JP2001155742A

JP2001155742A - 燃料電池用セパレータおよびこれを備えた燃料電池

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Publication number: JP2001155742A
Application number: JP33942099A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Asaoka; 賢彦朝岡; Katsuji Abe; 勝司阿部; Kazuo Kawahara; 和生河原; Fumio Nonoyama; 史男野々山; Kenichi Suzuki; 憲一鈴木
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2001-06-08
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP4529205B2

Abstract

(57)【要約】【課題】金属材料により加工性や集電性能に優れるの
みならず、空気中より混入する塩素イオン等に対する耐
食性にも優れた燃料電池用セパレータおよびそれを備え
た燃料電池を提供すること。【解決手段】固体高分子電解質１２に一方の面に燃料
極１４が設けられ、他方の面に空気極１６が設けられ、
それぞれの電極面に対向して接触集電およびガス通路形
成のための金属製セパレータ１８が配設されたものであ
って、その金属製セパレータは、金属材料によるセパレ
ータ基材の表面に空気中から混入する塩素イオンなどを
捕捉する陰イオン捕捉物質を含む陰イオン捕捉層２６が
形成されている。陰イオン捕捉物質としては、強塩基性
陰イオン交換樹脂、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｎなどの金属
元素の水和酸化物、ハイドロタルサイト類化合物のよう
な陰イオン交換性層状化合物などが好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用セパレ
ータおよびこれを備えた燃料電池に関し、さらに詳しく
は、固体高分子型燃料電池などの燃料電池において、固
体電解質の一方の面に設けられる燃料極（アノード極）
および他方の面に設けられる空気極（カソード極）に対
向して接触集電およびガス通路形成のために配設される
燃料電池用セパレータおよび、その全体構成としての燃
料電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、固体高分子型燃料電池は、高分
子固体電解質の一方の面に燃料極（アノード極）が設け
られ、他方の面に空気極（カソード極）が設けられてい
て、それぞれの電極面に対向するように接触集電あるい
はガス通路形成のための集電用セパレータが配置され、
挟持された構成とされている。

【０００３】そして、このような構成の燃料電池におけ
る反応メカニズムとしては、燃料極に燃料ガス（水素な
ど）が供給され、空気極に酸化剤ガス（空気など）が供
給されると、燃料極で発生した水素イオンが電解質を介
して空気極へ移動し、空気極で水（Ｈ_２Ｏ）となるとい
う電気化学的反応を利用して電気エネルギーが取り出さ
れるというものである。

【０００４】ところで、このような燃料電池、特に固体
高分子型燃料電池用セパレータ材料としては、ガス不浸
透性、および高い導電性を有し、表面層に高抵抗な被膜
（たとえば酸化物層など）を形成しないこと、さらには
高い耐食性などが要求される。そのため、従来、グラフ
ァイトをバインダとともに高温で焼成した緻密質のカー
ボン（グラファイト）板が用いられることが多かった。
しかしながら、緻密質のグラファイト板は、材料それ自
体のコストが高い上に、ガス流路溝等を精緻に形成する
ためには切削加工によるしかなく、加工コストも高くな
るし、生産性もよくない。このため、最近では、セパレ
ータ材料を金属の薄板とし、生産性が高く、プロセスコ
ストも安価なプレス加工にて成形する試みが数多くなさ
れている。

【０００５】そして、金属製セパレータ材料としては、
鋼板、ステンレス板、アルミ板、チタン板、銅板など一
般的に知られ、利用されているあらゆる金属材料が提案
されている。しかし、民生用、特に電気自動車用駆動源
としての燃料電池を考える場合、鋼板，ステンレス板、
アルミ板など材料コストもそれ程高くなく、加工性もよ
い材料に限られる。

【０００６】しかしながら、これらの金属材料をそのま
ま用いると、電池内部の高温高湿度の雰囲気下では、表
面に高抵抗の酸化膜ができて、電極面での接触抵抗が高
くなったり、集電性能も低下し、また、腐食により金属
イオンが溶け出し電極触媒や電解質を汚染したり、さら
にはセパレータに孔が穿くおそれもあるので、何らかの
表面処理による保護が必要である。

