JP2007134107A - Separator for fuel cell, its manufacturing method and fuel cell - Google Patents

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登 高柳
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博道 中田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell separator of a type which maintains corrosion resistance by its substrate and secures contact resistance by a carbon system membrane (C membrane), in which deterioration of contact resistance is suppressed as much as possible and hydrophilicity of the surface is carried out. <P>SOLUTION: This is the fuel cell separator in which a carbon based membrane (C membrane) in which one kind or more of metal oxides selected from an oxide of element of Si, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, and W is made a complex and contained in the separator substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池用セパレータ、及びその製造方法に関し、更に該セパレータを備えた燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell separator and a method for manufacturing the same, and further relates to a fuel cell including the separator.

固体高分子型燃料電池では、電解質膜を挟んで対峙する2つの電極(酸素極と燃料極)に、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスとをそれぞれ供給することにより、次式(1)に示すカソード反応および次式(2)に示すアノード反応が行なわれ、化学エネルギが直接電気エネルギに変換される。
カソード反応(酸素極):2H++2e+(1/2)O→HO …(1)
アノード反応(燃料極):H→2H+2e…(2)
(1)式の反応を連続的にかつ円滑に行なうためには、酸素極で発生する水を速やかに排除して酸素極に酸化ガスを連続的に供給する必要がある。通常、酸素極への酸化ガスの供給流路は、酸素極側の集電極に形成されたリブと酸素極の表面とにより形成されており、この供給流路が生成水の排出流路をも兼ねている。したがって、酸化ガスの供給流路における生成水の速やかな排出が求められる。
In a polymer electrolyte fuel cell, a fuel gas containing hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen are respectively supplied to two electrodes (an oxygen electrode and a fuel electrode) facing each other with an electrolyte membrane interposed therebetween. The cathodic reaction shown in (1) and the anodic reaction shown in the following formula (2) are performed, and chemical energy is directly converted into electric energy.
Cathode reaction (oxygen electrode): 2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O (1)
Anode reaction (fuel electrode): H 2 → 2H + + 2e (2)
In order to perform the reaction of the formula (1) continuously and smoothly, it is necessary to quickly remove water generated at the oxygen electrode and continuously supply the oxidizing gas to the oxygen electrode. Usually, the supply channel for the oxidizing gas to the oxygen electrode is formed by a rib formed on the collector electrode on the oxygen electrode side and the surface of the oxygen electrode, and this supply channel also has a discharge channel for the generated water. Also serves as. Therefore, prompt discharge of the generated water in the oxidizing gas supply channel is required.

また、(2)式の反応を連続的にかつ円滑に行なうためには、燃料極に燃料ガスを連続的に供給すると共に燃料極で発生した水素イオンを電解質膜中にスムーズに拡散させる必要もある。水素イオンは電解質膜中の水と結合して水和状態となって電解質膜中を移動するから、燃料極付近の水が不足しないよう電解質膜に外部から水を補給しなければならない。こうした燃料極への水の補給は、燃料ガスを加湿して水蒸気圧を高めることにより行なわれる。こうした燃料ガスが、運転開始直後で定常運転時の温度に達していない燃料電池に供給された場合や、水蒸気が過飽和となった燃料ガスが燃料電池に供給された場合には、燃料極側の集電極に形成されたリブと燃料極の表面とにより形成される燃料ガスの供給流路の形成面に水蒸気が結露し、燃料ガスのスムースな流れを妨げる場合を生じる。したがって、燃料ガスの供給流路の形成面に結露した水を速やかに排出することが求められる。   In addition, in order to perform the reaction of the formula (2) continuously and smoothly, it is necessary to continuously supply the fuel gas to the fuel electrode and to smoothly diffuse the hydrogen ions generated at the fuel electrode into the electrolyte membrane. is there. Since hydrogen ions combine with water in the electrolyte membrane and move through the electrolyte membrane in a hydrated state, the electrolyte membrane must be replenished with water from the outside so as not to run out of water near the fuel electrode. Such replenishment of water to the fuel electrode is performed by humidifying the fuel gas and increasing the water vapor pressure. When such fuel gas is supplied to a fuel cell that has not reached the temperature during steady operation immediately after the start of operation, or when fuel gas with water vapor supersaturated is supplied to the fuel cell, In some cases, water vapor condenses on the formation surface of the fuel gas supply flow path formed by the rib formed on the collector electrode and the surface of the fuel electrode, thereby obstructing the smooth flow of the fuel gas. Therefore, it is required to quickly discharge water condensed on the formation surface of the fuel gas supply channel.

従来、こうした要望に応える燃料電池としては、集電極と電極とで形成する燃料ガスまたは酸化ガスの供給流路の形成面にフッ素樹脂の被膜を形成したものが提案されている。これらの燃料電池では、燃料ガスまたは酸化ガスの供給流路の形成面にフッ素樹脂の被膜を形成し、燃料ガスまたは酸化ガスの供給流路の形成面を撥水性とすることにより、供給流路内に生じる水の供給流路からの排水性を高めている。   Conventionally, as a fuel cell that meets such demands, a fuel cell in which a coating film of a fluororesin is formed on the surface of the supply flow path of the fuel gas or the oxidizing gas formed by the collector electrode and the electrode has been proposed. In these fuel cells, a supply path is formed by forming a fluororesin coating on the formation surface of the fuel gas or oxidant gas supply passage and making the formation surface of the fuel gas or oxidant gas supply passage water-repellent. The drainage from the water supply flow path generated inside is enhanced.

また、燃料ガスまたは酸化ガスの供給流路に生じる水の排出性を高めるため、供給流路の出口端面にフッ素樹脂の被膜を形成した燃料電池も提案されている。この燃料電池では、供給流路の出口端面にもフッ素樹脂の被膜を形成して撥水性とすることにより、供給流路の出口付近における水の排水性の向上を図っている。   In addition, a fuel cell in which a fluororesin coating is formed on the outlet end face of the supply channel has been proposed in order to enhance the discharge of water generated in the supply channel of the fuel gas or the oxidizing gas. In this fuel cell, water drainage in the vicinity of the outlet of the supply channel is improved by forming a fluororesin coating on the outlet end surface of the supply channel to make it water repellent.

しかしながら、こうした供給流路の形成面にフッ素樹脂の被膜を形成する燃料電池では、燃料ガスまたは酸化ガスの供給流路の幅または奥行きを狭くすると、供給流路に生じる水により供給流路の一部を塞いで燃料ガスまたは酸化ガスの流れを阻害する場合を生じ、燃料電池の運転効率を低下させるという問題があった。   However, in such a fuel cell in which a coating film of fluororesin is formed on the surface where the supply channel is formed, if the width or depth of the fuel gas or oxidant gas supply channel is reduced, water generated in the supply channel causes a part of the supply channel. There is a problem that the operation efficiency of the fuel cell is lowered by blocking the flow of the fuel gas or the oxidizing gas.

