JP2003297383A

JP2003297383A - 燃料電池用セパレータ

Info

Publication number: JP2003297383A
Application number: JP2002103797A
Authority: JP
Inventors: Michinari Miyagawa; 倫成宮川
Original assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Current assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2003-10-17
Anticipated expiration: 2022-04-05
Also published as: TWI267216B; JP4072371B2; TW200512967A

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、集電性能と成形性、強度および耐
食性の両方を満足する燃料電池、特に固体高分子電解質
型燃料電池用のセパレータを提供することを目的とす
る。【解決手段】金属基板１１の少なくとも片面に、樹脂
と導電性充填剤を混合した樹脂導電層１２を設けた燃料
電池用セパレータであって、前記樹脂導電層が、体積抵
抗率が１．０Ω・ｃｍ以下の第１の樹脂層１３と、樹脂
導電層の表面を形成し且つ体積抵抗率が前記第１の樹脂
層よりも小さい第２の樹脂層１４とを少なくとも有する
ことを特徴とする燃料電池用セパレータ。

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
タに係り、詳しくは単電池を複数積層して構成する燃料
電池において隣接する単電池間に設けられ、電極との間
で燃料ガス流路及び酸化ガス流路を形成すると共に燃料
ガスと酸化ガスとを隔てる燃料電池用セパレータであっ
て、特に成形性、強度、耐食性に優れた燃料電池用セパ
レータに関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池、特に固体高分子型燃料電池を
構成するセパレータは、固体電解質膜を両側から挟持す
る各電極に接触して配置されて、該電極との間に燃料ガ
ス、酸化剤ガス等の供給ガス流路を形成するため、セパ
レータの電極に対向する面にはガス流路を形成するため
の多数の突起部、溝部等が形成される。

【０００３】また、燃料電池の単電池の起電力は、１Ｖ
以下と低く、通常、複数個の単電池をセパレータを介し
て積層して構成される。そのため、セパレータは、電極
と接触して電流を導出する役割を果たすため、集電性能
に優れたものが要求される。

【０００４】従来、一般に燃料電池用セパレータとして
は、基材として強度、導電性に優れた緻密カーボングラ
ファイト、またはステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン、ア
ルミニウム等の金属材料で構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、緻密カーボン
グラファイトにて構成されるセパレータでは、電気伝導
性が高く、かつ長期間の使用によっても高い集電性能が
維持されるが、非常に脆い材料であることからセパレー
タの表面に多数の突起部や溝部を形成すべく切削加工等
の機械加工を施すことは容易ではなく量産が困難である
という問題がある。

【０００６】一方、上記金属材料にて構成されるセパレ
ータにおいては、緻密カーボングラファイトに比較して
強度、延性に優れていることからガス流路を形成するた
めの多数の突起部、溝部等の形成はプレス加工が可能で
あって量産も容易であるという利点がある。しかし、比
較的低温で動作する固体高分子型燃料電池であっても、
７０〜９０℃の温度における飽和に近い水蒸気にさらさ
れるため、金属材料を用いたセパレータでは、その表面
に腐食による酸化膜が生成され易く、その結果、生成さ
れた酸化膜と電極との接触抵抗が大きくなり、セパレー
タの集電性能が低下する問題がある。

【０００７】そこで、セパレータの構成材料として加工
性に優れた金属材料の表面に、耐食性に優れた金等の貴
金属材料をコーティングした材料が検討されている。し
かしながら、このような材料は極めて高価なために汎用
性に欠けるという問題がある。

【０００８】これらの問題を解決するために、本出願人
は、金属基板の表面に導電性フィラーを混合した樹脂層
を設けたセパレータを開示した（特開２００２−１５７
５０号公報）。このセパレータでは、電気伝導性が高
く、集電性能に優れていると同時に、成形性、強度およ
び耐食性に優れている。

【０００９】本発明は、さらに性能を向上させるために
なされたものであり、集電性能と成形性、強度および耐
食性の両方を満足する燃料電池、特に固体高分子電解質
型燃料電池用のセパレータを提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の事項に
関するものである。

【００１１】１．金属基板の少なくとも片面に、樹脂
と導電性充填剤を混合した樹脂導電層を設けた燃料電池
用セパレータであって、前記樹脂導電層が、体積抵抗率
が１．０Ω・ｃｍ以下の第１の樹脂層と、樹脂導電層の
表面を形成し且つ体積抵抗率が前記第１の樹脂層よりも
小さい第２の樹脂層とを少なくとも有することを特徴と
する燃料電池用セパレータ。

