(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の金属により形成され、電極に供給する燃料ガスまたは酸化ガスの流路を該電極との接触により形成すると共に燃料電池の単位セル間の隔壁をなす金属セパレータであって、
金属面の前記電極と接触する部位の少なくとも一部を被覆する第１の被覆膜と、
該第１の被覆膜とは異なる材料により形成され、前記金属面の該第１の被覆膜により被覆されていない部位を被覆する第２の被覆膜と、
を備え、
前記第２の被覆膜は、キレート樹脂により形成されてなる金属セパレータ。
【請求項２】
前記第１の被覆膜は、前記第２の被覆膜より導電率が高い材料により形成されてなる請求項１記載の金属セパレータ。
【請求項３】
前記第２の被覆膜は、シッフ塩基型キレート樹脂または／およびオキシン型キレート樹脂により形成されてなる請求項１または２に記載の金属セパレータ。
【請求項４】
導電性の金属により形成され、電極に供給する燃料ガスまたは酸化ガスの流路を該電極との接触により形成すると共に燃料電池の単位セル間の隔壁をなす金属セパレータであって、
導電性が高く前記燃料ガスまたは前記酸化ガスに腐食されにくい材料により形成され、金属面を被覆する導電性被覆層と、
導電性が高く熱軟化変形性が大きな金属により形成され、前記導電性被覆層と金属面との間に介在して該導電性被覆層と該金属面とを密着させる密着層と
を備え、
前記密着層は、前記電極と接触する部位の一部以外の金属面と前記導電性被覆層との間に形成されてなる金属セパレータ。
【請求項５】
導電性の金属により形成され、電極に供給する燃料ガスまたは酸化ガスの流路を該電極との接触により形成すると共に燃料電池の単位セル間の隔壁をなす金属セパレータであって、
シッフ塩基型キレート樹脂または／およびオキシン型キレート樹脂により形成され、金属面の前記燃料ガスまたは前記酸化ガスの流路を形成する部位を被覆する被覆膜を備える金属セパレータ。
【請求項６】
導電性の金属により形成され、電極に供給する燃料ガスまたは酸化ガスの流路を該電極との接触により形成すると共に燃料電池の単位セル間の隔壁をなす金属セパレータの製造方法であって、
前記電極と接触する側の金属面の該電極と接触しない部位の少なくとも一部に、接着性を有する接着層を形成する接着層形成工程と、
該接着層を形成した金属面全体に、該接着層の上から導電性が高く前記燃料ガスまたは前記酸化ガスに腐食されにくい導電性被覆膜を形成する導電性被覆膜形成工程と、
該導電性被覆膜が形成された金属面を加熱および加圧して該導電性被覆膜を該金属面に密着させる加熱加圧工程と
を備える金属セパレータの製造方法。
【請求項７】
導電性の金属により形成され、電極に供給する燃料ガスまたは酸化ガスの流路を該電極との接触により形成すると共に燃料電池の単位セル間の隔壁をなす金属セパレータの製造方法であって、
前記電極と接触する側の金属面の少なくとも前記電極と接触しない部位に、導電性が高く熱軟化変形性が大きな金属による金属層を形成する金属層形成工程と、
該金属層を形成した金属面全体に、該金属層の上から導電性が高く前記燃料ガスまたは前記酸化ガスに腐食されにくい導電性被覆膜を形成する導電性被覆膜形成工程と、
該導電性被覆膜が形成された金属面を加熱および加圧して該導電性被覆膜を前記金属層の軟化により該金属面に密着させる加熱加圧工程と
を備える金属セパレータの製造方法。
【請求項８】
導電性の金属により形成され、電極に供給する燃料ガスまたは酸化ガスの流路を該電極との接触により形成すると共に燃料電池の単位セル間の隔壁をなす金属セパレータの製造方法であって、
金属面全体にシッフ塩基型キレート樹脂または／およびオキシン型キレート樹脂により被覆層を形成する被覆工程と、
前記金属面の前記電極と接触する部位に形成された被覆層を除去する被覆層除去工程と
を備える金属セパレータの製造方法。
【請求項９】
前記被覆層除去工程により前記被覆層が除去された部位に導電性の被覆層を形成する導電性被覆層形成工程を備える請求項８記載の金属セパレータの製造方法。
【請求項１０】
導電性の金属により形成され、電極に供給する燃料ガスまたは酸化ガスの流路を該電極との接触により形成すると共に燃料電池の単位セル間の隔壁をなす金属セパレータであって、
導電性が高く前記燃料ガスまたは前記酸化ガスに腐食されにくい材料により形成され、金属面を被覆する導電性被覆層と、
前記導電性被覆層と金属面との間に介在して該導電性被覆層と該金属面とを密着させる密着層と
