(57)【要約】【課題】固体高分子膜や触媒電極の劣化により寿命に至った燃料電池から回収したＴｉ基板のセパレータを再利用するに際し、Ｔｉ基板から新しく製造されたセパレータと比較して特性に問題のない燃料電池用セパレータを低コストで提供する。【解決手段】ＴｉまたはＴｉ合金からなる基板２にＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄから選択される少なくとも１種からなる貴金属または貴金属合金からなる導電性皮膜３を成膜した燃料電池用セパレータ１から、導電性皮膜３と基板２の表面の一部とを除去して再生基板２Ａとする除去工程と、この再生基板２Ａに、新たな導電性皮膜３Ａを成膜する成膜工程と、を行うことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴｉまたはＴｉ合金からなる基板に導電性皮膜を成膜した燃料電池用セパレータを再生する方法であって、
前記燃料電池用セパレータから前記導電性皮膜と前記基板の表面の一部とを除去して再生基板とする除去工程と、
前記再生基板に、再生導電性皮膜を成膜する成膜工程と、を有し、
前記導電性皮膜および前記再生導電性皮膜のそれぞれは、Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄからなる貴金属群から選択される少なくとも１種からなる貴金属もしくは貴金属合金、または、前記貴金属群から選択される少なくとも１種と、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｉからなる金属群から選択される少なくとも１種と、からなる合金であることを特徴とする燃料電池用セパレータの再生方法。
【請求項２】
前記除去工程の後に前記再生基板の表面に酸化皮膜を形成する酸化工程をさらに有し、
前記成膜工程は、前記酸化皮膜の表面に前記再生導電性皮膜を成膜する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再生方法。
【請求項３】
前記酸化工程が、前記再生基板を、酸素を含むプラズマに晒すことによって行われることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用セパレータの再生方法。
【請求項４】
前記酸化工程が、前記再生基板を、酸化性酸を含む水溶液に浸漬することによって行われ、前記酸化皮膜として不働態皮膜を形成することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用セパレータの再生方法。
【請求項５】
前記酸化性酸として、硝酸および硫酸から選択される少なくとも１種を用いることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用セパレータの再生方法。
【請求項６】
前記除去工程が、前記燃料電池用セパレータに負のバイアス電圧を印加することにより前記燃料電池用セパレータの周囲にＮｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅからなる群から選択される少なくとも１種の希ガス元素からなるプラズマを発生させ、前記プラズマ中に生成した前記希ガス元素のイオンを前記燃料電池用セパレータの表面に衝突させることによって行われることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータの再生方法。
【請求項７】
前記除去工程が、前記燃料電池用セパレータの表面にＮｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅからなる群から選択される少なくとも１種の希ガス元素のイオンビームを照射することによって行われることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータの再生方法。
【請求項８】
前記除去工程と前記酸化工程が、前記燃料電池用セパレータをＣｌ−，Ｆ−，ＮＯ３−，ＳＯ４２−からなる群から選択される少なくとも１種のイオンを含む溶液に浸漬することによって、連続して行われることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用セパレータの再生方法。
【請求項９】
前記成膜工程により前記再生導電性皮膜を成膜した再生基板に、３００〜６００℃の温度で熱処理を施す熱処理工程をさらに有することを特徴とする請求項２ないし請求項８のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータの再生方法。
【請求項１０】
前記成膜工程において、前記再生導電性皮膜をその厚さが２〜２００ｎｍとなるようにスパッタリング法により成膜することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータの再生方法。
【請求項１１】
ＴｉまたはＴｉ合金からなる基板に導電性皮膜を成膜した燃料電池用セパレータから、前記導電性皮膜と前記基板の表面の一部とを除去した後の燃料電池用セパレータに、再生導電性皮膜を成膜した燃料電池用再生セパレータであって、
前記導電性皮膜および前記再生導電性皮膜のそれぞれは、Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄからなる貴金属群から選択される少なくとも１種からなる貴金属もしくは貴金属合金、または、前記貴金属群から選択される少なくとも１種と、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｉからなる金属群から選択される少なくとも１種と、からなる合金であり、
前記導電性皮膜と前記基板の表面の一部は、前記燃料電池用セパレータの表面に減圧下でＮｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅからなる群から選択される少なくとも１種の希ガス元素のイオンを衝突させることによって除去されることを特徴とする燃料電池用再生セパレータ。
【請求項１２】
前記導電性皮膜と前記基板の表面の一部とが除去された後の燃料電池用セパレータの表面に、酸化皮膜が形成されて、
前記再生導電性皮膜が前記酸化皮膜の表面に成膜されていることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池用再生セパレータ。
【請求項１３】
ＴｉまたはＴｉ合金からなる基板に導電性皮膜を成膜した燃料電池用セパレータから、前記導電性皮膜と前記基板の表面の一部とを除去した後の燃料電池用セパレータに、酸化皮膜を形成し、さらに再生導電性皮膜を成膜した燃料電池用再生セパレータであって、
前記導電性皮膜および前記再生導電性皮膜のそれぞれは、Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄからなる貴金属群から選択される少なくとも１種からなる貴金属もしくは貴金属合金、または、前記貴金属群から選択される少なくとも１種と、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｉからなる金属群から選択される少なくとも１種と、からなる合金であり、
