(57)【要約】【課題】強度に優れた薄型の耐腐蝕性を有する燃料電池用セパレータおよびその製造方法、並びに、それを用いた燃料電池を提供すること。【解決手段】Ｎｉが３５．５〜３６．５％（ｍａｓｓ％）含有され残部がＦｅおよび不可避の不純物よりなるＦｅ−Ｎｉ基合金からなる燃料電池用のセパレータのガス流路の表面に、Ｆｅ３Ｏ４からなる耐腐蝕層を設けること。電解質膜の表裏面に触媒層を設け、該触媒層の前記電解質膜と反対側の面にガス拡散材を設け、該ガス拡散材の前記触媒層と反対側の面に前記セパレータを設けること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路が設けられた、Ｎｉが３５．５〜３６．５％（ｍａｓｓ％）含有され残部がＦｅおよび不可避の不純物よりなるＦｅ−Ｎｉ基合金からなる燃料電池用のセパレータであって、
前記ガス流路の表面にＦｅ３Ｏ４からなる耐腐蝕層が設けられていることを特徴とするセパレータ。
【請求項２】
前記Ｆｅ−Ｎｉ基合金をＨ２Ｏ、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２および不活性ガスからなる混合ガス雰囲気中において４５０〜６１０℃の温度で加熱することにより、前記Ｆｅ−Ｎｉ基合金の表面に前記耐腐蝕層を形成する耐腐蝕層形成工程と、
前記ガス流路の表面以外に存在する耐腐蝕層を除去する耐腐蝕層除去工程を有する請求項１に記載のセパレータの製造方法であって、
前記耐腐蝕層形成工程で用いる前記混合ガス雰囲気中の、Ｈ２分圧とＨ２Ｏ分圧の比が０．０１〜１．００、かつ、ＣＯ分圧とＣＯ２分圧の比が０．０１〜１．００であることを特徴とするセパレータの製造方法。
【請求項３】
前記不活性ガスが、Ｎ２、Ａｒ、或いは、Ｎ２とＡｒの複合ガスであることを特徴とする請求項２に記載のセパレータの製造方法。
【請求項４】
前記耐腐蝕層除去工程が、表面に砥粒を有するベルトサンダーを用いて前記ガス流路の表面以外に存在する耐腐蝕層を除去する研磨工程と、耐腐蝕層が除去されたＦｅ−Ｎｉ基合金表面を、酸を用いて酸洗する酸洗工程を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のセパレータの製造方法。
【請求項５】
前記砥粒が、アルミナまたはシリコンカーバイドであることを特徴とする請求項４に記載のセパレータの製造方法。
【請求項６】
前記酸が、硝酸、硫酸、または、硝酸と硫酸の混酸であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のセパレータの製造方法。
【請求項７】
電解質膜の表裏面に触媒層が設けられ、該触媒層の前記電解質膜と反対側の面にガス拡散材が設けられ、該ガス拡散材の前記触媒層と反対側の面に請求項１に記載のセパレータが設けられたことを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
前記電解質膜が、スルホン基含有パーフルオロカーボン、または、カルボキシル基含有パーフルオロカーボンであることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記ガス拡散材が、導電性多孔性基材であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記導電性多孔性基材が、カーボンペーパー、または、カーボンクロスであることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記触媒層が、触媒を担持した電子伝導性物質、および、プロトン伝導性物質からなることを特徴とする請求項７乃至請求項１０のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記電子伝導性物質が、二酸化珪素、または、炭素であることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記プロトン伝導性物質が、スルホン酸基含有パーフルオロカーボン、ポリエーテルスルフォン、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、または、スルホン化ポリイミドであることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の燃料電池。
【請求項１４】
前記触媒が、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＯｓおよびＩｒから選ばれた１種または２種以上の金属からなることを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項１５】
前記触媒の平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））が１ｎｍ以上５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項１６】
前記電子伝導性物質の前記触媒の担持率が３０〜７０重量％であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐腐蝕性を有する薄型金属セパレータおよびその製造方法、並びに、それを用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質膜の一方の面にアノード（燃料極）、他方の面にカソード（酸化剤極）を設けた電解質膜電極接合体（以下ＭＥＡと記述する）の両側に、セパレータを配した単電池セルを複数積層した構造になっている。
アノードに対向するセパレータ表面には、燃料ガスを流通させるための凹溝状の燃料ガス流路が設けられている。
また、カソードに対向するガスセパレータ表面には、酸化剤ガスを流通させるための凹溝状の酸化剤ガス流路が設けられている。
そして、燃料ガス流路に水素を主体とした改質ガス（又は水素ガス）を供給すると共に、酸化剤ガス流路に酸化剤ガス（通常は空気）を供給し、電解質膜を介して燃料ガスの水素と酸化剤ガスの酸素とにより下記の電気化学反応を生じさせて起電力を得るようにしたものである。
【０００３】
燃料極；Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−                （１）
酸化剤極；４Ｈ＋＋４ｅ−＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ      （２）
【０００４】
セパレータは、隣り合う単電池セルの燃料ガス流路と酸化剤ガス流路を仕切り、燃料ガスと酸化剤ガスの相互流入を防止するものである。
また、セパレータは、ＭＥＡにおいて触媒反応により発生した電子を、外部回路へ供給するための供給路としての役割を有する。
【０００５】
従来、セパレータの材料としては、カーボンが汎用されてきた。
【０００６】
しかし、カーボン製のセパレータは、脆いため機械的な衝撃、振動に弱い。
このため、セパレータには数ｍｍ程度の厚さが必要となり、燃料電池の薄型化の障害となっている。（特許文献１参照）
【０００７】
また、カーボン粉末に熱可塑性樹脂などの高分子材料からなるバインダーを配合し、射出成形などでセパレータを作製する試みがなされている。（特許文献２参照）
【０００８】
しかし、このようにして得られるセパレータも強度に乏しく、強度維持のために、最低でも１〜２ｍｍ程度の厚さが必要となり、燃料電池の薄型化の障害となっている。
