(57)【要約】【課題】金属セパレータを燃料電池セルに用いるにあたって、耐蝕性、導電性が良好で、その結果、高出力の燃料電池特性が得られ、しかも、廉価な燃料電池用セパレータを提供する。【解決手段】ＭＥＡ１４の両側に設けられ、ガス流路１５，１６が形成された金属製の燃料電池用セパレータにおいて、セパレータ基材２０を、耐蝕性金属材料の単独、もしくは耐蝕性金属材料と他の金属材料でかつ表面が耐蝕性金属材料となるようにした複合材料で形成し、そのセパレータ基材２０に、貴金属からなる導電性接点層２１を、膜厚０．０００５〜０．０１μｍに形成、或いは炭素もしくはバンドギャップが０．６ｅＶ以下の複合化合物からなる導電性接点層２１を、膜厚０．０００５〜０．１μｍに形成したものである。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＡの両側に設けられ、ガス流路が形成された金属製の燃料電池用セパレータにおいて、セパレータ基材を、耐蝕性金属材料の単独、もしくは耐蝕性金属材料と他の金属材料でかつ表面が耐蝕性金属材料となるようにした複合材料で形成し、そのセパレータ基材に、貴金属からなる導電性接点層を、膜厚０．０００５〜０．０１μｍ未満で形成したことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
ＭＥＡの両側に設けられ、ガス流路が形成された金属製の燃料電池用セパレータにおいて、セパレータ基材を、耐蝕性金属材料の単独、もしくは耐蝕性金属材料と他の金属材料でかつ表面が耐蝕性金属材料となるようにした複合材料で形成し、そのセパレータ基材に、炭素もしくはバンドギャップが０．６ｅＶ以下の複合化合物からなる導電性接点層を、膜厚０．０００５〜０．１μｍで形成したことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
導電性接点層が、接合層を介してセパレータ基材に形成される請求項１または２記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
導電性接点層が、ＭＥＡの導電性ガス拡散層と接触するリブ面のみに形成されている請求項１〜３いずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
耐蝕性金属材料が、Ｔｉ金属或いはＴｉ合金からなる請求項１〜４いずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄ等の貴金属からなる導電性接点層の被膜が０．０００５〜０．０１μｍ未満である請求項５記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
炭素、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＢそれぞれ単独もしくはそれらの１つ又は２つ以上の複合材料からなる導電性接点層の被膜が、０．０００５〜０．１μｍである請求項５に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
導電性接点層をセパレータ基材に接合する接合層が、０．６〜５０ｎｍのＴｉ、Ｎｉ、Ｔａ、ＮｂあるいはＰｔからなる請求項６または７記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
導電性接点層が、ＭＥＡの導電性ガス拡散層と接触するリブ面のみに形成され、それ以外の溝部は、酸化チタンが被覆されている請求項６〜８いずれかに記載の燃料電池セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質型燃料電池セルの燃料電池用セパレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、黒鉛系セパレータを用いた固体高分子電解質型燃料電池セルを図７により説明する。
【０００３】
図７は、固体高分子電解質型燃料電池セルの概略断面図である。
【０００４】
電解質である固体高分子電解質膜６１の両側に、アノード、カソードの触媒層、その外側にガス拡散層を配置した燃料極６２と酸化剤極６３を設けてＭＥＡ（Membrane-Electrode Assembly ）６４を構成し、そのＭＥＡ６４の両面を、燃料ガス流路６５と酸化剤ガス流路６６がそれぞれ形成された一対の黒鉛セパレータ６７，６８で挟み、その周囲をガスケット６９，７０でシールしながら、適切な圧力で加圧して固定し、固体高分子電解質型燃料電池セル６０を形成する。
