(57)【要約】【課題】固体高分子型燃料電池の板状部材複合型セパレータの構成部材に用いたとき、その接触部における接触抵抗の低減に極めて効果的となる粗面化表面を有するフェライト系ステンレス鋼板を提供する。【解決手段】Ｃｒ：１６〜４０質量％、Ｍｏ：０.２〜５質量％を含有するフェライト系ステンレス鋼種からなる鋼板の少なくとも片面に、面粗さＳＰａが０.３〜２μｍである粗面化表面を持つ鋼板であって、当該鋼板の前記粗面化表面と、上記同条件の粗面化表面を持つ他の鋼板の粗面化表面とを、接触面圧１ＭＰａで接触させたときに、接触抵抗が１０ｍΩ・ｃｍ2以下好ましくは３ｍΩ・ｃｍ2以下を呈する固体高分子型燃料電池のセパレータ用粗面化ステンレス鋼板。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒ：１６〜４０質量％、Ｍｏ：０.２〜５質量％を含有するフェライト系ステンレス鋼種からなる鋼板の少なくとも片面に、面粗さＳＰａが０.３〜２μｍである粗面化表面を持つ鋼板であって、当該鋼板の前記粗面化表面と、上記同条件の粗面化表面を持つ他の鋼板の粗面化表面とを、接触面圧１ＭＰａで接触させたときに、接触抵抗が１０ｍΩ・ｃｍ2以下を呈する固体高分子型燃料電池のセパレータ用粗面化ステンレス鋼板。
【請求項２】
前記粗面化表面は、塩化第二鉄水溶液中での交番電解またはアノード電解により粗面化されたものである請求項１に記載のセパレータ用粗面化ステンレス鋼板。
【請求項３】
前記フェライト系ステンレス鋼種は、ＪＩＳ Ｇ４３０５：２００５に規定されるフェライト系鋼種に相当するものである請求項１または２に記載のセパレータ用粗面化ステンレス鋼板。
【請求項４】
前記フェライト系ステンレス鋼種は、質量％で、Ｃ：０.１２％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０.０８％以下、Ｓ：０.０３％以下、Ｃｒ：１６〜４０％、Ｍｏ：０.２〜５％、Ｎ：０.０２５％以下であり、Ｎｉ：０〜０.６％、Ｃｕ：０〜１％、Ａｌ：０〜１％、Ｔｉ：０〜０.８％、Ｎｂ：０〜０.８％、Ｖ：０〜１％、Ｃａ：０〜０.１％、ＲＥＭ（希土類元素）：０〜０.１％、Ｂ：０〜０.１％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である組成を有する鋼種である請求項１または２に記載のセパレータ用粗面化ステンレス鋼板。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の粗面化鋼板をプレス成形してなる一対のセパレータ部材を、それぞれの前記粗面化表面どうしの間で接触箇所が形成されるように一体化した固体高分子型燃料電池のセパレータ。
【請求項６】
前記一対のセパレータ部材の間に、前記接触箇所によって仕切られた冷却水流路を有する請求項５に記載のセパレータ。
【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の金属セパレータを構成するための粗面化されたフェライト系ステンレス鋼板、およびそのフェライト系ステンレス鋼板を部材に使用して構成される固体高分子型燃料電池のセパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の中でも、固体高分子型の燃料電池は１００℃以下での低温作動が可能であり、短時間で起動する長所を備えている。また、各部材が固体からなる構造であるためメンテナンスが容易であり、振動や衝撃に曝される用途にも適用できる。更に、出力が高いため小型化に適し、燃料効率が高く騒音が小さい等の長所も備えている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池は、１セルあたりの発電量が小さいため、実用的な電力を取り出すには、固体高分子膜をセパレータで挟んだセルを１セルとし、多数のセルをスタックする必要がある。固体高分子型燃料電池は、分子中にプロトン交換基をもつ固体高分子樹脂がプロトン導電性電解質として機能することを利用したものであり、他の形式の燃料電池と同様に固体高分子膜を挟んで一方の側に水素等の燃料ガスを、他方の側に空気等の酸化性ガスをそれぞれ流す構造となっている。