を備え、
前記密着層は、前記電極と接触する部位以外の金属面と前記導電性被覆層との間に、キレート樹脂により形成されてなる金属セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用の金属セパレータおよびその製造方法に関し、詳しくは、導電性の金属により形成され電極に供給する燃料ガスまたは酸化ガスの流路を該電極との接触により形成すると共に燃料電池の単位セル間の隔壁をなす金属セパレータおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の燃料電池用の金属セパレータとしては、金属により成されたセパレータ本体の表裏面に導電性が高くガス不透過な材料である緻密カーボングラファイトをコーティングしたものが提案されている（例えば、特開平８−２２２２３７号公報など）。この金属セパレータは、まずアルミニウムやステンレス等の金属板の表裏面に緻密カーボングラファイトをコーティングし、次にこれにエンボス加工またはディンプル加工を施して表面に複数の突起を形成することにより製造される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この上述の金属セパレータでは、緻密カーボングラファイトの金属表面に対する密着強度は弱いため、金属表面からの剥離が生じやすく、金属の耐食性に対する信頼度が低くならざるを得ないという問題があった。また、金属面に緻密カーボングラファイトを均一にコーティングすることは難しいので、コーティングによる電気抵抗が高くなり、燃料電池の性能の低下を招いてしまうという問題もあった。
【０００４】
本発明の燃料電池用の金属セパレータは、金属の耐食性に対する信頼度の高い金属セパレータを供給することを目的の一つとする。また、本発明の燃料電池用の金属セパレータは、耐食性を備えることによって生じる電気抵抗を小さく抑え、燃料電池の十分な性能を確保することを目的の一つとする。本発明の燃料電池用の金属セパレータは、セパレータから溶出し得る金属イオンが電解質への吸着を抑制することを目的の一つとする。本発明の燃料電池用のセパレータの製造方法は、本発明の燃料電池用の金属セパレータを簡易に製造することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の燃料電池用の金属セパレータおよびその製造方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の第１の燃料電池用の金属セパレータは、導電性の金属により形成され、電極に供給する燃料ガスまたは酸化ガスの流路を該電極との接触により形成すると共に燃料電池の単位セル間の隔壁をなす金属セパレータであって、金属面の前記電極と接触する部位の少なくとも一部を被覆する第１の被覆膜と、該第１の被覆膜とは異なる材料により形成され、前記金属面の該第１の被覆膜により被覆されていない部位を被覆する第２の被覆膜と、を備え、前記第２の被覆膜は、キレート樹脂により形成されることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の第１の燃料電池用の金属セパレータでは、異なる材料により形成された二つの被覆層を備えることにより、それぞれの部位に必要な性能を負荷することができる。ここで、「燃料ガス」とは水素を代表とする燃料を含有するガスを意味し、「酸化ガス」とは酸素を代表とする酸化剤を含有するガスを意味する。こうすれば、金属セパレータから金属イオンが溶出したとしても、溶出した金属イオンを吸着するから、金属イオンの電解質への吸着を抑制することができる。この結果、燃料電池の性能を高めることができる。
【０００８】
こうした本発明の第１の燃料電池用の金属セパレータにおいて、前記第１の被覆膜は、前記第２の被覆膜より導電率が高い材料により形成されてなるものとすることもできる。こうすれば、第１の被覆膜による被覆に伴う電気抵抗を小さくすることができ、この結果、燃料電池の性能を高めることができる。
【００１３】
これら金属イオンの吸着性能を呈する材料により第２の被覆膜が形成されてなる本発明の第１の燃料電池用の金属セパレータにおいて、前記第２の被覆膜は、キレート樹脂により形成されてなるものとすることもできる。この態様の本発明の第１の燃料電池用の金属セパレータにおいて、前記第２の被覆膜は、シッフ塩基型キレート樹脂または／およびオキシン型キレート樹脂により形成されてなるものとすることもできる。
