JP2003036867A - Separator for water electrolysis cell or fuel cell using solid polymer type electrolyte film - Google Patents

Separator for water electrolysis cell or fuel cell using solid polymer type electrolyte film

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To cheaply provide a separator for a water electrolysis cell or a fuel cell using a solid polymer type electrolyte film, in which the separator is precisely manufactured not by mechanical processing of titanium but by molding a synthetic resin as a material. SOLUTION: A synthetic resinous separator material molded in the shape of a separator is provided. A metal layer is formed on the outer face of the separator using electroless plating to give conductivity between one face and another face of the outer face. It is preferable to provide a metal frame at the circumference of the separator material to raise the conductivity from one face to another at the circumference or to provide a metal conductor through the separator material to raise the direct conductivity between one face to another.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型の電
解質膜を用いる水電解セルまたは燃料電池のセパレータ
に関する。本発明はまた、このセパレータの製造方法
と、このセパレータを用いる水電解セルまたは燃料電池
にも関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a water electrolysis cell or a fuel cell separator using a solid polymer electrolyte membrane. The present invention also relates to a method for manufacturing the separator and a water electrolysis cell or a fuel cell using the separator.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、水電解セルにおける電解質とし
て、固体高分子電解質膜を使用したものが、高い効率を
示すものとして注目されている。燃料電池に固体高分子
電解質膜を使用したものも、同じく有用であるとして期
待されている。水電解セルと燃料電池とは、電気化学反
応に関していえば、逆方向の反応を行なう装置である。
すなわち電池の概念でいえば、水電解は充電に相当し、
燃料電池による発電は放電に相当する。このようなわけ
で、固体高分子電解質膜を使用した水電解セルも燃料電
池も、基本的には図1に示すような部分から構成されて
いる。
2. Description of the Related Art In recent years, an electrolyte using a solid polymer electrolyte membrane as an electrolyte in a water electrolysis cell has been attracting attention because of its high efficiency. A fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane is also expected to be useful. The water electrolysis cell and the fuel cell are devices that perform opposite reactions in terms of electrochemical reaction.
That is, in the concept of a battery, water electrolysis is equivalent to charging,
Power generation by a fuel cell corresponds to discharge. For this reason, both the water electrolysis cell using the solid polymer electrolyte membrane and the fuel cell are basically composed of the parts shown in FIG.

【0003】図1において、符号(1)はフッ素樹脂
(PTFE)系のカチオン交換膜であって、その表面には、
白金、イリジウム、ルテニウム等の白金族金属、または
それらの酸化物を、無電解メッキして形成するか、また
は、PTFEにカーボンおよび白金族金属(または酸化物)
を混練したものをコーティングし、乾燥、焼成するなど
して形成した、反応層(2)が存在する。この反応層
は、電極接合体とも呼ばれる。符号(3)は通電性のあ
る多孔質の材料、具体的には、金属または多孔質グラフ
ァイトから形成された部品であり、水電解セルでは「給
電体」、燃料電池であれば「集電体」と呼ばれている。
In FIG. 1, reference numeral (1) is a fluororesin (PTFE) type cation exchange membrane, the surface of which is
Electroless plating of platinum group metals such as platinum, iridium, ruthenium, etc., or oxides thereof, or PTFE and carbon and platinum group metals (or oxides)
There is a reaction layer (2) formed by coating a mixture obtained by kneading, drying and baking. This reaction layer is also called an electrode assembly. Reference numeral (3) is a component made of an electrically conductive porous material, specifically, metal or porous graphite, which is a “power supply body” in a water electrolysis cell and a “current collector” in a fuel cell. "It is called.

【0004】上記(1)〜(3)の部品は、図1に示す
ように寄せ集め、凹凸のついた金属板すなわちセパレー
タ(4)と呼ばれる板で仕切りながら積層し、エンドプ
レート(5)で両側から締め付けることにより、水電解
セルまたは燃料電池を構成する。
The parts (1) to (3) are gathered together as shown in FIG. 1, and are laminated while being partitioned by a metal plate having irregularities, that is, a plate called a separator (4), and are end plate (5). A water electrolysis cell or a fuel cell is constructed by tightening from both sides.

