(57)【要約】      （修正有）【課題】耐溶出性に優れ低い表面接触抵抗を長期にわたって維持する固体高分子型等の燃料電池のセパレータに適したオーステナイト系ステンレス鋼及び燃料電池セパレータを提供する。【解決手段】Ｃｒを１６．０〜３５．０質量％を含み、表面に窒化物として存在しているＣｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｖ，Ｂの一種以上が総量で３原子％以上含まれ、酸化物を構成しているＳｉとＭｎの総量（Ｓｉ＋Ｍｎ）が５０原子％以下である不動態皮膜を有しているオーステナイト系ステンレス鋼を固体高分子形燃料電池セパレータとする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒ：１６.０〜３５.０質量％を含むオーステナイト系ステンレス鋼であって、表面に窒化物として存在しているＣｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｖ，Ｂの一種以上が総量で３原子％以上含まれ、酸化物を構成しているＳｉとＭｎの総量（Ｓｉ＋Ｍｎ）が５０原子％以下である不動態皮膜を有していることを特徴とする固体高分子型燃料電池セパレータ用オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項２】
オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｃ：０.０５０質量％以下，Ｓｉ：１.５０質量％以下，Ｍｎ：２.００質量％以下，Ｐ：０.０２０〜０.０８０質量％，Ｓ：０.００５質量％以下，Ｎｉ：８.０〜３０.０質量％，Ｃｒ：１６.０〜３５.０質量％を含み、さらに、Ｎｂ：０.０５〜１.００質量％，Ｔｉ：０.０５〜１.００質量％，Ａｌ：０.０４〜２.００質量％，Ｚｒ：０.０５〜１.００質量％，Ｖ：０.０５〜１.００質量％，Ｂ：０.０５〜１.５０質量％の一種又は二種以上を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるものである請求項１に記載の固体高分子型燃料電池セパレータ用オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項３】
オーステナイト系ステンレス鋼は、さらに、Ｍｏ：０.３０〜５.００質量％，Ｃｕ：０.２０〜４.００質量％，Ｗ：０.２０〜３.００質量％の何れか一種以上を含むものである請求項２に記載の固体高分子型燃料電池セパレータ用オーステナイト系ステンレス鋼。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のオーステナイト系ステンレス鋼を素材として形作られている固体高分子型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、自動車や家庭用コージェネレーションシステム等に用いられる固体高分子型燃料電池のセパレータとして使用されるステンレス鋼及びそれを使用した燃料電池セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池にはリン酸型燃料電池，溶融炭酸塩型燃料電池，固体高分子型燃料電池，固体電解質型燃料電池等がある。
なかでも、固体高分子型燃料電池（以下、ＰＥＦＣ）は、ＣＯ2，ＮＯx，ＳＯx等の排出がほとんどなく、発電効率が非常に高い。さらに、１００℃以下の温度で動作可能であり、短時間でも起動できる利点もあるため、車両用動力源を初め、定置用，モバイル機器用等の電源として適用されつつある。
ＰＥＦＣの基本的構成を図１，２に示す。図１，２に示すような電池の最小ユニットを単セルと称す。各用途に適用されるＰＥＦＣには、要求される電力を取り出すために単セルを数十から数百組み合わせたスタックが使用されている。
【０００３】
ＰＥＦＣは、プロトン交換基をもつ固体高分子の樹脂からなるイオン交換膜がプロトン導電性電解質として機能することを利用しており、イオン交換膜の一側に水素等の燃料ガスを流し、他側に空気，酸素等の酸化性ガスを流す構造になっている。