【０００４】
図１に、金属製セパレータを用いた車載用の固体高分子型燃料電池の断面構造を模式的に例示する。固体高分子膜の両側に電極（それぞれ負極および正極）を挟んでセパレータが配置されている。セパレータは、金属板をプレスにより畝状の凹凸断面を有する形状に加工してなる一対のセパレータ部材１とセパレータ部材２を、押圧した状態（すなわち接触部に接触面圧が付与された状態）で接触させ、一体化した構造を有している。そのセパレータ部材１は負極（例えばカーボンペーパー）と電気的に接触しているとともに、負極と当該部材の間には燃料ガス（水素を主体とするもの）が通る流路が形成されている。一方、セパレータ部材２は隣のセルにおける正極（例えばカーボンペーパー）と電気的に接触しているとともに、正極と当該部材の間には酸化剤ガス（例えば空気を主体とするもの）が通る流路が形成されている。そして、セパレータを構成する一対のセパレータ部材１とセパレータ部材２どうしは、互いに電気的接触を有するとともに、両部材の間には冷却水が通る流路が設けられることが多い。
【０００５】
図２に、家庭などで用いる定置用として想定される固体高分子型燃料電池の断面構造を模式的に例示する。この場合、車載用ほど高電流で運転されることは少ないので、例えば３セルに１セル程度の割合でセパレータ部材間に冷却水を通す構造が想定される。冷却水を通すセルでは、金属板をプレスにより畝状の凹凸断面を有する形状に加工してなるセパレータ部材３およびセパレータ部材４を一対として、それらを押圧した状態で接触させて一体化し、セパレータを構成する。この場合も、一対のセパレータ部材３とセパレータ部材４どうしは、互いに電気的接触を有するとともに、両部材の間には冷却水が通る流路が設けられる。
【０００６】
図１や図２に示されるような、プレス成形された一対の板状部材を押圧した状態で接触させて一体化したタイプのセパレータを、以下単に「板状部材複合型セパレータ」と呼ぶことがある。
【０００７】
固体高分子型燃料電池のセパレータは、ｐＨ２〜３程度の酸性雰囲気に耐える材料で構成する必要がある。このような強酸性雰囲気に耐え、しかもセパレータに要求される特性を満足する金属材料は、これまでのところ実用化されていない。例えば、強酸性雰囲気に耐える金属材料としてステンレス鋼等の耐酸性材料が考えられる。これらの材料は、表面に形成した強固な不動態皮膜によって耐酸性を呈するが、その不動態皮膜の存在によって表面抵抗や接触抵抗が高くなる。特に、一対のセパレータ部材を組み合わせることによって冷却水流路を区画した上記のような構造の板状部材複合型セパレータでは、両部材の接触箇所において良好な導電性が確保されなければならない。接触抵抗が高くなると、接触部分で多量のジュール熱が発生して大きな熱損失となり、燃料電池の発電効率を低下させる。したがって、ステンレス鋼等の不動態皮膜により耐酸性を確保するタイプの金属材料を実用的な構造のセパレータ材に適用することは容易でない。一方、不動態皮膜によらずに高耐食性を発揮する金属材料としては貴金属が挙げられ、これをセパレータ部材表面にコーティングすれば接触抵抗を低減させることは可能である。しかし、コスト的にそのような手法は採用できない。
【０００８】
