(57)【要約】【課題】導電性部材間の接触部の導電性を高めつつ、めっきの使用量を減らすことのできる技術を提供する。【解決手段】めっき構造体は、第１の導電性部材（セパレータ部材３３）と、第２の導電性部材（金属多孔体２０）とを備える。第１の導電性部材は、第１のめっき層（金めっき層８０）を有し、第２の導電性部材は、第１のめっき層よりも薄い第２のめっき層（金めっき層７０）を有する。第１の導電性部材と、第２の導電性部材とは、第１と第２のめっき層が接した状態で保持されている。【選択図】図３
2008218367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき構造体であって、
第１の導電性部材と、
第２の導電性部材と、
を備え、
前記第１の導電性部材は、第１のめっき層を有し、
前記第２の導電性部材は、前記第１のめっき層よりも薄い第２のめっき層を有し、
前記第１の導電性部材と、前記第２の導電性部材とは、前記第１と第２のめっき層が接した状態で保持されていることを特徴とする、
めっき構造体。
【請求項２】
請求項１記載のめっき構造体であって、
前記第１の導電性部材は、燃料電池用金属製セパレータ部材であり、
前記第２の導電性部材は、燃料電池用の流路部材である、
めっき構造体。
【請求項３】
請求項２記載のめっき構造体であって、
前記燃料電池用の流路部材は、金属多孔体で形成されている、
めっき構造体。
【請求項４】
めっき構造体の製造方法であって、
（ａ）第１と第２の導電性部材を準備する工程と、
（ｂ）前記第１の導電性部材の表面上に、第１のめっき層を形成する工程と、
（ｃ）前記第２の導電性部材の表面上に、前記第１のめっき層よりも薄い第２のめっき層を形成する工程と、
（ｄ）前記第１の導電性部材と、前記第２の導電性部材と、を前記第１と第２のめっき層を介して接触させる工程と、
（ｅ）前記接触させた状態を保持しつつ、接触させた方向に加圧する工程と、
（ｆ）前記加圧した状態を保持しつつ、通電させる工程と、
を備えることを特徴とするめっき構造体の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載のめっき構造体の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、前記第１のめっき層の形成後に、前記第１の導電性部材にベーク処理をする工程を含み、
前記工程（ｃ）は、前記第２のめっき層の形成後に、前記第２の導電性部材にベーク処理をする工程を含まない、
めっき構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池等に用いられるめっき構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池用の部材としてはセパレータや金属多孔体などの種々の導電性部材が用いられる。セパレータには、耐食性、導電性、ガスバリア性、軽量性、加工性等が要求される。特に、導電性は燃料電池の出力に大きな影響を与えるため、導電性部材の導電性を高めることは重要な課題である。ガス流路部材として金属多孔体を用いる燃料電池では、セパレータと金属多孔体とは接触しており、セパレータと金属多孔体との間には接触抵抗が存在する。そのため、接触抵抗を低減させるために、両部材にめっき、例えば金めっきを施す手法が行われている。しかし、すべての構成部材に厚い金めっきを施す手法では、使用する金が大量に必要になり、製造コスト的に不利になってしまう。特に金属多孔体に金めっきを施す場合は、金属多孔体の内部まで厚くめっきされてしまい、金の必要量が膨大となる。使用する金の量を抑えつつ、導電性の確保を目的とする技術としては、セパレータ上に、金を島状に配置する手法がある。しかしこの手法では接触抵抗が高く、導電性の確保が不十分であるという問題がある。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−９７０８８号公報
【特許文献２】特開２００５−１０８５４９号公報
【特許文献３】特開２００２−２３７３１２号公報
【０００４】
なおこのような問題は、燃料電池用のセパレータに限らず、構成部材間の接触部の導電性を高める目的でめっきを施されている部材全般に共通する問題であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、導電性部材間の接触部の導電性を高めつつ、めっきの使用量を減らすことのできる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のめっき構造体は、
めっき構造体であって、
第１の導電性部材と、
第２の導電性部材と、
を備え、
前記第１の導電性部材は、第１のめっき層を有し、
前記第２の導電性部材は、前記第１のめっき層よりも薄い第２のめっき層を有し、
前記第１の導電性部材と、前記第２の導電性部材とは、前記第１と第２のめっき層が接した状態で保持されていることを特徴とする。
