JP2006302529A - Manufacturing method of separator for solid polymer fuel cell - Google Patents

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Isamu Uchida
勇 内田
Takashi Ito
伊藤  隆
Takehisa Mochizuki
剛久 望月
Susumu Nishisako
将 西佐古
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Tohoku University NUC
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<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a separator for a solid polymer fuel cell, by which excellent corrosion resistance and conductivity are given to the separator, and manufacturing cost of the separator can be reduced. <P>SOLUTION: The manufacturing method of the separator comprises: a first step for forming corrosion resistance film 15 on a surface of a metal base 12 having an electrode contact surface 13 and a channel 14 for reaction gas passage; a second step for removing the corrosion resistance film 15 from the electrode contact surface 13 by polishing the corrosion resistance film 15 on the electrode contact surface 13; and a third step for forming a carbon film 16 by applying a mixture prepared by adding carbon to one of organic compounds that are a photoresist, polyacrylonitrile (PAN), polymethacrylic acid methyl (PMMA) and methyl methacrylate (MMA) to the electrode contact surface 13 and the surface of the channel 14 for the reaction gas passage after the first and second steps, and by calcinating the applied mixture at the temperatures of 500 to 550 °C. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体高分子型燃料電池のセルに組込まれるセパレータの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a separator incorporated in a cell of a polymer electrolyte fuel cell.

固体高分子型燃料電池(以下、単に「燃料電池」という。)は、高分子電解質膜からなる電極に、反応ガス(水素・酸素)を供給して発電する装置である。
燃料電池のセルは、正極(カソード)及び負極(アノード)を構成する一対のガス拡散電極の間に電解質膜が挟まれた構造を有する膜電極接合体(MEA)及びこの両側に配置されたセパレータからなる。上記構成のセルでは、1つにつき1V弱の電圧しか得られないので、実際の燃料電池としては、通常、数十〜数百のセルを直列に積層したものが使用されている。
A polymer electrolyte fuel cell (hereinafter simply referred to as “fuel cell”) is a device that generates electricity by supplying a reaction gas (hydrogen / oxygen) to an electrode made of a polymer electrolyte membrane.
A fuel cell includes a membrane electrode assembly (MEA) having a structure in which an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of gas diffusion electrodes constituting a positive electrode (cathode) and a negative electrode (anode), and separators disposed on both sides thereof Consists of. In the cell having the above configuration, only a voltage of less than 1 V can be obtained for each cell. Therefore, as an actual fuel cell, a cell in which several tens to several hundreds of cells are stacked in series is usually used.

燃料電池のセパレータには、導電性、耐食性、ガスの不透過性等、様々な機能が要求される。特に、自動車搭載用燃料電池のセパレータには、上記の機能の他に、機械的強度が高く、かつ軽量であることが要求される。
燃料電池のセパレータの基材としては、従来、黒鉛等のカーボンにバインダーの樹脂を混合し、加熱圧縮成型又は射出成型したものが用いられてきた。しかし、より小型で高出力の燃料電池を開発するために、セパレータを薄くすると機械的強度及び加工性に限界があった。そこで、現在では、セパレータを薄くしても機械強度、成形性に優れた、アルミニウムやステンレス等の金属を基材とするセパレータの開発が進められている。
Fuel cell separators are required to have various functions such as conductivity, corrosion resistance, and gas impermeability. In particular, a separator for an automotive fuel cell is required to have high mechanical strength and light weight in addition to the above functions.
As a base material for a separator of a fuel cell, conventionally, a resin such as graphite mixed with a binder resin and heated and compression molded or injection molded has been used. However, in order to develop a fuel cell having a smaller size and a higher output, if the separator is made thinner, the mechanical strength and workability are limited. Therefore, development of a separator based on a metal such as aluminum or stainless steel, which is excellent in mechanical strength and formability even when the separator is thin, is now underway.

ところが、金属を基材とするセパレータを用いる場合、燃料電池内のプロトンによって金属が腐食するという問題がある。
また、金属表面には不動態層が形成されるため、カーボン材に比べて接触抵抗が高く、そのような金属セパレータに通電された場合には電圧降下が大きくなり、燃料電池の性能低下を招く恐れがある。
However, when a metal-based separator is used, there is a problem that the metal is corroded by protons in the fuel cell.
In addition, since a passive layer is formed on the metal surface, the contact resistance is higher than that of the carbon material, and when such a metal separator is energized, the voltage drop increases, leading to a decrease in fuel cell performance. There is a fear.

上記の問題に対して、例えば、アルミニウム金属板の表面に緻密質アルマイト皮膜及び多孔質アルマイト皮膜を形成し、アルミニウム金属板の電極接触面をラッピング研磨してアルマイト皮膜を除去した後に、電極接触面に貴金属又はカーボンからなる導電性皮膜を形成した燃料電池用セパレータが特許文献1に開示されている。
また、アルミニウム合金基材の表面に多孔質陽極酸化皮膜を形成し、皮膜上に、Ni、Sn等からなる下地金属層と、Au又は白金族金属からなる主金属層を積層した燃料電池用セパレータが特許文献2に開示されている。
To solve the above problem, for example, after forming a dense anodized film and a porous anodized film on the surface of the aluminum metal plate and lapping and polishing the electrode contact surface of the aluminum metal plate, the electrode contact surface is removed. Patent Document 1 discloses a fuel cell separator having a conductive film made of noble metal or carbon.
Also, a fuel cell separator in which a porous anodic oxide film is formed on the surface of an aluminum alloy substrate, and a base metal layer made of Ni, Sn, etc. and a main metal layer made of Au or a platinum group metal are laminated on the film. Is disclosed in Patent Document 2.

