JP2007141820A - Separator for polymer electrolyte fuel cell and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator for a polymer electrolyte fuel cell having hardly flooding (clogging with water) and superior in strength and corrosion resistance, and capable of reducing manufacturing cost, and its manufacturing method. <P>SOLUTION: The separator for polymer electrolyte fuel cell has a resin layer formed by electrodeposition so as to cover a metal substrate having grooves on at least one side and this resin layer is made to contain a conductive material and develop water repellency. The manufacturing method of this separator comprises a process of forming grooves at least on one side of the metal substrate and a process of forming a resin layer with water repellency so as to cover the metal substrate by electrodeposition using an electrodeposition liquid in which a conductive material is dispersed in a resin having at least one kind of elements and functional groups for developing water repellency in a structure. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池用のセパレータに関し、特に固体高分子電解質膜の両側に電極を配した単位セルを複数個積層した燃料電池の単位セル間に使用するセパレータと、このようなセパレータの製造方法に関する。   The present invention relates to a separator for a fuel cell, and in particular, a separator used between unit cells of a fuel cell in which a plurality of unit cells each having electrodes disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane are stacked, and a method for producing such a separator. About.

燃料電池は、簡単には、外部より燃料(還元剤)と酸素または空気(酸化剤)を連続的に供給し、電気化学的に反応させて電気エネルギーを取り出す装置で、その作動温度、使用燃料の種類、用途などで分類される。また、最近では、主に使用される電解質の種類によって、大きく、固体酸化物型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、リン酸型燃料電池、高分子電解質型燃料電池、アルカリ水溶液型燃料電池の5種類に分類させるのがー般的である。
これらの燃料電池は、メタン等から生成された水素ガスを燃料とするものであるが、最近では、燃料としてメタノール水溶液をダイレクトに用いるダイレクトメタノール型燃料電池(以下、DMFCとも言う)も知られている。
なかでも、固体高分子膜を2種類の電極で挟み込み、更に、これらの部材をセパレータで挟んだ構成の固体高分子型燃料電池(以下、PEFCとも言う)が注目されている。
A fuel cell is simply a device that continuously supplies fuel (reducing agent) and oxygen or air (oxidant) from the outside, and reacts electrochemically to extract electrical energy. It is classified by type, use, etc. In recent years, depending on the type of electrolyte used, it is largely divided into solid oxide fuel cells, molten carbonate fuel cells, phosphoric acid fuel cells, polymer electrolyte fuel cells, and alkaline aqueous fuel cells. Generally, it is classified into 5 types.
These fuel cells use hydrogen gas generated from methane or the like as a fuel. Recently, a direct methanol fuel cell (hereinafter also referred to as DMFC) that directly uses an aqueous methanol solution as a fuel is also known. Yes.
In particular, a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter also referred to as PEFC) having a structure in which a solid polymer membrane is sandwiched between two kinds of electrodes and these members are sandwiched between separators has attracted attention.

このPEFCにおいては、固体高分子電解質膜の両側に、空気極(酸素極)、燃料極(水素極)を配置した単位セルを複数個積層し、目的に応じて起電力を大きくしたスタック構造のものが一般的である。単位セル間に配設されるセパレータは、一般に、そのー方の面に、隣接するー方の単位セルに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給用溝部が形成され、他方の面に、隣接する他方の単位セルに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給用溝部が形成されている。
しかし、単位セルに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給用溝部では、単位セルを透過した水素イオンと酸化剤ガスである酸素とが下記のように反応して生成された水が詰まって、いわゆるフラッディング(水詰まり)が生じる。
1/2O2 + 2e- + 2H+ → H2
This PEFC has a stack structure in which a plurality of unit cells each having an air electrode (oxygen electrode) and a fuel electrode (hydrogen electrode) are stacked on both sides of a solid polymer electrolyte membrane to increase the electromotive force according to the purpose. Things are common. In general, the separator disposed between the unit cells is formed with a groove for supplying fuel gas for supplying fuel gas to the adjacent unit cell on one side thereof, and adjacent to the other side. An oxidant gas supply groove for supplying an oxidant gas to the other unit cell is formed.
However, in the oxidant gas supply groove for supplying the oxidant gas to the unit cell, hydrogen ions that have permeated the unit cell and oxygen as the oxidant gas react with each other as described below to clog the generated water. As a result, so-called flooding occurs.
1 / 2O 2 + 2e - + 2H + → H 2 O

