(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体と、
膜電極接合体の両面に積層され、ガス流路を形成するガス流路構造体と、
ガス流路構造体に積層され、隣設するセル間のガスを分離するセパレータと、
を備える燃料電池用セルであって、
ガス流路構造体は、
金属材料で形成されるエキスパンド成形体からなるガス流路基体と、
膜電極接合体またはセパレータと接触するガス流路基体の接触部に、金、銀、銅、白金、ロジウム、イリジウム、パラジウムの金属材料からなる群から選択される導電体で形成される導電層と、
ガス流路基体のガス流路面に親水性材料で形成される親水層と、
を有することを特徴とする燃料電池用セル。
【請求項２】
膜電極接合体と、
膜電極接合体の両面に積層され、ガス流路を形成するガス流路構造体と、
ガス流路構造体に積層され、隣設するセル間のガスを分離するセパレータと、
を備える燃料電池用セルの製造方法であって、
ガス流路構造体の成形は、
金属材料から形成されたエキスパンド成形体からなるガス流路基体を形成するガス流路基体形成工程と、
膜電極接合体またはセパレータと接触するガス流路基体の接触部に、金、銀、銅、白金、ロジウム、イリジウム、パラジウムの金属材料からなる群から選択される導電体で導電層を形成する導電層形成工程と、
ガス流路基体のガス流路面に親水性材料で親水層を形成する親水層形成工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用セルの製造方法。
【請求項３】
膜電極接合体と、
膜電極接合体の両面に積層され、ガス流路を形成するガス流路構造体と、
ガス流路構造体に積層され、隣設するセル間のガスを分離するセパレータと、
を備える燃料電池用セルの製造方法であって、
ガス流路構造体の成形は、
金属材料から形成されたエキスパンド成形体からなるガス流路基体を形成するガス流路基体形成工程と、
膜電極接合体またはセパレータと接触するガス流路基体の接触部に、金、銀、銅、白金、ロジウム、イリジウム、パラジウムの金属材料からなる群から選択される導電体で導電層を形成する導電層形成工程と、
ガス流路基体のガス流路面に親水処理にて親水層を形成する親水層形成工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用セルの製造方法。
【請求項４】
膜電極接合体の両面に積層され、ガス流路を形成する燃料電池用ガス流路構造体であって、
ガス流路構造体は、
金属材料で形成されるエキスパンド成形体からなるガス流路基体と、
膜電極接合体またはセパレータと接触するガス流路基体の接触部に、金、銀、銅、白金、ロジウム、イリジウム、パラジウムの金属材料からなる群から選択される導電体で形成される導電層と、
ガス流路基体のガス流路面に親水性材料で形成される親水層と、
を有することを特徴とする燃料電池用ガス流路構造体。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料電池用セルにおいて、
前記ガス流路基体は、金属材料のシートに千鳥状に切り目を入れ、切り目入りの金属材料のシートを押し延ばして切り目を広げることにより多数の開口を有する網目状の切延加工された傾斜段状メッシュ構造を有し、
前記ガス流路基体の傾斜段状メッシュ構造の傾斜方向とセパレータとが並行になるように配置されていることを特徴とする燃料電池用セル。
【請求項６】
請求項２または請求項３に記載の燃料電池用セルの製造方法において、
前記ガス流路基体形成工程において形成されたガス流路基体は、金属材料のシートに千鳥状に切り目を入れ、切り目入りの金属材料のシートを押し延ばして切り目を広げることにより多数の開口を有する網目状の切延加工された傾斜段状メッシュ構造を有し、
さらに、前記ガス流路基体の傾斜段状メッシュ構造の傾斜方向とセパレータとを並行に配置する工程を有することを特徴とする燃料電池用セルの製造方法。
【請求項７】
請求項４に記載の燃料電池用ガス流路構造体において、
前記ガス流路基体は、金属材料のシートに千鳥状に切り目を入れ、切り目入りの金属材料のシートを押し延ばして切り目を広げることにより多数の開口を有する網目状の切延加工された傾斜段状メッシュ構造を有し、