前記導電性皮膜と前記基板の表面の一部は、前記燃料電池用セパレータをＣｌ−，Ｆ−，ＮＯ３−，ＳＯ４２−からなる群から選択される少なくとも１種のイオンを含む溶液に浸漬することによって除去され、
前記酸化皮膜は、前記溶液に浸漬することによって形成されることを特徴とする燃料電池用再生セパレータ。
【請求項１４】
前記再生導電性皮膜が成膜された後に、３００〜６００℃の温度で熱処理を施されていることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の燃料電池用再生セパレータ。
【請求項１５】
請求項１１ないし請求項１４のいずれか一項に記載の燃料電池用再生セパレータが用いられていることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタンまたはチタン合金を基板とする燃料電池用セパレータの再生方法および再生された燃料電池用セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素やメタノール等を燃料として電力を取り出す燃料電池は、近年、地球環境問題やエネルギー資源問題を解決するエネルギー源として期待されている。中でも、固体高分子型燃料電池は、低い温度で動作可能であることや小型化・軽量化が可能であることから、家庭用コジェネレーションシステムや携帯機器用の電源、燃料電池自動車への適用が検討されている。
【０００３】
ここで、一般的な固体高分子型燃料電池（以下、燃料電池）は、電解質である固体高分子膜の両側にアノードおよびカソードの役割を果たす触媒層、その外側にガス拡散層があり、さらにその外側に燃料ガス流路となる溝が形成されたセパレータが設けられた構造が基本単位（セル）となっている。このセパレータは、ガス流路を形成する以外に発生した電流を燃料電池の外部へ取り出すために、導電性が高いことが要求される。
【０００４】
さらに、燃料電池の内部は酸性雰囲気であるため、セパレータは高耐食性も要求され、このような材料としてカーボンや導電性樹脂等が適用されてきた。しかしながら、燃料電池の小型化および軽量化を図るため、セパレータを薄肉化が容易な金属で形成することが検討されている。
【０００５】
耐食性と導電性とが良好な金属製セパレータとして、ステンレス、チタン（Ｔｉ）またはチタン合金を基板として用い、この基板に金（Ａｕ）等の貴金属を被覆したセパレータ（例えば、特許文献１，２参照）、基板に酸化皮膜を形成し、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ等との合金からなる中間層、さらに貴金属またはカーボンからなる導電性皮膜をそれぞれ成膜したセパレータ（例えば、特許文献３参照）が開発されている。これら特許文献１〜３に記載されたようなステンレス、ＴｉまたはＴｉ合金を基板としたセパレータは、強度に優れ、薄肉化が容易である。特に、ＴｉおよびＴｉ合金は軽いため、セパレータの基板とすることで燃料電池の軽量化に大いに寄与する。
【特許文献１】特開平１０−２２８９１４号公報
【特許文献２】特開２００１−６７１３号公報
【特許文献３】特開２００４−１８５９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＴｉおよびＴｉ合金は加工性に劣り、基板に成形する際の歩留まりが低いため、基板の製造コストが高く、このような基板を用いたセパレータは高価になるという欠点がある。一方で、ＴｉまたはＴｉ合金からなる基板は耐久性に優れるため、燃料電池が固体高分子膜や触媒電極の劣化により寿命に至っても、セパレータの基板は劣化していない。そこで、寿命に至った燃料電池からセパレータを回収して再利用することにより、セパレータのコストを低減することが考えられる。ところが、回収したセパレータにおいて、基板自体には腐食等の劣化はないものの、基板を被覆している膜には貴金属の凝集が生じていることがある。また、基板を被覆している膜がＺｒ，Ｔａ，Ｎｂ等からなる場合には、このＺｒ，Ｔａ，Ｎｂ等が一部酸化していることがある。このような膜は、燃料電池に適用可能な特性は保持しているものの、使用前と比較すると導電性が低下している。そのため、回収したセパレータをそのまま燃料電池に再利用すると、燃料電池の使用途中でセパレータの劣化により発電特性が低下する虞がある。
【０００７】
そこで、回収したセパレータを、スクラップとして溶解して鋳造し、再び基板に成形して新しいセパレータに作り直すことも考えられる。しかしながら、これは、原料のスポンジチタンがスクラップに代わるだけであり、原料コストの低減にはなるが、歩留まり向上等には効果がないので十分なコスト低減とはならない。
【０００８】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、寿命に至った燃料電池から回収したセパレータを再利用するに際し、基板から新しく製造されたセパレータと比較して特性に問題のない燃料電池用セパレータを低コストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池用セパレータの再生方法は、ＴｉまたはＴｉ合金からなる基板に導電性皮膜を成膜した燃料電池用セパレータから導電性皮膜と基板の表面の一部とを除去して再生基板とする除去工程と、この再生基板に、再生導電性皮膜を成膜する成膜工程と、を有し、導電性皮膜および再生導電性皮膜のそれぞれは、Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄからなる貴金属群から選択される少なくとも１種からなる貴金属もしくは貴金属合金、または、前記貴金属群から選択される少なくとも１種と、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｉからなる金属群から選択される少なくとも１種と、からなる合金であることを特徴とする。
【００１０】
このような再生方法によれば、古い導電性皮膜を完全に除去し、使用前の導電性皮膜と同等の特性の導電性皮膜（再生導電性皮膜）を再び成膜することができる。
【００１１】
また、前記の燃料電池用セパレータの再生方法において、再生基板の表面に酸化皮膜を形成する酸化工程を行ってから成膜工程を行うことが好ましい。
【００１２】
このように、ＴｉまたはＴｉ合金からなる基板の表面に酸化皮膜を形成することで、水素を燃料とする燃料電池に再利用してもＴｉが水素を吸収して脆化することがなく、基板の強度が低下しないセパレータに再生することができる。
【００１３】
前記の酸化工程は、再生基板を酸素を含むプラズマに晒すことによって行われることが好ましい。このような酸化工程によれば、一定の厚さの酸化皮膜を形成することができる。
【００１４】
あるいは、酸化工程は、再生基板を酸化性の酸を含む水溶液に浸漬することによって行われてもよい。このような酸化工程によれば、ＴｉまたはＴｉ合金からなる基板の表面に酸化皮膜の一種である不働態皮膜が形成される。また、酸化性の酸としては、硝酸や硫酸を適用することができる。
【００１５】
一方、除去工程は、燃料電池用セパレータに負のバイアス電圧を印加することにより、燃料電池用セパレータの周囲にＮｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅからなる群から選択される少なくとも１種の希ガス元素からなるプラズマを発生させ、プラズマ中に生成した前記希ガス元素のイオンを燃料電池用セパレータの表面に衝突させることによって行われることが好ましい。