特許第3404363号公報Japanese Patent No. 3404363 特開2003−123782号公報JP 2003-123782 A

しかしながら、特許文献1のセパレータにおいては、陽極酸化皮膜が緻密質陽極酸化皮膜と多孔質陽極酸化皮膜の2層構造であるため、皮膜が厚くなり、耐食性は良くなるものの、電気抵抗が高くなり、導電性の低下を招く。また、導電性皮膜がスパッタリングによって形成された貴金属系皮膜である場合、製造コストが高くなるという問題があり、導電性被膜がCVDによって形成されたカーボン膜である場合には、カーボン粒子がミクロン単位のために、ピンホールが発生しやすくなり、その結果、セパレータが腐食し、十分な耐食性が得られなくなるという問題がある。
特許文献2のセパレータにおいては、Ni、Sn等からなる下地金属層を厚く積層し、貴金属からなる主金属層を薄く形成した場合には耐久性に劣り、ピンホールの発生によりセパレータが腐食し、十分な耐食性が得られなくなるという問題がある。耐食性及び導電性を確保するためには、主金属層を厚く形成する必要があるが、貴金属の使用量が増えるため、製造コストが高くなる。
However, in the separator of Patent Document 1, since the anodized film has a two-layer structure of a dense anodized film and a porous anodized film, the film becomes thick and the corrosion resistance is improved, but the electrical resistance is increased, This causes a decrease in conductivity. In addition, when the conductive film is a noble metal film formed by sputtering, there is a problem that the manufacturing cost is high. When the conductive film is a carbon film formed by CVD, the carbon particles are in micron units. For this reason, pinholes are likely to be generated, and as a result, the separator is corroded and sufficient corrosion resistance cannot be obtained.
In the separator of Patent Document 2, when the base metal layer made of Ni, Sn or the like is laminated thickly and the main metal layer made of noble metal is formed thin, the durability is inferior, and the separator corrodes due to the generation of pinholes, There is a problem that sufficient corrosion resistance cannot be obtained. In order to ensure corrosion resistance and conductivity, it is necessary to form the main metal layer thick, but since the amount of noble metal used increases, the manufacturing cost increases.

本発明は、上記の点に鑑み、セパレータに優れた耐食性と導電性を付与するとともに、製造コストを削減することができる固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a method for producing a separator for a polymer electrolyte fuel cell, which can impart excellent corrosion resistance and conductivity to the separator and can reduce production costs. .

本発明は、第1に、金属基材からなり、電極接触面と反応ガス流路用溝とを具えた固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記金属基材表面に耐食性皮膜を形成する第1のステップと、前記電極接触面の前記耐食性皮膜を研磨して、前記電極接触面から耐食性皮膜を除去する第2のステップと、フォトレジスト、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、メタクリル酸メチル(MMA)のいずれかの有機化合物にカーボンを添加して前記有機化合物とカーボンの混合物を調製し、第1及び第2のステップを経た前記電極接触面と反応ガス流路用溝表面に、前記混合物を塗布して焼成温度500℃以上550℃以下で焼成することによりカーボン膜を形成する第3のステップからなることを特徴とする、固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法及び第2に、
金属基材からなり、電極接触面と反応ガス流路用溝とを具えた固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記金属基材表面に耐食性皮膜を形成する第1のステップと、前記電極接触面の前記耐食性皮膜を研磨して、前記電極接触面から耐食性皮膜を除去する第2のステップと、前記耐食性皮膜が除去された電極接触面に、ジアゾ化ニトロベンゼンの還元反応又はピロールの電解重合反応により皮膜を形成する第3のステップと、フォトレジスト、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、メタクリル酸メチル(MMA)のいずれかの有機化合物にカーボンを添加して前記有機化合物とカーボンの混合物を調製し、第1、第2、第3のステップを経た前記電極接触面と反応ガス流路用溝表面に、前記混合物を塗布して焼成温度500℃以上550℃以下で焼成することによりカーボン膜を形成する第4のステップからなることを特徴とする、固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法によって前記の課題を解決した。
The first aspect of the present invention is a method for producing a separator for a polymer electrolyte fuel cell comprising a metal base material and comprising an electrode contact surface and a reaction gas channel groove,
A first step of forming a corrosion-resistant film on the surface of the metal substrate; a second step of polishing the corrosion-resistant film on the electrode contact surface to remove the corrosion-resistant film from the electrode contact surface; Carbon is added to any organic compound of acrylonitrile (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA), or methyl methacrylate (MMA) to prepare a mixture of the organic compound and carbon, and the first and second steps are performed. It comprises a third step of forming a carbon film by applying the mixture to the electrode contact surface and the groove surface for the reaction gas flow path, and firing at a firing temperature of 500 ° C. or higher and 550 ° C. or lower. , Manufacturing method of separator for polymer electrolyte fuel cell and secondly,
A method for producing a separator for a polymer electrolyte fuel cell comprising a metal substrate and comprising an electrode contact surface and a reaction gas flow channel,
A first step of forming a corrosion-resistant film on the surface of the metal substrate; a second step of polishing the corrosion-resistant film on the electrode contact surface to remove the corrosion-resistant film from the electrode contact surface; and the corrosion-resistant film A third step of forming a film on the removed electrode contact surface by reduction reaction of diazotized nitrobenzene or electrolytic polymerization reaction of pyrrole, photoresist, polyacrylonitrile (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA), methacrylic acid Carbon is added to one of the organic compounds of methyl (MMA) to prepare a mixture of the organic compound and carbon, and the electrode contact surface and the reaction gas channel groove that have undergone the first, second, and third steps. The fourth step is to form a carbon film by applying the mixture on the surface and firing at a firing temperature of 500 ° C. or more and 550 ° C. or less. Characterized by comprising, to solve the above problems by a manufacturing method of a separator for a polymer electrolyte fuel cell.

本発明の第1及び第2の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法によれば、電極接触面と反応ガス流路用溝に異なる表面処理を施すことで、電極接触面では導電性を向上させ、反応ガス流路用溝表面では耐食性を向上させることが可能となる。また、電極接触面と反応ガス流路用溝に異なる表面加工を施した後に、さらに原子レベルの平滑なカーボン膜で全体を被覆したので、ピンホールの発生を抑えてセパレータの腐食を確実に防止するとともに、電極との接触抵抗を小さくすることができる。   According to the first and second methods for producing a polymer electrolyte fuel cell separator of the present invention, the electrode contact surface is made conductive by applying different surface treatments to the electrode contact surface and the reaction gas flow channel groove. It is possible to improve the corrosion resistance on the surface of the reaction gas channel groove. In addition, after applying different surface treatments to the electrode contact surface and the reaction gas flow channel groove, the entire surface is covered with a smooth carbon film at the atomic level, thus preventing pinholes and preventing corrosion of the separator. In addition, the contact resistance with the electrode can be reduced.