【０００５】
この固体高分子電解質型燃料電池セル６０は約８０℃に加熱され、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素を利用して電気化学反応により発電する。
【０００６】
燃料ガス流路６５の燃料ガス中の水素が、燃料極６２の触媒に接触することにより下記の反応が生ずる。
【０００７】
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ−
Ｈ＋は、ＭＥＡ中の固体高分子電解質膜６１中を移動し、酸化剤極６３の触媒に達し、前記酸化剤ガス流路６５の酸化剤ガス中の酸素と反応して水となる。
【０００８】
４Ｈ＋＋４ｅ−＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ
上記の電極反応により起電力が生じ、セパレータ６７、６８により外部に電流が取り出される。
【０００９】
燃料電池は、一般的に前記固体高分子電解質型燃料電池セルが多数積層されて構成されるが、この場合、単に図７の固体高分子電解質型燃料電池セルのまま積層するのではなく、効率的に積層できるような様々な積層形態が存在する。
【００１０】
従来の黒鉛系セパレータに変わる金属セパレータの事例として、ステンレス鋼を用いたものがあるが、表面をそのまま使用したのでは、ステンレス鋼の成分元素が溶出し、燃料電池特性を劣化させてしまうことが知られている。
【００１１】
その対策として、ステンレス鋼をベース材とし、その表面にＴａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ等の耐酸性被膜を形成し、その被膜の耐酸性表面にＡｕ等の貴金属を０．０１〜０．０６μｍ、もしくは０．０３μｍめっきする技術（特許文献１、特許文献２）があるが、このように薄い貴金属被膜は、必ずポーラスであり、ステンレス鋼の表面を完全に被覆するものではない。
【００１２】
従って、導電性の点では良いが、耐蝕性の点では不完全であり、長時間使用に対し、ステンレス鋼の成分元素が溶出してしまい、燃料電池特性を劣化させる結果となる。
【特許文献１】特開平１０−２２８９１４号公報
【特許文献２】特開２００１−９３５３８号公報
【特許文献３】特開平６−３４９５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、前記固体高分子電解質型燃料電池は、一般的に多数のセルが積層されており、該セルは、二つの電極（燃料極と酸化剤極）で固体高分子電解質膜を挟んで接合した固体高分子電解質膜と電極の接合体を、燃料ガスまたは酸化剤ガスのガス流路を有するセパレータで挟んだ構造をしている。
【００１４】
前記燃料電池が広く普及する上で障害となっていることの一つにコストが高いという問題があり、燃料電池の主要構成部品である上記電極等を備えたセルのコストをできる限り下げることは重要である。
【００１５】
また、自動車等の車載用としては小型・軽量化が求められている。低コスト化、小型・軽量化のために、従来の緻密性カーボンセパレータの代わりに金属セパレータの実用化の研究開発が進められている。
【００１６】
この金属セパレータに要求される性能として、電極との接触抵抗が低いこと、および耐蝕性に優れていることがある。この性能を実現するために、従来技術として、特許文献３には、めっき処理した金属製の二極板が開示されている。
【００１７】
ただし公知例では金属材料上のめっき処理のピンホールを防ぐには、結果的にかなりの貴金属のめっき膜に厚みを必要とし、工業的、コスト的にほぼ不可能に近く、ピンホールから溶出した金属イオンが固体高分子電解質膜の特性を低下させ、性能劣化の主原因になっている。この意味で、特許文献１、特許文献２に記載のＡｕめっき厚はピンホールを防ぐ限界の厚さである。
【００１８】
われわれは、この問題を解決するために、耐蝕性金属材料、たとえばＴｉなどを金属母材上に形成し、導電性塗料を塗布するなど、廉価な固体高分子燃料電池用セパレータの開発を進めている。この方法でも、信頼性は良好であるが、導電性塗料は、本質的に電流のトンネル特性を利用するために、取り扱い、塗布方法が難しく、また、接触抵抗がある程度発生してしまい、ＩＲ損による効率低下が発生していた。
