(57)【要約】【課題】抗菌性に優れ水アカ等の発生を抑制したセパレータを備えた固体高分子型燃料電池を提供する。【解決手段】本発明の固体高分子型燃料電池は、電解質−電極アッセンブリを挟持するセパレータを備えた固体高分子型燃料電池であって、前記セパレータは冷却水流路を備え、該冷却水流路を画定する内表面の少なくとも一部が、ラクトフェリンを含むコーティング剤により被覆されてなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質−電極アッセンブリを挟持するセパレータを備えた固体高分子型燃料電池であって、
前記セパレータは冷却水流路を備え、該冷却水流路を画定する内表面の少なくとも一部が、ラクトフェリンを含むコーティング剤により被覆された、固体高分子型燃料電池。
【請求項２】
前記コーティング剤は、ラクトフェリン、光硬化性樹脂、撥水性樹脂、及び溶剤を含む、請求項１記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項３】
前記ラクトフェリンは、アポ型ラクトフェリンである、請求項１又は２に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項４】
ラクトフェリンに、少なくとも撥水性樹脂、及び溶剤を混合してコーティング剤を調整する工程と、
前記コーティング剤を、電解質−電極アッセンブリを挟持するセパレータが画定する冷却水流路の内表面の少なくとも一部に塗布する工程と、
前記塗布したコーティング剤を、前記内表面に固着させる工程と、
を含む、固体高分子型燃料電池の製造方法。
【請求項５】
前記ラクトフェリンは、アポ型ラクトフェリンである、請求項４記載の固体高分子型燃料電池の製造方法。
【請求項６】
前記コーティング剤は、さらに光硬化性樹脂を含み、
前記塗布したコーティング剤を前記内表面に固着させる工程は、前記塗布したコーティング剤にレーザー光を照射して、前記内表面に光固定化する工程である、請求項４又は５に記載の固体高分子型燃料電池の製造方法。
【請求項７】
前記コーティング剤の塗布にインクジェット塗布装置を用いる、請求項４〜６の何れかに記載の固体高分子型燃料電池の製造方法。
【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及びその製造方法に関し、特に、抗菌性に優れ水アカ等の発生を抑制できるセパレータを備えた固体高分子型燃料電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池は、電解質膜、アノード電極、及びカソード電極からなる電解質−電極アッセンブリを、セパレータで挟持したセルを複数積層することによって構成されている。セパレータには、燃料、酸化剤、及び冷媒の流路が形成され、また、各セルに燃料、酸化剤、及び冷媒を供給又は排出するためのマニホールドが形成されている。
【０００３】
従来、セパレータの冷媒流路に光触媒を配置した燃料電池の冷却装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、燃料電池において、熱硬化性樹脂をバインダーとしたカーボンプレート成形品の表面上にレーザーを照射して、ガスケットとカーボンプレートとの接着力を向上させる表面処理方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
また、タンパク質を用いた親水性塗膜をセパレータのガス通流溝の内表面に形成した燃料電池が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００４−１６５１２１号公報
【特許文献２】特開２００４−１５８３４６号公報
【特許文献３】特開２００２−２０６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、セパレータが備える冷却水流路を冷却水が流れる際において水アカ等が発生し、これによって冷却性能が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、抗菌性に優れ水アカ等の発生を抑制できるセパレータを備えた固体高分子型燃料電池及びその製造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】