以下、本発明の第1の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法を図に基づいて詳しく説明する。図1は、本発明の第1の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法によって製造されたセパレータを中心とする燃料電池の一例を示す部分概略図である。固体高分子型燃料電池30は、金属基材12からなるセパレータ10と、固体高分子電解質膜(図示せず)とガス拡散電極(図示せず)からなる膜電極接合体(MEA)20とからなる。セパレータ10には、ガス拡散電極(以下、単に「電極」という。)との接触面13と、反応ガス、すなわち、アノードガス及びカソードガスの流路であるアノードガス流路用溝14aとカソードガス流路用溝14bが設けられている。図1に示すように、アノードガス流路用溝14aとカソードガス流路用溝14bは、セパレータ表裏で平行に形成されているが、これらは、セパレータ表裏で互いに直交して形成されていてもよい。また、溝深さは0.1mm〜2.0mmとするのが好ましい。以下、アノードガス流路用溝14aとカソードガス流路用溝14bを合わせて反応ガス流路用溝14と呼ぶ。   Hereinafter, the manufacturing method of the 1st separator for polymer electrolyte fuel cells of this invention is demonstrated in detail based on figures. FIG. 1 is a partial schematic view showing an example of a fuel cell centering on a separator produced by the first method for producing a polymer electrolyte fuel cell separator of the present invention. The polymer electrolyte fuel cell 30 includes a separator 10 made of a metal substrate 12, and a membrane electrode assembly (MEA) 20 made of a solid polymer electrolyte membrane (not shown) and a gas diffusion electrode (not shown). Become. The separator 10 includes a contact surface 13 with a gas diffusion electrode (hereinafter simply referred to as an “electrode”), an anode gas flow channel groove 14 a that is a flow channel for a reactive gas, that is, an anode gas and a cathode gas, and a cathode gas. A channel groove 14b is provided. As shown in FIG. 1, the anode gas channel groove 14a and the cathode gas channel groove 14b are formed in parallel on the front and back of the separator, but they may be formed orthogonal to each other on the front and back of the separator. Good. The groove depth is preferably 0.1 mm to 2.0 mm. Hereinafter, the anode gas flow channel groove 14 a and the cathode gas flow channel groove 14 b are collectively referred to as a reaction gas flow channel groove 14.

本発明で使用可能なセパレータ10の金属基材12としては、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、ニッケル等を挙げることができるが、熱伝導性に優れ、軽量であるという観点から、アルミニウムが好ましく用いられる。本発明で用いられるアルミニウムとしては、純度99.0%以上の純アルミニウムの他、2000系のAl−Cu合金及びAl−Cu−Si合金、3000系のAl−Mn合金、4000系のAl−Si合金、5000系のAl−Mg合金、6000系のAl−Mg−Si合金、7000系のAl−Zn−Mg合金が挙げられる。
金属基材12の厚さは特に限定されないが、機械的強度、ガスの不透過性という条件を満足させるためには、厚さ0.1mm〜3mmが好ましい。
Examples of the metal substrate 12 of the separator 10 that can be used in the present invention include aluminum, stainless steel, titanium, nickel, and the like. Aluminum is preferably used from the viewpoint of excellent thermal conductivity and light weight. . As aluminum used in the present invention, in addition to pure aluminum having a purity of 99.0% or more, 2000 series Al-Cu alloy and Al-Cu-Si alloy, 3000 series Al-Mn alloy, 4000 series Al-Si Alloys such as 5000 series Al-Mg alloys, 6000 series Al-Mg-Si alloys, and 7000 series Al-Zn-Mg alloys.
The thickness of the metal substrate 12 is not particularly limited, but a thickness of 0.1 mm to 3 mm is preferable in order to satisfy the conditions of mechanical strength and gas impermeability.

図1に示すように、電極接触面13と、反応ガス流路用溝14表面とでは、異なる表面処理が施されている。すなわち、電極接触面13には高導電性の表面加工が施され、電極と接触しない反応ガス流路用溝14表面には高耐食性の表面加工が施されている。
セパレータ10の表面処理の手順は、金属基材12表面に耐食性皮膜15を形成する第1のステップと、電極接触面13の耐食性皮膜15を研磨して、電極接触面13から耐食性皮膜15を除去する第2のステップと、第1及び第2のステップを経た電極接触面13と反応ガス流路用溝14表面に、カーボン膜16を形成する第3のステップからなる。以下、各ステップの説明をする。
As shown in FIG. 1, different surface treatments are performed on the electrode contact surface 13 and the surface of the reactive gas flow channel groove 14. That is, the electrode contact surface 13 is subjected to highly conductive surface processing, and the surface of the reaction gas flow channel groove 14 that does not contact the electrode is subjected to surface processing with high corrosion resistance.
The surface treatment procedure for the separator 10 includes the first step of forming the corrosion-resistant film 15 on the surface of the metal substrate 12 and the corrosion-resistant film 15 on the electrode contact surface 13 is polished to remove the corrosion-resistant film 15 from the electrode contact surface 13. And a third step of forming a carbon film 16 on the surface of the electrode contact surface 13 and the reactive gas flow channel groove 14 that have undergone the first and second steps. Hereinafter, each step will be described.

第1のステップでは、金属基材12表面に耐食性皮膜15を形成する。耐食性皮膜15は、金属基材12の酸化皮膜であることが好ましく、例えば、金属基材12がアルミ合金の場合はアルマイト、ステンレスの場合は酸化クロムが挙げられる。
金属基材12としてアルミ合金を用いる場合、硫酸、シュウ酸、リン酸、クロム酸等の電解液中にてアルミ合金に陽極酸化処理を施すことにより、基材表面にアルマイト皮膜を形成する。陽極酸化処理を施した後に、高温加圧水蒸気で処理したり、沸騰水中で煮沸すると、アルマイトの細孔を閉じることができ、アルマイト皮膜の耐食性が向上する。
耐食性皮膜15は、酸化皮膜の他に、フッ素樹脂層や有機物の修飾でも同様の効果が得られる。耐食性皮膜15の膜厚は0.1μm〜10μm程度が好ましい。
In the first step, the corrosion-resistant film 15 is formed on the surface of the metal substrate 12. The corrosion-resistant film 15 is preferably an oxide film of the metal base 12, and examples thereof include anodized when the metal base 12 is an aluminum alloy and chromium oxide when the metal base 12 is stainless steel.
When an aluminum alloy is used as the metal substrate 12, an alumite film is formed on the surface of the substrate by anodizing the aluminum alloy in an electrolyte such as sulfuric acid, oxalic acid, phosphoric acid, or chromic acid. After the anodizing treatment, the pores of the alumite can be closed by treatment with high-temperature pressurized steam or boiling in boiling water, and the corrosion resistance of the alumite film is improved.
The corrosion-resistant film 15 can obtain the same effect by modifying a fluororesin layer or an organic substance in addition to the oxide film. The film thickness of the corrosion resistant film 15 is preferably about 0.1 μm to 10 μm.

第2のステップでは、第1のステップで基材表面を被覆した耐食性皮膜15のうち、電極接触面13の耐食性皮膜を研磨して、電極接触面13から耐食性皮膜15を除去する。耐食性皮膜が除去されることにより電極接触面13の導電性を向上させることができる。また、耐食性皮膜が除去されることにより表面が活性化されるので、カーボン膜16の炭素と金属原子が結合し、カーボン膜との密着性も向上する。
電極接触面13の耐食性皮膜15の研磨処理方法としては、化学研磨、機械研磨、ブラスト研磨等を挙げることができる。
In the second step, the corrosion resistant film on the electrode contact surface 13 out of the corrosion resistant film 15 covering the substrate surface in the first step is polished to remove the corrosion resistant film 15 from the electrode contact surface 13. By removing the corrosion-resistant film, the conductivity of the electrode contact surface 13 can be improved. Further, since the surface is activated by removing the corrosion-resistant film, carbon and metal atoms of the carbon film 16 are bonded, and adhesion with the carbon film is improved.
Examples of the method for polishing the corrosion-resistant film 15 on the electrode contact surface 13 include chemical polishing, mechanical polishing, and blast polishing.