【００１４】
本発明の第２の燃料電池用の金属セパレータは、導電性の金属により形成され、電極に供給する燃料ガスまたは酸化ガスの流路を該電極との接触により形成すると共に燃料電池の単位セル間の隔壁をなす金属セパレータであって、導電性が高く前記燃料ガスまたは前記酸化ガスに腐食されにくい材料により形成され、金属面を被覆する導電性被覆層と、導電性が高く熱軟化変形性が大きな金属により形成され、前記導電性被覆層と金属面との間に介在して該導電性被覆層と該金属面とを密着させる密着層とを備え、前記密着層は、前記電極と接触する部位の一部以外の金属面と前記導電性被覆層との間に形成されてなることを要旨とする。
【００１５】
この本発明の第２の燃料電池用の金属セパレータでは、熱軟化変形性の金属により形成された密着層が導電性被覆層を金属面にしっかりと密着するから、被覆膜の剥離による金属の腐食を高い信頼性で防止することができる。また、導電性被覆層および密着層は高い導電性を有するから、被覆に伴う電気抵抗を小さくすることができ、この結果、燃料電池の性能を高めることができる。
【００１６】
本発明の第２の燃料電池用の金属セパレータにおいて、前記密着層は、前記電極と接触する部位の一部以外の金属面と前記導電性被覆層との間に形成されてなるものとすることもできる。このように電極と接触する部位に熱軟化変形性の金属による密着層を介在させなくてもかまわないのは、燃料電池を構成した際、電極と接触する部位は電極から圧力を受けることにより、密着層の存在の有無に関わらず密着するからである。
【００１７】
本発明の第３の燃料電池用の金属セパレータは、導電性の金属により形成され、電極に供給する燃料ガスまたは酸化ガスの流路を該電極との接触により形成すると共に燃料電池の単位セル間の隔壁をなす金属セパレータであって、シッフ塩基型キレート樹脂または／およびオキシン型キレート樹脂により形成され、金属面の前記燃料ガスまたは前記酸化ガスの流路を形成する部位を被覆する被覆膜を備えることを要旨とする。
【００１８】
この本発明の第３の燃料電池用の金属セパレータでは、金属セパレータから金属イオンが溶出したとしても、金属面の燃料ガスまたは酸化ガスの流路を形成する部位に被覆された被覆膜が、溶出した金属イオンを吸着するから、金属イオンの電解質への吸着を抑制することができる。この結果、燃料電池の性能を高めることができる。
【００１９】
こうした本発明の第３の燃料電池用の金属セパレータにおいて、前記被覆膜は、シッフ塩基型キレート樹脂または／およびオキシン型キレート樹脂により形成されてなるものとすることもできる。
【００２３】
本発明の第２の燃料電池用の金属セパレータの製造方法は、
導電性の金属により形成され、電極に供給する燃料ガスまたは酸化ガスの流路を該電極との接触により形成すると共に燃料電池の単位セル間の隔壁をなす金属セパレータの製造方法であって、
前記電極と接触する側の金属面の該電極と接触しない部位の少なくとも一部に接着性を有する接着層を形成する接着層形成工程と、
該接着層を形成した金属面全体に該接着層の上から導電性が高く前記燃料ガスまたは前記酸化ガスに腐食されにくい導電性被覆膜を形成する導電性被覆膜形成工程と、
該導電性被覆膜が形成された金属面を加熱および加圧して該導電性被覆膜を該金属面に密着させる加熱加圧工程と
を備えることを要旨とする。
【００２４】
この本発明の第２の燃料電池用の金属セパレータの製造方法によれば、耐食性に対する信頼性が高く電気抵抗の小さな金属セパレータを製造することができる。しかも、金属セパレータの被覆面全面は継ぎ目のない一体の導電性被覆膜により被覆されるから、更に耐食性に対する信頼性の高い金属セパレータを製造することができる。
【００２５】
本発明の第３の燃料電池用の金属セパレータの製造方法は、
導電性の金属により形成され、電極に供給する燃料ガスまたは酸化ガスの流路を該電極との接触により形成すると共に燃料電池の単位セル間の隔壁をなす金属セパレータの製造方法であって、
前記電極と接触する側の金属面の少なくとも前記電極と接触しない部位に導電性が高く熱軟化変形性が大きな金属による金属層を形成する金属層形成工程と、
該金属層を形成した金属面全体に該金属層の上から導電性が高く前記燃料ガスまたは前記酸化ガスに腐食されにくい導電性被覆膜を形成する導電性被覆膜形成工程と、