【０００７】そこで、その対策として従来より提案され
ているのが、（１）金属セパレータの表面に電気伝導性
に優れたカーボンブラックやグラファイト微粉末を含ん
だ導電性塗装を施すこと、（２）金（Ａｕ）、白金（Ｐ
ｔ）などの電気伝導性に優れ、かつ酸化膜を形成しない
金属材料をセパレータ表面にメッキすること、（３）特
開平１１−１２６６２０号公報に示されるように、Ｓｎ
合金などその金属酸化物が導電性を有する金属材料をセ
パレータ表面にコーティングすること、などである。そ
して、これらをいくつか組み合わせる場合もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カーボ
ンブラックやグラファイト微粉末を含んだ導電性塗装に
よる被覆では、バインダとなる樹脂部を経ての水分やイ
オン、酸素の透過を完全に阻むことができない。このた
め、腐食等の問題を完全に避けることができず、特に空
気極に供給される空気中に存在する塩素ガス、あるいは
塩素イオンの存在下で孔食（ピッティングコロージョ
ン）が発生するおそれがある。

【０００９】また、金、白金など安定で表面に酸化膜を
形成しない金属のメッキは、材料コストが高いのが実用
に向けての問題点であり、経済的に見合うためには、メ
ッキの厚みを十分に薄くしなければならない。しかし、
薄くすると下地金属を完全に覆うことができなくなり、
特に塩素イオンの存在下で腐食（孔食）等の問題を完全
に克服することができない。

【００１０】さらに、Ｓｎ合金などのように表面に形成
される酸化物が導電性である金属によるコーティングで
は、何らかの要因で電池内が低ｐＨの雰囲気となると、
酸化物層が安定でなくなり、特に塩素イオンの存在下で
腐食（孔食）等の問題が生じてしまう。

【００１１】このように、これまで提案されている表面
被覆技術をもってしても、実際の燃料電池の運転状況に
おいては、酸性の雰囲気が強く、且つ塩素イオンが存在
するような、過酷な実電池環境下では、経済的な観点、
実用的な観点とともに考えあわせると、十分な技術は未
だないと言うことができる。特に、塩素イオンの問題
は、非常に小さな（あるいは数少ない）表面被覆の欠陥
の存在によって、致命的な穴あき（孔食）が発生するお
それがある点で、きわめて重要である。

【００１２】本発明の解決しようとする課題は、固体高
分子型燃料電池などにおいて、集電性能およびガス流路
形成のために固体電解質の両面に設けられる電極面に対
向して配設される燃料電池用セパレータであって、加工
性に優れた金属材料を基材とし、使用環境での集電性能
に優れるのみならず、空気中に存在する塩素あるいは塩
素イオンによって、その金属材料によるセパレータ基材
が孔食を起こすことを未然に防止することのできるも
の、およびそれを備えた燃料電池を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の燃料電池用セパレータは、請求項１に記載
のように、固体電解質の一方の面に設けられる燃料極お
よび他方の面に設けられる空気極に対向してそれぞれ接
触集電およびガス通路形成のために配設されるものであ
って、金属材料によるセパレータ基材の表面に陰イオン
捕捉物質を含む陰イオン捕捉層が形成されていることを
要旨とするものである。

【００１４】この場合に、陰イオン捕捉物質としては、
−ＮＲＲ'Ｒ''（Ｒ，Ｒ'，Ｒ''は、炭化水素基（−Ｃ_ｎ
Ｈ_２ｎ＋１）、あるいは、アルコール基（−Ｃ_ｎＨ
_２ｎ＋１ＯＨ））、−ＮＲＲ'、−ＮＲＨ、−ＮＨ_２等
のアンモニウムあるはアミン基、もしくは３級スルホニ
ウム基を持つ高分子材料である陰イオン交換樹脂が好適
なものとして挙げられる。具体的には市販の、ダイヤイ
オンＳＡ（三菱化成工業）、ゼオレックスＳＢ（ゼオラ
イト工業）、Ｄｏｗｅｘ１，Ｄｏｗｅｘ２，Ｄｏｗｅｘ
３（ともにダウケミカル）、ＡｍｂｅｒｉｔｅＩＲＡ
−４００，ＩＲＡ−４１０，ＩＲ−４５（東京有機化学
工業）、ＤｕｅｌｉｔｅＡ−４０，Ｄｕｅｌｉｔｅ
Ａ−３（ケミカルプロセス社）、ＳｔａｍｅｘＳ−４
４等、の一般的な強塩基性陰イオン交換樹脂、弱塩基性
陰イオン交換樹脂か、これに類する陰イオン交換樹脂を
用いることができる。

