(57)【要約】【課題】低コストで充分な耐食性と導電性及び強度を有する燃料電池用金属セパレータの製造方法とこれを用いた燃料電池を提供する。【解決手段】燃料電池用金属セパレータはＡｌ、Ｍｇまたはそれらの合金系金属によるダイカスト製金属基材部と、その上に設けられた金属系導電性塗装層と、さらにその上に設けられた黒鉛系導電性塗装層を備え、この二層の表面被覆をともに樹脂又はゴムをバインダーとする塗装で実現することで、簡易でしかも同一工程・装置内で完了することができ、低コストを実現できる。また基材と黒鉛系導電性塗装層の間に耐食性を有した金属系導電性装層を挟むことで、黒鉛系導電性塗装層の膜厚を薄くでき、高い導電性も示す。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ、Ｍｇまたはそれらの合金系金属によるダイカスト製の金属セパレータ基材と、該セパレータ基材を燃料電池に組み込んだときに隣接する部材と接触する面に少なくとも形成され、金属系導電性塗料によって構成される第一塗装層（以下金属系導電性塗装層）と、黒鉛系導電性塗料によって前記第一塗装層上に少なくとも形成される第二塗装層（以下黒鉛系導電性塗装層）を備える燃料電池用金属セパレータ及びこれを用いた固体高分子型燃料電池。
【請求項２】
前記金属系導電性塗装層の厚さが、５μｍから１００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用金属セパレータ。
【請求項３】
前記金属系導電性塗装層に含有される導電性粒子が、貴金属Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びＰｔの内の少なくとも一種であることを特徴とする、請求項１または２記載の燃料電池用金属セパレータ。
【請求項４】
前記金属系導電性塗装層に含有される導電性粒子が、金属窒化物ＣｒＮ、ＴｉＮ及びＴｉＡｌＮまたは金属炭化物ＴｉＣの内の少なくとも一種であることを特徴とする、請求項１または２記載の燃料電池用金属セパレータ。
【請求項５】
前記金属系導電性塗装層の塗装方法が、ディッピング、スプレー、ハケ塗り及び電着のいずれかであることを特徴とする、請求項１〜４いずれか記載の燃料電池用金属セパレータ。
【請求項６】
前記黒鉛系導電性塗装層の厚さが、１０μｍから１００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の燃料電池用金属セパレータ。
【請求項７】
前記黒鉛系導電性塗装層の塗装方法が、ディッピング、スプレー、ハケ塗り及び電着のいずれかであることを特徴とする、請求項１または６記載の燃料電池用金属セパレータ。
【請求項８】
前記金属系導電性塗装層及び黒鉛系導電性塗装層のバインダーが、樹脂（フェノール、エポキシ及びアクリルの内のいずれか）又はゴム（ＥＰＤＭ、クロロピレン及びニトリルの内のいずれか）であることを特徴とする、請求項１〜７いずれか記載の燃料電池用金属セパレータ。
【請求項９】
請求項１〜８いずれか記載の燃料電池用金属セパレータを用いた、固体高分子型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法及びそれを用いた固体高分子型燃料電池に関するものである。
【００２】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池を構成するセパレータは、高分子電解質膜を両側から挟持する各電極又は各ガス拡散層に接触配置され、燃料ガス及び酸化ガスのガス供給流路を形成するとともに、ガスの不透過性、耐食性、電気伝導性に優れたものが要求される。
【００３】
一般にセパレータには熱硬化性樹脂をバインドし成型するカーボン材料（従来例特開２００１−１４３７２１参照）、又は金属材料（従来例特開Ｈ１１−１６２４７８参照）が用いられる。
【００４】
【発明が解決しようとする課題】
樹脂バインドしたカーボン材料は、金属製セパレータに比較し電気伝導性に劣り、燃料電池に用いた場合、エネルギー損失が増加する。
【００５】
一方、金属材料を用いたセパレータは、高い電気伝導性を有する。しかしながら、燃料電池内の環境では耐食性に劣るために、金属イオンの溶出が発生し、高分子電解質膜のイオン伝導能を低下させる。
【００６】
このため、前記金属材料に耐食性に優れる貴金属メッキ、または金属窒化物のイオンプレーティングを施す（従来例特開２００１−６８１２９参照）ことが検討されている。しかしながら、貴金属メッキや金属窒化物のイオンプレーティングは高価であり、コストの上昇を招く問題がある。
【００７】
そこで金属材料の基材に、薄い貴金属メッキとカーボン材料の複合コーティングを施し、これにより貴金属の使用量を削減し、材料コストを低くする（従来例特開２００２−６３９１４参照）ことが検討されている。しかしながら、メッキ工程とカーボンコーティングの二工程であるため、加工コストの上昇を招く問題がある。
【００８】