【0005】セパレータ(4)は、水電解を行なうとき
には、水を電極接合体の表面に供給するための通路を提
供すると同時に、電解により発生した水素ガスと酸素ガ
スを分けるための仕切板としてはたらく。それととも
に、電気を電極接合体に伝える通電体でもある。燃料電
池においては、水素ガスと酸素ガスとを別々に燃料極側
と酸素極側に供給するガス流路であり、また、水素ガス
の酸化反応により生じる電子を伝える通電体でもある。
When water electrolysis is performed, the separator (4) provides a passage for supplying water to the surface of the electrode assembly, and at the same time, acts as a partition plate for separating hydrogen gas and oxygen gas generated by electrolysis. . At the same time, it is a current-carrying body that transfers electricity to the electrode assembly. In the fuel cell, it is a gas flow path that separately supplies hydrogen gas and oxygen gas to the fuel electrode side and the oxygen electrode side, and is also a current-carrying body for transmitting electrons generated by the oxidation reaction of hydrogen gas.

【0006】現在、このセパレータとしては、厚さ10
〜20mmのチタン板に、深さ数mmの凹凸を機械加工によ
って施し、さらにその表面に、通電性を高めるための白
金メッキを施したものが、主として使用されている。
Currently, this separator has a thickness of 10
A titanium plate having a depth of up to 20 mm, which is provided with irregularities having a depth of several mm by machining, and the surface of which is plated with platinum to enhance the electrical conductivity, is mainly used.

【0007】ところが、(1)〜(3)の部品からなる
単位セルを、セパレータ(4)を挟んで数十〜数百個積
層して電解槽または燃料電池を構成するのであるから、
セパレータの加工精度が高く、かつそれぞれが均等に製
作されていないと、各電極接合体に対する締め付け圧が
均等にならず、給電体または集電体が電極接合体に接す
る面圧の局部的な偏りが生じる。この面圧の偏りは、高
分子膜の局部的な劣化を促進したり、電流の偏りに起因
する電流/電圧特性を悪くする、といった問題を引き起
こす。
However, the unit cell composed of the components (1) to (3) is laminated by several tens to several hundreds with the separator (4) sandwiched therebetween to form an electrolytic cell or a fuel cell.
If the separators are not processed with high precision and are not evenly manufactured, the tightening pressure on each electrode assembly will not be uniform, and there will be local deviation in the surface pressure at which the power supply or current collector contacts the electrode assembly. Occurs. The uneven surface pressure causes problems such as promoting local deterioration of the polymer film and deteriorating current / voltage characteristics due to the uneven current.

【0008】したがって、セパレータは精度よく、すべ
て同一の形状に加工しなければならない。精度よく同一
の形状に加工するに当たっては、凹凸溝の研削加工の際
に発生する熱で板が歪む、という問題も考慮しなければ
ならない。よく知られているように、チタンは加工性の
よくない材料である。こうした理由で、セパレータの熱
放散と機械的強度とを考えて、10〜20mmもの厚いチ
タン板を用いなければならない。いうまでもなくチタン
は高価な材料であり、しかも切削加工によりその製品歩
留まりは低くなるから、セパレータはコストのかかる部
品である。
Therefore, the separators must be processed into the same shape with high accuracy. In processing the same shape with high accuracy, it is necessary to consider the problem that the plate is distorted by the heat generated during the grinding of the concave and convex grooves. As is well known, titanium is a poorly workable material. For this reason, a titanium plate as thick as 10 to 20 mm must be used in consideration of heat dissipation and mechanical strength of the separator. Needless to say, titanium is an expensive material, and the product yield is low due to cutting, so the separator is a costly part.

【0009】セパレータの材料としてチタンを用いるの
は、水電解の際に酸素が発生するアノード環境におかれ
たときにアノード溶解を起こさないよう、耐食性の高い
チタンを選択するからである。セパレータの表面に白金
メッキを施すのは、チタンがアノード酸化を受けると、
表面に電気絶縁性のアノード酸化被膜を形成しやすいか
らである。
The reason why titanium is used as the material of the separator is that titanium having a high corrosion resistance is selected so as not to cause anodic dissolution when placed in an anode environment where oxygen is generated during water electrolysis. Platinum plating on the surface of the separator means that when titanium undergoes anodic oxidation,
This is because it is easy to form an electrically insulating anodic oxide film on the surface.

