(57)【要約】【課題】金属基材の腐食を抑制する耐食層の寿命を金属基材が腐食する前に検知することを可能とする燃料電池用セパレータ及び燃料電池を提供する。【解決手段】本発明の燃料電池用セパレータは、金属基材と、前記金属基材上に前記金属基材より耐食性の低い金属により構成される中間層と、前記中間層上に前記金属基材より耐食性の高い金属又は樹脂により構成される耐食層とを有する。【選択図】図３
2009021140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材と、
前記金属基材上に前記金属基材より耐食性の低い金属により構成される中間層と、
前記中間層上に前記金属基材より耐食性の高い金属又は樹脂により構成される耐食層とを有する燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池用セパレータであって、前記中間層は、溶出してもコンタミ成分とならない金属により構成されることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池用セパレータであって、前記中間層は、電位−ｐＨ図内の水の安定領域において、前記金属基材と比べて腐食領域の下限電位が低いか又は腐食領域のｐＨが酸性側にあることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
燃料電池用セパレータを含む燃料電池であって、
前記燃料電池用セパレータは、金属基材と、前記金属基材上に前記金属基材より耐食性の低い金属により構成される中間層と、前記中間層上に前記金属基材より耐食性の高い金属又は樹脂により構成される耐食層とを有することを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池であって、前記燃料電池の発電時に生成する水の状態を検出する検出手段を備え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、燃料電池用セパレータ及び燃料電池の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に燃料電池は、電解質膜の両側を挟持する一対の電極（アノード極、カソード極）を含む膜−電極アッセンブリと、膜−電極アッセンブリの両側を挟持する一対の燃料電池用セパレータとを有する。アノード極は、アノード極触媒層及び拡散層、カソード極は、カソード極触媒層及び拡散層を有する。燃料電池の発電時には、アノード極に供給するアノードガスを水素ガス、カソード極に供給するカソードガスを酸素ガスとした場合、アノード極側では、水素イオン及び電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中を通りカソード極側に、電子は外部回路を通じてカソード極に到達する。一方、カソード極側では、水素イオン、電子及び酸素ガスが反応して水分を生成する反応が行われ、エネルギを放出する。
【０００３】
上記燃料電池用セパレータには、カーボンを基材としたもの、金属を基材としたもの等が挙げられる。
【０００４】
金属を基材とした燃料電池用セパレータは、カーボンを基材とした燃料電池用セパレータと比較して、機械強度、成形性の点で優れているが、腐食し易い。金属を基板とした燃料電池用セパレータが腐食すると、金属基板から溶出する溶出成分により、電解質膜の劣化、膜−電極アッセンブリへのコンタミ等により、燃料電池の性能低下を招く場合がある。
【０００５】
例えば、特許文献１には、金属基材の腐食を抑制するために、金属基材上に貴金属によって構成される貴金属コート層と、貴金属コート層上に炭素材料によって構成されるカーボンコート層とを有する燃料電池用セパレータが提案されている。
【０００６】
また、例えば、特許文献２には、金属基材の腐食を抑制するために、金属基材上に金属系導電性塗料によって構成される第一塗装層と、第一塗装層上に黒鉛系導電性塗料によって構成される第二塗装層とを備える燃料電池用セパレータが提案されている。
【０００７】
金属基材の腐食を抑制するための耐食層（例えば、貴金属コート層）は、燃料電池の発電時に生成する水と接触しても、ほとんど腐食することはない。
【０００８】
しかし、耐食層は、一般的にめっき、蒸着等により形成されるため、ピンホールレスの耐食層を形成することは困難であり、燃料電池の発電時に生成する水分が、経年的に耐食層内に浸透（ピンホール等を通過）して、金属基材を腐食させる場合がある。
【０００９】
従来、上記のような耐食層の寿命は、金属基材から溶出する溶出成分を検出することによって検知されるが、検知した際には、既に金属基材から溶出成分が溶出した後であり、電解質膜の劣化、膜−電極アッセンブリへのコンタミ等が発生している場合がある。
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−１８７８１号公報
【特許文献２】特開２００６−１７９２４２号公報