そこで、燃料電池のセパレータの表面を親水性にして排水性を向上させることが考えられた。一般的に、親水性を向上する方法としては、親水性を有する材料系を添加するなどの膜自体の親水性を向上する方法(例えば、下記特許文献1)と、親水材の塗布(TiOなど)やプラズマ処理などの表面処理により官能基を付与する方法(例えば、下記特許文献2、特許文献3)がある。 Accordingly, it has been considered to improve the drainage by making the surface of the separator of the fuel cell hydrophilic. In general, as a method for improving the hydrophilicity, a method for improving the hydrophilicity of the film itself (for example, Patent Document 1 below) such as addition of a hydrophilic material system, and a hydrophilic material coating (TiO 2). Etc.) and a method of imparting a functional group by surface treatment such as plasma treatment (for example, Patent Document 2 and Patent Document 3 below).

次世代の燃料電池用メタルセパレータとしては、耐食性はFe系、Ti系などの基材で持たせ、接触抵抗を安価な表面処理で確保することが検討中である。例えば、SUS316Lを基材とし、その表面にAu膜を低抵抗膜として10nm、C塗膜を高耐食膜として10μm表面処理して、導電性と耐食性を付与させたものがあるが、高価である。高価な貴金属に代わりうる低コストな低抵抗処理としてはC膜があり、条件検討によって低抵抗を確保できるようになった。残された課題は、電池内の排水性向上のためのC膜の親水性向上である。   As a next-generation metal separator for fuel cells, it is under consideration to provide corrosion resistance with an Fe-based or Ti-based substrate and to ensure contact resistance with an inexpensive surface treatment. For example, SUS316L is used as a base material, and the surface thereof is Au treated with 10 nm as a low resistance film and C coating as a high corrosion resistance film to give conductivity and corrosion resistance, but it is expensive. . As a low-cost low-resistance treatment that can replace expensive noble metals, there is a C film, and low resistance can be secured by examining conditions. The remaining problem is improving the hydrophilicity of the C film for improving the drainage in the battery.

親水性元素(B、Nなど)を添加するという膜自体の親水性改善方法の場合、添加元素によって親水性は改善するものの、膜中に絶縁性のセラミックス(棚化物、窒化物)が生成し、導電性が悪化するという問題がある。又、TiOなどの親水材塗布やプラズマ処理などの表面処理による官能基付与方法では、親水基を表面に付与することで親水性は改善するが、導電性の低い極性を持ったOH基が膜表面に形成されることで、接触抵抗は増加するという問題がある。 In the case of a method for improving the hydrophilicity of the film itself by adding a hydrophilic element (B, N, etc.), although the hydrophilicity is improved by the added element, insulating ceramics (shelfed products, nitrides) are formed in the film. There is a problem that conductivity is deteriorated. In addition, in the functional group imparting method by applying a hydrophilic material such as TiO 2 or surface treatment such as plasma treatment, the hydrophilicity is improved by imparting the hydrophilic group to the surface, but the OH group having low conductivity and having polarity is low. There is a problem that the contact resistance increases by being formed on the film surface.

他方、下記特許文献4には、アノード、カソードとの接触電気抵抗が小さく、且つ、耐食性に優れた高分子固体電解質燃料電池用セパレータとして、セパレータの表面に、主に水素及び炭素から構成されるダイヤモンド状炭素から成る層を有し、該ダイヤモンド状炭素から成る層に、水素、炭素以外のドーパントを含有させる発明が開示されている。   On the other hand, in Patent Document 4 below, a separator for a polymer solid electrolyte fuel cell having a small contact electric resistance with an anode and a cathode and excellent in corrosion resistance is mainly composed of hydrogen and carbon on the surface of the separator. An invention is disclosed in which a layer made of diamond-like carbon is included, and the layer made of diamond-like carbon contains a dopant other than hydrogen and carbon.

特表2003−534223号公報Special table 2003-534223 gazette 特開平11−110743号公報JP-A-11-110743 特開2005−146060号公報JP 2005-146060 A 特開2005−93172号公報JP-A-2005-93172

本発明は、耐食性は基材で持たせ、接触抵抗を炭素系膜(C膜)にて確保するタイプの燃料電池用セパレータにおいて、その接触抵抗の悪化を極力抑制しつつ、表面の親水化を行なうことを目的とする。   In the fuel cell separator of the present invention, in which corrosion resistance is provided by a base material and contact resistance is ensured by a carbon-based membrane (C film), the surface is made hydrophilic while suppressing deterioration of the contact resistance as much as possible. The purpose is to do.

本発明者らは、特定の化合物が複合化された炭素系膜(C膜)をセパレータ基板上に形成することによって上記課題が解決されることを見出し、本発明に到達した。   The present inventors have found that the above problem can be solved by forming a carbon-based film (C film) in which a specific compound is compounded on a separator substrate, and have reached the present invention.

即ち、第1に、本発明は、燃料電池用セパレータの発明であり、セパレータ基板上に、Si、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、Wの元素の酸化物から選択される1種以上の金属酸化物が複合化されて含有する炭素系膜(C膜)が形成されている。これらの金属元素は比較的酸化物を形成能が高く、後述するような方法により、容易に酸化されて金属酸化物微粒子となって、炭素系膜(C膜)中に複合化される。炭素系膜(C膜)自体が疎水性であるのに対して、複合化された金属酸化物微粒子は親水性を奏し、セパレータ付近の過剰の水分を排水するのに役立つ。   That is, first, the present invention is an invention of a separator for a fuel cell, and is selected from oxides of elements of Si, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, and W on the separator substrate. A carbon-based film (C film) containing a composite of one or more metal oxides is formed. These metal elements have a relatively high ability to form oxides, and are easily oxidized to form metal oxide fine particles by a method as described later, and are combined into a carbon-based film (C film). While the carbon-based film (C film) itself is hydrophobic, the composite metal oxide fine particles have hydrophilicity and help drain excess water near the separator.

本発明の燃料電池用セパレータは、表面に形成され、金属酸化物が複合化されて含有する炭素系膜(C膜)によって、十分に親水化されている。具体的には、炭素系膜(C膜)表面の接触角が、75°以下であることが好ましい。   The fuel cell separator of the present invention is sufficiently hydrophilized by a carbon-based film (C film) formed on the surface and containing a composite of metal oxide. Specifically, the contact angle on the surface of the carbon-based film (C film) is preferably 75 ° or less.