これまでに、固体高分子型燃料電池のセパレータを意図して、ステンレス鋼表面の接触抵抗を低減させるための手法が種々検討されてきた。特許文献１〜３にはカーボン粒子をステンレス鋼表面に島状に分布させることにより、耐酸性を確保しながら導電性および接触抵抗を改善したセパレータ材料が開示されている。しかし、ステンレス鋼表面に対するカーボン粒子の付着力を安定して十分に確保することは必ずしも容易ではなく、ハンドリングや加工などの際にカーボン粒子がステンレス鋼表面から脱落することが懸念される。また、良好な密着度でカーボン粒子を付着させるための工程が必要となり、生産工数の増加を招く。
【０００９】
特許文献４にはステンレス鋼やチタン表面の酸化物層を除去した後、貴金属または貴金属の合金を付着させ接触抵抗を低減させる方法が記載されている。しかし、この方法は貴金属を使用することによるコスト増大が避けられない。
【００１０】
一方、電解のない酸浸漬のみでは溶解不足となり良好な粗面化ができない。また、公知のアノード電解も接触抵抗の低減には有効でない。
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−１２１０１８号公報
【特許文献２】特開平１１−１２６６２１号公報
【特許文献３】特開平１１−１２６６２２号公報
【特許文献４】特開２００１−６７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、このような現状に鑑み、上記のような板状部材複合型セパレータに用いたとき、その接触部における接触抵抗の低減に極めて効果的となる粗面化表面を有するフェライト系ステンレス鋼板を提供しようというものである。また、そのステンレス鋼板を用いたセパレータ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】
【００１３】
上記目的は、Ｃｒ：１６〜４０質量％、Ｍｏ：０.２〜５質量％を含有するフェライト系ステンレス鋼種からなる鋼板の少なくとも片面に、面粗さＳＰａが０.３〜２μｍである粗面化表面を持つ鋼板であって、当該鋼板の前記粗面化表面と、上記同条件の粗面化表面を持つ他の鋼板の粗面化表面とを、接触面圧１ＭＰａで接触させたときに、接触抵抗が１０ｍΩ・ｃｍ2以下好ましくは３ｍΩ・ｃｍ2以下さらに好ましくは１ｍΩ・ｃｍ2以下を呈する固体高分子型燃料電池のセパレータ用粗面化ステンレス鋼板によって達成される。前記粗面化表面は、例えば塩化第二鉄水溶液中での交番電解またはアノード電解により粗面化されたものである。
【００１４】
ここで、「面粗さＳＰａ」は、ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１に規定される断面曲線の算術平均高さＰａを一定面積の表面領域について測定し、その平均値をとったものである。具体的には、ＳＰａは走査型レーザー顕微鏡により測定される三次元表面プロファイルのデータを解析することにより求まる面粗さパラメータの１つであり、断面曲面の平均面に対する断面曲面の標高の絶対値の平均値を意味する。三次元表面プロファイルを測定する表面領域は、一辺が５０μｍ以上の矩形の表面領域とする。すなわち５０μｍ×５０μｍ以上の測定面積を確保する。走査型レーザー顕微鏡の深さ方向分解能は０.０１μｍ以上とすることが望ましい。「接触面圧」は、接触している双方の鋼板表面間に付与されている接触面に垂直方向の応力成分である。「接触抵抗」は、当該接触部を介して双方の鋼板間に直流電流（例えば接触面での電流密度１Ａ／ｃｍ2）を流した際の電圧降下から算出される抵抗値に接触面積を乗じたものである。
【００１５】