第3のステップでは、第1及び第2のステップを経た電極接触面13と反応ガス流路用溝14表面に、カーボン膜16を形成する。カーボン膜16は、電極接触面13に耐食性を付与するとともに、耐食性皮膜15で被覆された反応ガス流路用溝14の耐食性をさらに向上させるために形成される。カーボン膜16は、フォトレジスト、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、メタクリル酸メチル(MMA)のいずれかの有機化合物にカーボンを添加することにより得られた有機化合物とカーボンの混合物を、電極接触面13及び反応ガス流路用溝14表面に塗布して焼成することにより形成される。   In the third step, a carbon film 16 is formed on the electrode contact surface 13 and the surface of the reactive gas flow channel groove 14 that have undergone the first and second steps. The carbon film 16 is formed to impart corrosion resistance to the electrode contact surface 13 and to further improve the corrosion resistance of the reaction gas flow channel groove 14 covered with the corrosion resistant film 15. The carbon film 16 is a mixture of an organic compound and carbon obtained by adding carbon to any organic compound of photoresist, polyacrylonitrile (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA), and methyl methacrylate (MMA). Is applied to the electrode contact surface 13 and the surface of the reaction gas channel groove 14 and fired.

カーボン膜16の出発原料のひとつであるフォトレジストは、光反応による溶解度の変化を利用し耐食性の被膜を形成する感光性樹脂材料であり、金属、半導体等の基板をエッチングにより精密加工するエレクトロニクス材料分野、印刷材料分野で広く用いられている。
フォトレジストを1000℃で熱処理すると抵抗率の低いカーボンになることが文献に記されている。(Photoresist-derived Carbon for Microelectro-
mechanical Systems and Electrochemical Applications,Srikanth Ranganathanet al, Journal of The Electrochemical Society, 147(1) 277-282, 2000.を参照。)
本発明において用いられるフォトレジストは、感光性樹脂がアルキルジアゾ系化合物、バインダー樹脂がノボラック樹脂からなるアルキルジアゾ系ポジ型フォトレジストが好ましいが、ジアゾナフトキノン(DNQ)−ノボラック樹脂系ポジ型フォトレジスト、ナフトキノンジアジド系ポジ型フォトレジスト、環化ポリイソプレン−アジド化合物系レジスト、ポリスチレン系ネガ型フォトレジスト等も使用可能であり、同様の効果が得られる。
Photoresist, which is one of the starting materials for the carbon film 16, is a photosensitive resin material that forms a corrosion-resistant film by utilizing the change in solubility due to photoreaction, and is an electronic material that precisely processes substrates such as metals and semiconductors by etching. Widely used in the field of printing materials.
It has been described in the literature that photoresist can be heat treated at 1000 ° C. resulting in low resistivity carbon. (Photoresist-derived Carbon for Microelectro-
See mechanical Systems and Electrochemical Applications, Srikanth Ranganathan et al, Journal of The Electrochemical Society, 147 (1) 277-282, 2000. )
The photoresist used in the present invention is preferably an alkyldiazo-based positive photoresist in which the photosensitive resin is an alkyldiazo compound and the binder resin is a novolac resin, but a diazonaphthoquinone (DNQ) -novolak resin-based positive photoresist, Naphthoquinonediazide-based positive photoresists, cyclized polyisoprene-azide compound-based resists, polystyrene-based negative photoresists, and the like can be used, and similar effects can be obtained.

フォトレジストをセパレータの皮膜の出発原料に用いる場合、焼成温度が高いと、焼成中にアルミニウム基材に反りや変形が生じる等、セパレータの形状に不具合が生じる。
フォトレジストを500℃程度の低温で焼成した場合には、炭化が進行するために耐食性は確保されるが、高い抵抗値を有するため、十分な導電性を確保することができない。しかし、フォトレジストにカーボンを添加したものを還元雰囲気下(97%Ar+3%H2又は93%Ar+7%H2)、低温で焼成した場合、耐食性が保持されるとともに、十分な導電性も確保されることが本発明者等によって見出された。
When a photoresist is used as a starting material for the separator film, if the baking temperature is high, defects in the shape of the separator occur, such as warping or deformation of the aluminum substrate during baking.
When the photoresist is baked at a low temperature of about 500 ° C., the carbonization proceeds, so that corrosion resistance is ensured. However, since the resist has a high resistance value, sufficient conductivity cannot be ensured. However, when photoresist is added with carbon in a reducing atmosphere (97% Ar + 3% H2 or 93% Ar + 7% H2) and baked at a low temperature, corrosion resistance is maintained and sufficient conductivity is ensured. Was found by the present inventors.

フォトレジスト、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、メタクリル酸メチル(MMA)のいずれかの有機化合物に添加されるカーボンとしては、人造黒鉛、天然黒鉛、ケッチェンブラック、活性炭素、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、ホウ素変性アセチレンブラック(BMAB)等が使用可能である。これらのカーボンは、単独又は2種類以上を混合して用いられる。
カーボンの粒子径は、導電性を確保するという点から、0.1μmから100μmの範囲が好ましい。また、カーボン粒子の形状は、球状、繊維状、不定形のうちいずれも使用可能である。
As carbon added to any organic compound of photoresist, polyacrylonitrile (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA), methyl methacrylate (MMA), artificial graphite, natural graphite, ketjen black, activated carbon, Mesocarbon microbeads (MCMB), boron-modified acetylene black (BMAB), etc. can be used. These carbons are used alone or in combination of two or more.
The particle diameter of carbon is preferably in the range of 0.1 μm to 100 μm from the viewpoint of ensuring conductivity. Moreover, any of spherical shape, fibrous shape, and irregular shape can be used for the shape of the carbon particles.

