(57)【要約】【課題】角部からのＣｒの拡散を防止できる耐熱性合金部材及び燃料電池用集電部材並びに燃料電池セルスタック、燃料電池を提供する。【解決手段】Ｃｒを含有する集電基材２０１の表面を酸化物からなる緻密なＣｒ拡散防止層２０２で被覆し、該Ｃｒ拡散防止層２０２の表面を酸化物からなる導電性の被覆層２０３で被覆してなるとともに、被覆層２０３の厚みが集電基材２０１の平面部よりも角部の方が厚いことを特徴とする。こメッキ法又は静電塗装法により形成された金属層を熱処理して集電基材２０１の表面にＣｒ拡散防止層２０２が形成され、該Ｃｒ拡散防止層２０２の表面に被覆層２０３が形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒを含有する合金板の表面を酸化物からなる緻密なＣｒ拡散防止層で被覆し、該Ｃｒ拡散防止層の表面を酸化物からなる導電性の被覆層で被覆してなるとともに、該被覆層の厚みが前記合金板の平面部よりも角部の方で厚いことを特徴とする耐熱性合金部材。
【請求項２】
前記合金板の表面に、メッキ法又は静電塗装法により形成された金属層を大気中にて熱処理して形成されていることを特徴とする請求項１記載の耐熱性合金部材。
【請求項３】
前記合金板の表面に、下地層をメッキ法で形成し、その上面に金属層をメッキ法で形成し、これを大気中にて熱処理して形成されていることを特徴とする請求項１記載の耐熱性合金部材。
【請求項４】
前記合金板中にＭｎを含有するとともに、前記Ｃｒ拡散防止層がＭｎとＺｎを含有し、前記被覆層がＺｎを含有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の耐熱性合金部材。
【請求項５】
燃料電池セルからの集電を行う集電部材が、請求項１乃至４のうちいずれかに記載の耐熱性合金部材からなることを特徴とする燃料電池用集電部材。
【請求項６】
複数の燃料電池セルの間に、請求項５記載の燃料電池用集電部材を介装してなる燃料電池セルスタックであって、前記燃料電池セルと前記燃料電池用集電部材とが、導電性接着材により接合されていることを特徴とする燃料電池セルスタック。
【請求項７】
請求項６記載の燃料電池セルスタックを、収納容器内に収納してなることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃｒを含有する合金板の表面をＣｒ拡散防止層により被覆してなる耐熱性合金部材及び燃料電池用集電部材並びに燃料電池セルスタック、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代エネルギーとして、近年、例えば、燃料電池セルのスタックを収納容器内に収容した燃料電池が種々提案されている。固体電解質形燃料電池は、複数の燃料電池セルを電気的に接続した燃料電池セルスタックを収納容器内に収容して構成され、燃料電池セルの燃料極側に燃料ガス（水素）を流し、空気極（酸素極ともいう）側に空気（酸素）を流して６００〜９００℃の高温で発電する。燃料電池セル間を電気的に接続するためには、従来からフェルト状や板状の燃料電池用集電部材（以下、特に断らない限り集電部材ともいう）が用いられている。
【０００３】
このような集電部材としては導電率の高い合金が採用され、さらに高温下で使用されることから、耐熱性合金が望ましく採用され、このような導電率の高い耐熱性合金として、Ｃｒを１０〜３０質量％含有する合金が一般的に用いられる。しかしながら、Ｃｒを含有する合金からなる集電部材を燃料電池セル間に介装し、複数の燃料電池セルを電気的に接続した場合、燃料電池を長期間発電させると、集電部材中のＣｒが集電部材の外部に拡散してしまい、拡散したＣｒは空気極と固体電解質との界面に達し、活性を劣化させてしまう。この現象は、いわゆるＣｒ被毒といわれ、燃料電池セルの発電能力の低下をまねくこととなる。
【０００４】