【００１５】また、陰イオン捕捉物質として、水和酸化
物、あるいは、陰イオン交換性層状化合物なども好適な
ものとして用いることができる。水和酸化物としては、
Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｔｈ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔａ、Ｖの
うちから選ばれた少なくとも１種以上の金属の水和酸化
物が好適なものとして挙げられる。これは通常、硝酸
塩、硫酸塩の酸性水溶液にＮＨ４ＯＨ等の塩基を沈殿反
応が完結するまで加えることにより得られ、十分水洗の
後、乾燥粉砕したものを用いるとよい。また、陰イオン
交換性層状化合物は、酸化物などの層状化合物で、層間
にある炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２−）等の陰イオンの交換に
よって、Ｃｌ⁻などの陰イオンを捕捉する。Ｍｇ_６Ａｌ
_２（ＯＨ）_１６ＣＯ_３・４Ｈ_２Ｏで表されるハイドロタ
ルサイトやこれに類するものがあり、アルカマイザーや
ＤＨＴ−４Ａ（ともに協和化学工業の商品名）などが合
成ハイドロタルサイトとして市販されている。

【００１６】また、本発明の燃料電池は、請求項２に記
載のように、固体電解質の一方の面に燃料極が設けら
れ、他方の面に空気極が設けられ、それぞれの電極面に
対向して接触集電およびガス通路形成のための金属製セ
パレータが配設されたものであって、該金属製セパレー
タの基材表面に陰イオン捕捉物質を含む陰イオン捕捉層
が形成されていることを要旨とするものである。

【００１７】上記構成を有する本発明の燃料電池によれ
ば、燃料極に燃料ガス（水素など）が供給され、空気極
に酸化剤ガス（空気など）が供給されることにより固体
電解質を介して電気化学反応が起こり、電気エネルギー
が金属製セパレータを介して取り出されるものである
が、その時に例えば、空気極に供給される酸化剤ガス
（空気）中に塩素が含まれていても、その塩素イオン
（Ｃｌ⁻）は金属製セパレータの表面に形成される陰イ
オン捕捉層に含まれる陰イオン捕捉物質により捕捉され
る。

【００１８】そのために、金属製セパレータの基材表面
にそのＣｌ⁻などの陰イオンによって孔食（穴あき）が
生じることは回避され、燃料ガス（水素）と酸化剤ガス
（空気）とが混ざって電池の出力電圧が低下したり、あ
るいはその燃料ガスと酸化剤ガスとの直接燃焼により爆
発を起こしたり、あるいは冷却水がガス流路へ漏れ出し
て電池出力の低下を生じさせるなどの不具合が生じるよ
うなことはなく、またそのような事故が未然に防止され
ることになる。また、燃料ガス利用率の低下も回避され
る。

【００１９】また、燃料電池の燃料極および空気極には
それぞれ電極触媒層が設けられ、そこにはＰｔなどの電
極触媒が担持されているが、空気中より混入するＣｌ⁻
などの陰イオンが電極触媒の表面に吸着して触媒活性を
低下させるようなことも回避されるため、出力電圧が安
定して維持されることとなる。

【００２０】さらに、燃料電池の空気極では、そのＣｌ
⁻などの陰イオンが、空気極触媒（Ｐｔなど）の表面に
吸着することにより、触媒活性を低下させ、空気極での
不完全還元反応により過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）が生成さ
れ易くなるが、このＣｌ⁻などの陰イオンの捕捉により
過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）の生成も抑制され、その過酸化
水素による固体電解質の侵蝕や劣化も回避され、安定し
た品質が維持されることとなる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好適な実施の形態
を図面を参照して詳細に説明する。初めに図１は、本発
明の一実施形態に係る高分子電解質型燃料電池セルの概
略構成を示したものである。この高分子電解質型燃料電
池セル１０は、固体高分子電解質１２を挟んで一方の面
に燃料極１４が設けられ、他方の面に空気極１６が設け
られている。そして燃料極１４側、および空気極１６側
にはそれぞれ接触集電およびガス通路形成のための断面
凸凹形状をした金属製セパレータ１８が配設され、燃料
極１４側には水素ガスなどの燃料ガスが貫流する燃料ガ
ス流路２０が形成される共に、空気極１６側に空気など
の酸化剤ガスが貫流する酸化剤ガス流路２２が形成され
ている。そしてこの燃料電池セル１０は積層状に組み立
てられて積層型燃料電池として構成されている。