前記ガス流路基体の傾斜段状メッシュ構造の傾斜方向とセパレータとが並行になるように配置されていることを特徴とする燃料電池用ガス流路構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セル及びその製造方法に係り、特に、膜電極接合体と、膜電極接合体の両面に積層され、ガス流路を形成するガス流路構造体と、ガス流路構造体に積層され、隣設するセル間のガスを分離するセパレータと、を備える燃料電池用セル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、高効率と優れた環境特性を有する電池として近年脚光を浴びている。燃料電池は、一般的に、燃料ガスである水素に、酸化剤ガスである空気中の酸素を電気化学反応させて、電気エネルギを作りだしている。そして、水素と酸素とが電気化学反応した結果、水が生成される。
【０００３】
燃料電池の種類には、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、アルカリ型、固体高分子型等がある。この中でも、常温で起動しかつ起動時間が速い等の利点を有する固体高分子型の燃料電池が注目されている。このような固体高分子型の燃料電池は、移動体、例えば、車両等の動力源として用いられている。
【０００４】
固体高分子型の燃料電池は、複数の単セル、集電板、エンドプレート等を積層して組み立てられる。そして、燃料電池用セルは、電解質膜と、触媒層と、ガス拡散層と、セパレータとを含んで構成される。
【０００５】
特許文献１には、電極と金属セパレータとの間に繊維質材料からなるガス拡散層を挟持した構成の燃料電池において、金属セパレータ側には金（Ａｕ）等の耐食導電材料からなるメッキ層を形成せずに、ガス拡散層側に金（Ａｕ）等の耐食導電材料からなる層を蒸着、スパッタリング、めっき処理等により形成することが示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１７８８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、燃料電池用セルを製造する場合には、上述したように、金（Ａｕ）等の電気伝導性の高い導電体をガス拡散層等の表面に被覆して、ガス拡散層とセパレータとの間の接触抵抗を低減させている。しかし、金（Ａｕ）等の導電体をガス拡散層に被覆する場合には、ガス拡散層は、一般的に、多孔質な繊維材料で成形されるため、金(Ａｕ)等がガス拡散層の内部に入り込み、セパレータと接触しない部位まで金（Ａｕ）等で被覆される可能性がある。金（Ａｕ）等の導電体は、一般的に高価であるので、金（Ａｕ）等の使用量が多くなると、燃料電池用セルの製造コストが高くなる場合がある。また、金（Ａｕ）等の導電体は、疎水性である場合が多く、燃料電池の発電時に生成した生成水の排水性を阻害し、燃料電池の発電効率を低下させる場合がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、製造コストを抑え、更に発電効率を向上させた燃料電池用セル及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る燃料電池用セルは、膜電極接合体と、膜電極接合体の両面に積層され、ガス流路を形成するガス流路構造体と、ガス流路構造体に積層され、隣設するセル間のガスを分離するセパレータと、を備える燃料電池用セルであって、ガス流路構造体は、金属材料で形成されるエキスパンド成形体からなるガス流路基体と、膜電極接合体またはセパレータと接触するガス流路基体の接触部に、金、銀、銅、白金、ロジウム、イリジウム、パラジウムの金属材料からなる群から選択される導電体で形成される導電層と、ガス流路基体のガス流路面に親水性材料で形成される親水層と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る燃料電池用セルの製造方法は、膜電極接合体と、膜電極接合体の両面に積層され、ガス流路を形成するガス流路構造体と、ガス流路構造体に積層され、隣設するセル間のガスを分離するセパレータと、を備える燃料電池用セルの製造方法であって、ガス流路構造体の成形は、金属材料から形成されたエキスパンド成形体からなるガス流路基体を形成するガス流路