同時に、本発明の燃料電池用セパレータは、表面に形成され、金属酸化物が複合化されて含有する炭素系膜(C膜)によって、接触抵抗が抑制されている。具体的には、炭素系膜(C膜)表面の接触抵抗が、10mΩ・cm以下であることが好ましい。 At the same time, the contact resistance is suppressed by the carbon-based film (C film) that is formed on the surface of the separator for a fuel cell of the present invention and that contains a metal oxide in a composite form. Specifically, the contact resistance on the surface of the carbon-based film (C film) is preferably 10 mΩ · cm 2 or less.

更に具体的には、複合化金属がTiである場合には、Tiが炭素系膜(C膜)中に1〜13at%存在することが、表面の親水化と接触抵抗の抑制に十分な効果を奏する。同様に、複合化金属がSiである場合には、Siが炭素系膜(C膜)中に2〜15at%存在することが、表面の親水化と接触抵抗の抑制に十分な効果を奏する。   More specifically, when the composite metal is Ti, the presence of 1 to 13 at% of Ti in the carbon-based film (C film) is sufficient for hydrophilizing the surface and suppressing contact resistance. Play. Similarly, when the composite metal is Si, the presence of 2 to 15 at% in the carbon-based film (C film) has a sufficient effect for hydrophilizing the surface and suppressing contact resistance.

本発明の燃料電池用セパレータは、基板上に形成される炭素系膜(C膜)の膜厚が薄くても十分な効果を奏する。例えば、膜厚10nm〜100nmが好ましい。   The separator for a fuel cell of the present invention has a sufficient effect even if the carbon-based film (C film) formed on the substrate is thin. For example, a film thickness of 10 nm to 100 nm is preferable.

本発明の燃料電池用セパレータにおいて、炭素系膜(C膜)として、ダイアモンド状炭素質(DLC)膜が好適に用いられる。ダイアモンド状炭素質(DLC)膜の形成時に、同時に金属元素を複合化させれば良い。   In the fuel cell separator of the present invention, a diamond-like carbonaceous (DLC) film is suitably used as the carbon-based film (C film). What is necessary is just to combine a metal element simultaneously at the time of formation of a diamond-like carbonaceous (DLC) film | membrane.

本発明の燃料電池用セパレータは、金属酸化物が複合化されて含有する炭素系膜(C膜)が表面に形成されていれば、他の中間層を有していても良い。例えば、セパレータ基板と炭素系膜(C膜)の間に金属層を有する場合も、本発明に含まれる。   The separator for a fuel cell of the present invention may have another intermediate layer as long as a carbon-based film (C film) containing a composite of metal oxide is formed on the surface. For example, a case where a metal layer is provided between the separator substrate and the carbon-based film (C film) is also included in the present invention.

本発明の燃料電池用セパレータのセパレータ基板としては、各種材質のものが用いられる。金属基板としては、SUSまたはTiが好ましい。   As the separator substrate of the fuel cell separator of the present invention, various materials are used. As the metal substrate, SUS or Ti is preferable.

第2に、本発明は、燃料電池用セパレータの製造方法の発明であり、セパレータ基板上に、Si、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、Wから選択される1種以上の金属元素が複合化されて含有する炭素系膜(C膜)を形成する工程と、該炭素系膜(C膜)中に複合化された金属元素をドライ及び/又はウエットな親水化処理により金属酸化物とする工程とを有する。   2ndly, this invention is invention of the manufacturing method of the separator for fuel cells, and is 1 type selected from Si, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W on a separator board | substrate. A step of forming a carbon-based film (C film) containing the above metal elements in a composite form, and a dry and / or wet hydrophilization treatment of the metal elements composited in the carbon-based film (C film) And a step of forming a metal oxide.

本発明の燃料電池用セパレータの製造方法において、炭素系膜(C膜)中に複合化された金属元素は、ドライ及び/又はウエットな親水化処理により金属酸化物となる。ここで、ドライな親水化処理としては、プラズマ処理や紫外線照射が好ましく例示される。ウエットな親水化処理としては、強酸中で電圧を印加する浸漬処理が好ましく例示される。   In the method for producing a fuel cell separator of the present invention, the metal element compounded in the carbon-based film (C film) becomes a metal oxide by dry and / or wet hydrophilization treatment. Here, the dry hydrophilic treatment is preferably exemplified by plasma treatment and ultraviolet irradiation. As the wet hydrophilic treatment, an immersion treatment in which a voltage is applied in a strong acid is preferably exemplified.

本発明において、複合化金属がTiである場合は、Tiが炭素系膜(C膜)中に1〜13at%存在させることが好ましいこと、複合化金属がSiである場合は、Siが炭素系膜(C膜)中に2〜15at%存在することが好ましいこと、炭素系膜(C膜)の膜厚が10nm〜100nmが好ましいこと、炭素系膜(C膜)がダイアモンド状炭素質(DLC)膜であることが好ましいこと、セパレータ基板と炭素系膜(C膜)の間に金属層を有する場合も本発明に含まれること、及びセパレータ基板としてはSUSまたはTiが好ましいことは、上記と同様である。   In the present invention, when the composite metal is Ti, it is preferable that Ti is present in the carbon-based film (C film) in an amount of 1 to 13 at%. When the composite metal is Si, Si is carbon-based. It is preferable that 2 to 15 at% is present in the film (C film), the film thickness of the carbon-based film (C film) is preferably 10 nm to 100 nm, and the carbon-based film (C film) is diamond-like carbonaceous (DLC ) It is preferable that the film is a film, the case where a metal layer is provided between the separator substrate and the carbon-based film (C film), and that the separator substrate is preferably SUS or Ti. It is the same.

本発明の燃料電池用セパレータの製造方法において、金属元素が複合化されて含有する炭素系膜(C膜)を形成するには、蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどの乾式成膜法が好適である。具体的には、不活性ガス雰囲気下において、セパレータ基板に負高電圧を印加しつつ、該セパレータ基板表面に、炭素系原料及び複合化金属を乾式成膜法により、金属元素が複合化されて含有する炭素系膜(C膜)を形成する。   In the method for producing a separator for a fuel cell of the present invention, a dry film forming method such as vapor deposition, sputtering, or ion plating is suitable for forming a carbon-based film (C film) containing a composite of metal elements. is there. Specifically, while applying a negative high voltage to the separator substrate in an inert gas atmosphere, the carbon element material and the composite metal are compounded on the separator substrate surface by a dry film forming method. A contained carbon-based film (C film) is formed.