【００１２】２．前記第２の樹脂層中の導電性充填剤
の体積含有率が、前記第１の樹脂層中の導電性充填剤の
体積含有率より大きいことを特徴とする上記１記載の燃
料電池用セパレータ。

【００１３】３．前記第２の樹脂層の体積抵抗率が
０．５Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする上記１また
は２記載の燃料電池用セパレータ。

【００１４】４．前記第１の樹脂層は、導電性充填剤
を１５〜４０体積％含有し、前記第２の樹脂層は、導電
性充填剤を４５〜９０体積％含有することを特徴とする
上記２記載の燃料電池用セパレータ。

【００１５】５．前記樹脂導電層が、前記金属基板と
の界面側に、体積抵抗率が前記第１の樹脂層よりも小さ
い第３の樹脂層をさらに有することを特徴とする上記１
〜４のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。

【００１６】６．前記第３の樹脂層中の導電性充填剤
の体積含有率が、前記第１の樹脂層中の導電性充填剤の
体積含有率より大きいことを特徴とする上記５記載の燃
料電池用セパレータ。

【００１７】７．前記第３の樹脂層の体積抵抗率が
０．５Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする上記５また
は６記載の燃料電池用セパレータ。

【００１８】８．前記第３の樹脂層は、導電性充填剤
を４５〜９０体積％含有することを特徴とする上記６記
載の燃料電池用セパレータ。

【００１９】９．前記金属基板の材料がステンレス
鋼、チタン、アルミニウム、銅、ニッケルおよび鋼から
なる群より選ばれることを特徴とする上記１〜８のいず
れかに記載の燃料電池用セパレータ。

【００２０】１０．前記導電性充填剤が、炭素系材
料、金属炭化物、金属酸化物、金属窒化物および金属か
らなる群より選ばれることを特徴とする上記１〜９のい
ずれかに記載の燃料電池用セパレータ。

【００２１】１１．前記導電性充填剤が、炭化タング
ステン、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファ
イバーからなる群より選ばれることを特徴とする上記１
〜９のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。

【００２２】１２．前記カーボンナノチューブ及び／
又はカーボンナノファイバーは、繊維径が０．００１〜
０．５μｍであり繊維長が１〜１００μｍであることを
特徴とする上記１１記載の燃料電池用セパレータ。

【００２３】１３．前記樹脂がフッ素樹脂及びフッ素
ゴムから選ばれることを特徴とする上記１〜１２のいず
れかに記載の燃料電池セパレータ。

【００２４】１４．前記第１の樹脂層の厚さが５〜３
００μｍの範囲、前記第２の樹脂層の厚さが０．１〜２
０μｍの範囲であることを特徴とする上記１〜４のいず
れかに項記載の燃料電池用セパレータ。

【００２５】１５．前記第１の樹脂層の厚さが５〜３
００μｍの範囲、前記第２の樹脂層の厚さが０．１〜２
０μｍの範囲、前記第３の樹脂層の厚さが０．１〜２０
μｍの範囲であることを特徴とする上記５〜８のいずれ
かに項記載の燃料電池用セパレータ。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、多数の単電池を積層した
積層型燃料電池のセパレータ付近を拡大した模式図であ
る。単電池１ａ、単電池１ｂはそれぞれ、固体高分子電
解質膜２ａ、２ｂ、それを挟持する電極３ａ、３ｂを有
し、単電池１ａおよび単電池１ｂの間がセパレータ１０
で隔てられていると同時に、電極３ａに接して単電池１
ａ側でガス流路４ａを形成し、また電極３ｂに接して単
電池１ｂ側でガス流路４ｂを形成している。この形態の
セパレータ１０は、金属基板１１の両面に樹脂導電層１
２を設けたものであり、電極３ａおよび電極３ｂの両方
に接していることから、単電池１ａと単電池１ｂを直列
に接続している。

【００２７】図２に、セパレータの層構造の１例を示
す。尚、セパレータは終端の単電池に用いられる場合な
どでは、金属基板の片面にのみ樹脂導電層が設けられる
場合もあるので、以下、金属基板の片面の層構造のみを
示す。