【０００９】
そこで、近年、燃料電池の薄型化を実現するために、セパレータの母材として、ＳＵＳ製の金属基薄板を用いる試みがなされている。（特許文献３参照）
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−６７０３号公報
【特許文献２】特開２００５−１００９３３号公報
【特許文献３】特開２００２−１９０３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、ＳＵＳ製の金属基薄板を母材として用いたセパレータは、燃料電池の発電に伴い、ガス流路表面が腐蝕されていくという問題を抱えている。
【００１２】
本発明の課題は、強度に優れた薄型の耐腐蝕性を有する燃料電池用セパレータおよびその製造方法、並びに、それを用いた燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、ガス流路が設けられた、Ｎｉが３５．５〜３６．５％（ｍａｓｓ％）含有され残部がＦｅおよび不可避の不純物よりなるＦｅ−Ｎｉ基合金からなる燃料電池用のセパレータであって、
前記ガス流路の表面にＦｅ３Ｏ４からなる耐腐蝕層が設けられていることを特徴とするセパレータである。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記Ｆｅ−Ｎｉ基合金をＨ２Ｏ、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２および不活性ガスからなる混合ガス雰囲気中において４５０〜６１０℃の温度で加熱することにより、前記Ｆｅ−Ｎｉ基合金の表面に前記耐腐蝕層を形成する耐腐蝕層形成工程と、
前記ガス流路の表面以外に存在する耐腐蝕層を除去する耐腐蝕層除去工程を有する請求項１に記載のセパレータの製造方法であって、
前記耐腐蝕層形成工程で用いる前記混合ガス雰囲気中の、Ｈ２分圧とＨ２Ｏ分圧の比が０．０１〜１．００、かつ、ＣＯ分圧とＣＯ２分圧の比が０．０１〜１．００であることを特徴とするセパレータの製造方法である。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記不活性ガスが、Ｎ２、Ａｒ、或いは、Ｎ２とＡｒの複合ガスであることを特徴とする請求項２に記載のセパレータの製造方法である。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記耐腐蝕層除去工程が、表面に砥粒を有するベルトサンダーを用いて前記ガス流路の表面以外に存在する耐腐蝕層を除去する研磨工程と、耐腐蝕層が除去されたＦｅ−Ｎｉ基合金表面を、酸を用いて酸洗する酸洗工程を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のセパレータの製造方法である。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、前記砥粒が、アルミナまたはシリコンカーバイドであることを特徴とする請求項４に記載のセパレータの製造方法である。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、前記酸が、硝酸、硫酸、または、硝酸と硫酸の混酸であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のセパレータの製造方法である。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、電解質膜の表裏面に触媒層が設けられ、該触媒層の前記電解質膜と反対側の面にガス拡散材が設けられ、該ガス拡散材の前記触媒層と反対側の面に請求項１に記載のセパレータが設けられたことを特徴とする燃料電池である。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、前記電解質膜が、スルホン基含有パーフルオロカーボン、または、カルボキシル基含有パーフルオロカーボンであることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池である。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、前記ガス拡散材が、導電性多孔性基材であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の燃料電池である。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、前記導電性多孔性基材が、カーボンペーパー、または、カーボンクロスであることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池である。
【００２３】
請求項１１に記載の発明は、前記触媒層が、触媒を担持した電子伝導性物質、および、プロトン伝導性物質からなることを特徴とする請求項７乃至請求項１０のいずれか１項に記載の燃料電池である。
【００２４】
請求項１２に記載の発明は、前記電子伝導性物質が、二酸化珪素、または、炭素であることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池である。
【００２５】
請求項１３に記載の発明は、前記プロトン伝導性物質が、スルホン酸基含有パーフルオロカーボン、ポリエーテルスルフォン、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、または、スルホン化ポリイミドであることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の燃料電池である。
【００２６】
請求項１４に記載の発明は、前記触媒が、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＯｓおよびＩｒから選ばれた１種または２種以上の金属からなることを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の燃料電池である。
【００２７】
請求項１５に記載の発明は、前記触媒の平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））が１ｎｍ以上５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の燃料電池である。
【００２８】
請求項１６に記載の発明は、前記電子伝導性物質の前記触媒の担持率が３０〜７０重量％であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の燃料電池である。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１の発明は、ガス流路が設けられた、Ｎｉが３５．５〜３６．５％（ｍａｓｓ％）含有され残部がＦｅおよび不可避の不純物よりなるＦｅ−Ｎｉ基合金からなる燃料電池用のセパレータであって、
前記ガス流路の表面にＦｅ３Ｏ４からなる耐腐蝕層を設けることによって、強度に優れた薄型の耐腐蝕性を有するセパレータを得ることができるものである。
【００３０】
