(57)【要約】【課題】機械研磨を要しないより簡便な燃料電池用セパレータの製造方法を提供する。【解決手段】不動態被膜３２を有する金属板材料３１を、燃料電池用セパレータの形状を有する成形体３３に成形し、その後、不動態被膜３２を一旦除去して新たな不動態被膜２２を形成し、さらにメッキ対象部分の不動態被膜に欠陥部２４を生じさせてから貴金属メッキを施す燃料電池用セパレータの製造方法において、欠陥部の形成を、メッキ対象部分に対して加熱した銅ブロック３６を押し当てることによって形成するようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不動態被膜を有する金属板材料を、燃料電池用セパレータの形状を有する成形体に成形する第１工程と、
前記第１工程の後、前記成形体の不動態被膜を一旦除去して新たな不動態被膜を形成する第２工程と、
前記第２工程の後、前記成形体のメッキ対象部分を所定の温度に加熱することにより、該メッキ対象部分の不動態被膜において表面粗さを増大させ又は亀裂を生じさせる第３工程と、
前記第３工程の後、前記メッキ対象部分に対して貴金属の電気メッキを施す第４工程とを具備することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項２】
前記メッキ対象部分の加熱は、前記所定の温度に加熱した部材を該メッキ対象部分に接触させることにより行うことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項３】
前記金属板材料はステンレス鋼板であり、前記所定の温度は２００〜４００℃の範囲内の温度であることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池用のセパレータとして、ステンレス鋼を素材として用いたものが知られている。ステンレス鋼は表面に不動態被膜を有するので耐食性に優れており、酸性環境の燃料電池内部でも腐食し難いため、セパレータ用の素材として好ましく用いられる。ところがステンレス鋼には、不動態被膜が電気抵抗となるので、接触抵抗が高いという問題もある。そこで、ステンレス鋼素材を用いる場合、素材の表面に金メッキ等の貴金属メッキを施して、接触抵抗を低減させるようにしている。
【０００３】
しかしながら貴金属は高価であるため、多量に使用すると、セパレータのコストが上がる。したがって、メッキに使用する貴金属の量を減らすために、セパレータが電極と接触する部分にのみ選択的に貴金属メッキを行うことが提案されている。
【０００４】
例えば特許文献１には、セパレータの波状部となる部分の不動態被膜を除去した後、当該部分に新たな不動態被膜を設け、波状部の凸部の水平頂面に機械研磨を施してその部分の不動態被膜に欠陥部を設けてから、メッキ浴中で、その機械研磨を施した水平頂面に対して選択的にメッキ被膜を設けるようにしたセパレータの製造方法が記載されている。
【０００５】
プレス等により波状部を設ける場合、不動態被膜の各所に欠陥部が生じるので、そのままメッキを行うと、各所の欠陥部へメッキ電流が導通することによって不要部分にもメッキが生じることになる。しかるに、特許文献１の方法によれば、一旦不動態被膜を除去して新たな不動態被膜を形成してからメッキを行うようにしているので、不要部分にメッキが生じるのを防止することができる。
【０００６】
また、メッキを行う前に、メッキを形成したい不動態被膜部分に対して機械研磨を施すようにしているため、メッキを行う際には、その不動態被膜部分においてのみメッキ電流が導通するので、その不動態被膜部分に対してのみ選択的にメッキを形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００６／１２９８０６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来のセパレータの製造方法によれば、メッキを形成したい部分に機械研磨を施すようにしているので、機械研磨によりクズ等が発生する。したがって、クズ等をエアにより吹き飛ばしたり、洗浄液により洗い流したりしてクズ等を除去するための設備や工程を必要とする。
【０００９】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、機械研磨を要しないより簡便な燃料電池用セパレータの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、不動態被膜を有する金属板材料を、燃料電池用セパレータの形状を有する成形体に成形する第１工程と、前記第１工程の後、前記成形体の不動態被膜を一旦除去して新たな不動態被膜を形成する第２工程と、前記第２工程の後、前記成形体のメッキ対象部分を所定の温度に加熱することにより、該メッキ対象部分の不動態被膜において表面粗さを増大させ又は亀裂を生じさせる第３工程と、前記第３工程の後、前記メッキ対象部分に対して貴金属の電気メッキを施す第４工程とを具備することを特徴とする。