人造黒鉛、天然黒鉛、活性炭素及びメソカーボンマイクロビーズの添加量は、フォトレジストに対して1重量%以上30重量%以下である。
ケッチェンブラックの添加量は、フォトレジストに対して1重量%以上2重量%以下である。
ホウ素変性アセチレンブラックの添加量は、フォトレジストに対して1重量%以上10重量%以下である。
各カーボンの添加量が上記に示した範囲を超えた場合、塗布が困難となり、焼成後、不導体層15及び導体層16からカーボン膜17が剥離し、耐食性を確保することができない。
また、各カーボンの添加量が1重量%未満の場合には、導電性を確保することができない。
The added amount of artificial graphite, natural graphite, activated carbon, and mesocarbon microbeads is 1 wt% or more and 30 wt% or less with respect to the photoresist.
The amount of ketjen black added is 1% by weight or more and 2% by weight or less based on the photoresist.
The amount of boron-modified acetylene black added is 1% by weight or more and 10% by weight or less based on the photoresist.
When the added amount of each carbon exceeds the range shown above, coating becomes difficult, and after firing, the carbon film 17 is peeled off from the non-conductive layer 15 and the conductive layer 16 and the corrosion resistance cannot be ensured.
Moreover, when the added amount of each carbon is less than 1% by weight, conductivity cannot be ensured.

前記有機化合物と前記カーボンの混合物を塗布する方法としては、スピンコート法、ディップコート(浸漬法)、ブレードコート法、スプレーコート法等を挙げることができるが、スピンコート法が好ましい。
焼成温度は500℃以上550℃以下である。前記有機化合物を熱処理することにより、前記有機化合物はカーボンに変化し、カーボン膜16がステップ1及び2を経た電極接触面13及び反応ガス流路用溝14に形成される。
焼成温度が550℃を超えた場合、上述したように焼成中にアルミニウム基材に反りや変形が生じる等、セパレータ10の形状に不具合が生じる。また、焼成温度が500℃未満の場合には、導電性の向上が認められない。
カーボン膜17の膜厚は、1μm〜50μm程度であれば、耐食性と導電性を確保するのに十分である。
Examples of the method for applying the mixture of the organic compound and the carbon include a spin coating method, a dip coating (dipping method), a blade coating method, and a spray coating method, and the spin coating method is preferable.
The firing temperature is 500 ° C. or higher and 550 ° C. or lower. By heat-treating the organic compound, the organic compound is changed to carbon, and a carbon film 16 is formed on the electrode contact surface 13 and the reaction gas channel groove 14 that have undergone steps 1 and 2.
When the firing temperature exceeds 550 ° C., as described above, there is a problem in the shape of the separator 10 such as warping or deformation of the aluminum base material during firing. On the other hand, when the firing temperature is less than 500 ° C., no improvement in conductivity is observed.
A film thickness of the carbon film 17 of about 1 μm to 50 μm is sufficient to ensure corrosion resistance and conductivity.

なお、図1では、カーボン膜16が金属基材12全体に形成されているが、セパレータの形状や種類によっては、金属基材12の片面にのみカーボン膜16を形成してもよい。   In FIG. 1, the carbon film 16 is formed on the entire metal base 12, but the carbon film 16 may be formed only on one side of the metal base 12 depending on the shape and type of the separator.

次に、本発明の第2の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法について説明する。なお、本発明の第1の固体高分子型燃料電池用セパレータと同一の構成については同一の符号を使用し、説明は省略する。
セパレータ11は、金属基材12表面に耐食性皮膜15を形成する第1のステップと、電極接触面13の耐食性皮膜15を研磨して、電極接触面13から耐食性皮膜15を除去する第2のステップと、耐食性皮膜15が除去された電極接触面13に、ジアゾ化ニトロベンゼンの還元反応又はピロールの電解重合反応により皮膜を形成する第3のステップと、第1、第2、第3のステップを経た電極接触面13と反応ガス流路用溝14表面に、カーボン膜16を形成する第4のステップからなる。
Next, the manufacturing method of the 2nd polymer electrolyte fuel cell separator of this invention is demonstrated. In addition, about the structure same as the 1st polymer electrolyte fuel cell separator of this invention, the same code | symbol is used and description is abbreviate | omitted.
The separator 11 has a first step of forming a corrosion-resistant film 15 on the surface of the metal substrate 12 and a second step of polishing the corrosion-resistant film 15 on the electrode contact surface 13 and removing the corrosion-resistant film 15 from the electrode contact surface 13. And a third step of forming a film on the electrode contact surface 13 from which the corrosion-resistant film 15 has been removed by a reduction reaction of diazotized nitrobenzene or an electrolytic polymerization reaction of pyrrole, and the first, second, and third steps. This is a fourth step of forming the carbon film 16 on the electrode contact surface 13 and the surface of the reactive gas flow channel groove 14.

ステップ1及びステップ2は、第1の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法と同様にして行う。
第3のステップでは、電極接触面13の耐食性皮膜15を除去した後に、サイクリックボルタモグラム(CV)によりジアゾ化ニトロベンゼンの還元反応又はピロールの電解重合反応を起こさせることにより、電極接触面13に皮膜17を形成する。
Steps 1 and 2 are performed in the same manner as in the first method for producing a polymer electrolyte fuel cell separator.
In the third step, after the corrosion-resistant film 15 on the electrode contact surface 13 is removed, a reduction reaction of diazotized nitrobenzene or an electropolymerization reaction of pyrrole is caused by cyclic voltammogram (CV), thereby forming a film on the electrode contact surface 13. 17 is formed.

例えば、金属基材12としてアルミ合金を用いた場合、ジアゾ化ニトロベンゼンの還元反応により、炭素とアルミニウム原子が結合し、基材との密着性が確保される。還元反応で生成された皮膜17は、焼成後もアルミニウム原子と炭素の結合が残存するため、電極接触面13の耐食性及び導電性を向上させることができる。
また、ピロールの電解重合を行った場合、電極接触面13にピロールのポリマーの皮膜17が生成され、アルミ合金中の細孔内部に有機物が入ることによって、基材との密着性が確保される。また、焼成後、アルミニウム原子と炭素原子が結合するため、電極接触面13の耐食性及び導電性を向上させることができる。
第4のステップでは、第1、第2、第3のステップを経た電極接触面13と反応ガス流路用溝14表面に、カーボン膜16を形成する。カーボン膜の形成方法は、第1の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法におけるステップ3と同様である。
For example, when an aluminum alloy is used as the metal substrate 12, carbon and aluminum atoms are bonded by the reduction reaction of diazotized nitrobenzene, and adhesion with the substrate is ensured. Since the film 17 produced by the reduction reaction retains the bonds between aluminum atoms and carbon even after firing, the corrosion resistance and conductivity of the electrode contact surface 13 can be improved.
In addition, when pyrrole is electropolymerized, a film 17 of pyrrole polymer is formed on the electrode contact surface 13, and organic substances enter inside the pores in the aluminum alloy, thereby ensuring adhesion with the substrate. . Moreover, since an aluminum atom and a carbon atom couple | bond together after baking, the corrosion resistance and electroconductivity of the electrode contact surface 13 can be improved.
In the fourth step, the carbon film 16 is formed on the electrode contact surface 13 and the surface of the reactive gas flow channel groove 14 that have undergone the first, second, and third steps. The method for forming the carbon film is the same as Step 3 in the first method for producing a polymer electrolyte fuel cell separator.