【特許文献３】特開２００５−３０２３０４号公報
【特許文献４】特開２００４−１７２１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、金属基材の腐食を抑制する耐食層の寿命を金属基材が腐食する前に検知することを可能とする燃料電池用セパレータ及び燃料電池である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の燃料電池用セパレータは、金属基材と、前記金属基材上に前記金属基材より耐食性の低い金属により構成される中間層と、前記中間層上に前記金属基材より耐食性の高い金属又は樹脂により構成される耐食層とを有する。
【００１３】
また、前記燃料電池用セパレータにおいて、前記中間層は、溶出してもコンタミ成分とならない金属により構成されることが好ましい。
【００１４】
また、前記燃料電池用セパレータにおいて、前記中間層は、電位−ｐＨ図内の水の安定領域において、前記金属基材より腐食領域の下限電位が低いか又は腐食領域のｐＨが酸性側にあることが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、燃料電池用セパレータを含む燃料電池であって、前記燃料電池用セパレータは、金属基材と、前記金属基材上に前記金属基材より耐食性の低い金属により構成される中間層と、前記中間層上に前記金属基材より耐食性の高い金属又は樹脂により構成される耐食層とを有する。
【００１６】
また、前記燃料電池において、前記燃料電池の発電時に生成する水の状態を検出する検出手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、金属基材と、金属基材上に金属基材より耐食性の低い金属により構成される中間層と、中間層上に金属基材より耐食性の高い金属又は樹脂により構成される耐食層とを有することにより、耐食層の寿命を金属基材が腐食する前に検知することを可能とする燃料電池用セパレータ及び燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態について以下説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池の構成の一例を示す模式図である。図１に示すように、燃料電池１は、電解質膜１０の両側をアノード極１２、カソード極１４により挟持した膜−電極アッセンブリ１６と、膜−電極アッセンブリ１６の両外側を挟持する燃料電池用セパレータ１８とを有する。また、本実施形態に係る燃料電池は、上記燃料電池１を単位セルとして、複数積層したものであってもよい。
【００２０】
アノード極１２及びカソード極１４はそれぞれ、触媒層２０及び拡散層２２を有する。
【００２１】
触媒層２０は、例えば、白金、ルテニウム等の金属触媒を担持したカーボンとパーフルオロスルホン酸系の電解質等とを混合して拡散層２２又は電解質膜１０上に成膜することにより形成される。拡散層２２は、カーボンクロス等の多孔質材料等が用いられる。電解質膜１０は、プロトン伝導性を有する膜であり、例えば、パーフルオロスルホン酸系の樹脂膜等が用いられる。
【００２２】
本実施形態に係る燃料電池用セパレータについて説明する。
【００２３】
図２（イ）は、本実施形態に係る燃料電池用セパレータの一方の面の構成の一例を示す模式平面図であり、図２（ロ）は、本実施形態に係る燃料電池用セパレータの他方の面の構成の一例を示す模式平面図である。図２（イ），（ロ）に示すように、燃料電池用セパレータ１８には、アノードガスマニホールド２４ａ，２４ｂ、カソードガスマニホールド２６ａ，２６ｂが設けられている。また、図２（イ）に示すように、燃料電池用セパレータ１８の一方の面には、アノードガス流路２８を形成するリブ３０、図２（ロ）に示すように、他方の面にはカソードガス流路３２を形成するリブ３０が設けられている。本実施形態では、燃料電池用セパレータ１８の両面にガス流路（アノードガス流路２８、カソードガス流路３２）が形成された構成であるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、一方の面にのみガス流路が形成された構成であってもよい。
【００２４】
アノードガスマニホールド２４ａは、燃料電池１内に供給されるアノードガスをアノードガス流路２８に供給するための入口であり、アノードガスマニホールド２４ｂは、アノードガス流路２８からアノードガスを排出するための出口である。カソードガスマニホールド２６ａは、燃料電池１内に供給されるカソードガスをカソードガス流路３２に供給するための入口であり、カソードガスマニホールド２６ｂは、カソードガス流路３２からカソードガスを排出するための出口である。
【００２５】
燃料電池の動作について図１、図２を用いて説明する。
【００２６】