該導電性被覆膜が形成された金属面を加熱および加圧して該導電性被覆膜を前記金属層の軟化により該金属面に密着させる加熱加圧工程と
を備えることを要旨とする。
【００２６】
この本発明の第３の燃料電池用の金属セパレータの製造方法によれば、耐食性に対する信頼性が高く電気抵抗の小さな金属セパレータを製造することができる。しかも、金属セパレータの被覆面全面は継ぎ目のない一体の導電性被覆膜により被覆されるから、更に耐食性に対する信頼性の高い金属セパレータを製造することができる。ここで、電極と接触する部位に熱軟化変形性の金属による金属層を形成しなくてもかまわないのは、燃料電池を構成した際、電極と接触する部位は電極から圧力を受けることにより、金属層の存在の有無に関わらず密着するからである。
【００２７】
本発明の第４の燃料電池用の金属セパレータの製造方法は、導電性の金属により形成され、電極に供給する燃料ガスまたは酸化ガスの流路を該電極との接触により形成すると共に燃料電池の単位セル間の隔壁をなす金属セパレータの製造方法であって、金属面全体にシッフ塩基型キレート樹脂または／およびオキシン型キレート樹脂により被覆層を形成する被覆工程と、前記金属面の前記電極と接触する部位に形成された被覆層を除去する被覆層除去工程とを備えることを要旨とする。
【００２８】
この本発明の第４の燃料電池用の金属セパレータの製造方法によれば、金属面の電極と接触する部位以外の部位に金属イオンの吸着性能を呈する被覆層を備える金属セパレータ、即ち、金属イオンが溶出したとしても金属イオンの電解質への吸着を抑制することができる金属セパレータを製造することができる。
【００２９】
こうした本発明の第４の燃料電池用の金属セパレータの製造方法において、前記被覆工程は、シッフ塩基型キレート樹脂または／およびオキシン型キレート樹脂により前記金属面を被覆する工程であるものとすることもできる。
【００３０】
また、本発明の第４の燃料電池用の金属セパレータの製造方法において、前記被覆層除去工程により前記被覆層が除去された部位に導電性の被覆層を形成する導電性被覆層形成工程を備えるものとすることもできる。こうすれば、金属面の電極と接触する部位に導電性の被覆層を備える金属セパレータを製造することができる。また、本発明の他の燃料電池用の金属セパレータは、導電性の金属により形成され、電極に供給する燃料ガスまたは酸化ガスの流路を該電極との接触により形成すると共に燃料電池の単位セル間の隔壁をなす金属セパレータであって、導電性が高く前記燃料ガスまたは前記酸化ガスに腐食されにくい材料により形成され、金属面を被覆する導電性被覆層と、前記導電性被覆層と金属面との間に介在して該導電性被覆層と該金属面とを密着させる密着層とを備え、前記密着層は、前記電極と接触する部位以外の金属面と前記導電性被覆層との間に、キレート樹脂により形成されてなることを要旨とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は本発明の一実施例である燃料電池用の金属セパレータ２０の断面を一部を模式的に示す模式図であり、図２は実施例の金属セパレータ２０の平面図である。
【００３２】
図１および図２に示すように、金属セパレータ２０は、導電性の高い金属材料（例えば、アルミニウムやステンレスあるいはニッケル合金など）により複数の凸部を有する板状に形成されたメタル基材２２と、このメタル基材２２の表面を被覆する被覆膜２３とから構成されている。この金属セパレータ２０は、電極や電解質膜と共に積層されて図示しない固体高分子型の燃料電池スタックを構成し、その際に単位セル間の隔壁をなすと共に形成された複数の凸部が電極に当接することにより水素を含有する燃料ガスや酸素を含有する酸化ガスの流路を形成する。
【００３３】
被覆膜２３のメタル基材２２に形成された複数の凸部を被覆する凸部被覆部２４は、導電性を有し耐食性の優れた材料（例えば、カーボンや貴金属あるいはニッケルとクロムの合金など）により形成されている。したがって、凸部被覆部２４を介して行なわれる電極との電子のやりとりは低抵抗なものとなる。また、被覆膜２３のメタル基材２２に形成された複数の凸部以外の部位を被覆する基部被覆部２６は、耐食性に優れ、金属との密着強度が高い材料（例えば、緻密樹脂など）により形成されている。したがって、被覆膜２３がメタル基材２２から剥離することにより生じるメタル基材２２の腐食の問題を高い信頼性で防止することができる。
【００３４】