基体形成工程と、膜電極接合体またはセパレータと接触するガス流路基体の接触部に、金、銀、銅、白金、ロジウム、イリジウム、パラジウムの金属材料からなる群から選択される導電体で導電層を形成する導電層形成工程と、ガス流路基体のガス流路面に親水性材料で親水層を形成する親水層形成工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る燃料電池用セルの製造方法は、膜電極接合体と、膜電極接合体の両面に積層され、ガス流路を形成するガス流路構造体と、ガス流路構造体に積層され、隣設するセル間のガスを分離するセパレータと、を備える燃料電池用セルの製造方法であって、
ガス流路構造体の成形は、金属材料から形成されたエキスパンド成形体からなるガス流路基体を形成するガス流路基体形成工程と、膜電極接合体またはセパレータと接触するガス流路基体の接触部に、金、銀、銅、白金、ロジウム、イリジウム、パラジウムの金属材料からなる群から選択される導電体で導電層を形成する導電層形成工程と、ガス流路基体のガス流路面に親水処理にて親水層を形成する親水層形成工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る燃料電池用ガス流路構造体は、膜電極接合体の両面に積層され、ガス流路を形成する燃料電池用ガス流路構造体であって、ガス流路構造体は、金属材料で形成されるエキスパンド成形体からなるガス流路基体と、膜電極接合体またはセパレータと接触するガス流路基体の接触部に、金、銀、銅、白金、ロジウム、イリジウム、パラジウムの金属材料からなる群から選択される導電体で形成される導電層と、ガス流路基体のガス流路面に親水性材料で形成される親水層と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記のように本発明に係る燃料電池用セル及びその製造方法によれば、金（Ａｕ）等の導電体の使用量をより低減することにより、製造コストを抑え、更に発電効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１は、燃料電池用セル１０の断面を示す図である。燃料電池用セル１０は、電解質膜１２と、触媒層１４と、ガス拡散層１６とを一体化し、電極等を形成する膜電極接合体１８(Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ)と、ガス流路を形成するガス流路構造体であるエキスパンド成形体２０と、隣設するセル（図示せず）間の燃料ガスまたは酸化剤ガスを分離するセパレータ２２と、を含んで構成される。
【００１５】
電解質膜１２は、アノード極側で発生した水素イオンをカソード極側まで移動させる機能等を有している。電解質膜１２の材料には、化学的に安定であるフッ素系樹脂、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸のイオン交換膜が使用される。
【００１６】
触媒層１４は、アノード極側での水素の酸化反応や、カソード極側での酸素の還元反応を促進する機能を有している。そして、触媒層１４は、触媒と、触媒の担体とを含んで構成される。触媒は、反応させる電極面積をより大きくするため、一般的に粒子状にして、触媒の担体に付着させて使用される。触媒には、水素の酸化反応や酸素の還元反応について、より小さい活性化過電圧を有する白金族元素である白金等が使用される。触媒の担体としては、カーボン材料、例えば、カーボンブラック等が使用される。
【００１７】
ガス拡散層１６は、燃料ガスである、例えば、水素ガス等と、酸化剤ガスである、例えば、空気等とを触媒層１４に拡散させる機能や、電子を移動させる機能等を有している。そして、ガス拡散層１６には、導電性を有する材料であるカーボン繊維織布、カーボン紙等を使用することができる。
【００１８】
エキスパンド成形体２０は、膜電極接合体１８の両面に積層され、ガス流路を形成するガス流路構造体としての機能を有している。エキスパンド成形体２０は、膜電極接合体１８のガス拡散層１６と、セパレータ２２とに接触して積層され、膜電極接合体１８とセパレータ２２とに電気的に接続される。エキスパンド成形体２０は、ガス流路を形成するガス流路基体２４と、膜電極接合体１８またはセパレータ２２と接触するガス流路基体２４の接触部２５に形成される導電層２６と、ガス流路基体２４のガス流路面に設けられ、親水性材料で形成される親水層２８と、を含んで構成される。
