(57)【要約】【課題】カーボンを母材とするセパレータの溝内面に、樹脂層を、簡便に、且つ、低コストで形成する方法を提供すること。【解決手段】セパレータ１０は、母材１２がカーボンからなり、母材１２表面に溝２０を有する。溝２０内面には、溝内面を平滑にし、燃料電池の出力を安定化させる樹脂層３０が形成されている。このような樹脂層３０の形成を、毛細管やディスペンサ（定量吐出装置）を使用して、樹脂材料を溝２０内面に塗布したり、樹脂材料を溝２０の底部に配置し、加熱した金型でプレスすることで延ばしたり、溝２０内面以外の部分をマスキングし、溶融状態の樹脂溶液に浸漬したりすることで行う。これにより、溝内面を平滑にし、燃料電池の出力を安定化させる樹脂層３０を、簡便に、且つ、低コストで、カーボンを母材とするセパレータ１０に形成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材がカーボンからなり表面に溝を有する固体高分子型燃料電池用セパレータの前記溝内面に樹脂層を形成する方法であって、
毛細管又はディスペンサを用いて、樹脂材料を前記溝内面に塗布することを特徴とする、
セパレータ溝内面に樹脂層を形成する方法。
【請求項２】
母材がカーボンからなり表面に溝を有する固体高分子型燃料電池用セパレータの前記溝内面に樹脂層を形成する方法であって、
前記溝の底面に樹脂材料を配置し、加熱した金型でプレスすることを特徴とする、
セパレータ溝内面に樹脂層を形成する方法。
【請求項３】
母材がカーボンからなり表面に溝を有する固体高分子型燃料電池用セパレータの前記溝内面に樹脂層を形成する方法であって、
前記溝内面以外の部分をマスキングし、溶融状態の樹脂溶液に浸漬することを特徴とする、
セパレータ溝内面に樹脂層を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池のセルに組込まれるセパレータの溝内面に樹脂層を形成する方法の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池（以下、「燃料電池」と呼ぶ。）は、高分子電解質膜からなる電極に、反応ガス（水素・酸素）を供給して発電する装置である。
図６は、燃料電池を構成する最小ユニットであるセルＣの斜視図である。
燃料電池のセルＣは、触媒層と多孔質支持層からなる２つの電極Ｅ１，Ｅ２（アノード、及びカソード）、電極Ｅ１，Ｅ２間に挿入される電解質Ｄ、及び電極Ｅ１，Ｅ２の外側に配置されたセパレータ１００からなる。
上記構成のセルＣでは、１つにつき１Ｖ弱の電圧しか得られないので、実際の燃料電池としては、通常、数十〜数百のセルＣを直列に積層したものが使用されている。
【０００３】
図７は、燃料電池に使用される従来のセパレータ１００の正面図である。
プレート状のセパレータ１００の両面に、図７に示すように、幅、及び深さが０．５〜２ｍｍ程度の多数の溝１２０が設けられており、この溝１２０は、反応ガスの流路、及び反応によって発生した水の排出路として機能する。
多数のセルＣが積層されてなる燃料電池において、上記のセパレータ１００は、各セルＣ間の仕切り板としてだけでなく、溝１２０を介して隣合う電極Ｅ１（又はＥ２）に反応ガスを供給したり、反応に伴って発生した水を外部に排出するために設けられている。
また、セパレータ１００は、セルＣで発生した電気を外部に伝達するための役割も果たしている。
【０００４】
従って、燃料電池のセパレータ１００としては、電極Ｅ１，Ｅ２（アノード側、カソード側）に供給される反応ガスが混合しないようにガス遮蔽性が高く、反応ガスによって腐食されることがないように耐蝕性・耐酸化性に優れ、軽量で、且つ、導電性を有し、さらに、積層した各セルＣの荷重に耐え得る強度を具えていることが要求される。
また、燃料電池を小型化するためには、セパレータ１００をできるだけ薄くする必要があり、この特性を満たすセパレータ１００の材料として、従来から、等方性カーボンが使用されている。
【０００５】
しかし、カーボンを使用した場合、成形性が悪く、溝が平滑でないことから、カソード側で水素が酸化されて生成された水が円滑に溝から排出されず、水によって溝が閉塞し、ガスの流通が妨げられるという問題があった。
【０００６】
そこで、特許文献１には、表面に形成されたガス流路面の全部もしくは一部に、Ｃ−Ｆ結合を有するフッ素含有カーボン層を形成した燃料電池用セパレータが開示されている。
このセパレータによれば、燃料電池用セパレータにブラスト処理を行ってガス流路面に凹凸を形成した後、フッ素含有ガスのプラズマ照射を施し、フッ素含有カーボン層を形成することにより、セパレータの水詰まりを解消し、長期にわたって安定した発電を実現することができるとされている。
【特許文献１】特開２００３−１２３７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１のセパレータは、ブラスト処理後、プラズマ照射を行う際に、（１）試料を設置する、（２）チェインバー内を真空にした後、チェインバー内にフッ素含有ガスを充填する、（３）プラズマを照射する、（４）凸部表面を物理的に削るというように多くの工程を経なければならないことから、製造に比較的多くの時間及びコストがかかるという問題があった。
また、溝底は、フッ素カーボン層の密着性を高めるためにブラスト処理で粗面化されることから、反応で生成された水が排出されにくく、長期使用すると出力が低下するという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明者は、上記の欠点を改良すべく鋭意研究した結果、セパレータの溝内面に樹脂層を形成することにより、水の排出がスムーズに行われ、燃料・反応ガスの流れが乱れることを防止し、燃料電池の出力を安定化させることができるセパレータが得られることを見出すに至った。
本発明は、このような樹脂層を、簡便に、且つ、低コストで、セパレータの溝内面に形成する方法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】