このようなフラッディングが生じると、酸化剤ガス供給用溝部内でのガスの流れが阻害され、PEFCの性能低下を来たすという問題があった。
上記のフラッディング発生を防止するために、例えば、酸化剤ガス供給用溝部の内面に金メッキ層、金とフッ化カーボンとの複合メッキ層、あるいはフッ素樹脂膜等からなる撥水処理層を設けたセパレータ(特許文献1)、酸化剤ガス供給用溝部の底壁面に排水用溝部を設けたセパレータ(特許文献2)等が開発されている。
特開平9−298064号公報 特開2000−123848号公報
When such flooding occurs, there is a problem in that the gas flow in the groove for supplying the oxidant gas is hindered and the performance of the PEFC is lowered.
In order to prevent the occurrence of flooding, for example, a separator provided with a water-repellent treatment layer made of a gold plating layer, a composite plating layer of gold and carbon fluoride, or a fluororesin film on the inner surface of the groove for supplying an oxidant gas (Patent Document 1), a separator (Patent Document 2) and the like in which a drainage groove is provided on the bottom wall surface of an oxidizing gas supply groove have been developed.
JP-A-9-298064 JP 2000-123848 A

しかしながら、上述のような金を使用したセパレータは、製造コストが高いという問題があった。また、酸化剤ガス供給用溝部の形状に沿ったフッ素樹脂膜等の形成が困難であり、酸化剤ガス供給用溝部以外のセパレータにフッ素樹脂膜等の絶縁膜が形成されると、集電性が低下するという問題もあった。
一方、酸化剤ガス供給用溝部の底壁面に排水用溝部を設けたセパレータでは、反応生成された水が多い場合には、排水が間に合わず、フラッディングが生じるという問題があった。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、フラッディング(水詰まり)が生じ難く、強度、耐食性に優れ、製造コストの低減が可能な高分子電解質型燃料電池用のセパレータと、このようなセパレータを製造する方法を提供することを目的とする。
However, the separator using gold as described above has a problem of high manufacturing cost. In addition, it is difficult to form a fluororesin film or the like along the shape of the groove for supplying the oxidant gas. If an insulating film such as a fluororesin film is formed on the separator other than the groove for supplying the oxidant gas, There was also a problem of lowering.
On the other hand, in the separator in which the drainage groove is provided on the bottom wall surface of the oxidant gas supply groove, there is a problem that when there is a lot of reaction-generated water, the drainage is not in time and flooding occurs.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a separator for a polymer electrolyte fuel cell that is unlikely to cause flooding (water clogging), has excellent strength and corrosion resistance, and can reduce manufacturing costs. An object of the present invention is to provide a method for producing such a separator.

このような目的を達成するために、本発明は、金属基体と、該金属基体の少なくとも一方の面に形成された溝部と、前記金属基体を被覆するように電着により形成された樹脂層とを備え、該樹脂層は導電材料を含有するとともに、撥水性であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記導電材料は、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、耐食性金属の少なくとも1種であるような構成とした。
In order to achieve such an object, the present invention provides a metal substrate, a groove formed on at least one surface of the metal substrate, and a resin layer formed by electrodeposition so as to cover the metal substrate. The resin layer contains a conductive material and is water repellent.
As another aspect of the present invention, the conductive material is configured to be at least one of carbon particles, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, and corrosion-resistant metals.

また、本発明は、金属基体と、該金属基体の少なくとも一方の面に形成された溝部と、前記金属基体を被覆するように電解重合により形成された樹脂層とを備え、該樹脂層は導電性高分子からなる樹脂に導電性を高めるドーパントを含有するとともに、撥水性であるような構成とした。   The present invention also includes a metal substrate, a groove formed on at least one surface of the metal substrate, and a resin layer formed by electrolytic polymerization so as to cover the metal substrate, and the resin layer is electrically conductive. The resin composed of a conductive polymer contains a dopant that enhances conductivity, and is water-repellent.

また、本発明は、金属基体と、該金属基体の少なくとも一方の面に形成された溝部と、前記金属基体を被覆するように形成された樹脂層とを備え、該樹脂層は電解重合により形成された導電性高分子からなる樹脂に導電性を高めるドーパントを含有する第1の樹脂層と、この第1の樹脂層を被覆するように電着により形成され導電材料を含有し撥水性である第2の樹脂層からなるような構成とした。   The present invention also includes a metal substrate, a groove formed on at least one surface of the metal substrate, and a resin layer formed so as to cover the metal substrate, and the resin layer is formed by electrolytic polymerization. A first resin layer containing a dopant that enhances conductivity in a resin composed of a conductive polymer, and a water repellent material containing a conductive material formed by electrodeposition so as to cover the first resin layer It was set as the structure which consists of a 2nd resin layer.