具体的には、図１に示すように、両側に酸化極２及び燃料極３が接続されたイオン交換膜１の両面にガスケット４を介してセパレータ５を対向させて単セルを構築している。
そして、酸化極２側のセパレータ５には空気等の酸化性ガスｏの供給口６及びその排出口７が形成され、燃料極３側のセパレータ５には水素等の燃料ガスｇの供給口８及びその排出口９が形成されている。また、図２に示すように、酸化性ガスｏ，燃料ガスｇの導通，均一分配のため、複数の溝１０がセパレータ５に形成されている。
【０００４】
ＰＥＦＣの燃料として用いられる水素は、イオン交換膜１の導電性を高めるため、通常、９０℃前後に加温された温水を通過させる方法等によって加湿されている。酸化極２側に送り込まれる酸化性ガスｏも加湿される場合がある。したがって、セパレータ表面は高湿度の雰囲気に曝される状態になっている。また、イオン交換膜１の樹脂成分が分解し、ＳＯ42-，Ｆ-等の反応生成物がセパレータ５の表面に付着するようになる。さらに、セパレータ材に腐食や溶出が生じると、セパレータ５から溶け出した金属イオンによりイオン交換膜１の分解が促進されたり、電極の触媒が汚染されたりすることがある。そして、これらの現象が、ＰＥＦＣの出力低下や耐久性低下の原因となっている。
したがって、セパレータ材には、高湿度の酸性環境下で耐溶出性，耐食性に優れていることが要求される。
【０００５】
多数のセルを積層するＰＥＦＣの構造では、セパレータ５の表面接触抵抗が発電効率に大きな影響を及ぼす。表面接触抵抗が高いと電池の内部損出が大きくなって出力が低下することになる。このため、セパレータ材には、表面接触抵抗が低いことも要求される。
このように、セパレータ材には、化学的な安定性及び低接触抵抗が要求されている。このため、従来、カーボンブロックを切り出して所定形状に成型したものや、圧縮成型したカーボン樹脂等が用いられてきた。
しかしながら、カーボン素材の使用は、加工費用が高くなるばかりでなく、板厚を薄くすることが困難なためにＰＥＦＣを軽量化できない等の問題があった。
【０００６】
一方、高湿度の酸性環境下で耐溶出性，耐食性に優れているために、ステンレス鋼がセパレータとして使用されようとしている。通常のステンレス鋼は、クロムの酸化物を主とする不動態皮膜で表面が覆われているために優れた耐食性を有している。しかしながら、不動態皮膜で覆われているため接触抵抗が高くなっている。
このため、ステンレス鋼をＰＥＦＣ用のセパレータとして用いるに当っては、接触抵抗を下げる必要がある。
【０００７】
例えば、特許文献１に見られるように、Ａｌ，Ｖ，Ｓｎ等を含むＴｉＮ皮膜をスパッタリングやアークイオンプレーティング法でステンレス鋼表面に形成したセパレータが知られている。また、特許文献２に見られるように、所定形状に加工したＴｉ添加のステンレス鋼を窒素含有雰囲気で加熱することにより、窒化チタン層を鋼板表面に形成したステンレス鋼製セパレータも知られている。
【特許文献１】特開２００２−７５３９８号公報
【特許文献２】特開２００３−３３１８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、Ａｌ，Ｖ，Ｓｎ等をＴｉＮ皮膜に含ませることにより燃料電池使用中にＴｉＮ皮膜の酸化，ひいては接触抵抗の上昇を抑えることができているが、コストが非常に高い処理を必要とするため実用的でない。
また、特許文献２で提案されている窒素含有雰囲気での加熱処理は、スパッタリングやアークイオンプレーティング法に比較して製造コスト面では有利であるが、Ｔｉのみの窒化物で皮膜を形成しているので腐食性環境における安定性が低く、燃料電池内で窒化チタンが溶解，変質しやすい。そのため、接触抵抗の上昇や溶出金属イオンによるイオン交換膜，触媒電極層等の汚染、ひいては燃料電池の出力低下が避けられない。また、セパレータ形状に加工した後に窒素含有雰囲気中で加熱窒化処理することは、生産コストを上げるばかりでなく、加熱・冷却時の熱応力によって加工形状が劣化することもある。
【０００９】
ところで、ステンレス鋼をセパレータに適用する際には、前記したような電池の内部汚染を防止できる耐溶出性や低い接触抵抗が要求させるばかりでなく、細かなセパレータ形状への加工が可能な加工性も要求される。