【0010】一方、燃料電池におけるセパレータは、水
素の酸化反応の結果生じる酸素極側の環境は、水電解の
アノード側の環境に比べて酸化電位が高くないので、必
ずしもチタンを用いる必要はない。そこで、チタンより
は安価なステンレスを使用して、セパレータを製作する
ことが提案されている(特開2001−32056、特
開2001−6703、特開2000−328205、
特開2000−328200、特開2000−3098
54、特開2000−303151、特開2000−2
65248、特開2000−260439、特開200
0−256808、特開2000−243409等)。
On the other hand, the separator in the fuel cell does not necessarily need to use titanium because the environment on the oxygen electrode side resulting from the oxidation reaction of hydrogen is not higher in oxidation potential than the environment on the anode side of water electrolysis. Therefore, it has been proposed to manufacture a separator by using stainless steel which is cheaper than titanium (Japanese Patent Laid-Open Nos. 2001-32056, 2001-6703, 2000-328205,
JP-A-2000-328200, JP-A-2000-3098
54, JP 2000-303151 A, JP 2000-2 A.
65248, JP 2000-260439 A, JP 200 JP
0-256808, JP-A-2000-243409, etc.).

【0011】水電解のセパレータに関しては、特開平7
−252682に、チタン合金の薄板を超塑性加工し
て、各セパレーターの形状の同一性を確保するととも
に、使用するチタン材の量を少なくし、コストを低減す
るという対策が提案されている。
Regarding the separator for water electrolysis, Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 7-187
No. 252682 proposes a method of superplasticizing a thin plate of a titanium alloy to ensure the same shape of each separator, reduce the amount of titanium material used, and reduce the cost.

【0012】燃料電池のセパレータに関しては、特開2
000−164228に、金属製の基材の表面に、種々
の金属または金属化合物から選んだ低電気抵抗性層、耐
食性層および耐剥離性層のうちの2層以上を、蒸着やメ
ッキ、溶射などの方法で設けることが提案されている。
Regarding the separator of the fuel cell, JP-A-2
000-164228, on the surface of a metal base material, two or more layers of a low electric resistance layer, a corrosion resistant layer and a peeling resistant layer selected from various metals or metal compounds, vapor deposition, plating, thermal spraying, etc. It is proposed to provide it by the method of.

【0013】金属でなく合成樹脂を材料として、廉価な
セパレーターを提供することも考案されている。たとえ
ば特開2000−77079では、黒鉛粉末85〜87
%と熱硬化樹脂3〜15%とを混練し、金型に充填して
所定の形状に成形する方法が提案されている。同様の方
法は、特開2000−77081、特開2000−48
830、特開11−354138、特開11−3541
37、特開11−354136、特開11−35413
5、特開11−297337、特開10−33492
7、特開11−354135などでも提案されている。
これらの対策は、酸素ガスと水素ガスとを分離するセパ
レータとしての役割を合成樹脂に担わせ、通電という役
割を、合成樹脂中に混練され分散した黒鉛粉末に担わせ
るという思想に立脚している。
It has also been devised to provide an inexpensive separator using synthetic resin as a material rather than metal. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-77079, graphite powder 85-87.
% And a thermosetting resin of 3 to 15% are kneaded, filled in a mold and molded into a predetermined shape. Similar methods are disclosed in JP-A-2000-77081 and JP-A-2000-48.
830, JP-A-11-354138, JP-A-11-3541
37, JP-A 11-354136, JP-A 11-35413.
5, JP-A-11-297337, JP-A-10-33492
7, JP-A-11-354135 and the like.
These measures are based on the idea that the synthetic resin plays a role as a separator for separating oxygen gas and hydrogen gas, and the role of energization is played by graphite powder kneaded and dispersed in the synthetic resin. .