【０００６】
本発明者は、鋭意検討の結果、セパレータが冷却水流路を備え、該冷却水流路を画定する内表面の少なくとも一部を、ラクトフェリンを含むコーティング剤により被覆することにより、優れた固体高分子型燃料電池が提供されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、（１）電解質−電極アッセンブリを挟持するセパレータを備えた固体高分子型燃料電池であって、前記セパレータは冷却水流路を備え、該冷却水流路を画定する内表面の少なくとも一部が、ラクトフェリンを含むコーティング剤により被覆された、固体高分子型燃料電池；（２）前記コーティング剤は、ラクトフェリン、光硬化性樹脂、撥水性樹脂、及び溶剤を含む、前記（１）記載の固体高分子型燃料電池；（３）前記ラクトフェリンは、アポ型ラクトフェリンである、前記（１）又は（２）に記載の固体高分子型燃料電池；（４）ラクトフェリンに、少なくとも撥水性樹脂、及び溶剤を混合してコーティング剤を調整する工程と、前記コーティング剤を、電解質−電極アッセンブリを挟持するセパレータが画定する冷却水流路の内表面の少なくとも一部に塗布する工程と、前記塗布したコーティング剤を、前記内表面に固着させる工程と、を含む、固体高分子型燃料電池の製造方法；（５）前記ラクトフェリンは、アポ型ラクトフェリンである、前記（４）記載の固体高分子型燃料電池の製造方法；（６）前記コーティング剤は、さらに光硬化性樹脂を含み、前記塗布したコーティング剤を前記内表面に固着させる工程は、前記塗布したコーティング剤にレーザー光を照射して、前記内表面に光固定化する工程である、前記（４）又は（５）に記載の固体高分子型燃料電池の製造方法；（７）前記コーティング剤の塗布にインクジェット塗布装置を用いる、前記（４）〜（６）の何れかに記載の固体高分子型燃料電池の製造方法；を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、抗菌性に優れ水アカ等の発生を抑制したセパレータを備えた固体高分子型燃料電池及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の固体高分子型燃料電池は、電解質−電極アッセンブリを挟持するセパレータを備えた固体高分子型燃料電池であって、前記セパレータは冷却水流路を備え、該冷却水流路を画定する内表面の少なくとも一部が、ラクトフェリンを含むコーティング剤により被覆されて構成される。
【００１０】
これにより、抗菌性に優れ水アカ等の発生を抑制できるセパレータを備えた固体高分子型燃料電池を得ることができる。
すなわち、上記構成とすることにより、セパレータが備えた冷却水流路を冷却水が流れる際における水アカ等の汚れの発生を抑制し、冷却性能を維持することができる。冷却性能の維持によって、冷却水流路の形状を維持し、冷却水流路が閉塞するのを防止することができ、セパレータの防食性、耐候性、耐久性、放電性（導電性）の向上を図ることができる。
【００１１】
これは、ラクトフェリンのキレート作用により、微生物が生育に必要とする鉄分が冷却水から奪われるため、生育に際して鉄分を必要とする微生物の増殖を抑制して、セパレータの抗菌性を向上させるためである。
なお、本発明において「冷却水」とは、水を主として含む冷媒を意味する。
【００１２】
ラクトフェリンは、例えば、大腸菌、クレブシェラ等のグラム陰性菌、クロストリジウム、ブドウ球菌、連鎖球菌、さらに酵母の一種であるカンジダ・アルビカンス等に対して、優れた抗菌効果を有する。
【００１３】
ラクトフェリンは、1939年に牛乳から発見された哺乳動物の母乳、涙、唾液、胆汁等に含まれるタンパク質である。ラクトフェリンの分子量は約８万である。ラクトフェリン１分子は、２箇所の金属結合部位を持っており、３価の鉄イオン（Ｆｅ3+）を可逆的に配位結合している。
【００１４】
前記冷却水流路を画定する内表面の少なくとも一部が前記コーティング剤により被覆されていればよいが、前記内表面の全てが前記コーティング剤により被覆されていることが好ましい。
【００１５】
前記冷却水流路は、セパレータにおけるカソード側とアノード側の両方に設けられていることが好ましい。