一般的に、フェライト系ステンレス鋼は高価なＮｉを含まない点で優位であるが、加工性が低いという問題がある。一方、金属材料をセパレータに適用する場合、軽量化やコンパクト化の観点から板厚０.１〜０.３ｍｍのものが用いられ、０.３〜０.８ｍｍ前後の深さのガス流路がプレス加工により形成されている。フェライト系ステンレス鋼の場合、上記の板厚では伸びは約３０％程度であり、量産体制でプレス加工を行うと割れが発生して歩留りが低下する虞が多分にある。
【００１０】
本発明は、このような問題を解消するために案出されたものであり、加工性に優れるオーステナイト系ステンレス鋼を素材とし、その表面に導電性の良好な不動態皮膜を形成することにより、長期間にわたって金属イオンの溶出が抑制され、しかも表面接触抵抗が低位に維持された燃料電池セパレータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の固体高分子型燃料電池セパレータ用オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｃｒ：１６.０〜３５.０質量％を含むオーステナイト系ステンレス鋼であって、表面に窒化物として存在しているＣｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｖ，Ｂの一種以上が総量で３原子％以上含まれ、酸化物を構成しているＳｉとＭｎの総量（Ｓｉ＋Ｍｎ）が５０原子％以下である不動態皮膜を有していることを特徴とする。
【００１２】
このオーステナイト系ステンレス鋼としては、Ｃ：０.０５０質量％以下，Ｓｉ：１.５０質量％以下，Ｍｎ：２.００質量％以下，Ｐ：０.０２０〜０.０８０質量％，Ｓ：０.００５質量％以下，Ｎｉ：８.０〜３０.０質量％，Ｃｒ：１６.０〜３５.０質量％を含み、さらに、Ｎｂ：０.０５〜１.００質量％，Ｔｉ：０.０５〜１.００質量％，Ａｌ：０.０４〜２.００質量％，Ｚｒ：０.０５〜１.００質量％，Ｖ：０.０５〜１.００質量％，Ｂ：０.０５〜１.５０質量％の一種又は二種以上を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるものが好ましい。
【００１３】
このオーステナイト系ステンレス鋼としては、さらに、Ｍｏ：０.３０〜５.００質量％，Ｃｕ：０.２０〜４.００質量％，Ｗ：０.２０〜３.００質量％の何れか一種以上を含むものが好ましい。
そして、上記のオーステナイト系ステンレス鋼を素材として、固体高分子型燃料電池のセパレータが作製される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により提供される燃料電池用ステンレス鋼製セパレータは、耐溶出性を向上させ、さらに表面に窒化物を含む不動態皮膜を形成させることにより表面接触抵抗を低くすることができている。このため、黒鉛製セパレータと比較して加工性及び生産性が格段に優れた燃料電池用セパレータとなり、複数の燃料電池セルをスタックした状態にあっても、表面接触抵抗に起因する内部損失が少なく、発電効率の高い燃料電池が得られる。また、金属イオンの溶出も少ないために電池内汚染を低減でき、総運転時間が数万時間にも達する家庭用定置型燃料電池のセパレータへも適用が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
ステンレス鋼表面の不動態皮膜は、優れた耐食性の発現に有効であるものの、比電気抵抗が高いＣｒの酸化物及び水酸化物からなる、表面接触抵抗は本質的に高い。
本発明者等は、金属イオンの溶出を抑制する適正成分系を探索するとともに、酸化物よりも導電性の高い窒化物を皮膜中に導入すること、さらには酸洗処理を施して酸化物を低減することにより本発明に至った。
以下にその詳細を説明する。
【００１６】
まず、オーステナイト系ステンレス鋼に含まれる合金成分，含有量等を説明する。
Ｃ：０.０５０質量％以下
オーステナイト系ステンレス鋼の加工性に悪影響を及ぼす成分であり、特に多量のＣｒ，Ｍｏを含む合金系では加工性を確保するため可能な限りＣを低減することが好ましい。そこで、Ｃ含有量の上限を０.０５０質量％に規定した。さらに高レベルの加工性が要求される場合、Ｃ：０.０１０質量％以下が好ましい。
【００１７】