【００１６】
あるいは、除去工程は、燃料電池用セパレータの表面に前記希ガス元素のイオンビームを照射することによって行われることが好ましい。これらの除去工程は、真空プロセスで行われるため、後続の成膜工程、さらにその前の酸化工程を同じ処理室で一貫して行うことができ、生産上好ましい。
【００１７】
また、除去工程と酸化工程は、燃料電池用セパレータをＣｌ−，Ｆ−，ＮＯ３−，ＳＯ４２−からなる群から選択される少なくとも１種のイオンを含む溶液に浸漬することによって、連続して行われてもよい。
【００１８】
このように、燃料電池用セパレータをＣｌ−，Ｆ−，ＮＯ３−，ＳＯ４２−イオンを含む溶液に浸漬すると、導電性皮膜を除去できる上、剥き出しになったＴｉまたはＴｉ合金からなる基板の表面に不働態皮膜が形成されるため、改めて酸化皮膜を形成する工程が不要となる。
【００１９】
さらに、前記に掲げた酸化工程を行う各燃料電池用セパレータの再生方法において、成膜工程の後に、３００〜６００℃の温度で熱処理を施す熱処理工程を行うことが好ましい。
【００２０】
このように、酸化工程を行った再生基板に対して、成膜工程後に熱処理工程を追加することで、酸化皮膜（不働態皮膜を含む）は、含有する酸素が再生基板であるＴｉまたはＴｉ合金中に拡散して酸素欠乏型Ｔｉ酸化物となって、ｎ型半導体となるので導電性が向上する。
【００２１】
さらに、成膜工程は、前記再生導電性皮膜をその厚さが２〜２００ｎｍとなるようにスパッタリング法により成膜することが好ましい。
【００２２】
このように、再生導電性皮膜の膜厚を制限することで、導電性および耐食性が良好となる。
【００２３】
また、本発明に係る燃料電池用再生セパレータは、ＴｉまたはＴｉ合金からなる基板に導電性皮膜を成膜した燃料電池用セパレータから、前記導電性皮膜と前記基板の表面の一部とを除去した後に、再生導電性皮膜を成膜してなり、前記導電性皮膜および前記再生導電性皮膜のそれぞれは、Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄからなる貴金属群から選択される少なくとも１種からなる貴金属もしくは貴金属合金、または、前記貴金属群から選択される少なくとも１種と、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｉからなる金属群から選択される少なくとも１種と、からなる合金であり、前記導電性皮膜と前記基板の表面の一部は、前記燃料電池用セパレータの表面に減圧下でＮｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅからなる群から選択される少なくとも１種の希ガス元素のイオンを衝突させることによって除去されることを特徴とする。
【００２４】
このような燃料電池用再生セパレータによれば、古い導電性皮膜が完全に除去されて、特性に劣化のない基板に使用前の導電性皮膜と同等の特性の導電性皮膜を成膜されているので、基板から新しく製造された燃料電池用セパレータと同様に燃料電池に適用できる。
【００２５】
また、前記の燃料電池用再生セパレータは、導電性皮膜と基板の表面の一部とを除去された燃料電池用セパレータの表面に酸化皮膜が形成されていることが好ましい。
【００２６】
このような燃料電池用再生セパレータによれば、ＴｉまたはＴｉ合金からなる基板の表面に酸化皮膜が形成されているので、水素に晒してもＴｉが水素を吸収して脆化することがなく、基板の強度が低下しないので、水素を燃料とする燃料電池に利用することができる。
【００２７】
また、前記の燃料電池用再生セパレータにおいて、前記導電性皮膜と前記基板の表面の一部は、燃料電池用セパレータの表面に希ガス元素のイオンを衝突させる代わりに、前記燃料電池用セパレータをＣｌ−，Ｆ−，ＮＯ３−，ＳＯ４２−からなる群から選択される少なくとも１種のイオンを含む溶液に浸漬することによって除去されてもよい。
【００２８】
このような燃料電池用再生セパレータによれば、溶液に浸漬することによって、古い導電性皮膜が完全に除去されて、さらに不働態皮膜が形成されるので、改めて酸化皮膜を形成する作業を経ずに、水素を燃料とする燃料電池に利用することができる。
【００２９】
さらに、前記の酸化皮膜（不働態皮膜を含む）が形成された各燃料電池用再生セパレータは、再生導電性皮膜が成膜された後に、３００〜６００℃の温度で熱処理を施されていることが好ましい。
【００３０】
このように、酸化皮膜が形成された燃料電池用再生セパレータにおいて、再生導電性皮膜が成膜された後に熱処理を施すことで、酸化皮膜（不働態皮膜を含む）は、含有する酸素が基板であるＴｉまたはＴｉ合金中に拡散して酸素欠乏型Ｔｉ酸化物となって、ｎ型半導体となるので導電性が向上する。
【００３１】
また、本発明に係る燃料電池は、前記に掲げた各燃料電池用再生セパレータを用いられていることを特徴とする。
【００３２】
このような燃料電池によれば、基板から新しく製造された燃料電池用セパレータを適用した場合と同等の能力が得られる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る燃料電池用セパレータの再生方法によれば、寿命に至った燃料電池から回収したセパレータを、基板から新しく製造されたセパレータと比較して特性に問題のない燃料電池用セパレータに低コストで再生することができる。本発明に係る燃料電池用再生セパレータによれば、基板から新しく製造されたセパレータと同様に燃料電池に用いることができる。本発明に係る燃料電池によれば、新しく製造されたセパレータを用いた燃料電池と同等の能力を有し、かつ低コストなものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明に係る燃料電池用セパレータ（以下、セパレータ）の再生方法および燃料電池用再生セパレータ（以下、再生セパレータ）について図面を参照して説明する。
はじめに、固体高分子型燃料電池（以下、燃料電池）と燃料電池に用いられるセパレータの構成について説明する。図１に、本発明の一実施形態に係る燃料電池の構成を説明する分解斜視図を示す。なお、この燃料電池の全体構成は、公知の一般的な燃料電池と同じである。
【００３５】
図１に示すように、燃料電池１０は、固体高分子膜と、その両側に配置したカーボンクロスと、さらにその外側に配置したセパレータ１，１と、両側からこれらを挟むエンドプレートを備える。２枚のセパレータ１，１とこれらに挟まれた部分が燃料電池の単セルであり、図１に示す燃料電池は単セルを１個で構成しているが、一般的には、発生させる電力量等に応じて複数の単セルを重ねて、重ねられた単セル（セルスタック、図示せず）の両端から２枚のエンドプレートで挟んでボルト等の図示しない締結部材で固定されて構成される。また、図１では右側をアノード極、左側をカソード極として示す。
【００３６】
固体高分子膜は電解質であり、アノード極で生成したプロトンをカソード極へと移動する働きを有する膜であれば特に限定されることなく使用することができ、例えば、スルホン基をもったフッ素系の高分子膜を好適に用いることができる。また、固体高分子膜の両面には、図示しない白金（Ｐｔ）触媒等が塗布され、それぞれアノード極、カソード極として作用する。