【００１９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、金属セパレータを燃料電池セルに用いるにあたって、耐蝕性、導電性が良好で、その結果、高出力の電池特性が得られ、しかも、廉価な燃料電池用セパレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、ＭＥＡの両側に設けられ、ガス流路が形成された金属製の燃料電池用セパレータにおいて、セパレータ基材を、耐蝕性金属材料の単独、もしくは耐蝕性金属材料と他の金属材料でかつ表面が耐蝕性金属材料となるようにした複合材料で形成し、そのセパレータ基材に、貴金属からなる導電性接点層を、膜厚０．０００５〜０．０１μｍ未満で形成した燃料電池用セパレータである。
【００２１】
請求項２の発明は、ＭＥＡの両側に設けられ、ガス流路が形成された金属製の燃料電池用セパレータにおいて、セパレータ基材を、耐蝕性金属材料の単独、もしくは耐蝕性金属材料と他の金属材料でかつ表面が耐蝕性金属材料となるようにした複合材料で形成し、そのセパレータ基材に、炭素もしくはバンドギャップが０．６ｅＶ以下の複合化合物からなる導電性接点層を、膜厚０．０００５〜０．１μｍで形成した燃料電池用セパレータである。
【００２２】
請求項３の発明は、導電性接点層が、接合層を介してセパレータ基材に形成される請求項１または２記載の燃料電池用セパレータである。
【００２３】
請求項４の発明は、導電性接点層が、ＭＥＡの導電性ガス拡散層と接触するリブ面のみに形成されている請求項１〜３いずれかに記載の燃料電池用セパレータである。
【００２４】
請求項５の発明は、耐蝕性金属材料が、Ｔｉ金属或いはＴｉ合金からなる請求項１〜４いずれかに記載の燃料電池用セパレータである。
【００２５】
請求項６の発明は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄ等の貴金属からなる導電性接点層の被膜が０．０００５〜０．０１μｍ未満である請求項５記載の燃料電池用セパレータである。チタン系の耐蝕材料を用いた場合、リブ面以外の溝部は、酸化チタンで被覆されることになるが、その溝面は親水性があり、燃料電池の特性をさらに向上させる効果がある。
【００２６】
請求項７の発明は、炭素、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＢそれぞれ単独もしくはそれらの１つ又は２つ以上の複合材料からなる導電性接点層の被膜が、０．０００５〜０．１μｍである請求項５に記載の燃料電池用セパレータである。
【００２７】
請求項８の発明は、導電性接点層をセパレータ基材に接合する接合層が、０．６〜５０ｎｍのＴｉ、Ｎｉ、Ｔａ、ＮｂあるいはＰｔからなる請求項６または７記載の燃料電池用セパレータである。
【００２８】
請求項９の発明は、導電性接点層が、ＭＥＡの導電性ガス拡散層と接触するリブ面のみに形成され、それ以外の溝部は、酸化チタンが被覆されている請求項６〜８いずれかに記載の燃料電池セパレータである。
【００２９】
本発明においては、従来知られてきた貴金属めっきによる主としてステンレス鋼の金属製セパレータに対して、Ｔｉ系耐蝕金属を用いることにより、耐蝕性と導電性の機能を分け、それぞれの層で分担することにあり、そのことで貴金属層の欠陥（ピンホール）発生に特に気にしなくともよく、厚みも導電性に問題にならないまで、ぎりぎりに薄くすることができ、非常に廉価に抑えることが可能になった。
【００３０】
また、セパレータの機能は電極からの集電機能だけでなく、ＭＥＡ全体に燃料、酸素を行き渡らすことにあり、一般に溝、ディンプルが形成されている。この溝の底の部分は導電性である必要がなく、ガス拡散層と接触する部分のみ、導電性であればよく、そこに選択的に貴金属層を形成すれば機能を十分に果たすことができ、貴金属の使用量を抑えることができるので、コストが低減できる。この効果は、Ｔｉ系耐蝕金属材特有の効果で、貴金属層の欠陥貫通部において、セパレータ基材が、ステンレス鋼では、成分元素が、イオンとして溶出するのに対し、Ｔｉ系耐蝕金属では、酸化するのみで、電気抵抗は落とすが、成分元素のイオンとしての溶出がないことに起因している。