前記フェライト系ステンレス鋼種としては、例えばＪＩＳ Ｇ４３０５：２００５に規定されるフェライト系鋼種に相当し、ＣｒおよびＭｏ含有量が上記の範囲にあるものが例示できる。これらの規格鋼種をベースに、必要に応じて種々の元素を添加して特性改善を図った鋼種を採用することもできる。特にＰは０.０８質量％までの含有が許容される。成分組成範囲を例示すると、質量％で、Ｃ：０.１２％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０.０８％以下、Ｓ：０.０３％以下、Ｃｒ：１６〜４０％、Ｍｏ：０.２〜５％、Ｎ：０.０２５％以下であり、Ｎｉ：０〜０.６％、Ｃｕ：０〜１％、Ａｌ：０〜１％、Ｔｉ：０〜０.８％、Ｎｂ：０〜０.８％、Ｖ：０〜１％、Ｃａ：０〜０.１％、ＲＥＭ（希土類元素）：０〜０.１％、Ｂ：０〜０.１％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である組成を有する鋼種を挙げることができる。ここで、下限が０％である元素は任意成分であり、０％はその元素が無添加であり、通常の製鋼工程での分析手法において測定限界以下である場合を意味する。
【００１６】
また本発明では、上記のような粗面化鋼板をプレス成形してなる一対のセパレータ部材を、それぞれの前記粗面化表面どうしの間で押圧された接触箇所が形成されるように一体化した固体高分子型燃料電池のセパレータが提供される。特に、前記一対のセパレータ部材の間に、前記接触箇所によって仕切られた冷却水流路を有するものが好適な対象となる。図１、図２の例では、太線で示した箇所に前記粗面化表面が適用される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、フェライト系ステンレス鋼板の表面どうしを接触させたときの接触抵抗が顕著に低減される粗面化ステンレス鋼板が提供された。したがって、本発明の粗面化ステンレス鋼板は、冷却水流路を内在させた合理的な構造の固体高分子型燃料電池セパレータを構成する部材として極めて有用である。また本発明の粗面化ステンレス鋼板で構成される板状部材複合型セパレータは、比較的安価なフェライト系ステンレス鋼を素材としており、しかも貴金属を使用しないので低コストであり、かつ冷却機能を有しながら高い導電性を維持できることから、車載用および定置用の実用的な固体高分子型燃料電池の普及に寄与するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
〔フェライト系ステンレス鋼種〕
本発明では、固体高分子型燃料電池のセパレータが曝される酸性環境で高い耐久性を呈するステンレス鋼として、Ｍｏ：０.２〜５質量％を含有するフェライト系ステンレス鋼種を対象とする。そのような鋼種としては既存の公知鋼種を採用することができる。例えば、ＪＩＳ Ｇ４３０５：２００５に規定されるフェライト系鋼種であって、Ｍｏを上記の範囲で含有するものを例示することができる。
【００１９】
具体的な成分組成範囲を示すと例えば、質量％で、Ｃ：０.１２％以下好ましくは０.０２５％以下、Ｓｉ：１％以下好ましくは０.５％以下、Ｍｎ：２％以下好ましくは１％以下、Ｐ：０.０８％以下、Ｓ：０.０３％以下、Ｃｒ：１６〜４０％好ましくは１６〜３５％より好ましくは１６〜３２％、Ｍｏ：０.２〜５％好ましくは１〜３％、Ｎ：０.０２５％以下であり、Ｎｉ：０〜０.６％、Ｃｕ：０〜１％好ましくは０〜０.５％、Ａｌ：０〜１％好ましくは０〜０.３％、Ｔｉ：０〜０.８％好ましくは０〜０.３％、Ｎｂ：０〜０.８％好ましくは０〜０.３％、Ｖ：０〜１％、Ｃａ：０〜０.１％好ましくは０〜０.０１％、ＲＥＭ（希土類元素）：０〜０.１％好ましくは０〜０.０１％、Ｂ：０〜０.１％好ましくは０〜０.０１％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成が挙げられる。
