JP2000164228A - 固体高分子電解質型燃料電池のセパレータおよびその製造方法 - Google Patents

固体高分子電解質型燃料電池のセパレータおよびその製造方法

Info

Publication number
JP2000164228A
JP2000164228A JP10334737A JP33473798A JP2000164228A JP 2000164228 A JP2000164228 A JP 2000164228A JP 10334737 A JP10334737 A JP 10334737A JP 33473798 A JP33473798 A JP 33473798A JP 2000164228 A JP2000164228 A JP 2000164228A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
separator
layer
fuel cell
solid polymer
polymer electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10334737A
Other languages
English (en)
Inventor
Masahiro Saito
正弘 齋藤
Kazuo Saito
和夫 齊藤
Kazuhide Matsumoto
一秀 松本
Masashi Takahashi
雅士 高橋
Masayuki Ito
昌行 伊藤
Kunihiko Wada
国彦 和田
Kazutoshi Takaishi
和年 高石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP10334737A priority Critical patent/JP2000164228A/ja
Priority to US09/448,144 priority patent/US6967065B1/en
Publication of JP2000164228A publication Critical patent/JP2000164228A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/02—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material
    • C23C28/023—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material only coatings of metal elements only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/321—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/322—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/341—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one carbide layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • C23C28/3455—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer with a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxide, ZrO2, rare earth oxides or a thermal barrier system comprising at least one refractory oxide layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】セパレータの耐食性を向上させて、コンパクト
化および軽量化を図った固体高分子電解質型燃料電池の
セパレータ、および低コスト化を図ったセパレータの製
造方法を得る。 【解決手段】固体高分子電解質型燃料電池のセパレータ
３０は、セパレータ基材３１と、このセパレータ基材３
１上に被覆されるコーティング層３５とから構成され、
コーティング層３５は、低電気抵抗性層３４、耐食性層
３３または耐剥離性層３２のうちの２層以上からなる多
層構造を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子膜を電
解質として用いた固体高分子電解質型燃料電池のセパレ
ータおよびその製造方法に係り、特に、コンパクト化お
よび軽量化を図ったセパレータおよび低コスト化を図っ
たセパレータの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、水素などの燃料と空気など
の酸化剤を電気化学的に反応させることにより、燃料の
もつ化学的エネルギを電気エネルギに変換する装置であ
る。
【０００３】燃料電池は、使用される電解質の種類によ
り、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型および固体
高分子電解質型などの各種が知られている。このなかで
も、固体高分子電解質型燃料電池は、分子中にプロトン
交換基を有する高分子樹脂膜を飽和に含水させるとプロ
トン伝導性電解質として機能することを利用した燃料電
池であり、比較的低温度域で作動して発電効率も優れて
いるため、近年注目されている。
【０００４】図９は、固体高分子電解質型燃料電池の基
本単位である単電池の構成を示す図である。
【０００５】図９に示すように、単電池１は、イオン導
電性を有する固体高分子膜２と、この固体高分子膜２を
挟んで配置されたアノード電極３およびカソード電極４
とから構成される。そして、これらの各電極３，４の外
側には、各電極３，４に反応ガスを供給するガス不透過
性のガス供給溝を有するアノード電極側のセパレータ５
およびカソード電極側のセパレータ６が配置さる。
【０００６】イオン導電性を有する固体高分子膜２とし
ては、たとえばプロトン交換膜であるパーフルオロカー
ボンスルホン酸（ナフィオンＲ：米国、デュポン社）が
知られている。この固体高分子膜２は分子中に水素イオ
ンの交換基を有しており、飽和含水することでイオン導
電性電解質として機能するとともに、アノード電極３側
から供給される燃料７とカソード電極４側から供給され
る酸化剤８とを分離する機能を有する。
【０００７】固体高分子膜２を挟んで一方に配置される
アノード電極３は、触媒層３ａと多孔質カーボン平板３
ｂとから形成される。また、アノード電極３と対向して
配置されるカソード電極４は、触媒層４ａと多孔質カー
ボン平板４ｂとから形成される。
【０００８】アノード電極側のセパレータ５は、セパレ
ータ基材９と、このセパレータ基材９の両側面に配置さ
れ、燃料を供給する燃料供給溝１０ａ，１０ｂとから構
成される。
【０００９】一方、カソード電極側のセパレータ６は、
セパレータ基材１１と、このセパレータ基材１１の側面
に配置され、カソード電極４と接する面側に配置され、
酸化剤を供給する酸化剤供給溝１２と、この酸化剤供給
溝１２と反対側に配置される燃料供給溝１０とから構成
される。
【００１０】以下に、この単電池１の原理を説明する。
【００１１】アノード電極３に燃料７を、カソード電極
４に酸化剤８をそれぞれ供給すると、単電池１の一対の
電極３，４間における電気化学反応により起電力が生じ
る。通常、燃料７として水素、酸化剤８として空気を用
いる。
【００１２】アノード電極３に水素を供給すると、水素
はアノード触媒層３ａにおいて水素イオンと電子とに解
離し、水素イオンは固体高分子膜２を通って、また、電
子は外部回路を通ってカソード電極４にそれぞれ移動す
る。一方、カソード電極４に供給された空気中の酸素
は、触媒層４ａにおいて、水素イオンと電子とによりカ
ソード反応を起こし、水を生成する。このとき、外部回
路を通った電子は電流となり電力を供給することができ
る。即ち、アノード電極３とカソード電極４とでは、以
下に示す反応が進行する。なお、生成した水は未反応ガ
スと共に電池外に排出される。
【００１３】
【化１】
【００１４】このような単電池１においては、固体高分
子膜２の含水量が少なくなるとイオン抵抗が高くなり、
燃料７と酸化剤８との混合（クロスオーバ）が発生し、
電池での発電が不可能となる。このため、固体高分子膜
２は飽和含水としておくことが望ましい。
【００１５】また、発電によりアノード電極３で分離し
た水素イオンが固体高分子膜２を通り、カソード電極４
に移動する時に水も一緒に移動する。このため、アノー
ド電極３側では固体高分子膜２は乾燥傾向になる。ま
た、供給される燃料７または空気に含まれる水蒸気が少
ないと、それぞれの反応ガス入り口付近で固体高分子膜
２は乾燥傾向になる。このため、予め加湿した燃料７お
よび酸化剤８を供給することが一般的に行われている。
【００１６】ところで、単電池１の起電力は１Ｖ以下と
低いため、通常、単電池１の上下側面に配置されたセパ
レータ５，６を介して、数十から数百枚の単電池１を積
層して電池スタックを構成している。そして、この電池
スタックには、発電に伴う電池スタックの昇温を制御す
るために、冷却板が数枚、電池毎に挿入されている。
【００１７】固体高分子電解質型燃料電池に適用される
セパレータ５，６は、各単電池１を分離する機能を持た
せるために、反応ガスまたは冷却水等に対しては不透過
性である必要があり、また一方において、セパレータ
５，６は単電池１を積層化して電池スタックとし、電池
として機能させるために、電気的には導電体である必要
がある。通常、固体高分子電解質型燃料電池は７０℃か
ら９０℃までの比較的低温度で動作するが、この電池内
部のセパレータ５，６は、７０℃から９０℃までの温度
における飽和蒸気圧に近い水蒸気を含んだ空気にさらさ
れると同時に、電気化学反応にともなう電位差が生じる
厳しい環境下にある。このため、セパレータ５，６には
耐腐食性の材料を選択する必要がある。耐食性材料とし
て、一般的にはステンレス等を用いるが、ステンレス等
の材料をセパレータ５，６に適用した場合には、表面が
酸化して不動態膜が形成されてしまうために電池の抵抗
損失が大きくなり、発電効率が大きく低下してしまう。
【００１８】かつて１９７０年代の米国において、スペ
ースシャトル用に開発された固体高分子電解質型燃料電
池のセパレータとして、優れた耐食性を有する貴金属で
あるニオブ等が用いられていた。しかしながら、貴金属
系の材料は非常に高価であるとともに、重いという欠点
を有してした。そこで、米国特許US-5521018に掲載され
ているように、カナダのバラード社は、セパレータとし
てカーボン板を使用することで、電池スタックの軽量化
およびコスト低減を図っている。
【００１９】図１０は、カーボン板を用いた固体高分子
電解質型燃料電池の電池スタックを示す図である。
【００２０】図１０に示すように、電池スタック１３
は、外枠１４内に単電池１を複数個配列した構造であ
る。そして、この電池スタック１３は、大きく反応ガス
を反応させて発電を行う電池部１５と、反応ガスを加湿
するための加湿部１６とから構成される。
【００２１】図１１は、図１０の電池部１５における単
電池１の構成を示す略図である。
【００２２】図１１に示すように、電池部１５に配置さ
れる単電池１は、イオン導電性を有する固体高分子膜２
を挟んでアノード電極３およびカソード電極４が配置さ
れ、アノード電極３の外側に、冷却用セパレータ１７が
設けられ、この冷却用セパレータ１７のさらに外側にア
ノード電極側のセパレータ５が設けらる。また、カソー