【００３１】
さらには、貴金属層を有しない溝面の酸化チタンの表面は、親水性があり、生成水が流れやすく排出しやすいことから、生成水の停滞により電気化学反応が抑えられることがないので、電池出力を向上させる上で効果的である。
【発明の効果】
【００３２】
以上要するに本発明によれば、耐蝕性に優れ、ＩＲ損が極めて少ない金属製セパレータを製作することができ、燃料電池セルが廉価・高信頼性で、コンパクトに製作することができるようになった。
【００３３】
特に、ＤＭＦＣに適用した場合、本発明のセパレータを使用することにより、高性能で、極めてコンパクトな燃料電池セルスタックが出来るメリットが生じる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３５】
先ず、図１により、固体高分子電解質型燃料電池に用いられる金属製の燃料電池用セパレータについて説明する。
【００３６】
図１は、燃料電池セル１０の構造を示したものである。
【００３７】
図１において、ＭＥＡ（Membrane-Electrode Assembly ）１４は、電解質である固体高分子電解質膜１１の両側に、アノード、カソードの触媒層、その外側にガス拡散層を配置した燃料極１２と酸化剤極１３を設けて構成される。
【００３８】
このＭＥＡ１４の両面を、燃料ガス流路１５と酸化剤ガス流路１６を区画形成する金属製のセパレータ１７，１８が、その周囲をガスケット１９にてシールされて挟まれて燃料電池セル１０が構成される。
【００３９】
このセパレータ１７，１８は、図２に示すように、そのセパレータ基材（母材）２０が、Ｔｉ金属、Ｔｉ系合金など耐蝕金属材料或いはＳＵＳ等の表面にＴｉ金属、Ｔｉ系合金など耐蝕金属材料をクラッド材として複合化した複合材料で形成され、そのセパレータ基材２０の表面、すなわち、ＭＥＡ１４に面する側の表面に、貴金属等からなる導電性接点層２１が設けられて構成される。
【００４０】
導電性接点層２１は、図２に示すようにセパレータ基材２０の全面に設けても良いが、図３に示すように、ＭＥＡ１４と接するリブ面２０ａのみに形成することで、より廉価に形成できる。
【００４１】
この導電性接点層２１は、その膜厚が０．０００５〜０．０１μｍ未満であり、図４に示すように、微少なピンホール２２が存在するが、セパレータ基材２０が、Ｔｉ系耐蝕性金属材料で形成されるため、腐食は進行せず、安定した発電特性が得られ、またセパレータ１７，１８とＭＥＡ１４のガス拡散層との接触抵抗は８ｍΩ／ｃｍ2 以下と、従来の緻密黒鉛をセパレータに用いたとき以上に低く、きわめて良好な特性を示す。
【００４２】
図５（ａ）、図５（ｂ）は、セパレータ１７，１８のセパレータ基材２０の表面に形成する導電性接点層２１の詳細を示したものである。
【００４３】
図５（ａ）に示すように導電性接点層２１は、セパレータ基材２０に直接めっきなどで形成しても、また図５（ｂ）に示すように導電性接点層２１を、接合層２３を介しセパレータ基材２０に設けてもよい。
【００４４】
この図５（ａ）、図５（ｂ）において、導電性接点層２１には微少なピンホール２２が存在し、このためＭＥＡ側にセパレータ基材２０が露出することとなるが、ピンホール２２内で露出したセパレータ基材２０の表面に酸化層２４が形成されるため、接触抵抗はいくぶん落ちるもののそれ以上腐食は進行しない。
【００４５】
これに対して、図５（ｃ）に示した、従来のＳＵＳをセパレータ基材５０とし、貴金属を導電性接点層５１としたセパレータでは、ピンホール５２内にＳＵＳの不動体層５４は形成されるものの腐食は防止できずセパレータ基材５０からの成分元素の溶出は避けられない。
【００４６】
本発明に用いるセパレータ基材２０としては、Ｔｉ金属、Ｔｉ系合金など耐蝕金属材料或いはＳＵＳ等の表面にＴｉ金属、Ｔｉ系合金など耐蝕金属材料のクラッド材、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ、Ｔｉ／ＳＵＳ／Ｔｉクラッド材などの複合材料（板厚０．３ｍｍ前後、Ｔｉクラッド層厚３０μｍ前後）を用いることができる。
【００４７】