カソード側の内表面のみ、又はアノード側の内表面のみが前記コーティング剤により被覆されていてもよいが、両方の内表面が被覆されていることが好ましい。
【００１６】
前記コーティング剤は、ラクトフェリン、光硬化性樹脂、撥水性樹脂、及び溶剤を含むことが好ましい。
光硬化性樹脂としては、エポキシアクリレート、ウレタンアクリオレート等のオリゴマー（光重合体）、反応性希釈剤、光重合開始剤の混合物が好ましく、撥水性樹脂としては、ＰＴＦＥ微粒子（最大粒子径１μｍ）が好ましく、溶剤としては、エタノールが好ましい。
【００１７】
前記ラクトフェリンは、アポ型ラクトフェリンであることが好ましい。
アポ型ラクトフェリンは、鉄イオンを遊離したラクトフェリンであり、鉄、銅、亜鉛、アルミニウム、コバルト、ガリウム等の金属イオンと結合して、冷却水中の金属イオンの含有量を減少させる機能を有する。特に、鉄イオンや銅イオン等と結合しやすい。
【００１８】
本発明の固体高分子型燃料電池の製造方法は、ラクトフェリンに、少なくとも撥水性樹脂、及び溶剤を混合してコーティング剤を調整する工程と、前記コーティング剤を、電解質−電極アッセンブリを挟持するセパレータが画定する冷却水流路の内表面の少なくとも一部に塗布する工程と、前記塗布したコーティング剤を、前記内表面に固着させる工程と、を含む。
【００１９】
これにより、抗菌性に優れ水アカ等の発生を抑制できるセパレータを備えた固体高分子型燃料電池を得ることができる。
前記塗布したコーティング剤を前記内表面に固着させる工程は、前記塗布したコーティング剤に、例えば、エキシマレーザー等のレーザー光を照射、又はＸ線その他の電磁波を照射して、前記内表面に固着させる工程であってもよい。
【００２０】
前記ラクトフェリンは、アポ型ラクトフェリンであることが好ましい。
アポ型ラクトフェリンは、冷却水流路を画定する内表面に安定に固着されることが好ましい。安定固着することにより、アポ型ラクトフェリンの冷却水中への溶出を抑制できる。
【００２１】
前記コーティング剤は、さらに光硬化性樹脂を含み、前記塗布したコーティング剤を前記内表面に固着させる工程は、前記塗布したコーティング剤にレーザー光を照射して、前記内表面に光固定化する工程であることが好ましい。
コーティング剤が光硬化性樹脂を含むことにより、レーザー光により光固定化する際に、アポ型ラクトフェリンが高温度（８０℃以上）によって変質することを抑制することができる。
【００２２】
前記コーティング剤の塗布には、インクジェット塗布装置を用いることが好ましい。
すなわち、インクジェット塗布装置を用いて、インクジェット方式によりノズル先端からコーティング剤を吐出し、冷却水流路の内部をコーティング剤で被覆する。
インクジェット塗布装置を用いて塗布することにより、セパレータが備えた冷却水流路幅が例えば１ｍｍ以下であるような細部においても、高精度にコーティング剤を塗布することができる。
【００２３】
インクジェット塗布装置を用いる場合において、前記コーティング剤は、粒度が最大粒子径１μｍ以下、粘度が５〜２０ｍＰａ・ｓ、表面張力が２０〜３５ｍＮ／Ｍであることが好ましい。
【００２４】
インクジェット塗布装置を用いる場合において、インクジェット塗布装置は、ノズル径が３０〜５０μｍ、ノズル先端からセパレータの冷却水流路の内部までの距離が５ｍｍ以下、インクジェットヘッドの送り速度が３０〜１００ｍｍ／ｓｅｃ、吐出周波数が０．７〜２０ＫＨＺ、コーティング剤の塗布厚さが５〜２０μｍであることが好ましい。
【００２５】
次に、図面を参照して本発明の実施形態をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。当業者は、以下に示す実施形態のみならず様々な変更を加えて実施することが可能であり、かかる変更も本特許請求の範囲に包含される。
【００２６】
図１は、実施形態に係る固体高分子型燃料電池が備えるセル２を示す分解斜視図である。
図２は、実施形態に係るセル２の一部断面図である。図２において図１と同一部材については同一符号を付し、説明は省略する。
【００２７】
図１に示すように、セル２は、電解質膜３１と、これを両面から挟持するアノード電極３２ａ及びカソード電極３２ｂと、からなる電解質−電極アッセンブリ３０と、該電解質−電極アッセンブリ３０を挟持する一対のセパレータ２０ａ，２０ｂと、から構成される。セル２を複数積層することによって、セル積層体（スタック）として、固体高分子型燃料電池が構成される。