【００１９】
ガス流路基体２４は、多数の開口からなるメッシュ構造を備えている。ガス流路基体２４に形成されたメッシュは、燃料ガスや酸化剤ガスのガス流路としての機能を有している。このように、エキスパンド成形体２０は、多数の開口を有するので、より多くの燃料ガス等が膜電極接合体１８と接触して化学反応し、燃料電池用セル１０の発電効率を高めることができる。
【００２０】
ガス流路基体２４は、膜電極接合体１８またはセパレータ２２に沿って、膜電極接合体１８またはセパレータ２２と接触して電気的に接続する接触部２５を有している。接触部２５は、例えば、所定の間隔で複数設けられる。接触部２５の間隔は、例えば、６００μｍ〜８００μｍとすることができる。
【００２１】
ガス流路基体２４には、例えば、ＪＩＳ  Ｇ  ３３５１に示されるエキスパンドメタルや、ＪＩＳ  Ａ  ５５０５に示されるメタルラスまたは金属多孔体等を用いることが好ましい。エキスパンドメタルや金属多孔体等は、多数の開口を備えているからである。勿論、他の条件次第では、ガス流路基体２４は、エキスパンドメタル等に限定されることはなく、パンチングメタル等の他の成形体を用いてもよい。
【００２２】
ガス流路基体２４は、チタン及びチタン合金のチタン材料や、ＳＵＳ３１６Ｌ及びＳＵＳ３０４等のステンレス鋼等により形成される。これらの金属材料は、機械的強度が高く、その表面に安定な酸化物（ＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ３，ＴｉＯ２、ＣｒＯ２、ＣｒＯ、Ｃｒ２Ｏ３等）からなる不働態膜等の不活性皮膜が形成されるため、優れた耐食性を有するからである。ステンレス鋼には、オーステナイト系ステンレス鋼やフェライト系ステンレス鋼等を用いることができる。
【００２３】
導電層２６は、膜電極接合体１８またはセパレータ２２と接触するガス流路基体２４の接触部２５に導電体で形成され、エキスパンド成形体２０と膜電極接合体１８、エキスパンド成形体２０とセパレータ２２との間の接触抵抗を低減する機能を有している。導電層２６は、金属材料で形成されることが好ましい。金属材料は導電体であり、ガス流路基体２４も金属材料で形成されるため、導電層２６をカーボン材料等の異種材料で形成する場合よりも、ガス流路基体２４と導電層２６との密着性がより向上するからである。勿論、他の条件次第では、導電層２６には、有機系導電体等を用いることができる。
【００２４】
導電層２６は、導電体である金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）等の金属材料により形成されることがより好ましい。これらの金属材料は、電気伝導率が高いので、接触抵抗をより小さくすることができるからである。これらの金属材料の中でも、金（Ａｕ）は、耐食性に優れており、電気伝導率が大きいので、導電層２６を形成する金属材料として更に好ましい。また、導電層２６は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等の合金で形成されてもよい。
【００２５】
導電層２６は、膜電極接合体１８またはセパレータ２２と接触するガス流路基体２４の接触部２５に形成される。このように、ガス流路基体２４の接触部２５に導電層２６を形成することにより、金（Ａｕ）等の導電体の使用量を抑えることができる。また、導電層２６は、ガス流路基体２４の接触部２５にのみ形成されることが好ましい。ガス流路基体２４の接触部２５のみに導電層２６を形成することにより、金（Ａｕ）等の導電体の使用量を更に抑制できる。導電層２６は、２ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚みで形成され、好ましくは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚みで形成される。
【００２６】