ド電極４の外側に、カソード電極側のセパレータ６が設
置される。
【００２３】冷却用セパレータ１７は、反応に伴い生じ
る反応熱を冷却水に吸収させて、電池部１５の加熱を防
止するために設置される。
【００２４】図１２は、カソード電極側に設置されたセ
パレータ６を示す平面図である。
【００２５】図１２に示すように、セパレータ６は、カ
ーボン板からなるほぼ正方形のセパレータ基材１１を土
台とし、このセパレータ基材１１の一隅に、空気および
燃料ガスを導入する空気導入口１８および燃料ガス導入
口１９が設けられている。そして、これらの導入口１
８，１９と対向する側に、空気および燃料ガスを排出す
る空気排出口２０および燃料ガス排出口２１が設けられ
る。また、セパレータ基材１１の他隅には、冷却水導入
口２２および冷却水排出口２３が設けられている。そし
て、このセパレータ基材１１上には、空気を反応面に導
くためにサーペンタイン状の空気溝２４が形成され、こ
の空気溝２４は、空気導入口１８および空気排出口２０
に連結している。
【００２６】空気溝２４は比較的柔らかいカーボン板で
あるセパレータ基材１１にプレス加工を施すことにより
作製される。なお、ここでは図示しないが、アノード電
極側のセパレータ５および冷却用セパレータ１７もカソ
ード電極側のセパレータ６と同様の構造を有する。
【００２７】図１０に示す加湿部１６の構成は、電池部
１５の構成とほぼ同じであるが、電池部１５において、
反応ガス同士が固体高分子膜２を介して接するのとは異
なり、水蒸気透過用の膜を介して反応ガスである空気ま
たは燃料ガスが冷却水と接することにより加湿されるも
のである。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようなセパレータ５，６であっても、依然として、セ
パレータ５，６の厚さを薄くするには限界を有してい
た。
【００２９】この理由として、第１に、セパレータ５，
６としてカーボン板を用いた固体高分子電解質型燃料電
池においては、セパレータ５，６としての強度を保つた
めに、ある一定の厚さが必要であることが挙げられる。
また第２に、カーボン板は本質的に多孔質体であり、セ
パレータ間のガスの透過および水の透過を防止する必要
があるため、セパレータ５，６の厚みを薄くするのには
限界を有していた。上述した米国特許US-5521018におい
ても、セパレータの厚さは１．６ｍｍであり、一定の厚
さが要求されていた。
【００３０】電池スタック１３をコンパクト化するため
には電池の厚みを薄くすることが最も重要であるが、こ
のようにカーボン板をセパレータに適用した場合には薄
くすることに限界があるため、コンパクト化が難しいと
いう問題を有していた。
【００３１】また、カーボン材料はそれ自体が高価であ
るため、低コスト化が難しいという問題があった。
【００３２】さらに、カーボン板は熱伝導率がアルミニ
ウム、銅等の金属に比較して悪いために、各電池の間に
冷却水が流れる冷却プレートを挿入し、電池を冷却する
必要がある。したがって、より一層電池スタックが大き
くなるという問題を有していた。また、空冷化が難しい
などの問題を有していた。
【００３３】一方、セパレータ材料としてカーボン板を
用いずに、セパレータ材料として金属を用いた場合にお
いても、飽和水蒸気雰囲気中や燃料電池特有の電位差に
よる腐食が発生し、電池の性能が低下するという問題を
有していた。
【００３４】本発明は、これらの問題を解決するために
なされたものであり、固体高分子電解質型燃料電池のセ
パレータの耐食性を向上させて、コンパクト化および軽
量化を図った固体高分子電解質型燃料電池のセパレータ
を提供することを目的とする。
【００３５】また、得られた固体高分子電解質型燃料電
池のセパレータを再利用することで、低コスト化を図っ
た固体高分子電解質型燃料電池のセパレータの製造方法
を提供することを目的とする。
【００３６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
固体高分子電解質膜と、この固体高分子電解質膜の両面
に配置されるアノード電極およびカソード電極とからな
る単電池を複数個積層して構成される電池スタックであ
って、この電池スタック内にて前記単電池の間に介挿さ
れて用いられる固体高分子電解質型燃料電池のセパレー
タにおいて、前記セパレータは、セパレータ基材と、こ
のセパレータ基材上に被覆されるコーティング層とから
構成され、前記コーティング層は、低電気抵抗性層、耐
食性層または耐剥離性層のうちの２層以上からなる多層
構造を有することを特徴とする。
【００３７】低電気抵抗性層は接触時の電気抵抗の低下
を防止し、耐食性層はセパレータ基材の腐食を防止し、
また、耐剥離性層は密着力を高めて皮膜の剥離を防止す
る働きを有する。
【００３８】上述したように、固体高分子電解質型燃料
電池のセパレータは、７０℃から９０℃までの飽和水蒸
気にさらされ、かつ、燃料電池特有の電位差のある過酷
な状態となっている。このため本発明のように、コーテ
ィング層を低電気抵抗性層、耐食性層または耐剥離性層
からなる多層構造とすることで、セパレータに要求され
る機能をそれぞれのコーティング層中で分担し、セパレ
ータの性能を十分に引き出せる。特に、電池性能として
重要なセパレータの電気的な接触抵抗を低下させること
で、単電池の抵抗による電圧低下を防止することができ
る。
【００３９】また本発明によれば、セパレータの製作時
に生じるコーティング層の基材との界面へ貫通した連続
気孔を遮断することができる。このため、燃料をアノー
ド電極に、酸化剤である空気をカソード電極に供給する
ことで発生する水素および酸素などとの反応ガスによる
腐食、または飽和水蒸気雰囲気中での腐食を防止するこ
とができる。
【００４０】さらに、耐剥離性層を設けたため、皮膜の
密着性を向上することができ、皮膜形成時の皮膜剥離を
防止するとともに、気孔などの欠陥がなく信頼性の高い
皮膜を形成することができる。従って、本発明によれ
ば、長時間にわたってより安定した出力を得ることがで
きる。
【００４１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の固
体高分子電解質型燃料電池のセパレータにおいて、セパ
レータ基材の材料は、ステンレス鋼、銅および銅合金、
アルミおよびアルミ合金、チタンおよびチタン合金のな
かのいずれか１種類またはその複合材料であることを特
徴とする。
【００４２】本発明によれば、セパレータ基材の材料が
強度および延性に優れるため、カーボンに比べて板厚を
薄くすることができ、燃料電池のコンパクト化および軽
量化を図れる。また、高熱伝導性に優れるために、起
動、運転、停止時に発生する熱を効率良くマニホールド
内の冷却媒体に伝達することが可能となり、冷却性能が
向上する。さらに、電気抵抗が低いために電池性能とし
て重要なセパレータの電気的な接触抵抗を低下させ、単
電池の抵抗による電圧低下をなくすことができる。
【００４３】請求項３記載の発明は、請求項１記載の固
体高分子電解質型燃料電池のセパレータにおいて、低電
気抵抗性層をコーティング層の最外層に、耐食性層を前
記低電気抵抗性層の下層に、耐剥離性層を前記低電気抵
抗性層または前記耐食性層の下層に設けたことを特徴と
する。
【００４４】本発明によれば、低電気抵抗性層では電池
性能として重要なセパレータの電気的な接触抵抗を低下
させ、単電池の抵抗による電圧低下を防止し、性能およ
び信頼性を向上することができる。また、耐食性層を低
電気抵抗性層の下層に設けたことにより、気孔がなく緻
密で均一な皮膜を形成する耐食性層で、低電気抵抗性層
中に存在した場合の気孔を伝わって進入する酸素や腐食
生成物などの腐食因子を遮断することができる。このた
め腐食による皮膜の剥離やセパレータ基材の性能低下を
防止することができる。さらに、耐剥離性層を低電気抵
抗性層または耐食性層の下層に設けたことにより、低電
気抵抗性層または耐食性層で不足する皮膜の密着性を向
上することができため、皮膜形成時や使用時に生じる皮
膜剥離を防止するとともに、気孔などの欠陥がなく信頼
性の高い低電気抵抗性層および耐食性層を形成すること
ができる。
【００４５】請求項４記載の発明は、請求項３記載の固
体高分子電解質型燃料電池のセパレータにおいて、低電
気抵抗性層、耐食性層および耐剥離性層の材料は、接触
抵抗の低いＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｂ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｃｕ、
Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｗ、Ｐ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、
ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、Ｔｉ
Ｂ２、ＺｒＢ２、Ｆｅ２Ｂ、Ｓｉ３Ｎ４のいずれか１種
類または２種類以上の複合材料であることを特徴とす
る。
【００４６】本発明によれば、セパレータ基材との親和
性に優れるため皮膜の密着性を向上を図ることができ、
皮膜形成時の皮膜剥離を防止するとともに、気孔などの
欠陥がない信頼性の高い皮膜を形成することができる。
【００４７】請求項５記載の固体高分子電解質型燃料電
池のセパレータの製造方法は、物理蒸着法、化学蒸着
法、窒化物処理法、硼化物処理法、カーボナイジング
法、鍍金法または溶射法のいずれか１種またはこれらの
２種以上の複合プロセスを用いて、低電気抵抗性層、耐
食性層または耐剥離性層のうちの２層以上からなるコー
ティング層をセパレータ基材上に形成することを特徴と
する。
【００４８】本発明によれば、電気抵抗および接触抵抗
の低い材料を薄く均一に形成することができ、また、耐
食性に優れた材料を欠陥が少なく緻密に形成することが
できる。さらに、密着性と延性とに優れた材料を薄く均
一に、かつ緻密に形成することができる。
【００４９】請求項６記載の発明は、請求項５記載の固
体高分子電解質型燃料電池のセパレータの製造方法にお
いて、鍍金法を用いてコーティング層を形成する際、低
電気抵抗性層の膜厚を０．０２ミクロン以上、耐食性層
の膜厚を０．１ミクロン以上および耐剥離性層の膜厚を
０．１ミクロン以上とすることを特徴とする。
【００５０】請求項７記載の発明は、請求項５記載の固
体高分子電解質型燃料電池のセパレータの製造方法にお
いて、物理蒸着法を用いてコーティング層を形成する
際、低電気抵抗性層の膜厚を１．０ミクロン以上、耐食
性層の膜厚を１．０ミクロン以上および耐剥離性層の膜
厚を１．０ミクロン以上とすることを特徴とする。
【００５１】請求項６および７記載の発明によれば、低
電気抵抗性層では皮膜表面の接触時の電気抵抗の低下が
なく、電池性能として重要なセパレータの電気的な接触
抵抗を低下させ、単電池の抵抗による電圧低下を最小限
にすることができる。また、耐食性層では低電気抵抗性
層中に存在する気孔を伝わって進入する酸素や腐食生成
物などの腐食因子を最小限に遮断することができる。こ
のため腐食による皮膜の剥離やセパレータ基材の性能低
下を防止することができる。さらに、耐剥離性層では低
電気抵抗性層または耐食性層で不足する皮膜の密着性を
向上することができため、皮膜形成時の低電気抵抗性層
または耐食性層の皮膜剥離を最小限に防止するととも
に、気孔などの欠陥がなく信頼性の高い低電気抵抗性層
および耐食性層を形成することができる。
【００５２】請求項８記載の発明は、請求項７記載の固
体高分子電解質型燃料電池のセパレータの製造方法にお
いて、低電気抵抗性層、耐食性層および耐剥離性層から
なるコーティング層における結晶方位を、ミラー指数
（２００）または（００２）の方位に配向することを特