【０００７】
以上のように構成されためっき構造体によれば、第２の導電性部材に、より薄いめっき層を設けるようにしたので、導電性部材間の接触部の導電性を高めつつ、めっきの使用量を減らすことができる。
【０００８】
前記第１の導電性部材は、燃料電池用金属製セパレータ部材であり、
前記第２の導電性部材は、燃料電池用の流路部材であってもよい。
【０００９】
このように、上記めっき構造体は、燃料電池の構成部材に利用することができる。
【００１０】
前記燃料電池用の流路部材は、金属多孔体で形成されていることとしてもよい。
【００１１】
このような構成とすれば、第２の導電性部材である金属多孔体に、より薄いめっき層を設けるので、金属多孔体の内部に不要なめっきがされることがなくなり、めっきの使用量を大幅に減らすことが可能となる。
【００１２】
本発明によるめっき構造体の製造方法は、
（ａ）第１と第２の導電性部材を準備する工程と、
（ｂ）前記第１の導電性部材の表面上に、第１のめっき層を形成する工程と、
（ｃ）前記第２の導電性部材の表面上に、前記第１のめっき層よりも薄い第２のめっき層を形成する工程と、
（ｄ）前記第１の導電性部材と、前記第２の導電性部材と、を前記第１と第２のめっき層を介して接触させる工程と、
（ｅ）前記接触させた状態を保持しつつ、接触させた方向に加圧する工程と、
（ｆ）前記加圧した状態を保持しつつ、通電させる工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
このような製造方法とすれば、不要な部分に余分なめっきがされることがないので、めっきの使用量を減らすことが可能となる。さらに加圧、通電工程により、第１と第２のめっき層におけるめっきの配置が最適化されるので、導電性の高いめっき構造体の製造が可能となる。
【００１４】
前記工程（ｂ）は、前記第１のめっき層の形成後に、前記第１の導電性部材にベーク処理をする工程を含み、
前記工程（ｃ）は、前記第２のめっき層の形成後に、前記第２の導電性部材にベーク処理をする工程を含まない、
こととしてもよい。
【００１５】
このような工程とすれば、第２の導電性部材のためのベーク処理を省略できるので、製造工程を簡略化することができ、製造コストや製造期間等において有益となる。
【００１６】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、めっき構造体、めっき構造体を備えた燃料電池、それらの製造方法等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１８】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池の概略構成を表す図である。本実施例の燃料電池は固体高分子型燃料電池であり、ＭＥＡ（膜電極接合体）６０と、ガス拡散層１０と、金属多孔体２０と、セパレータ３０と、を積層することによって構成されている。ＭＥＡ６０はガス拡散層１０に挟持されている。金属多孔体２０は、ガス拡散層１０の両側に設けられ、セパレータ３０は、金属多孔体２０の両側に設けられている。ＭＥＡ６０は、電解質膜４０と、その両側の表面に形成された触媒電極層５０によって構成されている。セパレータ３０は、アノード側プレート３１と、中間プレート３２と、カソード側プレート３３とによって構成されている三層構造セパレータである。本実施例では、セパレータ３０の各部材３１〜３３は金属製である。金属多孔体２０は、アノードガス又はカソードガスのための流路部材として用いられている。
【００１９】
図２は、図１におけるＸ領域を拡大した図である。説明のため、拡大図は右に９０°回転させてある。以下ではカソード側プレート３３を単に「セパレータ部材３３」とも呼ぶ。金属多孔体２０と、セパレータ部材３３の表面には、それぞれ金めっき層７０、８０が形成されている。金属多孔体２０側の金めっき層７０は、セパレータ部材３３側の金めっき層８０よりも厚みが小さい。セパレータ部材３３および金属多孔体２０は、例えばチタンやステンレスで形成されている。なお、アノード側のセパレータ部材３１と金属多孔体２０にも同様に金めっき層が形成されているが、以下では主にカソード側のセパレータ部材３３と金属多孔体２０とに関して説明を行う。
【００２０】
図３は、図２におけるＹ領域を拡大した模式図である。金属多孔体２０の表面を拡大すると、無数の小さな突起部１００が存在することがわかる。なお図３では突起部１００が一定の大きさの平行四辺形の形状を有するものとして描かれているが、これは図示の便宜上、簡略化して描かれたものである。実際には、種々の形状の突起がランダムに突出している。
【００２１】
突起部１００の存在により、金属多孔体２０の表面積は、平らな表面を持つ部材の表面積に比べて、大きい。したがって、金属多孔体２０の表面すべてに金めっきを施そうとすると、平らな表面を持つ部材に金めっきを施す場合に比べて、大量の金を必要としてしまう。さらに、セパレータ部材３３側の金めっき層８０と、金属多孔体２０側の金めっき層７０とは、突起部１００の先端部分のみで接している。したがって、金属多孔体２０に金めっきをする場合において、突起部１００の先端部分以外に金めっきを施しても、導電性改善の効果は小さい。