【００２０】
主な成分元素について簡単に説明する。
Ｃは、０.１２質量％まで許容できるが、フェライト系ステンレス鋼の加工性、低温靭性を低下させるので０.１２質量％以下とすることが望ましい。それらの特性を重視する場合は０.０５質量％以下とすることがより望ましく、０.０２５質量％以下であることが一層好ましい。
【００２１】
Ｓｉは、多量に含有すると鋼を硬質化して加工性を阻害するので、１質量％以下であることが望ましく、０.５質量％以下がより好ましい。
【００２２】
Ｍｎは、多量に含有すると加工性低下、耐食性低下、接触抵抗の増大を招くので、２質量％以下であることが望ましく、１質量％以下がより好ましい。
【００２３】
Ｐは、セパレータが曝される燃料電池の内部環境における耐食性向上に有効な元素であるが、Ｐ含有量増大に伴って加工性が低下するので、０.０８質量％以下であることが望ましい。
【００２４】
Ｓは、耐食性に有害な元素であり、０.０３質量％以下であることが好ましい。
【００２５】
Ｃｒは、ステンレス鋼の耐食性を確保するために重要な元素であり、Ｃｒ含有量が多くなるほど一般に耐食性は向上する。固体高分子型燃料電池のセル内環境を考慮すると１６質量％以上のＣｒ含有量を確保することが望ましい。ただし、多量のＣｒ含有は加工性の低下を招くので、Ｃｒ含有量は４０質量％以下に抑える必要がある。３５質量％以下とすることが望ましく、３０質量％以下がより好ましい。
【００２６】
Ｍｏは、Ｃｒとの共存によりステンレス鋼の耐食性を向上させる元素である。本発明ではセル内環境に曝されたときに優れた耐久性を呈するように、Ｍｏ含有量が０.２質量％以上のオーステナイト系ステンレス鋼を対象とする。Ｍｏ含有量は１質量％以上であることがより好ましい。ただし、多量のＭｏ含有はステンレス鋼を硬質化させ加工性劣化を招き、またコスト的にも不利となるので、Ｍｏ含有量の上限は５質量％に制限される。３質量％以下とすることがより好ましい。
【００２７】
Ｎは、加工性、低温靭性を低下させるので０.０２５質量％以下であることが望ましい。
【００２８】
Ｎｉ、Ｃｕは、酸性雰囲気での耐全面腐食性を改善し、またフェライト系ステンレス鋼の低温靭性を改善する作用があるため、必要に応じてこららの１種以上を添加することができる。上記作用を十分に発揮させるには、Ｎｉの場合は０.１５質量％以上、Ｃｕの場合は０.２質量％以上の含有量を確保することが望ましい。ただし、これらの元素は溶出しやすい性質があり、なかでも溶出したＮｉイオンが触媒層に到達すると電池性能が低下しやすい。したがって、Ｎｉ、Ｃｕの１種以上を添加する場合は、Ｎｉは０.６質量％以下、Ｃｕは０.８質量％以下の範囲で行うことが望ましい。
【００２９】
Ａｌは、鋼の脱酸剤として機能するとともに、Ｎの固定にも有用であることから、必要に応じて添加することができる。この場合、０.０４質量％以上の含有量を確保することがより効果的である。ただし、Ａｌを添加する場合は１質量％以下とすることが望ましく、０.３質量％以下がより好ましい。
【００３０】
Ｔｉ、Ｎｂは、Ｃ、Ｎを固定し加工性を改善する効果があり、必要に応じて添加される。そのためにはＴｉ：０.０３質量％以上、Ｎｂ：０.０３質量％以上の１種以上を添加することが効果的である。ただし、Ｔｉ、Ｎｂの１種以上を添加する場合は、Ｔｉ、Ｎｂとも０.８質量％以下の含有量とすることが望ましく、０.３質量％以下がより好ましい。
【００３１】
Ｖは、燃料電池内の内部環境における耐食性を改善する作用があるので必要に応じて添加される。その作用を十分に得るには０.２質量％以上のＶ含有量を確保することが望ましい。ただし、Ｖを添加する場合は、１質量％以下の含有量とすることが望ましい。
【００３２】