請求項２の発明は、前記Ｆｅ−Ｎｉ基合金をＨ２Ｏ、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２および不活性ガスからなる混合ガス雰囲気中において４５０〜６１０℃の温度で加熱することにより、前記Ｆｅ−Ｎｉ基合金の表面に前記耐腐蝕層を形成する耐腐蝕層形成工程と、
前記ガス流路の表面以外に存在する耐腐蝕層を除去する耐腐蝕層除去工程を有する請求項１に記載のセパレータの製造方法であって、
前記耐腐蝕層形成工程で用いる前記混合ガス雰囲気中の、Ｈ２分圧とＨ２Ｏ分圧の比を０．０１〜１．００、かつ、ＣＯ分圧とＣＯ２分圧の比を０．０１〜１．００とすることによって、セパレータから脱落して燃料電池の運転に支障を与える懸念があるα−Ｆｅ２Ｏ３を発生させることなく、密着性の良好な耐腐蝕性を有するＦｅ３Ｏ４のみをガス流路表面に形成することができるものである。
【００３１】
請求項４の発明は、前記耐腐蝕層除去工程が、表面に砥粒を有するベルトサンダーを用いて前記ガス流路の表面以外に存在する耐腐蝕層を除去する研磨工程と、耐腐蝕層が除去されたＦｅ−Ｎｉ基合金表面を、酸を用いて酸洗する酸洗工程を有することによって、電気伝導の障害となる耐腐蝕層を効率良く除去できるものである。
【００３２】
請求項７の発明は、電解質膜の表裏面に触媒層を設け、該触媒層の前記電解質膜と反対側の面にガス拡散材を設け、該ガス拡散材の前記触媒層と反対側の面に請求項１に記載のセパレータを設けることにより、強度に優れた薄型の耐腐蝕性を有する燃料電池を得ることができるものである。
【００３３】
請求項９の発明は、前記ガス拡散材として導電性多孔性基材を用いることにより、ＭＥＡで発生した電子を外部回路に伝導することができるものである。
【００３４】
請求項１４の発明は、触媒が、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＯｓおよびＩｒから選ばれた１種または２種以上の貴金属からなるが、これら１Ｂ族または８族の貴金属は酸素還元能力、水素酸化能力が高いので、触媒効率の良い燃料電池を作製することができるものである。
【００３５】
請求項１５の発明は、触媒の平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））が１ｎｍ以上５ｎｍ以下であるので、触媒の単位重量当たりの表面積が非常に大きい、触媒効率の良い出力特性に優れた燃料電池を作製することができるものである。
【００３６】
請求項１６の発明は、前記電子伝導性物質に対する前記触媒の担持率を３０〜７０重量％にすることにより、触媒効率および出力特性に優れた燃料電池を作製することができるものである。（図５参照）
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明のセパレータの作製方法を、図１を基に説明する。
【００３８】
まず、金属薄板１に付着している異物等を洗浄し、その後、金属薄板１とフォトレジスト膜１０との密着性を上げるために、酸性溶液を用いて金属薄板１を整面する。（図１（ａ）参照）
【００３９】
金属薄板１の材料としては、Ｎｉが３５．５〜３６．５％（ｍａｓｓ％）含有され、残部がＦｅおよび不可避の不純物よりなるＦｅＮｉ基合金を用いることができ、その厚さは０．０９ｍｍ〜０．２６ｍｍが好ましい。
【００４０】
Ｎｉが３５．５〜３６．５％（ｍａｓｓ％）含有され、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなるＦｅＮｉ基合金の熱膨張率係数は低い（熱膨張率係数＝０．９〜１．０×１０−６／℃）（０℃〜２００℃の範囲）（図４参照）ので、燃料電池作動温度（固体高分子型燃料電池、アルカリ型燃料電池、硫酸型燃料電池は７０℃〜１２０℃、リン酸型燃料電池は１７０℃〜２００℃）による熱膨張起因の反りが生じ難い、薄型で高強度で耐腐食性を有するセパレータを作製することができる。
【００４１】
特開２００２−１５１０９７号公報によると、通常、燃料電池用のセパレータは２００〜３００μｍ程度の板厚のＳＵＳ等の薄金属板で構成され、薄金属板には、多数の微小高さ（約０．５〜１．０ｍｍ）の突条又は突起が略全面に亙って形成されている、との記載がある。
本発明のセパレータは、通常のセパレータの半分以下の厚さに薄型化することができる。
【００４２】
洗浄法としては、６５〜７５℃に加温したアルカリ脱脂液に金属薄板１を浸漬する方法を用いることができる。
【００４３】
酸性溶液としては、希硫酸、希硝酸または希塩酸などを用いることができる。
【００４４】
整面の方法としては、５５〜６５℃に加温した酸性溶液に、アルカリ脱脂液で洗浄した金属薄板１を浸漬し、その後、水洗し、その後、乾燥する方法を用いることができる。
【００４５】
次に、金属薄板１の表裏両面にフォトレジスト膜１０を形成する。（図１（ｂ）参照）
【００４６】
フォトレジスト膜１０の材料としては、カゼインと重クロム酸アンモニウムからなる水溶性感光性樹脂を用いることができる。
【００４７】
水溶性感光性樹脂の粘度は、１０〜９００ｃｐｓが好ましく、２０〜６００ｃｐｓであれば更に好ましい。
粘度１０ｃｐｓ未満の水溶性感光性樹脂を用いると、加工中に金属薄板１が振動した場合に、水溶性感光性樹脂の塗布ムラが発生し易い。
また、粘度９００ｃｐｓを超える水溶性感光性樹脂は、固形分が高過ぎ、フォトレジスト膜１０の膜厚コントロールが困難となる。
【００４８】
フォトレジスト膜１０の形成方法としては、金属薄板１の巾方向が鉛直方向になるように搬送しながら上方部からフォトレジスト材料を金属薄板１の表裏両面に掛け流し、その後、乾燥するフロー法、または、金属薄板１をフォトレジスト材料に浸漬し、その後、乾燥する浸漬法などを用いることができる。
【００４９】
フォトレジスト膜１０の厚さは、６μｍ〜３０μｍを用いることができ、好ましくは、７〜８μｍを用いることができる。
【００５０】
次に、セパレータのガス流路および外形輪郭線形成用の遮光部２１を有するパターン形成用マスク２０を、金属薄板１のガス流路および外形輪郭線パターンを形成する面上に存在するフォトレジスト膜１０上に密着させる。（図１（ｃ）参照）
【００５１】
次に、フォトレジスト膜１０を露光硬化させて、水性溶媒に対して不溶化である水性溶媒不溶化フォトレジスト層１０´を形成する。（図１（ｄ）参照）
【００５２】
金属薄板１のガス流路および外形輪郭線パターンを形成する面上に存在するフォトレジスト膜１０の露光硬化方法としては、出力２．５〜３．５ｋＷの超高圧水銀灯を用いて、パターン形成用マスク２０を介して、フォトレジスト膜１０に１５００〜１７００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射する方法を用いることができる。
【００５３】
金属薄板１のガス流路および外形輪郭線パターンを形成しない面上に存在するフォトレジスト膜１０の露光硬化方法としては、パターン形成用マスクを介さないで、出力２．５〜３．５ｋＷの超高圧水銀灯を用いて、フォトレジスト膜１０に１５００〜１７００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射する方法を用いることができる。
【００５４】
次に、パターン形成用マスク２０を外す。（図１（ｅ）参照）
【００５５】
次に、露光されていない未硬化のフォトレジスト膜１０を現像して除去する。（図１（ｆ）参照）
【００５６】
現像する方法としては、未硬化のフォトレジスト膜１０を水性溶媒等にて０．０５〜０．３５ＭＰａの圧力でスプレー現像して除去する方法を用いることができる。