親水層２８は、ガス流路基体２４のガス流路面に、親水性材料で形成される。セパレータ２２と接しないガス流路面に親水層２８を設けることにより、生成水の排水性が更に向上し、燃料電池用セル１０の発電効率をより高めることができる。親水性材料には、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２）等のチタン酸化物が用いられる。チタン酸化物は、光触媒作用による親水性効果を有しているからである。勿論、他の条件次第では、親水性材料は、チタン酸化物に限定されることはない。親水層２８は、０．１ｎｍから１０００ｎｍの膜厚で形成され、好ましくは２ｎｍから１０ｎｍの膜厚で形成される。
【００２７】
セパレータ２２は、エキスパンド成形体２０に積層され、隣設するセル（図示せず）における燃料ガスと酸化剤ガスとを分離する機能を有している。また、セパレータ２２は、隣設するセル（図示せず）を電気的に接続する機能を有している。セパレータ２２は、チタン及びチタン合金のチタン材料や、ＳＵＳ３１６Ｌ及びＳＵＳ３０４等のステンレス鋼等で成形されることが好ましい。これらの金属材料は、上述したように、機械的強度が高く、その表面に安定な酸化物からなる不働態膜等の不活性皮膜が形成されるため、優れた耐食性を有するからである。ステンレス鋼には、オーステナイト系ステンレス鋼やフェライト系ステンレス鋼等を用いることができる。勿論、他の条件次第では、セパレータ２２を成形する金属材料は、チタンやステンレス鋼等に限定されることなく、他の金属材料を用いることができる。セパレータ２２には、例えば、チタンシートまたはステンレスシート等が用いられる。
【００２８】
次に、燃料電池用セル１０の製造方法について説明する。
【００２９】
膜電極接合体１８は、電解質膜１２の両面に触媒層１４を積層し、各々触媒層１４にガス拡散層１６を積層した後、例えば、ヒートプレス等で熱圧着することにより成形される。勿論、膜電極接合体１８の成形方法は、上記成形方法に限定されることはない。
【００３０】
次に、エキスパンド成形体２０の成形方法について説明する。エキスパンド成形体２０の成形方法は、ガス流路基体形成工程と、前処理工程と、導電層形成工程と、親水層形成工程と、を有している。
【００３１】
ガス流路基体形成工程は、金属材料でガス流路基体２４を形成する工程である。ガス流路基体２４、例えば、エキスパンドメタルは、チタンシートやステンレスシート等を、切延加工等することにより成形される。エキスパンドメタルは、例えば、チタンシートまたはステンレスシート等に千鳥状に切れ目を入れると同時に、これを押し延ばして広げることにより網目（メッシュ）状に切延加工して、一体として成形される。
【００３２】
図２は、エキスパンドメタルを用いたガス流路基体２４の構成を示す図であり、図２（Ａ）は、ガス流路基体２４の模式図であり、図２（Ｂ）は、Ａ−Ａ方向の断面図である。ガス流路基体２４は、図２（Ａ）に示すように、複数のストランド部３０と、複数のボンド部３２とを有しており、多数の開口からなるメッシュ構造を備えている。ガス流路基体２４におけるストランド部３０の板厚（ｔ）、メッシュの短目方向中心間距離（ＳＷ）、メッシュの長目方向中心間距離（ＬＷ）、刻み幅（ＳＷ）、ガス流路基体２４の厚み（Ｘ）は、各々所定の大きさで成形される。また、図３は、金属多孔体３４を用いたガス流路基体２４の構成を示す図である。図３に示すように、金属多孔体３４には多数の開口が設けられており、ガス流路が形成されている。
【００３３】
前処理工程は、ガス流路基体２４を前処理する工程である。ガス流路基体２４の前処理は、洗浄処理と、中和処理と、酸洗処理とを含んでいる。まず、ガス流路基体２４はアルカリ浸漬脱脂等で洗浄処理され、ガス流路基体２４の表面に付着した油分等が除去される。そして、洗浄処理後のガス流路基体２４を中和液に浸漬してアルカリ液を中和する。中和液には、硫酸溶液、塩酸溶液、硝酸溶液等が使用される。次に、中和処理されたガス流路基体２４を酸洗処理し、ガス流路基体２４の表面に生成された不働態膜が除去される。酸洗処理は、ガス流路基体２４を硝弗酸溶液または弗酸溶液等の弗化物を含有した溶液に浸漬して行われる。
【００３４】