以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples. However, the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
金属基材として、縦30mm×横30mm×厚さ0.5mmのアルミ合金(A5052P)を用いた。
空気中、炭化珪素とオクタデカンのスラリーで基材表面の自然酸化膜を研磨して自然酸化膜を除去した後、有機溶剤を用いて基材表面の超音波洗浄を行った。
ポリアクリロニトリル(PAN)に、平均粒径10μmの人造黒鉛を30重量%添加し超音波にて均一に混合して、コーティング溶液を調製した。
これを基材表面に滴下し、スピンコーターで基材両面に膜を形成した(回転速度1000〜2000rpm)。乾燥温度100℃で約2時間乾燥させて膜を固化させた後、アルゴン−水素混合ガス中、550℃で4時間焼成し、基材表面にカーボン膜を形成した。
Example 1
As the metal substrate, an aluminum alloy (A5052P) having a length of 30 mm × width of 30 mm × thickness of 0.5 mm was used.
After polishing the natural oxide film on the substrate surface with a slurry of silicon carbide and octadecane in air to remove the natural oxide film, the substrate surface was ultrasonically cleaned using an organic solvent.
30% by weight of artificial graphite having an average particle size of 10 μm was added to polyacrylonitrile (PAN) and uniformly mixed with ultrasonic waves to prepare a coating solution.
This was dropped on the substrate surface, and a film was formed on both surfaces of the substrate with a spin coater (rotational speed 1000 to 2000 rpm). After drying at a drying temperature of 100 ° C. for about 2 hours to solidify the film, the film was baked in an argon-hydrogen mixed gas at 550 ° C. for 4 hours to form a carbon film on the substrate surface.

(実施例2)
実施例1において、ポリアクリロニトリル(PAN)を東京応化工業株式会社製のフォトレジスト(製品番号:OFPR5000 50CP)に替え、人造黒鉛の添加量を1重量%に変え、それ以外は実施例1と同様にして、基材表面にカーボン膜を形成した。
(Example 2)
In Example 1, polyacrylonitrile (PAN) is replaced with a photoresist (product number: OFPR5000 50CP) manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., and the amount of artificial graphite is changed to 1% by weight. Otherwise, the same as in Example 1 Thus, a carbon film was formed on the substrate surface.

(実施例3)
実施例1において、基材表面の研磨を不活性雰囲気中で行い、それ以外は実施例1と同様にして、基材表面にカーボン膜を形成した。
(Example 3)
In Example 1, the substrate surface was polished in an inert atmosphere, and a carbon film was formed on the substrate surface in the same manner as in Example 1 except that.

(実施例4)
実施例2において、基材表面の研磨を不活性雰囲気中で行い、それ以外は実施例2と同様にして、基材表面にカーボン膜を形成した。
Example 4
In Example 2, the substrate surface was polished in an inert atmosphere, and a carbon film was formed on the substrate surface in the same manner as in Example 2 except that.

(実施例5)
実施例3において、ポリアクリロニトリル(PAN)をポリメタクリル酸メチル(PMMA)に替え、それ以外は実施例3と同様にして、基材表面にカーボン膜を形成した。
(Example 5)
In Example 3, polyacrylonitrile (PAN) was replaced with polymethyl methacrylate (PMMA), and a carbon film was formed on the substrate surface in the same manner as in Example 3 except that.

(実施例6)
実施例4において、人造黒鉛を平均粒径34.0nmのケッチェンブラックに替え、それ以外は実施例4と同様にして、基材表面にカーボン膜を形成した。
(Example 6)
In Example 4, artificial graphite was replaced with ketjen black having an average particle size of 34.0 nm, and a carbon film was formed on the substrate surface in the same manner as in Example 4 except that.

(実施例7)
金属基材として、縦30mm×横30mm×厚さ0.5mmのアルミ合金(A5052P)を用いた。
不活性雰囲気中、炭化珪素とオクタデカンのスラリーで基材表面の自然酸化膜を研磨し、自然酸化膜を除去した後、ジアゾ化ニトロベンゼン、アセトニトリル、テトラブチルアンモニウムフルオルボーレートの電解液中、参照電極に銀電極、対極に白金を用い、サイクリックボルタモグラム(CV)によりジアゾ化ニトロベンゼンの還元反応を行い、基材両面に皮膜を形成した。この後、有機溶剤を用いて基材表面の超音波洗浄を行った。
東京応化工業株式会社製のフォトレジスト(製品番号:OFPR5000 50CP)に、平均粒径10μmの人造黒鉛を1重量%添加し超音波にて均一に混合して、コーティング溶液を調製した。
これを基材表面に滴下し、スピンコーターで基材両面に膜を形成した(回転速度1000〜2000rpm)。乾燥温度100℃で約2時間乾燥させて膜を固化させた後、アルゴン−水素混合ガス中、550℃で4時間焼成し、基材表面にカーボン膜を形成した。
(Example 7)
As the metal substrate, an aluminum alloy (A5052P) having a length of 30 mm × width of 30 mm × thickness of 0.5 mm was used.
After polishing the natural oxide film on the substrate surface with a slurry of silicon carbide and octadecane in an inert atmosphere, removing the natural oxide film, the reference electrode in the electrolyte solution of diazotized nitrobenzene, acetonitrile, tetrabutylammonium fluoroborate A silver electrode was used for the electrode and platinum was used for the counter electrode, and the diazotized nitrobenzene was reduced by cyclic voltammogram (CV) to form films on both sides of the substrate. Thereafter, ultrasonic cleaning of the substrate surface was performed using an organic solvent.
A coating solution was prepared by adding 1% by weight of artificial graphite having an average particle diameter of 10 μm to a photoresist (product number: OFPR5000 50CP) manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. and uniformly mixing with ultrasonic waves.
This was dropped on the substrate surface, and a film was formed on both surfaces of the substrate with a spin coater (rotational speed 1000 to 2000 rpm). After drying at a drying temperature of 100 ° C. for about 2 hours to solidify the film, the film was baked in an argon-hydrogen mixed gas at 550 ° C. for 4 hours to form a carbon film on the substrate surface.

(実施例8)
実施例7と同様のアルミ合金を用い、不活性雰囲気中、炭化珪素とオクタデカンのスラリーで基材表面の自然酸化膜を研磨し、自然酸化膜を除去した後、アセトニトリル中、サイクリックボルタモグラム(CV)により、ピロール誘導体の電解重合を行ってピロール誘導体のポリマーを生成させ、基材両面に皮膜を形成した。この後、有機溶剤を用いて基材表面の超音波洗浄を行った。この後、実施例7と同様の条件で、基材表面にカーボン膜を形成した。
(Example 8)
The same aluminum alloy as in Example 7 was used, and the natural oxide film on the substrate surface was polished with a slurry of silicon carbide and octadecane in an inert atmosphere. After removing the natural oxide film, cyclic voltammogram (CV) in acetonitrile was used. ), The pyrrole derivative was subjected to electrolytic polymerization to form a polymer of the pyrrole derivative, and a film was formed on both surfaces of the substrate. Thereafter, ultrasonic cleaning of the substrate surface was performed using an organic solvent. Thereafter, a carbon film was formed on the substrate surface under the same conditions as in Example 7.