徴とする。
【００５３】本発明によれば、機械的強度に優れ、長時
間の７０℃から９０℃の飽和水蒸気による腐食、燃料電
池特有の電位差による腐食など過酷な環境での耐剥離性
および耐食性を得ることができる。
【００５４】請求項９記載の発明は、請求項６または８
記載の固体高分子電解質型燃料電池のセパレータの製造
方法において、コーティング層中における気孔率を欠陥
面積率で５×１００％以下とすることを特徴とする。
【００５５】本発明によれば、気孔を伝わって進入する
酸素や腐食生成物などの腐食因子を最小限に遮断するこ
とができ、冷却媒体や飽和水蒸気中に溶出する金属イオ
ンの量を低下させ、陰極と陽極との電気的ショートを防
ぐことができる。また、長時間の７０℃から９０℃の飽
和水蒸気による腐食、燃料電池特有の電位差による腐食
など過酷な環境での耐剥離性および耐食性を向上するこ
とができる。
【００５６】請求項１０記載の発明は、請求項５記載の
固体高分子電解質型燃料電池のセパレータの製造方法に
おいて、セパレータ基材上に形成されるコーティング層
の材料として、前記セパレータ基材の電気抵抗より低い
金属材料、セラミックス材料、サーメット材料またはこ
れらが複合した合金材料を用いることを特徴とする。
【００５７】本発明によれば、電池性能として重要なセ
パレータの電気的な接触抵抗を低下させ、単電池の抵抗
による電圧低下を最小限にすることができる。
【００５８】請求項１１記載の発明は、請求項５記載の
固体高分子電解質型燃料電池のセパレータの製造方法に
おいて、セパレータ基材上に存在する不動態皮膜または
酸化物を、電気的、機械的または化学的に除去した後、
コーティング層を前記セパレータ基材上に形成すること
を特徴とする。
【００５９】本発明によれば、セパレータ基材上に存在
する不動態皮膜または酸化物を除去してからコーティン
グすることにより、セパレータ基材と皮膜との密着性を
高めることができ、皮膜形成時の皮膜剥離を最小限に防
止するとともに、気孔などの欠陥がなく信頼性の高い皮
膜を形成することができる。また、皮膜形成時の材料付
着効率を最小限維持しつつ、セパレータの製造コストを
低減できる。
【００６０】請求項１２記載の固体高分子電解質型燃料
電池のセパレータの製造方法は、セパレータ基材上に、
低電気抵抗性層、耐食性層または耐剥離性層からなるコ
ーティング層を被覆した固体高分子電解質型燃料電池の
セパレータを用い、前記コーティング層を電気的、機械
的または化学的に除去して前記コーティング層と前記セ
パレータ基材とを個別回収して再利用することを特徴と
する。
【００６１】請求項１３記載の発明は、請求項１２記載
の固体高分子電解質型燃料電池のセパレータの製造方法
において、回収されたセパレータ基材を電気的、機械的
または化学的に粉砕および溶解して、得られたセパレー
タ基材材料を再使用することを特徴とする。
【００６２】請求項１２および１３記載の発明によれ
ば、コーティング層およびセパレータ基材を個別回収し
て処理を施して再使用することにより、資源の枯渇を防
止しするとともに、セパレータの製造コストの低減を図
ることができ、低価格な固体高分子電解質型燃料電池を
得られる。
【００６３】請求項１４記載の固体高分子電解質型燃料
電池のセパレータは、請求項５から１３までのいずれか
に記載の固体高分子電解質型燃料電池のセパレータの製
造方法により得られる。
【００６４】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る固体高分子電
解質型燃料電池のセパレータおよびその製造方法につい
て、図１〜図９および表１〜表４を用いて説明する。
【００６５】第１実施形態（図１、図２） 本実施形態においては、セパレータ基材上にコーティン
グ層を被覆して、セパレータを作製した。なお、セパレ
ータ基材上にはサーペンタイン状の空気溝が形成されて
おり、空気導入口および空気排出口なども形成されてい
る。また、コーティング層は、低電気抵抗性層、耐食性
層および耐剥離性層から構成される。
【００６６】セパレータ基材の材料としては、ステンレ
ス鋼、銅および銅合金、アルミおよびアルミ合金、チタ
ンおよびチタン合金のいずれか１種、またはその複合材
を用いた。
【００６７】まず、セパレータ基材上に存在する不動態
皮膜または酸化物を電気的、機械的または化学的に除去
し、まず、セパレータ基材上に耐剥離性層を被覆した。
次に、耐食性層、そして最外層に低電気抵抗性層を被覆
した。
【００６８】低電気抵抗層の材料としては、従来使用の
カーボン材料の電気抵抗である１０００μΩｃｍ２と同
等か、それより低い電気抵抗を有するＮｉ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｂ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｗ、
Ｐ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣ
Ｎ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＢ２、ＺｒＢ２、Ｆｅ２Ｂ、
Ｓｉ３Ｎ４のいずれか１種類または２種類以上の材料を
複合したものを用いた。
【００６９】また、耐食性層および耐剥離性層として
は、低電気抵抗性層と同様の材料を気孔率、密着性、延
性またはコーティング施工性の観点から選択し、親和性
に優れた１種類または２種類以上の複合した材料を用い
た。
【００７０】これらのコーティング方法としては、薄膜
形成が可能な物理蒸着法、化学蒸着法、窒化物処理法、
硼化物処理法、カーボナイジング法、鍍金法、溶射法の
いずれか１種またはそれらの２種以上の複合プロセスを
用いる。なお、低電気抵抗性層、耐食性層および耐剥離
性層に用いるコーティング材料には、それぞれのコーテ
ィング方法でコーティング可能な材料とそうでないコー
ティング材料が存在するため、実際に適用する材料によ
って最適なコーティング方法を選択すると良い。
【００７１】例えば、物理蒸着法として、真空蒸着法、
イオンプレーティング法、スパッタリング法、イオンビ
ームミキシング法のいずれか１種またはそれらの２種以
上の複合プロセスを用いる。化学蒸着法としては、熱Ｃ
ＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法のいずれ
か１種またはそれらの２種以上の複合プロセスを用い
る。窒化物処理法としては、ガス窒化法、溶融塩浴法の
いずれか１種またはそれらの２種以上の複合プロセスを
用いる。硼化物処理法としては、溶融塩浴法を用いる。
カーボナイジング法としては、カーボン塗布法（カーボ
ン材料を刷毛により塗布し皮膜を形成後に熱処理）また
は、カーボンスプレー法（カーボン材料を結合剤と液状
に混合し、スプレー後に熱処理する）のいずれか１種ま
たはそれらの２種以上の複合プロセスを用いる。鍍金法
としては、置換鍍金法、電気鍍金法、無電解鍍金法、溶
融鍍金法、アノード酸化法のいずれか１種またはそれら
の２種以上の複合プロセスを用いる。溶射法としては、
ガス溶射法、アーク溶射法、プラズマ溶射法、高速ガス
炎溶射法のいずれか１種またはそれらの２種以上の複合
プロセスを用いる。
【００７２】このような方法により得られる固体高分子
電解質型燃料電池のセパレータの縦断面の模式図を図１
に示す。
【００７３】図１に示すように、セパレータ３０は、金
属の薄板から成るセパレータ基材３１上に、耐剥離性層
３２、耐食性層３３および低電気抵抗性層３４からなコ
ーティング層３５が被覆されて構成される。
【００７４】また、耐剥離性層３２および耐食性層３
３、または耐食性層３３および低電気抵抗性層３４のコ
ーティング層３５に用いる材料が、どちらの機能をも持
ち合わせている場合には、低電気抵抗性層３４、耐食性
層３３または耐剥離性層３２のいずれかのコーティング
層３５を一緒にして層数を減らすことができる。これを
図２に示す。
【００７５】図２に示すように、セパレータ３０は、金
属の薄板から成るセパレータ基材３１上に、コーティン
グ層３５が被覆されて構成される。そして、このコーテ
ィング層３５は、耐剥離性層３２と耐食性層３３とを同
一の層とした耐剥離性および耐食性層３６と、この層３
６を被覆する低電気抵抗性層３４とからなる。
【００７６】また、セパレータ３０には各単電池を分離
する機能を持たせており、数十枚から数百枚のセパレー
タ３０を介して単電池を積層して燃料電池として使用す
るため、セパレータ３０とカソード電極とが接触する層
およびセパレータ３０とアノード電極とが接触するコー
ティング層の最外層としては、電気抵抗の低いコーティ
ング材料を形成する必要がある。図１および図２に示す
ように、セパレータ３０と各電極との接触抵抗を低くす
るために、セパレータ３０の最外層に低電気抵抗性層３
４をコーティングすると良い。
【００７７】以下において、実際に、鍍金法および物理
蒸着法を用いてセパレータ基材３１上にコーティング層
３５を形成した。
【００７８】実施例１ 本実施例においては、鍍金法を用いた。
【００７９】鍍金法を用いて、セパレータ基材３１上
に、多層コーティング層３５を被覆した。
【００８０】コーティング層３５の材料として、セパレ
ータ基材３１上にＮｉまたはＮｉの合金を、そして最外
層にＡｕまたはＡｕの合金を配置した。
【００８１】また、セパレータ基材３１上にＮｉまたは
Ｎｉの合金を、その上にＣｒまたはＣｒの合金を、その
上にＮｉまたはＮｉの合金を、そして最外層にＡｕまた
はＡｕの合金を配置した。
【００８２】本実施例によれば、皮膜表面のＡｕ層では
接触時の電気抵抗の低下を防止し、その下層のＮｉ層で
はＡｕ層の密着力を高め皮膜の剥離を防止するととも
に、Ａｕ層に存在する気孔を伝わって進入する酸素また
は腐食生成物などの腐食因子を遮断し、腐食による皮膜
の剥離を防止することができる。さらに、その下層のＣ
ｒ層ではＡｕ層およびその下層のＮｉ層に存在する気孔
を伝わって進入する酸素や腐食生成物などの腐食因子
を、Ｃｒ酸化物層では基材の不動態皮膜を破壊してＮｉ
層を形成するため、セパレータ基材３１との密着力を高
め皮膜の剥離を防止できる。
【００８３】実施例２ 本実施例においては、物理蒸着法を用いた。
【００８４】物理蒸着法を用いて、多層コーティング層
３５を、セパレータ基材３１上に被覆した。
【００８５】コーティング層３５の材料として、セパレ
ータ基材３１上に、ＣｒまたはＣｒの合金を、そして最
外層にＴｉＮまたはＴｉＮの合金を配置した。
【００８６】また、セパレータ基材３１上に、Ｃｒまた
はＣｒの合金を、その上にＴｉＮまたはＴｉＮの合金
を、そして、さらにこの層上にＣｒまたはＣｒの合金
を、そして最外層にＴｉＮまたはＴｉＮの合金を配置し
た。
【００８７】本実施例によれば、皮膜表面のＴｉＮ層で
は接触時の電気抵抗の低下を防止し、その下層のＣｒ層
ではＴｉＮ層の密着力を高め皮膜の剥離を防止するとと
もに、ＴｉＮ層に存在する気孔を伝わって進入する酸素
や腐食生成物などの腐食因子をＣｒ酸化物となって遮断
し、腐食による皮膜の剥離を防止できる。さらにその下
層のＴｉＮ層では、Ｃｒ層に存在する気孔を伝わって進
入する酸素や腐食生成物などの腐食因子を遮断し、耐食
性や腐食による皮膜の剥離を防止する。その下層のＣｒ
層では、ＴｉＮ層の密着力を高め皮膜の剥離を防止する
とともに、ＴｉＮ層に存在する気孔を伝わって進入する
酸素や腐食生成物などの腐食因子をＣｒ酸化物となって
遮断し、腐食による皮膜の剥離を防止する。
【００８８】従って、本実施形態によれば、固体高分子
電解質型燃料電池のセパレータ３０では、セパレータ基
材３１の電気抵抗より低い金属材料、セラミックス材
料、サーメット材料、またはそれらの複合した合金材料
をセパレータ基材３１の表面にコーティングしたため、