本発明の他の態様として、前記導電材料は、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、耐食性金属の少なくとも1種であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記樹脂層は、撥水性を発現する元素や官能基の少なくとも1種を含有するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記元素はフッ素、ケイ素であり、前記官能基はアルキル基であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記樹脂層は、厚みが0.1〜100μmの範囲であるような構成とした。
As another aspect of the present invention, the conductive material is configured to be at least one of carbon particles, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, and corrosion-resistant metals.
As another aspect of the present invention, the resin layer is configured to contain at least one element that exhibits water repellency and a functional group.
In another embodiment of the present invention, the element is fluorine or silicon, and the functional group is an alkyl group.
As another embodiment of the present invention, the resin layer has a thickness in the range of 0.1 to 100 μm.

本発明の製造方法は、金属基体の少なくとも一方の面に溝部を形成する工程と、撥水性を発現するための元素や官能基の少なくとも1種を構造中に有する樹脂に導電材料を分散させた電着液を用いて電着により前記金属基体を被覆するように撥水性の樹脂層を形成する工程と、を有するような構成とした。   In the production method of the present invention, a conductive material is dispersed in a resin having a step of forming a groove on at least one surface of a metal substrate and at least one element or functional group for expressing water repellency. Forming a water-repellent resin layer so as to cover the metal substrate by electrodeposition using an electrodeposition solution.

本発明の製造方法は、金属基体の少なくとも一方の面に溝部を形成する工程と、撥水性を発現するための元素や官能基の少なくとも1種を構造中に有する導電性高分子からなる樹脂に導電性を高めるドーパントを含有した撥水性の樹脂層を、電解重合により前記金属基体を被覆するように形成する工程と、を有するような構成とした。   The production method of the present invention comprises a step of forming a groove on at least one surface of a metal substrate, and a resin comprising a conductive polymer having at least one element or functional group for expressing water repellency in the structure. And a step of forming a water-repellent resin layer containing a dopant for enhancing conductivity so as to cover the metal substrate by electrolytic polymerization.

本発明の製造方法は、金属基体の少なくとも一方の面に溝部を形成する工程と、導電性高分子からなる樹脂に導電性を高めるドーパントを含有した第1の樹脂層を、電解重合により前記金属基体を被覆するように形成する工程と、撥水性を発現するための元素や官能基の少なくとも1種を構造中に有する樹脂に導電材料を分散させた電着液を用いて電着により前記第1の樹脂層を被覆するように撥水性の第2の樹脂層を形成する工程と、を有するような構成とした。   The manufacturing method of the present invention includes a step of forming a groove on at least one surface of a metal substrate, and a first resin layer containing a dopant that enhances conductivity in a resin made of a conductive polymer, by electrolytic polymerization. A step of forming the substrate so as to cover the substrate; and electrodeposition using an electrodeposition liquid in which a conductive material is dispersed in a resin having at least one element or functional group for expressing water repellency in the structure. And a step of forming a water-repellent second resin layer so as to cover one resin layer.

本発明は、樹脂層が電着あるいは電解重合により形成されているので、溝部の形状に沿った均一な樹脂層であり、高い耐食性を示すとともに、この樹脂層が撥水性を発現するので、反応生成された水が酸化剤ガスにより外部へ排出され易く、溝部に詰まることが抑制され、さらに、金属基体を使用していることにより強度が高く、また、貴金属の使用がないため、製造コストを低く抑えることが可能である。   In the present invention, since the resin layer is formed by electrodeposition or electrolytic polymerization, the resin layer is a uniform resin layer along the shape of the groove, and exhibits high corrosion resistance and also exhibits water repellency. The generated water is easily discharged to the outside by the oxidant gas, clogging of the groove portion is suppressed, and the strength is high by using a metal base, and the use of noble metal is not required, thereby reducing the manufacturing cost. It can be kept low.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の高分子電解質型燃料電池用のセパレータの一実施形態を示す部分断面図である。図1において、本発明のセパレータ1は、金属基体2と、この金属基体2の両面に形成された溝部3と、金属基体2の両面を被覆するように電着により形成された樹脂層5とを備えている。そして、この樹脂層5は、導電材料を含有し、かつ、撥水性を有している。
セパレータ1を構成する金属基体2の材質は、電気導電性が良く、所望の強度が得られ、加工性の良いものが好ましく、例えば、ステンレス、冷間圧延鋼板、アルミニウム、チタン、銅等が挙げられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing an embodiment of a separator for a polymer electrolyte fuel cell of the present invention. In FIG. 1, a separator 1 according to the present invention includes a metal substrate 2, groove portions 3 formed on both surfaces of the metal substrate 2, and a resin layer 5 formed by electrodeposition so as to cover both surfaces of the metal substrate 2. It has. The resin layer 5 contains a conductive material and has water repellency.
The material of the metal substrate 2 constituting the separator 1 is preferably a material having good electrical conductivity, desired strength, and good workability, such as stainless steel, cold-rolled steel plate, aluminum, titanium, and copper. It is done.