【００１１】
これによれば、加熱により不動態被膜の表面粗さが増大し又は不動態被膜に亀裂が生じたメッキ対象部分においては、他の部分に比べ、電気メッキを施す際に、メッキ電流の導通が極めて良好に行われる。したがって貴金属によるメッキは、実質的にメッキ対象部分に対してのみ、選択的に行うことができる。その際、亀裂等の生成はメッキ対象部分を加熱するのみで行うことができるので、製造設備や製造工程の簡略化を図ることができる。
【００１２】
第２の発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、第１発明において、前記メッキ対象部分の加熱は、前記所定の温度に加熱した部材を該メッキ対象部分に接触させることにより行うことを特徴とする。
【００１３】
これによれば、十分な大きさの加熱部材を用いることにより、例えば成形体のすべてのメッキ対象部分についての加熱を一度で行うことができるので、製造工程を短縮することができる。また、メッキ対象部分の形状に対して加熱部材の形状を適合させることが容易であるため、微細なメッキ対象部分に対しても容易に対応することができる。
【００１４】
第３の発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、第１又は第２発明において、前記金属板材料はステンレス鋼板であり、前記所定の温度は２００〜４００℃の範囲内の温度であることを特徴とする。
【００１５】
これによれば、ステンレス鋼板の不動態被膜による優れた耐腐食性を享受しつつ、容易に、メッキ対象部分のみに対する選択的な貴金属メッキ被膜の形成を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池用セパレータの一部を切り取って示す斜視図である。
【図２】図１の燃料電池用セパレータにおける要部の詳細を示す断面図である。
【図３】図１の燃料電池用セパレータの製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池用のセパレータの一部を切り取って示す斜視図である。同図に示すように、このセパレータ１０は平行な複数の溝を形成したような形態を有しており、図の上側から（矢印Ａ方向に）見た各溝の間が、下側から（矢印Ｂ方向に）見た各溝となっている。すなわちセパレータ１０は、上側から見た各溝の底を形成する下底部１１、下側から見た各溝の底を形成する上底部１２、及び各下底部１１及び上底部１２間を順次接続して各溝の側面を形成する側面部１３を備える。
【００１９】
セパレータ１０は、図示していない電解質・電極接合体と積層され、燃料電池セルを構成する。その際、セパレータ１０は、各セル間を区画するとともに、電解質・電極接合体のアノード及びカソードとの間で燃料ガス及び酸化ガスの流路を形成する。また、隣接するセパレータ１０間において冷却媒体を流通させるための流路を形成する場合もある。
【００２０】
セパレータ１０はまた、各下底部１１又は上底部１２が電解質・電極接合体のアノードやカソードに接触し、各隣接するセル間を電気的に接続する役割を果たす。したがって、セパレータ１０の下底部１１又は上底部１２と、アノードやカソード等との間の接触抵抗は極力小さいほうが好ましい。セパレータ１０の材料としては、ここでは、耐食性、量産性、加工性等に優れたステンレス鋼板が用いられる。
【００２１】
図２は、セパレータ１０における要部の詳細を示す断面図である。同図に示すように、セパレータ１０を形成するステンレス鋼板は、ステンレス鋼部分２１、及びステンレス鋼部分２１の表面に形成された不動態被膜２２を有する。また、下底部１１の下面及び上底部１２の上面にはメッキ被膜２３が設けられる。また、メッキ被膜２３が下底部１１の下面及び上底部１２の上面にのみ形成されるように、下底部１１の下面及び上底部１２の上面の不動態被膜２２の部分に他より厚い欠陥部２４が形成されている。
【００２２】
欠陥部２４は、不動態被膜の表面粗さが高められ又は亀裂が生成された部分である。メッキ被膜２３は金の電解メッキにより形成され、下底部１１又は上底部１２が接触する電解質・電極接合体のアノード又はカソードと、セパレータ１０との間の接触抵抗を低減させる役割を有する。なお、金メッキの代わりに、ロジウム、白金、又はこれらの２種以上の合金等のメッキにより、同様の効果を有するメッキ被膜２３を形成するようにしてもよい。
【００２３】