スプレーの圧力が０．０５ＭＰａより小さいと、未硬化のフォトレジスト膜１０が完全に除去しきれないことが懸念される。
また、スプレーの圧力が０．３５ＭＰａより大きいと、金属薄板１が変形することが懸念される。
【００５７】
次に、水性溶媒不溶化フォトレジスト層１０´（紫外線硬化したフォトレジスト層）の硬膜処理を行う。
【００５８】
硬膜処理方法としては、水性溶媒不溶化フォトレジスト層１０´（紫外線硬化したフォトレジスト層）に対して、３０℃〜４０℃下で、濃度３０〜４０ｇ／リットルの無水クロム酸溶液を０．０５〜０．３５ＭＰａの圧力でスプレーし、その後、１４５〜１５５℃の雰囲気中において１．５〜２．５分間乾燥し、その後、１８０〜２２０℃の雰囲気中において１〜２分間ベーキングする方法を用いることができる。
【００５９】
硬膜処理が不十分であった場合、水性溶媒不溶化フォトレジスト層１０´（紫外線硬化したフォトレジスト層）の耐エッチング性および金属薄板１への密着性が悪くなり、次工程のエッチング処理において、形状不良が生じることが懸念される。
【００６０】
水性溶媒不溶化フォトレジスト層１０´（紫外線硬化したフォトレジスト層）の耐エッチング性が悪くなることで、エッチング中にエッチング液が水性溶媒不溶化フォトレジスト層１０´（紫外線硬化したフォトレジスト層）中に浸透して金属薄板１に接触することにより、金属薄板１に不要なエッチングが入り、形状不良が発生する場合がある。
【００６１】
また、水性溶媒不溶化フォトレジスト層１０´（紫外線硬化したフォトレジスト層）の金属薄板１への密着性が悪くなることで、エッチング中に水性溶媒不溶化フォトレジスト層１０´（紫外線硬化したフォトレジスト層）が金属薄板１から剥がれ、剥がれた水性溶媒不溶化フォトレジスト層１０´（紫外線硬化したフォトレジスト層）が金属薄板１の他の部位に付着し、その部分のエッチングを阻害することが懸念される。
【００６２】
次に、セパレータのガス流路および外形輪郭線をエッチングにより形成する。（図１（ｇ）参照）
【００６３】
エッチングの方法としては、金属薄板１に、７０℃〜８０℃下において、比重１．５１０〜１．５１５の塩化第二鉄を０．２５〜０．３５ＭＰａの圧力でスプレーし、その後、水洗する方法を用いることができる。
【００６４】
次に、水性溶媒不溶化フォトレジスト層１０´（紫外線硬化したフォトレジスト層）を剥膜して、その後、セパレータの外形輪郭線を切欠として金属薄板１からセパレータの外形輪郭線以内の部分（ハーフエッチング板１´）を抜き出す。（図１（ｈ）参照）
【００６５】
剥膜の方法としては、液温７０℃〜９０℃、２５〜３５重量％のＮａＯＨ水溶液を０．０５〜０．３５ＭＰａの圧力でスプレーし、その後、水洗し、その後、乾燥する方法を用いることができる。
【００６６】
次に、ハーフエッチング板１´表面に耐腐蝕層２を形成する。（図１（ｉ）参照）
【００６７】
耐腐蝕層２の形成方法としては、ハーフエッチング板１´をＨ２Ｏ、ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２および不活性ガスからなる混合ガス雰囲気中において４５０〜６１０℃の温度で加熱する方法を用いることができる。
混合ガス雰囲気中のＨ２分圧とＨ２Ｏ分圧の比を０．０１〜１．００、かつ、ＣＯ分圧とＣＯ２分圧の比を０．０１〜１．００とすることにより、セパレータから脱落して燃料電池の運転に支障を及ぼす懸念があるα−Ｆｅ２Ｏ３を発生させることなく、密着性の良好な耐腐蝕性を有するＦｅ３Ｏ４のみをガス流路表面に形成することができる。
【００６８】
Ｈ２分圧とＨ２Ｏ分圧の比が０．０１未満であると、ハーフエッチング板１´表面で急激な酸化が起こり、α−Ｆｅ２Ｏ３が発生してしまう。
また、Ｈ２分圧とＨ２Ｏ分圧の比が１を超えると、ハーフエッチング板１´表面へのＦｅ３Ｏ４の生成速度が遅く、経済上の観点から好ましくない。
【００６９】
また、ＣＯ分圧とＣＯ２分圧の比が０．０１未満であると、ハーフエッチング板１´表面で急激な酸化が起こり、α−Ｆｅ２Ｏ３が発生してしまう。
また、ＣＯ分圧とＣＯ２分圧の比が１を超えると、ハーフエッチング板１´表面へのＦｅ３Ｏ４の生成速度が遅く、経済上の観点から好ましくない。
【００７０】
不活性ガスとしては、Ｎ２、Ａｒ、或いは、Ｎ２とＡｒの複合ガスを用いることが、経済上の観点から好ましい。
【００７１】
最後に、ガス流路の表面以外に存在する耐腐蝕層を除去し、その後、酸洗することにより、セパレータを得る。（図１（ｊ）参照）
【００７２】
除去する方法としては、表面にアルミナまたはシリコンカーバイド砥粒を装着したベルトサンダーを用いて研磨する方法を用いることができる。
また、酸洗する方法としては、５５〜６５℃に加温した硝酸、硫酸、または、硝酸と硫酸の混酸に浸漬し、その後、水洗し、その後、乾燥する方法を用いることができる。
【００７３】
表面にアルミナまたはシリコンカーバイド砥粒を装着したベルトサンダーを用いて研磨することにより、ガス流路の表面以外に存在する耐腐蝕層を短時間で除去することができる。
研磨中に、ベルトサンダーに装着されていた砥粒が、ハーフエッチング板１´表面付近に埋没する。
セパレータ中に砥粒が存在すると、セパレータの電気抵抗が大きくなり、燃料電池の出力を低下させてしまう。
酸洗することにより、砥粒を除去する。
【００７４】
本発明の燃料電池の製造方法の一例を、図２を基に説明する。
【００７５】
まず、ガス拡散材１０１上に触媒層１０２を形成することにより、電極１００を形成する。（図２（ａ）参照）
【００７６】
ガス拡散材１０１の材料としては、カーボンペーパー、カーボンクロスを用いることができる。
【００７７】
触媒層１０２の材料としては、プロトン伝導性物質であるスルホン基含有パーフルオロカーボン、ポリエーテルスルフォン、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリイミド等、および、電子伝導性物質である二酸化珪素、炭素等、および、触媒である金、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、オスミニウムおよびイリジウムを用いることができる。
【００７８】
触媒層１０２の製造方法としては、触媒を担持した電子伝導性物質とプロトン伝導性物質を、ＩＰＡやＮＰＡ等のアルコール、および、水に溶解して触媒インクを生成した後、触媒インクをガス拡散材１０１上に、バーコート、スプレー、または、スクリーン印刷する方法を用いることができる。
【００７９】
電子伝導性物質の触媒の担持率は、３０〜７０重量％の範囲にすることが好ましい。
【００８０】
次に、２組の電極１００の触媒層１０２どうしを向かい合わせにして、電解質膜２００を挟み込み熱圧着して、ＭＥＡ３００を形成する。（図２（ｃ）参照）
【００８１】
電解質膜２００の材料としては、スルホン基含有パーフルオロカーボン、または、カルボキシル基含有パーフルオロカーボンを用いることができる。
【００８２】
熱圧着に際する加熱温度としては、触媒層１０２および電解質膜２００の樹脂の軟化温度やガラス転位温度を超える温度を用いることができる。
触媒層１０２および電解質膜２００の樹脂がスルホン酸基含有パーフルオロカーボンの場合は、温度１００℃〜３００℃、圧力１ＭＰａ〜１５ＭＰａ、時間５秒〜４００秒の熱圧着条件を用いることができる。
【００８３】
最後に、セパレータ３を介してＭＥＡ３００を複数積層し、その後、ロッドで締結して燃料電池を得る。（図２（ｄ）参照）