金属基体2が有する溝部3は、セパレータ1が高分子電解質型燃料電池に組み込まれたときに、一方が、隣接する単位セルに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給用溝部となり、他方が、隣接する別の単位セルに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給用溝部となるものである。また、溝部3の一方が燃料ガス供給用溝部、酸化剤ガス供給用溝部のいずれかとなり、他方が冷却水用溝となるものであってもよい。さらに、金属基体2の一方の面のみに溝部3を備えるものであってもよい。
このような溝部3の形状は、特に制限はなく、蛇行した連続形状、櫛形状等であってよく、また、深さ、幅、断面形状も特に制限はない。また、金属基体2の表裏で、溝部3の形状が異なるものであってもよい。
When the separator 1 is incorporated in a polymer electrolyte fuel cell, one of the grooves 3 of the metal substrate 2 serves as a fuel gas supply groove for supplying fuel gas to adjacent unit cells, and the other is This is an oxidant gas supply groove for supplying an oxidant gas to another adjacent unit cell. Further, one of the groove portions 3 may be either a fuel gas supply groove portion or an oxidant gas supply groove portion, and the other may be a cooling water groove. Further, the groove 3 may be provided only on one surface of the metal base 2.
The shape of the groove 3 is not particularly limited, and may be a meandering continuous shape, a comb shape, or the like, and the depth, width, and cross-sectional shape are not particularly limited. Further, the shape of the groove 3 may be different between the front and back of the metal base 2.

セパレータ1を構成する樹脂層5は、導電性と撥水性を有するとともに、金属基体2に耐食性を付与するためのものである。この樹脂層5は、電着性を有する各種アニオン性、またはカチオン性の合成高分子樹脂であって、撥水性を発現するための元素や官能基を構造中に有する合成高分子樹脂に、導電材料を分散させた電着液を用いて電着により成膜し、その後、硬化させて形成することができる。
樹脂層5に含有される撥水性を発現するための元素としては、例えば、フッ素、ケイ素等を挙げることができる。また、撥水性を発現するための官能基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、n−ブチル、イソブチル、ヘキシル、オクチル、デシル、ラウリル等のアルキル基を挙げることができる。
The resin layer 5 that constitutes the separator 1 has conductivity and water repellency, and imparts corrosion resistance to the metal substrate 2. This resin layer 5 is an anionic or cationic synthetic polymer resin having electrodeposition properties, and it is electrically conductive with a synthetic polymer resin having elements and functional groups for expressing water repellency in its structure. A film can be formed by electrodeposition using an electrodeposition liquid in which a material is dispersed and then cured.
Examples of the element for expressing the water repellency contained in the resin layer 5 include fluorine and silicon. In addition, examples of the functional group for expressing water repellency include alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, n-butyl, isobutyl, hexyl, octyl, decyl, and lauryl.

撥水性を発現するための元素や官能基を構造中に有するアニオン性合成高分子樹脂としては、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、マレイン化油樹脂、ポリブタジエン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができ、これらを単独で、あるいは任意の組み合わせによる混合物として使用することができる。このようなアニオン性合成高分子樹脂とメラミン樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂等の架橋性樹脂とを併用してもよい。
一方、撥水性を発現するための元素や官能基を構造中に有するカチオン性合成高分子樹脂としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができ、これらを単独で、あるいは任意の組み合わせによる混合物として使用することができる。このようなカチオン性合成高分子樹脂とポリエステル樹脂、ウレタン樹脂等の架橋性樹脂とを併用してもよい。
また、上記の電着性を有する合成高分子樹脂に粘着性を付与するために、ロジン系、テルペン系、石油樹脂等の粘着性付与樹脂を必要に応じて添加してもよい。
Examples of the anionic synthetic polymer resin having an element or functional group for expressing water repellency in its structure include acrylic resin, polyester resin, maleated oil resin, polybutadiene resin, epoxy resin, polyamide resin, polyimide resin, and the like. These can be used alone or as a mixture in any combination. Such an anionic synthetic polymer resin may be used in combination with a crosslinkable resin such as a melamine resin, a phenol resin, or a urethane resin.
On the other hand, examples of the cationic synthetic polymer resin having an element or functional group for expressing water repellency in its structure include acrylic resin, epoxy resin, urethane resin, polybutadiene resin, polyamide resin, polyimide resin, and the like. These can be used alone or as a mixture in any combination. Such a cationic synthetic polymer resin may be used in combination with a crosslinkable resin such as a polyester resin or a urethane resin.
Further, in order to impart tackiness to the above-described synthetic polymer resin having electrodeposition properties, a tackifier resin such as rosin, terpene, and petroleum resin may be added as necessary.

