JP2003173794A - 燃料電池用金属製セパレータの製造方法 - Google Patents
燃料電池用金属製セパレータの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 表面に導電性介在物を突出させる処理時に、
母材と導電性介在物との界面に孔食が発生することが防
止されて導電性介在物の脱落が防がれ、これによって接
触抵抗が低減して発電性能の向上が図られる燃料電池用
金属製セパレータの製造方法を提供する。 【解決手段】 金属組織中に導電性介在物を有するセパ
レータ素材板の表面に、耐食性被膜形成処理を施し、次
いで、このセパレータ素材板の母材表面をエッチングに
より除去して導電性介在物を表面に突出させる。耐食性
被膜形成処理としては不動態化処理が挙げられ、また、
エッチングは電解エッチングが好ましい。
母材と導電性介在物との界面に孔食が発生することが防
止されて導電性介在物の脱落が防がれ、これによって接
触抵抗が低減して発電性能の向上が図られる燃料電池用
金属製セパレータの製造方法を提供する。 【解決手段】 金属組織中に導電性介在物を有するセパ
レータ素材板の表面に、耐食性被膜形成処理を施し、次
いで、このセパレータ素材板の母材表面をエッチングに
より除去して導電性介在物を表面に突出させる。耐食性
被膜形成処理としては不動態化処理が挙げられ、また、
エッチングは電解エッチングが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型燃料
電池が備える金属製セパレータの製造方法に関する。
電池が備える金属製セパレータの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、平板状の電極
構造体（ＭＥＡ：Membrane ElectrodeAssembly）の両側
にセパレータが積層された積層体が１ユニットとされ、
複数のユニットが積層されて燃料電池スタックとして構
成される。電極構造体は、正極（カソード）および負極
（アノード）を構成する一対のガス拡散電極の間にイオ
ン交換樹脂等からなる電解質膜が挟まれた三層構造であ
る。ガス拡散電極は、電解質膜に接触する電極触媒層の
外側にガス拡散層が形成されたものである。また、セパ
レータは、電極構造体のガス拡散電極に接触するように
積層され、ガス拡散電極との間にガスを流通させるガス
流路や冷媒流路が形成されている。このような燃料電池
によると、例えば、負極側のガス拡散電極に面するガス
流路に燃料である水素ガスを流し、正極側のガス拡散電
極に面するガス流路に酸素や空気等の酸化性ガスを流す
と電気化学反応が起こり、電気が発生する。
構造体（ＭＥＡ：Membrane ElectrodeAssembly）の両側
にセパレータが積層された積層体が１ユニットとされ、
複数のユニットが積層されて燃料電池スタックとして構
成される。電極構造体は、正極（カソード）および負極
（アノード）を構成する一対のガス拡散電極の間にイオ
ン交換樹脂等からなる電解質膜が挟まれた三層構造であ
る。ガス拡散電極は、電解質膜に接触する電極触媒層の
外側にガス拡散層が形成されたものである。また、セパ
レータは、電極構造体のガス拡散電極に接触するように
積層され、ガス拡散電極との間にガスを流通させるガス
流路や冷媒流路が形成されている。このような燃料電池
によると、例えば、負極側のガス拡散電極に面するガス
流路に燃料である水素ガスを流し、正極側のガス拡散電
極に面するガス流路に酸素や空気等の酸化性ガスを流す
と電気化学反応が起こり、電気が発生する。
【０００３】上記セパレータは、負極側の水素ガスの触
媒反応により発生した電子を外部回路へ供給する一方、
外部回路からの電子を正極側に送給する機能を具備する
必要がある。そこで、セパレータには黒鉛系材料や金属
系材料からなる導電性材料が用いられており、特に金属
系材料のものは、機械的強度に優れている点や、薄板化
による軽量・コンパクト化が可能である点で有利であ
る。金属製のセパレータとしては、導電経路を形成する
非金属の導電性介在物が金属組織中に分散したステンレ
ス鋼板をプレス成形したものが、経済的な面から有望と
されている。しかしながら、ステンレス鋼板は母材表面
の全面に自然酸化被膜が存在するため、このままでは電
極構造体に対する接触抵抗が高く、これによって発電性
能が低下するといった課題があった。そこで、プレス成
形した後に、導電性介在物を表面に突出させる処理を施
して接触抵抗を低減させることが図られている。導電性
介在物を突出させる処理としては、例えば電解エッチン
グ等によって表面の母材を除去する手段が採られる。
媒反応により発生した電子を外部回路へ供給する一方、
外部回路からの電子を正極側に送給する機能を具備する
必要がある。そこで、セパレータには黒鉛系材料や金属
系材料からなる導電性材料が用いられており、特に金属
系材料のものは、機械的強度に優れている点や、薄板化
による軽量・コンパクト化が可能である点で有利であ
る。金属製のセパレータとしては、導電経路を形成する
非金属の導電性介在物が金属組織中に分散したステンレ
ス鋼板をプレス成形したものが、経済的な面から有望と
されている。しかしながら、ステンレス鋼板は母材表面
の全面に自然酸化被膜が存在するため、このままでは電
極構造体に対する接触抵抗が高く、これによって発電性
能が低下するといった課題があった。そこで、プレス成
形した後に、導電性介在物を表面に突出させる処理を施
して接触抵抗を低減させることが図られている。導電性