また、導電性接点層２１としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄなどの貴金属を膜厚０．０００５〜０．０１μｍ未満（０．５〜１０ｎｍ未満）で形成、或いは炭素、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＢ、ＴｉＮＣ、ＴｉＮＣＢ等、バンドギャップが０．６Ｖ以下の複合化合物で、膜厚０．０００５〜０．１μｍ（０．５〜１００ｎｍ）で形成する。また、導電性接点層２１をセパレータ基材２０に必要に応じて接着する接合層２３としては、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｎｄ、或いはＰｔを、０．０００５〜０．０５μｍ（０．５〜５０ｎｍ）で形成する。
【００４８】
図１〜４に示すような形状のセパレータの溝形成加工については、平板からなるセパレータ基材２０をプレス加工により溝形加工し、導電性接点層２１の形成は前記溝形成加工後に行うこともできるが、平板からなるセパレータ基材２０の表面全体あるいは必要個所に導電性接点層２１を形成した後で、プレス加工により溝形成加工を行う方が、めっき作業性およびプレス加工性（Ｔｉの場合、表面に被覆層が存在する方が加工し易い）の点で有利である。また、何れの方法によるセパレータを使用しても、電池特性上は同等の特性が得られる。
【実施例】
【００４９】
以下、より具体的な本発明の実施例を比較例との対比で説明する。
【００５０】
実施例Ｉ
表１は、実施例の導電性接点層付Ｔｉ系耐蝕金属セパレータの構成とそれを用いた燃料電池特性を比較例との対比で示したものである。
【表１】
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実施例１は、耐蝕金属としてＴｉクラッドＡｌ材の表面に導電性接点層として、金を５ｎｍめっきしたもの、実施例２は、Ｔｉ単体材の表面に金を５ｎｍめっきしたもの、さらに実施例３は、耐蝕金属としてＴｉクラッドＳＵＳ材表面に５ｎｍのＴｉを接合層として蒸着により形成し、この接合層を介して導電性接点層として５ｎｍのＡｕのめっき層を設けたものである。
【００５１】
接合層および薄膜の導電性接点材の形成は、ＴｉクラッドＳＵＳ材の表面のＴｉの耐蝕金属面を研磨し、酸化層を除去した上で、その上に蒸着により気相めっきした。
【００５２】
比較例１は、耐蝕金属としてＴｉクラッドＡｌ材の表面に導電性接点層として黒鉛を３０μｍを塗布したもの、比較例３は、金属セパレータとして、ＳＵＳ３１６を用い、その上にＡｕを５μｍ（５０００ｎｍ）めっきしたもの、比較例２は、ＳＵＳ３１６上にＡｕを２０ｎｍめっきしたもの、比較例４は、セパレータ基材として、従来からの、黒鉛のみを用いたもの、比較例５は、セパレータ基材にＴｉ単体材を用い、その上にＡｕを５０ｎｍめっきしたもの、比較例６は、セパレータとしてＴｉクラッドＡｌ材のみを用いたもの、比較例７は、セパレータとして、ＳＵＳ３１６のみを用いたものである。
【００５３】
実施例１〜３の接触抵抗は、６〜１０ｍΩｃｍ2 で、比較例４の従来の黒鉛セパレータと比較しても同程度以下で、抵抗が少ない。その値は、電池特性を取った前後でもほとんど、変わっていない。
【００５４】
特に密着性を改善するために、Ｔｉ系耐蝕金属と導電性接点層の界面に接着層としてＴｉの薄膜を０．００５μｍ入れた実施例３の接触抵抗は、７ｍΩｃｍ2 と特に小さい。しかも気相めっきしたＡｕの表面接点材層は、０．００５μｍ（５ｎｍ）と極めて薄く、材料費は特に安くなる。
【００５５】
それに対し、比較例６，７で示した導電性接点のない場合、金属のＴｉクラッド材（比較例６）、ＳＵＳ材単独（比較例７）ともに、電池試験前の表面研磨状態では、接触抵抗は低いものの、電池試験後は酸化層或いは、図５（ｃ）で説明した不動体層が出来てしまい、抵抗値は、急激に大きな値となってしまう。また導電性接点層として、黒鉛塗料を３０μｍ塗布した比較例１の場合は、長期的信頼性はあるが、そもそも、抵抗値が、２０ｍΩｃｍ2 以上と大きくなってしまう。
【００５６】
セパレータ材の耐蝕性を評価する意味で、分極特性を測定した結果の良否を表１中に示すが、実施例１〜３、比較例１、５、及び６のＴｉ耐蝕金属材及び比較例４の黒鉛セパレータの場合、その上の表面処理にかかわらず、分極特性の異常はないが、比較例３のＳＵＳ材の場合５μｍのＡｕめっきでは、異常はないが、比較例７のＳＵＳむく、及び比較例２の２０ｎｍ厚のＡｕめっきでは、分極特性に反応性を示し、成分元素のイオン溶出があることが分かる。