このようなＣｒ被毒を防止するため、従来、Ｃｒを含有する合金板の表面をＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉで被覆することが行われている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特表平１１−５０１７６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、Ｃｒの拡散を防止するため、上記特許文献１に記載されているようにＣｒ含有の合金板の表面をＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉからなるＣｒ拡散防止層で隙間なく被覆して集電部材を構成した場合、合金板中のＣｒが外部に拡散することをある程度抑制することができるものの、Ｃｒは特に大気に接する割合の高い集電部材の角部から拡散し、完全には防止できなかった。
【０００６】
即ち、合金板をＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを含有する浸漬溶液中に浸漬し、焼き付けてＣｒ拡散防止層を形成した場合、通常、Ｃｒ拡散防止層の厚みは角部が平坦部よりも薄くなり、この角部に電流集中が生じ、高温となってＣｒ拡散防止層が破損し易く、これによりＣｒが拡散し易いという問題があった。また、スパッタ法により被覆することも可能ではあるが、角部を十分に被覆することができず、角部から拡散し易いという問題があった。
【０００７】
さらに、集電部材の作製上、必然的に角部が存在し、この角部にはバリが残り易く、その角部における被覆が不十分となり、そこからＣｒが拡散し易いという問題もある。
【０００８】
本発明は、角部からのＣｒの拡散を防止できる耐熱性合金部材及び燃料電池用集電部材並びに燃料電池セルスタック、燃料電池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】
本発明の耐熱性合金部材は、Ｃｒを含有する合金板の表面を酸化物からなる緻密なＣｒ拡散防止層で被覆し、該Ｃｒ拡散防止層の表面を酸化物からなる導電性の被覆層で被覆してなるとともに、該被覆層の厚みが前記合金板の平面部よりも角部の方で厚いことを特徴とする。本発明の耐熱性合金部材では、Ｃｒ拡散防止層によりＣｒの拡散を防止できるとともに、Ｃｒ拡散が発生しやすい角部の被覆層の厚みを他の平面部の厚みより厚くしたので、角部の被覆層に電流集中が生じることがなくなり、これにより角部の異常発熱を防止し、Ｃｒ拡散防止層の破損を防止でき、角部からのＣｒの拡散を防止できる。
【００１０】
また、本発明の耐熱性合金部材は、前記合金板の表面に、メッキ法又は静電塗装法により形成された金属層を熱処理して前記合金板の表面に前記Ｃｒ拡散防止層が形成され、該Ｃｒ拡散防止層の表面に被覆層が形成されていることを特徴とする。このような耐熱性合金部材では、合金板の角部における導電性の被覆層の厚みを平面部よりも厚く形成することができ、これにより、合金板の角部での異常発熱を防止でき、角部からのＣｒの拡散を防止できる。
【００１１】
さらに、本発明の耐熱性合金部材は、前記合金板の表面に、下地層をメッキ法で形成し、その上面に金属層をメッキ法で形成し、これを熱処理して、前記合金板の表面に酸化物からなる下地層を介して前記Ｃｒ拡散防止層が形成され、該Ｃｒ拡散防止層の表面に被覆層が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
このような耐熱性合金部材では、合金板に、濡れ性の良好な下地層をメッキ法で形成し、この上にＣｒ拡散防止層となる金属層をメッキ法で形成し、熱処理したので、合金板に酸化された下地層が形成され、この下地層の表面に、メッキ法でＣｒ拡散防止層、平面部よりも角部が厚い被覆層を確実に形成できる。下地層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕのうち少なくとも一種から形成することが望ましい。
【００１３】
また、本発明の耐熱性合金部材は、前記合金板中にＭｎを含有するとともに、前記Ｃｒ拡散防止層がＭｎとＺｎを含有し、前記被覆層がＺｎを含有することを特徴とする。このような耐熱性合金部材では、ＭｎとＺｎを含有するＣｒ拡散防止層により、Ｃｒの拡散を十分に防止できるとともに、被覆層がＺｎを含有することにより、高温での導電性が良好となる。
【００１４】
