(57)【要約】【課題】ガスシール部における接着性を向上するとともに電極部における所望の導電性を確保する。【解決手段】少なくとも一部が他の部材と積層方向に接触し、用いられる燃料電池用セパレータ１４０は、基材層１０と、基材層１０の一方面側に積層された導電性層１６ａ，１６ｂとを有する。基材層１０と第１の導電性層１６ａとの接着度がＡ、基材層１０と第２の導電性層１６ｂとの接着度がＢとすると、Ａ＜Ｂである。このとき、第１の導電性層１６ａの、積層方向の導電率をＸ、第２の導電性層１６ｂの、積層方向の導電率をＹとすると、好ましくはＸ＞Ｙである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも基材層と、前記基材層の一方面側に積層された導電性層とを有し、
少なくとも一部が他の部材と積層方向に接触し、用いられる燃料電池用セパレータであって、
前記基材層と前記導電性層との接着度がＡであり、他の部材と離間して備えられる第１の部分と、
前記基材層と前記導電性層との接着度がＢであり、他の部材と接触して備えられる第２の部分と、
からなり、Ａ＜Ｂ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において、
前記導電性層は、前記第１の部分に積層された第１の導電性層と、前記第２の部分に積層された第２の導電性層とからなり、
前記第１の導電性層における積層方向の導電率をＸとし、前記第２の導電性層における積層方向の導電率をＹとすると、
Ｘ＞Ｙ
であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池用セパレータにおいて、
前記第２の部分に積層された前記基材層と前記導電性層との間に、さらに接着補助膜を有することを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータにおいて、
前記第１の部分に積層された前記基材層と前記導電性層との間に、さらに非接着補助膜を有することを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池用セパレータにおいて、
前記接着補助膜は、ホットメルト型接着膜であり、
前記非接着補助膜は、金属薄膜であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
請求項４または５に記載の燃料電池用セパレータにおいて、
前記接着補助膜の膜厚は、前記非接着補助膜の膜厚とほぼ同じであることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータにおいて、
少なくとも積層方向に対して、前記基材層の表面を金属コートしていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータにおいて、
前記導電性層は、導電性材料とバインダとを含むことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
請求項２から８のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータにおいて、
前記第１の導電性層は、ガス流路を介して酸化極または燃料極と対向し、
前記第２の導電性層は、隣り合う部材と接触していることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータを含み構成される、燃料電池。
【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、特に基材層を備え、その表面を被覆する導電性層を有する燃料電池用セパレータに関する。本発明はまた、この燃料電池用セパレータを使用した燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックにおいて、各燃料電池セルを構成するセパレータの材質として、カーボンや金属を使用したものが検討されている。中でも、ステンレスなどのような金属材料を使用した、いわゆるメタルセパレータは、比較的安価であり、かつ加工も容易である点から好ましく用いられている。
【０００３】
このようなメタルセパレータを使用する場合には、一般に、セパレータ表面とＭＥＡの非発電領域との間をエポキシ樹脂やフェノール樹脂等を含む樹脂フレームで挟み、ＭＥＡとメタルセパレータとが直接接触しないように積層し、一体化させている。このとき、各部材間に必要に応じて接着剤などを用いることもある。
