに、金属基体２，１２を使用していることにより強度が高く、また、セパレータを形成した後の処理が必要ないため、製造コストを低く抑えることが可能である。
【００１７】
次に、上述のような本発明のセパレータの製造例について説明する。
図３は、図１に示されるセパレータ１の製造例を説明するための工程図である。まず、金属板材２′の両面にフォトリソグラフィーにより所望のパターンでレジスト６，６を形成し、このレジスト６，６をマスクとして両面から金属板材２′をエッチングして溝部３，３を形成する（図３（Ａ））。その後、レジスト６，６を剥離して金属基体２を得る（図３（Ｂ））。
次に、この金属基体２の両面に、電着性を有する各種アニオン性、またはカチオン性の合成高分子樹脂中に導電材料と親水性材料を分散させた電着液を用いて電着により成膜し、その後、硬化処理を施して樹脂層４を形成する（図３（Ｃ））。この電着による成膜では、親水性材料が導電材料と共析されるので、樹脂層４に親水性材料が均一に分散して存在することになる。電着液を調製するための各種アニオン性、カチオン性の合成高分子樹脂、導電材料、親水性材料は、上述の各材料を使用することができる。また、硬化処理は、使用する合成高分子樹脂に応じて条件を適宜設定することができ、例えば、１５０〜２５０℃の範囲で加熱温度を設定することができる。
【００１８】
図４は、図２に示されるセパレータ１１の製造例を説明するための工程図である。まず、金属板材１２′の両面に、フォトリソグラフィーにより複数の開口部を有するレジスト１６，１６を形成し、このレジスト１６，１６をマスクとして両面から金属板材１２′をエッチングして複数の貫通孔１３を穿設する（図４（Ａ））。レジスト１６，１６の複数の開口部は、それぞれ金属板材１２′を介して対向するように位置している。その後、レジスト１６，１６を剥離して金属基体１２を得る（図４（Ｂ））。
貫通孔１３の形成は、上述のエッチングによる方法の他に、サンドブラスト法、レーザー加工法、ドリル加工法等により行うことも可能である。
【００１９】
次に、貫通孔１３の内壁面を含む金属基体１２に、電着性を有する各種アニオン性、またはカチオン性の合成高分子樹脂中に導電材料、親水性材料を分散させた電着液を用いて電着により成膜し、その後、硬化処理を施して樹脂層１４を形成する（図４（Ｃ））。この電着による成膜では、親水性材料が導電材料と共析されるので、樹脂層１４に親水性材料が均一に分散して存在することになる。電着液を調製するための各種アニオン性、カチオン性の合成高分子樹脂、導電材料は、上述の各材料を使用することができる。また、硬化処理は、使用する合成高分子樹脂に応じて条件を適宜設定することができ、例えば、１５０〜２５０℃の範囲で加熱温度を設定することができる。
上述の本発明のセパレータの実施形態は例示であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００２０】
ここで、本発明のセパレータを用いた高分子電解質型燃料電池の一例を、図５〜図８を参照して説明する。図５は高分子電解質型燃料電池の構造を説明するための部分構成図であり、図６は高分子電解質型燃料電池を構成する膜電極複合体を説明するための図である。また、図７および図８は、それぞれ高分子電解質型燃料電池のセパレータと膜電極複合体を離間させた状態を異なった方向から示す斜視図である。
図５〜図８において、高分子電解質型燃料電池２１は、膜電極複合体（ＭＥＡ:Membrane-Electrode Assembly）３１とセパレータ４１とからなる単位セルが複数個積層されたスタック構造を有している。
ＭＥＡ３１は、図６に示されるように、高分子電解質膜３２の一方の面に配設された触媒層３３とガス拡散層（ＧＤＬ:Gas Diffusion Layer）３４とからなる燃料極（水素極）３５と、高分子電解質膜３２の他方の面に配設された触媒層３６とガス拡散層（ＧＤＬ:Gas Diffusion Layer）３７とからなる空気極（酸素極）３８を備えている。
【００２１】
セパレータ４１は、一方の面に燃料ガス供給用溝部４３ａを備え、他方の面に酸化剤ガス供給用溝部４４ａを備えたセパレータ４１Ａと、一方の面に燃料ガス供給用溝部４３ａを備え、他方の面に冷却水用溝部４４ｂを備えたセパレータ４１Ｂと、一方の面に冷却水用溝部４３ｂを備え、他方の面に酸化剤ガス供給用溝部４４ａを備えたセパレータ４１Ｃとからなっている。このようなセパレータ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃは、本発明のセパレータであり、その両面に、図１に示されるように樹脂層が形成されているが、図示例では、省略している。