図１に示す燃料電池１の発電において、アノード極１２側では、図２（イ）に示す燃料電池用セパレータ１８のアノードガスマニホールド２４ａからアノードガス流路２８にアノードガスが供給される。供給されたアノードガスは、アノードガス流路２８を通り、図１に示すアノード極１２（拡散層２２、触媒層２０）に供給され、発電に利用される。発電に利用されたアノードガスは、図２（イ）に示す燃料電池用セパレータ１８のアノードガスマニホールド２４ｂを介して、燃料電池１外へ排出される。一方カソード極１４側では、図２（ロ）に示す燃料電池用セパレータ１８のカソードガスマニホールド２６ａからカソードガス流路３２にカソードガスが供給される。供給されたカソードガスは、カソードガス流路３２を通り、図１に示すカソード極１４（拡散層２２、触媒層２０）に供給され、発電に利用される。発電に利用されたカソードガスは、図２（ロ）に示す燃料電池用セパレータ１８のカソードガスマニホールド２６ｂを介して、燃料電池１外へ排出される。
【００２７】
上記でも説明したように、燃料電池１の発電によって水が生成される。そして、生成水は、膜−電極アッセンブリ１６から図２（イ），（ロ）に示す燃料電池用セパレータ１８の反応ガス流路（アノードガス流路２８、カソードガス流路３２）を通り、各マニホールド（アノードガスマニホールド２４ａ，２４ｂ、カソードガスマニホールド２６ａ，２６ｂ）から燃料電池１外へ排水される。特に、上記説明した反応ガス（アノードガス、カソードガス）が排出されるマニホールド（アノードガスマニホールド２４ｂ、カソードガスマニホールド２６ｂ）から燃料電池１外へ排水される。
【００２８】
図３は、本実施形態に係る燃料電池用セパレータの構成の一例を示す一部拡大模式断面図である。図３に示すように、燃料電池用セパレータ１８は、金属基材３４と、金属基材３４上に形成される中間層３６と、中間層３６上に形成される耐食層３８とを有する。
【００２９】
耐食層３８は、主に金属基材３４の腐食を抑制するものであるため、金属基材３４より耐食性の高い金属又は樹脂により構成される。中間層３６は、主に、耐食層３８の寿命により金属基材３４が腐食する前に腐食（金属成分を溶出）するものであるため、金属基材３４より耐食性の低い金属により構成される。
【００３０】
本実施形態では、図３に示すように、金属基材３４の両面に中間層３６及び耐食層３８を形成した構成を例としているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、上記でも説明したように、燃料電池用セパレータ１８の一方の面にのみ反応ガス流路（アノードガス流路２８又はカソードガス流路３２）が形成されている場合には、反応ガス流路が形成される側の金属基材３４面に中間層３６及び耐食層３８が形成されていてもよい。また、リブ３０、反応ガス流路（アノードガス流路２８、カソードガス流路３２）、外周部４０、マニホールド（アノードガスマニホールド２４ａ，２４ｂ、カソードガスマニホールド２６ａ，２６ｂ）内の金属基材３４上全てに、中間層３６を形成する必要はなく、腐食し易い箇所の金属基材３４上に中間層３６を形成してもよい。腐食し易い箇所としては、例えば、反応ガスを排出する出口としてのマニホールド（２４ｂ，２６ｂ）内の金属基材３４上、及びその周辺の外周部４０の金属基材３４上が挙げられる。
【００３１】
金属基材３４は、燃料電池用セパレータ１８に使用される金属基材として公知のものであれば、特に制限されるものではないが、耐強度性、耐食性等を有していることが好ましい。金属基材３４を構成する材料としては、例えば、ステンレス鋼、銅及び銅合金、チタン及びチタン合金、ニッケル系基材、アルミ及びアルミ合金、マグネシウム合金、鉄等が挙げられる。金属基材３４には、プレス成形等により上記説明した反応ガス流路（アノードガス流路２８、カソードガス流路３２）が形成され、打ち抜き加工等により上記説明したマニホールド（アノードガスマニホールド２４ａ，２４ｂ、カソードガスマニホールド２６ａ，２６ｂ）が形成される。
【００３２】
中間層３６は、金属基材３４より耐食性の低い金属により構成されるものである。金属基材３４と中間層３６の耐食性は、以下のように評価することができる。金属基材３４を構成する金属板を例えばｐＨ２、８０℃の硫酸中に２４時間浸漬し、硫酸中に溶出した金属イオンの量（μｍｏｌ／ｃｍ２・ｄａｙ）を測定する。中間層３６を構成する金属の金属板も同様の条件で、硫酸中に溶出した金属イオンの量を測定する。そして、金属イオンの溶出量の多い方が、耐食性の低い金属である。硫酸中に溶出した金属イオンの量は、ＩＣＰ発光分光分析装置により検出することができる。また、電気化学的評価方法であるＬＳＶ（Ｌｉｎｅｓｒ  Ｓｗｅｅｐ  Ｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍ）によっても、耐食性を評価することができる。具体的には、負荷した電位における腐食電流を測定しながら、負荷電位をスイープしていくと、材料の耐食性は、腐食電流曲線の積分値で表され、そして、測定曲線が右下にあるほど耐食性が高いと評価することができる。
【００３３】