電池性能として重要なセパレータ３０の電気的な接触抵
抗を低下させ、単電池の抵抗による電圧低下を最小限に
抑えることができる。
【００８９】また、本実施形態のコーティング方法によ
れば、薄膜形成が可能であり、電気抵抗および接触抵抗
の低い材料を薄く均一に形成することができるだけでな
く、耐食性に優れた材料を欠陥が少なく緻密に形成する
ことができる。このため、密着性と延性とに優れた材料
を薄く、均一に、かつ緻密に形成することができる。な
お、セパレータ基材３１上に存在する不動態皮膜または
酸化物を電気的、機械的または化学的に除去すること
で、セパレータ基材３１皮膜との密着性を高めることが
でき、皮膜形成時の皮膜剥離を最小限に防止するととも
に、気孔などの欠陥がなく信頼性の高い皮膜を形成する
ことができる。また、皮膜形成時の材料付着効率を最小
限維持しつつ、セパレータの製造コストを低減すること
ができる。
【００９０】さらに、本実施形態によれば、セパレータ
基材３１の材料として金属材料を用いることにより、強
度、延性に優れるためカーボンに比べて板厚を薄くする
ことができ、燃料電池のコンパクト化および軽量化を図
れる。実際、金属セパレータを用いることにより、板厚
を１．０ｍｍ以下の薄板にすることが可能であり、従来
に比べて１／５の厚さにすることができる。また、金属
材料は熱伝導性に優れるため、起動、運転、および停止
時に発生する熱を効率良くマニホールド内の冷却媒体に
伝達することが可能となり、冷却性能が向上する。
【００９１】このように、セパレータに熱伝導のよいセ
パレータ材料を用いているために、セパレータ３１を空
冷の放熱フィンとして利用できるようになるので、空冷
式が可能となる。空冷式を採用すると冷却水が不要とな
り、冷却水循環のための配管およびポンプ等が不要とな
り、システムが簡素化されるとともに、電池内部の冷却
水マニホールド孔が不要となりコンパクトなシステムと
なる電池スタックを得られる。また、冷却水を用いてい
ないので、環境条件が０℃以下になるような寒冷地にお
いても凍結の心配がなく、信頼性の高い電池スタックが
可能となる。さらに、金属セパレータは多孔質材のカー
ボンに比べてガスのシール性が良いため、より薄いセパ
レータとすることができ、電池スタックをコンパクト化
できる。
【００９２】また、冷却水を未反応ガスの加湿に利用す
る場合が一般的であったが、本実施形態における電池ス
タックでは空冷で冷却水がないためこれを利用できな
い。しかし、自己加湿部を持っているため、新たに加湿
用の水源を設置する必要がなく、タンクおよびポンプ等
が不要となり、電池スタックのコンパクト化が可能とな
る。
【００９３】第２実施形態（図３〜図４；表１〜表３） 本実施形態においては、鍍金法または物理蒸着法によ
る、低電気抵抗性層、耐食性層、耐剥離性層の最適な膜
厚を決定した。
【００９４】実施例１（図３；表１） 本実施例においては、電気鍍金法により、ＳＵＳ３１６
Ｌ基材上に低電気抵抗性層、耐食性層および耐剥離性層
を形成し、試験片Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６４のセパレータを
用いて腐食試験を行い、最適な各層の厚さを決定した。
【００９５】図３は、鍍金法により、コーティング層を
被覆したセパレータの一部を模式的に描いた縦断面図で
ある。
【００９６】図３に示すように、セパレータ３０は、セ
パレータ基材３１上にコーティング層３５が被覆され
る。そして、コーティング層３５は、Ｎｉを用いた耐剥
離性層３２と、Ｃｒを用いた耐食性層３３と、Ａｕを用
いた低電気抵抗性層３４とから構成される。
【００９７】試験片Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６４は、表１に示
すように、低電気抵抗性層３４であるＡｕ層を０．０１
〜０．０４と変化させた。また、耐食性層３３であるＣ
ｒ層を０．０５〜０．２ミクロンと変化させ、さらに、
耐剥離性層３２であるＮｉ層を０．０５〜０．２ミクロ
ンと変化させた。
【００９８】
【表１】
【００９９】そして、アノード電極は、アノード触媒層
とアノードセパレータとにより、カソード電極は、カソ
ード触媒層とカソードセパレータとにより形成した。こ
れらの電極を用い、アノード電極に水素、カソード電極
に空気をそれぞれ供給し、アノード電極で供給された水
素はアノード触媒層で水素イオンと電子に解離し、水素
イオンは固体高分子膜を通って、電子は外部回路を通っ
てカソード電極にそれぞれ移動させた。カソード電極で
供給した空気中の酸素と水素イオンと電子とがカソード
触媒層で反応して水を生成させ、このとき、外部回路を
通った電子は電流となり電力を発生させた。
【０１００】腐食試験条件として、発電電圧を０．６
Ｖ、試験時間２００時間とし、セパレータの最外表面皮
膜の腐食発生状態を求めた。その結果を表１に示す。
【０１０１】表１に示すように、腐食試験において最外
表面皮膜に腐食が発生していないのは、低電気抵抗性層
３４の膜厚を０．０２ミクロン以上、耐食性層３３の膜
厚を０．１ミクロン以上、耐剥離性層３２の膜厚を０．
１ミクロン以上とした場合であり、他の膜厚では最外表
面皮膜に腐食が発生していた。
【０１０２】実施例２（図４；表２） 本実施例においては、物理蒸着法であるアーク放電式イ
オンプレーティング法により、ＳＵＳ３１６Ｌ基材上に
低電気抵抗性層、耐食性層および耐剥離性層を形成し、
試験片Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６４のセパレータを用いて腐食
試験を行い、最適な各層の厚さを決定した。
【０１０３】図４は、物理蒸着法により、コーティング
層を被覆したセパレータの一部を模式的に描いた縦断面
図である。
【０１０４】図４に示すように、セパレータ３０は、セ
パレータ基材３１上にコーティング層３５が被覆され
る。そして、コーティング層３５は、Ｎｉを用いた耐剥
離性層３２と、Ｃｒを用いた耐食性層３３と、ＴｉＮを
用いた低電気抵抗性層３４とから構成される。
【０１０５】試験片Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６４は、表２に示
すように、低電気抵抗性層３４であるＴｉＮ層、耐食性
層３３であるＣｒ層および耐剥離性層３２であるＮｉ層
を、それぞれ０．０５〜０．２ミクロンと変化させた。
【０１０６】
【表２】
【０１０７】表２に示す試験片Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６４を
用いて腐食試験を行った。なお、腐食試験条件は、実施
例１と同様である。この結果を表２に示す。
【０１０８】表２に示すように、腐食試験において最外
表面皮膜に腐食が発生していないのは、低電気抵抗性層
３４の膜厚を１．０ミクロン、耐食性層３３の膜厚を
１．０ミクロン、耐剥離性層３２の膜厚を１．０ミクロ
ンとした場合であり、他の膜厚では最外表面皮膜に腐食
が発生した。
【０１０９】次に、実施例２において得られたセパレー
タのコーティング層３５についてＸ線分析を行った。
【０１１０】表３は、物理蒸着法により形成されたコー
ティング層３５の結晶配向を示す表である。
【０１１１】
【表３】
【０１１２】表３に示すように、耐食性に優れていた皮
膜の結晶配向は、殆どがミラー指数（２００）または
（００２）の方位に配向していた。
【０１１３】一方、腐食した皮膜の結晶配向面は、殆ど
がミラー指数（１１１）、（２００）または（００２）
が混在した結晶配向面であった。
【０１１４】本実施形態によれば、鍍金法による低電気
抵抗性層３４の膜厚を０．０２ミクロン以上、耐食性層
３３の膜厚を０．１ミクロン以上、耐剥離性層３２の膜
厚を０．１ミクロン以上とし、また、物理蒸着法による
低電気抵抗性層３４の膜厚を１．０ミクロン以上、耐食
性層３３の膜厚を１．０ミクロン以上、耐剥離性層３２
の膜厚を１．０ミクロン以上とすることにより、電池性
能として重要なセパレータの電気的な接触抵抗を低下さ
せ、単電池の抵抗による電圧低下を最小限にするととも
に、低電気抵抗性層３４中に存在する気孔を伝わって進
入する酸素や腐食生成物などの腐食因子を最小限に遮断
することができる。さらに、腐食による皮膜の剥離やセ
パレータ基材３１の性能低下を防止することができるた
め、信頼性の高いコーティング層３５を形成することが
できる。
【０１１５】また、コーティング層３５の結晶方位をミ
ラー指数（２００）または（００２）の方位に配向する
ことにより、長時間の腐食、燃料電池特有の電位差によ
る腐食など過酷な環境での耐剥離性および耐食性を得る
ことができる。さらに、結晶配向面を同一方向にするこ
とにより、電気的な接触抵抗を低下させるとともに、皮
膜中の電流密度が均一となり、単電池の抵抗による電圧
低下を最小限にすることができる。
【０１１６】第３実施形態（図５〜図６；表４） 本実施形態においては、コーティング層の欠陥面積率を
５×１００％以下と規定したことについて説明する。
【０１１７】本実施形態においては、物理蒸着法によ
り、ＳＵＳ３１６Ｌ基材上にコーティング層を１ミクロ
ン形成したセパレータを使用した。このセパレータの縦
断面図の一部を図５に模式的に示す。
【０１１８】図５に示すように、セパレータ３０は、Ｓ
ＵＳ３１６Ｌからなるセパレータ基材３１上にコーティ
ング層３５が被覆され、このコーティング層３５は、Ｎ
ｉを用いた耐剥離性層３２と、Ｃｒを用いた耐食性層３
３と、ＴｉＮを用いた低電気抵抗性層３４とから構成さ
れる。
【０１１９】そして、コーティング層３５の気孔率を変
化させて、試験片１〜試験片１０とした。ここで、コー
ティング層３５における気孔率は、臨界不動態化電流密
度法により測定した結果を欠陥面積率で示した。なお、
欠陥面積率はコーティングしたセパレータの臨界不動態
化電流密度をコーティングしないセパレータの臨界不動
態化電流密度で除して求めた値である。
【０１２０】試験片１〜試験片１０を用いて、腐食試験
を行った。なお、腐食試験条件は、第２実施形態の実施
例１に示す条件と同様とした。その結果を表４に示す。
【０１２１】
【表４】
【０１２２】表４に示すように、、腐食試験において表
面皮膜に腐食が発生していないのは、コーティング層３
５における気孔率が欠陥面積率で５×１００％以下まで
であり、他の欠陥面積率ではいずれも腐食が発生してい
る。これは、皮膜中に存在する気孔を伝わって腐食が進
行し、セパレータ基材３１の金属イオンが表面に溶出し
腐食が発生した結果である。
【０１２３】従って、コーティング層３５における気孔
率を欠陥面積率で５×１００％以下とすることにより、
気孔を伝わって進入する酸素や腐食生成物などの腐食因
子を最小限に遮断することができ、長時間の７０℃から
９０℃の飽和水蒸気による腐食、燃料電池特有の電位差
による腐食など過酷な環境での耐剥離性、耐食性が向上
し、腐食による皮膜の剥離やセパレータ基材３１の性能
低下を防止することができる。なお、鍍金法によりＡｕ
層、Ｃｒ層およびＮｉ層から構成されるセパレータを用
いる場合においても、コーティング層３５における気孔
率を欠陥面積率で５×１００％以下とすると良い。
【０１２４】図６は、コーティング層により、セパレー
タ基材との界面へ貫通した連続気孔を遮断したことを示
すセパレータの一部を模式的に描いた縦断面図である。
【０１２５】図６に示すように、かりに低電気抵抗性層
３４中に気孔３７が存在したとしても、その下層の耐食
性層３３に貫通した気孔が無ければ、気孔３７を伝わっ
て進入する酸素および腐食生成物などの腐食因子を耐食
性層３３の表面層で遮断することができる。また、かり
に低電気抵抗性層３４中からの気孔がその下層の耐食性
層３３にも貫通した連続気孔として存在した場合におい
ても、その下層の耐剥離層３２中を貫通した連続気孔と