【００２２】この場合、前記固体高分子電解質１２に
は、パーフルオロスルホン酸ポリマのイオン交換樹脂、
あるいはスチレンジビニルベンゼンスルホン酸ポリマの
イオン効果樹脂が用いられている。膜の厚さは、１００
〜２００μｍ程度である。

【００２３】また、燃料極１４および空気極１６は、図
示はしないが、固体高分子電解質１２との接触面側に触
媒層が設けられ、セパレータ１８との接触面側にガス拡
散層が設けられている。触媒層はともに、白金（Ｐｔ）
等の電極触媒をカーボン粒子に担持させた層であり、ガ
ス拡散層は多孔質材料、例えば、反応ガスや生成ガス、
水等の物質の拡散性と、電子の伝導性とを両立させるこ
とが可能な材料、具体的には、カーボンペーパー、カー
ボンクロス、あるいはカーボン粉末をポリテトラフルオ
ロエチレンなどの高分子バインダと混ぜてシート状に成
形した多孔質の炭素系材料が用いられている。

【００２４】次に本実施例における燃料電池スタックの
各種の実施形態およびそこに用いられる金属製セパレー
タの構成について、実施例に従って順次説明する。次の
実施例１〜実施例５が本発明品であり、比較例１〜比較
例３が従来品である。

【００２５】（実施例１）この実施例１の燃料電池スタ
ックの概略構成は図１に示したものと同じであって、そ
こに用いられる金属製セパレータ１８ａは、０．３ｍｍ
厚のステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）板をプレス加工にて
成形したＳＵＳ製セパレータ基板２４の燃料極１４に対
向形成される燃料ガス流路２０の壁面、および空気極１
６に対向形成される酸化剤ガス流路２２の壁面にそれぞ
れ、陰イオン捕捉物質である強塩基性陰イオン交換樹脂
（Ｄｏｗｅｘｌ、ダウケミカル社）の微粒子を塗料に１
０ｗｔ％混合した平均厚さ約５０μｍの陰イオン捕捉層
２６を形成し、燃料電池スタックとしたものである。

【００２６】（実施例２）この実施例２の燃料スタック
の概略構成を図２に示す。この図２に示した燃料電池ス
タックにおける金属製セパレータ１８ｂは、やはり０．
３ｍｍ厚のステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ）板をプレス加
工にて成形し、これを背中合わせに重ね合わせて、一方
のＳＵＳ製セパレータ基板の燃料極１４側に燃料ガス流
路２０が形成され、他方のＳＵＳ製セパレータ基板の空
気極１６側に酸化剤ガス流路２２が形成され、さらに両
セパレータ基板の背中合わせ面にセパレータ基板を冷却
する冷却水が貫流する冷却水路２８が形成されている。
そしてこの金属製セパレータ１８ｂは、実施例１の場合
と同様に、燃料ガス流路２０の壁面、および酸化剤ガス
流路２２の壁面に、塗料に１０ｗｔ％の強塩基性陰イオ
ン交換樹脂（Ｄｏｗｅｘｌ、ダウケミカル社）の微粒子
を混合した陰イオン捕捉層２６（平均厚さ約５０μｍ）
が形成されると共に、冷却水路２８の壁面にもその強塩
基性陰イオン交換樹脂による陰イオン捕捉層２６が形成
され、各電池セル毎に冷却水路を有する燃料電池スタッ
クとしたものである。

【００２７】（実施例３）実施例３の燃料電池スタック
の概略構成は、図２に示した実施例２と同じであるので
図示することを省略するが、この実施例３の燃料電池ス
タックでは、ＳＵＳ製セパレータ基板２４の表面に形成
される陰イオン捕捉層２６として、実施例１，２で用い
た強塩基性陰イオン交換樹脂（Ｄｏｗｅｘｌ、ダウケミ
カル社）の代わりにハイドロタルサイト類化合物である
商品名ＤＨＴ−４Ａ（協和化学工業、化学式Ｍｇ_４．３
Ａｌ_２（ＯＨ）_１２．６ＣＯ_３・ｍＨ_２Ｏ）を塗料に１
０ｗｔ％混合したものを、それぞれのガス流路２０，２
２および冷却水路２８の壁面に塗工したものである。