【００８４】
ロッドで締結する際の圧力は、ＭＥＡ３００の厚さ方向に対して、面圧１〜２ｋｇ／ｃｍ２とすることが好ましい。
【実施例１】
【００８５】
＜セパレータの作製＞
まず、Ｎｉが３６．０％（ｍａｓｓ％）含有され、残部がＦｅおよび不可避の不純物よりなる厚さが０．１３±０．００４ｍｍのＦｅＮｉ基合金板を、７０℃に加温したアルカリ脱脂液（ヘンケルジャパン社製、ペルシーＬＫ）７％水溶液に２分間浸漬し、ＦｅＮｉ基合金板表面の防錆油およびその他異物を除去した。
【００８６】
次に、ＦｅＮｉ基合金板を６０℃に加温した０．１Ｎの希硫酸に１分間浸漬し、その後、水洗し、その後、乾燥してＦｅＮｉ基合金板を整面した。
【００８７】
次に、水１００重量部、カゼイン１２．６重量部、重クロム酸アンモニウム０．５重量部から成る、粘度５００ｃｐｓのフォトレジストを調整した。
【００８８】
次に、５０℃下において、フォトレジストにＦｅＮｉ基合金板を浸漬し、その後、乾燥して、厚さ７．６〜８．４μｍのフォトレジスト膜を形成した。
【００８９】
次に、長さ１０．００６ｃｍ×巾６０μｍの長方形パターンを４本組み合わせてなる正方矩形状の外形輪郭線を形成するのに用いるパターンと、このパターンの内側に形成された、長さ９．９９４ｃｍ×巾６０μｍの長方形が５００μｍピッチで平行に並んでいるガス流路を形成するのに用いるパターンが遮光部となっているパターン形成用マスク（図３参照）を、ＦｅＮｉ基合金板のガス流路および外形輪郭線パターンを形成する面上に存在するフォトレジスト膜に真空密着させ、ＦｅＮｉ基合金板の表裏面上のフォトレジスト膜から１ｍの距離に配置した出力３ｋＷの超高圧水銀ランプを用いて、フォトレジスト膜に対して１６００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射し、フォトレジスト膜を露光した。
【００９０】
次に、液温３５℃の純水を０．１ＭＰａの圧力で９０秒間スプレーして、現像を行った。
【００９１】
次に、液温２５℃、濃度３２ｇ／リットルの無水クロム酸溶液を０．０５〜０．３５ＭＰａの圧力でスプレーし、その後、１５０℃下で２分間乾燥し、その後、２００℃下で１．５分間バーニングし、水性溶媒不溶化フォトレジスト層（紫外線硬化したフォトレジスト層）を硬膜処理した。
【００９２】
次に、水性溶媒不溶化フォトレジスト層（紫外線硬化したフォトレジスト層）から３００ｍｍ離れた位置に配置したノズルより、液温７５℃、比重１．５１２の塩化第二鉄を０．３ＭＰａの圧力で噴射し、その後、水洗することにより、ＦｅＮｉ基合金板のエッチングを行った。
【００９３】
次に、水性溶媒不溶化フォトレジスト層（紫外線硬化したフォトレジスト層）に対して、液温８０℃、３０重量％のＮａＯＨ水溶液を０．２ＭＰａの圧力で３分間スプレーすることにより、水性溶媒不溶化フォトレジスト層（紫外線硬化したフォトレジスト層）を剥膜し、その後、水洗し、その後、乾燥し、その後、セパレータの外形輪郭線を切欠としてＦｅＮｉ基合金板からハーフエッチング板を抜き出した。
【００９４】
次に、ハーフエッチング板を加熱炉内に収容し、炉内雰囲気の組成比がＣＯ：ＣＯ２＝０．０１、かつ、Ｈ２：Ｈ２Ｏ＝０．０１になるように、炉内に、ガス流量をＣＯ２ガス；１．２００リットル／分、ＣＯガス；０．０１２リットル／分、Ｈ２ガス；０．０１２リットル／分、および、Ｎ２ガス；７．７７６リットル／分とし、露点を５０℃とした混成ガスを流しつつ、炉内温度を６００±５℃で管理し１５分間ハーフエッチング板を加熱することにより、ハーフエッチング板表面に耐腐蝕層を形成した。
【００９５】
次に、Ｘ線回折法を用いて、耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが無く、Ｆｅ３Ｏ４の（３１１）面（２θ＝３５．４２１°）のピーク、Ｆｅ３Ｏ４の（４４０）面（２θ＝６２．５１２°）のピーク、および、Ｆｅ３Ｏ４の（２２０）面（２θ＝３０．０９３°）のピークが存在していることが確認できた。
【００９６】
次に、耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着は見られなかった。
耐腐蝕層が脱落しにくいことが確認された。
【００９７】
次に、アルミナ砥粒を装着したベルトサンダーを用いてガス流路の表面以外に存在する耐腐蝕層を除去し、その後、ガス流路の表面に存在する耐腐蝕層以外の部分を６０℃に加温した０．１Ｎの希硫酸に１分間接触させることにより酸洗して、セパレータを得た。
【００９８】
＜燃料電池の作製＞
まず、厚さ１１０μｍのカーボンペーパー（東レ社製、ＴＧＰ−Ｈ−０３０）を１１０ｍｍ×１１０ｍｍのサイズにカットした。
【００９９】
次に、カットしたカーボンペーパーに付着したゴミを、エアーガンを用いて除去した後、スクリーン印刷機にセットした。
【０１００】
次に、カーボン（米国Ｃａｂｏｔ社製、Ｖｕｌｃａｎ  ＸＣ−７２）に平均粒径が３ｎｍの白金が５０ｗｔ％担持された白金担持カーボン（田中貴金属社製）７．１ｗｔ％、スルホン基含有パーフルオロカーボン（デュポン社製）３．５ｗｔ％、溶媒（１−プロパノ−ル：２−プロパノール＝１：１）８９．４ｗｔ％を混合し、その後、周波数４０ｋＨｚで１５分間超音波撹拌することにより、触媒インクを調整した。
触媒インクの粘度は、２５℃下において３００ｍＰａＳであった。
【０１０１】
次に、調整した触媒インクを２５０メッシュ×線径０．０５ｍｍのスクリーン上に載せた。
次に、スキージ圧５ｋｇｆ／ｃｍ２、スキージ速度１００ｍｍ／秒、スクリーンとカット済みのカーボンペーパーのクリアランスが２．５ｍｍの条件にて、触媒インクをカット済みのカーボンペーパー上に押し出し（スクリーン印刷）、その後、窒素雰囲気中において１２０℃下で１時間の熱処理を施した後、３０分間放冷し、電極（燃料極）および電極（空気極）を作製した。
【０１０２】
次に、電極（燃料極）および電極（空気極）の触媒層どうしを向かい合わせにして、厚さ５０μｍのスルホン基含有パーフルオロカーボンを挟んで、温度１３０℃、圧力３ＭＰａの条件の基、２００秒間熱圧着してＭＥＡを作製した。
【０１０３】
最後に、セパレータを介して、ＭＥＡを３体積層し、その後、ＭＥＡの厚さ方向に対して、面圧１．５ｋｇ／ｃｍ２にてロッドで締結して燃料電池を得た。
【０１０４】
次に、燃料電池の出力を、エレクトロケミカルインターフェース（ソーラトロン社製ＳＩ−１２８７）、周波数応答アナライザー（ソーラトロン社製ＳＩ−１２６０）、電子負荷器（スクリブナー社製８９０ＣＬ）が用いられている燃料電池測定システムＧＦＴ−ＳＧ１（東陽テクニカ社製）を用いて、以下のように測定した。
【０１０５】
まず、上記の燃料電池をグラファイト製の発電セルに装着後、４０℃、相対湿度１００％の条件にて１０時間保管した。
この間、厚さ５０μｍのスルホン基含有パーフルオロカーボン膜を十分に湿潤させる目的で、燃料電池には１Ａ／ｃｍ２の直流電流を発電モードで流し続けた。
【０１０６】
次に、セル温度を８０℃、アノード加湿器温度を８０℃、カソード加湿器温度を８０℃、配管温度を１２０℃、アノードの改質ガス（燃料ガス）（Ｈ２：ＣＯ２：Ｈ２Ｏ＝７２：１８：１０）流量を０．３リットル／分、カソードの酸素ガス流量を１．０リットル／分の条件において１０００時間発電させた後の燃料電池の出力を測定した。
燃料電池の出力は０．９１Ｗ／ｃｍ２であり、良好な出力が得られたことを確認した。
【０１０７】