本発明は、第１に、母材がカーボンからなり表面に溝を有する固体高分子型燃料電池用セパレータの前記溝内面に樹脂層を形成する方法であって、毛細管又はディスペンサを用いて、樹脂材料を前記溝内面に塗布することを特徴とするセパレータ溝内面に樹脂層を形成する方法、
第２に、母材がカーボンからなり表面に溝を有する固体高分子型燃料電池用セパレータの前記溝内面に樹脂層を形成する方法であって、前記溝の底面に樹脂材料を配置し、加熱した金型でプレスすることを特徴とするセパレータ溝内面に樹脂層を形成する方法、及び、
第３に、母材がカーボンからなり表面に溝を有する固体高分子型燃料電池用セパレータの前記溝内面に樹脂層を形成する方法であって、前記溝内面以外の部分をマスキングし、溶融状態の樹脂溶液に浸漬することを特徴とするセパレータ溝内面に樹脂層を形成する方法によって、前記の課題を解決した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、水の排出がスムーズに行われ、燃料・反応ガスの流れが乱れることを防止し、燃料電池の出力を安定化させる効果を奏する樹脂層を、簡便に、且つ、低コストで、カーボンを母材とするセパレータに形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の方法により溝内面に樹脂層が形成された固体高分子型燃料電池用セパレータの部分断面図である。セパレータ１０は、母材１２がカーボンからなり、母材１２表面に溝２０を有する。そして、溝２０内面には樹脂層３０が形成されている。
このように、セパレータ１０の溝２０内面に樹脂層３０を形成することで、溝２０内面が平滑になり、水の排出がスムーズに行われ、燃料・反応ガスの流れが乱れることを防止し、燃料電池の出力を安定化させることができる。なお、この樹脂層３０は撥水性を有することが好ましい。
【００１２】
本発明は、このような樹脂層の形成を、図２に示すように、毛細管やディスペンサ（定量吐出装置）を使用して、樹脂材料を溝２０内面に塗布したり、図３に示すように、樹脂材料を溝２０の底部に配置し、加熱した金型４０でプレスすることで延ばしたり、図４に示すように、溝２０内面以外の部分をマスキングし、溶融状態の樹脂溶液に浸漬したりすることで行うことを特徴とする。
このような方法によって、樹脂層を、簡便に、且つ、低コストで形成することができる。
なお、マスキングは、通常、マスキングテープを用いてなされ、樹脂材料の硬化後、マスキングテープは剥がされる。
【００１３】
また、樹脂材料を塗布する場合に用いられる樹脂は、コストや、入手の容易さの観点から、ポリスルフォン／ＴＨＦ（テトラヒドラフラン）溶液や、ポリエーテルケトン／ＴＨＦ（テトラヒドラフラン）溶液や、耐酸性を有するエンジニアリングプラスチック等が好適である。
ポリスルフォン／ＴＨＦ（テトラヒドラフラン）溶液、ポリエーテルケトン／ＴＨＦ（テトラヒドラフラン）溶液の濃度は５〜２０％が好適である。濃度が５％未満であると、塗膜が薄く重ね塗りが必要となり、濃度が２０％を超えると塗膜が厚くなりすぎ熱サイクルが加わるとクラックが発生し、部分的に下地のカーボンから剥がれる。
なお、耐酸性を有するエンジニアリングプラスチックを用いた場合、溶媒は、極性溶媒であっても、非極性溶媒であってもよい。
【００１４】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
濃度８％のポリスルフォン／ＴＨＦ（テトラヒドラフラン）を、ディスペンサでカーボン基板上に塗布した。その際の表面粗さは、１０点平均粗さＲｚにおいて、塗布前が１２０μｍであり、塗布後が１０μｍであった。
この実施例１を燃料電池セルに組込んだ場合と、樹脂未塗布のセパレータを燃料電池セルに組込んだ場合の発電特性を図５に示す。
図５より、実施例１が樹脂未塗布のセパレータと同等以上の発電特性を有していることが確認できる。
（実施例２）
濃度５％のポリエーテルケトン／アセトンを、毛細管を使用して、カーボン基板上に塗布した。その際の表面粗さは実施例１と同様であった。
【００１５】
実施例１、２より、本発明の方法により、溝内面に樹脂層を形成したセパレータは、特許文献１に示されるような従来のセパレータと比べ、以下の点で、優れていることが確認された。
・簡便に溝内面に樹脂を塗布することができるので、比較的少ない時間及びコストで製造できる。
・溝内面に樹脂を塗布することによって、溝内面の表面粗さを小さくすることができ、水の排出がスムーズに行われ、燃料・反応ガスの流れが乱れることを防止し、燃料電池の出力を安定化させることができる。
・樹脂は基材のカーボンに対して密着性がよいことから、溝内面を予め粗面化する必要がなく、溝内面の表面粗さをより小さくすることができる。
・熱サイクル試験で良好な結果が得られ、優れた耐久性を有する。
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、溝内面を平滑にし、燃料電池の出力を安定化させる樹脂層を、簡便に、且つ、低コストで、カーボンを母材とするセパレータに形成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】溝内面に樹脂層が形成されたセパレータの部分断面図。
【図２】本発明の第１の樹脂層の形成方法の説明図。
【図３】本発明の第２の樹脂層の形成方法の説明図。
【図４】本発明の第３の樹脂層の形成方法の説明図。
【図５】本発明の方法により樹脂が塗布されたセパレータ及び従来のセパレータを使用した場合の発電特性を示す図表。
【図６】燃料電池を構成する最小ユニットであるセルの斜視図。
【図７】燃料電池に使用されるセパレータの正面図。
【符号の説明】
【００１８】
１０：固体高分子型燃料電池用セパレータ
１２：母材
２０：溝
３０：樹脂層
【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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