【００３７】
カーボンクロスはガス拡散層であり、アノード側のカーボンクロスは水素ガスを、カソード側のカーボンクロスは空気（酸素）を、それぞれ対向するセパレータ１の後記のガス流路溝から固体高分子膜に均一に供給するためのものである。
【００３８】
セパレータ１は、平面視で矩形の薄板状で、カーボンクロスと対向する側の面にガス（水素ガスまたは空気）の流路となる溝（ガス流路溝）が形成され、溝内には燃料（水素）または空気（酸素）の吸入口および排出口が貫通して形成されている。ガス流路溝はプレス加工等により形成され、その場合は、裏面（エンドプレートと対向する側の面）にガス流路溝に沿って凸部が形成された形状となる。セパレータ１は、単セルから電力を取り出すための導電性と、単セル内の酸性雰囲気に対応した高耐食性とを有する材料で構成される。セパレータ１の構成の詳細については後記する。
【００３９】
なお、本実施形態では、カーボンクロスが平面視でセパレータ１のガス流路溝部分に対向する範囲の大きさで、固体高分子膜およびセパレータ１より小さいことから、固体高分子膜とその両側のセパレータ１，１それぞれとの間に、カーボンクロスが配置される領域をくり抜いたシリコン樹脂等からなるシール材を挟んで、単セル端面を封止している。
【００４０】
エンドプレートは、平面視でセパレータ１と略同形または一回り大きい板材で、セルスタックを固定するために必要な強度を有する。また、セパレータ１と同様に、単セル（セルスタック）から電力を取り出すための導電性と、酸性雰囲気に対応した高耐食性とを有する。このような材料として、例えばＡｕめっきを施したＳＵＳ板が適用される。エンドプレートには、平面視でセパレータ１に形成された燃料または空気の吸入口および排出口と同位置に、燃料（アノード極側）または空気（カソード極側）の吸入口および排出口が貫通して形成されており、セルスタックを挟んだときに吸入口同士、排出口同士が連通する。このエンドプレートとセパレータ１の吸入口同士と排出口同士のそれぞれの間には、ガスが漏れないように、図示しないＯ−リングを挟んで封止し、エンドプレートには図示しないＯ−リング溝が設けられている。さらに、セパレータ１の前記したガス流路溝の裏面の凸部がエンドプレートによる締め付けの邪魔にならないように、エンドプレートの単セル内部側となる面には座ぐり溝が設けてある。また、エンドプレートには、例えば四隅に、ボルト等の締結部材を嵌入する図示しない嵌入口が形成されている。
【００４１】
次に、本発明に係るセパレータの構成の詳細を説明する。図２は本実施形態に係るセパレータの外観模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面の部分拡大図である。なお、本実施形態に係るセパレータ１は、再生前（回収された燃料電池用セパレータ）および再生後（燃料電池用再生セパレータ）に共通する構成である。
【００４２】
セパレータ１は、単セルに組み立てたときに単セル内部側となる面（カーボンクロスと対向する面）には、ガス流路溝１１を有している。ガス流路溝１１内には、水素または空気の吸入口１２および排出口１３がセパレータ１の板厚方向に貫通して形成されている。なお、図２に示したガス流路溝１１の平面視および断面視形状、ならびに、吸入口１２および排出口１３のそれぞれの形状と位置は、一例であってこの形状に限定されるものではない。そして、セパレータ１は、基板２と、基板２の全表面（ガス流路溝１１内を含む両面、端面、吸入口１２および排出口１３の内周面）を被覆する導電性皮膜３と、から構成される。
【００４３】
基板２は、強度が高く軽量で、また耐食性が良好で、本発明の再生方法に耐えられる材料であることから、ＴｉまたはＴｉ合金で形成される。詳しくは、ＪＩＳ  Ｈ  ４６００に規定される１〜４種の純Ｔｉや、Ｔｉ−Ａｌ、Ｔｉ−Ｔａ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−Ｐｄ等のＴｉ合金を使用することができる。また、基板１１の厚さは、０．１〜０．２ｍｍの範囲が強度や加工性等の点から好ましい。そして、基板２は、前記のＴｉまたはＴｉ合金から圧延、プレス加工等公知の方法により、セパレータ１の形状（ガス流路溝１１、吸入口１２、および排出口１３を形成された形状）に成形される。
【００４４】
導電性皮膜３は、Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄからなる貴金属群から選択される少なくとも１種からなる貴金属もしくは貴金属合金、または、前記貴金属群から選択される少なくとも１種と、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｉからなる金属群から選択される少なくとも１種と、からなる合金で形成される。これらの貴金属、および貴金属を含有する合金は、発生した電力を取り出すための導電性と、燃料電池内部の酸性雰囲気に対応した高耐食性と、を有している。そして、導電性皮膜３は、めっき、ＰＶＤ法、スパッタリング法等の公知の方法によって、セパレータ１の表面に成膜することができる。
【００４５】
導電性皮膜３の厚さは２〜２００ｎｍが好ましい。２ｎｍ未満では、セパレータ１の導電性および耐食性が不十分となる虞がある。一方、２００ｎｍを超える厚さの導電性皮膜３を被覆しても、導電性等の特性は飽和している上、セパレータ１を再生する際、導電性皮膜の除去（後記の除去工程）に時間がかかるので再生コストが高くなる。導電性皮膜３の厚さは、より好ましくは３〜１５０ｎｍであり、最も好ましくは５〜１００ｎｍである。
【００４６】
また、基板２の表面、すなわち基板２と導電性皮膜３との間に図示しない酸化皮膜を備えることが好ましい。特に、水素を燃料とする燃料電池に適用されるセパレータ１の場合では、酸化皮膜がないと、基板２を構成するＴｉが水素を吸収して脆化するため、基板２の強度が低下する。なお、セパレータ１を再生する際の導電性皮膜の除去（後記の除去工程）は、酸化皮膜も除去するものである。なお、酸化皮膜には、大気中でＴｉまたはＴｉ合金で基板２を作製した際に、その表面に自然に形成される不働態皮膜も含まれる。
【００４７】
酸化皮膜の厚さは０．５〜１０ｎｍが好ましい。０．５ｎｍ未満では、基板２への水素吸収阻止効果が不十分である。一方、酸化皮膜が厚すぎると、このような酸化皮膜の形成（酸化処理）に時間がかかる上、セパレータの導電性が低下する。また、このようなセパレータを回収して再生する際、導電性皮膜および酸化皮膜の除去（後記の除去工程）に時間がかかるので再生コストが高くなる。なお、メタノールを燃料とする燃料電池に適用されるセパレータ１の場合は、酸化皮膜はなくてもよく、例えば、大気中で自然に形成された不働態皮膜を除去してから導電性皮膜３を成膜してもよい。
【００４８】
酸化皮膜（不働態皮膜を含む）は熱処理を施されていることが好ましい。熱処理によって、酸化皮膜は、含有する酸素が基板２であるＴｉまたはＴｉ合金中に拡散して酸素欠乏型Ｔｉ酸化物となって、ｎ型半導体となるので導電性が向上する。なお、熱処理は導電性皮膜３を成膜した後に行い、その処理条件等の詳細は後記する。
【００４９】
次に、本発明に係るセパレータの再生方法を説明する。