Ｓｉ：１.５０質量％以下，Ｍｎ：２.００質量％以下
Ｓｉ，Ｍｎは窒化物含有皮膜を形成する際に、酸化物を形成して表面接触抵抗を著しく増加させる。また、Ｍｎは水溶性のある介在物を形成した耐食性を低下させる。このため、これらの元素は低いほど好ましく、それぞれ１.５０質量％，２.００質量％を上限とする。
【００１８】
Ｐ：０.０２０〜０.０８０質量％
高湿度，酸性環境においてセパレータの耐食性，耐全面腐食性，耐溶出性を顕著に改善し、接触抵抗を低下させる作用も呈する。Ｐ添加の効果は、０.０２０質量％以上で発現するが、０.０２６質量％以上が好ましい。しかし、Ｐ添加量の増加に伴い素材が硬質化して加工性に支障をきたすので、Ｐ含有量の上限を０.０８０質量％に規定した。耐溶出性，低接触抵抗を高レベルで両立させる上では、０.０２６〜０.０６０質量％の範囲でＰ含有量を選定することが好ましい。
【００１９】
Ｓ：０.００５質量％以下
Ｓは、ステンレス鋼の耐食性及び熱間加工性を低下させる元素であり、本成分系においても可能な限り低いほうが好ましい。このため、Ｓは０.００５質量％以下に規制した。
【００２０】
Ｎｉ：８.０〜３０.０質量％
Ｎｉはオーステナイト相形成に必要な成分である。本用途における耐食性の面から必要なＣｒ量に対し、８.０質量％以上は必要である。Ｎｉを多量に含有させると耐溶出性が劣化するため、上限を３０.０質量％に規定した。
【００２１】
Ｃｒ：１６.０〜３５.０質量％
セパレータ環境における耐溶出性を確保し、導電性を増すために不動態皮膜中に窒化物を安定化させるためには、Ｃｒは、１６.０質量％以上が必要である。Ｃｒ含有量が増加するほど耐溶出性は向上するものの、ステンレス鋼製造時の熱間加工性やデスケール性の低下を招くため、上限を３５.０質量％に規定した。
【００２２】
Ｎｂ：０.０５〜１.００質量％，Ｔｉ：０.０５〜１.００質量％，Ａｌ：０.０４〜２.００質量％，Ｚｒ：０.０５〜１.００質量％，Ｖ：０.０５〜１.００質量％，Ｂ：０.０５〜１.５０質量％
何れも窒素と反応しやすい元素である。窒化物形成による接触抵抗低減のために、何れか一種又は二種以上を積極的に添加される。また、耐溶出性向上にも有効で、各々、以下の理由で規制される。
Ｎｂ，Ｔｉは０.０５質量％以上の添加でＣやＮの固定作用が有効に作用するとともに、固溶しているＮｂ，Ｔｉが窒化物を形成して接触抵抗を低減する。しかし、１.００質量％を超える添加では、加工性が低下する。
【００２３】
Ａｌは、窒化物を形成して接触抵抗を下げるために０.０４質量％は必要である。しかし、２.００質量％を超えると熱間加工性が低下する。このため、Ａｌの添加量は０.０４〜２.００質量％とする。
Ｚｒは、窒化物形成のために最低０.０５質量％以上必要である。しかし、１.００質量％を超えると粗大な介在物が形成されるために製造性が困難となる。このため、Ｚｒの添加量は０.０５〜１.００質量％とする。
【００２４】
Ｖは、窒化物形成のために０.０５質量％以上が必要である。しかし、Ｖの過剰添加は熱間加工性の低下を招くので、上限を１.００質量％に規定した。
Ｂは、窒化物形成のために０.０５質量％以上が必要である。しかし、過剰に添加すると熱間加工性が低下するので、上限を１.５０質量％に規定した。
【００２５】
以上の成分の他に、耐溶出性，耐食性向上のためにＣｒに加え必要に応じてＭｏ，Ｃｕ，Ｗが添加される。
Ｍｏ：０.３０〜５.００質量％，Ｃｕ：０.２０〜４.００質量％，Ｗ：０.２０〜３.００質量％
耐溶出性，耐食性向上の作用を発現させるためには、Ｍｏ，Ｃｕ及びＷはそれぞれ０.３０質量％，０.２０質量％及び０.２０質量％を必要とする。しかし、過剰な添加は熱間加工性の低下や、場合により耐食性低下につながるため、上限をそれぞれ上記値に規定した。
【００２６】
次に、低接触抵抗を発現させるための不動態皮膜の特徴点について説明する。
不動態皮膜の組成
通常のステンレス鋼では、導電性の低いＣｒの酸化物を主成分とした不動態皮膜が表面に形成されているので、接触抵抗が高くセパレータへの適用は困難である。本発明者等が予備実験を積み重ねた結果、ステンレス鋼の表面に形成された不動態皮膜の接触抵抗を、セパレータへの適用を可能にするほどに低下させるためには、窒化物として存在しているＣｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｖ，Ｂの一種以上が総量で３原子％以上含まれ、酸化物を構成しているＳｉとＭｎの総量（Ｓｉ＋Ｍｎ）が５０原子％以下となった不動態皮膜とする必要があることがわかった。