【０００４】
また、メタルセパレータの基材としてステンレスを使用する場合には、表面処理として金メッキや、黒鉛構造体や炭素系膜（いわゆるカーボンコート）などを塗布し、耐食性向上、および導電性向上を図っている。
【０００５】
ここで、燃料電池セルの概略について示す。図３は、燃料電池スタックにおいて、特にその積層構造についての概略を示す模式図である。
【０００６】
燃料電池スタックは一般に、ＭＥＡと、ＭＥＡを挟持するセパレータと、を備える燃料電池セル（単セル）を、複数積層させた構造を有している。
【０００７】
図３において、ＭＥＡ３００は、例えば、パーフルオロ系、パーフルオロスルホン酸系などのフッ素系イオン交換樹脂などが用いられる高分子電解質膜３０２の両面に電極触媒層および電極拡散層を含む電極をそれぞれ形成させ、一体化したものである。図３においては、高分子電解質膜３０２の一方面側に燃料極（アノード極）３０４を、他方面側に図示しない酸化極または空気極（カソード極）を形成させた、ＭＥＡ３００を用いている。ここでは、ＭＥＡ３００の一例として、各電極の外郭を形成する高分子電解質膜３０２の外側部分に所定の流体マニホールドが複数形成されており、セパレータ３３０，３４０と同じ外形を有するものが使用されている。
【０００８】
ＭＥＡ３００の両側には、構造材として樹脂フレーム３１０，３２０が設けられている。樹脂フレーム３１０には、燃料極３０４を収容する開口部３１２が形成されており、開口部３１２の外郭をなす外枠３１４が高分子電解質膜３０２の外側部分と重ね合わされている。一方、樹脂フレーム３２０には、酸化極を収容する開口部３２２が形成されており、開口部３２２の外郭をなす外枠３２４が高分子電解質膜３０２の外側部分と重ね合わされている。
【０００９】
そして、ＭＥＡ３００および樹脂フレーム３１０，３２０は、セパレータ３３０，３４０により挟持されている。図４に、樹脂フレーム３２０と隣り合うセパレータ３４０の構成について、その概略を示す。
【００１０】
図４に示すセパレータ３４０は、第１の部分３４２と、第２の部分３４４とを有している。第２の部分３４４は、第１の部分３４２の外郭をなしており、反応ガスや冷却水などを流通させる複数の流体マニホールドが開口している。セパレータ３４０が燃料電池セルに組み込まれると、第２の部分３４４の一方面は、樹脂フレーム３２０の外枠３２４に所定の圧力で押し当てられ、反応ガスの漏出が防止される。このため、以下、第２の部分３４４をガスシール部とも称する。一方、第２の部分またはガスシール部３４４の他方面は、隣の燃料電池セルを形成するセパレータ４３０に所定の圧力で押し当てられている。
【００１１】
一方、第１の部分３４２の一方面は、図３に示すような燃料電池に組み込まれると、ＭＥＡ３００の、図示しない酸化極との間に所定の空間が形成される。こうして形成された電極部３４２と酸化極との間の空間には、サーペンタイン形状やパラレル形状のような所望の流路形状が構成され、この流路内に空気や酸素ガスなどの酸化ガスを流通する。このため、以下、第１の部分３４２を電極部とも称する。一方、第１の部分または電極部３４２の他方面は、ガスシール部３４４の他方面とともにセパレータ４３０と接触している。
【００１２】
また、セパレータ３３０は、セパレータ３４０とほぼ同様の形状を有しており、図示しない電極部およびガスシール部を有している。セパレータ３３０の図示しないガスシール部は、電極部の外郭をなしており、反応ガスや冷却水などを流通させる複数の流体マニホールドが開口している。セパレータ３３０が燃料電池セルに組み込まれると、ガスシール部の一方面は、樹脂フレーム３１０の外枠３１４に所定の圧力で押し当てられ、反応ガスの漏出が防止されている。また、隣の燃料電池セルを形成するセパレータに所定の圧力で押し当てられているガスシール部の他方面は、一般に接着剤などによりセパレータと接着またはシールされている。
【００１３】
一方、セパレータ３３０の図示しない電極部の一方面は、図３に示すような燃料電池に組み込まれると、燃料極３０４との間に所望の流路形状が構成され、この流路内に水素ガスや改質ガスなどの燃料ガスを流通する。また、電極部の他方面は、ガスシール部の他方面とともに図示しないセパレータと接触している。
【００１４】