【００２８】
電解質膜３１は、高分子材料のイオン交換膜からなる。電解質膜３１は、アノード電極３２ａ及びカソード電極３２ｂよりも僅かに大きく、電解質膜３１には、その周縁部３３を残した状態で電極３２ａ，３２ｂが例えばホットプレス法により接合される。
なお、本実施形態では膜状の電解質を用いているが、本発明の電解質は膜状に限定されない。
【００２９】
アノード電極３２ａ，カソード電極３２ｂは、その表面に付着された白金などの触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材（拡散層）で構成される。アノード電極３２ａには燃料としての水素ガス（燃料ガス）が供給され、カソード電極３２ｂには酸化剤としての空気（酸化ガス）が供給され、これら反応ガスの供給により、電解質−電極アッセンブリ３０内で電気化学反応を生じさせ起電力が得られる。
【００３０】
セパレータ２０ａ，２０ｂは、ガス不透過性の導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えばカーボンや導電性を有する硬質樹脂のほか、アルミニウムやステンレス等の金属（メタル）が挙げられる。セパレータ２０ａ，２０ｂの電極３２ａ，３２ｂ側の面には、耐食性に優れた膜（例えば金メッキで形成された皮膜）が形成されていてもよい。
【００３１】
また、セパレータ２０ａ，２０ｂの両面には、複数の凹部によって画定される溝状の流路が形成されている。セパレータ２０ａの電極３２ａ側の面には水素ガスのガス流路３５が複数形成され、その裏面（外側の面）には冷却水流路３６が複数形成されている。
セパレータ２０ｂの電極３２ｂ側の面には酸化ガスのガス流路３４が複数形成され、その裏面（外側の面）には冷却水流路３６が複数形成されている。ガス流路３４とガス流路３５とは互いに平行となるように形成されている。
【００３２】
隣接する２つのセル２，２に関し、一方のセル２のセパレータ２０ａの外面と、これに隣接するセル２のセパレータ２０ｂの外面とを付き合わせた場合に両者の冷却水流路３６が一体となり断面が例えば矩形あるいはハニカム形の冷却水流路が形成される。
【００３３】
セパレータ２０ａ，２０ｂの長手方向の端部付近には、酸化ガスの入口側のマニホールド１５ａ、酸化ガスの出口側のマニホールド１５ｂ、水素ガスの入口側のマニホールド１６ａ、水素ガスの出口側のマニホールド１６ｂ、冷却水の入口側のマニホールド１７ａ、および冷却水の出口側のマニホールド１７ｂが形成されている。
これらマニホールド１５ａ，１６ｂ，１７ｂ，１５ｂ，１６ａ，１７ａは各セパレータ２０ａ，２０ｂに設けられた略矩形ないしは台形の透孔によって形成されている。
【００３４】
入口側マニホールド１６ａは、連絡通路６１を介してガス流路３５に連通し、出口側マニホールド１６ｂは、連絡通路６２を介してガス流路３５に連通している。入口側マニホールド１５ａは、連絡通路６３を介してガス流路３４に連通し、出口側マニホールド１５ｂは、連絡通路６４を介してガス流路３４に連通している。
【００３５】
セパレータ２０ａにおいて、水素ガスは、入口側マニホールド１６ａから連絡通路６１を通り抜けてガス流路３５に流入し、電解質−電極アッセンブリ３０の発電に供された後、連絡通路６２を通り抜けて出口側マニホールド１６ｂに流出する。
セパレータ２０ｂにおいて、酸化ガスである空気は、入口側マニホールド１５ａから連絡通路６３を通り抜けてガス流路３４に流入し、電解質−電極アッセンブリ３０の発電に供された後、連絡通路６４を通り抜けて出口側マニホールド１５ｂに流出する。
【００３６】
なお、本実施形態では、燃料として水素ガスを用いているが、これに限定されず、燃料としてメタノール、エタノール、ガソリン、軽油、液体水素等の液体燃料、改質ガス、水素含有ガス、天然ガス等の気体燃料等を用いてもよい。
また、酸化剤として空気を用いているが、これに限定されない。
【００３７】
冷却水の入口側マニホールド１７ａは、連絡通路６５を介して冷却水流路３６に連通し、出口側マニホールド１７ｂは、連絡通路６６を介して冷却水流路３６に連通している。
セパレータ２０ａ，ｂにおいて、冷却水は、入口側マニホールド１７ａから連絡通路６５を通り抜けて冷却水流路３６に流入し、連絡通路６６を通り抜けて出口側マニホールド１７ｂに流出する。