して存在しなければ、気孔３７を伝わって進入する酸素
や腐食生成物などの腐食因子を耐剥離層３２の表面で遮
断することができる。
【０１２６】このように、気孔３７を伝わって進入する
酸素や腐食生成物などの腐食因子を最小限に遮断するこ
とにより、長時間の７０℃から９０℃の飽和水蒸気によ
る腐食、燃料電池特有の電位差による腐食など過酷な環
境での耐剥離性、耐食性が向上し、腐食による皮膜の剥
離やセパレータ基材３１の性能低下を防止することがで
きる。また、冷却媒体や飽和水蒸気中に溶出する金属イ
オンの量を低下させ、陰極と陽極との電気的ショートを
防ぐことができる。
【０１２７】第４実施形態（図７） 本実施形態においては、多層コーティング層をセパレー
タ基材上に被覆することで、電圧低下および接触抵抗の
上昇を防止できることについて説明する。
【０１２８】イオンプレーティング法を用いて、ＴｉＮ
層とＣｒ層とからなる多層コーティング層をセパレータ
基材上に被覆して、固体高分子電解質型燃料電池スタッ
クを形成して、これを実施例Ａとした。
【０１２９】一方、セパレータ基材表面にコーティング
処理をしないＳＵＳ３１６Ｌ基材単体のセパレータを用
いて固体高分子電解質型燃料電池スタックを形成して、
比較例Ｂとした。
【０１３０】実施例Ａおよび比較例Ｂを用いて、単セル
発電における電圧低下および接触抵抗変化を比較した。
その結果を図７に示す。
【０１３１】図７から明らかなように、多層コーティン
グを施した実施例Ａの初期における発電電圧は、実線で
示すように０．６×１０−１Ｖを示しており、発電時間
が３００時間を経過しても電圧の低下は認められない。
一方、コーティング処理をしない比較例Ｂの初期におけ
る発電電圧は、実線で示すように、０．３５×１０− １
Ｖを示しており、発電電圧も発電時間が経過するに従い
低下する傾向となっている。これは、セパレータ基材表
面に酸化物や腐食生成物などの不動態皮膜が形成され、
セパレータの接触抵抗が増大し、発電電圧が低下したも
のである。
【０１３２】また、多層コーティングを施した実施例Ａ
の接触抵抗は、破線で示すように１０ｍΩｃｍ２以下で
あり、低い値を示している。一方、コーティング処理を
しない比較例Ｂの初期における接触抵抗は６０ｍΩｃｍ
２であり、発電時間が経過するに従い、８０ｍΩｃｍ２
と高い値を示している。
【０１３３】従って、本実施形態によれば、セパレータ
基材表面に接触抵抗の低い材料を多層コーティングする
ことにより、電圧低下および接触抵抗の上昇を防止する
ことができる。
【０１３４】ところで、固体高分子電解質型燃料電池ス
タックは、その用途によっては周辺環境が０℃以下の低
温でも良好に動作する必要がある。冷却媒体に水を用い
た場合には、電池が動作していないときに電池内部の水
が凍結し、特に冷却水マニホールド内やセパレータの溝
流路のように水が密閉されたような状態にある箇所にお
いて、凍結時の水の膨張によりスタックが破壊される恐
れがある。このように使用環境は氷点下から飽和水蒸気
温度までの広範囲な温度環境であり、セパレータ基材と
コーティング材料の選定においては、両者の材料物性差
を考慮した材料選定が重要である。特に、セパレータ基
材とコーティング材料の熱膨張係数は、同一または基材
よりも熱膨張係数が低いコーティング材料を用いる必要
がある。これにより、コーティング皮膜表面には圧縮の
残留応力が作用し、皮膜の剥離および亀裂の発生を防止
できる。
【０１３５】第４実施形態（図８） 本実施形態においては、使用後のセパレータをセパレー
タ基材とコーティング層とに個別回収して、リサイクル
を行ったものである。
【０１３６】この手順を図８に示す。
【０１３７】図８に示すように、まず、使用後のセパレ
ータを回収３８した後、低電気抵抗性層、耐食性層また
は耐剥離性層からなるコーティング層である皮膜の除去
３９を行った。なお、皮膜の除去３９の際には、コーテ
ィング層を形成する金属などの材料を溶解できる溶液を
使用した。なお、材料に応じて適用する溶液を変えた。
その後、除去液回収４０および基材回収４１を行い、コ
ーティング層およびセパレータ基材を個別回収した。
【０１３８】除去液回収４０した後、除去液精製４２
し、鍍金液として再生４３した。この鍍金液を再使用し
て、新しいセパレータ鍍金４４を得た。
【０１３９】一方、回収されたセパレータ基材を、電気
的、機械的または化学的に粉砕後、溶解４５し、精錬４
６を行った。そして、精錬された基材を成型４７して、
新しいセパレータを得た。
【０１４０】コーティング層を形成する低電気抵抗性
層、耐食性層および耐剥離性層に金、銀などの高価な貴
金属材料を用いた場合には、全ての材料を廃棄処分にす
ることは資源枯渇の観点や環境の観点およびセパレータ
製造コストの観点から問題がある。そこで、本実施形態
のように、各コーティング材料を電気的、機械的または
化学的に回収後、再生処理を行い、再度コーティング材
料として用いることで、資源の枯渇を防止するととも
に、セパレータ製造コストの低減を図ることができ、低
価格な固体高分子電解質型燃料電池を提供することがで
きる。
【０１４１】また、鍍金によるコーティング材料の最使
用は材料の回収効率が高いため有効であり、また、特
に、材料としてアルミおよびアルミ合金、銅および銅合
金材料を用いた場合には、材料の回収効率が高く、再使
用には効果が高い。
【０１４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る固体
高分子電解質型燃料電池セパレータの製造方法によれ
ば、コストの低減を図れるだけでなく、抵抗による電圧
低下をなくし、反応ガスまたは飽和水蒸気雰囲気による
腐食を防止するとともに、燃料電池のコンパクト化およ
び軽量化を図れるセパレータを得られ、このセパレータ
を適用することで、長寿命で信頼性の高い固体高分子電
解質型燃料電池を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における、固体高分子電
解質型燃料電池のセパレータの縦断面図。
【図２】本発明の第１実施形態における、固体高分子電
解質型燃料電池のセパレータの縦断面図。
【図３】本発明の第２実施形態における、鍍金法によ
り、コーティング層を被覆したセパレータの一部を模式
的に描いた縦断面図。
【図４】本発明の第２実施形態における、物理蒸着法に
より、コーティング層を被覆したセパレータの一部を模
式的に描いた縦断面図。
【図５】本発明の第２実施形態における、固体高分子電
解質型燃料電池セパレータの皮膜の欠陥面積率を示す断
面図。
【図６】本発明の第２実施形態における、固体高分子電
解質型燃料電池セパレータの連続した貫通気孔を遮断し
たことを示す断面図。
【図７】本発明の第３実施形態における、実施例Ａのセ
パレータと比較例Ｂのセパレータとの性能比較を示す
図。
【図８】本発明の第４実施形態における、固体高分子電
解質型燃料電池セパレータのリサイクルを示したブロッ
ク図。
【図９】従来における、単電池の構造を示す図。
【図１０】従来における、カーボン板を用いた固体高分
子電解質型燃料電池の電池スタックを示す図。
【図１１】従来における、図１０に示す電池部における
単電池の構成を示す図。
【図１２】従来における、カソード電極側に設置された
セパレータを示す平面図。
【符号の説明】
３０ セパレータ ３１ セパレータ基材 ３２ 耐剥離性層 ３３ 耐食性層 ３４ 低電気抵抗性層 ３５ コーティング層 ３６ 耐剥離および耐食性層 ３７ 気孔 ３８ 使用後セパレータ回収 ３９ 皮膜除去 ４０ 除去液回収 ４１ 基材回収 ４２ 除去液精製 ４３ 鍍金液再生 ４４ 新セパレータ鍍金 ４５ 基材溶解 ４６ 基材精錬 ４７ 新セパレータ成型
フロントページの続き (72)発明者 松本 一秀 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 高橋 雅士 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 伊藤 昌行 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 和田 国彦 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 高石 和年 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 Ｆターム(参考） 4K044 AA03 AA06 AB10 BA01 BA02 BA06 BA08 BA10 BA18 BB02 BC02 BC05 BC14 CA11 CA12 CA13 CA14 CA18 5H026 AA06 BB00 BB04 BB06 EE02 EE08 EE11 HH03 HH04

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 固体高分子電解質膜と、この固体高分子
    電解質膜の両面に配置されるアノード電極およびカソー
    ド電極とからなる単電池を複数個積層して構成される電
    池スタックであって、この電池スタック内にて前記単電
    池の間に介挿されて用いられる固体高分子電解質型燃料
    電池のセパレータにおいて、前記セパレータは、セパレ
    ータ基材と、このセパレータ基材上に被覆されるコーテ
    ィング層とから構成され、前記コーティング層は、低電
    気抵抗性層、耐食性層または耐剥離性層のうちの２層以
    上からなる多層構造を有することを特徴とする固体高分
    子電解質型燃料電池のセパレータ。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の固体高分子電解質型燃料
    電池のセパレータにおいて、セパレータ基材の材料は、
    ステンレス鋼、銅および銅合金、アルミおよびアルミ合
    金、チタンおよびチタン合金のなかのいずれか１種類ま
    たはその複合材料であることを特徴とする固体高分子電
    解質型燃料電池のセパレータ。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の固体高分子電解質型燃料
    電池のセパレータにおいて、低電気抵抗性層をコーティ
    ング層の最外層に、耐食性層を前記低電気抵抗性層の下
    層に、耐剥離性層を前記低電気抵抗性層または前記耐食
    性層の下層に設けたことを特徴とする固体高分子電解質
    型燃料電池のセパレータ。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の固体高分子電解質型燃料
    電池のセパレータにおいて、低電気抵抗性層、耐食性層
    および耐剥離性層の材料は、接触抵抗の低いＮｉ、Ｆ
    ｅ、Ｃｏ、Ｂ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｎ、
    Ｗ、Ｐ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、ＴｉＣ、ＮｂＣ、Ｔ
    ｉＣＮ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＢ２、ＺｒＢ２、Ｆｅ２
    Ｂ、Ｓｉ３Ｎ４のいずれか１種類または２種類以上の複
    合材料であることを特徴とする固体高分子電解質型燃料
    電池のセパレータ。
  5. 【請求項５】 物理蒸着法、化学蒸着法、窒化物処理
    法、硼化物処理法、カーボナイジング法、鍍金法または
    溶射法のいずれか１種またはこれらの２種以上の複合プ
    ロセスを用いて、低電気抵抗性層、耐食性層または耐剥
    離性層のうちの２層以上からなるコーティング層をセパ