【００２８】図２の形態では、金属基板１１の表面に設
けられた樹脂導電層１２が、第１の樹脂層１３と第２の
樹脂層１４の２層からなる。樹脂導電層の表面層を形成
している第２の樹脂層は、第１の樹脂層よりも小さい体
積抵抗率を有している。本発明では、表面層を構成する
第２の樹脂層が導電性に優れることから、図１に示した
ように電極３ａ、３ｂとの接触面の抵抗を小さくするこ
とができる。一方、金属基板側に設けられた第１の樹脂
層は、体積抵抗率が１．０Ω・ｃｍ以下であるので、充
分な導電性を保ちながらも第２の樹脂層ほどの導電性は
要求されない。従って、第１の樹脂層については、例え
ば樹脂成分を増加させることなどにより、成形性・腑形
性、強度および耐食性を重視して層を構成することがで
きる。即ち、本発明では、第１の樹脂と第２の樹脂との
間で体積抵抗率を変え、樹脂導電層の機能を第１の樹脂
層、第２の樹脂層に分担させることで、集電性能と、プ
レス加工での成形性、強度および耐食性の両方を満足さ
せることができるのである。

【００２９】また、図３に、セパレータの異なる層構造
の１例を示す。この例は、第１の樹脂層１３と金属基板
１１の間に、さらに第３の樹脂層１５を設けた構造であ
る。第３の樹脂層は、第１の樹脂層よりも小さい体積抵
抗率を有しており、金属基板と樹脂導電層の間の接触抵
抗を低減できる。即ち、この形態では、第３の樹脂層に
より金属基板と樹脂導電層の界面の接触抵抗の低減を図
り、また第２の樹脂層により電極との接触抵抗の低減を
図り、その一方で第１の樹脂層を成形性・腑形性、強度
および耐食性を重視した層構成とすることで、集電性能
と成形性、強度および耐食性の両方を満足するセパレー
タを得ることができる。

【００３０】第３の樹脂層の体積抵抗率は、第２の樹脂
層の体積抵抗率と等しくても、異なっていてもどちらで
も構わない。

【００３１】次に、各層の材料を示しながらさらに詳細
に説明する。

【００３２】本発明のセパレータで使用する金属基板と
しては、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、銅、ニ
ッケル、鋼からなる薄板が好適に使用でき、厚みは０．
１ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲が望ましい。

【００３３】金属基板表面には樹脂層との接着性を改良
する目的でエッチング層や研磨層などの表面処理層を設
けてもよく、表面処理層の厚さは０．１〜３０μｍが望
ましい。また、金属基板表面をシランカップリング剤等
でプライマー処理してもよい。

【００３４】樹脂導電層に混合される樹脂は、耐薬品性
からフッ素樹脂またはフッ素ゴムが好ましい。具体的に
は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ
（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニ
ルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレ
ン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＰＥ（テ
トラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パ
ーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＥＴＦ
Ｅ（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体）、Ｐ
ＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＥＣＴ
ＦＥ（クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合
体）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＶＦ（ポ
リビニルフルオライド）、ＴＨＶ（テトラフルオロエチ
レン−ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共
重合体）、ＶＤＦ−ＨＦＰ（フッ化ビニリデン−ヘキサ
フルオロプロピレン共重合体）、ＴＦＥ−Ｐ（フッ化ビ
ニリデン−プロピレン共重合体）、含フッ素シリコーン
系ゴム、含フッ素ビニルエーテル系ゴム、含フッ素フォ
スファゼン系ゴム、および含フッ素熱可塑性エラストマ
ーを挙げることができる。これらのフッ素樹脂またはフ
ッ素ゴムは単独で、または２種以上を混合して使用する
ことができる。

【００３５】特に、成形性の点からフッ化ビニリデンを
含むＰＶＤＦ、ＴＨＶ、ＶＤＦ−ＨＦＰ及びＴＦＥ−Ｐ
が好ましい。

【００３６】また、導電性充填剤は、導電性が高く、耐
腐食性に優れるものが好ましく、例えば、炭素系材料、
金属炭化物、金属酸化物、金属窒化物および金属等の導
電性材料の粉末または繊維の中から使用環境に合わせて
用いることができる。