(比較例1)
実施例1と同じ基材を空気中にて自然酸化させた。基材表面の自然酸化膜を除去せず、カーボン膜も形成しなかった。
実施例1〜8及び比較例1のカーボン膜出発原料、カーボンの種類及び添加量、基材の表面処理方法をまとめて表1に示す。
(Comparative Example 1)
The same substrate as in Example 1 was naturally oxidized in air. The natural oxide film on the substrate surface was not removed, and no carbon film was formed.
Table 1 summarizes the carbon film starting materials of Examples 1 to 8 and Comparative Example 1, the type and amount of carbon added, and the surface treatment method of the substrate.

Figure 2006302529
Figure 2006302529

(耐食性評価:ICP測定)
上記の実施例・比較例に対して、耐食性の評価を行った。
pH2の硫酸にフッ素イオンを2ppm添加した80℃の水溶液中に基材を浸し、ICP測定により、水溶液中のアルミニウム濃度を測定した。測定結果を図2に示す。
(Corrosion resistance evaluation: ICP measurement)
The corrosion resistance was evaluated for the above-described examples and comparative examples.
The substrate was immersed in an 80 ° C. aqueous solution in which 2 ppm of fluorine ions were added to sulfuric acid at pH 2, and the aluminum concentration in the aqueous solution was measured by ICP measurement. The measurement results are shown in FIG.

図2より、実施例1〜8のアルミニウム濃度は、0時間〜約400時間まで上昇するが、それ以降はほとんど上昇しないことが分かる。これは、実施例1〜8の基材に形成されたカーボン膜が緻密であるため、ピンホールの発生が抑えられ、溶出イオン溶出量が少なくなるものと考えられる。
比較例1のアルミニウム濃度は、基材表面の自然酸化膜(酸化アルミニウム膜)が耐食性を有するために、初期においては比較的低い値を示している。しかし、800時間以降、酸化アルミニウム膜が破壊されてしまった後は、加速度的に溶出イオン量が増え、急速に腐食が進行すると考えられる。
From FIG. 2, it can be seen that the aluminum concentrations of Examples 1 to 8 increase from 0 hours to about 400 hours, but hardly increase thereafter. This is probably because the carbon films formed on the base materials of Examples 1 to 8 are dense, so that the generation of pinholes is suppressed and the amount of eluted ions is reduced.
The aluminum concentration of Comparative Example 1 shows a relatively low value in the initial stage because the natural oxide film (aluminum oxide film) on the substrate surface has corrosion resistance. However, after the aluminum oxide film has been destroyed after 800 hours, the amount of ions eluted is considered to increase at an accelerated rate and the corrosion proceeds rapidly.

(実施例9:セパレータの試作)
縦10cm×横10cm×厚さ0.5mmのアルミ合金(A5052P)に、深さ0.3mm、幅2.0mmの反応ガス流路用溝を形成して、基材を作製した。
水酸化ナトリウム水溶液中にこの基材を10分間浸した後水洗いし、次いで硝酸水溶液中に10分間浸した後水洗いした。この後、シュウ酸電解液中で30分間、陽極酸化し、基材表面に厚さ4μmのアルマイト皮膜(耐食性皮膜)を形成した。超純水で30分間煮沸して封孔処理した後、不活性雰囲気中、炭化珪素とオクタデカンのスラリーで基材表面のアルマイト皮膜を研磨して電極接触面のアルマイト皮膜を除去し、有機溶剤を用いて基材表面の超音波洗浄を行った。
東京応化工業株式会社製のフォトレジスト(製品番号:OFPR5000 50CP)に、平均粒径10μmの天然黒鉛を1重量%添加し超音波にて均一に混合して、コーティング溶液を調製した。
これを基材表面に滴下し、スピンコーターで基材両面に膜を形成した(回転速度1000〜2000rpm)。乾燥温度100℃で約2時間乾燥させて膜を固化させた後、アルゴン−水素混合ガス中、550℃で4時間焼成し、基材表面にカーボン膜を形成し、セパレータを作製した。
(Example 9: Trial manufacture of separator)
A reaction gas channel groove having a depth of 0.3 mm and a width of 2.0 mm was formed in an aluminum alloy (A5052P) having a length of 10 cm, a width of 10 cm, and a thickness of 0.5 mm to prepare a substrate.
The substrate was immersed in an aqueous sodium hydroxide solution for 10 minutes and then washed with water, and then immersed in an aqueous nitric acid solution for 10 minutes and then washed with water. Thereafter, anodization was performed in an oxalic acid electrolyte for 30 minutes to form an alumite film (corrosion resistance film) having a thickness of 4 μm on the surface of the substrate. After boiling for 30 minutes in ultrapure water and sealing, the alumite film on the substrate surface is polished with a slurry of silicon carbide and octadecane in an inert atmosphere to remove the alumite film on the electrode contact surface, and the organic solvent is removed. The substrate surface was subjected to ultrasonic cleaning.
A coating solution was prepared by adding 1 wt% of natural graphite having an average particle size of 10 μm to a photoresist (product number: OFPR5000 50CP) manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. and uniformly mixing with ultrasonic waves.
This was dropped on the substrate surface, and a film was formed on both surfaces of the substrate with a spin coater (rotational speed 1000 to 2000 rpm). After drying at a drying temperature of 100 ° C. for about 2 hours to solidify the film, the film was baked in an argon-hydrogen mixed gas at 550 ° C. for 4 hours to form a carbon film on the substrate surface, thereby producing a separator.

(セパレータの耐食性評価)
耐食性試験用のセル(電解槽)を作製し、分極測定を行った。
pH2の硫酸にフッ素イオンを2ppm添加した80℃の水溶液中に基材を浸し、対極にカーボン電極、参照極にAg/AgCl電極を用いて、腐食電流の計測を行った。腐食曲線の走査範囲は開回路電位より±0.2Vの範囲において行い、走査速度は1mV/secで計測を行った。浸漬後40日後の腐食電流密度は、0.3μA/cm2であった。
(Evaluation of corrosion resistance of separator)
A cell (electrolyzer) for a corrosion resistance test was prepared, and polarization measurement was performed.
Corrosion current was measured by immersing the substrate in an 80 ° C. aqueous solution in which 2 ppm of fluorine ions were added to pH 2 sulfuric acid, using a carbon electrode as a counter electrode and an Ag / AgCl electrode as a reference electrode. The corrosion curve was scanned in a range of ± 0.2 V from the open circuit potential, and the scanning speed was 1 mV / sec. The corrosion current density after 40 days from immersion was 0.3 μA / cm 2 .