【００５７】
実施例１、３及び比較例１、３、４のセパレータを用い、単電池の電池特性を測定した場合のＩ−Ｖ特性の代表値を、図６に示す。
【００５８】
図６は、１００時間運転後の特性を示したものである。
【００５９】
比較例４の黒鉛セパレータのデータは、焼結黒鉛に機械加工で、溝を設けたもので、リブ面の形状も矩形で、基準的な特性を示す。
【００６０】
他の金属セパレータの特性は、類似のリブ溝形状をプレス成形により付けたものである。
【００６１】
運転時間１ｈｒ及び１００ｈｒ、電流密度０．５Ａ／ｃｍ2 での発生電圧を表１にも示す。この電圧が、高いほど、良い電池特性ということになる。
【００６２】
実施例１、３のＴｉ系耐蝕金属の場合、いずれも０．６Ｖ以上の黒鉛セパレータ（比較例４）と同等の特性を示していることが分かる。
【００６３】
特に、実施例３の複合導電性接点層付のＴｉ系耐蝕金属材の場合、１００ｈｒ後でも安定した発電特性を示した。
【００６４】
発電特性は、セパレータ材の接触抵抗の大小と相関関係があり、比較例６、７で示した導電性接点層のない場合、金属のＴｉクラッド材（比較例６）、ＳＵＳ材（比較例７）ともに、抵抗値の変化に対応し、電池特性の結果は、良くない。
【００６５】
また、導電性接点層として、黒鉛塗料を３０μｍ塗布した比較例１の場合は、そもそも、抵抗値が、２０ｍΩｃｍ2 以上と大きいことと対応し、発電電圧は低めであるが、時間の経過で変化は少ない。
【００６６】
セパレータ基材として、ＳＵＳを用いた比較例２、３の場合、Ａｕめっき厚さで、電池特性は異なる。５μｍ厚（比較例３）と十分厚い場合は、電池の発電特性は良好である。しかし、２０ｎｍ厚（比較例２）と薄くなると、電池にしたときの初期特性は良好であるが、時間の経過で、特性は低下してしまう。
【００６７】
ＳＵＳをセパレータ基材として使用した場合は、導電性接点層の厚さは、数μｍのオーダーで厚くしておくことが必要である。
【００６８】
比較例５のＴｉ上にＡｕを５０ｎｍめっきしたものは、特性的には良好であるが、Ａｕを多量に使うため価格的には高価で問題が残る。
【００６９】
金属セパレータを用いた場合の電池特性は、表面性状によって、大きく影響を受け、材質により顕著に変わる。それは、以下のように推測できる。
【００７０】
表面導電性接点層は、比較的欠陥の少ない気相めっきにより形成しているが、一般的な溶液によるめっき層は、かなりポーラスで、欠陥なくめっき層で覆うには、４〜５μｍの厚さが必要である。だが、燃料電池のセパレータが集電材としての機能における導電性接点層として、Ａｕ等の貴金属を使用するとなると工業的には１／１０００オーダーに薄くしないと、工業的な価値が出ない。０．０１〜０．５μｍのめっき層では、多数のピンホール状の貫通部が存在することになる。そのピンホール貫通部の挙動を、再度図５を基に考える。
【００７１】
図５（ｃ）の従来のＳＵＳ系セパレータ基材５０の場合、ピンホール５２の貫通部は、局部的にＳＵＳの地肌が露出し、不動体膜５４が形成され、電池反応の際に、ＳＵＳの成分元素が、イオンの形で溶出することになる。金属イオンは、ＰＥＦＣの固体高分子膜中の陰イオン基と反応し、水素イオン（ヒドロニウムイオン）の導電性を低下させ、電池特性を悪化させる。
【００７２】
表１の比較例３のＳＵＳセパレータ基材上に２０ｎｍＡｕをめっきしたセパレータでは、電池の初期特性としては良いが、時間と共に劣化することになる。これは金属イオンの溶出が原因と考えられる。ＳＵＳセパレータ基材の場合には、Ａｕめっきの役目は、腐食防止で、Ａｕめっき層としては、５μｍ程度の厚さ（比較例３）が必要であり、それくらい厚ければ、電池特性は良好となる。
【００７３】
ここでは、ＳＵＳを例に取り示したが、貴金属、Ｔｉ系材料以外のほとんどの金属、ＳＵＳ同様にイオン溶出の問題があり、その程度によって電池用セパレータとして使用できないものが多い。
【００７４】
これに対して、本発明の図５（ａ）のＴｉ系セパレータ基材の場合、ピンホール２２の貫通部では、局部的にＴｉの地肌が露出するものの、導電性接点層の役目は、Ｔｉ系セパレータ基材２０とガス拡散層との電流路の確保にあり、その厚さは、薄くてもよく、数分子層の被膜があれば良い。被膜の均一性を考えると０．０００５〜０．０１μｍ未満（０．５〜１０ｎｍ未満）の厚さであればよい。