次に、Ｘ線回折法を用いて、燃料電池を１０００時間運転した後の耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが無く、Ｆｅ３Ｏ４の（３１１）面（２θ＝３５．４２１°）のピーク、Ｆｅ３Ｏ４の（４４０）面（２θ＝６２．５１２°）のピーク、および、Ｆｅ３Ｏ４の（２２０）面（２θ＝３０．０９３°）のピークのみが存在していることが確認できた。
【０１０８】
次に、燃料電池を１０００時間運転した後の耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着は見られなかった。
耐腐蝕層が脱落しにくいことが確認された。
【実施例２】
【０１０９】
炉内雰囲気の組成比がＣＯ：ＣＯ２＝０．５０、かつ、Ｈ２：Ｈ２Ｏ＝０．０１になるように、炉内に、ガス流量をＣＯ２ガス；０．８０８リットル／分、ＣＯガス；０．４０４リットル／分、Ｈ２ガス；０．０１２リットル／分、および、Ｎ２ガス；７．７７６リットル／分とし、露点を５０℃とした混成ガスを流した以外は、実施例１と同様にセパレータを作製した。
【０１１０】
次に、Ｘ線回折法を用いて、耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが無く、Ｆｅ３Ｏ４の（３１１）面（２θ＝３５．４２１°）のピーク、Ｆｅ３Ｏ４の（４４０）面（２θ＝６２．５１２°）のピーク、および、Ｆｅ３Ｏ４の（２２０）面（２θ＝３０．０９３°）のピークのみが存在していることが確認できた。
【０１１１】
次に、耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着は見られなかった。
耐腐蝕層が脱落しにくいことが確認された。
【０１１２】
次に、実施例１と同様に燃料電池を作製し、１０００時間発電させた後の燃料電池の出力を測定した。
燃料電池の出力は０．９１Ｗ／ｃｍ２であり、良好な出力が得られたことを確認した。
【０１１３】
次に、Ｘ線回折法を用いて、燃料電池を１０００時間運転した後の耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが無く、Ｆｅ３Ｏ４の（３１１）面（２θ＝３５．４２１°）のピーク、Ｆｅ３Ｏ４の（４４０）面（２θ＝６２．５１２°）のピーク、および、Ｆｅ３Ｏ４の（２２０）面（２θ＝３０．０９３°）のピークのみが存在していることが確認できた。
【０１１４】
次に、燃料電池を１０００時間運転した後の耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着は見られなかった。
耐腐蝕層が脱落しにくいことが確認された。
【実施例３】
【０１１５】
炉内雰囲気の組成比がＣＯ：ＣＯ２＝１．００、かつ、Ｈ２：Ｈ２Ｏ＝０．０１になるように、炉内に、ガス流量をＣＯ２ガス；０．６０６リットル／分、ＣＯガス；０．６０６リットル／分、Ｈ２ガス；０．０１２リットル／分、および、Ｎ２ガス；７．７７６リットル／分とし、露点を５０℃とした混成ガスを流した以外は、実施例１と同様にセパレータを作製した。
【０１１６】
次に、Ｘ線回折法を用いて、耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが無く、Ｆｅ３Ｏ４の（３１１）面（２θ＝３５．４２１°）のピーク、Ｆｅ３Ｏ４の（４４０）面（２θ＝６２．５１２°）のピーク、および、Ｆｅ３Ｏ４の（２２０）面（２θ＝３０．０９３°）のピークのみが存在していることが確認できた。
【０１１７】
次に、耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着は見られなかった。
耐腐蝕層が脱落しにくいことが確認された。
【０１１８】
次に、実施例１と同様に燃料電池を作製し、１０００時間発電させた後の燃料電池の出力を測定した。
燃料電池の出力は０．９１Ｗ／ｃｍ２であり、良好な出力が得られたことを確認した。
【０１１９】
次に、Ｘ線回折法を用いて、燃料電池を１０００時間運転した後の耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが無く、Ｆｅ３Ｏ４の（３１１）面（２θ＝３５．４２１°）のピーク、Ｆｅ３Ｏ４の（４４０）面（２θ＝６２．５１２°）のピーク、および、Ｆｅ３Ｏ４の（２２０）面（２θ＝３０．０９３°）のピークのみが存在していることが確認できた。
【０１２０】
次に、燃料電池を１０００時間運転した後の耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着は見られなかった。
耐腐蝕層が脱落しにくいことが確認された。
【実施例４】
【０１２１】
炉内雰囲気の組成比がＣＯ：ＣＯ２＝０．０１、かつ、Ｈ２：Ｈ２Ｏ＝０．５０になるように、炉内に、ガス流量をＣＯ２ガス；１．２００リットル／分、ＣＯガス；０．０１２リットル／分、Ｈ２ガス；０．６００リットル／分、および、Ｎ２ガス；７．１８８リットル／分とし、露点を５０℃とした混成ガスを流した以外は、実施例１と同様にセパレータを作製した。
【０１２２】
次に、Ｘ線回折法を用いて、耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが無く、Ｆｅ３Ｏ４の（３１１）面（２θ＝３５．４２１°）のピーク、Ｆｅ３Ｏ４の（４４０）面（２θ＝６２．５１２°）のピーク、および、Ｆｅ３Ｏ４の（２２０）面（２θ＝３０．０９３°）のピークのみが存在していることが確認できた。
【０１２３】
次に、耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着は見られなかった。
耐腐蝕層が脱落しにくいことが確認された。
【０１２４】
次に、実施例１と同様に燃料電池を作製し、１０００時間発電させた後の燃料電池の出力を測定した。
燃料電池の出力は０．９１Ｗ／ｃｍ２であり、良好な出力が得られたことを確認した。
【０１２５】
次に、Ｘ線回折法を用いて、燃料電池を１０００時間運転した後の耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが無く、Ｆｅ３Ｏ４の（３１１）面（２θ＝３５．４２１°）のピーク、Ｆｅ３Ｏ４の（４４０）面（２θ＝６２．５１２°）のピーク、および、Ｆｅ３Ｏ４の（２２０）面（２θ＝３０．０９３°）のピークのみが存在していることが確認できた。
【０１２６】
次に、燃料電池を１０００時間運転した後の耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着は見られなかった。
耐腐蝕層が脱落しにくいことが確認された。
【実施例５】
【０１２７】
炉内雰囲気の組成比がＣＯ：ＣＯ２＝０．５０、かつ、Ｈ２：Ｈ２Ｏ＝０．５０になるように、炉内に、ガス流量をＣＯ２ガス；０．８０８リットル／分、ＣＯガス；０．４０４リットル／分、Ｈ２ガス；０．６００リットル／分、および、Ｎ２ガス；７．１８８リットル／分とし、露点を５０℃とした混成ガスを流した以外は、実施例１と同様にセパレータを作製した。
【０１２８】
次に、Ｘ線回折法を用いて、耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが無く、Ｆｅ３Ｏ４の（３１１）面（２θ＝３５．４２１°）のピーク、Ｆｅ３Ｏ４の（４４０）面（２θ＝６２．５１２°）のピーク、および、Ｆｅ３Ｏ４の（２２０）面（２θ＝３０．０９３°）のピークのみが存在していることが確認できた。