介在物を突出させる処理としては、例えば電解エッチン
グ等によって表面の母材を除去する手段が採られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、表面に
導電性介在物を突出させる処理を施すと、一部の導電性
介在物が表面から脱落する場合があり、接触抵抗の低減
効果を大きく得ることが困難であることが判明した。例
えば電解エッチングにより導電性介在物を表面に突出さ
せる場合には、処理中に母材が溶解されるが、このとき
母材と導電性介在物との界面付近における母材が特に選
択的に溶解しやすく、これによって導電性介在物の周囲
に孔食が生じて導電性介在物が抜け落ちやすくなるので
ある。
導電性介在物を突出させる処理を施すと、一部の導電性
介在物が表面から脱落する場合があり、接触抵抗の低減
効果を大きく得ることが困難であることが判明した。例
えば電解エッチングにより導電性介在物を表面に突出さ
せる場合には、処理中に母材が溶解されるが、このとき
母材と導電性介在物との界面付近における母材が特に選
択的に溶解しやすく、これによって導電性介在物の周囲
に孔食が生じて導電性介在物が抜け落ちやすくなるので
ある。
【０００５】よって本発明は、表面に導電性介在物を突
出させる処理時に、母材と導電性介在物との界面に孔食
が発生することが防止されて導電性介在物の脱落が防が
れ、これによって接触抵抗が低減して発電性能の向上が
図られる燃料電池用金属製セパレータの製造方法を提供
することを目的としている。
出させる処理時に、母材と導電性介在物との界面に孔食
が発生することが防止されて導電性介在物の脱落が防が
れ、これによって接触抵抗が低減して発電性能の向上が
図られる燃料電池用金属製セパレータの製造方法を提供
することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属組織中に
導電性介在物を有する金属製セパレータ素材板の表面に
耐食性被膜形成処理を施し、次いで、このセパレータ素
材板の母材表面をエッチングにより除去して導電性介在
物を表面に突出させることを特徴とする。
導電性介在物を有する金属製セパレータ素材板の表面に
耐食性被膜形成処理を施し、次いで、このセパレータ素
材板の母材表面をエッチングにより除去して導電性介在
物を表面に突出させることを特徴とする。
【０００７】本発明では、例えばプレス成形したステン
レス鋼板をセパレータ素材板とし、このセパレータ素材
板の表面に、まず耐食性被膜形成処理を施す。この耐食
性被膜形成処理により、セパレータ素材板の表面には耐
食性被膜が形成され、もちろんこの耐食性被膜は、表面
に存在する導電性介在物の周囲にも形成される。次い
で、セパレータ素材板の表面をエッチングして母材を除
去し、これによって表面に導電性介在物を突出させる。
導電性介在物の突出処理の際、導電性介在物の周囲には
耐食性被膜が形成されているので、エッチングによって
この部分が選択的に溶解される現象が起こりにくくな
る。したがって、母材と導電性介在物との界面に孔食が
発生することが防止されて導電性介在物の脱落が防が
れ、これによって接触抵抗が低減し、結果として発電性
能の向上が図られる。
レス鋼板をセパレータ素材板とし、このセパレータ素材
板の表面に、まず耐食性被膜形成処理を施す。この耐食
性被膜形成処理により、セパレータ素材板の表面には耐
食性被膜が形成され、もちろんこの耐食性被膜は、表面
に存在する導電性介在物の周囲にも形成される。次い
で、セパレータ素材板の表面をエッチングして母材を除
去し、これによって表面に導電性介在物を突出させる。
導電性介在物の突出処理の際、導電性介在物の周囲には
耐食性被膜が形成されているので、エッチングによって
この部分が選択的に溶解される現象が起こりにくくな
る。したがって、母材と導電性介在物との界面に孔食が
発生することが防止されて導電性介在物の脱落が防が
れ、これによって接触抵抗が低減し、結果として発電性
能の向上が図られる。
【０００８】本発明の耐食性被膜形成処理としては、不
動態化処理が好適である。この不動態化処理により、母
材表面には酸化物の生成による耐食性被膜が形成され
る。不動態化処理の具体的手段としては、酸性浴に浸漬
するなどの手段が挙げられる。また、導電性介在物を表
面に突出させるエッチングは、化学的なエッチングでも
よいが、電気化学的な電解エッチング法が好ましく用い
られる。
動態化処理が好適である。この不動態化処理により、母
材表面には酸化物の生成による耐食性被膜が形成され
る。不動態化処理の具体的手段としては、酸性浴に浸漬
するなどの手段が挙げられる。また、導電性介在物を表
面に突出させるエッチングは、化学的なエッチングでも
よいが、電気化学的な電解エッチング法が好ましく用い
られる。
【０００９】
【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。
Ａ．セパレータの製造
［実施例］表１に示す成分を有する厚さ０．２ｍｍのオ
ーステナイト系ステンレス鋼板を、１００ｍｍ×１００
ｍｍの正方形状に切り出した。なお、このステンレス鋼
板においては、Ｂが、Ｍ２ＢおよびＭＢ型の硼化物、Ｍ
２３（Ｃ，Ｂ）６型の硼化物として金属組織中に析出し
ており、これら硼化物が、セパレータの表面に導電経路
を形成する導電性介在物である。
ーステナイト系ステンレス鋼板を、１００ｍｍ×１００
ｍｍの正方形状に切り出した。なお、このステンレス鋼
板においては、Ｂが、Ｍ２ＢおよびＭＢ型の硼化物、Ｍ