本発明の燃料電池用集電部材は、燃料電池セルからの集電を行う集電部材が、上記耐熱性合金部材からなることを特徴とする。また、本発明の燃料電池セルスタックは、複数の燃料電池セルの間に、上記燃料電池用集電部材を介装してなる燃料電池セルスタックであって、前記燃料電池セルと前記燃料電池用集電部材とが、導電性接着材により接合されていることを特徴とする。本発明の燃料電池は、上記燃料電池セルスタックを、収納容器内に収納してなることを特徴とする。
【００１５】
このような燃料電池用集電部材では、Ｃｒの拡散を十分に防止できるため、燃料電池セルの、いわゆるＣｒ被毒を防止でき、燃料電池セルの発電能力を高く維持できる。このような燃料電池用集電部材を用いた燃料電池セルスタック、燃料電池では、発電性能を高く維持できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の耐熱性合金部材は、合金板に、平面部よりも角部の方が厚い導電性の被覆層を形成したので、角部における電流集中が防止され、異常発熱によるＣｒ拡散防止層の破損を防止でき、これにより合金板角部からのＣｒの拡散を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明の燃料電池用集電部材を示す斜視図であり、図２及び図３は図１に示す燃料電池用集電部材２０のＣｒ拡散防止層２０２、被覆層２０３の被覆状態を示す説明図である。図２は図１に示すＡ−Ａ線断面図であり、図３は図１に示すＢ−Ｂ線断面図である。燃料電池用集電部材２０は、図１に示すように、例えば耐熱性合金板を櫛刃状に加工し、隣り合う刃を交互に反対側に折り曲げて構成される。
【００１８】
この集電部材２０は、Ｃｒを含有する合金からなる耐熱性合金板（以下、集電基材という。）２０１の表面を、酸化物（例えばセラミックス等、以下同じ）からなる緻密なＣｒ拡散防止層２０２、導電性の被覆層２０３が被覆している。尚、図２，図３においては、Ｃｒ拡散防止層２０２を太線で記載した。Ｃｒ拡散防止層２０２は、集電基材２０１の全周面を隙間なく被覆している。なお、本発明の燃料電池用集電部材２０は、図１に示すような形状のものに限定されるものではなく、例えば、円筒状、メッシュ状のものであってもよい。
【００１９】
ここで集電基材２０１の材料としては、導電性および耐熱性の高いＣｒを１０〜３０質量％含有する合金、例えばＦｅ−Ｃｒ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金等を用いることができる。
【００２０】
そして、この集電基材２０１の表面には、酸化物からなるＣｒ拡散防止層２０２、酸化物からなる導電性の被覆層２０３が被覆されている。Ｃｒ拡散防止層２０２は、Ｚｎを含有する酸化物からなることが好ましい。
【００２１】
上述したように、Ｃｒ拡散防止層２０２は、集電基材２０１に含有されるＣｒが拡散することを有効に防止するため、例えば、スピネル構造を有する金属酸化物により形成される。ここで、Ｃｒの拡散を防止する上で、Ｃｒ拡散防止層２０２は、特に、Ｚｎ系スピネルからなるものであるのが好ましく、例えばＺｎ−Ｍｎ系スピネルからなるのがより好ましい。Ｚｎ−Ｍｎ系スピネルにおいては、Ｆｅ、Ｃｒ等の元素を含有してもよい。具体的には、Ｚｎ−Ｍｎ系スピネル、例えば、（Ｚｎ，Ｍｎ）Ｍｎ２Ｏ４からなる、ＺｎとＭｎを含む金属酸化物は、Ｃｒを固溶しにくいために、Ｃｒの拡散を抑制する効果を有している。
【００２２】
このＺｎ−Ｍｎ系スピネルは、例えば、Ｍｎを含有する集電基材２０１に、Ｚｎをメッキし、熱処理することにより、Ｍｎが集電基材２０１から拡散し、集電基材２０１表面をＺｎ−Ｍｎ系スピネルからなるＣｒ拡散防止層２０２で被覆される。さらに、このＣｒ拡散防止層２０２の表面には、Ｍｎが拡散していない、ＺｎＯからなる被覆層２０３が形成されることになる。
【００２３】
Ｃｒ拡散防止層２０２の厚みは、２μｍ以下、特には１μｍ以下であれば、ある程度絶縁性であっても集電部材としての導電性に影響を与えることがない。
【００２４】
そして、導電性の被覆層２０３の厚みは、図４（ａ）に示すように、集電基材２０１の平面部の被覆層２０３ｂよりも角部の被覆層２０３ａの方が厚く形成されている。
【００２５】
このような被覆層２０３は、集電基材２０１に、メッキ法又は静電塗装法により形成された金属層を熱処理することにより、集電基材２０１の表面にＣｒ拡散防止層２０２を形成し、該Ｃｒ拡散防止層２０２の表面に被覆層２０３を形成することができる。