前述したように、メタルセパレータは、耐食性（耐酸性）および導電性が良好である必要があり、例えば図５に示すような積層構造のものが用いられている。
【００１５】
図５は、図４に示したセパレータ３４０において、Ａ−Ａ’ラインに沿った断面概略図である。なお、図５に示したセパレータ構造を示す断面図は、例えばガス流路や冷却水流路などの凹凸形状については省略し、積層構造のみに着目して示したものである。
【００１６】
図５において、セパレータ３４０は、ステンレス鋼などが好適に用いられる基材層５０の両面に、金メッキなどが好適に用いられる金属薄膜層５２，５４を積層させて、セパレータ３４０の導電性を向上させている。また、金属薄膜層５２の上に、さらに導電性炭素材料およびバインダを含むカーボンコート層５６を設け、導電性を有するだけでなく、耐食性を合わせて向上させている。このとき、セパレータ３４０は、図３に示す燃料電池に組み込まれる際には、例えば金属薄膜層５４側表面をセパレータ４３０側、カーボンコート層５６側を樹脂フレーム３２０側となるように備えられる。
【００１７】
図３に示すような燃料電池においては、反応ガスの漏出を防ぐために、例えばボルトなどの締結部材を用いて、各部材の積層方向に強い外力を付与している。
【００１８】
長期間にわたり積層方向に強い外力が与えられると、図４，５に示したセパレータ３４０において、特に樹脂フレーム３２０とセパレータ４３０とにより、強く押さえられているガスシール部３４４において、カーボンコート層５６と金属薄膜層５２との界面で剥離してしまうというおそれがあった。
【００１９】
一方、カーボンコート層５６と金属薄膜層５２との界面における剥離を防止するためには、カーボンコート層５６中のバインダの含有量を増やすことが好適である。しかしながら、カーボンコート層５６中に含まれる導電性炭素材料の相対量が減少してしまう。つまり、接着性を向上させて剥離を防止することと、導電性を維持させることとは相反している要求であることから、これらの性質を両立する燃料電池セパレータが求められてきた。
【００２０】
ところで、積層構造を有するメタルセパレータ、またはこのようなセパレータを使用した燃料電池について、例えば特許文献１〜４に開示されている。
【００２１】
特許文献１には、金属製セパレータ基材の表面に、良導電性の金属を含む金属系導電性塗装層と、黒鉛系導電性塗装層とをこの順で積層させた燃料電池用金属セパレータについて記載されている。
【００２２】
特許文献２には、セパレータ基材の上に金属コート層とカーボンコート層を順に設け、金属コート層とセパレータ基材の間に、異なる金属層または下地コート層を設けることにより、金属コート層とセパレータ基材との密着性を高める技術について記載されている。
【００２３】
特許文献３には、金属製ガスセパレータ表面に設けられたカーボンコート層と、その下層の貴金属メッキ層またはステンレス基材層との間の密着性を高めるコート層または下地コート層を設けることについて記載されている。
【００２４】
特許文献１〜３については、いずれも図５に示した従来のセパレータ同様、全面が一様の積層構造を有するものであるため、導電性、耐食性および剥離防止性など、所望の性質を兼備するセパレータを作成するために、積層構造を構成するそれぞれの材料を大量に使用してしまうこととなっていた。
【００２５】
特許文献４には、セパレータ基材の全面にこのセパレータ基材への付着力が強い第１のカーボンコート層を設け、さらに第１のカーボンコート層の厚さが薄い部分にのみ弾性率が高い材料を含む第２のカーボンコートを積層させた燃料電池用セパレータについて記載されている。
【００２６】
【特許文献１】特開２００４−１１１０７９号公報
【特許文献２】特開２００１−３０７７４７号公報
【特許文献３】特開２００２−６３９１４号公報
【特許文献４】特開２００５−２５１６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
しかしながら、特許文献４に記載の発明においては、１枚のセパレータに対して積層構造の異なる箇所が多く存在することとなるために、製造工程が煩雑となってしまうおそれがあった。
【００２８】
本発明は、層構造の剥離防止に寄与する接着性と所望の導電性とを兼備する燃料電池用セパレータを提供する。
【００２９】
また、本発明の他の目的は、層構造の剥離防止に寄与する接着性と所望の導電性とを兼備する燃料電池用セパレータを使用した燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明の構成は以下のとおりである。