２３（Ｃ，Ｂ）６型の硼化物として金属組織中に析出し
ており、これら硼化物が、セパレータの表面に導電経路
を形成する導電性介在物である。
【００１０】
【表１】
【００１１】ａ）プレス成形
上記ステンレス鋼板をプレス成形して９２ｍｍ×９２ｍ
ｍの正方形状のセパレータ素材板を得た。図１はこのセ
パレータ素材板を示しており、このセパレータ素材板
は、中央に断面凹凸状の集電部を有し、その周囲に平坦
な縁部を有している。 ｂ）不動態化処理 次に、セパレータ素材板を、５０℃に保持されている５
０ｗｔ％硝酸液浴の中に１０分間浸漬して不動態化処理
を行い、この後、水洗した。 ｃ）導電性介在物の突出処理 次に、不動態化処理したセパレータ素材板を電解エッチ
ング浴に浸漬し、表面に導電性介在物を突出させて実施
例のセパレータを得た。電解エッチングは、ジャスコ社
製リン酸系電解エッチング液：６Ｃ０１６を用い、温度
５０℃、電流密度０．１２５Ａ／ｃｍ２の条件で行っ
た。
ｍの正方形状のセパレータ素材板を得た。図１はこのセ
パレータ素材板を示しており、このセパレータ素材板
は、中央に断面凹凸状の集電部を有し、その周囲に平坦
な縁部を有している。 ｂ）不動態化処理 次に、セパレータ素材板を、５０℃に保持されている５
０ｗｔ％硝酸液浴の中に１０分間浸漬して不動態化処理
を行い、この後、水洗した。 ｃ）導電性介在物の突出処理 次に、不動態化処理したセパレータ素材板を電解エッチ
ング浴に浸漬し、表面に導電性介在物を突出させて実施
例のセパレータを得た。電解エッチングは、ジャスコ社
製リン酸系電解エッチング液：６Ｃ０１６を用い、温度
５０℃、電流密度０．１２５Ａ／ｃｍ２の条件で行っ
た。
【００１２】［比較例］上記実施例において、プレス成
形したセパレータ素材板を不動態化処理せずに導電性介
在物の突出処理を行ったものを、比較例のセパレータと
した。
形したセパレータ素材板を不動態化処理せずに導電性介
在物の突出処理を行ったものを、比較例のセパレータと
した。
【００１３】Ｂ．接触抵抗の測定
次いで、実施例および比較例のセパレータを用いて、電
極構造体（ＭＥＡ）の両側にセパレータを積層した１つ
の燃料電池ユニットを構成し、このユニットを発電させ
て、電極構造体に対するセパレータの接触抵抗の初期値
を測定した。その結果を図２に示す。図２で明らかなよ
うに、実施例のセパレータの接触抵抗は比較例のそれと
比べて大幅に低く、したがって、本発明の不動態化処理
による作用効果が実証された。
極構造体（ＭＥＡ）の両側にセパレータを積層した１つ
の燃料電池ユニットを構成し、このユニットを発電させ
て、電極構造体に対するセパレータの接触抵抗の初期値
を測定した。その結果を図２に示す。図２で明らかなよ
うに、実施例のセパレータの接触抵抗は比較例のそれと
比べて大幅に低く、したがって、本発明の不動態化処理
による作用効果が実証された。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
セパレータ素材板の表面に予め耐食性被膜形成処理を施
すことにより、この後の導電性介在物の突出処理の際
に、母材と導電性介在物との界面に孔食が発生すること
が防止されて導電性介在物の脱落が防がれ、これによっ
て電極構造体に対する接触抵抗が低減し、結果として発
電性能の向上が図られるといった効果を奏する。
セパレータ素材板の表面に予め耐食性被膜形成処理を施
すことにより、この後の導電性介在物の突出処理の際
に、母材と導電性介在物との界面に孔食が発生すること
が防止されて導電性介在物の脱落が防がれ、これによっ
て電極構造体に対する接触抵抗が低減し、結果として発
電性能の向上が図られるといった効果を奏する。
【図１】 本発明の実施例で製造されるセパレータ素材
板の平面写真である。
板の平面写真である。
【図２】 実施例で測定した接触抵抗の初期値を示すグ
ラフである。
ラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小谷 耕爾
埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会
社本田技術研究所内
(72)発明者 宇都宮 政男
埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会
社本田技術研究所内
Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB04 CC03 EE02
Claims (3)
- 【請求項１】 金属組織中に導電性介在物を有する金属
製セパレータ素材板の表面に、耐食性被膜形成処理を施
し、次いで、このセパレータ素材板の母材表面をエッチ
ングにより除去して前記導電性介在物を表面に突出させ
ることを特徴とする燃料電池用金属製セパレータの製造
方法。 - 【請求項２】 前記耐食性被膜形成処理は不動態化処理
であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用金
属製セパレータの製造方法。 - 【請求項３】 前記エッチングは電解エッチングである
ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池用
金属製セパレータの製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001373740A JP3816377B2 (ja) | 2001-12-07 | 2001-12-07 | 燃料電池用金属製セパレータの製造方法 |