【００２８】（実施例４）実施例４の燃料電池スタック
の概略構成を図３に示す。この図３に示した燃料電池ス
タックにおける金属製セパレータ１８ｃは、実施例１〜
３と同じく、０．３ｍｍ厚のステンレス（ＳＵＳ３１６
Ｌ）板をプレス加工にて成形して、ＳＵＳ製セパレータ
基板２４を形成した後、そのセパレータ基板２４の両面
に平均厚さ０．０５μｍの極薄い金メッキ層３０を形成
し、しかる後、その金メッキ層３０の上から燃料極１４
に対抗形成される燃料ガス流路２０の壁面、および空気
極１６側の酸化剤ガス流路２２の壁面に、それぞれ塗料
に１０ｗｔ％のハイドロタルサイト類化合物である商品
名ＤＨＴ−４Ａ（協和化学工業、化学式Ｍｇ_４．３Ａｌ
_２（ＯＨ）_１２．６ＣＯ_３・ｍＨ_２Ｏ）を混合した陰イ
オン捕捉層２６ｂ（平均厚さ約５０μｍ）を形成し、燃
料電池スタックとしたものである。

【００２９】（実施例５）実施例５の燃料電池スタック
の概略構成を図４に示す。この図４に示した燃料電池ス
タックにおける金属製セパレータ１８ｄは、やはり実施
例１〜４と同じく、０．３ｍｍ厚のステンレス（ＳＵＳ
３１６Ｌ）板をプレス加工にて成形して、ＳＵＳ製セパ
レータ基板２４を形成し、そのセパレータ基板の両面
に、炭素粉末を含んだ導電性塗料に１０ｗｔ％のハイド
ロタルサイト類化合物である商品名ＤＨＴ−４Ａ（協和
化学工業、化学式Ｍｇ_４．３Ａｌ_２（ＯＨ）_１２．６Ｃ
Ｏ_３・ｍＨ_２Ｏ）を混合した陰イオン捕捉層２６ｃ（平
均厚さ約５０μｍ）を形成し、燃料電池スタックとした
ものである。この場合陰イオン捕捉層２６ｃはＣｌ⁻等
の陰イオン捕捉機能のほかに導電性塗料の使用によっ
て、表面保護機能をも兼ね備えるものである。

【００３０】（比較例１）比較例１の燃料電池スタック
は、図５に示したような構成であって、ここに用いられ
る金属セパレータ１８ｅは、実施例１〜５と同様にステ
ンレス板をプレス加工により成形したものであるが、そ
の表面には、実施例１〜５のような陰イオン捕捉層（２
６ａ〜２６ｃ）は形成されていない。

【００３１】（比較例２）比較例２の燃料電池スタック
は図６に示したような構成であって、ここに用いられる
金属製セパレータ１８ｆは実施例４と比較されるが、ス
テンレス板のプレス加工により成形されたセパレータ基
板２４の両面に極薄い金メッキ層３０を形成しているだ
けで、その上に陰イオン捕捉層２６ａ〜２６ｃは形成さ
れていない。

【００３２】（比較例３）比較例３の燃料電池スタック
は図７に示したような構成であって、ここに用いられる
金属製セパレータ１８ｇは実施例５と比較されるが、ス
テンレス板のプレス加工により成形されたセパレータ基
板２４の両面にカーボン粉末を含んだ導電性塗料の塗膜
２７を形成しているだけで、塗膜２７中に陰イオン補足
物質は含まれないし、かつ、その上に陰イオン捕捉層２
６ａ〜２６ｃは形成されていない。

【００３３】次に各実施例１〜５、および比較例１〜３
の各燃料電池スタックについて耐食性の促進を行ったの
でそれについて説明する。試験方法としては、各燃料電
池スタックのガス流路（燃料ガス流路、酸化剤ガス流
路）、および冷却水路に１％ＦｅＣｌ_３と０．０１モル
ＨＣｌの混合水溶液を循環させ、２４時間、８０℃に保
った後、スタックを分解し、セパレータの平均重量減を
測定した。その結果を図８〜図１０に示す。