例えば、金属基材３４にチタン（Ｔｉ）を用いる場合、中間層３６は、Ｔｉより耐食性の低い金属、例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、セリウム（Ｃｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ビスマス（Ｂｉ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、タリウム（Ｔｌ）等により構成される。また、金属基材３４に銅（Ｃｕ）を用いる場合、中間層３６は、Ｃｕより耐食性の低い金属、例えば、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｒ等により構成される。
【００３４】
例えば、金属基材３４にステンレス、銅合金、チタン合金等の合金を用いる場合、合金の組成によって耐食性が異なるため、中間層３６を構成する金属は、その合金の組成によって、選択される。  
【００３５】
例えば、金属基材３４に用いられるステンレスには、オーステナイト系ステンレス鋼（鉄−クロム−ニッケル合金）、フェライト系ステンレス鋼（鉄−クロム合金）、マルテンサイト系ステンレス鋼（鉄−クロム合金）等がある。上記ステンレス鋼のうち、耐食性の高いオーステナイト系ステンレス鋼を用いる場合、中間層３６は、オーステナイト系ステンレスより耐食性の低い金属、例えば、Ａｇ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｅ等により構成される。また、オーステナイト系ステンレス鋼より耐食性の劣るフェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼を用いる場合、中間層３６は、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼より耐食性の低い金属、例えば、Ｓｎ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｃｅ等により構成される。
【００３６】
中間層３６を構成する金属は、必ずしも単金属である必要はなく、金属基材３４より耐食性が低くければ、合金であってもよい。
【００３７】
また、中間層３６は、金属基材３４より耐食性の低い金属により構成され、その金属は、燃料電池１の発電によって生じる水と接触してもコンタミ成分とならないものであることが好ましい。反応ガス流路（アノードガス流路２８、カソードガス流路３２）、リブ３０等に中間層３６が設けられる場合には、中間層３６の金属から溶出する溶出成分は、電解質膜１０等に接触する機会が多い。そのため、中間層３６は、コンタミ成分を溶出しない金属により構成されるものであることが好ましい。一方、反応ガスの出口のマニホールド（２４ｂ，２６ｂ）付近に中間層３６が設けられる場合には、中間層３６の金属から溶出する溶出成分がコンタミ成分であっても、電解質膜等には、ほとんど影響を与えない。
【００３８】
燃料電池１の発電によって生じる水と接触してもコンタミ成分とならない金属は、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｌａ、Ｃｅ等である。
【００３９】
また、中間層３６は、電位−ｐＨ図内の水の安定領域において、金属基材３４より腐食領域の面積が大きい金属により構成されることが好ましい。
【００４０】
図４（イ）は、水の安定領域を示す電位−ｐＨ図の一例であり、図４（ロ）は、金属の電位−ｐＨ図を説明するための図である。電位−ｐＨ図とは、ｐＨや電位の異なる環境下において、金属物質がどのような状態であるかを表すものである。図４（ロ）に示すように、金属は、電位、ｐＨの変化により、腐食することによってエネルギ的に安定化する腐食領域、不動態形成によってエネルギ的に安定化する不動態領域、反応を起こさない状態がエネルギ的に安定である安定領域が存在するものである。金属の種類により、図４（ロ）に示す腐食領域、不動態領域、安定領域は異なる。
【００４１】
図４に示す水の安定領域（ｐＨ０〜１４の間で、電位の上限が１．２Ｖ〜０．４Ｖ（ｖｓ．ＳＨＥ）、下限が０Ｖ〜−０．８Ｖ（ｖｓ．ＳＨＥ））は、水が安定に存在する領域であり、上記安定領域以外では、水は分解し、酸素及び水素が発生する。
【００４２】
燃料電池１を構成する部材の劣化等により、燃料電池１の発電により生成する水のｐＨも酸性側等に変動する場合がある。すなわち、燃料電池１の発電時の環境は、図４に示す水の安定領域に含まれるものである。したがって、図４に示す電位−ｐＨ図の水の安定領域において、各金属が、腐食領域、不動態領域、安定領域のうちいずれかに属するかによって、その金属が燃料電池１の内部環境でどのような影響を受けるかを知ることができる。
【００４３】
中間層３６は、燃料電池１の内部環境において腐食する必要があるため、電位−ｐＨ図の水の安定領域内に腐食領域を有し、金属基材３４より腐食領域の下限電位が低いか又は腐食領域のｐＨが酸性側にあることが好ましい。
【００４４】