【0014】しかし、黒鉛と合成樹脂とを混練して成形
したセパレータは、導電性とはいえ金属製のセパレータ
に比べて電導度の低い黒鉛を用いるので、電導性を確保
するためには、多量の黒鉛を合成樹脂に混練する必要が
ある。高い黒煙充填率は、合成樹脂が本来もっている機
械的強度を低くする。黒鉛粉末に吸着されていたガスが
成形時に気泡となってあらわれ、セパレータ成形品内部
で黒鉛粒子が相互に接触することを妨げ、結果として通
電を阻害するという問題もある。
However, since the separator formed by kneading graphite and synthetic resin uses graphite having a lower electric conductivity than the metallic separator, it has a large amount of electric conductivity in order to ensure the electric conductivity. It is necessary to knead the above graphite with a synthetic resin. A high black smoke filling rate lowers the mechanical strength originally possessed by synthetic resins. There is also a problem that the gas adsorbed to the graphite powder appears as bubbles during molding, which prevents the graphite particles from contacting each other inside the separator molded product, and consequently obstructs the current flow.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、固体
高分子型電解質膜を用いる水電解糟または燃料電池を構
成するセパレータにおいて、当面する上記の問題を解決
し、廉価で、形状精度の高いセパレータを提供すること
にある。このセパレータの製造方法を提供することと、
このセパレータを用いた水電解セルおよび燃料電池を提
供することも、本発明の目的に含まれる。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems encountered in a separator which constitutes a water electrolysis tank or a fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane, is inexpensive, and has a high shape accuracy. To provide a high separator. Providing a method for manufacturing this separator,
It is also included in the object of the present invention to provide a water electrolysis cell and a fuel cell using this separator.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の、固体高分子型
電解質膜を用いる水電解セルまたは燃料電池のセパレー
タは、セパレータの形状に成形した合成樹脂製セパレー
タ素材の外表面全体に金属の層を形成させて、一方の面
と他方の面との間に導電性を与えてなるセパレータであ
る。
A separator for a water electrolysis cell or a fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane of the present invention has a metal layer on the entire outer surface of a synthetic resin separator material molded in the shape of the separator. Is formed to give conductivity between one surface and the other surface.

【0017】[0017]

【発明の実施形態】本発明のセパレータの製造方法は、
合成樹脂の射出成形、押出成形またはプレス成形によ
り、セパレータとして適切な断面形状を有する合成樹脂
製セパレータ素材を用意し、その全表面に無電解金属メ
ッキを施して導電性を与えることからなる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A synthetic resin separator material having an appropriate cross-sectional shape is prepared as a separator by injection molding, extrusion molding or press molding of a synthetic resin, and electroless metal plating is applied to the entire surface of the separator material to impart conductivity.

【0018】本発明の水電解セルは、上記のセパレータ
を、陽極および陰極と組み合わせてなる固体高分子型電
解質膜を用いる水電解セルである。
The water electrolysis cell of the present invention is a water electrolysis cell using a solid polymer electrolyte membrane obtained by combining the above separator with an anode and a cathode.

【0019】また本発明の燃料電池は、上記のセパレー
タを、陽極および陰極と組み合わせてなる固体高分子型
電解質膜を用いる燃料電池である。
The fuel cell of the present invention is a fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane in which the above separator is combined with an anode and a cathode.

【0020】本発明のセパレーターの製造方法を、図2
を参照して説明すれば、まず図2Aにみるように、所望
のセパレータ形状に対応するように加工した金型(6)
に合成樹脂を充填し、加圧または加圧加熱して合成樹脂
を成形し、図2Bに示すようなセパレータ素材(7)を
得る。金型から取り出したセパレータ素材は、離型剤な
ど表面に付着している不純物を洗浄除去し、ブラスト処
理などの表面粗化処理を行なった後、図2Cのように、
無電解メッキ浴(8)に浸漬する。
The method for producing the separator of the present invention will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 2A, a mold (6) processed to have a desired separator shape.
2 is filled with synthetic resin, and the synthetic resin is molded by pressurizing or pressurizing to obtain a separator material (7) as shown in FIG. 2B. The separator material taken out from the mold is cleaned and removed of impurities such as a release agent adhering to the surface and subjected to surface roughening treatment such as blast treatment, and then, as shown in FIG. 2C.
Immerse in the electroless plating bath (8).