【００３４】初めに、図８では、実施例１〜３と比較例
１との比較において、比較例１の腐食速度を１として相
対的な腐食速度を表したものである。この結果からわか
るように、比較例１は金属セパレータ１８ｅの表面が無
処理であるため最も腐食が早く進行し、実施例１〜３は
いずれもこの比較例１よりも腐食の進行が遅いことを示
している。そして実施例１〜３の比較では、実施例３の
ものが最も腐食の進行速度が遅く、実施例１と実施例２
のものはそれよりも少し腐食の進行速度が早いことを示
している。これはＳＵＳ製セパレータ基板２４の表面に
塗工される陰イオン捕捉層２６の材料が、実施例１およ
び実施例２では強塩基性陰イオン交換樹脂系材料である
のに対して、実施例３ではハイドロタルサイト類化合物
であることの違いに因るものであると考えられる。

【００３５】次に図９は、実施例４と比較例２との比較
において、腐食速度の違いを示したものであるが、比較
例２の金属製セパレータ１８ｆはＳＵＳ製セパレータ基
板２４の表面に極薄い金メッキ層３０を形成しているだ
けであるのに対して、実施例４の金属セパレータ１８は
ＳＵＳ製セパレータ基板２４の表面に極薄い金メッキ層
３０を形成しているだけでなく、さらにその上にハイド
ロタルサイト系陰イオン捕捉層２６ｂを形成しているた
めに、比較例２よりも腐食され難い状態となっているこ
とがわかる。

【００３６】さらに、図１０は実施例５と比較例３との
比較において腐食速度の違いを示したものであるが、比
較例３の金属セパレータ１８ｇはＳＵＳ製セパレータ基
板２４の表面にカーボン塗膜層２７を形成しているだけ
であるのに対して、実施例５の金属製セパレータ１８は
ＳＵＳ製セパレータ基板２４の表面にカーボン粉末とハ
イドロタルサイト類化合物を混合した陰イオン捕捉層２
６ｃが形成されているために、やはり比較例３よりも腐
食され難い状態となっていることがわかる。

【００３７】そしてこのような結果が得られた理由とし
て、本実施例１〜５の燃料電池によれば、固体高分子電
解質の両面に設けられる燃料極と空気極とに対向配置さ
れる金属製セパレータ１８（１８ａ〜１８ｄ）の表面に
Ｃｌ⁻などの陰イオンを捕捉する陰イオン捕捉物質を含
む陰イオン捕捉層が形成されているために、例えば空気
中に含まれる塩素がセパレータ表面に接触しても、その
陰イオン捕捉物質によって捕捉され、金属セパレータ基
材の表面に形成されている不動態膜がＣｌ⁻などによっ
て腐食されることのない状態が得られたためであると考
えられる。

【００３８】そして、燃料電池の燃料極および空気極に
設けられる電極触媒層にはＰｔなどの電極触媒が担持さ
れていて、空気中より混入するＣｌ⁻などの陰イオンが
電極触媒の表面に吸着すると触媒活性が低下するが、空
気より混入するＣｌ⁻などが金属セパレータ１８（１８
ａ〜１８ｄ）表面の陰イオン捕捉層において捕捉される
ことにより、このような触媒活性の低下も回避され、電
池の出力電圧が安定的に得られることとなる。

【００３９】また例えば、燃料電池の空気極では酸素の
不完全還元反応により過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）が生成さ
れ、特に触媒活性が低下した時に起こり易く、空気中よ
り混入したＣｌ⁻などの陰イオンが金属セパレータ表面
の陰イオン捕捉層により捕捉されることにより、そのよ
うな陰イオンが空気極触媒（Ｐｔなど）の表面に吸着す
ることはなくなるため、触媒活性は維持され、過酸化水
素（Ｈ_２Ｏ_２）の生成が抑制されることにより、高分子
樹脂材料の固体電解質がそのＨ_２Ｏ_２によって侵蝕を受
け劣化するようなことも回避される。