中間層３６の膜厚は、層としての形成が可能であり、電池性能に悪影響を及ぼさない範囲であれば特に制限されるものではないが、例えば、０．０１〜１０μｍの範囲であることが好ましい。中間層３６の膜厚が、０．０１μｍより薄いと、層としての形成が困難となり、金属基材３４を覆うことができない場合がある。また、中間層３６の膜厚が、１０μｍより厚いと、燃料電池用セパレータ１８の接触抵抗の増加、剥離等を引き起こす場合がある。
【００４５】
中間層３６の形成は、公知の電解めっき法、無電解めっき法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、インクジェット法等特に制限されるものではないが、中間層３６を構成する金属の結合力を弱くし、金属成分を溶出させ易い（腐食させ易い）等の点で、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、インクジェット法等の蒸着法により中間層３６が形成されることが好ましい。
【００４６】
耐食層３８は、金属基材３４より耐食性の高い金属又は樹脂により構成されるものである。例えば、金属基材３４にＣｕ、Ｔｉを使用する場合、耐食層３８は、金属基材３４より耐食性の高い金属、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）等により構成される。また、上記説明したステンレス、銅合金、チタン合金等を用いる場合は、合金の組成により耐食性が異なるため、耐食層３８を構成する金属は、その合金の組成によって、選択される。耐食性の評価は、上記説明した通りである。
【００４７】
例えば、ステンレス鋼のうち、耐食性の強いオーステナイト系ステンレス鋼（鉄−クロム−ニッケル合金）を金属基材３４に用いる場合、耐食層３８は、オーステナイト系ステンレスより耐食性の高い金属、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｎｂ等により構成される。また、フェライト系ステンレス鋼（鉄−クロム合金）、マルテンサイト系ステンレス鋼（鉄−クロム合金）等を金属基材３４に用いる場合、耐食層３８は、フェライト系ステンレス鋼（鉄−クロム合金）、マルテンサイト系ステンレス鋼（鉄−クロム合金）より耐食性の高い金属、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ等により構成される。
【００４８】
耐食層３８を構成する樹脂は、金属基材３４より耐食性の高いものであれば特に制限されるものではないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリウレタン系樹脂、セルロース系樹脂、ＳＢＲ等のゴム系、フェノール系樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレンジオキシチオレン、ポリアミン、ポリピロール等の樹脂が挙げられる。また、耐食層３８に導電性を持たせるため、上記樹脂にカーボン等を加える。金属と樹脂の耐食性の比較も上記と同様である。すなわち、耐食層３８を構成する樹脂板を例えばｐＨ２、８０℃の硫酸中に２４時間浸漬し、硫酸中に溶出した樹脂の量（μｍｏｌ／ｃｍ２・ｄａｙ）を測定する。金属基材３４を構成する金属板も上記同様に行う。そして、溶出量の多い方が、耐食性の低い金属である。硫酸中に溶出した樹脂の量は、ＩＣＰ発光分光分析装置により検出することができる。また、電気化学的評価方法であるＬＳＶ（Ｌｉｎｅｓｒ  Ｓｗｅｅｐ  Ｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍ）によっても、耐食性を評価することができる。具体的には、負荷した電位における腐食電流を測定しながら、負荷電位をスイープしていくと、材料の耐食性は、腐食電流曲線の積分値で表され、そして、測定曲線が右下にあるほど耐食性が高いと評価することができる。
【００４９】
耐食層３８は、上記でも説明したように、主に金属基材３４の腐食を抑制するためのものであるから、図４に示す電位−ｐＨ図の水の安定領域において、腐食領域を有さない金属により構成されていることが好ましい。このような金属は、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）等が挙げられる。また、金属は、水の安定領域において腐食領域を全く有していない必要はなく、水の安定領域内に腐食領域の面積が１０％以内であるものであってもよい。
【００５０】
耐食層３８の膜厚は、金属基材３４の腐食を抑制することができる範囲であれば特に制限されるものではないが、例えば、０．０１μｍ以上であることが好ましい。耐食層３８の膜厚が、０．０１μｍより薄いと、ピンホールが多く存在し、金属基材３４の腐食を抑制することができない場合がある。
【００５１】