【0021】セパレータ素材の製造に使用する合成樹脂
は、水電解セルまたは燃料電池の使用環境によって選択
すべきであって、たとえば温度100℃以下、かつ常圧
に近いマイルドな環境で使用する場合は、ポリエチレ
ン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン、
ポリ酢酸ビニル、ABS樹脂、AS樹脂、アクリル樹脂
など、汎用されている合成樹脂から任意に選択できる。
The synthetic resin used for producing the separator material should be selected according to the environment in which the water electrolysis cell or the fuel cell is used. For example, when the temperature is 100 ° C. or less and the environment is mild, the environment is mild. , Polyethylene, polyvinyl chloride, polypropylene, polystyrene,
It can be arbitrarily selected from commonly used synthetic resins such as polyvinyl acetate, ABS resin, AS resin and acrylic resin.

【0022】温度が100℃以上で圧力が0.2〜0.
5MPaの中温中圧の環境下で用いる場合は、ポリアセ
タール,ポリイミド,ポリカーボネート,変性ポリフェ
ニレンエーテル(PPE),ポリブチレンテレフタレー
ト(PPB,テレフタル酸と1,4−ブタンジオールの
ポリエステル)、ユリア樹脂、フェノール樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂などが適している。
When the temperature is 100 ° C. or higher and the pressure is 0.2 to 0.
When used in an environment of medium temperature and pressure of 5 MPa, polyacetal, polyimide, polycarbonate, modified polyphenylene ether (PPE), polybutylene terephthalate (PPB, polyester of terephthalic acid and 1,4-butanediol), urea resin, phenol resin Unsaturated polyester resin is suitable.

【0023】さらに高い温度では、ポリアリレート、ポ
リスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテル
エーテルケトン、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂などを使
用すればよい。とくに、ポリアミドイミド、ポリエーテ
ルエーテルケトンなどは、250℃以上の耐熱性があ
り、しかも長時間の使用に耐えるから、過酷な条件下で
使用するセパレータの素材を製造する合成樹脂として好
適である。
At higher temperatures, polyarylate, polysulfone, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, polyimide resin, fluororesin, etc. may be used. In particular, polyamideimide, polyetheretherketone, and the like have heat resistance of 250 ° C. or higher, and can withstand long-term use, and are therefore suitable as synthetic resins for producing the raw material of separators used under severe conditions.

【0024】機械的強度を補強する目的で、ポリプロピ
レン、ナイロン、ポリカーボネイトなどの熱可塑性樹脂
にガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維などを添加
するFRPも有用であり、不飽和ポリエステル樹脂、エ
ポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を材料
とすることも効果的である。
For the purpose of reinforcing the mechanical strength, FRP prepared by adding glass fiber, carbon fiber, aramid fiber or the like to thermoplastic resin such as polypropylene, nylon or polycarbonate is also useful, and unsaturated polyester resin, epoxy resin, phenol It is also effective to use a thermosetting resin such as resin as a material.

【0025】セパレータ形状にした合成樹脂成形品の表
面に無電解メッキを施し、セパレータの表面に電導性を
与える操作には、銀鏡反応として知られる銀コーティン
グ、あるいはニッケル−リンの無電解メッキが推奨され
る。とくに銀コーティングは簡便であり、導電性も高い
ので、有力である。銀の抵抗率は1.96×10−6Ω
・cmであって、これをチタンの5.5×10−5Ω・cm
に比べると、伝導度は銀の方が28倍高い。電流の流路
として考えると、断面1mmのチタン板に対して、銀では
僅か1/28の36μmあればよいことを意味する。
For the operation of electroless plating the surface of a synthetic resin molded product in the shape of a separator to give conductivity to the surface of the separator, silver coating known as a silver mirror reaction or electroless plating of nickel-phosphorus is recommended. To be done. In particular, silver coating is useful because it is simple and has high conductivity. The resistivity of silver is 1.96 × 10 −6 Ω
・ Cm, which is 5.5 × 10 -5 Ω ・ cm of titanium
The conductivity of silver is 28 times higher than that of. When considered as a flow path for an electric current, it means that for a titanium plate having a cross section of 1 mm, only 1/28 of 36 μm is necessary for silver.