このような電着性の合成高分子樹脂は、アルカリ性または酸性物質により中和して水に可溶化された状態、あるいは水分散状態で電着に供される。すなわち、アニオン性合成高分子樹脂は、トリメチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン等のアミン類、アンモニア、苛性カリ等の無機アルカリで中和する。また、カチオン性合成高分子樹脂は、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸等の酸で中和する。そして、中和された水可溶の高分子樹脂は、水分散型または溶解型として水に希釈された状態で使用される。   Such an electrodepositable synthetic polymer resin is subjected to electrodeposition in a state where it is neutralized with an alkaline or acidic substance and solubilized in water, or in an aqueous dispersion state. That is, the anionic synthetic polymer resin is neutralized with amines such as trimethylamine, diethylamine, dimethylethanolamine and diisopropanolamine, and inorganic alkalis such as ammonia and caustic potash. The cationic synthetic polymer resin is neutralized with an acid such as formic acid, acetic acid, propionic acid, or lactic acid. The neutralized water-soluble polymer resin is used in a state of being diluted in water as a water-dispersed type or a dissolved type.

樹脂層5に含有される導電材料としては、例えば、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン等のカーボン素材、耐食性金属等が挙げられるが、耐酸性かつ導電性が所望のものが得られれば、これらの導電材料に限定されない。特に、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン等の微細繊維状炭素材料は、樹脂層5に導電性を付与するために好適である。このような導電材料の樹脂層5における含有量は、樹脂層5に要求される導電性に応じて適宜設定することができ、例えば、30〜90重量%の範囲で設定することができる。   Examples of the conductive material contained in the resin layer 5 include carbon materials such as carbon particles, carbon nanotubes, carbon nanofibers, and carbon nanohorns, and corrosion-resistant metals. The conductive material is not limited to these conductive materials. In particular, fine fibrous carbon materials such as carbon nanotubes, carbon nanofibers, and carbon nanohorns are suitable for imparting conductivity to the resin layer 5. The content of such a conductive material in the resin layer 5 can be appropriately set according to the conductivity required for the resin layer 5, and can be set, for example, in the range of 30 to 90% by weight.

尚、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン等の微細繊維状炭素材料は、ナノテクノロジーの素材として、複合材料、電子デバイス等の種々の分野に適用が期待されているものであり、これらをフィラーとして複合材料に用いた場合には、これらが有する物性を複合材料に付与することができる。例えば、カーボンナノチューブは、導電性、耐酸性、加工性、機械的強度等の面で優れており、フィラーとして複合材料に用いられた場合には、このようなカーボンナノチューブの優れた物性を複合材料に付与することができる。   Fine fibrous carbon materials such as carbon nanotubes, carbon nanofibers, and carbon nanohorns are expected to be applied to various fields such as composite materials and electronic devices as nanotechnology materials. When used as a composite material, the physical properties of these can be imparted to the composite material. For example, carbon nanotubes are excellent in terms of electrical conductivity, acid resistance, workability, mechanical strength, etc. When used as a filler in a composite material, the carbon nanotube has excellent physical properties. Can be granted.

このような樹脂層5の撥水性は、水の接触角が90°〜150°の範囲となるように設定することが好ましい。尚、本発明では、水の接触角の測定は、市販の液滴接触角測定装置により行う。このような樹脂層5の厚みは、0.1〜100μm、好ましくは3〜30μmの範囲とすることができる。樹脂層5の厚みが0.1μm未満であると、ピンホール等の発生により、良好な耐食性が確保できないことがあり、100μmを超えると、乾燥固化後のヒビ割れ等の発生や、生産性の低下、コスト高といった問題が発生し好ましくない。   The water repellency of the resin layer 5 is preferably set so that the contact angle of water is in the range of 90 ° to 150 °. In the present invention, the contact angle of water is measured by a commercially available droplet contact angle measuring device. The thickness of the resin layer 5 can be in the range of 0.1 to 100 μm, preferably 3 to 30 μm. If the thickness of the resin layer 5 is less than 0.1 μm, good corrosion resistance may not be ensured due to the occurrence of pinholes, etc. If it exceeds 100 μm, the occurrence of cracks after drying and solidification, etc. Problems such as reduction and high cost occur, which is not preferable.