【００３１】
（１）少なくとも基材層と、前記基材層の一方面側に積層された導電性層とを有し、少なくとも一部が他の部材と積層方向に接触し、用いられる燃料電池用セパレータであって、前記基材層と前記導電性層との接着度がＡであり、他の部材と離間して備えられる第１の部分と、前記基材層と前記導電性層との接着度がＢであり、他の部材と接触して備えられる第２の部分と、からなり、Ａ＜Ｂである、燃料電池用セパレータ。
【００３２】
（２）上記（１）に記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記導電性層は、前記第１の部分に積層された第１の導電性層と、前記第２の部分に積層された第２の導電性層とからなり、前記第１の導電性層における積層方向の導電率をＸとし、前記第２の導電性層における積層方向の導電率をＹとすると、Ｘ＞Ｙである、燃料電池用セパレータ。
【００３３】
（３）上記（１）または（２）に記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記第２の部分に積層された前記基材層と前記導電性層との間に、さらに接着補助膜を有する、燃料電池用セパレータ。
【００３４】
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記第１の部分に積層された前記基材層と前記導電性層との間に、さらに非接着補助膜を有する、燃料電池用セパレータ。
【００３５】
（５）上記（４）に記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記接着補助膜は、ホットメルト型接着膜であり、前記非接着補助膜は、金属薄膜である、燃料電池用セパレータ。
【００３６】
（６）上記（４）または（５）に記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記接着補助膜の膜厚は、前記非接着補助膜の膜厚とほぼ同じである、燃料電池用セパレータ。
【００３７】
（７）上記（１）から（６）のいずれか１つに記載の燃料電池用セパレータにおいて、少なくとも積層方向に対して、前記基材層の表面を金属コートしている、燃料電池用セパレータ。
【００３８】
（８）上記（１）から（７）のいずれか１つに記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記導電性層は、導電性材料とバインダとを含む、燃料電池用セパレータ。
【００３９】
（９）上記（２）から（８）のいずれか１つに記載の燃料電池用セパレータにおいて、前記第１の導電性層は、ガス流路を介して酸化極または燃料極と対向し、前記第２の導電性層は、隣り合う部材と接触している、燃料電池用セパレータ。
【００４０】
（１０）上記（１）から（９）のいずれか１つに記載の燃料電池用セパレータを含み構成される、燃料電池。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、燃料電池用セパレータにおいて、他の部材と接触する部分における接着性の向上と、電極と対向する部分における導電性の確保とを両立することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明の実施の形態について、以下、図面に基づいて説明する。ただし、例えば全体としての形状や大きさ等については、従来の燃料電池用セパレータの構成とほぼ同じとしてよいが、その詳細な形状については省略する。
【００４３】
［実施の形態１］
図１（ａ）は、本発明の実施の形態における燃料電池用セパレータ１４０の構成の概略を示す模式図である。セパレータ１４０は、電極部１４２と、ガスシール部１４４とを有している。ガスシール部１４４は、電極部１４２の外郭をなしており、例えば、複数の流体マニホールドが開口し、反応ガスや冷却水などを流通させる。
【００４４】
本発明の実施の形態において、図１に示すセパレータ１４０は、図４，５に示すセパレータ３４０に替えて、図３に示す燃料電池スタックにおいて好適に使用することが可能である。セパレータ３４０に替えて、セパレータ１４０が図３に示す燃料電池セル５００に組み込まれると、ガスシール部１４４の一方面は、樹脂フレーム３２０の外枠３２４に所定の圧力で押し当てられ、反応ガスの漏出が防止される。このとき、ガスシール部１４４の他方面は、隣の燃料電池セルを形成するセパレータ４３０に所定の圧力で押し当てられる。一方、電極部１４２の一方面側には、ＭＥＡ３００の、図示しない酸化極との間に、空気や酸素ガスなどの酸化ガスを流通させるガス流路が形成される。また、電極部１４２の他方面は、ガスシール部１４４の他方面とともにセパレータ４３０と接触している。