【００２６】
Ｃｒ拡散防止層２０２、被覆層２０３を形成するための金属層は、例えば、電解メッキにより、容易に形成することができる。電解メッキでは集電基材２０１と電解液との電位差により被覆するものであるが、特に角部は外部に晒されている割合が大きいため、電解液中では平面部より厚く被覆することができる。同じ理由で、静電塗装法による被覆でも、角部の被覆層２０３ａを厚く被覆することができる。
【００２７】
従来、ディップ法などにより角部の被覆層２０３ａの厚みを十分に厚くしようとすると、それ以上に平面部の被覆層２０３ｂが厚くなり、集電基材２０１との熱膨張差の違いにより被覆層にクラックなどが発生し、このクラックに沿って、Ｃｒが拡散しやすくなるが、本発明では、平面部の被覆層２０３ｂの厚みを必要以上に厚くすることなく、角部の被覆層２０３ａの厚みを十分に厚くできるため、熱膨張差によるクラックの発生も防ぐことができる。
【００２８】
被覆層２０３の厚みは、ＺｎＯからなる場合には、導電性を有するという点から、３μｍ以下であることが望ましい。また、後述するように、ＺｎＯにＦｅが固溶した導電性の被覆層の場合には、集電基材２０１との熱膨張係数差を小さくするという点から、５０μｍ以下であることが望ましい。
【００２９】
電解メッキで、Ｚｎ−Ｍｎ系スピネルからなるＣｒ拡散防止層２０２を形成するには、亜鉛イオンを１０〜６００ｇ／ｌ含む浴に、Ｍｎを含有する集電基材２０１を陰極として挿入し、電流密度１５〜４００Ａ／ｍ２の電流を印加することにより、集電基材２０１にＺｎからなる金属層が形成され、この金属層を１０００〜１１００℃で熱処理することにより、集電基材２０１表面にＺｎ−Ｍｎ系スピネルからなるＣｒ拡散防止層２０２を形成し、その表面にＺｎＯからなる被覆層２０３を形成することができる。メッキ法の場合、急激に高温とするとＺｎが気化するという理由から、一度、例えば３５０℃で熱処理し、酸化亜鉛にした後、１０００〜１１００℃で再度、熱処理することが望ましい。
【００３０】
集電基材２０１には直接Ｚｎメッキしにくいため、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕのうち少なくとも一種の下地層をメッキ法で形成し、その上面にＺｎをメッキ法で形成し、これを大気中にて熱処理することが望ましい。尚、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕは、Ｃｒの拡散を防止する機能も有するため、さらにＣｒの拡散が防止できる。さらに、Ｆｅを下地層として用いる場合には、このＦｅが被覆層２０３を形成するＺｎＯに固溶し、導電性を有することができるため、望ましい。
【００３１】
尚、集電基材２０１にＦｅを含有する場合には、Ｆｅが熱処理時に拡散して、被覆層２０３を形成するＺｎＯに固溶し、導電性を有することができる。被覆層２０３は、高温中で導電性を有するものであるが、５５０〜９００℃で１Ｓｃｍ−１以上の導電率を有することが望ましい。この導電率は、５５０〜９００℃に加熱した被覆層２０３に、電流を印加し電圧を測定することにより測定することができる。
【００３２】
また、静電塗装法によりＣｒ拡散防止層を形成するには、集電基材２０１から０．１〜０．５ｍ離れた位置に帯電塗装ガンを設置し、塗装ガン印加電圧−４０〜−１００ｋＶ、吐出量５０〜１５０ｇ／分、吐出圧０．５〜２．５×１０５Ｎ／ｍ２、エアー流量３〜６ｍ３／ｈで、Ｚｎ粉末を吐出し、集電基材２０１表面に塗装し、１０００〜１１００℃で熱処理することにより、集電基材２０１表面にＺｎ−Ｍｎ系スピネルからなるＣｒ拡散防止層２０２を形成し、その表面にＺｎＯからなる被覆層２０３を形成することができる。静電塗装法の場合には、Ｚｎ粉末のみならず、Ｚｎ粉末とＦｅ粉末を吐出できる。
【００３３】
尚、図４（ｂ）は、従来のディップ法によりＣｒ拡散防止層２０２、被覆層２０３を形成した場合であり、この場合には、被覆層２０３は角部の被覆層２０３ａが平面部の被覆層２０３ｂより薄く形成され、角部での電流集中により、異常発熱が生じ、Ｃｒ拡散防止層２０２が破損し易いことが判る。
【００３４】