【００４０】本発明は、上記した実施の形態に何ら限定
されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で
種々の改変が可能である。例えば、上記実施例では、陰
イオン捕捉層に含有される陰イオン捕捉物質として、ダ
ウケミカル社の強塩基性陰イオン交換樹脂材料および協
和化学工業社のハイドロタルサイト類化合物を用いた例
を示したが、それ以外の陰イオン交換樹脂や陰イオン交
換性層状化合物も、その化学的特性より同様の機能を有
することは明らかである。また、実施例には示さなかっ
たが、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｎ等の金属元素の水和酸化
物も同様にＣｌ ⁻などの陰イオンの捕捉性を有すること
から、同様の働きを有することも言うまでもない。

【００４１】また、上記実施例での金属セパレータ形状
も、金属板のプレス成形によりガス流路溝が形成される
ようにしたもののほか、多数の集電用の突起が形成さ
れ、その突起間をガスが貫流するようにしたものなど、
各種の形態のものを設計することができる。また、金属
板の加工法にも制限を受けない。さらに、金属セパレー
タの材料も、上記実施例のステンレス（ＳＵＳ）板に限
らず、アルミニウム板、チタン板、鋼板、銅板など各種
の材料が適用される。

【００４２】

【発明の効果】本発明の燃料電池用セパレータおよびそ
れを用いた燃料電池によれば、金属材料によるセパレー
タ基材の表面に陰イオン捕捉物質を含む陰イオン捕捉層
が形成されているものであるから、金属材料により加工
性に優れ、かつ使用環境での集電性能に優れることはも
とより、そのセパレータ基材そのものが空気中から混入
されるＣｌ⁻などによって腐食したり、孔食（ピッティ
ングコロージョン）を起こして孔穿きが生じ、燃料ガス
と酸化剤ガスとの混合による電圧の低下、あるいは直接
燃焼・爆発や冷却水のガス流路への漏れ出し等のトラブ
ルが回避され、安定した燃料電池の運転が長期に亘って
維持されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る燃料電池スタック
（実施例１）の概略構成図である。

【図２】本発明の実施例２の形態に係る燃料電池スタッ
クの概略構成図である。

【図３】本発明の実施例４の形態に係る燃料電池スタッ
クの概略構成図である。

【図４】本発明の実施例５の形態に係る燃料電池スタッ
クの概略構成図である。

【図５】比較例１の実施形態に係る燃料電池スタックの
概略構成図である。

【図６】比較例２の実施形態に係る燃料電池スタックの
概略構成図である。

【図７】比較例３の実施形態に係る燃料電池スタックの
概略構成図である。

【図８】本実施例１〜３と比較例１との比較における耐
Ｃｌ⁻腐食性試験データを示した図である。

【図９】本実施例４と比較例２との比較における耐Ｃｌ
⁻腐食性試験データを示した図である。

【図１０】本実施例５と比較例３との比較における耐Ｃ
ｌ⁻腐食性試験データを示した図である。

【符号の説明】

１０高分子電解質型燃料電池セル１２固体高分子電解質１４燃料極（アノード極）１６空気極（カソード極）１８金属製セパレータ（１８ａ〜１８ｄ）２０燃料ガス（水素）流路２２酸化剤ガス（空気）流路２４ＳＵＳ製セパレータ基板２６陰イオン捕捉層（強塩基性陰イオン交換樹脂系）２６ｂ陰イオン捕捉層（ハイドロタルサイト系）２６ｃ陰イオン捕捉層（カーボン＋ハイドロタルサイ
ト系）２８冷却水路３０金メッキ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河原和生愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者野々山史男愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者鈴木憲一愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB04 CX05 EE02 EE08 EE18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体電解質の一方の面に設けられる燃料
極および他方の面に設けられる空気極に対向して、それ
ぞれ接触集電およびガス通路形成のために配設される燃
料電池用セパレータであって、金属材料によるセパレー
タ基材の表面に陰イオン捕捉物質を含む陰イオン捕捉層
が形成されていることを特徴とする燃料電池用セパレー
タ。
【請求項２】固体電解質の一方の面に燃料極が設けら
れ、他方の面に空気極が設けられ、それぞれの電極面に
対向して接触集電およびガス通路形成のための金属製セ
パレータが配設されたものであって、該金属製セパレー
タの表面に陰イオン捕捉物質を含む陰イオン捕捉層が形
成されていることを特徴とする燃料電池。