はじめに、寿命に至った、規定の稼働時間が経過した等の燃料電池を分解して、セパレータを回収する。そして、回収したセパレータから、導電性皮膜および基板の表面の一部を除去し（除去工程）、基板に新たな導電性皮膜を成膜する（成膜工程）。また、除去工程により剥き出しになった基板に酸化皮膜を形成して（酸化工程）から導電性皮膜を成膜してもよい。さらに、このように酸化皮膜を形成してから導電性皮膜を成膜した基板に熱処理を施してもよい（熱処理工程）。以下、各工程について詳細に説明する。
【００５０】
（除去工程）
回収したセパレータは、表面の導電性皮膜３を完全に除去し、基板２のＴｉまたはＴｉ合金が剥き出しになるようにする。そのために、不働態皮膜等の酸化皮膜を含めた基板２の表層部分も除去するようにする。この除去工程により表層部分が除去された基板２を、新品の基板２と区別して再生基板２Ａと称する。なお、図２のセパレータ１が再生セパレータである場合は、基板２が再生基板２Ａとなる。除去工程による基板２の除去厚さは、基板２の元の表面から１０〜５０００ｎｍが好ましい。１０ｎｍ未満では酸化皮膜が完全に除去されていない場合があるからで、より好ましくは２０ｎｍ以上、最も好ましくは４０ｎｍ以上である。一方、５０００ｎｍを超えて除去すると、セパレータ１（基板２）の板厚が裏表合わせて１０μｍを超えて減少するため、板厚やガス流路溝１１の形状等の精度に影響を及ぼす。したがって、より好ましくは２５００ｎｍ以下、最も好ましくは１０００ｎｍ以下である。また、１回の再生における除去厚さが薄いほど、再生回数を増やすことができる。例えば、板厚１００μｍの基板２の元の表面から１００ｎｍ（＝０．１μｍ）程度の深さの層が除去されても、再生基板２Ａの厚さの減少は裏表合わせて０．２％であり、厚さは殆ど変わらず、再生基板２Ａの強度やガス流路溝１１の形状には影響がない上、導電性皮膜３および酸化皮膜が確実に除去できる。
【００５１】
なお、本発明に係るセパレータの再生方法による再生を行う前に、回収したセパレータについて板厚や平坦度等の検査を行って、板厚が薄いものや撓みを生じているセパレータを取り除いておくことが好ましい。例えば、板厚が新品のセパレータに対して９０％未満であれば、再生に不適合と判定し、スクラップとしての再利用に流用する。以下に、導電性皮膜および酸化皮膜の除去方法を実施形態ごとに説明する。
【００５２】
セパレータからの導電性皮膜および酸化皮膜の除去は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅから選ばれる１種類以上の希ガス雰囲気中で基板に負のバイアス電圧を印加することによりセパレータ周囲にこれら希ガス元素のプラズマを発生させ、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅから選ばれる１種類以上のイオンをセパレータ表面に衝突させることによって行うことができる。セパレータへの電圧印加の方法としては、セパレータと希ガスが入っている金属容器と基板間に基板がマイナスとなるように直流電圧を印加する方法、セパレータに高周波を印加する方法があるが、プラズマを形成する方法であれば何でもよい。また、プラズマを形成するためには、希ガスの圧力を調整する必要があり、０．１３〜１０Ｐａとすることが好ましい。０．１３Ｐａ未満ではプラズマが生成せず、１０Ｐａを超えると効果が飽和するからである。
【００５３】
また、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅから選ばれる１種類以上のイオンをイオンガンによりセパレータの表面に照射することによっても、導電性皮膜および酸化皮膜をセパレータから除去することができる。
【００５４】
このようなイオンビーム照射による除去処理の場合は、加速電圧やガス圧力、照射時間等を一定に制御することにより、除去されるＴｉまたはＴｉ合金の厚さを数１０ｎｍ程度の精度で制御できるので、基板２の厚さを殆ど減少させることなく除去処理を行うことが可能である。また、回収したセパレータが酸化皮膜を備えているか否かで、除去厚さを照射時間等で調整することも可能である。さらに、薄く除去することができるので、前記したように、複数回の再生が可能となる。
【００５５】
また、酸化皮膜を備えたセパレータに再生する場合、回収したセパレータをＣｌ−，Ｆ−，ＮＯ３−，ＳＯ４２−イオンを含む溶液に浸漬すると、導電性皮膜、さらに酸化皮膜を除去できる上、剥き出しになったＴｉまたはＴｉ合金からなる再生基板２Ａの表面に不働態皮膜が形成されるため、改めて酸化皮膜を形成する工程が不要となる。
【００５６】
このような溶液として、硫酸、硝酸、フッ酸およびこれらの混酸等が挙げられる。例えば、熱硫酸（１０％水溶液、８０℃）、０．２５％ＨＦ＋１．０％ＨＮＯ３の硝フッ酸水溶液である。そして、除去する導電性皮膜の材料や厚さに応じて、酸の種類、濃度、温度、浸漬時間を適宜組み合わせればよい。
【００５７】
（成膜工程）
導電性皮膜３（および基板２の表面）が除去された再生基板２Ａに導電性皮膜（再生導電性皮膜３Ａ）を再び成膜する。この再生導電性皮膜３Ａは、前記の導電性皮膜３と同様の材料、膜厚、および成膜方法で形成されるものであり、詳細は省略する。なお、除去工程を前記した希ガス元素のイオンによる方法（プラズマ雰囲気またはイオンガン）で行った場合、同じ真空処理室内で連続してスパッタリングを行い、再生導電性皮膜３Ａを成膜することができる。特に、酸化皮膜がないセパレータに再生する場合は、再生基板２Ａが大気に晒されないので、表面に不働態皮膜が形成されることなく、再生導電性皮膜３Ａのみを成膜できる。
【００５８】
（酸化工程）
酸化皮膜を備えたセパレータに再生する場合、前記したように回収したセパレータを酸に浸漬して除去工程から連続して酸化工程を行う以外に、イオンビーム照射等による除去工程後、再生基板２Ａを硝酸や硫酸のような酸化性酸に浸漬して酸化皮膜を形成してもよい。また、再生基板２Ａを酸素を含むプラズマ（以下、Ｏ２プラズマ）に晒してもよい。酸化皮膜は、除去工程後に再生基板２Ａを大気に晒すことによっても形成されるが、温度、湿度、放置時間の影響により、常に一定の厚さの酸化皮膜を形成することは困難である。特に、除去工程を前記した希ガス元素のイオンによる方法で行った場合、同じ真空処理室内で連続して酸化皮膜を形成することができ、さらに引き続いてスパッタリングによる成膜工程を行って再生導電性皮膜３Ａを成膜することができるため、生産上好ましい。
【００５９】
再生基板２ＡをＯ２プラズマに晒すことにより、低圧下でもプラズマ中の酸素が活性化しているので、高圧の酸素雰囲気に晒されているのと同じ状況となり、かつ、圧力やプラズマ生成に必要な出力を調整することにより、常に一定の厚さの酸化皮膜を形成することができる。Ｏ２プラズマは、再生基板２Ａを収容した真空処理室内に酸素を導入し、再生基板２Ａとチャンバー間に再生基板２Ａが負となるように直流電圧を印加するか、再生基板２Ａもしくは専用の電極に高周波を印加することにより発生させることができる。このときの真空処理室内（酸素雰囲気）の圧力としては、０．１３〜１０Ｐａが好ましい。０．１３Ｐａ未満ではプラズマが生成せず、１０Ｐａを超えるとプラズマ生成の効果が飽和するからである。
【００６０】
（熱処理工程）