次に、本実施例の金属セパレータ２０の製造の様子について説明する。図３は、実施例の金属セパレータ２０を製造する一手法を例示した製造工程図である。金属セパレータ２０の製造では、まず、メタル基材２２の複数の凸部に相当する部位は導電性を有し耐食性の優れた材料で、複数の凸部以外の部位に相当する部位は耐食性に優れ金属との密着強度が高い材料により形成された被覆膜２３を調製する（工程Ｓ１００）。次に、調製された被覆膜２３とメタル基材２２を形成する前の金属板２２ａとを重ね合わせる（工程Ｓ１１０）。そして重ね合わせた被覆膜２３と金属板２２ａとを熱圧着プレス成形して（工程Ｓ１２０）、金属セパレータ２０を完成する。この熱圧着プレス成形では、金属板２２ａに被覆膜２３を密着させると同時にメタル基材２２における複数の凸部を形成する。この際、被覆膜２３の導電性を有し耐食性の優れた材料で形成されている部分がメタル基材２２の複数の凸部に一致するようその位置決めがなされる。図４は工程Ｓ１１０と工程Ｓ１２０との実際を例示する説明図である。調製された被覆膜２３がロールされた被覆膜ホルダ３０から供給された被覆膜２３が長い板状の金属板２２ａに重ね合わされる。重ね合わされた被覆膜２３と金属板２２ａは、一対の熱圧着ローラ３２により熱と圧力が加えられ、高い密着強度で圧着する。そして、ローラ型プレス機３４により複数の凸部や必要な孔等が形成されて実施例の金属セパレータ２０を完成する。
【００３５】
こうして完成された実施例の金属セパレータ２０を用いて固体高分子型の燃料電池を構成して動作させたときの単位セルにおける電圧と放電時間との関係を図５に示す。曲線Ａは本実施例の金属セパレータ２０を用いた単位セルが呈するものであり、曲線Ｃはメタル基材２２に緻密カーボンファイバーをコーティングした従来例の金属セパレータを用いた単位セルが呈するものであり、曲線Ｄはなにもコーティングされていないメタル基材２２を金属セパレータとして用いた単位セルが呈するものである。なお、曲線Ｂについては後述する。図示するように、実施例の金属セパレータ２０を用いた単位セルは、電極との接触抵抗が小さいため、従来例の金属セパレータを用いた単位セルに比して、放電時間の初期に若干の高性能を示している。従来例の金属セパレータを用いた単位セルは放電時間と共に電圧が降下しているが、実施例の金属セパレータ２０を用いた単位セルは、放電時間に関わりなく放電初期の電圧を維持している。
【００３６】
以上説明した実施例の金属セパレータ２０によれば、電極と接触する部位は導電性を有し耐食性の優れた材料により形成し、それ以外の部位は耐食性に優れ金属との密着強度が高い材料により形成したことにより、電極との電子のやりとりを低抵抗なものとすることができると共に、電極と接触しない部位において被覆膜２３がメタル基材２２から剥離することにより生じるメタル基材２２の腐食の問題を高い信頼性で防止することができる。また、実施例の金属セパレータ２０の製造方法によれば、実施例の金属セパレータ２０を簡易に製造することができる。
【００３７】
実施例の金属セパレータ２０の製造方法では、被覆膜２３を金属板２２ａに重ね合わせて熱圧着プレス成形して金属セパレータ２０を完成したが、図６の変形例の製造工程図に示すように、金属板２２ａをプレス成形した後に（工程Ｓ２１０）、工程Ｓ２００で調製した被覆膜２３をメタル基材２２に真空熱圧着によって密着させて（工程Ｓ２２０）、金属セパレータ２０を完成するものとしてもよい。また、メタル基材２２の複数の凸部に相当する金属板２２ａの部位に導電性を有し耐食性の優れた材料により調製したインクをスクリーン印刷によって印刷し、それ以外の部位に耐食性に優れ金属との密着強度が高い材料により調製したインクを同じくスクリーン印刷により印刷し、その後、熱圧着プレス成形して金属セパレータ２０を完成するものとしてもよい。この場合、スクリーン印刷する順番はどちらが先でもかまわない。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施例としての金属セパレータ１２０について説明する。図７は、第２実施例の金属セパレータ１２０の断面を一部を模式的に示す模式図である。第２実施例の金属セパレータ１２０は、第１実施例の金属セパレータ２０が備えるメタル基材２２と同一のメタル基材１２２と、このメタル基材１２２の表面を被覆する被覆膜１２３と、メタル基材１２２に形成された複数の凸部以外の部位のメタル基材１２２と被覆膜１２３とに介在するバインダ１２８とから構成されている。この第２実施例の金属セパレータ１２０の燃料電池を構成した際の役割は第１実施例の金属セパレータ２０と同様である。