不動態被膜２２は、ステンレス鋼部分２１の表面に存在していた不動態被膜を一旦除去し、新たな不動態被膜として再形成されたものである。したがって、除去された不動態被膜には、ステンレス鋼を圧延する際や、圧延したステンレス鋼板をセパレータの形状に成形する際に生じた欠陥が全体的に存在していたのに対し、不動態被膜２２には、下底部１１の下面及び上底部１２の上面に位置する部分を除き、欠陥はほとんど存在しない。
【００２４】
図３は、セパレータ１０の製造工程を示す断面図である。セパレータ１０を製造するに際しては、同図（ａ）に示すように、まず、セパレータ１０の材料として、ステンレス鋼板３１を用意する。ステンレス鋼板３１の表面には、ステンレス鋼に含まれるクロムが酸化することにより生じた不動態被膜３２が存在する。
【００２５】
次に、ステンレス鋼板３１に対してプレス加工等を施すことにより、同図（ｂ）に示すような、セパレータ１０の形状に成形した成形体３３を得る。成形体３３の不動態被膜３２には、ステンレス鋼板３１を製造する際の圧延加工や、プレス加工に際して負荷された応力等により生じた欠陥３４が存在する。したがって、このままメッキを施したのでは、欠陥３４を核として、成形体３３全面に対し、不要な部分にまでメッキ被膜が形成されることになる。
【００２６】
そこで、次に、不動態被膜３２を一旦除去してから、同図（ｃ）に示すような新たな不動態被膜２２を形成する。不動態被膜３２の除去は酸洗処理により行う。処理液としては例えば塩化第二鉄、塩酸、硝酸等を用いることができる。その際、ニッケルメッキ被膜を除去する場合に使用される剥離液等を併用してもよい。不動態被膜３２に生じていた欠陥は、不動態被膜３２の除去に伴って除去されることになる。
【００２７】
新たな不動態被膜２２の形成は、たとえば、酸洗処理を終える際に、成形体３３を処理液から引き上げた直後、２００〜２８０℃に加熱することにより行うことができる。これによれば４〜５ｎｍ程度の厚さを有する不動態被膜２２を形成することができる。また、このようにして形成される不動態被膜２２においては、母材であるステンレス鋼に近い側ではクロムが主成分となり、中ほどから表面までは鉄が主成分となる。
【００２８】
次に、同図（ｄ）に示すように、２００℃以上に加熱した銅ブロック３６を、成形体３３におけるメッキ被膜２３を形成したい部分に対し、矢印Ｃ方向に押し当てる。メッキ被膜２３を形成したい部分は、上述の下底部１１の下面及び上底部１２の上面に位置する不動態被膜２２部分である。このとき、銅ブロック３６として十分な大きさを有するものを用い、メッキ被膜２３を形成したいすべての部分を一度で加熱するのが、生産効率上好ましい。
【００２９】
これにより、同図（ｅ）に示すように、銅ブロック３６が押し当てられた不動態被膜２２の部分において、表面粗さが高められた部分や亀裂が生じた部分である欠陥部２４が形成される。欠陥部２４が生じるのは、銅ブロック３６が押し当てられた部分が加熱されることにより当該部分の不動態被膜２２が成長して厚くなるのにしたがって表面粗さが高くなるためであると考えられる。
【００３０】
このとき、押し当てる銅ブロック３６の温度がほぼ２００℃以上３２０℃未満である場合には、銅ブロック３６が押し当てられた不動態被膜２２部分の表面粗さが他の部分に比べて、電解メッキによるメッキ被膜が容易に形成されうる程度にまで高まった部分として欠陥部２４が形成される。さらに銅ブロック３６の温度がほぼ３２０℃以上である場合には、表面粗さが高まるのに加え、不動態被膜２２と母材であるステンレス鋼部分２１との間の熱膨張率の差により亀裂が生じた部分として欠陥部２４が形成される。なお、銅ブロック３６の温度としては４００℃以下が好適である。４００℃を超えると、銅ブロック３６を押し当てた部分の周辺部も熱せられ不動態被膜が成長し、メッキ被膜が形成される虞があるからである。
【００３１】
次に、成形体３３に対して電解メッキを施すことにより、同図（ｆ）に示すように、下底部１１の下面及び上底部１２の上面にメッキ被膜２３が形成されたセパレータ１０を得る。メッキ浴としては、金メッキ被膜の原材料となるＮａ３［Ａｕ（ＳＯ３）２］等の亜硫酸金塩と、該亜硫酸金塩が解離してＡｕ＋となることを抑制するための錯イオン安定化剤とを添加したものを用いることができる。
【００３２】
Ｎａ３［Ａｕ（ＳＯ３）２］等の亜硫酸金塩をメッキ被膜２３の原材料とする場合には、錯イオン安定化剤の好ましい例としては、例えばＮａＨ２ＰＯ４、Ｎａ４Ｐ２Ｏ７・１０Ｈ２Ｏ等のリン酸塩や、Ｃ６Ｈ５Ｏ７Ｎａ３・２Ｈ２Ｏ等のカルボン酸塩、Ｎａ２ＳＯ３、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７等のナトリウム塩を挙げることができる。もちろん、これらの全成分を同時に添加してもよい。