その他、本発明の効果を阻害しない範囲であれば種々の元素を添加することができる。例えば、Ｃａ：０.１質量％以下％好ましくは０.０１質量％以下、ＲＥＭ（希土類元素）：０.１質量％以下好ましくは０.０１質量％以下、Ｂ：０.１質量％以下好ましくは０.０１質量％以下の１種以上の添加などが許容される。
【００３３】
〔粗面化形態〕
図３に、本発明の粗面化鋼板の粗面化表面どうしが１ＭＰａの接触圧力で接触している接触部についての板厚方向に平行な断面におけるＳＥＭ写真を例示する。双方の粗面化鋼板は後述の実施例におけるＮｏ.３０５の条件で得られたものである。尖った突起形状として観察されるピット境界の稜の部分が、押圧による大きな荷重を受けて塑性変形し、その塑性変形に伴い表面の不動態皮膜が破れ新鮮面どうしが接触し良好な通電状態となるものと考えられる。
【００３４】
図４には、粗面化していない鋼板の表面どうしが１ＭＰａの接触圧力で接触している接触部についての板厚方向に平行な断面におけるＳＥＭ写真を例示する。この場合、１ＭＰａの接触圧力を受けても、微視的に見ると両鋼板が接触している部分は少なく、隙間が形成されている部分が多いことがわかる。また、表面の不動態皮膜の破壊も起こりにくい。このような状態では接触抵抗が高く、良好な通電状態が期待できない。
【００３５】
発明者らの検討によれば、板状部材複合型セパレータにおいて、そのセパレータを構成する板状部材間の通電を十分に確保するためには、接触面圧１ＭＰａで接触させたときの接触抵抗が１０ｍΩ・ｃｍ2以下であるような接触状態が形成される板状部材を用いることが必要であることがわかった。そのような特性を満たさない板状部材どうしを組み合わせた場合には安定して良好な通電を確保することが難しい。特に接触面圧１ＭＰａで接触させたときの接触抵抗が３ｍΩ・ｃｍ2以下となる粗面化鋼板であることがより好ましく、１ｍΩ・ｃｍ2以下となることがさらに好ましい。
【００３６】
詳細な検討の結果、図３に示したような新鮮面どうしの接触によって、接触面圧１ＭＰａで接触させたときの接触抵抗が１０ｍΩ・ｃｍ2以下の接触状態を実現するには、後述する電解粗面化によって得られる特異な粗面化形態（開口部が小さい割に深さが深い球面状のピットが鋼板表面の投影面積に占める割合で約８０％以上の高密度で形成されている粗面化形態）において、面粗さＳＰａが０.３μｍ以上に調整されている粗面化表面が極めて有効であることがわかった。ＳＰａが０.３μｍ未満だと鋼板表面の投影面積に占めるピット未発生領域の割合が大きすぎるか、あるいはピットが浅すぎてピット境界の稜の部分の尖り方が不足するものと考えられ、結果的に安定して接触抵抗の十分な低減を図ることが難しい。
【００３７】
〔ステンレス鋼板〕
電解粗面化処理に供するステンレス鋼材としては、一般的な酸洗仕上げ材や調質圧延仕上げ材などが適用可能である。
【００３８】
〔予備処理〕
電解粗面化処理に供する前には、予備処理として通常の電解脱脂を行うことが好ましく、あるいは更に必要に応じて塩酸酸洗を実施することができる。電解脱脂は例えば濃度１〜１０質量％のオルソケイ酸ナトリウム水溶液中でのアノード電解が好適に採用できる。電解脱脂の液温およびアノード電流密度は例えば、６０℃±５℃、２〜１０Ａ／ｄｍ2とすることができ、処理時間は例えば５〜３０秒の範囲で調製すればよい。塩酸酸洗は常温の塩酸水溶液に浸漬する方法が好適に採用できる。その塩酸濃度は例えば１〜１０質量％とし、浸漬時間は５〜３０秒程度の範囲で調整すればよい。
【００３９】
〔電解粗面化処理〕