【００３９】
被覆膜１２３は、導電性を有し耐食性の優れた材料により均一な厚さの膜体（例えば、熱膨張黒鉛シートやカーボン粉末を含浸したポーラス樹脂フィルムなど）として形成されている。バインダ１２８は、接着剤（例えば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂など）であり、メタル基材１２２の金属面と被覆膜１２３との密着強度を高める。こうした被覆膜１２３とバインダ１２８とを用いることにより、第２実施例の金属セパレータ１２０は、電極との電子のやりとりを低抵抗で行ない、被覆膜１２３がメタル基材１２２から剥離することにより生じるメタル基材１２２の腐食の問題を高い信頼性で防止する。
【００４０】
第２実施例の金属セパレータ１２０は、図８に例示する製造工程図に基づいて製造される。第２実施例の金属セパレータ１２０の製造では、まず、メタル基材１２２を形成する金属板のメタル基材１２２の複数の凸部以外に相当する部位に、インク状に調製されたバインダ１２８をスクリーン印刷によって印刷する（工程Ｓ３００）。図９に金属板にバインダ１２８を印刷した状態を示す。次に、バインダ１２８が印刷された金属板の上に被覆膜１２３を重ね合わせる（工程Ｓ３１０）。そして、被覆膜１２３のバインダ１２８が印刷されていない部位がメタル基材１２２の複数の凸部に一致するようその位置決めをして重ね合わせた被覆膜１２３と金属板とを熱圧着プレス成形し（工程Ｓ３２０）、金属セパレータ１２０を完成する。図４に例示した手法は、被覆膜２３に代えて被覆膜１２３を被覆膜ホルダ３０にロールしたものとすれば第２実施例の金属セパレータ１２０の製造にも適用できる。
【００４１】
こうして完成された第２実施例の金属セパレータ１２０を用いて固体高分子型の燃料電池を構成して動作させたときの単位セルにおける電圧と放電時間との関係は、図５の曲線Ｂである。この曲線Ｂが示すように、第２実施例の金属セパレータ１２０を用いた単位セルは、放電時間の初期において高性能を示し、放電時間に関わりなく放電初期の電圧を維持していることから、電極との接触抵抗が小さく、被覆膜１２３のメタル基材１２２からの剥離による問題も生じないことが解る。
【００４２】
以上説明した第２実施例の金属セパレータ１２０によれば、導電性を有し耐食性の優れた材料により均一な厚さの膜体を被覆膜１２３として用いることにより電極との接触抵抗を小さくすることができる。そして、電極と接触しない部位にはバインダ１２８を用いて被覆膜１２３のメタル基材１２２への密着強度を高くしたので、被覆膜１２３がメタル基材１２２から剥離することにより生じるメタル基材１２２の腐食の問題を高い信頼性で防止することができる。また、第２実施例の金属セパレータ１２０の製造方法によれば、第２実施例の金属セパレータ１２０を容易に製造することができる。
【００４３】
第２実施例の金属セパレータ１２０の製造方法では、被覆膜１２３を金属板に重ね合わせて熱圧着プレス成形して金属セパレータ１２０を完成したが、金属板をプレス成形した後にバインダ１２８を塗布し、被覆膜１２３を熱圧着によりメタル基材１２２に密着させて金属セパレータ１２０を完成するものとしてもよい。また、被覆膜１２３を形成する熱膨張黒鉛粉末をバインダ１２８を塗布したメタル基材１２２上にロール成形し、熱圧プレスにより被覆膜１２３を密着させると共に複数の凸部を形成するものとしてもよい。
【００４４】
次に、本発明の第３の実施例としての金属セパレータ２２０について説明する。図１０は、第３実施例の金属セパレータ２２０の断面を一部を模式的に示す模式図である。第３実施例の金属セパレータ２２０は、第１実施例の金属セパレータ２０が備えるメタル基材２２と同一のメタル基材２２２と、第２実施例の金属セパレータ１２０を構成する被覆膜１２３と同一の材料で形成されメタル基材２２２を被覆する被覆膜２２３と、メタル基材２２２と被覆膜２２３とに介在する熱軟化性金属メッキ２２８とから構成されている。この第３実施例の金属セパレータ２２０の燃料電池を構成した際の役割も第１実施例の金属セパレータ２０と同様である。
【００４５】
熱軟化性金属メッキ２２８は、導電性が高くメタル基材２２２より低い温度で軟化しやすい金属（例えば、スズやニッケルなど）をメッキ処理によりメタル基材２２２に形成したメッキ層であり、被覆膜２２３のメタル基材２２２への密着強度を高める。こうした被覆膜２２３と熱軟化性金属メッキ２２８とを用いることにより、第３実施例の金属セパレータ２２０は、電極との電子のやりとりを低抵抗で行ない、被覆膜２２３がメタル基材２２２から剥離することにより生じるメタル基材２２２の腐食の問題を高い信頼性で防止する。