導電層形成工程は、前処理されたガス流路基体２４の接触部２５に、金（Ａｕ）等の導電体で導電層２６を形成する工程である。金（Ａｕ）等のコーティングには、例えば、電解めっき法を用いることができる。電解めっき法には、一般的な、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等の電解めっき法が用いられる。例えば、導電層２６として金（Ａｕ）めっき層をガス流路基体２４の接触部２５に被覆する場合には、シアン化金カリウムや亜硫酸金ナトリウム等を含む金めっき浴が使用される。金めっき浴には、アルカリ性、中性または酸性のめっき浴が使用される。また、導電層２６を形成する金（Ａｕ）粒子等の粒径は、電流密度、めっき処理時間、添加剤等で制御される。
【００３５】
図４は、めっき装置５０の構成を示す図である。めっき装置５０は、めっき液を溜めるめっき液槽５２と、めっき液を汲み上げる第１ローラ５４と、ガス流路基体２４を第１ローラ５４と挟持する第２ローラ５６とを有している。そして、第１ローラ５４と第２ローラ５６とは電源に接続される。第１ローラ５４で汲み上げられためっき液がガス流路基体２４と接触することにより、ガス流路基体２４の接触部２５に導電体がめっきされる。ガス流路基体２４の一方の面を第１ローラ５４と接触させて導電体をめっきした後、ガス流路基体２４の他方の面を第１ローラ５４と接触させて導電体をめっきする。これにより、膜電極接合体１８またはセパレータ２２と接触するガス流路基体２４の接触部２５に導電体で導電層２６が形成される。このめっき装置によれば、接触部２５以外をマスキング等することなく接触部２５に導電層２６を形成することができるので、製造コストを抑えることができる。図５は、導電層２６が形成されたガス流路基体２４を示す図である。膜電極接合体１８またはセパレータ２２と接触する接触部２５に金（Ａｕ）等の導電層２６が形成される。
【００３６】
勿論、導電層形成手段には、上述した電解めっき法に限定されることなく、物理蒸着法（ＰＶＤ法）、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、塗布法、インクジェット法等の他のコーティング手段を用いてもよい。物理蒸着法（ＰＶＤ法）では、スパッタリング法、イオンプレーティング法等で金（Ａｕ）等をコーティングすることができる。塗布法では、金（Ａｕ）等の粒子を有機溶剤等のバインダー中に分散させてスラリーを作製し、金（Ａｕ）等の粒子が分散したスラリーを塗布してコーティングすることができる。また、インクジェット法では、例えば、金（Ａｕ）等の粒子を分散させた超微粒子のメタルインクを用いてコーティングされる。
【００３７】
親水層形成工程は、ガス流路基体２４のガス流路面に、親水性材料または親水処理で親水層２８を形成する工程である。親水層２８は、例えば、親水性材料を塗布、スパッタリング等することによりガス流路基体２４のガス流路面に形成することができる。ガス流路基体２４がチタン材料で形成される場合には、導電層２６が形成されたガス流路基体２４を酸化雰囲気中２５０℃から８００℃で加熱することにより親水処理して、チタン酸化物（ＴｉＯ２）で親水層２８を形成することが好ましい。導電層２６が形成されていない部位はチタン材料が露出しているため、酸化雰囲気中で加熱処理によりチタン材料が酸化されてチタン酸化物が形成される。これにより容易に親水層２８を形成できるので燃料電池用セル１０の製造コストを抑えることができる。図６は、エキスパンド成形体２０の構成を示す図である。接触部２５以外のガス流路面に親水層２８が形成される。
【００３８】
次に、セパレータ２２の成形方法について説明する。セパレータ２２の成形方法は、一般的な、金属材料の切削加工等の機械加工またはプレス加工等の塑性加工により行うことができる。勿論、セパレータ２２の成形方法は、上記加工方法に限定されることはない。
【００３９】
組立工程は、膜電極接合体１８と、エキスパンド成形体２０と、セパレータ２２とを積層して燃料電池用セル予備成形体を組み立てる工程である。膜電極接合体１８の両面にエキスパンド成形体２０を積層した後、エキスパンド成形体２０にセパレータ２２を積層して燃料電池用セル予備成形体を組み立てる。そして、燃料電池用セル予備成形体の外周を接着剤で接着等することにより、燃料電池用セル１０が製造される。
【００４０】
以上、上記構成によれば、膜電極接合体またはセパレータの接触部に金（Ａｕ）等の導電層が形成されるため、金（Ａｕ）等の導電体の使用量を低減でき、燃料電池用セルの製造コストを抑制することができる。
【００４１】