第3に、本発明は、燃料電池の発明であり、高分子電解質膜、該高分子電解質膜を挟む位置に配置したアノード及びカソード、該アノードに燃料ガスを供給するためのガス流路を形成したアノード側セパレータ、及び該カソードに酸化剤ガスを供給するためのガス流路を形成したカソード側セパレータを少なくとも具備した固体高分子電解質型燃料電池であって、該アノード側セパレータ及びカソード側セパレータのうち少なくとも一方が、上記の燃料電池用セパレータである。   Third, the present invention is an invention of a fuel cell, in which a polymer electrolyte membrane, an anode and a cathode arranged at positions sandwiching the polymer electrolyte membrane, and a gas flow path for supplying fuel gas to the anode are formed. A solid polymer electrolyte fuel cell comprising at least the anode-side separator and a cathode-side separator having a gas flow path for supplying an oxidant gas to the cathode, wherein the anode-side separator and the cathode-side separator At least one of them is the fuel cell separator.

本発明の燃料電池は、低コストで親水性に優れたセパレータを用いているため、耐久性と発電性能に優れている。   Since the fuel cell of the present invention uses a separator that is low in cost and excellent in hydrophilicity, it is excellent in durability and power generation performance.

本発明におけるセパレータは、特定の金属酸化物が複合化されて含有する炭素系膜(C膜)から成る層を電極と接触するセパレータ表面に形成することにより、高分子固体電解質型燃料電池の排水性の向上と、セパレータ表面と電極との界面の接触抵抗の低減とを同時に達成したことにある。   In the separator of the present invention, a layer made of a carbon-based film (C film) containing a composite of a specific metal oxide is formed on the surface of the separator in contact with the electrode, thereby draining the polymer solid oxide fuel cell. The improvement of the property and the reduction of the contact resistance at the interface between the separator surface and the electrode are achieved at the same time.

具体的には、本発明は、セパレータ基板上に、特定の金属酸化物が複合化されて含有する炭素系膜(C膜)が形成されたことにより、複合化された金属酸化物微粒子は親水性を発揮し、セパレータ付近の過剰の水分を排水するのに役立つ。これにより、燃料電池の耐久性と発電性能が向上する。   Specifically, in the present invention, the composite metal oxide fine particles are hydrophilic by forming a carbon-based film (C film) containing a specific metal oxide in a composite on a separator substrate. It helps to drain excess water around the separator. This improves the durability and power generation performance of the fuel cell.

また、本発明は、セパレータ基板上に、形成された特定の金属元素が複合化されて含有する炭素系膜(C膜)をドライ及び/又はウエットな親水化処理により金属酸化物とすることにより、容易に燃料電池用セパレータの親水化が実現できる。   Further, the present invention provides a carbon oxide film (C film) containing a composite of a specific metal element formed on a separator substrate to form a metal oxide by dry and / or wet hydrophilization treatment. Thus, the hydrophilicity of the fuel cell separator can be easily realized.

さらに、本発明の特定の炭素系膜(C膜)を表面に有する燃料電池用セパレータは、耐食性、電極との接触抵抗において、黒鉛材料と同等の優れた特性を発揮する。   Furthermore, the fuel cell separator having the specific carbon-based film (C film) of the present invention on the surface exhibits excellent characteristics equivalent to those of the graphite material in terms of corrosion resistance and contact resistance with the electrode.

本発明において、セパレータ基板の材質としては金属が好ましい。金属基板を用いることにより、コスト、成形性、生産性、セパレータの薄板化・軽量化によるスタックの小型化・軽量化等、金属材料をセパレータに適用することで生まれる長所を活かしつつ、本発明は、従来の金属系の材料をセパレータに適用した際に課題となっていた接触抵抗の低減と耐腐食性の向上とを同時に解決するものである。   In the present invention, the separator substrate is preferably made of metal. By using a metal substrate, the present invention takes advantage of the advantages born by applying metal materials to the separator such as cost, formability, productivity, and making the stack smaller and lighter by making the separator thinner and lighter, while the present invention is The present invention solves simultaneously the reduction of contact resistance and the improvement of corrosion resistance, which have been problems when a conventional metal-based material is applied to a separator.

他の被覆材料に比較して、ダイヤモンド状炭素膜などの炭素系膜(C膜)をセパレータの電極と接触する表面に被覆膜として形成することの最大の利点は、炭素系膜(C膜)の耐食性が高いため、フッ素樹脂系のプロトン伝導性樹脂を用いた高分子固体電解質型燃料電池の腐食環境、即ち、微量のフッ素イオン、硫酸イオン等が遊離した強酸性の腐食環境において、炭素系膜(C膜)自体は化学的、電気化学的に安定で腐食せず、従って、炭素系膜(C膜)によるセパレータ表面の被覆が緻密であって環境からの腐食物質がセパレータ材料に接触せず、セパレータ材料の腐食を抑制することが可能である。即ち、炭素系膜(C膜)を表面に形成することができれば、セパレータ材料の選定の条件から耐腐食性に関する課題を除くことができるのである。   Compared to other coating materials, the greatest advantage of forming a carbon-based film (C film) such as a diamond-like carbon film on the surface in contact with the electrode of the separator is the carbon-based film (C film) ) In the corrosive environment of a solid polymer electrolyte fuel cell using a fluorine resin proton conductive resin, that is, in a highly acidic corrosive environment in which a small amount of fluorine ions, sulfate ions, etc. are liberated. The system film (C film) itself is chemically and electrochemically stable and does not corrode. Therefore, the coating of the separator surface by the carbon film (C film) is dense, and corrosive substances from the environment contact the separator material. Without the corrosion of the separator material. That is, if a carbon-based film (C film) can be formed on the surface, the problem regarding corrosion resistance can be eliminated from the conditions for selecting the separator material.

他方、一般にダイヤモンド状炭素膜などの炭素系膜(C膜)は、sp結合が構造の主体となり電子伝導性が必ずしも高くないために、セパレータ表面に炭素系膜(C膜)を形成することによりセパレータと電極との接触抵抗が増大するという課題を有する。また、セパレータ材料表面に対する密着性が材料に依存し、特に金属材料に対する密着力は必ずしも強くないこと、従って、被覆膜と金属材料との界面に応力が加わるようなセパレータの変形により、界面剥離を生じその結果腐食が進行しやすくなる。 On the other hand, in general, a carbon-based film (C film) such as a diamond-like carbon film is formed of a carbon-based film (C film) on the separator surface because sp 3 bonds are the main structure and electron conductivity is not necessarily high. Therefore, the contact resistance between the separator and the electrode increases. Also, the adhesion to the surface of the separator material depends on the material, and particularly the adhesion to the metal material is not necessarily strong. Therefore, the interface is peeled off due to the deformation of the separator that applies stress to the interface between the coating film and the metal material. As a result, corrosion tends to proceed.