(セパレータの導電性評価)
セパレータを両側から銀板電極で挟み、荷重10kgNをかけて4端子法にて測定した。接触抵抗は4.18×10-3Ωcm2であった。
(Evaluation of conductivity of separator)
The separator was sandwiched between silver plate electrodes from both sides, and a load of 10 kgN was applied, and measurement was performed by the 4-terminal method. The contact resistance was 4.18 × 10 −3 Ωcm 2 .

上記のセパレータの耐食性・導電性評価より、電極接触面に高導電性表面加工を施し、反応ガス流路用溝に高耐食性表面加工を施し、さらに原子レベルの平滑なカーボン膜で電極接触面と反応ガス流路用溝を被覆することで、基材の腐食を防止するとともに、接触抵抗を小さくすることができることが分かる。   From the corrosion resistance / conductivity evaluation of the separator described above, the electrode contact surface is subjected to high conductivity surface treatment, the reaction gas flow channel groove is subjected to high corrosion resistance surface treatment, and the atomic contact surface is made of a smooth carbon film. It can be seen that coating the reaction gas channel groove can prevent corrosion of the substrate and reduce the contact resistance.

本発明の固体高分子型燃料電池用セパレータを中心とする燃料電池の部分概略図。The fragmentary schematic diagram of the fuel cell centering on the separator for polymer electrolyte fuel cells of this invention. 実施例及び比較例のICP測定結果を示すグラフ。The graph which shows the ICP measurement result of an Example and a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

10,11:固体高分子型燃料電池用セパレータ
12:金属基材
13:電極接触面
14:反応ガス流路用溝
15:耐食性皮膜
16:カーボン膜
17:皮膜
20:電極(膜電極接合体)
30:固体高分子型燃料電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,11: Separator for polymer electrolyte fuel cells 12: Metal base material 13: Electrode contact surface 14: Groove for reaction gas flow path 15: Corrosion-resistant film 16: Carbon film 17: Film 20: Electrode (membrane electrode assembly)
30: Polymer electrolyte fuel cell

Claims (5)

金属基材からなり、電極接触面と反応ガス流路用溝とを具えた固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記金属基材表面に耐食性皮膜を形成する第1のステップと、
前記電極接触面の前記耐食性皮膜を研磨して、前記電極接触面から耐食性皮膜を除去する第2のステップと、
フォトレジスト、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、メタクリル酸メチル(MMA)のいずれかの有機化合物にカーボンを添加して前記有機化合物とカーボンの混合物を調製し、第1及び第2のステップを経た前記電極接触面と反応ガス流路用溝表面に、前記混合物を塗布して焼成温度500℃以上550℃以下で焼成することによりカーボン膜を形成する第3のステップからなることを特徴とする、
固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
A method for producing a separator for a polymer electrolyte fuel cell comprising a metal substrate and comprising an electrode contact surface and a reaction gas flow channel,
A first step of forming a corrosion-resistant film on the surface of the metal substrate;
A second step of polishing the corrosion-resistant film on the electrode contact surface to remove the corrosion-resistant film from the electrode contact surface;
Carbon is added to an organic compound of any one of photoresist, polyacrylonitrile (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA), and methyl methacrylate (MMA) to prepare a mixture of the organic compound and carbon. It comprises a third step of forming a carbon film by applying the mixture to the electrode contact surface and the groove surface for the reaction gas flow path that have undergone step 2 and firing at a firing temperature of 500 ° C. or higher and 550 ° C. or lower. Characterized by the
A method for producing a polymer electrolyte fuel cell separator.
金属基材からなり、電極接触面と反応ガス流路用溝とを具えた固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記金属基材表面に耐食性皮膜を形成する第1のステップと、
前記電極接触面の前記耐食性皮膜を研磨して、前記電極接触面から耐食性皮膜を除去する第2のステップと、
前記耐食性皮膜が除去された電極接触面に、ジアゾ化ニトロベンゼンの還元反応又はピロールの電解重合反応により皮膜を形成する第3のステップと、
フォトレジスト、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、メタクリル酸メチル(MMA)のいずれかの有機化合物にカーボンを添加して前記有機化合物とカーボンの混合物を調製し、第1、第2、第3のステップを経た前記電極接触面と反応ガス流路用溝表面に、前記混合物を塗布して焼成温度500℃以上550℃以下で焼成することによりカーボン膜を形成する第4のステップからなることを特徴とする、
固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。
A method for producing a separator for a polymer electrolyte fuel cell comprising a metal substrate and comprising an electrode contact surface and a reaction gas flow channel,
A first step of forming a corrosion-resistant film on the surface of the metal substrate;
A second step of polishing the corrosion-resistant film on the electrode contact surface to remove the corrosion-resistant film from the electrode contact surface;
A third step of forming a film on the electrode contact surface from which the corrosion-resistant film has been removed by a reduction reaction of diazotized nitrobenzene or an electrolytic polymerization reaction of pyrrole;
Carbon is added to any organic compound of photoresist, polyacrylonitrile (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA), or methyl methacrylate (MMA) to prepare a mixture of the organic compound and carbon. 2. A fourth step of forming a carbon film by applying the mixture to the electrode contact surface and the reaction gas channel groove surface that have undergone the third step and firing at a firing temperature of 500 ° C. or higher and 550 ° C. or lower. It is characterized by consisting of
A method for producing a polymer electrolyte fuel cell separator.
前記耐食性皮膜が前記金属基材の酸化被膜又はフッ素樹脂からなる皮膜である、請求項1又は2の固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。   The method for producing a separator for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the corrosion-resistant film is an oxide film of the metal substrate or a film made of a fluororesin. 前記フォトレジストがアルキルジアゾ系ポジ型フォトレジストである,請求項1から3のいずれかの固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。   4. The method for producing a solid polymer fuel cell separator according to claim 1, wherein the photoresist is an alkyldiazo-based positive photoresist. 前記カーボンが人造黒鉛、天然黒鉛、ケッチェンブラック、活性炭素、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、ホウ素変性アセチレンブラック(BMAB)のうちのひとつ又は2種類以上を混合したものである、請求項1から4のいずれかの固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法。

The carbon is a mixture of one or more of artificial graphite, natural graphite, ketjen black, activated carbon, mesocarbon microbeads (MCMB), and boron-modified acetylene black (BMAB). 4. The method for producing a separator for a polymer electrolyte fuel cell according to any one of 4 above.

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