【００３７】炭素系材料としては、粉末状のものとし
て、黒鉛（人造黒鉛、天然黒鉛）、カーボンブラック、
膨張黒鉛が挙げられ、繊維状のものとしてはカーボンナ
ノチューブ、カーボンナノファイバーおよび炭素繊維を
挙げることができる。尚、カーボンナノチューブおよび
カーボンナノファイバーは、繊維径が０．００１〜０．
５μｍ、好ましくは０．００３〜０．２μｍであり、繊
維長が１〜１００μｍ、好ましくは１〜３０μｍが導電
性の点から好ましい。

【００３８】金属炭化物としては、炭化タングステン、
炭化ケイ素、炭化タンタル、炭化チタン、炭化ニオブ、
炭化モリブデン、炭化バナジウム、炭化クロムおよび炭
化ハフニウム等の粉末を挙げることができる。この中で
も、炭化タングステン、炭化チタン、炭化ニオブ、炭化
クロム等の粉末および繊維が好ましい。

【００３９】金属酸化物としては、酸化チタン、酸化ル
テニウム、酸化インジウム、酸化スズおよび酸化亜鉛等
の粉末を挙げることができる。この中でも、酸化スズ、
酸化インジウム等の粉末および繊維が好ましい。

【００４０】金属窒化物としては、窒化クロム、窒化ア
ルミニウム、窒化モリブデン、窒化ジルコニウム、窒化
タンタル、窒化チタン、窒化ガリウム、窒化ニオブ、窒
化バナジウムおよび窒化ホウ素等の粉末および繊維を挙
げることができる。この中でも、窒化クロム、窒化モリ
ブデンが好ましい。

【００４１】金属としては、粉末状のものとしてチタ
ン、ニッケル、スズ、銅、アルミニウム、亜鉛、銀、タ
ンタルおよびニオブ等の粉末が挙げられ、繊維としては
鉄繊維、銅繊維およびステンレス繊維等を挙げることが
できる。

【００４２】導電性充填剤は１種類だけを用いても、２
種以上を組み合わせて用いてもよい。例えば、カーボン
ナノチューブおよび／またはカーボンナノファイバーと
その他の炭素系材料とを混合して用いることができる。

【００４３】以上の導電性充填剤の中でも、特に導電性
が高く、７０〜９０℃の温度で飽和に近い水蒸気にさら
されても安定で、抵抗の変化の少ないものが好ましく、
炭素系材料、金属炭化物および金属窒化物が好ましく、
特に炭素系材料および金属炭化物が好ましい。具体的に
は、特にカーボンナノチューブおよびカーボンナノファ
イバーのどちらか一方またはその両方の混合物、炭化タ
ングステン、炭化タングステンとカーボンナノチューブ
および／またはカーボンナノファイバーとの組み合わせ
が好ましい。

【００４４】導電性充填剤は、粉末の場合は、通常、重
量平均粒径（レーザー散乱による測定）が２０μｍ以
下、好ましくは１５μｍ以下、特に好ましくは１０μｍ
以下であり、通常０．０１μｍ以上、好ましくは０．０
５μｍ以上、特に好ましくは０．１μｍ以上である。ま
た、繊維状の場合は、カーボンナノチューブおよびカー
ボンナノファイバーについては前述の通りであり、その
他の材料の繊維のときは、繊維径が５０μｍ以下、好ま
しくは２０μｍ以下であり、通常１μｍ以上、好ましく
は５μｍ以上であり、繊維長が１〜１０，０００μｍ、
好ましくは５〜１，０００μｍが導電性の点から好まし
い。

【００４５】本発明の樹脂導電層は、上述の樹脂と導電
性充填剤を混合したものであり、その際に、金属基板表
面に接する第１の樹脂層の体積抵抗率が、１．０Ω・ｃ
ｍ以下（ＪＩＳＫ７１９４による）になるように適
宜配合すればよく、第２の樹脂層および第３の樹脂層の
体積抵抗率に関しては、第１の樹脂層より体積低効率が
小さくなるように適宜配合すればよい。第２の樹脂層お
よび第３の樹脂層の体積抵抗率は、好ましくは０．５Ω
・ｃｍ以下、特に０．１Ω・ｃｍ以下である。