本発明では、セパレータ1を構成する樹脂層5が、電解重合により形成され、導電性高分子からなる樹脂に導電性を高めるドーパントを含有し、導電性高分子の構造中に撥水性を発現するための元素や官能基を有する樹脂層であってもよい。電解重合は、基本的には、芳香族化合物をモノマーとして含む電解液に電極を浸漬し通電して行い、電気化学的に酸化または還元して重合する公知の方法である。樹脂層中へのドーパントの含有は、電解重合の際にドーパントを含ませる電気的ドーピング、あるいは、電解重合後に導電性高分子をドーパントの液体、またはドーパント分子を含む溶液に浸漬する液相ドーピングにより行うことができる。ドーパントとしては、アルカリ金属、アルキルアンモニウムイオン等のドナー型のドーパント、ハロゲン類、ルイス酸、プロトン酸、遷移金属ハライド、有機酸等のアクセプタ型のドーパントを挙げることができる。   In the present invention, the resin layer 5 constituting the separator 1 is formed by electrolytic polymerization, contains a dopant that enhances conductivity in a resin made of a conductive polymer, and exhibits water repellency in the structure of the conductive polymer. Therefore, it may be a resin layer having an element or a functional group. Electrolytic polymerization is basically a known method in which an electrode is immersed in an electrolytic solution containing an aromatic compound as a monomer and energized, and is electrochemically oxidized or reduced for polymerization. The inclusion of the dopant in the resin layer can be achieved by electrical doping in which the dopant is included in the electropolymerization, or liquid phase doping in which the conductive polymer is immersed in a liquid containing the dopant or a solution containing the dopant molecule after the electropolymerization. It can be carried out. Examples of the dopant include donor-type dopants such as alkali metals and alkylammonium ions, and acceptor-type dopants such as halogens, Lewis acids, proton acids, transition metal halides, and organic acids.

樹脂層5中のドーパント量は、樹脂層5に要求される導電性に応じて適宜設定することができる。
さらに、本発明では、セパレータ1を構成する樹脂層5が、電解重合により形成された導電性高分子からなる樹脂に導電性を高めるドーパントを含有する第1の樹脂層と、この第1の樹脂層を被覆するように電着により形成され、導電材料を含有し、かつ、撥水性である第2の樹脂層からなる複合膜構造であってもよい。
The amount of dopant in the resin layer 5 can be appropriately set according to the conductivity required for the resin layer 5.
Furthermore, in this invention, the resin layer 5 which comprises the separator 1 contains the 1st resin layer which contains the dopant which raises electroconductivity in resin which consists of the conductive polymer formed by electrolytic polymerization, and this 1st resin It may be a composite film structure formed by electrodeposition so as to cover the layer, comprising a conductive material, and comprising a second resin layer that is water repellent.

図2は、上述のような本発明のセパレータの製造を、図1に示されるセパレータ1を例として説明する図である。図2において、金属板材2′の両面にフォトリソグラフィーにより所望のパターンでレジスト9,9を形成し(図2(A))、このレジスト9,9をマスクとして両面から金属板材2′をエッチングして溝部3,3を形成する(図2(B))。その後、レジスト9,9を剥離して金属基体2を得る(図2(C))。この金属基体2の両面に、電着性を有する各種アニオン性、またはカチオン性の合成高分子樹脂に、導電材料と、撥水性を発現するための元素や撥水性を発現するための官能基を有する物質の少なくとも1種とを分散させた電着液を用いて電着により成膜し、その後、硬化させて樹脂層5を形成する(図2(D))。電着液としては、撥水性を発現するための元素や官能基を構造中に有する合成高分子樹脂を使用し、これに導電材料を分散させた電着液を用いることもできる。また、撥水性を発現するための元素や官能基を構造中に有する合成高分子樹脂を使用し、これに撥水性を発現するための元素や、撥水性を発現するための官能基を有する物質と、導電材料とを分散させた電着液を用いることもできる。このように形成された樹脂層5は、良好な導電性と高い耐食性を示すとともに、撥水性を具備したものとなる。これにより、セパレータ1が得られる。   FIG. 2 is a diagram for explaining the production of the separator of the present invention as described above, taking the separator 1 shown in FIG. 1 as an example. In FIG. 2, resists 9 and 9 are formed in a desired pattern on both sides of the metal plate 2 'by photolithography (FIG. 2A), and the metal plate 2' is etched from both sides using the resists 9 and 9 as a mask. Thus, the groove portions 3 and 3 are formed (FIG. 2B). Thereafter, the resists 9 and 9 are peeled off to obtain the metal substrate 2 (FIG. 2C). On both surfaces of the metal substrate 2, various anionic or cationic synthetic polymer resins having electrodeposition properties are provided with a conductive material, an element for expressing water repellency, and a functional group for expressing water repellency. A film is formed by electrodeposition using an electrodeposition liquid in which at least one kind of substance is dispersed, and then cured to form a resin layer 5 (FIG. 2D). As the electrodeposition liquid, a synthetic polymer resin having an element or a functional group for expressing water repellency in its structure, and an electrodeposition liquid in which a conductive material is dispersed can be used. In addition, a synthetic polymer resin having an element or functional group for expressing water repellency in its structure is used, and an element for expressing water repellency or a substance having a functional group for expressing water repellency Alternatively, an electrodeposition liquid in which a conductive material is dispersed can also be used. The resin layer 5 thus formed exhibits good conductivity and high corrosion resistance, and has water repellency. Thereby, the separator 1 is obtained.