| US10/496,317 US7507490B2 (en) | 2001-12-07 | 2002-11-01 | Metal separator for fuel cell and its production method |
| PCT/JP2002/011467 WO2003049220A1 (fr) | 2001-12-07 | 2002-11-01 | Separateur de metaux destine a une pile combustible et procede de production correspondant |
| DE10297507T DE10297507T5 (de) | 2001-12-07 | 2002-11-01 | Metallischer Separator für Brennstoffzelle und Herstellungsverfahren für denselben |
| CA002469410A CA2469410C (en) | 2001-12-07 | 2002-11-01 | Metal separator for fuel cell and its production method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001373740A JP3816377B2 (ja) | 2001-12-07 | 2001-12-07 | 燃料電池用金属製セパレータの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003173794A true JP2003173794A (ja) | 2003-06-20 |
| JP3816377B2 JP3816377B2 (ja) | 2006-08-30 |
Family
ID=19182405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001373740A Expired - Fee Related JP3816377B2 (ja) | 2001-12-07 | 2001-12-07 | 燃料電池用金属製セパレータの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3816377B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003083980A1 (fr) * | 2002-03-29 | 2003-10-09 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Separateur metallique pour pile a combustible et procede de fabrication de celui-ci |
| WO2003096454A3 (en) * | 2002-05-09 | 2005-02-24 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell assembly, separator-diffusion layer assembly for fuel cell assembly and manufacturing method therefor |
| KR100997267B1 (ko) | 2008-01-10 | 2010-11-29 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | 연료 전지용 세퍼레이터의 재생 방법, 연료 전지용 재생 세퍼레이터 및 연료 전지 |
-
2001
- 2001-12-07 JP JP2001373740A patent/JP3816377B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003083980A1 (fr) * | 2002-03-29 | 2003-10-09 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Separateur metallique pour pile a combustible et procede de fabrication de celui-ci |
| WO2003096454A3 (en) * | 2002-05-09 | 2005-02-24 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell assembly, separator-diffusion layer assembly for fuel cell assembly and manufacturing method therefor |
| KR100997267B1 (ko) | 2008-01-10 | 2010-11-29 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | 연료 전지용 세퍼레이터의 재생 방법, 연료 전지용 재생 세퍼레이터 및 연료 전지 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3816377B2 (ja) | 2006-08-30 |
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