【００２２】
各セパレータ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃと上記の高分子電解質膜３２の所定位置には、２個の燃料ガス供給孔４５ａ，４５ｂ、２個の酸化剤ガス供給孔４６ａ，４６ｂ、２個の冷却水供給孔４７ａ，４７ｂが貫通孔として形成されている。そして、セパレータ４１Ａの酸化剤ガス供給用溝部４４ａが形成されている面に、ＭＥＡ３１の空気極（酸素極）３８が当接し、セパレータ４１Ｂの燃料ガス供給用溝部４３ａが形成されている面に、ＭＥＡ３１の燃料極（水素極）３５が当接するように、また、セパレータ４１Ｂの冷却水用溝部４４ｂが形成された面とセパレータ４１Ｃの冷却水用溝部４３ｂが形成された面とが当接するように、各セパレータ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃと単位セルであるＭＥＡ３１が積層され、この繰り返しで高分子電解質型燃料電池２１が構成されている。このように積層された状態で、上記の２個の燃料ガス供給孔４５ａ，４５ｂはそれぞれ積層方向に貫通する燃料ガスの供給路を形成し、２個の酸化剤ガス供給孔４６ａ，４６ｂはそれぞれ積層方法に貫通する酸化剤ガスの供給路を形成し、２個の冷却水供給孔４７ａ，４７ｂはそれぞれ積層方向に貫通する冷却水の供給路を形成している。
【００２３】
また、本発明のセパレータを用いた高分子電解質型燃料電池の他の例を、図９〜図１１を参照して説明する。図９は、高分子電解質型燃料電池の構造を説明するための平面図であり、図１０は、図９に示される高分子電解質型燃料電池のＡ−Ａ線での縦断面図である。また、図１１は高分子電解質型燃料電池を構成する膜電極複合体を説明するための図である。
図９および図１０に示されるように、高分子電解質型燃料電池５１は、膜電極複合体（ＭＥＡ:Membrane-Electrode Assembly）６１とセパレータ７１Ａ，７１Ｂとからなる単位セル５２を平面状に複数個配列し、これらを電気的に直列に接続し、単位セルの個数分（図９では４個分）の電圧を取り出す高分子電解質型燃料電池である。また、各単位セル５２の周りには、これと略同じ厚さの絶縁部５５を設け、全体を平面状にしている。すなわち、平板状の絶縁部５５のくり抜き部に単位セル５２を嵌め込んだ状態とすることにより、単位セル５２と絶縁部５５とを平面状に設けているものである。
【００２４】
この高分子電解質型燃料電池５１は、絶縁部５５のうち、隣接する単位セル間に位置する絶縁部５５に、貫通してその表裏の接続を行うための表裏接続部５７ｃを設けている。そして、この表裏接続部５７ｃを、接続配線５７ａを介して、隣接する一方の単位セルのセパレータ７１Ａ（例えば、燃料極側セパレータ）に接続し、また、接続配線５７ｂを介して、隣接する他方の単位セルのセパレータ７１Ｂ（例えば、空気極側セパレータ）に接続している。これにより、隣接する単位セル間が電気的に直列に接続されている。そして、直列に接続された一方の端部に位置する単位セル５２のセパレータ７１Ａと、他方の端部に位置する単位セル５２のセパレータ７１Ｂには、配線７５，７６が接続されている。
尚、図示例では単位セルの個数を４個としているが、単位セルの個数には制限はない。
【００２５】
絶縁部５５は、接続部５７（接続配線５７ａ，５７ｂおよび表裏接続部５７ｃ）で接続される以外は、隣接する単位セル間を互いに絶縁するものである。このような絶縁部５５の材質は、処理性、耐久性の面で優れたものであれば特に限定はされず、例えば、ガラスエポキシ、ポリイミド樹脂等が使用される。また、絶縁部５５は、絶縁性材料のみからなるものでも、導電性材料を一部含むものでもよい。
接続部５７の表裏接続部５７ｃとしては、スルホール接続部、あるいは、充填ビア接続部、バンプ接続部のいずれかを、隣接する単位セル間に位置する絶縁部５５中に設けたものとすることができる。これらの表裏接続部５７ｃは、従来の配線基板技術の応用として形成できる。
また、ＭＥＡ６１は、図１１に示されるように、高分子電解質膜６２の一方の面に配設された触媒層６３とガス拡散層（ＧＤＬ:Gas Diffusion Layer）６４とからなる燃料極（水素極）６５と、高分子電解質膜６２の他方の面に配設された触媒層６６とガス拡散層（ＧＤＬ:Gas Diffusion Layer）６７とからなる空気極（酸素極）６８を備えている。