【０１２９】
次に、耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着は見られなかった。
耐腐蝕層が脱落しにくいことが確認された。
【０１３０】
次に、実施例１と同様に燃料電池を作製し、１０００時間発電させた後の燃料電池の出力を測定した。
燃料電池の出力は０．９１Ｗ／ｃｍ２であり、良好な出力が得られたことを確認した。
【０１３１】
次に、Ｘ線回折法を用いて、燃料電池を１０００時間運転した後の耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが無く、Ｆｅ３Ｏ４の（３１１）面（２θ＝３５．４２１°）のピーク、Ｆｅ３Ｏ４の（４４０）面（２θ＝６２．５１２°）のピーク、および、Ｆｅ３Ｏ４の（２２０）面（２θ＝３０．０９３°）のピークのみが存在していることが確認できた。
【０１３２】
次に、燃料電池を１０００時間運転した後の耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着は見られなかった。
耐腐蝕層が脱落しにくいことが確認された。
【実施例６】
【０１３３】
炉内雰囲気の組成比がＣＯ：ＣＯ２＝１．００、かつ、Ｈ２：Ｈ２Ｏ＝０．５０になるように、炉内に、ガス流量をＣＯ２ガス；０．６０６リットル／分、ＣＯガス；０．６０６リットル／分、Ｈ２ガス；０．６００リットル／分、および、Ｎ２ガス；７．１８８リットル／分とし、露点を５０℃とした混成ガスを流した以外は、実施例１と同様にセパレータを作製した。
【０１３４】
次に、Ｘ線回折法を用いて、耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが無く、Ｆｅ３Ｏ４の（３１１）面（２θ＝３５．４２１°）のピーク、Ｆｅ３Ｏ４の（４４０）面（２θ＝６２．５１２°）のピーク、および、Ｆｅ３Ｏ４の（２２０）面（２θ＝３０．０９３°）のピークのみが存在していることが確認できた。
【０１３５】
次に、耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着は見られなかった。
耐腐蝕層が脱落しにくいことが確認された。
【０１３６】
次に、実施例１と同様に燃料電池を作製し、１０００時間発電させた後の燃料電池の出力を測定した。
燃料電池の出力は０．９１Ｗ／ｃｍ２であり、良好な出力が得られたことを確認した。
【０１３７】
次に、Ｘ線回折法を用いて、燃料電池を１０００時間運転した後の耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが無く、Ｆｅ３Ｏ４の（３１１）面（２θ＝３５．４２１°）のピーク、Ｆｅ３Ｏ４の（４４０）面（２θ＝６２．５１２°）のピーク、および、Ｆｅ３Ｏ４の（２２０）面（２θ＝３０．０９３°）のピークのみが存在していることが確認できた。
【０１３８】
次に、燃料電池を１０００時間運転した後の耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着は見られなかった。
耐腐蝕層が脱落しにくいことが確認された。
【実施例７】
【０１３９】
炉内雰囲気の組成比がＣＯ：ＣＯ２＝０．０１、かつ、Ｈ２：Ｈ２Ｏ＝１．００になるように、炉内に、ガス流量をＣＯ２ガス；１．２００リットル／分、ＣＯガス；０．０１２リットル／分、Ｈ２ガス；１．２００リットル／分、および、Ｎ２ガス；６．５８８リットル／分とし、露点を５０℃とした混成ガスを流した以外は、実施例１と同様にセパレータを作製した。
【０１４０】
次に、Ｘ線回折法を用いて、耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが無く、Ｆｅ３Ｏ４の（３１１）面（２θ＝３５．４２１°）のピーク、Ｆｅ３Ｏ４の（４４０）面（２θ＝６２．５１２°）のピーク、および、Ｆｅ３Ｏ４の（２２０）面（２θ＝３０．０９３°）のピークのみが存在していることが確認できた。
【０１４１】
次に、耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着は見られなかった。
耐腐蝕層が脱落しにくいことが確認された。
【０１４２】
次に、実施例１と同様に燃料電池を作製し、１０００時間発電させた後の燃料電池の出力を測定した。
燃料電池の出力は０．９１Ｗ／ｃｍ２であり、良好な出力が得られたことを確認した。
【０１４３】
次に、Ｘ線回折法を用いて、燃料電池を１０００時間運転した後の耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが無く、Ｆｅ３Ｏ４の（３１１）面（２θ＝３５．４２１°）のピーク、Ｆｅ３Ｏ４の（４４０）面（２θ＝６２．５１２°）のピーク、および、Ｆｅ３Ｏ４の（２２０）面（２θ＝３０．０９３°）のピークのみが存在していることが確認できた。
【０１４４】
次に、燃料電池を１０００時間運転した後の耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着は見られなかった。
耐腐蝕層が脱落しにくいことが確認された。
【実施例８】
【０１４５】
炉内雰囲気の組成比がＣＯ：ＣＯ２＝０．５０、かつ、Ｈ２：Ｈ２Ｏ＝１．００になるように、炉内に、ガス流量をＣＯ２ガス；０．８０８リットル／分、ＣＯガス；０．４０４リットル／分、Ｈ２ガス；１．２００リットル／分、および、Ｎ２ガス；６．５８８リットル／分とし、露点を５０℃とした混成ガスを流した以外は、実施例１と同様にセパレータを作製した。
【０１４６】
次に、Ｘ線回折法を用いて、耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが無く、Ｆｅ３Ｏ４の（３１１）面（２θ＝３５．４２１°）のピーク、Ｆｅ３Ｏ４の（４４０）面（２θ＝６２．５１２°）のピーク、および、Ｆｅ３Ｏ４の（２２０）面（２θ＝３０．０９３°）のピークのみが存在していることが確認できた。
【０１４７】
次に、耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着は見られなかった。
耐腐蝕層が脱落しにくいことが確認された。
【０１４８】
次に、実施例１と同様に燃料電池を作製し、１０００時間発電させた後の燃料電池の出力を測定した。
燃料電池の出力は０．９１Ｗ／ｃｍ２であり、良好な出力が得られたことを確認した。
【０１４９】
次に、Ｘ線回折法を用いて、燃料電池を１０００時間運転した後の耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが無く、Ｆｅ３Ｏ４の（３１１）面（２θ＝３５．４２１°）のピーク、Ｆｅ３Ｏ４の（４４０）面（２θ＝６２．５１２°）のピーク、および、Ｆｅ３Ｏ４の（２２０）面（２θ＝３０．０９３°）のピークのみが存在していることが確認できた。
【０１５０】
次に、燃料電池を１０００時間運転した後の耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着は見られなかった。
耐腐蝕層が脱落しにくいことが確認された。
【実施例９】
【０１５１】
炉内雰囲気の組成比がＣＯ：ＣＯ２＝１．００、かつ、Ｈ２：Ｈ２Ｏ＝１．００になるように、炉内に、ガス流量をＣＯ２ガス；０．６０６リットル／分、ＣＯガス；０．６０６リットル／分、Ｈ２ガス；１．２００リットル／分、および、Ｎ２ガス；６．５８８リットル／分とし、露点を５０℃とした混成ガスを流した以外は、実施例１と同様にセパレータを作製した。