【００４６】
第３実施例の金属セパレータ２２０は、図１１に例示する製造工程図に基づいて製造される。第３実施例の金属セパレータ２２０の製造では、まず、熱軟化性金属メッキ２２８によるメタル基材２２２を形成する金属板へのメッキ処理が行なわれる（工程Ｓ４００）。次に、熱軟化性金属メッキ２２８によりメッキされた金属板の上に被覆膜２２３を重ね合わせる（工程Ｓ４１０）。そして、被覆膜２２３と金属板とを熱圧着プレス成形し（工程Ｓ４２０）、金属セパレータ２２０を完成する。この製造工程では熱軟化性金属メッキ２２８は金属板全体にメッキされているから、プレスの際に第１実施例や第２実施例で必要な位置決めは必要ない。なお、熱軟化性金属メッキ２２８がメッキされた後の金属板に対して図４に例示した手法は、被覆膜２３に代えて被覆膜２２３を被覆膜ホルダ３０にロールすることにより、第３実施例の金属セパレータ２２０の製造にも適用できる。
【００４７】
こうして完成された第３実施例の金属セパレータ２２０を用いて固体高分子型の燃料電池を構成して動作させたときの単位セルにおける電圧と放電時間との関係は、図５の曲線Ｂと同様である。したがって、第３実施例の金属セパレータ２２０を用いた単位セルは、第２実施例の金属セパレータ１２０を用いた単位セルと同様に、放電時間の初期において高性能を示し、放電時間に関わりなく放電初期の電圧を維持する。
【００４８】
以上説明した第３実施例の金属セパレータ２２０によれば、熱軟化性金属メッキ２２８により導電性を有し耐食性の優れた材料により均一な厚さとされた膜体を被覆膜２２３をメタル基材２２２にしっかりと密着させることにより、電極との接触抵抗を小さくすることができ、被覆膜２２３がメタル基材２２２から剥離することにより生じるメタル基材２２２の腐食の問題を高い信頼性で防止することができる。また、第３実施例の金属セパレータ２２０の製造方法によれば、第３実施例の金属セパレータ２２０を容易に製造することができる。
【００４９】
次に、本発明の第４の実施例としての金属セパレータ３２０について説明する。図１２は、第４実施例の金属セパレータ３２０の断面を一部を模式的に示す模式図である。第４実施例の金属セパレータ３２０は、第１実施例の金属セパレータ２０が備えるメタル基材２２と同一のメタル基材３２２と、金属イオンを吸着するキレート樹脂により形成された被覆膜３２６とから構成されている。この第４実施例の金属セパレータ３２０の燃料電池を構成した際の役割も第１実施例の金属セパレータ２０と同様である。
【００５０】
被覆膜３２６は、メタル基材３２２に形成された複数の凸部以外の部位、即ち電極と接触しない部位を被覆している。被覆膜３２６に用いるキレート樹脂としては、メタル基材３２２の材料であるアルミニウムや鉄，ニッケルなどの金属イオンを吸着する樹脂であればよく、例えば、Ｆｅ2+やＣｏ2+，Ｎｉ2+，Ｃｕ2+，Ｚｎ2+などを吸着するシッフ塩基型キレート樹脂やＣｕ2+やＣｏ2+，Ｎｉ2+，Ａｌ3+，Ｆｅ3+，Ｔｉ4+，Ｚｒ4+などを吸着するオキシン型キレート樹脂などを用いることができる。シッフ塩基型キレート樹脂およびオキシン型キレート樹脂を次式に示す。こうしたキレート樹脂は、金属イオンと錯化合物を形成する官能基（キレート官能形成基）を備えた３次元網目構造の樹脂であり、金属イオンを選択的にかつ強力錯体形成を行なう。したがって、被覆膜３２６は、メタル基材３２６から溶出する金属イオンを吸着し、金属イオンの電解質膜への吸着を防止することができる。
【００５１】
【化１】
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【化２】
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【００５２】
次に、こうした第４実施例の金属セパレータ３２０の製造の様子について説明する。図１３は、第４実施例の金属セパレータ３２０を製造する一手法を例示した製造工程図である。第４実施例の金属セパレータ３２０の製造では、まず、キレート樹脂の調製を行なう（工程Ｓ５００）。キレート樹脂の調製としては、キレート官能生成基をもつモノマーを重合または共重合して高分子配位子を得ることにより行なう。例えば、シッフ塩基型キレート樹脂の調製では、二官能性アルデヒド類と二官能性アミン類との縮重合により行なわれる。そして、調製したキレート樹脂により凸部が形成されたメタル基材３２２の全面をコーティングし（工程Ｓ５１０）、電極と接触する凸部の端面にコーティングされたキレート樹脂を除去して（工程Ｓ５２０）、金属セパレータ３２０を完成する。