【0026】ただし、銀コーティングのような表面だけ
の導電性材料付与によると、電流がセパレータ表面に沿
って流れ縁を回って裏面に至る、沿面導電しか行なわれ
ないので、高い電流密度で稼働させるには不利である。
高電流密度に対応するには、図3に示すように、合成樹
脂製のセパレータ素材の縁に、金属とくにチタン製のフ
レーム(9)を配置して、縁の部分の電気抵抗を軽減す
ることが、一つの方策である。金属フレームの配置は、
無電解メッキの後からでもできるが、あらかじめ合成樹
脂と金属製フレームとを一体としてセパレータ素材を成
形した後、無電解メッキでコーティングを施すこともで
きる。
However, when a conductive material is applied only to the surface such as a silver coating, electric current is passed along the surface of the separator around the flow edge and reaches the back surface. Is disadvantageous to
In order to cope with high current density, as shown in FIG. 3, a frame (9) made of metal, especially titanium, should be placed on the edge of the separator material made of synthetic resin to reduce the electric resistance at the edge. But that is one measure. The layout of the metal frame is
Although it can be performed after the electroless plating, it is also possible to previously form the separator material by integrating the synthetic resin and the metal frame, and then apply the coating by the electroless plating.

【0027】別法としては、図4に示すように、合成樹
脂製のセパレータ素材を貫通するチタン等の金属からな
る導電材(10)を埋め込み、縁を経由せずセパレータ
を直接貫いて、電流が流れることができるようにすると
いう対策が有効である。この場合は、インサート射出成
形のような方法で、合成樹脂のセパレータ素材に金属が
表面に露出するような形態で埋め込んでおき、その後に
無電解メッキすることが好ましい。いずれにせよこのよ
うな手法をとれば、高電流密度におけるIRドロップを
少なくすることができる。
As an alternative method, as shown in FIG. 4, a conductive material (10) made of a metal such as titanium penetrating a separator material made of synthetic resin is embedded, and the separator is directly penetrated without passing through an edge to generate a current. Is effective. In this case, it is preferable that the separator material of synthetic resin is embedded by a method such as insert injection molding so that the metal is exposed on the surface, and then electroless plating is performed. In any case, such a method can reduce the IR drop at high current density.

【0028】使用条件にもよるが、水電解におけるアノ
ードおよび燃料電池における酸素極がおかれる環境は、
酸化性の環境であるため、銀の耐食性を向上させなけれ
ばならないことがある。この場合は、銀コーティングの
上にさらに他の手法により、別のコーティングを施せば
よい。耐食性を改善させることが主眼であるならば、白
金メッキを重ねることが効果的であるが、イオンプレー
ティング、スパッタリング等の化学的または物理的な表
面コーティングも、耐食性を補強する上で有用である。
The environment in which the anode in water electrolysis and the oxygen electrode in the fuel cell are placed depends on the operating conditions.
Due to the oxidizing environment, it may be necessary to improve the corrosion resistance of silver. In this case, another coating may be applied on the silver coating by another method. If the main purpose is to improve corrosion resistance, platinum plating is effective, but chemical or physical surface coating such as ion plating and sputtering is also useful for reinforcing corrosion resistance. .

【0029】セパレータ表面は、水電解セルまたは燃料
電池を組み立てる際、傷がつきやすい。とくに銀は軟ら
かな金属であるから、ハンドリングにより欠陥が発生し
やすい。この問題に対処するには、ニッケル−リンの無
電解メッキを施すことが有効である。無電解のニッケル
−リンのメッキ層は、ビッカース硬さがHv500以上
あり、しかも均一なコーティング層が得られやすい。硬
質クロムメッキ(電解メッキ)層もHv1000以上の
硬度を有しており、表面保護の観点からは効果的である
が、電気メッキにおけるエッジ部への電流集中によって
端部のメッキ厚が厚くなりやすいので、適当なマスキン
グをしながらメッキをする必要がある。
The surface of the separator is easily scratched when the water electrolysis cell or the fuel cell is assembled. Especially, since silver is a soft metal, defects are likely to occur during handling. To deal with this problem, it is effective to apply nickel-phosphorus electroless plating. The electroless nickel-phosphorus plating layer has a Vickers hardness of Hv500 or more, and a uniform coating layer is easily obtained. The hard chrome plating (electrolytic plating) layer also has a hardness of Hv1000 or more, which is effective from the viewpoint of surface protection, but the electric current concentration on the edge portion in electroplating tends to increase the plating thickness at the end portion. Therefore, it is necessary to plate with appropriate masking.