【００３３】
この場合、各成分の濃度は、例えば、Ｎａ３［Ａｕ（ＳＯ３）２］を７ｇ／リットル、ＮａＨ２ＰＯ４を３０ｇ／リットル、Ｎａ４Ｐ２Ｏ７・１０Ｈ２Ｏを３０ｇ／リットル、Ｃ６Ｈ５Ｏ７Ｎａ３・２Ｈ２Ｏを５０ｇ／リットル、Ｎａ２ＳＯ３を３０ｇ／リットル、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７を１０ｇ／リットルに設定することができる。また、各成分の濃度が１／７となるまで希釈するようにしても、同様の効果を得ることができる。
【００３４】
亜硫酸金塩としては、例えば日本エレクトロプレイティング・エンジニヤース社製の市販品である亜硫酸ＳＴ−１を用いることができる。また、亜硫酸金塩に代えて、シアン化金を用いるようにしてもよい。
【００３５】
亜硫酸金塩及び錯イオン安定化剤をメッキ浴の組成とする場合、たとえばＮａ３［Ａｕ（ＳＯ３）２］は［Ａｕ（ＳＯ３）２］３−を経てＡｕ＋に解離しようとするが、錯イオン安定化剤はこの解離を抑制し、［Ａｕ（ＳＯ３）２］３−の状態に安定化させる。このことは、メッキ浴中のＡｕ＋量を極めて少なくし、金粒子の析出を促進する核が存在しない個所では、メッキ被膜の形成を困難にさせる。
【００３６】
このため、成形体３３にメッキ処理を施した場合、欠陥部２４が形成されていない不動態被膜２２上では、欠陥がほとんど存在しないので、金粒子の析出速度が極めて遅い。これに対し、欠陥部２４が形成された不動態被膜２２部分においては欠陥が存在するので、これが核となって、金粒子が比較的容易に析出する。
【００３７】
したがって、所定の電流密度及び処理時間でメッキ処理を行うことにより、欠陥部２４が形成された不動態被膜２２部分にのみ、メッキ被膜２３が実質的に形成されることになる。その際、メッキ被膜２３の被覆率を、電流密度及び処理時間を制御することにより調整することができる。たとえば、被覆率を１６〜７０％の範囲となるように調整することによって、メッキ被膜２３による十分な接触抵抗の低減効果を得るとともに、母材であるステンレス鋼にガルバニック腐食が生じやすくなるのを防止することができる。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、セパレータの形状に成形してから不動態被膜を除去して新たな不動態被膜を再形成した後、メッキ被膜２３を形成したい部分の不動態被膜を加熱してその部分の不動態被膜に欠陥を生じさせ、メッキ処理を行うようにしたため、メッキ被膜２３を形成したい部分にのみ選択的にメッキ被膜２３を形成することができる。
【００３９】
その際、メッキ被膜２３を形成する部分を２００℃以上で加熱するだけで、該部分の不動態被膜の粗度を高め、又は該部分の不動態被膜に亀裂を生じさせ、粗度の高まった表面の凸部や生じた亀裂の周辺にメッキを選択的に形成することができる。特にステンレス鋼板を素材としているので、３２０℃を超える温度で加熱することにより亀裂を生じさせることができる。この場合、欠陥部２４におけるメッキ形成の速度又は容易性をより向上させることができる。
【００４０】
また、加熱した銅ブロック３６を、メッキ被膜２３を形成する部分に押し当てるだけでその部分の不動態被膜に欠陥を生じさせることができるので、セパレータの製造工程をより効率的なものとし、かつ製造設備をより簡便なものとすることができる。
【００４１】
なお、本発明は上述実施形態に限定されることなく、適宜変形して実施することができる。たとえば、上述においては、銅ブロック３６を押し当てることによりメッキ被膜２３を形成する部分を加熱するようにしているが、加熱の方法はこれに限定されるものではなく、他の方法を用いてもよい。例えば、他の金属のブロックや、メッキ被膜を形成する部分に対応させて成形されたブロックを用いて加熱を行うようにしてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、セパレータの素材としてステンレス鋼板を用いるようにしているが、この代わりに、同様に不動態被膜を形成する性質を有し、かつ加熱により欠陥を生成することができるものであれば、他の種類の金属板を用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０…セパレータ、１１…下底部、１２…上底部、１３…側面部、２１…ステンレス鋼部分、２２…不動態被膜、２３…メッキ被膜、２４…欠陥部、３１…ステンレス鋼板、３２…不動態被膜、３３…成形体、３６…銅ブロック。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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