上記のような粗面化形態を得るためには、塩化第二鉄水溶液中での交番電解処理またはアノード電解処理が好適に適用できる。電解液としてはＦｅ3+イオンを含む塩化第二鉄が適している。電解液中にはステンレス鋼の酸化作用を促進するＮＯ3―、ＳＯ42-といったイオンが含まれていないことも、孔食、すなわちピットの形成を容易にさせ、粗面化処理を短時間で終えるために重要となる。Ｍｏを含有するフェライト系ステンレス鋼の場合、Ｃｒ含有量が概ね２５質量％以下の鋼種に対しては交番電解が比較的適しており、Ｃｒ含有量がそれより高い高耐食性鋼種に対してはアノード電解が比較的適している。
【００４０】
電解液の濃度や電解条件は、ステンレス鋼種に応じて上述の粗面化形態が得られる適正範囲に設定する必要がある。例えば、交番電解の場合、Ｆｅ3+濃度５〜１００ｇ／Ｌの塩化第二鉄水溶液中で、アノード電解時の電流密度１〜１０ｋＡ／ｍ2、カソード電解時の電流密度０.０３〜２ｋＡ／ｍ2とした１〜２０Ｈｚの交番電解を１０〜３００秒間施す条件範囲において、最適条件を定めるとよい。アノード電解の場合は、Ｆｅ3+濃度５０〜１００ｇ／Ｌの塩化第二鉄水溶液中で、電流密度１〜１０ｋＡ／ｍ2のアノード電解を１０〜３００秒間施す条件範囲において、最適条件を定めるとよい。
【００４１】
〔セパレータ〕
以上のような本発明の粗面化ステンレス鋼板は、プレス加工により所定の畝状の凹凸を形成したセパレータ部材とすることができる。そのプレス加工を経ても、板状部材複合型セパレータを構成する一対の部材間における接触抵抗は、プレス加工前のサンプルを用いた場合と遜色ないことが実験により確認されている。一対のセパレータ部材は、通常、周辺部をろう付けまたはかしめ加工することにより一体化され、両部材の接触部が押圧された状態の板状部材複合型セパレータが構築される。
【実施例１】
【００４２】
ＳＵＳ４３６Ｊ１Ｌ（１８Ｃｒ−０.５Ｍｏ）に相当する、２Ｂ仕上げ、板厚０.４ｍｍのフェライト系ステンレス鋼板を用意した。
予備処理として供試材の鋼板を濃度５質量％、液温６０℃のオルソケイ酸ナトリウム溶液に浸漬し、電流密度５Ａ／ｄｍ2でアノード電解脱脂を１０秒間実施した。
【００４３】
電解脱脂後の鋼板表面に、塩化第二鉄水溶液中で交番電解処理を施すことによって粗面化処理を行った。処理条件は、Ｆｅ3+：２０ｇ／Ｌの塩化第二鉄水溶液を用い、アノード電流密度：３.０ｋＡ／ｍ2、交番電解サイクル５Ｈｚ、処理時間：６０秒で、カソード電流密度および液温を変化させて交番電解処理を行った。すべての条件で微細なピットが全面に形成され、ピット境界には断面形状の尖った稜が形成されていた。比較材として電解粗面化処理を行っていない２Ｂ仕上げのままの材料も用意した（実施例２〜４において同じ）。
【００４４】
粗面化処理を終えた材料および粗面化処理を施さなかった比較材（以下、これらを試料鋼板という）について、面粗さＳＰａ、および接触抵抗を以下のようにして調べた。
【００４５】
〔面粗さＳＰａ〕
各試料鋼板の粗面化表面（粗面化処理を施さなかった比較材は２Ｂ仕上げままの表面）について、走査型共焦点レーザー顕微鏡（オリンパス株式会社製；ＯＬＳ１２００）を用いて、５１μｍ×５１μｍの表面領域について、分解能０.０１μｍにて面粗さＳＰａを測定した。具体的には、対物レンズ１００倍（深さ方向分解能：０.０１μｍ）、ズーム２.５倍の倍率に設定し、５１μｍ×５１μｍ視野の粗面化表面の画像を取り込んだ後、ピークノイズ除去および画像輝度平均化の画像処理を行うことによって三次元表面プロファイルを求め、そのデータに基づいて算出される面粗さＳＰａを求めた。
【００４６】
〔接触抵抗〕
試料鋼板を室内に約７２時間放置した後、その鋼板から直径１５ｍｍの円形試料を打ち抜いた。２枚の円形試料（いずれも同種の鋼板試料から打ち抜いたもの）を１組として、それぞれの粗面化表面どうしが向き合うように重ね合わせ、その上下にＣｕ製のブロックをあてがい、オートグラフにより１ＭＰａの接触圧力となる荷重を付加した。そして、上下のＣｕ製のブロック間に直流電源より１.７７Ａ（１Ａ／ｃｍ2）の電流を流し、重ね合わせた双方の円形試料間における電圧降下Ｅ（ｍＶ）をデジタルマルチメータで測定し、接触抵抗Ｒ（ｍΩ・ｃｍ2）＝Ｅ／Ｉを求めた。