なお、皮膜の組成は、最表層の約３０Åまでの深さにおける各原子の存在割合を示したものである。表面をＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分光法）により分析し、各金属成分を酸化物，窒化物，金属状態に分離して解析した結果から求めた。
【００２７】
窒化物が上記濃度以上に皮膜中に含まれる場合、皮膜内において窒化物が連結して皮膜の導電性が増すものと考えられる。ただし、窒化物を皮膜中へ多く含ませても、Ｓｉ，Ｍｎの酸化物が多い場合は接触抵抗が増大するため、酸化物を構成している（Ｓｉ＋Ｍｎ）は５０原子％以下に規制される。Ｓｉ，Ｍｎの酸化物が多く存在する場合には、皮膜内における窒化物の連結状態が悪くなり、抵抗が増加すると考えられる。
【００２８】
不動態皮膜の膜厚：１０００Å以下
窒化物が含まれている不動態皮膜であっても、厚膜になると接触抵抗が増加する。この場合の接触抵抗の増加は、不動態皮膜の膜厚増加に応じた抵抗の上昇に加え、不動態皮膜内で窒化物が相互に連結した構造が崩れやすくなることに起因すると推察される。セパレータ用途に要求される低接触抵抗を確保する上では、不動態皮膜の膜厚は１０００Å以下にすることが好ましい。
【００２９】
続いて、上記のような不動態皮膜の形成方法について説明する。
窒化処理条件
複合窒化物を含む不動態皮膜は、窒素含有雰囲気中でステンレス鋼を加熱することにより形成される。窒化処理は、ステンレス鋼板の製造過程中、或いはセパレータ形状に加工した後の何れにおいても可能である。
窒化処理は、窒素を５体積％以上含み、残りがアルゴンや水素等の非酸化性ガスからなる雰囲気で行なう。また、加熱雰囲気の水分が多いと酸化の方が大きく進むため、加熱雰囲気の露点は−３５℃以下にすることが好ましい。
加熱温度，加熱時間は、素材であるステンレス鋼の成分に応じて結晶粒度や機械的性質も考慮し、上で述べた不動態皮膜が形成される条件下で定められる。通常は、４００〜１１５０℃の温度範囲，０〜１０時間の均熱時間の範囲で行われる。
【００３０】
酸洗処理
上記窒化処理によって、接触抵抗はセパレータへ適用できるまでのレベルまで低減できるが、さらに安定して接触抵抗を低下させて長時間の低抵抗を維持するためには、窒化処理の後に酸洗処理を施すことが望ましい。酸洗処理を施すことにより、不要なＳｉ，Ｍｎの酸化物を溶解除去し、窒化物の濃縮や連結状態を改善し、低い接触抵抗が安定して得られる。
酸洗処理では、硫酸，塩酸，フッ酸等の非酸化性の酸を用いる。酸濃度：３〜２０％，温度：４０〜６０℃，酸浸漬時間：１〜１５分の範囲内で、各鋼の成分や酸洗前皮膜の組成に適した条件で実施する。上記下限界の条件では酸洗の効果が現れず、また上限の条件を超えると、窒化物も溶解される。
【実施例１】
【００３１】
表１に示すオーステナイト系ステンレス鋼を真空溶解炉で溶製し、鋳造，熱間圧延した後、焼鈍・酸洗及び冷間圧延を繰り返し、最終板厚：０.２ｍｍの冷延板を作製した。ただし、表１に掲げた成分以外に関しては、Ｃを０.０２〜０.０５質量％，Ｎを０.０２〜０.０６質量％，Ｐを０.００２５〜０.００４０質量％，Ｓを０.００７〜０.００３７質量％の範囲に調整した。
得られた冷延板を２５％Ｎ2＋７５％Ｈ2，露点−５２℃の雰囲気にて、１０００℃×３時間の窒化処理を行なった。一部の供試材については、窒化処理後にフッ酸，硫酸，塩酸にて酸洗処理を行なった。
そして、窒化処理後又は酸洗処理後に、不動態皮膜に含まれている窒化物の種類及び窒化している金属の濃度並びに酸化物として存在しているＳｉとＭｎの濃度を、ＥＳＣＡを用いて分析した。
【００３２】
2007191763.tif 000002
【００３３】
さらに、窒化処理の後，酸洗処理の後、及びセパレータ環境を想定した耐溶出性試験の後の接触抵抗を測定した。