以上のように構成された燃料電池用集電部材では、Ｃｒ拡散防止層２０２によりＣｒの拡散を防止できるとともに、Ｃｒ拡散が発生しやすい角部の被覆層２０３ａの厚みを他の平面部の厚みより厚くしたので、角部の被覆層２０３ａに電流集中が生じることがなくなり、これにより角部の被覆層２０３ａの異常発熱を防止し、Ｃｒ拡散防止層２０２の破損を防止でき、角部からのＣｒの拡散を防止できる。
【００３５】
図５は本発明の燃料電池セルの斜視図であり、図６は燃料電池セルを集電部材により電気的に接続してなるセルスタックを示す断面図である。本発明によるセルスタックは、図６に示すように、燃料電池用集電部材２０が、図５に示す中空平板形の燃料電池セル１間に配置されて複数の燃料電池セル１を電気的に接続する構成を有する。
【００３６】
燃料電池セル１は、図５に示すように、平板状の支持基板１０と、平板状の支持基板１０の周囲に設けられた多孔質の燃料極層２、緻密な固体電解質層３、多孔質の酸素極層４、緻密なインターコネクタ５、及び酸素極材料層１４とを備え、支持基板１０は、さらに内部に、燃料電池セル１の積層方向に交わる方向（セル長さ方向）に伸びた複数の燃料ガス通路１６を有している。
【００３７】
支持基板１０は、例えば、多孔質かつ導電性の材料からなり、図５に示すように横断面が平坦部と平坦部の両端の弧状部とからなっている。平坦部の対向する面の一方とその両端の弧状部を覆うように多孔質の燃料極層２が設けられており、この燃料極層２を覆うように、緻密質な固体電解質層３が積層されており、さらに、この固体電解質層３の上には、燃料極層２に対向するように、多孔質の導電性セラミックからなる酸素極層４が積層されている。また、支持基板１０の電極層２、４が設けられた面に対向する面には、緻密なインターコネクタ５が形成されている。このインターコネクタ５の表面には、酸素極材料からなる酸素極材料層１４が形成されている。ここで、酸素極材料は、例えばペロブスカイト構造のＬａＦｅＯ３系やＬａＭｎＯ３系等（例えば、Ｌａ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ３、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３等）の酸化物（導電性セラミックス）からなる。ただし、この酸素極材料層１４については、必ずしも形成する必要はない。図５に示すように、燃料極層２及び固体電解質層３は、インターコネクタ５の両サイドまで延び、支持基板１０の表面が外部に露出しないように構成されている。
【００３８】
このような構造の燃料電池セル１は、燃料極層２の酸素極層４と対面している部分が燃料極として作動して発電する。即ち、酸素極層４の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ支持基板１０内のガス通路１６に燃料ガス（水素）を流し、所定の作動温度まで加熱することにより、酸素極層４で下記の式（１）の電極反応が生じ、また燃料極層２の燃料極となる部分では例えば下記の式（２）の電極反応が生じることによって発電する。
【００３９】
酸素極：  １／２Ｏ２＋２ｅ−  →  Ｏ２−  （固体電解質）        （１）
燃料極：  Ｏ２−  （固体電解質）＋  Ｈ２  →  Ｈ２Ｏ＋２ｅ−    （２）
かかる電極反応によって発生した電流は、支持基板１０に取り付けられているインターコネクタ５を介して集電される。
【００４０】
このような複数の燃料電池セルの間には、図６に示すように、集電部材２０が介装されて電気的に接続され、これによりセルスタックが構成されている。即ち、集電部材２０が、一方の燃料電池セル１の酸素極層４に多孔質の導電性セラミック等の導電性接着材２５により接合されると共に、隣設する他方の燃料電池セル１の酸素極材料層１４に導電性接着材２５により接合され、これにより、複数の燃料電池セル１が電気的に直列に接続され、セルスタックが構成されている。
【００４１】
セルスタックの製造は、燃料電池セル１と集電部材２０を交互に積層することによって行われる。
【００４２】
初めに、導電性接着材２５をスクリーン印刷法により燃料電池セル１の電極部（酸素極層４、酸素極材料層１４）に塗布する。次に燃料電池セル１の電極部に燃料電池用集電部材２０を載置し、さらにその上に次の燃料電池セル１を載置する。これを必要数繰り返して、燃料電池セル１と燃料電池用集電部材２０の積層体を作製する。