【００４６】本発明の一態様では、第２の樹脂層中の導
電性充填剤の体積含有率が、第１の樹脂層中の導電性充
填剤の体積含有率より大きくなるように各層を構成す
る。具体的には、第１の樹脂層中の導電性充填剤の含有
量を１５〜４０体積％（ここで、体積％は、樹脂層全体
の体積に対する充填剤の体積割合である。以下、同
じ。）とし、第２の樹脂層中の導電性充填剤の含有量を
４５〜９０体積％とすることが好ましい。さらに好まし
くは、第１の樹脂層中の含有量は１５〜３５体積％であ
り、一方第２の樹脂中の含有量は６０〜９０体積％であ
る。一般に、導電性充填剤の混合比率が１５体積％未満
では体積抵抗率が１．０Ω・ｃｍを越える場合が多く、
また９０体積％を越えると成形が困難になり易い。

【００４７】また、第３の樹脂層についても、第２の樹
脂層に準じて導電性充填剤の種類、量を適宜変更し（第
２の樹脂層と同一であってもよい）、適宜決めることが
できる。

【００４８】各樹脂層の厚さに関しては、まず、第１の
樹脂層の厚さは、通常５〜３００μｍ、好ましくは１０
〜１５０μｍである。第２の樹脂層の厚さは、通常０．
１〜２０μｍ、好ましくは１〜１０μｍである。

【００４９】また、第３の樹脂層を設けるときは、第３
の樹脂層の厚さは、通常０．１〜２０μｍ、好ましくは
１〜１０μｍである。

【００５０】樹脂導電層全体の厚さは、薄すぎると、金
属基板への耐食効果が少なく、厚すぎるとセパレータが
厚くなりスタックされた燃料電池が大きくなるので、導
電性および成形性、強度等を考慮して、上記の各樹脂層
の通常の範囲で決めることが好ましい。従って、通常は
５．１〜３４０μｍの範囲であり、好ましくは１１〜１
７０μｍ、さらに好ましくは１５〜１５０μｍの範囲で
ある。

【００５１】本発明のセパレータの製造方法は特に限定
されないが、例えば、第１の樹脂層、第２の樹脂層、第
３の樹脂層を、通常の押出成形、ロール成形法等により
予めそれぞれシートとして形成しておき、金属基板の片
面又は両面に、第３の樹脂層（存在するとき）、第１の
樹脂層、第２の樹脂層で積層して熱プレス加工によって
一体化する。熱プレス法の条件も通常のプレス条件、加
熱温度１２０℃〜３００℃、圧力２．９×１０⁶Ｐａ〜
９．８×１０⁶Ｐａ（３０ｋｇｆ／ｃｍ²〜１００ｋｇｆ
／ｃｍ²）程度にて行なえばよい。

【００５２】また、特に第２、第３の樹脂層に関して
は、多量の導電性充填剤が含まれて、自己保持性のシー
トの形成が困難である場合もあるので、そのときは、予
め適当な転写基材上にフィルムを形成し、これを熱転写
することで積層することができる。転写基材にフィルム
を形成する方法としては、例えば樹脂および導電性充填
剤を適当な溶媒に溶解した溶液を、転写基材上に塗布
し、乾燥する方法が挙げられる。

【００５３】このようにして、金属基板に樹脂導電層を
設けた積層体を形成した後、プレス加工により突起部や
溝部を形成して、所定の形状のセパレータとする方法が
生産性等の点から好ましい。

【００５４】

【実施例】以下、実施例について説明するが、本発明は
これに限定されるものではない。

【００５５】＜実施例１＞フッ素樹脂（「住友スリーエ
ム（株）」製ＴＨＶ２２０G）比重２）２３重量部
（７０体積％）とタングステンカーバード（「（株）ア
ライドマテリアル」製ＷＣ２０比重１５．５）７７
重量部（３０体積％）を２軸押出機にて混合した。

【００５６】この混合物を押出成形にて厚さ２００μｍ
のフッ素樹脂シート（第１の樹脂層）を作成した。

【００５７】金属基板はＳＵＳ３０４（厚み０．３ｍ
ｍ）の表裏面をブラスト研磨法にて０．１μmの表裏研
磨層を形成したものを使用し、プライマーとしてシラン
カップリング剤（「ＧＥ東芝シリコーン（株）」製Ｔ
ＳＬ８３３１）３％エタノール溶液をバーコーター
（「松尾産業製」＃１０番）で表面研磨層したＳＵＳ３
０４の両面に塗布後、１００℃１０分乾燥し、導電性フ
ッ素樹脂シート／ＳＵＳ３０４／導電性フッ素樹脂シー
トの順に載置し、温度２００℃、１０分、圧力３．５×
１０⁶Ｐa（３６ｋｇｆ／ｃｍ²）にて熱プレス加工して
積層一体化し、金属基板の両面に第１の樹脂層を成形し
た。