このように、炭素系膜(C膜)を電極と接触する表面に形成した材料を燃料電池用セパレータに適用するには、炭素系膜(C膜)の電子伝導性を高めること(膜自体の抵抗の低減と膜・セパレータの界面抵抗の低減)と、炭素系膜(C膜)とセパレータ表面との密着性の改善とが必須であり、本発明では、セパレータの基本構造として、特定の金属酸化物が複合化されて含有する炭素系膜(C膜)から成る層を電極と接触するセパレータ表面に形成する。   Thus, in order to apply a material in which the carbon-based film (C film) is formed on the surface in contact with the electrode to the fuel cell separator, the electron conductivity of the carbon-based film (C film) is increased (of the film itself). Reduction of resistance and reduction of the interface resistance of the membrane / separator) and improvement of adhesion between the carbon-based membrane (C membrane) and the separator surface are essential. In the present invention, a specific metal is used as the basic structure of the separator. A layer composed of a carbon-based film (C film) containing a composite of oxide is formed on the separator surface in contact with the electrode.

炭素系膜(C膜)の膜厚は、10μm以下が好ましく、より好ましくは、5μm以下、さらに好ましくは、3μm以下であり、最も好ましくは10nm〜100nmである。10μmを超えるダイヤモンド状炭素膜は、亀裂を生じやすく、また、基板金属の変形に伴い、膜の剥離を生じやすくなる恐れが高い。他方、1nm未満のダイヤモンド状炭素膜は、広範囲にわたって緻密性の維持が実質的に困難になる恐れが高い。   The film thickness of the carbon-based film (C film) is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, still more preferably 3 μm or less, and most preferably 10 nm to 100 nm. A diamond-like carbon film having a thickness of more than 10 μm is likely to be cracked, and the film is likely to be peeled off as the substrate metal is deformed. On the other hand, a diamond-like carbon film having a thickness of less than 1 nm is highly likely to be difficult to maintain denseness over a wide range.

本発明の特定の金属が複合化されて含有する炭素系膜(C膜)は、薄膜形成技術の分野において一般的に知られるPVD(PhysicalVapor Deposition)プロセス、CVD(Chemical Vapor Deposition)プロセスを用いて、セパレータ基板上に形成することが可能である。   The carbon-based film (C film) containing the specific metal of the present invention in a composite form is obtained by using a PVD (Physical Vapor Deposition) process or a CVD (Chemical Vapor Deposition) process generally known in the field of thin film formation technology. It can be formed on a separator substrate.

セパレータの基材には、いわゆる炭素材料が用いられることが多い。例示するならば、黒鉛材料、ガラス状炭素、黒鉛粉末とバインダー樹脂とを混合した粉体を金型で加熱成型するもの等を挙げることができる。セパレータとしての機能を発現させるには、ガス流路をセパレータ表面に形成する必要があり、さらに、実用的には高い電圧を発生させるため、セルを数百層に積層したスタックを形成することが多く、スタックの軽量化、小型化等の実用上の観点から、セパレータの軽量化、薄板化、高い機械的強度といった要求をも同時に満たす必要がある。本発明は、セパレータ基材によらずその表面に炭素系膜(C膜)を形成することにより、耐食性、導電性といったセパレータに要求される機能を発現させるものであるが、実用的な要求を満たすために、セパレータ基材に金属板を適用し、その表面に炭素系膜(C膜)を形成することにより、耐食性、導電性、機械的強度、軽量化、薄板化といった一連の要求を満たすセパレータを得ることが可能となる。   A so-called carbon material is often used for the separator substrate. Illustrative examples include graphite materials, glassy carbon, and powder obtained by mixing graphite powder and binder resin with a mold. In order to develop the function as a separator, it is necessary to form a gas flow path on the separator surface, and in order to generate a high voltage practically, it is possible to form a stack in which several hundred cells are stacked. In many cases, from the viewpoint of practical use such as lightening and miniaturization of the stack, it is necessary to satisfy the demands such as weight reduction, thinning of the separator, and high mechanical strength at the same time. The present invention expresses the functions required of a separator such as corrosion resistance and conductivity by forming a carbon-based film (C film) on the surface regardless of the separator base material. In order to meet the requirements, a metal plate is applied to the separator base material, and a carbon-based film (C film) is formed on the surface thereof, thereby satisfying a series of requirements such as corrosion resistance, conductivity, mechanical strength, weight reduction, and thinning. A separator can be obtained.

本発明のセパレータは、電極との接触抵抗の低減、耐腐食性の他に、軽量化、セパレータの薄板化によるスタックの小型化、低コストを同時に満たすことが好ましい。これらのニーズを達成するには、基板を金属材料とすることが好ましい。金属材料には、基本的耐食性と共に機械的な強度が要求される。耐食性と高強度を主眼におくと、ステンレス鋼、チタン、またはチタンを主成分としたチタン合金、チタンの金属間化合物を本発明に好適に用いることができる。ステンレス鋼は、約11質量%以上のCrを含有するFe−Cr系合金を基本とし、その耐食性は基本的にはCr酸化物による広い電位範囲での不動態化によるものである。ステンレス鋼は、その用途に応じた種々の物性を調整するためにNi、Mo、Cu、Al、Si等を添加して使用されるが、本発明では、ステンレス鋼の持つ基本的耐食性と機械的強度が必要条件であり、これを満たすのであればステンレス鋼の組成、組織構造等を限定するものではない。   It is preferable that the separator of the present invention simultaneously satisfies the reduction in the contact resistance with the electrode and the corrosion resistance, as well as the weight reduction, the downsizing of the stack due to the thin plate of the separator, and the low cost. In order to achieve these needs, the substrate is preferably made of a metal material. Metal materials are required to have mechanical strength as well as basic corrosion resistance. Focusing on corrosion resistance and high strength, stainless steel, titanium, a titanium alloy mainly composed of titanium, or an intermetallic compound of titanium can be suitably used in the present invention. Stainless steel is based on an Fe—Cr alloy containing approximately 11 mass% or more of Cr, and its corrosion resistance is basically due to passivation in a wide potential range by Cr oxide. Stainless steel is used by adding Ni, Mo, Cu, Al, Si, etc. in order to adjust various physical properties according to its application. In the present invention, the basic corrosion resistance and mechanical properties of stainless steel are used. Strength is a necessary condition, and as long as this is satisfied, the composition, structure and the like of stainless steel are not limited.