【００４５】
また、セパレータ３４０とほぼ同様の形状を有するセパレータ３３０に替えて、図１に示すセパレータ１４０とほぼ同様の形状を有するセパレータ１３０を使用することも可能である。セパレータ３３０に替えて、セパレータ１３０が図３に示す燃料電池セル５００に組み込まれると、ガスシール部の一方面は、樹脂フレーム３１０の外枠３１４に所定の圧力で押し当てられ、反応ガスの漏出が防止される。また、ガスシール部の他方面は、隣の燃料電池セルを形成する図示しないセパレータに所定の圧力で押し当てられる。
【００４６】
一方、図３に示すような燃料電池セル５００に組み込まれると、セパレータ１３０の電極部の一方面側と、ＭＥＡ３００の、燃料極３０４との間に、水素ガスや改質ガスなどの燃料ガスを流通させる所定の空間が形成される。また、電極部の他方面は、ガスシール部の他方面とともに図示しないセパレータと接触している。
【００４７】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示したセパレータ１４０において、Ｂ−Ｂ’ラインに沿った断面概略図である。本実施の形態において、燃料電池用セパレータ１４０は、基材層１０と、基材層１０の一方面に積層された導電性層１６ａ，１６ｂとを有している。積層方向に対して垂直な、つまり面方向の導電性を向上させるために、基材層１０の他方面には、金属コート層１４が積層されており、また基材層１０と導電性層１６ａ，１６ｂとの間には、金属コート層１２をさらに有している。
【００４８】
導電性層１６ａ，１６ｂは、電極部１４２において積層された第１の導電性層１６ａと、ガスシール部１４４において積層された第２の導電性層１６ｂとからなる。第１の導電性層１６ａと第２の導電性層１６ｂとで、例えばその配合比または組成を異にすることにより、基材層１０または金属コート層１２と、導電性層１６ａまたは１６ｂとの接着性および導電性を所望の条件となるように調整されている。
【００４９】
このようなセパレータ１４０を図３に示す燃料電池セル５００に適用する場合には、導電性層１６ａ，１６ｂ側をＭＥＡ３００側、金属コート層１４側を樹脂フレーム３４０側となるように備えることが好ましい。
【００５０】
基材層１０は、例えばステンレス鋼またはアルミニウム合金（アルミナ）などを使用することが可能であるが、これに限らず、他の材料を使用してもよい。好適には、ステンレス鋼が使用される。
【００５１】
金属コート層１２，１４は、例えば金や白金などの、きわめて導電性の良好な金属からなる層であって、例えばメッキや蒸着などの好ましい方法により基材層５０の上に積層される。コスト低減の観点から、さらに銅などを用いた金属層を積層させて併用してもよい。金属コート層１２と金属コート層１４は、同一の材料を用いることが好ましいが、異なっていてもよい。また、金属コート層１２と金属コート層１４の厚さは同じであっても異なっていてもよい。なお、他の実施の形態において、金属コート層１２，１４については省くことも可能である。ただし、基材層５０の表面を金属コート層１２で被覆すると、一般には導電性層１６ａ，１６ｂに対する接着性が向上する。このため、基材層５０そのものに対する導電性層１６ａ，１６ｂの接着性が良好でない場合には、金属コート層１２を省くことはあまり好ましくない。
【００５２】
第１の導電性層１６ａは一般に、例えば１〜３０重量％程度の導電性材料と９９〜７０重量％程度のバインダをそれぞれ配合した導電性混合物を塗布し、成形されたものである。成形時には、必要に応じて、加熱や圧縮、焼成などを行ってもよい。このような導電性材料を金属コート層１２の表面に対し所定の層厚となるように塗布して、第１の導電性層１６ａを成形することにより、所望の耐食性および導電性を確保することが可能となる。
【００５３】
図３に例示する燃料電池セル５００において、積層方向の接触抵抗は、装置にもよるが、一般には３００ｍΩ・ｃｍ以下程度である。したがって、図１に示すセパレータ１４０を図３に示す燃料電池セル５００に適用する場合には、少なくとも電極部１４２が積層している部分において、積層方向の接触抵抗が、従来の燃料電池セルと同程度、具体的には３００ｍΩ・ｃｍ以下、より好ましくは０〜２００ｍΩ・ｃｍ程度であるように第１の導電性層１６ａの積層方向の導電率または導電性を設定することが好ましい。