上記構成によれば、ガス流路構造体のガス流路面にはチタン酸化物（ＴｉＯ2）層等の親水層が形成されるため、生成水の排水性が向上し、燃料電池用セルの発電効率をより高めることができる。
【００４２】
（実施例）
５種類の燃料電池用セルを製造し、発電性能等の評価を行った。
【００４３】
まず、実施例１及び実施例２における燃料電池用セルの製造方法について説明する。膜電極接合体には、電解質膜にフッ素樹脂、触媒層に白金を担持したカーボンブラック、ガス拡散層にカーボン繊維を使用し、これらを積層した後、ホットプレスで熱圧着したものを用いた。また、セパレータには、チタンシートを使用した。
【００４４】
エキスパンド成形体のガス流路基体２４には、チタンで形成したエキスパンドメタルを使用した。エキスパンドメタルは、アルカリ浸漬脱脂で洗浄され、硫酸溶液で中和され、硝弗酸溶液で酸洗されて前処理された。次に、前処理したエキスパンドメタルの接触部に、金（Ａｕ）を電解めっき法でめっきし、導電層である金（Ａｕ）めっき層を形成した。金（Ａｕ）めっき層の形成には、図４に示すめっき装置を使用した。ここで、実施例１の燃料電池用セルでは金（Ａｕ）めっき層の膜厚を１０ｎｍとし、実施例２の燃料電池用セルでは金（Ａｕ）めっき層の膜厚を１００ｎｍとした。そして、金（Ａｕ）めっき層が形成されたエキスパンドメタルを大気中３００℃で１０分間保持して加熱処理し、接触部以外のガス流路面に親水層である二酸化チタン（ＴｉＯ２）層の形成を行った。最後に、上述した膜電極接合体と、エキスパンド成形体と、セパレータとを積層し、組み立てて実施例１及び実施例２の燃料電池用セルを製造した。
【００４５】
次に、比較例１における燃料電池用セルの製造方法について説明する。膜電極接合体とセパレータとは、実施例１及び実施例２の燃料電池用セルと同様のものを使用した。エキスパンド成形体のガス流路基体には、チタンで形成したエキスパンドメタルを使用した。エキスパンドメタルは、アルカリ浸漬脱脂で洗浄され、硫酸溶液で中和され、硝弗酸溶液で酸洗されて前処理された。比較例１の燃料電池用セルでは、エキスパンドメタルに金（Ａｕ）めっき層と、二酸化チタン（ＴｉＯ２）層とを形成しないものを使用した。その他については実施例１及び実施例２の燃料電池用セルと同様の製造方法により製造した。
【００４６】
次に、比較例２及び比較例３における燃料電池用セルの製造方法について説明する。膜電極接合体とセパレータとは、実施例１及び実施例２の燃料電池用セルと同様のものを使用した。エキスパンド成形体のガス流路基体には、チタンで成形したエキスパンドメタルを使用した。エキスパンドメタルは、アルカリ浸漬脱脂で洗浄され、硫酸溶液で中和され、硝弗酸溶液で酸洗されて前処理された。次に、前処理したエキスパンドメタルの接触部に、金（Ａｕ）を電解めっき法でめっきし導電層である金（Ａｕ）めっき層を形成した。電解めっき法は、金めっき浴の中に前処理したエキスパンドメタルを浸漬させる方法で行った。比較例２の燃料電池用セルでは金（Ａｕ）めっき層の膜厚を１０ｎｍとし、比較例３の燃料電池用セルでは金（Ａｕ）めっき層の膜厚を１００ｎｍとした。なお、比較例２及び比較例３における燃料電池用セルでは、親水層である二酸化チタン（ＴｉＯ２）層を形成しないものを使用した。最後に、上述した膜電極接合体と、エキスパンド成形体と、セパレータとを積層し、組み立てて比較例２及び比較例３の燃料電池用セルを製造した。
【００４７】
上記５種類の燃料電池用セルについて発電性能評価試験を行った。図７は、発電性能評価試験結果を示す図である。図７に示すように、横軸に発電時間を取り、縦軸にセル電圧を取り、実施例１の燃料電池用セルのデータを白丸、実施例２の燃料電池用セルのデータを黒丸、比較例１の燃料電池用セルのデータを黒菱形、比較例２の燃料電池用セルのデータを白四角形、比較例３の燃料電池用セルのデータを黒四角形で示した。
【００４８】
比較例１の燃料電池用セルでは、試験開始からセル電圧が低く、５種類の燃料電池用セルの中では最も発電性能が低い結果が得られた。比較例２及び比較例３の燃料電池用セルでは、所定時間経過後にセル電圧が低下し、比較例１の燃料電池用セルのつぎに発電性能が低い結果が得られた。これに対して、実施例１及び実施例２の燃料電池用セルでは、所定時間の経過後もセル電圧がほとんど低下せず、優れた発電性能が得られた。これは、実施例１及び実施例２の燃料電池用セルでは、ガス流路面に二酸化チタン（ＴｉＯ２）層が形成されているため、生成水の排水性が向上したことによるからである。