本発明はこれらの問題を解決したもので、低コストで充分な耐食性と導電性と強度を有する燃料電池用金属セパレータに関するものである。
【００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池用金属セパレータは、金属製のセパレータ基材と、セパレータを燃料電池に組み込んだときに隣接する部材と接触する面に少なくとも形成され、金属系導電性塗料によって構成される第一塗装層と、黒鉛系導電性塗料によって前記金属系導電性塗装層上に少なくとも形成される第二塗装層を備えることを要旨とする。
【０１０】
そして、第一塗装層と第二塗装層はともに塗装で施すことができるため、同一工程で完成することが可能であり、加工コストを低く抑えることができる。さらに、両塗装層ともに、塗装方法はディッピング、スプレー、ハケ塗り及び電着の内のいずれか簡易な塗装方法で施すことが可能である。さらに、充分な耐食性と電気伝導性を維持しながら、高価な導電性粒子の使用量を減らすことができる。
【０１１】
金属系導電性塗料で形成される第一塗装層は、金属製のセパレータ基材と、少なくともセパレータを燃料電池に組み込んだときに隣接する部材と接触する面に膜厚５〜１００μｍの膜厚で形成されるため、金属基材が酸化されて不働態を形成し電気伝導性を低下させてしまうことを防止する。
【０１２】
上記金属系導電性塗料に含有される導電性粒子の一つ目は、イオン化傾向が小さく耐食性が高い貴金属であり、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びＰｔの内の少なくとも一種である。
【０１３】
上記金属系導電性塗料に含有される導電性粒子の二つ目は、強固な不働態を形成し耐食性が高く、さらに高い電気伝導性を有す、金属窒化物または金属炭化物であり、ＣｒＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ及びＴｉＣの内の少なくとも一種である。
【０１４】
黒鉛系導電性塗料は耐食性をさらに高めるために施されるが、第一塗装層の金属系導電性塗料自体が高い耐腐食性を有するため、膜厚は１０〜１００μｍで達成される。このために、黒鉛系導電性塗料のみで耐食性を高める場合や、熱硬化性樹脂をバインドしたカーボンセパレータよりも高い電気伝導性を示す。
【０１５】
前記金属系導電層及び黒鉛系導電層のバインダーは、耐酸性に優れる樹脂またはゴムであり、樹脂ではフェノール、エポキシ、アクリル及びフッ素、ゴムではＥＰＤＭ、クロロピレン、ニトリル及びフッ素の内の少なくとも１つである。
【０１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のセパレータで使用する金属基材は、形状を鋳造もしくはダイカスト成型する場合は、Ａｌ、Ｍｇまたはそれらの合金系金属が適している。尚、形状をプレス成型する場合は、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル及び鋼からなる鋼板で製造することもできる。また、本発明のセパレータで使用する金属基材は、金属系導電性塗料で形成される第一塗装層の形成前に、金属基材の不働態皮膜を除去するために、エッチングや下地メッキ処理を施してもよい。
【０１７】
金属系導電性塗料と黒鉛系導電性塗料に用いるバインダーは、耐食性に優れる樹脂またはゴムであり、樹脂ではフェノール、エポキシ、アクリル及びフッ素、ゴムではＥＰＤＭ、クロロピレン、ニトリル及びフッ素の内の少なくとも１つである。
【０１８】
金属系導電性塗料の導電性粒子の一つ目は、イオン化傾向の小さい耐食性の高い貴金属であり、　Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及びＰｔの内の少なくとも１つである。また、導電性粒子のコストと耐食性からＡｇが好ましい。
【０１９】
金属系導電性塗料の導電性粒子の二つ目は、強固な不働態を形成し、さらに高い電気伝導性を有す、金属窒化物と金属炭化物であり、ＣｒＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ及びＴｉＣの内の少なくとも１つである。
【０２０】
金属系導電性塗料の混合比率は、２０〜８０重量％であることが好ましい。また、体積抵抗率は貴金属導電性粒子で１ｘ１０↑−３〜−４Ω・ｃｍ程度が望ましい。
【０２１】
黒鉛系導電性塗料の混合比率は、２０〜８０重量％であることが好ましい。また、体積抵抗率は１ｘ１０↑−１〜−２Ω・ｃｍ程度が望ましい。
【０２２】
第一塗装層と第二塗装層はともに、ディッピング、スプレー、ハケ塗り及び電着のいずれか簡易な塗装方法で施すことが可能である。また、焼付条件はゴム系バインダーでは１２０℃で２０分間、樹脂系バインダーでは１２０〜１５０℃で３０分間程度にて行なうことができる。
【０２３】
【発明の効果】
上述したように、本発明の燃料電池用金属セパレータは、低コストで充分な耐食性と導電性及び強度を有し、固体高分子型燃料電池用として利用できる。