回収したセパレータを酸化皮膜を備えたセパレータに再生する場合、前記したように、酸化皮膜の導電性を向上させるため成膜工程後に熱処理を行うことが好ましい。この熱処理温度は３００〜６００℃が好ましい。３００℃未満では酸素の拡散が遅く、導電性が向上しない。一方、６００℃を超えると酸素の拡散が速すぎて酸化皮膜が消失するため、水素吸収阻止効果がなくなる。
【００６１】
熱処理工程において、再生導電性皮膜３ＡがＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｉを含む合金からなる場合は、酸素分圧が高い雰囲気では再生導電性皮膜３Ａの酸化が進行するため、酸素分圧は０．１３３Ｐａ以下であることが好ましい。より好ましくは０．０１３３Ｐａ以下である。一方、再生導電性皮膜３ＡがＡｕ，Ｐｔからなる貴金属または貴金属合金である場合は、酸化しないので大気中で熱処理してもよいが、酸素分圧が低い方が耐久性はより高くなる。好ましくは１．３３Ｐａ以下、より好ましくは０．１３３Ｐａ以下である。しかし、再生導電性皮膜３ＡがＰｄまたはＰｄを含む貴金属合金の場合は、大気中で加熱するとＰｄが酸化して導電性が劣化するため、酸素分圧は１．３３Ｐａ以下であることが好ましい。より好ましくは０．６６５Ｐａ以下、最も好ましくは０．１３３Ｐａ以下である。
【００６２】
また、熱処理時間ｔ（分）は、熱処理温度をＴ（℃）とすると、３００≦Ｔ≦６００において、（４２０−Ｔ）／４０≦ｔ≦２／３・ｅｘｐ｛（８０６．４−Ｔ）／１０９．２｝かつｔ≧０．５であることが好ましい。熱処理時間が前記範囲より短いと、酸化皮膜の導電性の向上が不十分であり、一方、前記範囲を超えると酸化皮膜が消失してしまう虞がある。例えば、熱処理温度が４００℃の場合、熱処理時間は０．５〜４１．３分が好ましい。
【実施例】
【００６３】
以上、本発明を実施するための最良の形態について述べてきたが、以下に、本発明の効果を確認した実施例を具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００６４】
〔実施例１〕
〔セパレータ作製〕
はじめに、再生前のセパレータ（新品セパレータ）を基板から作製した。
（基板）
純Ｔｉ（ＡＳＴＭ  Ｇ１）からなる厚さ０．１５ｍｍの板をプレス成形によって、図２に示すようにガス流路溝１１、吸入口１２、および排出口１３を形成し、１０ｃｍ×１０ｃｍの大きさの基板２を作製した。
【００６５】
（酸化皮膜形成）
作製した基板を常温で０．２５％（質量％、以下同じ）ＨＦと１．０％ＨＮＯ３を混合した硝フッ酸水溶液中に１分間浸積することによって表面に不働態皮膜を形成した。また、浸積後、基板を水洗、乾燥した。
【００６６】
（導電性皮膜形成）
図３に示すスパッタリング装置を有する複合型処理装置で、直径４インチ、厚さ５ｍｍのＡｕターゲットを使用した。酸化皮膜形成後の基板をターゲットに対向する位置に設置し（ターゲット−基板間距離：１０ｃｍ）、処理室内を１．３×１０−３Ｐａ以下に排気してからＡｒガスを導入した（Ａｒガス圧：０．２６６Ｐａ）。そして、基板を自転速度１５ｒｐｍで回転させながら、出力１００ＷでＡｕ膜（導電性皮膜３）を膜厚１０ｎｍで成膜した。また、基板の裏面にも同様にしてＡｕ膜を成膜した。
【００６７】
なお、成膜時間は、予め一部にマスキングをしたガラス基板上に前記と同じ条件で成膜時間を変えてスパッタリングを行い、成膜後にマスキングを剥がし、膜表面とガラス基板表面との段差を表面粗さ測定器で測定することによりスパッタリング膜厚を測定して、成膜時間と膜厚との相関から成膜速度を算出し、所望の膜厚を成膜速度で割ることによって決定した。
【００６８】
成膜後の基板を図４に示すように、ガス流路溝１１がある部分をカーボンクロスで両側から挟み、その上から面積１ｃｍ２のＣｕの平面電極に荷重４ｋｇで挟んで、Ｃｕ電極に０．１Ａの電流を流した時に発生するカーボンクロス間の電圧を測定して、接触抵抗を求めた。接触抵抗は、表１に示すように２７ｍΩであった。
【００６９】
（熱処理）
成膜後の基板を熱処理炉内に設置し、炉内を１．３×１０−３Ｐａ以下に排気した後に、基板を４００℃で３分間加熱して新品セパレータを作製した。作製した新品セパレータの接触抵抗を、前記熱処理前の基板と同様の方法で測定した。接触抵抗は、表１に示すように４．６ｍΩであり、熱処理によって導電性の向上が認められた。なお、セパレータの接触抵抗の合格基準は１５ｍΩ以下とした。
【００７０】
〔燃料電池への適用および運転〕
作製した新品セパレータを図１に示す燃料電池に組み立てた。すなわち、白金触媒が塗布された固体高分子膜（Ｎａｆｉｏｎ１１３５）をカーボンクロスとシリコン樹脂製シール材で挟み、その両側から作製したセパレータで挟み、さらにＡｕめっきしたステンレス板からなるエンドプレートで挟むことによって燃料電池を組み立てた。エンドプレートの吸入口および排出口には、アノード極側には水素ガスの導入管および排出管、カソード極側には空気の導入管および排出管を、それぞれ接続した。
【００７１】
組み立てた燃料電池を８０℃に加熱保温して、水素（純度９９．９９９％）および空気を温水中を通すことによって露点温度を８０℃に調整して、２０２６ｈＰａ（２気圧）の圧力で燃料電池に導入した。そして、セル性能測定用システム（スクリプナ社製８９０ＣＬ）を用いて、セパレータに流れる電流を３００ｍＡ／ｃｍ２に一定させて、５０００時間の発電運転を行った。運転初期および５０００時間運転後の電圧、そして電圧の低下量Δを表１に示す。５０００時間の運転後、燃料電池を分解してセパレータを回収し、運転前と同様の方法で接触抵抗を測定した。接触抵抗および運転前の接触抵抗からの増加量Δを表１に示す。
【００７２】
表１に示すように、運転の初期と最終時の発電電圧はそれぞれ０．６１２Ｖ、０．６０８Ｖであり、低下量は０．００４Ｖであった。なお、発電電圧の合格基準は、運転初期時で０．６Ｖ以上、低下量は０．０１Ｖ以下とする。また、接触抵抗は５．１ｍΩであり、運転前と比較して０．５ｍΩ上昇したが、導電性の大きな低下は認められなかった。
【００７３】
〔セパレータ再生〕
次に、回収したセパレータを本発明に係る方法で再生した。
（除去工程）
回収したセパレータを図３に示すイオンガン（ＩＯＮＴＥＣＨ社製、３ｃｍ  ＩＯＮ  ＳＯＵＲＣＥ）を備えた複合型処理装置に設置した（イオンガン−セパレータ間距離：２０ｃｍ）。処理室内を１．３×１０−３Ｐａ以下に排気した後に、処理室内圧力が０．０２ＰａになるまでＡｒガス（純度９９．９９９％）を５ｓｃｃｍの流量で導入した。そして、セパレータ表面全体にイオンビームが照射されるようにセパレータを自転速度１５ｒｐｍで回転させながら、下記の条件でイオンガンを作動させることにより、Ａｒイオンビームをセパレータ表面に照射した。イオンガンはセパレータ表面中心から２．５ｃｍ離れたところにイオンビームの中心が当たるように配置されており、セパレータ表面に対して４５°の方向からイオンビームを照射した。
【００７４】
（イオンガン作動条件）
フィラメント電流：４Ａ
放電電流：０．９Ａ
加速電圧：５００Ｖ
ビーム電圧：５００Ｖ
照射時間：５分
【００７５】
（酸化工程）
次に、処理室内を再び１．３×１０−３Ｐａ以下に排気した後、処理室内圧力が２．６６Ｐａになるまで酸素（Ｏ２）を導入し、セパレータ（再生基板２Ａ）に高周波（１３．５６ＭＨｚ）を印加することによってＯ２プラズマを５分間発生させた。
【００７６】
（成膜工程）