ここで、本発明のセパレータを用いた高分子電解質型燃料電池の一例を、図3〜図6を参照して説明する。図3は高分子電解質型燃料電池の構造を説明するための部分構成図であり、図4は高分子電解質型燃料電池を構成する膜電極複合体を説明するための図であり、図5および図6は、それぞれ高分子電解質型燃料電池のセパレータと膜電極複合体を離間させた状態を異なった方向から示す斜視図である。
図3〜図6において、高分子電解質型燃料電池11は、単位セルである膜電極複合体(MEA:Membrane-Electrode Assembly)21とセパレータ31とからなる。
Here, an example of a polymer electrolyte fuel cell using the separator of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a partial configuration diagram for explaining the structure of the polymer electrolyte fuel cell, and FIG. 4 is a diagram for explaining the membrane electrode assembly constituting the polymer electrolyte fuel cell. FIG. 6 is a perspective view showing the state in which the separator of the polymer electrolyte fuel cell and the membrane electrode assembly are separated from different directions.
3 to 6, the polymer electrolyte fuel cell 11 includes a membrane electrode assembly (MEA) 21 that is a unit cell and a separator 31.

MEA21は、図4に示されるように、高分子電解質膜22の一方の面に配設された触媒層23とガス拡散層(GDL:Gas Diffusion Layer)24とからなる燃料極(水素極)25と、高分子電解質膜22の他方の面に配設された触媒層26とガス拡散層(GDL:Gas Diffusion Layer)27とからなる空気極(酸素極)28を備えている。
セパレータ31は、一方の面に燃料ガス供給用溝部33aを備え、他方の面に酸化剤ガス供給用溝部34aを備えたセパレータ31Aと、一方の面に燃料ガス供給用溝部33aを備え、他方の面に冷却水用溝部34bを備えたセパレータ31Bと、一方の面に冷却水用溝部33bを備え、他方の面に酸化剤ガス供給用溝部34aを備えたセパレータ31Cとからなっている。このようなセパレータ31A,31B,31Cは、本発明のセパレータであり、その両面に、図1に示されるような樹脂層5が形成されているが、図示例では、省略している。尚、酸化剤ガス供給用溝部34aを備えていないセパレータ31Bについては、撥水性を具備していない樹脂層で被覆されて導電性と耐食性が付与されたセパレータ、すなわち、本発明のセパレータではないものであってもよい。
As shown in FIG. 4, the MEA 21 includes a fuel electrode (hydrogen electrode) 25 including a catalyst layer 23 and a gas diffusion layer (GDL) 24 disposed on one surface of the polymer electrolyte membrane 22. And an air electrode (oxygen electrode) 28 including a catalyst layer 26 and a gas diffusion layer (GDL) 27 disposed on the other surface of the polymer electrolyte membrane 22.
The separator 31 has a fuel gas supply groove 33a on one surface, a separator 31A having an oxidant gas supply groove 34a on the other surface, a fuel gas supply groove 33a on one surface, and the other surface. The separator 31B is provided with a cooling water groove 34b on the surface, and the separator 31C is provided with a cooling water groove 33b on one surface and an oxidant gas supply groove 34a on the other surface. Such separators 31A, 31B, and 31C are separators of the present invention, and the resin layer 5 as shown in FIG. 1 is formed on both surfaces thereof, but is omitted in the illustrated example. The separator 31B that does not include the oxidant gas supply groove 34a is coated with a resin layer that does not have water repellency to provide conductivity and corrosion resistance, that is, not the separator of the present invention. It may be.