【００３８】
電解質膜３１の周縁部３３と、セパレータ２０ａのうちガス流路３５の周囲の部分との間には、第１シール部材１３ａが設けられている。また、電解質膜３１の周縁部３３と、セパレータ２０ｂのうちガス流路３４の周囲の部分との間には、第２シール部材１３ｂが設けられている。
さらに、隣接するセル２，２のセパレータ２０ｂとセパレータ２０ａとの間には、第３シール部材１３ｃが設けられている。この第３シール部材１３ｃは、セパレータ２０ｂにおける冷却水流路３６の周囲の部分と、セパレータ２０ａにおける冷却水流路３６の周囲の部分との間に介在するように設けられてこれらの間をシールする。
第１〜第３シール部材１３ａ〜１３ｃとしては、隣接する部材との物理的な密着により流体を封止する弾性体（ガスケット）や、隣接する部材との化学的な結合により接着する接着剤などを用いることができる。
【００３９】
図２に示すように、セパレータ２０ａ，２０ｂが備える冷却水流路３６の内表面は、コーティング剤１３６により被覆されている。
【００４０】
上記構成により、セパレータが備える冷却水流路を冷却水が流れる際における水アカの発生を抑制し、冷却水流路の形状を維持し、冷却水流路が閉塞するのを防止し、冷却性能を維持することができるので、耐候性、耐久性、抗菌性、防食性、及び導電性を一層向上させたセパレータを備えた固体高分子型燃料電池を得ることができる。
【００４１】
本発明の固体高分子型燃料電池は、例えば燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムとして利用可能なものであるがこれに限られることはなく、各種移動体（例えば船舶や飛行機など）やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システム、さらには定置の燃料電池としても用いることが可能である。
【実施例】
【００４２】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
まず、アポ型ラクトフェリンに、光硬化性樹脂としてディーメック製光硬化性樹脂ＳＣＲ７０１を１０ｇ、撥水性樹脂としてＰＴＦＥ微粒子を１０ｇ、及び溶剤としてエタノールを８０ｇを混合して、アポ型ラクトフェリンの固形分濃度が５重量％のコーティング剤を調整した。得られたコーティング剤は、粒度が最大粒子径１μｍ、粘度が１０ｍＰａ・ｓ、表面張力が３０ｍＮ／Ｍであった。
【００４３】
調整したコーティング剤を、図１、２に示すように、セパレータ２０ａ，２０ｂが備える冷却水流路３６の内表面に、インクジェット塗布装置を用いて、塗布した。インクジェット塗布は、ノズル径が５０μｍ、ノズル先端からセパレータの冷却水流路の内部までの距離が３ｍｍ、インクジェットヘッドの送り速度が６０ｍｍ／ｓｅｃ、吐出周波数が３ＫＨＺ、コーティング剤の塗布厚さが１０μｍの条件で行った。
【００４４】
次に、コーティング剤を塗布した部位に、３０分間レーザー光を照射した。
セパレータ２０ａ，２０ｂ及び各パーツによって、セル２を構成し、さらに各セル２を複数積層して、固体高分子型燃料電池を得た。
【００４５】
得られた固体高分子型燃料電池を、１０００時間稼動させた後、分解して冷却水流路３６を観察したところ、冷却水流路３６の形状の変化・閉塞は認められなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施形態に係る固体高分子型燃料電池が備えるセルを示す分解斜視図である。
【図２】実施形態に係るセルの一部断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１５ａ…酸化ガスの入口側マニホールド（マニホールド）、１５ｂ…酸化ガスの出口側マ
ニホールド（マニホールド）、１６ａ…水素ガスの入口側マニホールド（マニホールド）
、１６ｂ…水素ガスの出口側マニホールド（マニホールド）、１７ａ…冷却水の入口側マ
ニホールド（マニホールド）、１７ｂ…冷却水の出口側マニホールド（マニホールド）、
２０ａ，ｂ…セパレータ、３０…電解質−電極アッセンブリ
【図１】
2007287591.tif 000003
【図２】
2007287591.tif 000004