【００４３】
次に、該積層体を９００℃〜１１００℃の温度に加熱して、導電性接着材２５を燃料電池セル１の電極部と燃料電池用集電部材２０に焼き付け、セルスタックを作製する。
【００４４】
なお、導電性接着材２５としては、酸素極材料、又は酸素極材料とＣｒ拡散防止層２０２の材料を含有する材料が用いられる。尚、酸素極材料層１４を形成しない場合にはインターコネクタに接合される。
【００４５】
尚、図５において、燃料電池セル１は中空平板型の燃料電池セル１を示したが、例えば円筒形等の燃料電池セルを用いることもできる。ただし、本発明においては、燃料電池セル１と燃料電池用集電部材２０との剥離を防止するため、両者を面と面とで接合することが好ましい。なお、面と面とで接合するとは、燃料電池セル１と燃料電池用集電部材２０との対向する面同士が、導電性接着材等により接合される状態を意味する。これにより、燃料電池セル１と燃料電池用集電部材２０とが、十分な接合面積にて接合されることとなる。
【００４６】
本発明の燃料電池は、上記のセルスタックを収納容器内に収容し、この収納容器に、都市ガス等の燃料ガスを供給する燃料ガス導入管及び空気を供給するための空気導入管を配設することにより構成される。このようなセルスタック及び燃料電池により、電圧低下の少ない長期信頼性に優れた燃料電池を得ることができる。
【００４７】
尚、上記形態では、本発明の耐熱性合金部材を燃料電池用集電部材２０として用いた場合について説明したが、収納容器内に収容される他の耐熱性合金からなる部品、例えば、マニホールド用として、また改質器用として、さらには収納容器を形成する壁部材として用いることができる。
【００４８】
また、上記形態では、本発明の耐熱性合金部材を燃料電池用集電部材２０として用いた場合について説明したが、本発明の耐熱性合金部材を燃料電池以外のものに用いても良い。例えば、酸素センサのリード部等の高温雰囲気で導電性を有するもの、具体的には、従来高温雰囲気で導電性を示すものとして使用されていたＰｔの代用として使用することができる。因みに、酸素センサ等のリード部では、高温で導電性を確保するため、Ｐｔ等の貴金属を用いており、高価であったが、本発明の耐熱性導電部材を用いることにより、安価とすることができる。
【実施例１】
【００４９】
厚さ０．４ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ１２０ｍｍのＦｅ−Ｃｒ系耐熱性合金板（Ｆｅ７５質量％含有、残部Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ含有）からなる集電基材のアルカリ脱脂を行った後、水洗し、表面を活性化させるために、硝酸で酸洗いを行った。その後再度水洗し、下地にニッケルメッキを電界メッキにて１μｍ施し、その後水洗をした。
【００５０】
次に亜鉛イオンを２００ｇ／ｌ含む亜鉛浴を用意し、その中に集電基材を浸漬した。この集電基材を陰極とするように、電流を電流密度が１５０Ａ／ｍ２となるように、印加した。印加時間は７分とした。この後、３５０℃の炉に１０時間入れ、酸化亜鉛を形成した。さらにその後に１０００℃の炉に２時間入れることで酸化亜鉛と集電基材とを反応させ、Ｚｎ−Ｍｎ系スピネルからなるＣｒ拡散防止層、ＺｎＯにＦｅが固溶した被覆層を形成した。Ｃｒ拡散防止層の厚みは１μｍであり、被覆層の厚みは平面部で３μｍ、角部で５μｍであった。
【００５１】
次に、平均粒径０．５μｍのＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３粉末（ＬＳＣＦ）と、アクリル系バインダーと、グリコール系溶剤とを添加して得られたスラリー中に、被覆層が形成された集電部材を浸漬し、１０００℃で２時間の焼付け処理を行い、被覆層表面に厚さ２０μｍのＬＳＣＦ膜を形成し、テストピースとした。このテストピースを８５０℃の炉に３０００ｈｒ投入した後、断面を切り出しＥＰＭＡによる半定量分析を行った。ＥＰＭＡ分析には、日本電子製のＪＸＡ−８１００を用いた。測定条件として、加速電圧１５ｋＶ、プローブ電流２．０×１０−７Ａ、分析エリア５０μｍ×５０μｍ、分光結晶にＬＩＦを用いた。その結果、Ｃｒ拡散防止層の外側のＬＳＣＦではＣｒの拡散量が検出限界の０．５質量％以下であった。尚、ＬＳＣＦ膜はＣｒと容易に反応して反応生成物を形成するため、被覆層から外部にＣｒが拡散した場合でも、ＬＳＣＦ膜で必ずＣｒの反応生成物を形成し、外部に拡散することはない。