【００５４】
一方、第２の導電性層１６ｂに用いられる導電性混合物は一般に、第１の導電性層１６ａと同様の導電性材料およびバインダを使用してもよいが、第２の導電性層１６ｂが塗布されているガスシール部１４４には、樹脂フレームやセパレータなどの他の部材によって積層方向に常に強い外力が与えられている。このため、第１の導電性層１６と比較して、第２の導電性層１６ｂの方が金属コート層１２からの剥離が発生しやすい環境下におかれている。そこで、金属コート層１２を含む基材層１０と第１の導電性層１６ａとの接着の程度（接着度）をＡ、金属コート層１２を含む基材層１０と第２の導電性層１６ｂとの接着の程度（接着度）をＢとすると、少なくともＡ＜Ｂとなるように設定することが必要とされる。なお接着度を高くするためには一般に、第１の導電性層１６ａと第２の導電性層１６ｂとで同一の導電性材料およびバインダを使用する場合においては、バインダの配合量を増加することによって容易に実現することが可能である。また、例えば後述する熱衝撃試験に基づいて第１の導電性層１６ａと第２の導電性層１６ｂとの接着度を比較することが可能であるが、他の方法により確認することも可能である。
【００５５】
なお、金属コート層１２と導電性層１６ａ，１６ｂとの接着性を向上させるという観点からは、前述した接着度Ａおよび接着度Ｂの両方を向上させて、金属コート層１２と第２の導電性層１６ｂまたは第１の導電性層１６ａとの接着性をそれぞれ向上させることも可能である。しかしながら、導電性材料およびバインダを含む導電性混合物において、金属コート層１２との接着性を向上させるためにバインダの配合量を増加させると、これに伴い、導電性材料の配合量が相対的に減少することになる。このため、接着度Ａおよび接着度Ｂの両方を向上させてしまうと、結果として電極部１４２における第１の導電性層１６ａの、好ましい積層方向の導電率以下となってしまい、接着性は全体として向上したものの、所望の導電性が確保できないおそれがあり、好ましくない。そこで、第１の導電性層１６ａの、積層方向の導電率をＸ、第２の導電性層１６ｂの、積層方向の導電率をＹとすると、Ｘ＞Ｙとなるようにすることが好ましい。
【００５６】
このように、本実施の形態においては、電極部１４２では所望の導電性を確保するとともに、ガスシール部１４４に対しては、所望の接着性を付与することにより、簡単な構成でかつ長寿命の燃料電池セパレータを得ることが可能となる。
【００５７】
なお、本発明の実施の形態において、導電性層１６ａ，１６ｂを成形する際に用いられる導電性混合物において、好ましい導電性材料として、カーボンブラックや黒鉛などの炭素系導電材料のほか、例えば、ＳＢＲなどが挙げられる。また、好ましいバインダの例としては、キシレンなどが挙げられるが、これに限らない。
【００５８】
図１（ａ），（ｂ）に示す燃料電池用セパレータ１４０において、その積層方向の厚さの最大となる箇所における値は、１ｍｍ〜３ｍｍ程度とすることが好ましいが、これに限らず、使用する燃料電池セル５００の性能や体格により適宜設定してよい。また、基材層５０の積層方向の厚さは０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度が好ましく、より好ましくは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍである。金属コート層１２，１４の積層方向の厚さはそれぞれ、０．１〜数μｍ程度が好ましく、より好ましくは０．１〜１μｍである。導電性層１６ａ，１６ｂはそれぞれ、１０μｍ〜１００μｍ程度が好ましく、より好ましくは２０〜５０μｍである。導電性層１６ａ，１６ｂの境界面は、必ずしも図１（ｂ）に示すように積層方向に対し垂直面を形成していなくてもよいが、少なくとも滑らかにかつ連続していることが好ましい。
【００５９】
なお、本発明の実施の形態において、セパレータ１４０を形成するそれぞれの層の厚さは、その全体にわたり同一である必要はなく、例えば、セパレータ１４０表面および内部に形成される流体流路の形状などに応じて適宜調整することが可能である。
【００６０】