    レータ基材上に形成することを特徴とする固体高分子電
    解質型燃料電池のセパレータの製造方法。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の固体高分子電解質型燃料
    電池のセパレータの製造方法において、鍍金法を用いて
    コーティング層を形成する際、低電気抵抗性層の膜厚を
    ０．０２ミクロン以上、耐食性層の膜厚を０．１ミクロ
    ン以上および耐剥離性層の膜厚を０．１ミクロン以上と
    することを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池のセ
    パレータの製造方法。
  7. 【請求項７】 請求項５記載の固体高分子電解質型燃料
    電池のセパレータの製造方法において、物理蒸着法を用
    いてコーティング層を形成する際、低電気抵抗性層の膜
    厚を１．０ミクロン以上、耐食性層の膜厚を１．０ミク
    ロン以上および耐剥離性層の膜厚を１．０ミクロン以上
    とすることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池の
    セパレータの製造方法。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の固体高分子電解質型燃料
    電池のセパレータの製造方法において、低電気抵抗性
    層、耐食性層および耐剥離性層からなるコーティング層
    における結晶方位を、ミラー指数（２００）または（０
    ０２）の方位に配向することを特徴とする固体高分子電
    解質型燃料電池のセパレータの製造方法。
  9. 【請求項９】 請求項６または８記載の固体高分子電解
    質型燃料電池のセパレータの製造方法において、コーテ
    ィング層中における気孔率を欠陥面積率で５×１００％
    以下とすることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電
    池のセパレータの製造方法。
  10. 【請求項１０】 請求項５記載の固体高分子電解質型燃
    料電池のセパレータの製造方法において、セパレータ基
    材上に形成されるコーティング層の材料として、前記セ
    パレータ基材の電気抵抗より低い金属材料、セラミック
    ス材料、サーメット材料またはこれらが複合した合金材
    料を用いることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電
    池のセパレータの製造方法。
  11. 【請求項１１】 請求項５記載の固体高分子電解質型燃
    料電池のセパレータの製造方法において、セパレータ基
    材上に存在する不動態皮膜または酸化物を、電気的、機
    械的または化学的に除去した後、コーティング層を前記
    セパレータ基材上に形成することを特徴とする固体高分
    子電解質型燃料電池のセパレータの製造方法。
  12. 【請求項１２】 セパレータ基材上に、低電気抵抗性
    層、耐食性層または耐剥離性層からなるコーティング層
    を被覆した固体高分子電解質型燃料電池のセパレータを
    用い、前記コーティング層を電気的、機械的または化学
    的に除去して前記コーティング層と前記セパレータ基材
    とを個別回収して再利用することを特徴とする固体高分
    子電解質型燃料電池のセパレータの製造方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１２記載の固体高分子電解質型
    燃料電池のセパレータの製造方法において、回収された
    セパレータ基材を電気的、機械的または化学的に粉砕お
    よび溶解して、得られたセパレータ基材材料を再使用す
    ることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池のセパ
    レータの製造方法。
  14. 【請求項１４】 請求項５から１３までのいずれかに記
    載の固体高分子電解質型燃料電池のセパレータの製造方
    法により得られた固体高分子電解質型燃料電池のセパレ
    ータ。
JP10334737A 1998-11-25 1998-11-25 固体高分子電解質型燃料電池のセパレータおよびその製造方法 Pending JP2000164228A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10334737A JP2000164228A (ja) 1998-11-25 1998-11-25 固体高分子電解質型燃料電池のセパレータおよびその製造方法
US09/448,144 US6967065B1 (en) 1998-11-25 1999-11-24 Separator of proton exchange fuel cell and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10334737A JP2000164228A (ja) 1998-11-25 1998-11-25 固体高分子電解質型燃料電池のセパレータおよびその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000164228A true JP2000164228A (ja) 2000-06-16

Family

ID=18280665

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10334737A Pending JP2000164228A (ja) 1998-11-25 1998-11-25 固体高分子電解質型燃料電池のセパレータおよびその製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6967065B1 (ja)
JP (1) JP2000164228A (ja)

Cited By (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001351642A (ja) * 2000-06-08 2001-12-21 Riken Corp 燃料電池用セパレータ
WO2001028019A3 (en) * 1999-10-08 2002-03-14 Allied Signal Inc Corrosion resistant coated fuel cell bipolar plate with filled-in fine scale porosities and method of making the same
WO2003034525A1 (fr) * 2001-10-10 2003-04-24 Nippon Metal Industry Co., Ltd. Separateur plein pour pile a combustible du type a electrolyte polymere solide
KR100435420B1 (ko) * 2001-12-22 2004-06-10 한국전력공사 용융탄산염 연료전지 분리판
EP1467424A1 (en) * 2001-12-18 2004-10-13 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Method of producing fuel cell-use separator and device for producing it
WO2006028184A1 (ja) * 2004-09-10 2006-03-16 Neomax Materials Co., Ltd. 燃料電池用セパレータおよびその製造方法
JP2006156385A (ja) * 2004-11-25 2006-06-15 Samsung Sdi Co Ltd 燃料電池用金属セパレータ及びその製造方法
JP2006278172A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Nikko Kinzoku Kk 燃料電池のセパレータ用材料
EP1738429A1 (en) * 2004-04-19 2007-01-03 LG Electronics, Inc. Fuel cell
KR100689757B1 (ko) 2006-04-10 2007-03-08 한국타이어 주식회사 연료전지용 스테인리스 강재의 제조방법 및 이에 의해제조되는 연료전지
JP2007128908A (ja) * 2007-01-15 2007-05-24 Riken Corp 固体高分子電解質型燃料電池のセルユニット
WO2007080966A1 (ja) * 2006-01-13 2007-07-19 Mitsubishi Materials Corporation 固体電解質型燃料電池およびその作動方法
KR100765605B1 (ko) 2006-03-23 2007-10-09 김수경 연료전지 분리판의 제조방법
JP2007324146A (ja) * 2007-09-07 2007-12-13 Mitsubishi Plastics Ind Ltd 燃料電池用セパレータ
JP2008516392A (ja) * 2004-10-07 2008-05-15 ゼネラル・モーターズ・コーポレーション 高い安定性を有するバイポーラプレート
JP2008518110A (ja) * 2004-11-01 2008-05-29 ゼネラル・モーターズ・コーポレーション 耐食性のバイポーラプレートを製造する方法
WO2008114561A1 (ja) 2007-02-22 2008-09-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池
CN100426574C (zh) * 2003-09-10 2008-10-15 三菱树脂株式会社 燃料电池隔板
DE112007001205T5 (de) 2006-05-29 2009-04-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi Metallglied mit Edelmetallplattierung und Herstellungsverfahren desselben
JP2009289511A (ja) * 2008-05-28 2009-12-10 Kobe Steel Ltd 燃料電池セパレータ用チタン基材、および、燃料電池セパレータ、ならびに燃料電池セパレータの製造方法
US7662503B2 (en) 2003-11-10 2010-02-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell, disassembly method thereof, and separators used therein
US7754371B2 (en) 2004-02-05 2010-07-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell disassembly method
US7758983B2 (en) 2003-12-26 2010-07-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell disassembly method and fuel cell
JP2010180457A (ja) * 2009-02-06 2010-08-19 Toyota Central R&D Labs Inc 耐食導電材の製造方法