【００５８】一方、第２の樹脂層形成用として、ＭＥＫ
（メチルエチルケトン）に固形分として１０重量％にな
るように、フッ素樹脂（「住友スリーエム（株）」製
ＴＨＶ２２０Ｇ比重２）とカーボンナノチューブ
（「昭和電工（株）」製気相法炭素繊維＜ＶＧＣＦ＞
比重２）体積比３０／７０で混合し塗料を作製した。

【００５９】上記塗料を基材フィルム（ポリエチレンテ
レフタレート、三菱化学ポリエステル（株）製：厚み２
５μｍ）上にバーコーター（「松尾産業製」＃２４番）
で塗布し、８０℃で溶媒を乾燥して転写層の厚さが１０
μｍの転写シートを得た。得られた転写シートを２枚用
いて、その樹脂面を金属基板両面の第１樹脂層に重ね合
わせ、温度２００℃、１０分、圧力３．５×１０⁶Ｐａ
（３６ｋｇｆ／ｃｍ²）にて熱プレスした後、転写基材
をはがして第２の樹脂層を形成した。

【００６０】得られた複合板１の厚みは０．７２ｍｍで
あった。

【００６１】＜実施例２＞実施例１と同じ方法で得た、
フッ素樹脂シート（第１の樹脂層厚み２００μｍ）
と、転写シート（転写層厚み１０μｍ）２枚を、転写基
材（ＰＥＴシート）が外側に成るように、転写シート／
フッ素樹脂シート／転写シートの順に載置し、温度２０
０℃、１０分、圧力３．５×１０⁶Ｐａ（３６ｋｇｆ／
ｃｍ²）にて熱プレスした後、転写基材２枚をはがし
て、第１の樹脂層の両側に第２及び第３の樹脂層を形成
した。得られた導電性シートの総厚みは２２０μｍであ
った。

【００６２】上記方法で得られた導電性シート２枚と、
実施例１と同様の表面処理が施されたＳＵＳ３０４板
（厚み０．３ｍｍ）を、導電性シート／ＳＵＳ３０４板
／導電性シートの順に載置し、温度２００℃、１０分、
圧力３．５×１０⁶Ｐａ（３６ｋｇｆ／ｃｍ²）にて熱プ
レスして、積層一体化し、金属基板の両面に外側から第
２の樹脂層／第１の樹脂層／第３の樹脂層を形成した。

【００６３】得られた複合板２の厚みは０．７４ｍｍで
あった。

【００６４】＜プレス加工の結果＞上記実施例１、２で
得られた複合板１及び複合板２を、プレス後のガス流路
の形状は波形で、ガス流路のピッチが３ｍｍ、波形の凸
部と凹部の差は０．５ｍｍに成形できる金型を使用し
て、プレス成型機「（株）アマダ」製トルクパックプ
レスプレス速度４５ｓｐｍ）にて室温でプレス成形し
た。

【００６５】得られた燃料電池用セパレータは、タング
ステンカーバイドまたはカーボンナノチューブを含むフ
ッ素樹脂層と金属板との接着性が良好で剥離等がなかっ
た。

【００６６】＜接触抵抗の測定＞実施例１、２で得られ
た複合板１、２の接触抵抗を測定した。接触抵抗の評価
は以下のように行った。１．測定装置抵抗計：ＹＭＲ−３型（（株）山崎精機研究所社製）負荷装置：ＹＳＲ−８型（（株）山崎精機研究所社製）電極：真鍮製平板２枚（面積１平方インチ、鏡面仕上
げ）２．測定条件方法：４端子法印加電流：１０ｍＡ（交流、２８７Ｈｚ）開放端子電圧：２０ｍＶピーク以下カーボンペーパー：東レ社製ＴＧＰ−Ｈ−０９０（厚み
０．２８ｍｍ）３．測定方法図４に示した測定装置により、セパレータ２３を、カー
ボンペーパー２２を介して両側から真鍮製電極２１で挟
み、所定の荷重を加えながら、４端子法にて所定の電流
印加時の電圧を測定して接触抵抗を求めた。