また、本実施の形態において、基材層１０は一様の層である必要はなく、例えば異なる組成を有する層を積層させても良く、また電極部１４２とガスシール部１４４とで組成を異にすることも可能である。また、他の実施の形態として、導電性層１６ａ，１６ｂについても複数の層を積層させることも可能である。
【００６１】
［実施の形態２］
図２（ａ）は、本発明の他の実施の形態におけるセパレータ２４０の構成の概略を示す模式図である。セパレータ２４０は、電極部２４２と、ガスシール部２４４とを有している。ガスシール部２４４は、電極部２４２の外郭をなしており、例えば、反応ガスや冷却水などを流通させる複数の流体マニホールドが開口している。
【００６２】
本発明の実施の形態において、図２に示すセパレータ２４０は、図１に示すセパレータ１４０と同様に、図３に示す燃料電池セル５００に適用することが可能である。このとき、セパレータ２４０とほぼ同様の構成を有するセパレータ２３０とともに、図３に示すセパレータ３４０，３３０に替えて、本実施の形態のセパレータ２４０，２３０をそれぞれ適用することが可能となるが、詳細な構成については前述した実施の形態１とほぼ同じであるため、省略する。
【００６３】
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示したセパレータ２４０において、Ｃ−Ｃ’ラインに沿った断面概略図である。本実施の形態において、燃料電池用セパレータ２４０は、基材層２０を有し、基材層２０の一方面側に導電性層２６が積層され、さらに基材層２０の他方面側に金属コート層２４が積層されている。
【００６４】
基材層２０と導電性層２６の間には、さらに、電極部２４２においては非接着補助膜２２ａが積層され、またガスシール部２４４においては接着補助膜２２ｂが積層されている。
【００６５】
基材層２０、金属コート層２４についてはそれぞれ、図１（ｂ）に示す基材層１０、金属コート層１４とほぼ同様の構成であってよく、詳細な説明は省略する。また導電性層２６は、少なくとも第１の導電性層１６ａと同程度の導電性を有することが好ましい。他の実施の形態において、金属コート層１４と同様に、金属コート層２４については省くことも可能である。さらに、他の実施の形態において、基材層２０の表面にさらに金属コート層を一様に有していても良い。
【００６６】
接着補助膜２２ｂは、ガスシール部２４４における基材層２０と導電性層２６との間の接着性を補助することを目的として適用されるものであり、少なくとも１００℃以上、好ましくは１２０℃〜１３０℃程度の軟化点またはガラス転移点を有する、いわゆるホットメルト樹脂をあらかじめ薄膜状としたものを適用し、加熱して圧着することが好適であるが、これに限らず、その他いかなる方法を用いてもよい。
【００６７】
一方、非接着補助膜２２ａは、電極部２４２における積層方向の導電性を低下させないものであればいかなるものを用いてもよいが、好ましくは金属コート層２４と同様の組成を有する金属薄膜である。
【００６８】
このような非接着補助膜２２ａおよび接着補助膜２２ｂを基材層２０と導電性層２６との間に積層させるには、例えば、ガスシール部２４４の上のみをマスキングした基材層２０上にまず非接着補助膜または金属薄膜２２ａを積層させて、その後電極部２４２のみをマスキングして基材層２０上に所定の膜厚に成形した接着補助膜２２ｂを配置し、その上に導電性層２６を積層させた後、セパレータ２４０を加熱しながら積層方向に加圧する方法を適用することが可能であるが、これに限らず、いかなる方法を用いてもよい。
【００６９】
また、ガスシール部２４４において接着補助膜２２ｂを適用することにより、ガスシール部２４４における導電性層２６と基材層２０との接着性は、電極部２４２における導電性層１６と基材層２０との接着性と比較して、向上する。つまり、電極部２４２における導電性層２６と基材層２０との接着度をＡ’、ガスシール部２４４における導電性層２６と基材層２０との接着度をＢ’とすると、少なくともガスシール部２４４における導電性層２６と基材層２０との接着性を高め、Ａ’＜Ｂ’とすると、剥離を防止または抑制することが可能となる。
【００７０】
このようなセパレータ２４０を図３に示す燃料電池セル５００に適用する場合には、導電性層２６側をＭＥＡ３００側、金属コート層２４側を樹脂フレーム３４０側となるように備えることが好ましい。
【００７１】