チタン又はチタンを主成分とするチタン合金(金属間化合物を含む)は、金属表面に形成される安定な酸化皮膜(不動態皮膜)のために優れた耐食性を発現するもので、さらなる耐食性改善のためにタンタルを添加したTi−Ta合金や、Ti−Pd合金を本発明に好適に適用することができる。   Titanium or titanium alloys containing titanium as a main component (including intermetallic compounds) exhibit excellent corrosion resistance due to a stable oxide film (passive film) formed on the metal surface. Therefore, a Ti—Ta alloy added with tantalum or a Ti—Pd alloy can be suitably applied to the present invention.

さらに、強度、加工性、コストを主眼とした金属材料の選定の観点から、鉄(Fe)、又はFeを主成分とし種々の物性調整のために複数の元素を添加したFe基合金を本発明に適用することができる。   Furthermore, from the viewpoint of selecting a metal material focusing on strength, workability, and cost, the present invention is Fe (Fe) or an Fe-based alloy containing Fe as a main component and adding a plurality of elements for adjusting various physical properties. Can be applied to.

金属材料の板厚は、1mm以下が好ましい。1mmを超える板厚では、黒鉛材に対する軽量性の優位性が失われるばかりでなく、セパレータとして利用するためのガス流路の溝加工が困難となってしまう。   The plate thickness of the metal material is preferably 1 mm or less. If the plate thickness exceeds 1 mm, not only the superiority of the light weight with respect to the graphite material is lost, but also the groove processing of the gas flow path for use as a separator becomes difficult.

本発明の燃料電池用セパレータは、炭素系膜(C膜)中に複合化された金属元素を、ドライ及び/又はウエットな親水化処理により容易に金属酸化物とすることによって製造される。   The separator for a fuel cell of the present invention is produced by easily converting a metal element compounded in a carbon-based film (C film) into a metal oxide by dry and / or wet hydrophilization treatment.

ここで、ドライな親水化処理としては、プラズマ処理や紫外線照射が好ましく例示される。プラズマ処理や紫外線照射により、炭素系膜(C膜)の表面に親水基である水酸基が生成される。プラズマ処理条件としては、例えば、
送り速度:10m/min以下
出力:10kW以下
繰り返し照射回数:2回以上
が好ましい。
Here, the dry hydrophilic treatment is preferably exemplified by plasma treatment and ultraviolet irradiation. Hydroxyl groups that are hydrophilic groups are generated on the surface of the carbon-based film (C film) by plasma treatment or ultraviolet irradiation. As plasma processing conditions, for example,
Feed rate: 10 m / min or less Output: 10 kW or less Number of repeated irradiations: 2 times or more is preferable.

ウエットな親水化処理としては、強酸中で電圧を印加する浸漬処理が好ましく例示される。強酸とは、pH2〜4の酸であり、処理速度を上げたい時には、酸の温度を室温〜80℃に上げたり、500ppm以下のフッ素を添加することができる。印加電圧としては、1000mV以下が好ましい。図1に、強酸中で電圧を印加する浸漬処理を模式的に示す。   As the wet hydrophilic treatment, an immersion treatment in which a voltage is applied in a strong acid is preferably exemplified. The strong acid is an acid having a pH of 2 to 4, and when it is desired to increase the processing speed, the acid temperature can be raised to room temperature to 80 ° C. or 500 ppm or less of fluorine can be added. The applied voltage is preferably 1000 mV or less. FIG. 1 schematically shows an immersion treatment in which a voltage is applied in a strong acid.

本発明の燃料電池用セパレータは、プロトン伝導性高分子電解質膜の両側に、各々、アノード、カソード電極を形成し、前記アノードに燃料ガスを供給するためのガス流路を形成したアノード側導電性セパレータ、及び、前記カソードに酸化剤ガスを供給するためのガス流路を形成したカソード側導電性セパレータを少なくとも具備した高分子固体電解質型燃料電池に適用することができる。本発明で規定するセパレータは、アノード側、カソード側のどちらの極のセパレータにも適用可能である。   The separator for a fuel cell according to the present invention has an anode-side conductive material in which an anode and a cathode electrode are formed on both sides of a proton-conductive polymer electrolyte membrane, and a gas flow path for supplying fuel gas to the anode is formed. The present invention can be applied to a solid polymer electrolyte fuel cell including at least a separator and a cathode-side conductive separator in which a gas flow path for supplying an oxidant gas to the cathode is formed. The separator defined in the present invention can be applied to both the anode-side and cathode-side separators.

本発明において規定する燃料電池用セパレータは、基板を被覆するダイヤモンド状炭素膜が耐熱性にも優れるため、高分子固体電解質形燃料電池の通常の運転温度である70〜90℃を超える温度、具体的には100℃以上の温度であっても、その燃料電池のセパレータに適用可能である。   In the fuel cell separator defined in the present invention, since the diamond-like carbon film covering the substrate is excellent in heat resistance, a temperature exceeding 70 to 90 ° C., which is a normal operating temperature of a polymer solid electrolyte fuel cell, In particular, even a temperature of 100 ° C. or higher is applicable to the fuel cell separator.

以下、図1〜図7を用いて、本発明が適用される典型的なセパレータ材料の実施例を説明する。   Hereinafter, examples of typical separator materials to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS.

基板上に形成した炭素系膜(C膜)の接触角(親水性を示す指標)と接触抵抗の評価方法は次の通りである。   The contact angle (index indicating hydrophilicity) of the carbon-based film (C film) formed on the substrate and the evaluation method of the contact resistance are as follows.

[接触角]
図2に示すように、水滴をTPの上に付着させ、90秒後の水滴形状を画像解析し、hとrを計測して、
θ=2θ=2tan−1(h/r)
の関係よりθを算出する。この数値が小さいほど親水性が高い。
[Contact angle]
As shown in FIG. 2, water droplets are attached on the TP, and after 90 seconds, image analysis of the water droplet shape is performed, h and r are measured,
θ = 2θ 1 = 2 tan −1 (h / r)
Θ is calculated from the relationship. The smaller this value, the higher the hydrophilicity.