【００７５】
導電性接点層の密着は、セパレータ基材の表面状態により不十分なときがある。
【００７６】
そこで、図５（ｂ）のＴｉ系セパレータ基材の場合は、図５（ａ）と基本的に変わらないが、Ｔｉの接合層２３を入れることで、導電性接点層２１とセパレータ基材２０との接合性を改善し、接触抵抗を改善して、電池特性を向上させるとともに、高信頼性・長寿命の効果がある。
【００７７】
以上のように、セパレータ基材２０として、Ｔｉ系材料では、導電性接点層２１の役割は、導電性の確保で、セパレータ基材２０が溶解しなければ、ポーラスでもよく、極薄の状態であればよく、０．０００５〜０．１μｍ未満で厚さの自由度がある。
【００７８】
実施例ＩＩ
実施例Ｉでは、導電性接点層２１として、金の薄膜を用いたが、貴金属以外でも、導電性があり、Ｔｉの酸化防止が出来る貴金属の被膜であればよい。
【００７９】
このＴｉの酸化防止ができる実施例４〜６を表２に示す。
【表２】
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表２に示すように、導電性接点層として、実施例４の炭素（Ｃ）、実施例５のホウ化チタン（ＴｉＢ）、実施例５の窒化チタン（ＴｉＮ）の被膜を導電性接点層とし、接合層としてＴｉを用いて形成したセパレータを制作し、それにより、電池特性の測定を行った。
【００８０】
結果としては、いずれの材料でも、特性が出ることを確認した。
【００８１】
なお、実施例として、前述では耐蝕金属としてＴｉを取り上げたが、カソード、アノードで酸化や還元反応が起こらなければどんな導電性材料であってもよい。ＩＲ損を抑えるため、一般には導電率が高いもので、加工性がいい金属材がよい。
【００８２】
貴金属層はセパレータ全面に形成してもよいが、ＭＥＡの発電領域のリブ面だけに形成されていれば、本来の目的である低抵抗接点としての機能を満足するため、コストを下げるために選択的にめっきするほうがよい。
【００８３】
貴金属層の材料として、今回は純金を使用したが、白金族や、その合金であってもかまわない。耐蝕金属材との間には、第３の材料の存在があっても構わない。
【００８４】
貴金属層の形成方法として、本実施例では蒸着による気相めっきを用いたが、ほかの薄膜形成技術を用いても一向に構わない。
【００８５】
貴金属層の厚さは、接点材としての機能を満足すれば、機械的な擦れなどが起こる箇所ではないので、薄くても構わない。０．５〜５０ｎｍの範囲であれば構わない。厚くなると貴金属層が増え、高価となる問題がある。
【００８６】
本発明の実施例の説明では、水素ガスと空気とを反応させるＰＥＦＣ（固体高分子型燃料電池）の場合について記載しているが、それに限定されるものではなく、水素ガスと純酸素を反応させるＰＥＦＣの場合、さらには、メタノールと空気を反応させるＤＭＦＣ（直接メタノール燃料電池）等の、種々の燃料電池に、本発明のセパレータは適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の固体高分子型燃料電池セルの基本構成を示す断面図である。
【図２】図１の金属セパレータ部の拡大断面図である。
【図３】図２の他の形態を示す金属セパレータ部の拡大断面図である。
【図４】図３の形態で、ピンホールが存在する金属セパレータ部の拡大断面図である。
【図５】本発明と従来例でセパレータ表面におけるピンホール貫通部での腐食を説明する図である。
【図６】本発明と比較例の各種セパレータを用いた単セル電池の出力特性（１００ｈｒ発電後）を示す図である。
【図７】従来の黒鉛セパレータを用いた固体高分子電解質型燃料電池セルの基本構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１４  ＭＥＡ
１５、１６  ガス流路
１７、１８  金属製セパレータ
２０  セパレータ基材
２１  導電性接点層
２２  ピンホール
２３  接合層
【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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【図７】
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