結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
電解粗面化処理を施していないＮｏ.１１８は接触抵抗が２５ｍΩ・ｃｍ2であったのに対し、面粗さＳＰａを０.３〜２μｍとした本発明例の接触抵抗は余裕を持って１０ｍΩ・ｃｍ2以下をクリアした。
【実施例２】
【００４９】
電解粗面化処理に供する鋼板をＳＵＳ４４４（１８Ｃｒ−２Ｍｏ）に相当する、２Ｂ仕上げ、板厚０.１５ｍｍのフェライト系ステンレス鋼板とし、塩化第二鉄水溶液による電解粗面化処理の条件を、Ｆｅ3+：２７.５〜４８ｇ／Ｌ、液温：４０〜６０℃、アノード電流密度：３.０ｋＡ／ｍ2、カソード電流密度：０.３〜１.０Ａ／ｍ2、交番電解サイクル５Ｈｚ、処理時間：６０秒の交番電解処理としたことを除き、実施例１と同様の条件で実験を行った。結果を表２に示す。
【００５０】
【表２】
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【００５１】
面粗さＳＰａを０.３〜２μｍとした本発明例のものは、余裕を持って１０ｍΩ・ｃｍ2以下の接触抵抗を実現することができた。
【実施例３】
【００５２】
電解粗面化処理に供する鋼板をＳＵＳ４４５Ｊ１（２２Ｃｒ−１.２Ｍｏ）に相当する、２Ｄ仕上げ、板厚０.２ｍｍのフェライト系ステンレス鋼板とし、塩化第二鉄水溶液による電解粗面化処理の条件を、Ｆｅ3+：３０ｇ／Ｌ、液温：５０℃、アノード電流密度３.５ｋＡ／ｍ2、カソード電流密度０.８ｋＡ／ｍ2、交番電解サイクル１０Ｈｚとし、処理時間を種々変化させて交番電解を行ったことを除き、実施例１と同様の条件で実験を行った。結果を表３に示す。
【００５３】
【表３】
2009231149.tif 000005
【００５４】
面粗さＳＰａを０.３〜２μｍとした本発明例のものは、余裕を持って１０ｍΩ・ｃｍ2以下の接触抵抗を実現することができた。
【実施例４】
【００５５】
電解粗面化処理に供する鋼板をＳＵＳ４４７Ｊ１（３０Ｃｒ−２Ｍｏ）に相当する、２Ｂ仕上げ、板厚０.２５ｍｍのフェライト系ステンレス鋼板とし、塩化第二鉄水溶液による電解粗面化処理の条件を、Ｆｅ3+：７０ｇ／Ｌ、液温：４０〜５０℃、アノード電流密度３ｋＡ／ｍ2、処理時間３０〜６０秒の、アノード電解としたことを除き、実施例１と同様の条件で実験を行った。結果を表４に示す。
【００５６】
【表４】
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【００５７】
面粗さＳＰａを０.３〜２μｍとした本発明例のものは、余裕を持って１０ｍΩ・ｃｍ2以下の接触抵抗を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】金属製セパレータを用いた車載用の固体高分子型燃料電池の断面構造を模式的に例示した図。
【図２】金属製セパレータを用いた定置用の固体高分子型燃料電池の断面構造を模式的に例示した図。
【図３】本発明の粗面化鋼板の粗面化表面どうしが押圧された状態で接触している接触部についての板厚方向に平行な断面におけるＳＥＭ写真。
【図４】粗面化していない鋼板の表面どうしが押圧された状態で接触している接触部についての板厚方向に平行な断面におけるＳＥＭ写真。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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