【０１５２】
次に、Ｘ線回折法を用いて、耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが無く、Ｆｅ３Ｏ４の（３１１）面（２θ＝３５．４２１°）のピーク、Ｆｅ３Ｏ４の（４４０）面（２θ＝６２．５１２°）のピーク、および、Ｆｅ３Ｏ４の（２２０）面（２θ＝３０．０９３°）のピークのみが存在していることが確認できた。
【０１５３】
次に、耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着は見られなかった。
耐腐蝕層が脱落しにくいことが確認された。
【０１５４】
次に、実施例１と同様に燃料電池を作製し、１０００時間発電させた後の燃料電池の出力を測定した。
燃料電池の出力は０．９１Ｗ／ｃｍ２であり、良好な出力が得られたことを確認した。
【０１５５】
次に、Ｘ線回折法を用いて、燃料電池を１０００時間運転した後の耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが無く、Ｆｅ３Ｏ４の（３１１）面（２θ＝３５．４２１°）のピーク、Ｆｅ３Ｏ４の（４４０）面（２θ＝６２．５１２°）のピーク、および、Ｆｅ３Ｏ４の（２２０）面（２θ＝３０．０９３°）のピークのみが存在していることが確認できた。
【０１５６】
次に、燃料電池を１０００時間運転した後の耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着は見られなかった。
耐腐蝕層が脱落しにくいことが確認された。
【０１５７】
＜比較例１＞
炉内雰囲気の組成比がＣＯ：ＣＯ２＝０．００１、かつ、Ｈ２：Ｈ２Ｏ＝０．０１になるように、炉内に、ガス流量をＣＯ２ガス；１．２１１リットル／分、ＣＯガス；０．００１リットル／分、Ｈ２ガス；０．０１２リットル／分、および、Ｎ２ガス；７．７７６リットル／分とし、露点を５０℃とした混成ガスを流した以外は、実施例１と同様にセパレータを作製した。
【０１５８】
次に、Ｘ線回折法を用いて、耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが存在していることが確認できた。
【０１５９】
次に、耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着が見られた。
【０１６０】
次に、実施例１と同様に燃料電池を作製し、１０００時間発電させた後の燃料電池の出力を測定した。
燃料電池の出力は０．７９Ｗ／ｃｍ２であった。
【０１６１】
＜比較例２＞
炉内雰囲気の組成比がＣＯ：ＣＯ２＝０．００１、かつ、Ｈ２：Ｈ２Ｏ＝１．００になるように、炉内に、ガス流量をＣＯ２ガス；１．２１１リットル／分、ＣＯガス；０．００１リットル／分、Ｈ２ガス；１．２００リットル／分、および、Ｎ２ガス；６．５８８リットル／分とし、露点を５０℃とした混成ガスを流した以外は、実施例１と同様にセパレータを作製した。
【０１６２】
次に、Ｘ線回折法を用いて、耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが存在していることが確認できた。
【０１６３】
次に、耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着が見られた。
【０１６４】
次に、実施例１と同様に燃料電池を作製し、１０００時間発電させた後の燃料電池の出力を測定した。
燃料電池の出力は０．８０Ｗ／ｃｍ２であった。
【０１６５】
＜比較例３＞
炉内雰囲気の組成比がＣＯ：ＣＯ２＝０．０１、かつ、Ｈ２：Ｈ２Ｏ＝０．００１になるように、炉内に、ガス流量をＣＯ２ガス；１．２００リットル／分、ＣＯガス；０．０１２リットル／分、Ｈ２ガス；０．００１リットル／分、および、Ｎ２ガス；７．７８７リットル／分とし、露点を５０℃とした混成ガスを流した以外は、実施例１と同様にセパレータを作製した。
【０１６６】
次に、Ｘ線回折法を用いて、耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが存在していることが確認できた。
【０１６７】
次に、耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着が見られた。
【０１６８】
次に、実施例１と同様に燃料電池を作製し、１０００時間発電させた後の燃料電池の出力を測定した。
燃料電池の出力は０．７９Ｗ／ｃｍ２であった。
【０１６９】
＜比較例４＞
炉内雰囲気の組成比がＣＯ：ＣＯ２＝１．００、かつ、Ｈ２：Ｈ２Ｏ＝０．００１になるように、炉内に、ガス流量をＣＯ２ガス；０．６０６リットル／分、ＣＯガス；０．６０６リットル／分、Ｈ２ガス；０．００１リットル／分、および、Ｎ２ガス；７．７８７リットル／分とし、露点を５０℃とした混成ガスを流した以外は、実施例１と同様にセパレータを作製した。
【０１７０】
次に、Ｘ線回折法を用いて、耐腐蝕層の構造解析を行った。
耐腐蝕層には、α−Ｆｅ２Ｏ３の（１０４）面（２θ＝３３．１５１°）のピークが存在していることが確認できた。
【０１７１】
次に、耐腐蝕層に粘着テープを圧着し、その後、耐腐蝕層から粘着テープを剥離した。
耐腐蝕層の粘着テープへの付着が見られた。
【０１７２】
次に、実施例１と同様に燃料電池を作製し、１０００時間発電させた後の燃料電池の出力を測定した。
燃料電池の出力は０．７９Ｗ／ｃｍ２であった。
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
本発明の、セパレータおよびその製造方法、並びに、それを用いた燃料電池は、電気自動車用電源、家庭用発電システム、携帯電話などのモバイル機器用電源等に用いる固体高分子型燃料電池、アルカリ型燃料電池、硫酸型燃料電池、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】本発明のセパレータの製造工程を説明するための工程フロー図である。
【図２】本発明の燃料電池の製造工程を説明するための工程フロー図である。
【図３】本発明に用いる、パターン形成用マスクを説明するための図である。
【図４】本発明のセパレータに用いるＦｅ−Ｎｉ基合金のＮｉ含有率と、平均熱膨張係数（０℃〜２００℃）の関係を説明するための図である。
【図５】本発明の燃料電池の触媒層における電子伝導性物質の触媒担持率と、燃料電池の出力の関係を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１７５】
１・・・・・・金属薄板
１´・・・・・ハーフエッチング板
２、２´・・・耐腐蝕層
３・・・・・・セパレータ
１０・・・・・フォトレジスト膜
１０´・・・・水性溶媒不溶化フォトレジスト層
２０・・・・・パターン形成用マスク
２１・・・・・セパレータのガス流路および外形輪郭線形成用の遮光部
１００・・・・電極
１０１・・・・ガス拡散材
１０２・・・・触媒層
２００・・・・電解質膜
３００・・・・電解質膜電極接合体（ＭＥＡ）
【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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