【0030】上記した方法以外にも、コスト高ではある
が、スパッタリング、イオンプレーティング、蒸着など
の方法によって、合成樹脂のセパレータ素材表面に電導
性のコーティングを施すことができる。とくににスパッ
タリングは、耐食性が非常にすぐれたアモルファス合金
層を形成することが容易であって、効果的である。
In addition to the above-mentioned method, the conductive material can be coated on the surface of the synthetic resin separator material by a method such as sputtering, ion plating, vapor deposition, etc., although the cost is high. Particularly, sputtering is effective because it is easy to form an amorphous alloy layer having excellent corrosion resistance.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明のセパレータは、セパレータ素材
の製造が精度よくできるから、製品セパレータも高い寸
法精度で得られ、多数のユニットを積み重ねる水電解セ
ルや燃料電池においてもセパレータの面圧に関して、バ
ラツキが生じる心配がない。
EFFECTS OF THE INVENTION Since the separator of the present invention can manufacture the separator material with high precision, the product separator can be obtained with high dimensional accuracy, and the surface pressure of the separator can be obtained even in a water electrolysis cell or a fuel cell in which many units are stacked. There is no concern about variations.

【0032】材料の大部分は合成樹脂であり、廉価な材
料で済むから、コストは、チタン板のような高価な材料
を機械加工して低い製品歩留まりで使用する従来技術よ
り、はるかに低くできる。銀鏡反応のような無電解メッ
キは、確立された技術に従って、容易に実施できる操作
である。
Since most of the materials are synthetic resins and inexpensive materials are sufficient, the cost can be much lower than that of the prior art in which expensive materials such as titanium plates are machined and used at a low product yield. . Electroless plating, such as silver mirror reaction, is an operation that can be easily performed according to established techniques.

【0033】好適な実施態様である、セパレータ素材に
フレームや導電材を設けたセパレータは、沿面導電に伴
う抵抗が効果的に減少し、水電解セルや燃料電池の効率
を高く保つのに役立つ。
A preferred embodiment of the separator, in which a separator material is provided with a frame or a conductive material, effectively reduces the resistance associated with creeping surface conductivity and helps to keep the efficiency of the water electrolysis cell or fuel cell high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 固体高分子電解質膜を使用した水電解セルお
よび燃料電池の、基本的な構成を示す断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a basic configuration of a water electrolysis cell and a fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane.

【図2】 本発明のセパレータを製造する方法の一例を
説明する図であって、Aは、金型により合成樹脂をプレ
ス成形してセパレータ素材を用意している段階、Bは得
られたセパレータ素材の断面、Cはそれを無電解メッキ
浴に浸漬した段階を、それぞれ示す。
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of a method for producing a separator of the present invention, where A is a stage in which a synthetic resin is press-molded with a mold to prepare a separator material, and B is the obtained separator. The cross section of the material, C, shows the step of immersing it in the electroless plating bath.

【図3】 本発明のセパレータの、図2の製造方法とは
別の方法で製造するものを説明する、セパレータ素材の
平面図。
FIG. 3 is a plan view of a separator material for explaining what is manufactured by a method different from the manufacturing method of FIG. 2 of the separator of the present invention.