次に、処理室内を再び１．３×１０−３Ｐａ以下に排気した後、処理室内圧力が０．２６６ＰａになるまでＡｒガスを導入し、新品セパレータを作製したときと同じ条件でＡｕ膜（再生導電性皮膜３Ａ）を膜厚１０ｎｍで成膜した。また、セパレータの裏面にも同様にして除去工程〜成膜工程を行った。
【００７７】
なお、除去工程による基板の表面の除去厚さについては、本実施例の基板と同じ純Ｔｉ基板（厚さ０．１５ｍｍ）を２ｃｍ×５ｃｍに切断して、新品セパレータを作製する工程と同じ条件の酸化皮膜形成を行った後に基板の重量を測定し、さらに、前記と同様に、膜厚１０ｎｍのＡｕ皮膜の形成、熱処理、イオンビーム照射を行い、再び重量を測定して、この重量を最初の重量から差し引いて得られた重量を基板の面積とＴｉの密度で割ることによって算出した。このようにして算出した基板の表面の除去厚さは、片面当たり５６ｎｍであった。
【００７８】
（熱処理工程）
最後に、新品セパレータを作製したときと同じ条件で熱処理を行って再生セパレータを作製した。熱処理工程前後の接触抵抗を、新品セパレータと同様の方法で測定した。それぞれの接触抵抗は、表１に示すように、２２ｍΩ、４．２ｍΩであり、熱処理によって新品セパレータの熱処理と同等の導電性向上が認められ、また、得られた再生セパレータは新品セパレータと同等の導電性が認められた。
【００７９】
（燃料電池への再利用および運転）
再生セパレータを新品セパレータと同様に、図１に示す燃料電池に組み立てて、５０００時間の発電運転を行った。運転初期および５０００時間運転後の電圧、そして電圧の低下量Δを表１に示す。５０００時間の運転後、燃料電池を分解してセパレータを回収し、運転前と同様の方法で接触抵抗を測定した。接触抵抗および運転前の接触抵抗からの増加量Δを表１に示す。
【００８０】
表１に示すように、運転の初期と最終時の発電電圧はそれぞれ０．６１１Ｖ、０．６０６Ｖで低下量は０．００５Ｖであった。また、接触抵抗は４．８ｍΩであり、運転前と比較して０．６ｍΩ上昇した。このように、発電電圧と運転による低下量、接触抵抗と運転による増加量共に、新品セパレータと同等の特性が得られた。また、透過電子顕微鏡により、回収したセパレータの断面を観察したところ、Ｔｉ基板表面に厚さ８ｎｍの酸化物層と、その上に厚さ１０ｎｍのＡｕ層が存在することが確認され、真空処理室内での連続処理によって酸化皮膜および導電性皮膜（再生導電性皮膜３Ａ）が形成されていることが確認できた。
【００８１】
【表１】
2009170116.tif 000003
【００８２】
〔実施例２〕
実施例２は、実施例１と同仕様の新品セパレータを作製し、また、実施例１と同様に図１に示す燃料電池に組み立てて、燃料電池を５０００時間運転、発電させた。運転前後の接触抵抗および増加量Δ、運転初期および５０００時間運転後の電圧、そして電圧の低下量Δを表１に示す。接触抵抗および発電電圧のいずれも実施例１の新品セパレータと同等の特性が認められた。
【００８３】
（除去工程）
回収したセパレータを図３に示す複合型処理装置に設置し、実施例１の除去工程と同じ条件で、Ａｒイオンビームの照射によりＡｕ膜と酸化皮膜、さらにＴｉ基板表面を除去した。また、除去工程による基板の表面の除去厚さについては、実施例１と同様の方法で算出した。基板の表面の除去厚さは、片面当たり５１ｎｍであった。
【００８４】
（酸化工程）
次に、基板（再生基板２Ａ）を処理室から取り出して、常温で１Ｎ硝酸に１０分間浸積することによって表面に不働態皮膜を形成し、浸積後、基板を水洗、乾燥した。
【００８５】
（成膜工程）
次に、基板を図３に示す複合型処理装置に設置し、新品セパレータを作製する工程と同じ条件で膜厚１０ｎｍのＡｕ膜を成膜した。また、基板の裏面にも同様にして成膜を行った。
【００８６】
（熱処理工程）
最後に、新品セパレータを作製したときと同じ条件で熱処理を行って再生セパレータを作製した。また、熱処理工程前後の接触抵抗を、新品セパレータと同様の方法で測定した。それぞれの接触抵抗は、表１に示すように、２９ｍΩ、４．５ｍΩであり、硝酸に浸積したことによって、Ｔｉ基板（再生基板２Ａ）とＡｕ膜（再生導電性皮膜３Ａ）との間に不働態皮膜が形成されていることが示唆され、さらに、熱処理によって新品セパレータの熱処理と同等の導電性向上が認められた。また、得られた再生セパレータは新品セパレータと同等の導電性が認められた。
【００８７】
（燃料電池への再利用および運転）
再生セパレータを新品セパレータと同様に、図１に示す燃料電池に組み立てて、５０００時間の発電運転を行った。運転初期および５０００時間運転後の電圧、そして電圧の低下量Δを表１に示す。５０００時間の運転後、燃料電池を分解してセパレータを回収し、運転前と同様の方法で接触抵抗を測定した。接触抵抗および運転前の接触抵抗からの増加量Δを表１に示す。
【００８８】
表１に示すように、運転の初期と最終時の発電電圧はそれぞれ０．６１６Ｖ、０．６１０Ｖで低下量は０．００６Ｖであった。また、接触抵抗は５．２ｍΩであり、運転前と比較して０．７ｍΩ上昇した。このように、発電電圧と運転による低下量、接触抵抗と運転による増加量共に、新品セパレータと同等の特性が得られた。また、透過電子顕微鏡により、回収したセパレータの断面を観察したところ、Ｔｉ基板表面に厚さ６ｎｍの酸化物層と、その上に厚さ１０ｎｍのＡｕ層が存在することが確認され、導電性皮膜の除去後に酸化性酸に浸漬することによって不働態皮膜が形成されていることが確認できた。
【００８９】
〔実施例３、実施例４〕
実施例３および実施例４は、実施例１と同仕様の新品セパレータを作製し、また、実施例１と同様に図１に示す燃料電池に組み立てて、燃料電池を５０００時間運転、発電させた。運転前後の接触抵抗および増加量Δ、運転初期および５０００時間運転後の電圧、そして電圧の低下量Δを表１に示す。接触抵抗および発電電圧のいずれも実施例１の新品セパレータと同等の特性が認められた。
【００９０】
（除去工程および酸化工程）
実施例３について、回収したセパレータを常温で０．２５％ＨＦと１．０％ＨＮＯ３を混合した硝フッ酸水溶液中に３分間浸積することによってＡｕ膜を除去した。一方、実施例４について、回収したセパレータを８０℃で１０％硫酸水溶液中に３０分間浸積することによってＡｕ皮膜を除去した。これらのセパレータ（再生基板２Ａ）を水洗、乾燥した。実施例３、実施例４の各再生基板の表面をＳＥＭ−ＥＤＸによって成分分析を行ったところ、Ａｕのピークは認められず、それぞれＡｕが完全に除去されていることが確認された。
【００９１】
なお、除去工程による基板の表面の除去厚さについては、実施例３、実施例４の各新品セパレータを作製する工程の酸化皮膜形成後に、基板の重量を測定しておき、本酸化工程後に再び基板の重量を測定して、これら重量の差から、基板の除去重量を算出後、セパレータの表面積とＴｉの密度で除去重量を割ることにより算出した。このようにして算出した基板の表面の除去厚さは、片面当たりで、実施例３は８９０ｎｍ、実施例４は３８０ｎｍであった。
【００９２】
（成膜工程）
次に、再生基板を図３に示す複合型処理装置に設置し、実施例１と同じ条件でＡｕ膜を成膜した。実施例３は膜厚１０ｎｍ、実施例４は膜厚７ｎｍとした。また、再生基板の裏面にも同様にして成膜を行った。そして、成膜後の再生基板の接触抵抗を、実施例１と同様の方法で測定した。その結果を表１に示す。実施例３は３５ｍΩ、実施例４は４４ｍΩと高く、それぞれＴｉ基板（再生基板２Ａ）とＡｕ膜（再生導電性皮膜３Ａ）との間に不働態皮膜が形成されていることが示唆された。