【００２２】
そこで本実施例では、セパレータ部材３３側では、金めっき層８０を厚く形成させ、金属多孔体２０においては、表面に存在する突起部１００の先端付近にのみ金めっき層７０を形成させることによって、十分な導電性を確保しつつ、金の使用量を減らしている。
【００２３】
図４は、本実施例におけるめっき構造体を製造する工程を示すフローチャートである。図５は、その製造工程を表す図である。図４のステップＳ１０では、まず金めっきが施されていないセパレータ部材３３と金属多孔体２０とを準備する（図５（Ａ））。ステップＳ２０では、このセパレータ部材３３と金属多孔体２０にそれぞれめっき処理を施す。
【００２４】
図６は、図４のステップＳ２０の工程の内容を詳しく示したフローチャートである。ステップＳ２１では、セパレータ部材３３と金属多孔体２０の表面に付着した油脂や、表面に形成された不動態皮膜を除去するために、脱脂および酸洗を行う。脱脂および酸洗の処理は、油脂や不動態皮膜が金めっきと部材の間に存在することによって、金めっきがはがれやすくなってしまうのを防ぐために行う。
【００２５】
ステップＳ２２では、脱脂、酸洗を行ったら直ちに、セパレータ部材３３と、金属多孔体２０とをめっき液に漬ける。チタンの表面に不動態皮膜が形成されてしまう前にめっき処理を行うためである。
【００２６】
ステップＳ２３では、めっきの膜厚を、電流の積算値によって制御する（図５（Ｂ））。すなわち、セパレータ部材３３のめっき処理では比較的大きな電流積算値まで処理を継続し、金属多孔体２０のめっき処理では比較的小さな電流積算値で処理を停止する。なお、金属多孔体２０をめっき処理する場合には、めっき液に水流が起こらないようにすることが好ましい。この理由は、金属多孔体２０の突起部１００（図３）の先端付近のみに金めっきを付着させるためである。こうすれば、突起部１００の先端以外の部分、すなわち突起部１００の根元部分には、めっき液が入り込まず、金めっきが付着しないこととなる。
【００２７】
金めっき層の形成後、ステップＳ２５において、セパレータ部材３３にベーク処理を施し、金の密着性を高める。なお、金属多孔体２０の場合は、ベーク処理を施さなくてもよい（ステップＳ２４）。この理由は、後で詳述するように、金属多孔体２０の金めっき層７０は、燃料電池の組み立て後の加圧・通電工程によって金の密着性が高まるからである。
【００２８】
これらの金めっき処理の後、図４のステップＳ３０において、めっき処理後のセパレータ部材３３や金属多孔体２０を用いて、燃料電池を組み立てる（図５（Ｃ））。この後、ステップＳ４０において、燃料電池を発電させると、セパレータ部材３３と金属多孔体２０の間のめっき層７０、８０が一体化する。
【００２９】
図７は、図５のステップＳ３０、Ｓ４０における金めっき層７０、８０の変化の様子を示す説明図である。図７（Ａ）は燃料電池の組み立て前の状態を示し、図７（Ｂ）は燃料電池の組み立て後の状態を示している。図７（Ｃ）は燃料電池の発電後の状態を示している。燃料電池スタックを組み立てた状態では、燃料電池スタックの締結部材（図示せず）によって図７（Ｂ）に示す矢印の方向に圧力が印加される。このとき、セパレータ部材３３と金属多孔体２０とは、金めっき層７０、８０を介して、金属多孔体２０の突起部１００の先端で接する。突起部１００の先端部分の表面積のうち、セパレータ部材３３との接点を構成している表面積は、金属多孔体２０の見かけの表面積よりも１０倍ほど小さい。従って、燃料電池スタックの組み立て時の公称面圧が１Ｍｐａほどであったとしても、実際の先端の面圧は１０Ｍｐａほどとなる。ここで「見かけの表面積」とは、金属多孔体２０の表面には突起部が無数に存在するのが実際であるが、便宜的に金属多孔体２０の表面は凹凸のない平坦なものであると仮定した場合に、その仮定した表面形状から算出された表面積である。同様に、金属多孔体の見かけの表面積を用いて算出した面圧を公称面圧、見かけの表面積を用いて算出した電流密度を、公称電流密度と呼ぶこととする。
【００３０】
上記のように組み立てた燃料電池スタックを発電させると、セパレータ部材３３と金属多孔体２０に電気が流れる（図７（Ｃ））。公称電流密度が２Ａ／ｃｍ2であった場合、実際は金属多孔体２０の突起部１００の先端部分のみが接点を構成しているため、実際の突起部１００の先端の電流密度は、公称電流密度の約１０倍の２０Ａ／ｃｍ2程度となる。
【００３１】
以上のように、突起部１００の先端の実際の面圧、電流密度は、公称面圧、公称電流密度の約１０倍となる。したがって、突起部１００の先端の金めっき層７０は、大きな面圧と発電によるジュール熱とにより、接点における金めっきの配置が図７（Ｃ）に模式的に示すように最適化される。なお図７（Ｃ）では、金めっき層７０と金めっき層８０には境界があるように描かれているが、これは説明の便宜上描かれたものである。実際には、金めっき層７０と金めっき層８０とは結合し、境界は消失している。この過程で、金属多孔体２０と金めっき層７０との密着性が高まるため、金属多孔体２０は、上述したベーク処理をしなくてもよいこととなる。