セパレータ７１Ａ，７１Ｂは、図２に示されるような本発明のセパレータであり、複数の貫通孔を備えた金属基体に導電性の樹脂層を有するものである。
【実施例】
【００２６】
次に、具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［実施例１］
金属板材として、８０ｍｍ×８０ｍｍ、厚み０．８ｍｍのアルミニウム合金（Ａ５０５２Ｐ）を準備し、表面の脱脂処理を行った。
次に、このアルミニウム合金の両面に、ドライフィルムレジスト（ニチゴー・モートン（株）製）をラミネートして３５μｍ厚の感光性レジスト層を形成し、その後、溝部形成用のフォトマスクを介して露光（５ｋＷ水銀灯により１５秒間照射）、現像（３０℃の２％炭酸水素ナトリウム水溶液をスプレー）してレジストを形成した。
【００２７】
次いで、上記のレジストを介してアルミニウム合金の両面から４５℃に加熱した塩化第二鉄水溶液をスプレーして、所定の深さまでハーフエッチングを行った。その後、５０℃の５％炭酸水素ナトリウム水溶液でレジストを剥離し、洗浄処理を施した。これにより、幅が１ｍｍ、深さが０．３ｍｍのほぼ半円形状の断面を有し、振れ幅５０ｍｍ、ピッチ２ｍｍで蛇行した長さ１３００ｍｍの溝部を両面に備えた金属基体を得た。
次いで、エポキシ電着液に、導電材料としてカーボンブラック（Ｃａｂｏｔ（株）製  Ｖｕｌｃａｎ  ＸＣ−７２）を樹脂固形分に対して７５重量％添加し、さらに、親水性材料として金属酸化物である酸化チタンを導電材料の５体積％となるように添加し、分散させて、電着液とした。この電着液を２０℃に保って撹拌し、この中に上記の金属基体を浸漬し、極間４０ｍｍ、電圧５０Ｖで１分間電着を行い、引き上げた金属基体を純水洗浄した。その後、ドライヤーで熱風乾燥（１５０℃、３分間）し、さらに、窒素雰囲気中で１８０℃、１時間の熱硬化処理を施した。これにより厚み２１μｍの樹脂層が形成され、セパレータが得られた。
【００２８】
尚、使用したエポキシ電着液は下記のようにして調製した。
まず、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（エポキシ当量９１０）１０００重量部を撹拌下に７０℃に保ちながら、エチレングリコールモノエチルエーテル４６３重量部に溶解させ、さらに、ジエチルアミン８０．３重量部を加えて１００℃で２時間反応させてアミンエポキシ付加物（Ａ）を調製した。
また、コロネートＬ（日本ポリウレタン（株）製  ジイソシアネート：ＮＣＯ１３％の不揮発分７５重量％）８７５重量部にジブチル錫ラウレート０．０５重量部を加え５０℃に加熱し、これに２−エチルヘキサノール３９０重量部を添加し、その後、１２０℃で９０分間反応させた。得られた反応生成物をエチレングリコールモノエチルエーテル１３０重量部で希釈した成分（Ｂ）を得た。
次に、上記のアミンエポキシ付加物（Ａ）１０００重量部と成分（Ｂ）４００重量部からなる混合物を、氷酢酸３０重量部で中和した後、脱イオン水５７０重量部を用いて希釈し、不揮発分５０重量％の樹脂Ａを調製した。この樹脂Ａ２００．２重量部（樹脂成分８６．３容量）、脱イオン水５８３．３重量部、およびジブチル錫ラウレート２．４重量部を配合してエポキシ電着液を調製した。
【００２９】
作製した上記のセパレータについて、耐久性を下記の方法で評価し、結果を下記の表１に示した。
（耐久性の評価方法）
作製したセパレータを用いて高分子電解質型燃料電池のシングルセルを組み、セル
温度８０℃、フル加湿の条件下で、電流密度０．３Ａ／ｃｍ2にて、２０００時間
の連続発電を行い、セル電圧の劣化率を比較する。
評価基準      
○  ：  ２０００時間経過後の電圧劣化率が５％未満である。
△  ：  ２０００時間経過後の電圧劣化率が５％以上、１０％以下である。
×  ：  ２０００時間経過以前にセル電圧が１０％以上劣化、もしくは、
発電が停止する。
【００３０】
また、作製したセパレータについて、作製直後、および、１ヶ月保存後（温度２５℃、湿度４０％、大気圧）の樹脂層の水の接触角を下記の方法で測定し、結果を下記の表１に示した。
（水の接触角の測定方法）
常温常圧下で被測定物の表面に純水を滴下し、水滴の頂点の高さｈ、水滴の半径ａ
を直読する。固液界面・水平線と、液滴頂点を結ぶ線がなす角θBは、接触角θA
の半分の関係にあるため、θA＝２θB＝２arctan（ｈ／ａ）より、水の接触角を
測定する。
【００３１】
また、作製した上記のセパレータにおける表裏導通の電気抵抗を下記の方法で測定し、結果を下記の表１に示した。
（電気抵抗の測定方法）