[接触抵抗]
図3に示すように、対拡散層(カーボンペーパ)の場合は、拡散層(カーボンペーパ)を挟み、同種材の場合はワークとワークを一定荷重(面圧1MPa)で挟み、通電時の電圧降下を測定する。電流を1Aに一定とするので、オームの法則から
V=IR=R
となり、電圧降下がわかれば、抵抗がわかる。
[Contact resistance]
As shown in FIG. 3, in the case of a counter-diffusion layer (carbon paper), the diffusion layer (carbon paper) is sandwiched. In the case of the same type of material, the workpiece and the workpiece are sandwiched at a constant load (surface pressure of 1 MPa). Measure the descent. Since the current is constant at 1 A, V = IR = R from Ohm's law
If the voltage drop is known, the resistance is known.

[実施例1]
Ti基板を用い、該Ti基板上に10at%Ti複合ダイヤモンド状炭素膜(DLC)を形成し、該ダイヤモンド状炭素膜をプラズマ処理による親水化処理を実施した前後の接触角と接触抵抗を調べた。
[Example 1]
Using a Ti substrate, a 10 at% Ti composite diamond-like carbon film (DLC) was formed on the Ti substrate, and the contact angle and contact resistance before and after the diamond-like carbon film was hydrophilized by plasma treatment were examined. .

図4にプラズマ処理による親水化処理を実施した前後の接触角を示す。ここで、未処理の従来例として焼成カーボンを併記し、Auメッキした基板の従来例を暫定目標値として併記した。同様に、図5にプラズマ処理による親水化処理を実施した前後の接触抵抗を示す。   FIG. 4 shows the contact angles before and after the hydrophilization treatment by the plasma treatment. Here, as an untreated conventional example, burned carbon is also shown, and a conventional example of an Au-plated substrate is also shown as a provisional target value. Similarly, FIG. 5 shows the contact resistance before and after the hydrophilization treatment by the plasma treatment.

図4と図5の結果より、10at%Ti複合ダイヤモンド状炭素膜(DLC)を形成した基板は、プラズマ処理により接触角は大幅に低下し、目標値であるAuメッキよりも低く、10〜25°まで下げることができた。また、プラズマ処理により接触抵抗は増加したが、目標値である10mΩ・cm内に収めることができた。 From the results of FIGS. 4 and 5, the substrate on which the 10 at% Ti composite diamond-like carbon film (DLC) is formed has a contact angle significantly reduced by plasma treatment, which is lower than the target value of Au plating. It was able to be lowered to °. Further, the contact resistance increased by the plasma treatment, but could be kept within the target value of 10 mΩ · cm 2 .

[実施例2]
接触角及び接触抵抗の結果に大きく影響を及ぼすのが、炭素系膜(C膜)中の複合金属濃度である。本実施例では、複合金属濃度を原子濃度で表示する。
[Example 2]
It is the composite metal concentration in the carbon-based film (C film) that greatly affects the results of contact angle and contact resistance. In this embodiment, the composite metal concentration is displayed as an atomic concentration.

図6に、Ti複合炭素系膜(C膜)について、複合金属濃度と接触角(左縦軸)及び接触抵抗(右縦軸)の結果を示す。予想通り、Ti量の増加に伴い、接触角は低下し、逆に接触抵抗は増加した。図6の結果より、Ti量を変えた実験の結果、Ti量を1〜13at%にすることで、接触角:70°、接触抵抗:10mΩ・cmの暫定目標値内で両立させることができた。 FIG. 6 shows the results of the composite metal concentration, contact angle (left vertical axis), and contact resistance (right vertical axis) for the Ti composite carbon film (C film). As expected, as the amount of Ti increased, the contact angle decreased and conversely the contact resistance increased. From the results of FIG. 6, as a result of the experiment in which the Ti amount was changed, by making the Ti amount 1 to 13 at%, it is possible to achieve both within a provisional target value of contact angle: 70 ° and contact resistance: 10 mΩ · cm 2. did it.

図7に、Si複合炭素系膜(C膜)について、複合金属濃度と接触角(左縦軸)及び接触抵抗(右縦軸)の結果を示す。同様に、Si量の増加に伴い、接触角は低下し、逆に接触抵抗は増加した。図7の結果より、Si量を変えた実験の結果、Si量を2〜15at%にすることで、接触角:70°、接触抵抗:10mΩ・cmの暫定目標値内で両立させることができた。 FIG. 7 shows the results of the composite metal concentration, contact angle (left vertical axis), and contact resistance (right vertical axis) for the Si composite carbon-based film (C film). Similarly, as the amount of Si increased, the contact angle decreased and conversely the contact resistance increased. From the results of FIG. 7, as a result of the experiment in which the Si amount was changed, it was possible to achieve both within the provisional target values of contact angle: 70 ° and contact resistance: 10 mΩ · cm 2 by setting the Si amount to 2 to 15 at%. did it.

本発明におけるセパレータは、特定の金属酸化物が複合化されて含有する炭素系膜(C膜)から成る層を電極と接触するセパレータ表面に形成することにより、高分子固体電解質型燃料電池の排水性の向上と、セパレータ表面と電極との界面の接触抵抗の低減とを同時に達成したこと。これにより、燃料電池の発電性能と耐久性を向上させ、燃料電池の実用化と普及に貢献する。   In the separator of the present invention, a layer made of a carbon-based film (C film) containing a composite of a specific metal oxide is formed on the surface of the separator in contact with the electrode, thereby draining the polymer solid oxide fuel cell. And improved contact resistance at the interface between the separator surface and the electrode. This improves the power generation performance and durability of the fuel cell and contributes to the practical use and spread of the fuel cell.

ウエットな親水化処理である、強酸中で電圧を印加する浸漬処理を模式的に示す。An immersion treatment in which a voltage is applied in a strong acid, which is a wet hydrophilic treatment, is schematically shown. 基板上に形成した炭素系膜(C膜)の接触角の評価方法を示す。The evaluation method of the contact angle of the carbon-type film | membrane (C film | membrane) formed on the board | substrate is shown. 基板上に形成した炭素系膜(C膜)の接触抵抗の評価方法を示す。An evaluation method of contact resistance of a carbon-based film (C film) formed on a substrate is shown. ダイヤモンド状炭素膜をプラズマ処理による親水化処理を実施した前後の接触角を示す。The contact angles before and after the diamond-like carbon film was subjected to a hydrophilic treatment by plasma treatment are shown. ダイヤモンド状炭素膜をプラズマ処理による親水化処理を実施した前後の接触抵抗を示す。The contact resistance before and after performing the hydrophilization treatment by the plasma treatment to the diamond-like carbon film is shown. Ti複合炭素系膜(C膜)について、複合金属濃度と接触角(左縦軸)及び接触抵抗(右縦軸)の結果を示す。The results of the composite metal concentration, contact angle (left vertical axis) and contact resistance (right vertical axis) are shown for the Ti composite carbon film (C film). Si複合炭素系膜(C膜)について、複合金属濃度と接触角(左縦軸)及び接触抵抗(右縦軸)の結果を示す。The result of a composite metal density | concentration, a contact angle (left vertical axis), and contact resistance (right vertical axis | shaft) is shown about Si composite carbon system film | membrane (C film | membrane).