【００５３】
以上説明した第４実施例の金属セパレータ３２０によれば、電極と接触しない部位をキレート樹脂により被覆することにより、電極と接触しない部位の腐食を防止することができる。しかも、メタル基材３２２から金属イオンが溶出しても、被覆膜３２６が金属イオンを吸着するから、金属イオンの電解質膜への吸着を抑制することができ、金属イオンの吸着によるプロトン導電性の低下を防止することができる。この結果、第４実施例の金属セパレータ３２０を用いて構成される燃料電池を性能の高いものにすることができる。また、第４実施例の金属セパレータ３２０の製造方法によれば、第４実施例の金属セパレータ３２０を容易に製造することができる。
【００５４】
第４実施例の金属セパレータ３２０では、電極と接触する凸部の端面は何もコーティングされないものとして構成したが、第１実施例の金属セパレータ２０などのように、導電性を有し耐食性の優れた材料により被覆するものとしてもよい。こうすれば、金属セパレータ３２０の腐食をより確実に防止することができると共に、金属イオンの溶出による電解質膜の機能の低下をより確実に防止することができる。
【００５５】
第４実施例の金属セパレータ３２０の製造方法では、キレート樹脂を調製し、調製されたキレート樹脂をコーティングするものとしたが、ポリスチレンやポリ塩化ビニルなどの高分子樹脂によりメタル基材３２２をコーティングし、コーティングされた高分子樹脂にキレート配位子を導入するものとしてもよい。この手法としては、例えば、Ｈｇ2+やＣｕ2+，Ｆｅ3+，Ｎｉ2+，Ｐｂ2＋，Ｃｒ3+，Ｚｎ2+などと錯体形成するアミノカルボン酸型キレート樹脂をメタル基材３２２にコーティングする際に用いることができる。なお、アミノカルボン酸型キレート樹脂の一例を次式に示す。
【００５６】
【化３】
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【００５７】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例である燃料電池用の金属セパレータ２０の断面を一部を模式的に示す模式図である。
【図２】  実施例の金属セパレータ２０の平面図である。
【図３】  実施例の金属セパレータ２０を製造する一手法を例示した製造工程図である。
【図４】  図３の工程Ｓ１１０とＳ１２０との実際例を示す説明図である。
【図５】  実施例の金属セパレータ２０を用いて燃料電池の単位セルを構成して動作させた際の電圧と放電時間との関係を例示するグラフである。
【図６】  実施例の金属セパレータ２０を製造する変形例の製造工程図である。
【図７】  第２実施例の金属セパレータ１２０の断面を一部を模式的に示す模式図である。
【図８】  第２実施例の金属セパレータ１２０を製造する一手法を例示した製造工程図である。
【図９】  バインダ１２８を金属板に印刷した状態を例示する説明図である。
【図１０】  第３実施例の金属セパレータ２２０の断面を一部を模式的に示す模式図である。
【図１１】  第３実施例の金属セパレータ２２０を製造する一手法を例示した製造工程図である。
【図１２】  第４実施例の金属セパレータ３２０の断面を一部を模式的に示す模式図である。
【図１３】  第４実施例の金属セパレータ３２０を製造する一手法を例示した製造工程図である。
【符号の説明】
２０  金属セパレータ、２２  メタル基材、２２ａ  金属板、２３  被覆膜、２４  凸部被覆部、２６  基部被覆部、３０  被覆膜ホルダ、３２  熱圧着ローラ、３４  ローラ型プレス機、１２０  金属セパレータ、１２２  メタル基材、１２８  バインダ、２２０  金属セパレータ、２２２  メタル基材、２２３  被覆膜、２２８  熱軟化性金属メッキ、３２０  金属セパレータ、３２２  メタル基材、３２６  被覆膜。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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