【００３２】
以上のように、第１実施例では金属多孔体２０にセパレータ部材３３よりも薄い金めっき層７０を形成したので、めっきに用いる金の量を減らすことができ、金属多孔体２０とセパレータ部材３３の間の導電性を十分に高めることができる。
【００３３】
Ｂ．第２実施例：
図８は、第２実施例における燃料電池の概略構成を表す図である。本実施例の燃料電池は固体高分子型燃料電池であり、ＭＥＡ（膜電極接合体）６０と、ガス拡散層１１０と、金属製のセパレータ部材１２０、１３０とを積層することによって構成されている。ＭＥＡ６０はガス拡散層１１０に挟持されている。図１に示した第１実施例の燃料電池では、水素や空気等が通過する流路部材として金属多孔体２０が用いられていたが、本実施例ではセパレータ部材１２０又は１３０によって形成される通路部１７０が、水素や空気等の流路として用いられている。
【００３４】
図９は、図８におけるＺ領域を拡大した図である。説明のため、拡大図は右に９０°回転させてある。セパレータ部材１２０と１３０の表面には、それぞれ金めっき層１５０、１４０が形成されている。セパレータ部材１３０の金めっき層１４０は、もう一方のセパレータ部材１２０の金めっき層１５０よりも厚みが小さい。
【００３５】
第２実施例における製造工程は、図４及び図６で説明したものとほぼ同じである。但し、第２実施例では、２つのセパレータ部材１２０、１３０のそれぞれにベーク処理（図６のステップＳ２５）を行うことが好ましい。セパレータ部材１３０の金めっき層１４０が十分に薄く、燃料電池スタックの組み立て前に金めっき層１４０がセパレータ部材１３０から剥離しないような場合には、セパレータ部材１３０にベーク処理を行わなくてもよい。
【００３６】
以上のように、第２実施例でも、セパレータ部材１３０には、もう一方のセパレータ部材１２０よりも薄い金めっき層１４０を形成したので、めっきに用いる金の量を減らすごとができ、セパレータ部材１３０と１２０の間の導電性を十分に高めることができる。
【００３７】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００３８】
Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、燃料電池用部材としての金属製のセパレータ部材３３や、金属多孔体２０に対して、上記実施例の手法で金めっきを施していたが、この代わりに、一般的な導電性部材に対して上記実施例の手法で金めっきを施して、めっきに用いる金の量を減らし、導電性を十分に高めることも可能である。
【００３９】
Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、めっき処理に金を使用していたが、金の代わりに銀や銅等の一般的なめっき用材料を使用することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１実施例における燃料電池の概略構成を表す図である。
【図２】図１におけるＸ領域を拡大した図である。
【図３】図２におけるＹ領域を拡大した模式図である。
【図４】第１実施例におけるめっき構造体を製造する工程を示すフローチャートである。
【図５】図４の製造工程を表す図である。
【図６】図４のステップＳ２０の工程の内容を詳しく示したフローチャートである。
【図７】図５のステップＳ３０、Ｓ４０における金めっき層７０、８０の変化の様子を示す説明図である。
【図８】第２実施例における燃料電池の概略構成を表す図である。
【図９】図８におけるＺ領域を拡大した図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０…ガス拡散層
２０…金属多孔体
３０…セパレータ
３１…アノード側プレート
３２…中間プレート
３３…カソード側プレート
４０…電解質膜
５０…触媒電極層
６０…ＭＥＡ（膜電極接合体）
７０…金めっき層
８０…金めっき層
１００…突起部
１１０…ガス拡散層
１２０…セパレータ部材
１３０…セパレータ部材
１４０…金めっき層
１５０…金めっき層
１７０…通路部
【図１】
2008218367.tif 000003
【図２】
2008218367.tif 000004
【図３】
2008218367.tif 000005
【図４】
2008218367.tif 000006
【図５】
2008218367.tif 000007
【図６】
2008218367.tif 000008
【図７】
2008218367.tif 000009
【図８】
2008218367.tif 000010
【図９】
2008218367.tif 000011