Claims (20)

セパレータ基板上に、Si、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、Wの元素の酸化物から選択される1種以上の金属酸化物が複合化されて含有する炭素系膜(C膜)が形成されたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。   A carbon-based film containing a composite of one or more metal oxides selected from oxides of elements of Si, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, and W on a separator substrate A fuel cell separator in which (C film) is formed. 前記炭素系膜(C膜)表面の接触角が、75°以下であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用セパレータ。   2. The fuel cell separator according to claim 1, wherein a contact angle of the surface of the carbon-based film (C film) is 75 ° or less. 3. 前記炭素系膜(C膜)表面の接触抵抗が、10mΩ・cm以下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セパレータ。 The fuel cell separator according to claim 1 or 2, wherein a contact resistance of the surface of the carbon-based film (C film) is 10 mΩ · cm 2 or less. 前記複合化金属がTiであって、前記炭素系膜(C膜)中に1〜13at%存在することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。   4. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the composite metal is Ti and is present in the carbon-based film (C film) in an amount of 1 to 13 at%. 前記複合化金属がSiであって、前記炭素系膜(C膜)中に2〜15at%存在することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。   4. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the composite metal is Si, and 2 to 15 at% is present in the carbon-based film (C film). 5. 前記炭素系膜(C膜)の膜厚が、10nm〜100nmであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。   6. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the carbon-based film (C film) has a thickness of 10 nm to 100 nm. 前記炭素系膜(C膜)が、ダイアモンド状炭素質(DLC)膜であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。   The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 6, wherein the carbon-based film (C film) is a diamond-like carbonaceous (DLC) film. 前記セパレータ基板と前記炭素系膜(C膜)の間に金属層を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。   The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 7, further comprising a metal layer between the separator substrate and the carbon-based film (C film). 前記セパレータ基板が、SUSまたはTiからなることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。   9. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the separator substrate is made of SUS or Ti. セパレータ基板上に、Si、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、Wから選択される1種以上の金属元素が複合化されて含有する炭素系膜(C膜)を形成する工程と、該炭素系膜(C膜)中に複合化された金属元素をドライ及び/又はウエットな親水化処理により金属酸化物とする工程とを有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。   A carbon-based film (C film) containing one or more metal elements selected from Si, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, and W is formed on the separator substrate. And a step of converting the metal element compounded in the carbon-based film (C film) into a metal oxide by dry and / or wet hydrophilic treatment. Production method. 前記ドライな親水化処理が、プラズマ処理及び/又は紫外線照射であることを特徴とする請求項10に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。   11. The method for producing a fuel cell separator according to claim 10, wherein the dry hydrophilization treatment is a plasma treatment and / or an ultraviolet irradiation. 前記ウエットな親水化処理が、強酸中で電圧を印加する浸漬処理であることを特徴とする請求項10に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。   The method for producing a fuel cell separator according to claim 10, wherein the wet hydrophilization treatment is an immersion treatment in which a voltage is applied in a strong acid. 前記複合化金属がTiであって、前記炭素系膜(C膜)中に1〜13at%存在させることを特徴とする請求項10乃至12のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。   The method for producing a separator for a fuel cell according to any one of claims 10 to 12, wherein the composite metal is Ti and is present in the carbon-based film (C film) in an amount of 1 to 13 at%. 前記複合化金属がSiであって、前記炭素系膜(C膜)中に2〜15at%存在することを特徴とする請求項10乃至12のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。   The method for producing a fuel cell separator according to any one of claims 10 to 12, wherein the complex metal is Si and is present in the carbon-based film (C film) in an amount of 2 to 15 at%. 前記炭素系膜(C膜)の膜厚を、10nm〜100nmに形成することを特徴とする請求項10乃至14のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。   The method for producing a fuel cell separator according to any one of claims 10 to 14, wherein the carbon-based film (C film) has a thickness of 10 nm to 100 nm. 前記炭素系膜(C膜)が、ダイアモンド状炭素質(DLC)膜であることを特徴とする請求項10乃至15のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。   The method for producing a fuel cell separator according to any one of claims 10 to 15, wherein the carbon-based film (C film) is a diamond-like carbonaceous (DLC) film. 不活性ガス雰囲気下において、前記セパレータ基板に負高電圧を印加しつつ、該セパレータ基板表面に、炭素系原料及び前記複合化金属を乾式成膜法により、金属元素が複合化されて含有する炭素系膜(C膜)を形成することを特徴とする請求項10乃至16のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。   Carbon containing a carbon-based raw material and the composite metal on the surface of the separator substrate in a dry film formation method while applying a negative high voltage to the separator substrate in an inert gas atmosphere. The method for producing a separator for a fuel cell according to any one of claims 10 to 16, wherein a system membrane (C membrane) is formed. 前記セパレータ基板に、金属層を形成し、次に金属元素が複合化されて含有する炭素系膜(C膜)を形成することを特徴とする請求項10乃至17のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。   The fuel cell according to any one of claims 10 to 17, wherein a metal layer is formed on the separator substrate, and then a carbon-based film (C film) containing a composite of metal elements is formed. Manufacturing method for the separator. 前記セパレータ基板が、SUSまたはTiからなることを特徴とする請求項10乃至18のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。   The method for manufacturing a fuel cell separator according to any one of claims 10 to 18, wherein the separator substrate is made of SUS or Ti. 高分子電解質膜、該高分子電解質膜を挟む位置に配置したアノード及びカソード、該アノードに燃料ガスを供給するためのガス流路を形成したアノード側セパレータ、及び該カソードに酸化剤ガスを供給するためのガス流路を形成したカソード側セパレータを少なくとも具備した固体高分子電解質型燃料電池であって、該アノード側セパレータ及びカソード側セパレータのうち少なくとも一方が、請求項1乃至9のいずれかに記載の燃料電池用セパレータであることを特徴とする燃料電池。   A polymer electrolyte membrane, an anode and a cathode arranged at positions sandwiching the polymer electrolyte membrane, an anode separator having a gas flow path for supplying a fuel gas to the anode, and an oxidant gas to the cathode 10. A solid polymer electrolyte fuel cell comprising at least a cathode-side separator having a gas flow path for the at least one of the anode-side separator and the cathode-side separator, according to claim 1. A fuel cell, characterized by being a fuel cell separator.
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