(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された単位電池の隣り合う単位電池間に介在し、隣り合う単位電池双方の電極と接触して該両単位電池を電気的に接続するとともに反応ガスを分離する作用をなすセパレータであって、
金属製部材からなり、下地メッキを施すことなく、隣り合う単位電池双方の電極との接触面にのみ直接金メッキを施して、金メッキの厚さを０．０１〜０．０６μｍとした部分メッキ層を両面に複数形成したことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
該金属製部材をステンレス鋼としたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
該電極と対向して反応ガス通路を画成することを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用セパレータに関するものであり、特にセパレータと単位電池の電極との接触抵抗の小さいものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池には、固体高分子型燃料電池、燐酸型燃料電池及び溶融炭酸塩型燃料電池等がある。これらの燃料電池には、酸素含有ガスと水素含有ガスとの電気化学反応により起電力を生ずる単位電池と、積層された該単位電池の隣り合う単位電池間に介在し、隣り合う単位電池双方の電極と接触して該両単位電池を電気的に接続するとともに反応ガスを分離する作用をなすセパレータとが備えられ、該セパレータとして、固体高分子型燃料電池及び燐酸型燃料電池には緻密質カーボン材が使用され、溶融炭酸塩型燃料電池にはＮｉ／ＳＵＳクラッド材が使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これら緻密質カーボン材を使用したセパレータ及びＮｉ／ＳＵＳクラッド材を使用したセパレータは単位電池の電極との接触抵抗が大きいという問題点がある。
そこで、本発明はかかる問題点を解消するためになされたものであり、単位電池の電極との接触抵抗の小さい燃料電池用セパレータを提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の燃料電池用セパレータは、積層された単位電池の隣り合う単位電池間に介在し、隣り合う単位電池双方の電極と接触して該両単位電池を電気的に接続するとともに反応ガスを分離する作用をなすセパレータであって、金属製部材からなり、下地メッキを施すことなく、隣り合う単位電池双方の電極との接触面にのみ直接金メッキを施して、金メッキの厚さを０．０１〜０．０６μｍとした部分メッキ層を両面に複数形成したことを特徴とする。
第２の発明の燃料電池用セパレータは、請求項１記載の燃料電池用セパレータにおいて、該金属製部材をステンレス鋼としたことを特徴とする。
第３の発明の燃料電池用セパレータは、請求項１又は２記載の燃料電池用セパレータにおいて、該電極と対向して反応ガス通路を画成することを特徴とする。
【０００５】
下地メッキを施すことなく、該セパレータの該電極との接触面にのみ直接金メッキを施すことにより、該セパレータと該電極との接触抵抗が小さくなり、該セパレータと該電極との間での電子の導通が良好に行われる。また、燃料電池用セパレータの両面に部分メッキ層を複数形成する金メッキの厚さを０．０１〜０．０６μｍとしたので、金メッキには腐食の起点となるピンホールの発生がなく、燃料電池用セパレータと単位電池の電極との接触抵抗がいっそう小さく一定となり燃料電池の出力電圧が向上すると共に、該セパレータ１枚当たりの金使用量が少なくてすむためコストダウンが達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
金属製部材には、アルミニウム、チタン、Ｎｉ−鉄合金、ステンレス鋼等を使用できるが、耐腐食性の観点からステンレス鋼を使用することが望ましい。
セパレータと電極との間に形成する反応ガス通路は、電極に溝を形成して画成してもよく、セパレータに凹凸を設けて画成してもよいが、特に電極がカーボン製の場合は金属製のセパレータに凹凸を設けて反応ガス通路を画成することが望ましい。
セパレータに施す金メッキの厚さについては、実験の結果、該厚さを０．０１〜０．０６μｍとした場合に接触抵抗が特に小さくなりかつピンホールの発生もないことが明らかとなったため、該金メッキの厚さは０．０１〜０．０６μｍとする。
本セパレータは、固体高分子型燃料電池、燐酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池等各種燃料電池に採用することができる。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の実施例として、固体高分子型燃料電池に採用される燃料電池用セパレータを図１〜５に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施例の燃料電池用セパレータ１は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を用いたもので、外周部２には反応ガス導入用流通孔３、反応ガス流出用流通孔４及び冷却水流通孔５が穿設され、内周部６にはプレス成形により多数個の凹凸からなる膨出成形部７が形成されている。膨出成形部７の膨出先端側端面８には、０．０１〜０．０２μｍの厚さの金メッキ層９が形成されている。
図２に示すように、燃料電池を形成する際、セパレータ１は、積層された単位電池１０、１１の間に介在し、単位電池１０、１１の電極１２、１３と膨出成形部７の膨出先端側端面８に形成された金メッキ層９とが当接するように配設され、セパレータ１と電極１２、１３との間に反応ガス通路１４を画成する。