【図4】 本発明のセパレータの、図2および図3の製
造方法とは別の方法で製造するものを説明する、セパレ
ータ素材の平面図。
FIG. 4 is a plan view of a separator material for explaining what is manufactured by a method different from the manufacturing method of FIGS. 2 and 3 of the separator of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 カチオン交換膜 2 反応層 3 給電体または集電体 4 セパレータ 5 エンドプレート 6 金型 7 セパレータ素材 8 無電解メッキ浴 9 フレーム 10 導電材 1 Cation exchange membrane 2 reaction layers 3 Power supply or current collector 4 separator 5 End plate 6 mold 7 Separator material 8 Electroless plating bath 9 frames 10 Conductive material

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲住 近 大阪府大阪市住之江区南港北1丁目7番89 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 近藤 雅芳 大阪府大阪市住之江区南港北1丁目7番89 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 尾白 仁志 大阪府大阪市住之江区南港北1丁目7番89 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 辰巳 浩史 大阪府大阪市住之江区南港北1丁目7番89 号 日立造船株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 BB01 BB02 BB04 CC05 EE02 EE18    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor K. Inazumi             1-89 South Kohoku, Suminoe-ku, Osaka-shi, Osaka             Issue Hitachi Shipbuilding Co., Ltd. (72) Inventor Masayoshi Kondo             1-89 South Kohoku, Suminoe-ku, Osaka-shi, Osaka             Issue Hitachi Shipbuilding Co., Ltd. (72) Inventor Hitoshi Ojira             1-89 South Kohoku, Suminoe-ku, Osaka-shi, Osaka             Issue Hitachi Shipbuilding Co., Ltd. (72) Inventor Hiroshi Tatsumi             1-89 South Kohoku, Suminoe-ku, Osaka-shi, Osaka             Issue Hitachi Shipbuilding Co., Ltd. F-term (reference) 5H026 AA06 BB01 BB02 BB04 CC05                       EE02 EE18

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セパレータの形状に成形した合成樹脂製
セパレータ素材の外表面全体に金属の層を形成させて、
一方の面と他方の面との間に導電性を与えてなる固体高
分子型電解質膜を用いる水電解セルまたは燃料電池のセ
パレータ。
1. A metal layer is formed on the entire outer surface of a separator material made of a synthetic resin molded in the shape of a separator,
A water electrolysis cell or a fuel cell separator using a solid polymer electrolyte membrane having conductivity between one surface and the other surface.
【請求項2】 合成樹脂製セパレータ素材の周縁に金属
製のフレームを設けて、周縁における一方の面から他方
の面への導電性を高めた請求項1のセパレータ。
2. The separator according to claim 1, wherein a metal frame is provided on the peripheral edge of the synthetic resin separator material to enhance conductivity from one surface to the other surface of the peripheral edge.
【請求項3】 合成樹脂製セパレータ素材を貫いて、一
方の面と他方の面とをつなぐ金属製の導電材を設け、一
方の面から他方の面への直接の導電性を高めた請求項1
のセパレータ。
3. A conductive material made of metal, which penetrates through the synthetic resin separator material and connects one surface to the other surface, to enhance direct conductivity from one surface to the other surface. 1
Separator.
【請求項4】 合成樹脂の射出成形、押出成形またはプ
レス成形により、セパレータとして適切な断面形状を有
する合成樹脂製セパレータ素材を用意し、その全表面に
無電解金属メッキを施すことからなる請求項1に記載の
セパレータの製造方法。
4. A synthetic resin separator material having an appropriate cross-sectional shape as a separator is prepared by injection molding, extrusion molding or press molding of synthetic resin, and electroless metal plating is applied to the entire surface thereof. 1. The method for manufacturing the separator according to 1.
【請求項5】 射出成形によって合成樹脂製セパレータ
素材を用意するに当たり、金型内にあらかじめ金属製の
フレームまたは導電材を置いておくインサート成形を行
なう、請求項2または3に記載のセパレータの製造方
法。
5. The separator according to claim 2 or 3, wherein when a synthetic resin separator material is prepared by injection molding, insert molding is performed in which a metal frame or a conductive material is placed in a mold in advance. Method.
【請求項6】 請求項1ないし3に記載のセパレータ
を、陽極および陰極と組み合わせてなる固体高分子型電
解質膜を用いた水電解セル。
6. A water electrolysis cell using a solid polymer electrolyte membrane obtained by combining the separator according to claim 1 with an anode and a cathode.
【請求項7】 請求項1ないし3に記載のセパレータ
を、陽極および陰極と組み合わせてなる固体高分子型電
解質膜を用いた燃料電池。
7. A fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane obtained by combining the separator according to claim 1 with an anode and a cathode.
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