セパレータをガス拡散層（東レ（株）製  ＴＧＰ−Ｈ−０６０  １９０μｍ厚）
で両側から挟み込み、さらに、これらを銅に金めっきを施した厚さ５ｍｍの電極
で挟み込んで圧着（圧力：２０ｋｇｆ／ｃｍ2）し、電極間の抵抗を測定する。
【００３２】
［実施例２］
親水性材料として金属水酸化物である水酸化マグネシウムを導電材料の５体積％となるようにエポキシ電着液に添加した他は、実施例１と同様にして、セパレータを作製した。
作製した上記のセパレータについて、実施例１と同様にして、耐久性、水の接触角の変化率、表裏導通の電気抵抗を測定・評価して、結果を下記の表１に示した。
【００３３】
［実施例３］
親水性材料である酸化チタンを導電材料の１体積％となるようにエポキシ電着液に添加した他は、実施例１と同様にして、セパレータを作製した。
作製した上記のセパレータについて、実施例１と同様にして、耐久性、水の接触角の変化率、表裏導通の電気抵抗を測定・評価して、結果を下記の表１に示した。
【００３４】
［実施例４］
親水性材料である酸化チタンを導電材料の１０体積％となるようにエポキシ電着液に添加した他は、実施例１と同様にして、セパレータを作製した。
作製した上記のセパレータについて、実施例１と同様にして、耐久性、水の接触角の変化率、表裏導通の電気抵抗を測定・評価して、結果を下記の表１に示した。
【００３５】
［実施例５］
導電材料としてカーボンナノチューブ（昭和電工（株）製  気相法炭素繊維  ＶＧＣＦ）を樹脂固形分に対して６０重量％となるようにエポキシ電着液に添加し、さらに、親水性材料として金属酸化物である酸化チタンを導電材料の５体積％となるように添加した他は、実施例１と同様にして、セパレータを作製した。
作製した上記のセパレータについて、実施例１と同様にして、耐久性、水の接触角の変化率、表裏導通の電気抵抗を測定・評価して、結果を下記の表１に示した。
【００３６】
［比較例１］
親水性材料である酸化チタンをエポキシ電着液に添加しない他は、実施例１と同様にして、セパレータを作製した。
作製した上記のセパレータについて、実施例１と同様にして、耐久性、水の接触角の変化率、表裏導通の電気抵抗を測定・評価して、結果を下記の表１に示した。
【００３７】
［比較例２］
親水性材料である酸化チタンを導電材料の０．５体積％となるようにエポキシ電着液に添加した他は、実施例１と同様にして、セパレータを作製した。
作製した上記のセパレータについて、実施例１と同様にして、耐久性、水の接触角の変化率、表裏導通の電気抵抗を測定・評価して、結果を下記の表１に示した。
【００３８】
［比較例３］
親水性材料である酸化チタンを導電材料の１２体積％となるようにエポキシ電着液に添加した他は、実施例１と同様にして、セパレータを作製した。
作製した上記のセパレータについて、実施例１と同様にして、耐久性、水の接触角の変化率、表裏導通の電気抵抗を測定・評価して、結果を下記の表１に示した。
【００３９】
【表１】
2011008934.tif 000003
【００４０】
表１に示されるように、実施例１〜５のセパレータは、耐久性に優れ、接続抵抗が小さいと共に、良好な親水性を安定して発現することが確認された。
これに対して、樹脂層に親水性物質を含有していないセパレータ（比較例１）は、親水性が不十分であった。
また、親水性物質の含有量が少ないセパレータ（比較例２）は、比較例１のセパレータに比べると良好な親水性を発現するが、実施例１〜５のセパレータに比べると親水性が不十分であった。
さらに、親水性物質の含有量が多いセパレータ（比較例３）は、接触抵抗が高く、２０００時間の耐久性評価に至る前に発電が停止した。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、固体高分子電解質膜の両側に電極を配した単位セルを複数個積層した燃料電池等の製造に適用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１，１１…セパレータ
２，１２…金属基体
３…溝部
４，１４…樹脂層
１３…貫通孔
２１，５１…高分子電解質型燃料電池
３１，６１…膜電極複合体（ＭＥＡ）
４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，７１Ａ，７１Ｂ…セパレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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