このように、本実施の形態においては、電極部２４２では所望の導電性を確保するとともに、ガスシール部２４４に対しては、接着補助膜２２ｂを備えて所望の接着性を付与することにより、簡単な構成でかつ長寿命の燃料電池セパレータを得ることが可能となる。
【００７２】
図２（ａ），（ｂ）に示す燃料電池用セパレータ２４０において、その積層方向の厚さの最大となる箇所における値は、０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ程度とすることが好ましいが、これに限らず、使用する燃料電池セル５００の性能や体格により適宜設定してよい。また、基材層２０、金属コート層２４および導電性層２６の積層方向の厚さは、セパレータ１４０における金属コート層１４および導電性層１６ａ，１６ｂと同様に設定してもよい。
【００７３】
また、非接着補助膜２２ａおよび接着補助膜２２ｂの積層方向の厚さはほぼ同じであってもよく、異なってもよいが、同一の厚さに成形することがより好ましい。このとき、好ましい厚さは、５μｍ〜１００μｍ、より好ましくは１０μｍ〜５０μｍである。
【００７４】
なお、本実施の形態において、セパレータ２４０を形成するそれぞれの層の厚さは、その全体にわたり同一である必要はなく、例えば、セパレータ２４０表面および内部に形成される流体流路の形状に応じて適宜調整することが可能であることはいうまでもない。
【００７５】
また、本実施の形態において、基材層２０は一様の層である必要はなく、例えば異なる組成を有する層を積層させても良く、また電極部２４２とガスシール部２４４とで組成を異にすることも可能である。また、他の実施の形態として、導電性層２６についても複数の層を積層させることも可能である。さらに、他の実施の形態として、非接着補助膜２２ａについても複数の層を積層させることも可能である。
【００７６】
以下に、接着度を測定し得る熱衝撃試験について、例を挙げる。なお、以下に示す測定方法により得られる結果と対応するものであれば、他の測定方法によるものでも良く、その方法については何ら制限されない。
【００７７】
＜熱衝撃試験＞
積層させた燃料電池スタックを発電させながら、氷点下〜１００℃付近まで、所定の割合で加熱（例えば、−２０℃〜９０℃を２分かけて昇温）し、その後氷点下まで冷却（例えば、９０℃〜−２０℃を２分かけて降温）するというサイクルを１サイクルとし、これを例えば数千サイクル繰り返したときの、接着の程度を各部位ごとに比較することにより、接着度を比較することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の燃料電池用セパレータは、高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）セルおよびこの燃料電池セルを積層させた燃料電池スタックに限らず、バインダや接着補助膜の組成を適宜変更することにより、他の燃料電池においても好適に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施の形態における燃料電池用セパレータ１４０の構成の概略を示す図である。
【図２】本発明の他の実施の形態における燃料電池用セパレータ２４０の構成の概略を示す図である。
【図３】燃料電池セル５００および燃料電池スタックの構成の概略を示す図である。
【図４】従来の燃料電池用セパレータ３４０の構成の概略を示す図である。
【図５】図４に示す燃料電池セパレータのＡ−Ａ’ラインに沿った断面概略図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０，２０，５０  基材層、１２，１４，２４  金属コート層、１６ａ  第１の導電性層、１６ｂ  第２の導電性層、２２ａ  非接着補助膜、２２ｂ  接着補助膜、２６  導電性層、５２，５４  金属薄膜層、５６  カーボンコート層、１４０，２４０，２４０，３３０，３４０，４３０  セパレータ、１４２，２４２，３４２  電極部（第１の部分）、１４４，２４４，３４４  ガスシール部（第２の部分）、３００  ＭＥＡ、３０２  電解質膜、３０４  燃料極（アノード極）、３１０，３２０  樹脂フレーム、３１２，３２２  開口部、３１４，３２４  外枠、５００  燃料電池セル（単セル）。
【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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