【００４９】
次に、実施例１及び比較例２の燃料電池用セルに使用したエキスパンド成形体の成形コストについて比較を行った。図８は、実施例１及び比較例２の燃料電池用セルに使用したエキスパンド成形体の成形コストの比較を示す図である。図８では、縦軸に成形コストを取り、比較例２及び実施例１の燃料電池用セルに使用したエキスパンド成形体の成形コストを棒グラフで示した。なお、エキスパンド成形体の成形コストは、比較例２の燃料電池用セルに使用したエキスパンド成形体成形コストを１００として、実施例１の燃料電池用セルに使用したエキスパンド成形体成形コストを相対値で求めた。その結果、実施例１の燃料電池用セルに使用したエキスパンド成形体の成形コストは３０であり、比較例１の燃料電池用セルに使用したエキスパンド成形体の成形コストより低減した。
【００５０】
比較例２の燃料電池用セルに使用したエキスパンド成形体では、エキスパンドメタルを金めっき液に浸漬して金めっきを行った。そのため、膜電極接合体またはセパレータとの接触部だけでなく、ガス流路面にも金めっき層が形成された。これに対して、実施例１の燃料電池用セルに用いたエキスパンド成形体では、接触面のみに金めっき層が形成され、ガス流路面には金めっき層が形成されなかった。そのため、実施例１の燃料電池用セルに使用したエキスパンド成形体では、金（Ａｕ）化合物等を含むメッキ液等の使用量が抑えられ、製造コストを更に抑えることができた。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態において、燃料電池用セルの断面を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態において、エキスパンドメタルを用いたガス流路基体の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態において、金属多孔体を用いたガス流路基体の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態において、めっき装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態において、導電層が形成されたガス流路基体を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態において、エキスパンド成形体の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態において、発電性能評価試験結果を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態において、実施例１及び比較例２の燃料電池用セルに使用したエキスパンド成形体の成形コストの比較を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  燃料電池用セル、１２  電解質膜、１４  触媒層、１６  ガス拡散層、１８  膜電極接合体、２０  エキスパンド成形体、２２  セパレータ、２４  ガス流路基体、２５  接触部、２６  導電層、２８  親水層、３０  ストランド部、３２  ボンド部、３４  金属多孔体、５０  めっき装置、５２  めっき液槽、５４  第１ローラ、５６  第２ローラ。
【図１】
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【図２】
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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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【図８】
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【図３】
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