【０００８】
セパレータ１の金メッキ層９は、プレス成形されたセパレータ素材に下地メッキを施すことなく、脱脂工程、洗浄工程、表面活性化工程、洗浄工程、部分金メッキ工程、洗浄工程及び乾燥工程をかかる順序で実施して形成した。
脱脂工程では強アルカリ系脱脂剤を用いてセパレータ素材の表面に付着した油脂を除去する。
表面活性化工程では無機混合酸と有機系インヒビタとを処理剤として用い、セパレータ素材の表面を活性化すると共に平滑化する。
部分金メッキ工程では、セパレータ素材に対して電圧を印加したノズルから被メッキ部にメッキ処理液を噴出して部分メッキ層を形成するスパージャ方式を用い、メッキ処理液としてシアン金カリウム溶液を用いてセパレータ素材の膨出成形部７の膨出先端側端面８に部分メッキする。
【０００９】
セパレータ１と単位電池１０、１１の電極１２、１３との接触抵抗に及ぼす金メッキ層９の影響を調査するため、図３に示すように、セパレータ１５から電極基材１６を経てセパレータ１７に電子が導通する際の導通抵抗を測定した。
以下、導通抵抗の測定について詳説する。図３に示すように、単位電池１０、１１の電極１２、１３と同じ構成材からなる電極基材１６をセパレータ１と同じ構造及び材質からなるセパレータ１５とセパレータ１７との間に挟持し、さらに、セパレータ１５とセパレータ１７とを定電流電源１８に接続した一対の集電板１９、２０で挟持し、セパレータ１５、１７間に一定電流を供給した際にセパレータ１５、１７間に生ずる電位差をセパレータ１５、１７間に直列接続された電位差計２１で検出し、該電位差を抵抗値に換算して導通抵抗を取得する。この際、集電板１９、２０を絶縁板２２、２３を介して押圧板２４、２５により把持し、押圧装置（図示せず）により押圧板２４、２５を押圧してセパレータ１５、１７の膨出先端側端面２６、２７に所定の大きさの面圧を加える。
【００１０】
図４に一定面圧下におけるセパレータ１５、１７の膨出先端側端面２６、２７に形成した金メッキ層２８、２９の厚さと、導通抵抗との関係を示す。
図４から明らかなように、金メッキ層２８、２９の厚さが薄くなるほど導通抵抗が小さくなり、０．０６μｍより小さくなるとほぼ一定の導通抵抗となることが明らかとなった。
【００１１】
図５にセパレータ１５、１７の膨出先端側端面２６、２７に加える面圧を変化させた際の導通抵抗と面圧との関係（図中、「実施例」と記載）を示す。
比較のため、緻密質カーボン製のセパレータとＮｉ／ＳＵＳクラッド材製のセパレータとを作製し、セパレータ１５、１７に代えて緻密質カーボン製セパレータにより電極基材１６を挟持し、面圧を変化させて導通抵抗を測定した際の導通抵抗と面圧との関係（図中、「比較例１」と記載）及びセパレータ１５、１７に代えてＮｉ／ＳＵＳクラッド材製セパレータにより電極基材１６を挟持し、面圧を変化させて導通抵抗を測定した際の導通抵抗と面圧との関係（図中、「比較例２」と記載）をそれぞれ図５に併記する。なお、何れのセパレータにおいても電極基材１６との見かけ上の接触面積は同一である。
【００１２】
図５から明らかなように、面圧が大きくなるほど導通抵抗が低下する傾向は、セパレータ１５、１７、緻密質カーボン製セパレータ及びＮｉ／ＳＵＳクラッド材製セパレータ共に同じであるが、一定面圧に対する導通抵抗の大きさは、セパレータ１５、１７が最も小さかった。
【００１３】
セパレータ１の耐腐食性を調査するため、腐食の起点となるピンホールが金メッキ層９に存在するか否かを硝酸ばっ気試験（ＪＩＳ  Ｈ８６２１）を実施して確認した。その結果、金メッキ層９の厚さが０．０１μｍ以上ではＣｒの溶出は観察されず、ピンホールが形成されていないことが確認できた。
【００１４】
【発明の効果】
第１の発明によれば、燃料電池用セパレータを金属製部材により形成し、下地メッキを施すことなく、隣り合う単位電池双方の電極との接触面にのみ直接金メッキを施したので、該セパレータと該電極との接触抵抗が低下し、該セパレータから該電極への電子の導通が良好となるため、燃料電池の出力電圧が大きくなる。また、燃料電池用セパレータの両面に部分メッキ層を複数形成する金メッキの厚さを０．０１〜０．０６μｍとしたので、金メッキには腐食の起点となるピンホールの発生がなく、燃料電池用セパレータと単位電池の電極との接触抵抗がいっそう小さく一定となり燃料電池の出力電圧が向上すると共に、該セパレータ１枚当たりの金使用量が少なくてすむためコストダウンが達成される。
第２の発明によれば、該金属製部材をステンレス鋼としたので、耐腐食性が良好となるため、耐久性が向上する。
第３の発明によれば、該セパレータが該電極と対面して反応ガスの通路を画成するので、成形の容易な金属製のセパレータにより反応ガス通路を画成することが可能となるため、燃料電池の生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例である燃料電池用セパレータの平面図である。
【図２】  上記燃料電池用セパレータと単位電池との接触状態を示す断面図である。
【図３】  導通抵抗を測定する手段を示す図である。
【図４】  金メッキ層の厚さと導通抵抗との関係を示すグラフである。
【図５】  面圧と導通抵抗との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  燃料電池用セパレータ
８  膨出先端側端面
９  金メッキ層
１０  単位電池
１１  単位電池
１２  電極
１３  電極
１４  反応ガス通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003854682.tif 000005
【図５】
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