なお、接触抵抗は次の方法で測定した。すなわち、カーボンペーパを５０ｍｍ角の試験片の表面に接触させ、５ｋｇｆ／ｃｍ2の面圧を加えたときの接触抵抗値を四端子法で測定した。そして、接触抵抗測定ρ'（ｍΩ・ｃｍ2）は、測定した抵抗値をＲ（ｍΩ）とし、試験片断面積Ｓ（ｃｍ2）を用いて、ρ'＝Ｒ×Ｓ（ｍΩ・ｃｍ2）より算出した。
また、耐溶出性試験は、燃料電池内において、イオン交換膜が分解し、ＳＯ2-やＦ-を含む液に接した場合を想定し、酸浸漬試験により評価した。酸浸漬試験には、８０℃，１００ｐｐｍＨ2ＳＯ4+１００ｐｐｍＨＦの酸液を用い、試験片を酸液に５００時間浸漬した。
【００３４】
窒化処理後及び酸洗処理後の不動態皮膜の組成並びに耐溶出試験後の接触抵抗を表２に示す。
表２の調査結果にみられるように、本発明の組成の皮膜が形成された鋼は耐溶出試験後も安定した接触抵抗を示した。さらに窒化処理後に酸洗処理を行なったものは特に低い抵抗を維持できていた。
これに対して、Ｃｒ濃度が低く、皮膜中に窒化物が含まれていないＮｏ.１は、初期の段階から接触抵抗は高く、しかも素材ステンレス鋼の耐食性が十分でないために酸浸漬試験後に接触抵抗が著しく上昇していた。皮膜中に窒化物を含ませていてもＣｒ濃度の低いＮｏ.２は、素材ステンレス鋼の耐食性が十分でないために初期の接触抵抗は低レベルであったが、酸浸漬試験後には接触抵抗がかなり上昇していた。
また、Ｃｒ濃度が高くても皮膜中に含ませた窒化物の量が少ないＮｏ.４，５は所望の低接触抵抗は得られなかった。さらに、皮膜中に十分な量の窒化物を含ませても、素材の過剰な含有Ｓｉ，Ｍｎによって皮膜中のＳｉ，Ｍｎの酸化物量が多くなったＮｏ.８，９は、接触抵抗がかなり高くなっていた。
【００３５】
2007191763.tif 000003
【実施例２】
【００３６】
次に、これらの窒化処理及び酸洗処理したステンレス鋼の一部を、プレスにより０.４ｍｍ高さのガス流路を形成したセパレータを作製した。
作製されたセパレータを単セルに装着し、燃料極ガスを水素、酸化極ガスを空気として発電させた。加湿は、燃料極（水素極）のみに露点８０℃で行い、電池反応で得られた凝縮水を循環させ、加湿側に再供給する構造とした。なお、セパレータ以外の配管や純水容器にはフッ素樹脂を用い、加湿用純水の容量は５リットルとした。そして、蒸発等により少なくなった純水は３００時間毎に補給した。さらに、２５００時間で純水を全て取り替えるとともに、純水中の溶出金属イオン量をＩＣＰ−ＭＡＳＳ法にて分析した。
０.３Ａ／ｃｍ2の定電流運転において、初期の電池出力は何れも０.７０〜０.７３Ｖであった。１００００時間の連続運転を行い、１０００時間当りの出力低下（ｍＶ）にて電池の性能劣化度を評価した。
さらに、試験終了後のステンレス鋼セパレータの腐食状態を目視観察した。
【００３７】
表３に、セパレータの電池試験前後の接触抵抗，１０００時間当りの出力低下，加湿器中の溶出金属イオン量及びセパレータの腐食状態を示す。
本発明のステンレス鋼を用いたセパレータの接触抵抗は、１００００時間の電池運転の後にあっても上昇は低く、溶出量は少なく腐食も生じていなかった。また電池の出力低下は非常に小さかった。
一方、Ｎｏ.２のセパレータは、初期の接触抵抗は低いものの、長時間の運転で金属が溶出し、しかも赤さびが発生していた。さらに接触抵抗が上昇し、燃料電池の出力が大幅に低下していた。
以上の結果から、本発明のステンレス鋼をセパレータに用いることにより、燃料電池の出力を高い状態で維持することができ、燃料電池の高耐久化が期待できることがわかる。
【００３８】
2007191763.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】固体高分子膜をイオン交換膜に用いた燃料電池の内部構造を示す断面図
【図２】同燃料電池の分解斜視図
【符号の説明】
【００４０】
１：イオン交換膜    ２：酸化極    ３：燃料極    ４：ガスケット    ５：セパレータ６：酸化性ガスの供給口    ７：酸化性ガスの排出口    ８：燃料ガスの供給口    
９：燃料ガスの排出口    １０：セパレータに形成した溝    
ｇ：燃料ガス及びその流れ    o：酸化性ガス及びその流れ
【図１】
2007191763.tif 000005
【図２】
2007191763.tif 000006