金属により構成される耐食層３８の形成は、公知の電解めっき法、無電解めっき法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、インクジェット法等特に制限されるものではないが、耐食層３８を構成する金属の結合力を強くし、耐食性を高めることができる点で、電解めっき法、無電解めっき法により耐食層が形成されることが好ましい。樹脂により構成される耐食層３８の形成は、ディッピング、スプレー、ハケ塗り等特に制限されるものではない。
【００５２】
以上のように、本実施形態に係る燃料電池は、金属基材上に金属基材より耐食性の低い金属により構成される中間層と、中間層上に金属基材より耐食性の高い金属又は樹脂により構成される耐食層とを有することにより、金属基材より中間層の方が腐食し易くなるため、耐食層の寿命を金属基材が腐食する前に検知することが可能となる。耐食層の寿命により中間層を構成する金属が溶出すると、燃料電池から排水される水の導電率の増加、ｐＨが酸性側に移動、色の変化等が起こるため、排出された水分をサンプリングして、上記導電率等を調べることにより、耐食層の寿命を検知することができる。
【００５３】
次に、本発明の他の実施形態に係る燃料電池について説明する。
【００５４】
図５は、本発明の他の実施形態に係る燃料電池の構成の一例を示す模式図である。図５に示すように、燃料電池２は、複数の単位セル４０と導電率検出器４２とを有する。本実施形態では、単位セル４０の数は特に制限されるものではない。また、単位セル４０は、図１に示す燃料電池１と同様の構成であり、不図示であるが電解質膜の両側をアノード極、カソード極により挟持した膜−電極アッセンブリと、膜−電極アッセンブリの両外側を挟持する燃料電池用セパレータとを有する。
【００５５】
導電率検出器４２は、燃料電池２の発電時に生成する水の導電率を検出するものである。上記でも説明したように、燃料電池２の発電時に生成する水が、燃料電池用セパレータの耐食層内に浸透し中間層に接触すると、中間層から金属成分が溶出するため、燃料電池２の発電時に生成する水の導電率が上昇する。すなわち、導電率検出器４２により、燃料電池２の発電時に生成する水の導電率を検出し、導電率検出器４２に設定した所定の導電率を超えた場合に、燃料電池用セパレータの耐食層の寿命であると判断することができる。
【００５６】
本実施形態では、燃料電池２の発電時に生成する水の状態を検出することができる検出手段であれば、必ずしも上記導電率検出器４２に限定されるものではない。例えば、中間層から金属成分が溶出することにより、燃料電池２の発電時に生成する水のｐＨは、酸性側に移動する場合がある。そのため、燃料電池２の発電時に生成する水のｐＨを検出することができるｐＨ検出器であってもよい。また、中間層から金属成分が溶出することにより、燃料電池の発電時に生成する水の色が変わる場合には、画像センサであってもよい。特定のイオン種に反応するイオン電極により、その電位変化によって検出してもよい。中間層を構成する金属に合わせて、燃料電池２の発電時に生成する水の状態は、中間層を構成する金属によって変わるため、変化した水の状態の検出に適した検出手段を選択することが好ましい。
【００５７】
以上のように、本実施形態の燃料電池は、金属基材上に金属基材より耐食性の低い金属により構成される中間層と、中間層上に金属基材より耐食性の高い金属又は樹脂により構成される耐食層とを有する燃料電池用セパレータと燃料電池の発電時に生成する水の状態を検出することができる検出手段とを備えることにより、耐食層の寿命を金属基材が腐食する前に検知することが可能となる。
【００５８】
上記本実施形態に係る燃料電池は、例えば、携帯電話、携帯用パソコン等のモバイル機器用小型電源、自動車用電源、家庭用電源等として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池の構成の一例を示す模式図である。
【図２】本実施形態に係る燃料電池用セパレータの一方の面及び他方の面の構成の一例を示す模式平面図である。
【図３】本実施形態に係る燃料電池用セパレータの構成の一例を示す一部拡大模式断面図である。
【図４】（イ）は、水の安定領域を示す電位−ｐＨ図の一例であり、（ロ）は、金属の電位−ｐＨ図を説明するための図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る燃料電池の構成の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６０】
１，２  燃料電池、１０  電解質膜、１２  アノード極、１４  カソード極、１６  膜−電極アッセンブリ、１８  燃料電池用セパレータ、２０  触媒層、２２  拡散層、２４ａ，２４ｂ  アノードガスマニホールド、２６ａ，２６ｂ  カソードガスマニホールド、２８  アノードガス流路、３０  リブ、３２  カソードガス流路、３４  金属基材、３６  中間層、３８  耐食層、４０  外周部、４０  単位セル、４２  導電率検出器。
【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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