【００６７】測定結果を図５のグラフ中の複合板１、２
で示した。比較のために東海カーボン社製樹脂含浸黒鉛
Ｇ３４７Ｂも評価した。

【００６８】図５のグラフに示す通り、複合板１、２
は、接触抵抗値が格段に小さく、樹脂含浸黒鉛とほぼ同
等の接触抵抗値であった。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、集電性能と成形性、強
度および耐食性の両方を満足する燃料電池、特に固体高
分子電解質型燃料電池用のセパレータを提供することが
できる。従って、長時間の運転が可能な燃料電池用とし
ての利用性が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料電池のセパレータ付近を模式的に示す図で
ある。

【図２】本発明のセパレータの層構造の１例を示す図で
ある。

【図３】本発明のセパレータの層構造の１例を示す図で
ある。

【図４】接触抵抗の測定方法を示す図である。

【図５】接触荷重と接触抵抗値の関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ単電池２ａ、２ｂ固体高分子電解質膜３ａ、３ｂ電極４ａ、４ｂガス流路１０セパレータ１１金属基板１２樹脂導電層１３第１の樹脂層１４第２の樹脂層１５第３の樹脂層２１真鍮製電極２２カーボンペーパー２３セパレータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属基板の少なくとも片面に、樹脂と導
電性充填剤を混合した樹脂導電層を設けた燃料電池用セ
パレータであって、前記樹脂導電層が、体積抵抗率が１．０Ω・ｃｍ以下の
第１の樹脂層と、樹脂導電層の表面を形成し且つ体積抵
抗率が前記第１の樹脂層よりも小さい第２の樹脂層とを
少なくとも有することを特徴とする燃料電池用セパレー
タ。
【請求項２】前記第２の樹脂層中の導電性充填剤の体
積含有率が、前記第１の樹脂層中の導電性充填剤の体積
含有率より大きいことを特徴とする請求項１記載の燃料
電池用セパレータ。
【請求項３】前記第２の樹脂層の体積抵抗率が０．５
Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１または２
記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】前記第１の樹脂層は、導電性充填剤を１
５〜４０体積％含有し、前記第２の樹脂層は、導電性充
填剤を４５〜９０体積％含有することを特徴とする請求
項２記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】前記樹脂導電層が、前記金属基板との界
面側に、体積抵抗率が前記第１の樹脂層よりも小さい第
３の樹脂層をさらに有することを特徴とする請求項１〜
４のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】前記第３の樹脂層中の導電性充填剤の体
積含有率が、前記第１の樹脂層中の導電性充填剤の体積
含有率より大きいことを特徴とする請求項５記載の燃料
電池用セパレータ。
【請求項７】前記第３の樹脂層の体積抵抗率が０．５
Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項５または６
記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項８】前記第３の樹脂層は、導電性充填剤を４
５〜９０体積％含有することを特徴とする請求項６記載
の燃料電池用セパレータ。
【請求項９】前記金属基板の材料がステンレス鋼、チ
タン、アルミニウム、銅、ニッケルおよび鋼からなる群
より選ばれることを特徴とする請求項１〜８のいずれか
に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１０】前記導電性充填剤が、炭素系材料、金
属炭化物、金属酸化物、金属窒化物および金属からなる
群より選ばれることを特徴とする請求項１〜９のいずれ
かに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１１】前記導電性充填剤が、炭化タングステ
ン、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバ
ーからなる群より選ばれることを特徴とする請求項１〜
９のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１２】前記カーボンナノチューブ及び／又は
カーボンナノファイバーは、繊維径が０．００１〜０．
５μｍであり繊維長が１〜１００μｍであることを特徴
とする請求項１１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１３】前記樹脂がフッ素樹脂及びフッ素ゴム
から選ばれることを特徴とする請求項１〜１２のいずれ
かに記載の燃料電池セパレータ。
【請求項１４】前記第１の樹脂層の厚さが５〜３００
μｍの範囲、前記第２の樹脂層の厚さが０．１〜２０μ
ｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
かに項記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１５】前記第１の樹脂層の厚さが５〜３００
μｍの範囲、前記第２の樹脂層の厚さが０．１〜２０μ
ｍの範囲、前記第３の樹脂層の厚さが０．１〜２０μｍ
の範囲であることを特徴とする請求項５〜８のいずれか
に項記載の燃料電池用セパレータ。