JP2010529616A (ja) * 2007-06-20 2010-08-26 ヒュンダイ ハイスコ 金属層／金属窒化物層及び金属酸窒化物層が形成された燃料電池用ステンレス鋼分離板及びその製造方法
JP2011006757A (ja) * 2009-06-26 2011-01-13 Toyota Central R&D Labs Inc 耐食導電性皮膜、耐食導電材、固体高分子型燃料電池とそのセパレータおよび耐食導電材の製造方法
KR101017180B1 (ko) 2008-12-30 2011-02-25 두산중공업 주식회사 스테인리스 스틸 분리판 및 그 코팅방법
JP2011517013A (ja) * 2008-02-27 2011-05-26 インパクト・コーティングス・エービー コーティングを有する電極、その製造方法および材料の使用
KR101047417B1 (ko) * 2008-06-16 2011-07-08 한양대학교 산학협력단 연료전지 분리판 및 그 제조 방법
JP2012028046A (ja) * 2010-07-20 2012-02-09 Kobe Steel Ltd チタン製燃料電池セパレータ
JP2012028045A (ja) * 2010-07-20 2012-02-09 Kobe Steel Ltd チタン製燃料電池セパレータおよびその製造方法
KR101168119B1 (ko) * 2010-06-28 2012-07-24 현대하이스코 주식회사 친수화처리를 이용한 연료전지용 금속분리판 제조 방법
JP2012160382A (ja) * 2011-02-01 2012-08-23 Univ Of Fukui 燃料電池用セパレータ及びその製造方法
KR101201015B1 (ko) * 2009-02-19 2012-11-13 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 연료 전지용 세퍼레이터 및 그 제조 방법
US8613807B2 (en) 2009-02-06 2013-12-24 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Conductive film, corrosion-resistant conduction film, corrosion-resistant conduction material and process for producing the same
JP2018159116A (ja) * 2017-03-23 2018-10-11 新日鐵住金株式会社 燃料電池用セパレータ及びその製造方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101542794A (zh) * 2006-11-16 2009-09-23 株式会社新王材料 燃料电池用隔板及其制造方法
WO2008069802A1 (en) * 2006-12-08 2008-06-12 Utc Power Corporation Fuel cell flow field having metal bipolar plates
JP5200414B2 (ja) * 2007-04-26 2013-06-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US20110027623A1 (en) * 2009-01-21 2011-02-03 John Michael David Coey Electrochemical device
JP5590008B2 (ja) * 2011-11-14 2014-09-17 日本軽金属株式会社 燃料電池用集電板及びその製造方法
KR101409639B1 (ko) 2012-12-21 2014-06-18 삼성전기주식회사 고체산화물 연료전지용 연결재 및 상기 연결재의 제작방법
JP6079505B2 (ja) 2013-08-26 2017-02-15 三菱マテリアル株式会社 接合体及びパワーモジュール用基板
KR102131484B1 (ko) * 2013-08-26 2020-07-07 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 접합체 및 파워 모듈용 기판
DE102014109321A1 (de) * 2014-07-03 2016-01-07 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte, Bipolarplatte für eine elektrochemische Zelle und elektrochemische Zelle

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4759993A (en) * 1985-04-25 1988-07-26 Ovonic Synthetic Materials Co., Inc. Plasma chemical vapor deposition SiO2-x coated articles and plasma assisted chemical vapor deposition method of applying the coating
US5460896A (en) * 1993-01-22 1995-10-24 Kabushiki Kaisha Equos Research Fuel cell
US5527363A (en) 1993-12-10 1996-06-18 Ballard Power Systems Inc. Method of fabricating an embossed fluid flow field plate
US5939219A (en) * 1995-10-12 1999-08-17 Siemens Aktiengesellschaft High-temperature fuel cell having at least one electrically insulating covering and method for producing a high-temperature fuel cell
US5624769A (en) * 1995-12-22 1997-04-29 General Motors Corporation Corrosion resistant PEM fuel cell
IT1292033B1 (it) * 1996-05-31 1999-01-25 Samsung Heavy Ind Metodo di trattamento anticorrosivo per un separatore di cella a combustibile di carbonato fuso
DE19628823C2 (de) * 1996-07-17 1998-08-20 Mtu Friedrichshafen Gmbh Stromführendes Bauteil für eine Schmelzkarbonatbrennstoffzelle mit Korrosionsschutzbeschichtung
JP3908359B2 (ja) 1997-10-21 2007-04-25 日新製鋼株式会社 低温型燃料電池用セパレータ
JP3904690B2 (ja) 1997-10-14 2007-04-11 日新製鋼株式会社 低温型燃料電池用セパレータ
JP3908358B2 (ja) 1997-10-21 2007-04-25 日新製鋼株式会社 低温型燃料電池用セパレータ
JP3904696B2 (ja) 1997-11-11 2007-04-11 日新製鋼株式会社 低温型燃料電池用セパレータ及びその製造方法
DE69835440T2 (de) * 1997-10-14 2007-02-22 Toyota Jidosha K.K., Toyota Separator für eine Brennstoffzelle vom Niedrigtemperatur-Typ und Verfahren zu dessen Herstellung
US6103413A (en) * 1998-05-21 2000-08-15 The Dow Chemical Company Bipolar plates for electrochemical cells

Cited By (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7482083B2 (en) 1999-10-08 2009-01-27 General Electric Company Corrosion resistant coated fuel cell bipolar plate with filled-in fine scale porosities
WO2001028019A3 (en) * 1999-10-08 2002-03-14 Allied Signal Inc Corrosion resistant coated fuel cell bipolar plate with filled-in fine scale porosities and method of making the same
US6649031B1 (en) 1999-10-08 2003-11-18 Hybrid Power Generation Systems, Llc Corrosion resistant coated fuel cell bipolar plate with filled-in fine scale porosities and method of making the same
JP2001351642A (ja) * 2000-06-08 2001-12-21 Riken Corp 燃料電池用セパレータ
WO2003034525A1 (fr) * 2001-10-10 2003-04-24 Nippon Metal Industry Co., Ltd. Separateur plein pour pile a combustible du type a electrolyte polymere solide
EP1467424A1 (en) * 2001-12-18 2004-10-13 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Method of producing fuel cell-use separator and device for producing it
EP1467424A4 (en) * 2001-12-18 2008-03-05 Honda Motor Co Ltd METHOD FOR PRODUCING A WEAR SEPARATOR FOR A FUEL CELL AND CORRESPONDING PRODUCTION DEVICE
US7254887B2 (en) 2001-12-18 2007-08-14 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell separator manufacturing method and manufacturing apparatus
KR100435420B1 (ko) * 2001-12-22 2004-06-10 한국전력공사 용융탄산염 연료전지 분리판
CN100426574C (zh) * 2003-09-10 2008-10-15 三菱树脂株式会社 燃料电池隔板
US7662503B2 (en) 2003-11-10 2010-02-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell, disassembly method thereof, and separators used therein