【００９３】
（熱処理工程）
最後に、新品セパレータを作製したときと同じ条件で熱処理を行って再生セパレータを作製した。再生セパレータについても接触抵抗を新品セパレータと同様の方法で測定した。その結果を表１に示す。実施例３の接触抵抗は４．７ｍΩ、実施例４の接触抵抗は４．９ｍΩにそれぞれ低下し、熱処理によって不働態皮膜が実施例１の再生セパレータと同等の導電性に向上したことが認められた。
【００９４】
（燃料電池への再利用および運転）
再生セパレータを新品セパレータと同様に、図１に示す燃料電池に組み立てて、５０００時間の発電運転を行った。運転初期および５０００時間運転後の電圧、そして電圧の低下量Δを表１に示す。５０００時間の運転後、燃料電池を分解してセパレータを回収し、運転前と同様の方法で接触抵抗を測定した。接触抵抗および運転前の接触抵抗からの増加量Δを表１に示す。
【００９５】
表１に示すように、運転の初期と最終時の発電電圧はすべて０．６Ｖ以上であり、低下量は、実施例３が０．００４Ｖ、実施例４が０．００６Ｖであった。また、運転後の接触抵抗は、実施例３が５．１ｍΩであり、０．４ｍΩ上昇した。また、実施例４が５．５ｍΩであり、０．６ｍΩ上昇した。このように、発電電圧と運転による低下量、接触抵抗と運転による増加量共に、新品セパレータと同等の特性が得られた。また、透過電子顕微鏡により回収したセパレータの断面を観察したところ、実施例３について、Ｔｉ基板表面に厚さ８ｎｍの酸化物層と、その上に厚さ１０ｎｍのＡｕ層が存在することが確認された。また、実施例４について、Ｔｉ基板表面に厚さ７ｎｍの酸化物層と、その上に厚さ７ｎｍのＡｕ層が存在することが確認された。このように、酸への浸漬によってＡｕ膜（導電性皮膜３）の除去の後に不働態皮膜が形成されていることが確認できた。
【００９６】
〔実施例５〕
次に、実施例５について説明する。
〔セパレータ作製〕
新品セパレータの基板は実施例１〜４と同じ純Ｔｉ基板を使用した。
【００９７】
（不働態皮膜除去）
Ｔｉ基板（基板２）の表面に形成された不働態皮膜を、Ａｒイオンビームの照射により除去した。具体的には、基板を図３に示す複合型処理装置に設置し（イオンガン−セパレータ間距離：２０ｃｍ）、実施例１の再生における除去工程と同じ条件でＡｒイオンビームを基板の表面に照射した。
【００９８】
（導電性皮膜形成）
基板を複合型処理装置に設置したまま、引き続き、導電性皮膜３をスパッタリングにより形成した。それぞれ直径４インチ、厚さ５ｍｍのＡｕターゲットとＴａターゲットを同時に使用して、ＡｕとＴａの合金膜（Ｔａ組成５０ａｔｍ％）を成膜した。ターゲット−基板２間距離はそれぞれ２０ｃｍとなるように予め配置した。実施例１〜３と同様に、再び処理室内を１．３×１０−３Ｐａ以下に排気してから０．２６６ＰａまでＡｒガスを導入した。そして、基板２を自転速度１５ｒｐｍで回転させながら、Ａｕターゲットの出力を１００Ｗ、Ｔａターゲットの出力を２００Ｗで、膜厚３０ｎｍになるように成膜を行った。また、基板の裏面も同様にして不働態皮膜を除去し、Ａｕ−Ｔａ合金膜を成膜して新品セパレータを作製した。
【００９９】
作製した新品セパレータの接触抵抗を測定した。結果を表１に示す。不働態皮膜がないため、接触抵抗は３．８ｍΩと低く、良好な導電性が得られた。
【０１００】
（燃料電池への適用および運転）
新品セパレータを実施例１〜４と同様に図１に示す燃料電池に組み立てた。組み立てた燃料電池に、実施例１〜４における水素に代えて２０質量％メタノール水溶液を供給した。そして、セパレータに流れる電流を６０ｍＡ／ｃｍ２に一定させて、その他の条件は実施例１〜３と同様にして、５０００時間の発電運転を行った。運転初期および５０００時間運転後の電圧、そして電圧の低下量Δを表１に示す。５０００時間の運転後、燃料電池を分解してセパレータを回収し、運転前と同様の方法で接触抵抗を測定した。接触抵抗および運転前の接触抵抗からの増加量Δを表１に示す。
【０１０１】
表１に示すように、運転の初期と最終時の発電電圧はそれぞれ０．５２０Ｖ、０．５１３Ｖであり、低下量は０．００７Ｖであった。なお、本実施例のメタノールを燃料とする燃料電池における発電電圧の合格基準は、運転初期時で０．５Ｖ以上、低下量は０．０１Ｖ以下とする。また、接触抵抗は４．６ｍΩであり、運転前と比較して０．８ｍΩ上昇したが、導電性の大きな低下は認められなかった。
【０１０２】
次に、回収したセパレータを本発明に係る方法で再生した。
（除去工程および成膜工程）
回収したセパレータを図３に示す複合型処理装置に設置し、本実施例の新品セパレータの作製における不働態皮膜除去と同じ条件で、Ａｒイオンビームの照射によりＡｕ−Ｔａ合金膜を除去した。ただし、照射時間は８分とした。そして同じく新品セパレータの作製における導電性皮膜の成膜と同じ条件で、引き続き、膜厚３０ｎｍのＡｕ−Ｔａ合金膜（再生導電性皮膜３Ａ）をスパッタリングにより形成した。セパレータの裏面も同様にしてＡｕ−Ｔａ合金膜を除去し、新たなＡｕ−Ｔａ合金膜を成膜して再生セパレータを作製した。そして、作製した再生セパレータの接触抵抗を測定した。結果を表１に示す。接触抵抗は３．９ｍΩであり、新品セパレータと同等の導電性が得られた。また、除去工程による基板の表面の除去厚さについては、実施例１と同様の方法で算出した。基板の表面の除去厚さは、片面当たり６４ｎｍであった。
【０１０３】
（燃料電池への再利用および運転）
再生セパレータを新品セパレータと同様に、図１に示す燃料電池に組み立てて、５０００時間の発電運転を行った。運転初期および５０００時間運転後の電圧、そして電圧の低下量Δを表１に示す。５０００時間の運転後、燃料電池を分解してセパレータを回収し、運転前と同様の方法で接触抵抗を測定した。接触抵抗および運転前の接触抵抗からの増加量Δを表１に示す。
【０１０４】
表１に示すように、運転の初期と最終時の発電電圧はそれぞれ０．５１８Ｖ、０．５１０Ｖであり、低下量は０．００８Ｖであった。また、接触抵抗は４．８ｍΩであり、運転前と比較して０．９ｍΩ上昇した。以上のように、発電電圧と運転による低下量、接触抵抗と運転による増加量共に、新品セパレータと同様の特性が得られた。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本実施形態に係る燃料電池の構成を説明する分解斜視図である。
【図２】本実施形態に係るセパレータの外観模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面の部分拡大図である。
【図３】複合型処理装置の概略構成を示す図である。
【図４】接触抵抗の測定方法を模式的に説明する図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０    燃料電池
１      セパレータ
２      基板
２Ａ    再生基板
３      導電性皮膜
３Ａ    再生導電性皮膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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