【００５２】
また、電流密度が２００Ａ／ｍ２とする以外は上記と同様にして、厚みが１μｍのＣｒ拡散防止層、平面部の厚みが５μｍ、角部の厚みが７μｍの被覆層を形成した。さらに、電流の印加時間を１４分とする以外は上記と同様にして、厚みが１μｍのＣｒ拡散防止層、平面部の厚みが５μｍ、角部の厚みが７μｍの被覆層を形成した。これらについても、上記と同様にして、被覆層表面に厚さ２０μｍのＬＳＣＦ膜を形成し、８５０℃の炉に３０００ｈｒ投入した後、断面を切り出しＥＰＭＡによる半定量分析を上記と同様にして行った結果、Ｃｒ拡散防止層の外側のＬＳＣＦではＣｒの拡散量が検出限界の０．５質量％以下であった。
【実施例２】
【００５３】
上記実施例１と同様、集電基材の脱脂を行った後、乾燥を行った。その後集電基材を塗装ガンより３００ｍｍ離れた位置に配置し、塗装ガン印加電圧−７５ｋＶ、亜鉛の吐出量を１００ｇ／分、吐出圧１．１×１０５Ｎ／ｍ２、エアー流量４．３ｍ３／ｈの条件で被覆を行った。この後、３５０℃の炉に１０時間入れ、酸化亜鉛を形成した。さらにその後に１０００℃の炉に２時間入れることで酸化亜鉛と集電基材とを反応させ、Ｚｎ−Ｍｎ系スピネルからなるＣｒ拡散防止層、ＺｎＯにＦｅが固溶した被覆層を形成した。Ｃｒ拡散防止層の厚みは１μｍであり、被覆層の厚みは平面部で１４μｍ、角部で２０μｍであった。
【００５４】
次に、上記実施例１と同様にして、被覆層表面に厚さ２０μｍのＬＳＣＦ膜を形成し、テストピースとした。このテストピースを８５０℃の炉に３０００ｈｒ投入した後、断面を切り出しＥＰＭＡによる半定量分析を実施例１と同様にして行った。その結果、Ｃｒ拡散防止層の外側のＬＳＣＦではＣｒの拡散量が検出限界の０．５質量％以下であった。
【００５５】
比較例として、上記実施例１と同様、集電基材の脱脂を行った集電基材を亜鉛：溶剤：バインダー：分散剤が１００：７２：１５：２の重量割合のディップ液の中に浸漬した。その後１３０℃で乾燥させた後に３５０℃の炉に１０時間入れ、酸化亜鉛を形成した。さらにその後に１０００℃の炉に２時間入れることで酸化亜鉛と集電基材とを反応させ、Ｚｎ−Ｍｎ系スピネルからなるＣｒ拡散防止層、ＺｎＯにＦｅが固溶した被覆層を形成した。Ｃｒ拡散防止層の厚みは１μｍであり、被覆層の厚みは平面部で１４μｍ、角部で２μｍであった。
【００５６】
次に、上記実施例１と同様にして、被覆層表面に厚さ２０μｍのＬＳＣＦ膜を形成し、テストピースとした。このテストピースを８５０℃の炉に３０００ｈｒ投入した後、断面を切り出しＥＰＭＡによる半定量分析を実施例１と同様にして行った。その結果、Ｃｒ拡散防止層の外側のＬＳＣＦでは、角部における被覆層でＣｒの拡散量が３．８質量％であった。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の燃料電池用集電部材の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線に沿った燃料電池用集電部材の断面図である。
【図３】図１に示すＢ−Ｂ線に沿った燃料電池用集電部材の断面図である。
【図４】集電部材の断面を拡大して示すもので、（ａ）は本発明の集電部材の断面図、（ｂ）は従来の集電部材の断面図である。
【図５】燃料電池セルの断面斜視図である。
【図６】本発明の燃料電池セルスタックの縦断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１    燃料電池セル
２０    燃料電池用集電部材
２０１    集電基材
２０２    Ｃｒ拡散防止層
２０３    被覆層
２０３ａ    角部の被覆層
２０３ｂ    平面部の被覆層
【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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