US7758983B2 (en) 2003-12-26 2010-07-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell disassembly method and fuel cell
US7754371B2 (en) 2004-02-05 2010-07-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell disassembly method
EP1738429A1 (en) * 2004-04-19 2007-01-03 LG Electronics, Inc. Fuel cell
JP5234711B2 (ja) * 2004-09-10 2013-07-10 株式会社Ｎｅｏｍａｘマテリアル 燃料電池用セパレータおよびその製造方法
US8088536B2 (en) 2004-09-10 2012-01-03 Neomax Materials Co., Ltd. Fuel cell separator and method for manufacturing the same
WO2006028184A1 (ja) * 2004-09-10 2006-03-16 Neomax Materials Co., Ltd. 燃料電池用セパレータおよびその製造方法
JPWO2006028184A1 (ja) * 2004-09-10 2008-05-08 株式会社Ｎｅｏｍａｘマテリアル 燃料電池用セパレータおよびその製造方法
JP2008516392A (ja) * 2004-10-07 2008-05-15 ゼネラル・モーターズ・コーポレーション 高い安定性を有するバイポーラプレート
JP2008518110A (ja) * 2004-11-01 2008-05-29 ゼネラル・モーターズ・コーポレーション 耐食性のバイポーラプレートを製造する方法
JP4637007B2 (ja) * 2004-11-25 2011-02-23 三星エスディアイ株式会社 燃料電池用金属セパレータ及びその製造方法
JP2006156385A (ja) * 2004-11-25 2006-06-15 Samsung Sdi Co Ltd 燃料電池用金属セパレータ及びその製造方法
JP2006278172A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Nikko Kinzoku Kk 燃料電池のセパレータ用材料
WO2007080966A1 (ja) * 2006-01-13 2007-07-19 Mitsubishi Materials Corporation 固体電解質型燃料電池およびその作動方法
US7981564B2 (en) 2006-01-13 2011-07-19 Mitsubishi Materials Corporation Solid electrolyte fuel cell and operating method thereof
KR100765605B1 (ko) 2006-03-23 2007-10-09 김수경 연료전지 분리판의 제조방법
KR100689757B1 (ko) 2006-04-10 2007-03-08 한국타이어 주식회사 연료전지용 스테인리스 강재의 제조방법 및 이에 의해제조되는 연료전지
US8043719B2 (en) 2006-05-29 2011-10-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Metal member having precious metal plating
DE112007001205T5 (de) 2006-05-29 2009-04-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi Metallglied mit Edelmetallplattierung und Herstellungsverfahren desselben
JP2007128908A (ja) * 2007-01-15 2007-05-24 Riken Corp 固体高分子電解質型燃料電池のセルユニット
US8906571B2 (en) 2007-02-22 2014-12-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell separator, manufacturing method of the fuel cell separator, and fuel cell
WO2008114561A1 (ja) 2007-02-22 2008-09-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池
JP2010529616A (ja) * 2007-06-20 2010-08-26 ヒュンダイ ハイスコ 金属層／金属窒化物層及び金属酸窒化物層が形成された燃料電池用ステンレス鋼分離板及びその製造方法
JP2007324146A (ja) * 2007-09-07 2007-12-13 Mitsubishi Plastics Ind Ltd 燃料電池用セパレータ
JP2011517013A (ja) * 2008-02-27 2011-05-26 インパクト・コーティングス・エービー コーティングを有する電極、その製造方法および材料の使用
JP2009289511A (ja) * 2008-05-28 2009-12-10 Kobe Steel Ltd 燃料電池セパレータ用チタン基材、および、燃料電池セパレータ、ならびに燃料電池セパレータの製造方法
KR101047417B1 (ko) * 2008-06-16 2011-07-08 한양대학교 산학협력단 연료전지 분리판 및 그 제조 방법
KR101017180B1 (ko) 2008-12-30 2011-02-25 두산중공업 주식회사 스테인리스 스틸 분리판 및 그 코팅방법
JP2010180457A (ja) * 2009-02-06 2010-08-19 Toyota Central R&D Labs Inc 耐食導電材の製造方法
US8613807B2 (en) 2009-02-06 2013-12-24 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Conductive film, corrosion-resistant conduction film, corrosion-resistant conduction material and process for producing the same
US8367241B2 (en) 2009-02-19 2013-02-05 Kobe Steel, Ltd. Separator for fuel cell and manufacturing method therefor
KR101201015B1 (ko) * 2009-02-19 2012-11-13 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 연료 전지용 세퍼레이터 및 그 제조 방법
JP2011006757A (ja) * 2009-06-26 2011-01-13 Toyota Central R&D Labs Inc 耐食導電性皮膜、耐食導電材、固体高分子型燃料電池とそのセパレータおよび耐食導電材の製造方法
KR101168119B1 (ko) * 2010-06-28 2012-07-24 현대하이스코 주식회사 친수화처리를 이용한 연료전지용 금속분리판 제조 방법
JP2012028045A (ja) * 2010-07-20 2012-02-09 Kobe Steel Ltd チタン製燃料電池セパレータおよびその製造方法
JP2012028046A (ja) * 2010-07-20 2012-02-09 Kobe Steel Ltd チタン製燃料電池セパレータ
JP2012160382A (ja) * 2011-02-01 2012-08-23 Univ Of Fukui 燃料電池用セパレータ及びその製造方法
JP2018159116A (ja) * 2017-03-23 2018-10-11 新日鐵住金株式会社 燃料電池用セパレータ及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US6967065B1 (en) 2005-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2000164228A (ja) 固体高分子電解質型燃料電池のセパレータおよびその製造方法
JP3600503B2 (ja) 燃料電池用セパレータおよび該燃料電池用セパレータの製造方法並びに燃料電池
US6866958B2 (en) Ultra-low loadings of Au for stainless steel bipolar plates
US11658308B2 (en) Fuel cells and method of manufacturing
US6770394B2 (en) Fuel cell with monolithic flow field-bipolar plate assembly and method for making and cooling a fuel cell stack
US6828054B2 (en) Electronically conducting fuel cell component with directly bonded layers and method for making the same
US6893765B1 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP3423799B2 (ja) 燃料電池の反応層形成方法
JP2003272671A (ja) 固体高分子電解質型燃料電池のセルユニット
JP2006516796A (ja) 耐食性の燃料電池用端子板
JP4920137B2 (ja) 高分子電解質型燃料電池の運転方法
US7288334B2 (en) Fuel cell stack and method of producing the same
JP3936095B2 (ja) 燃料電池
US6649299B2 (en) Gas diffusion electrode with nanosized pores and method for making same
US20040131905A1 (en) Fuel cell
JP2001297777A (ja) 高分子電解質型燃料電池
JPH11162478A (ja) 燃料電池用セパレータ
JP5108377B2 (ja) 複合燃料電池スタック用の非浸透性の低接触抵抗シム
JP2004103296A (ja) 固体高分子型燃料電池
EP2309578A1 (en) Fuel cell structure with a porous metal plate for cooling
JP2000182640A (ja) 車載用燃料電池
WO2001059862A2 (en) Electroconductive fuel cell component with directly bonded layers and method for making same
JP2003187817A (ja) 燃料電池用セパレータ
KR101400364B1 (ko) 폴리카보네이트 분리판을 이용한 연료전지용 스택
JP2022077279A (ja) 燃料電池用のセパレータ