各セパレータ31A,31B,31Cと上記の高分子電解質膜22の所定位置には、2個の燃料ガス供給孔35a,35b、2個の酸化剤ガス供給孔36a,36b、2個の冷却水供給孔37a,37bが貫通孔として形成されている。そして、セパレータ31Aの酸化剤ガス供給用溝部34aが形成されている面に、MEA21の空気極(酸素極)28が当接し、セパレータ31Bの燃料ガス供給用溝部33aが形成されている面に、MEA21の燃料極(水素極)25が当接するように、また、セパレータ31Bの冷却水用溝部34bが形成された面とセパレータ31Cの冷却水用溝部33bが形成された面とが当接するように、各セパレータ31A,31B,31Cと単位セルであるMEA21が積層され、この繰り返しで高分子電解質型燃料電池11が構成されている。このように積層された状態で、上記の2個の燃料ガス供給孔35a,35bはそれぞれ積層方向に貫通する燃料ガスの供給路を形成し、2個の酸化剤ガス供給孔36a,36bはそれぞれ積層方法に貫通する酸化剤ガスの供給路を形成し、2個の冷却水供給孔37a,37bはそれぞれ積層方向に貫通する冷却水の供給路を形成している。   Two fuel gas supply holes 35a, 35b, two oxidant gas supply holes 36a, 36b, and two cooling water supplies are provided at predetermined positions of the separators 31A, 31B, 31C and the polymer electrolyte membrane 22. Holes 37a and 37b are formed as through holes. The air electrode (oxygen electrode) 28 of the MEA 21 is in contact with the surface of the separator 31A where the oxidizing gas supply groove 34a is formed, and the surface of the separator 31B where the fuel gas supply groove 33a is formed. The fuel electrode (hydrogen electrode) 25 of the MEA 21 abuts, and the surface of the separator 31B where the cooling water groove 34b is formed and the surface of the separator 31C where the cooling water groove 33b is formed abut. The separators 31A, 31B, 31C and the unit cell MEA 21 are stacked, and the polymer electrolyte fuel cell 11 is configured by repeating this process. In the stacked state, the two fuel gas supply holes 35a and 35b form fuel gas supply paths that penetrate in the stacking direction, and the two oxidant gas supply holes 36a and 36b respectively An oxidant gas supply path that penetrates the laminating method is formed, and the two cooling water supply holes 37a and 37b each form a cooling water supply path that penetrates in the laminating direction.

上述の本発明のセパレータの実施形態は例示であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。   The above-described embodiments of the separator of the present invention are examples, and the present invention is not limited to these embodiments.

次に、具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
[実施例]
金属板材として、厚み4.5mmのステンレス板(SUS304)を準備し、表面の脱脂処理を行った。
次に、このステンレス板の両面に、感光材料(カゼインと重クロム酸アンモニウムとの混合物)をディップコート法により塗布して厚み20μmの塗膜を形成し、溝部形成用のフォトマスクを介して露光(5kW水銀灯により60秒間照射)、現像(40℃温水をスプレー)してレジストを形成した。
Next, the present invention will be described in more detail by showing specific examples.
[Example]
A stainless steel plate (SUS304) having a thickness of 4.5 mm was prepared as a metal plate material, and the surface was degreased.
Next, a photosensitive material (a mixture of casein and ammonium dichromate) is applied to both surfaces of this stainless steel plate by a dip coating method to form a coating film having a thickness of 20 μm, and exposed through a photomask for groove formation. (Irradiated with a 5 kW mercury lamp for 60 seconds) and developed (sprayed with 40 ° C. hot water) to form a resist.

次いで、上記のレジストを介してステンレス板の両面から70℃に加熱した塩化第二鉄溶液をスプレーして、所定の深さまでハーフエッチングを行った。その後、80℃の苛性ソーダ水溶液でレジストを剥離し、洗浄処理を施した。これにより、幅が1mm、深さが0.5mmのほぼ半円形状の断面を有し、振れ幅100mm、ピッチ50mmで蛇行した長さ1000mmの溝部を備えた金属基体を得た。
一方、以下のようにして、撥水性アクリルエポキシ電着液を調製した。
まず、ビフェニールAのジグリシジルエーテル(エポキシ当量=910)1000重量部を攪拌下で70℃に保ちながら、エチレングリコールモノエチルエーテル463重量部に溶解させ、さらに、ジエチルアミン80.3重量部を加えて100℃で2時間反応させてアミンエポキシ付加物(A)を調製した。
Next, a ferric chloride solution heated to 70 ° C. was sprayed from both sides of the stainless steel plate through the resist, and half-etching was performed to a predetermined depth. Thereafter, the resist was peeled off with an aqueous caustic soda solution at 80 ° C. and subjected to a cleaning treatment. Thus, a metal substrate having a substantially semicircular cross section having a width of 1 mm and a depth of 0.5 mm, and a groove portion having a length of 1000 mm meandering with a runout width of 100 mm and a pitch of 50 mm was obtained.
On the other hand, a water-repellent acrylic epoxy electrodeposition solution was prepared as follows.
First, 1000 parts by weight of diglycidyl ether of biphenyl A (epoxy equivalent = 910) was dissolved in 463 parts by weight of ethylene glycol monoethyl ether while maintaining at 70 ° C. with stirring, and further 80.3 parts by weight of diethylamine was added. An amine epoxy adduct (A) was prepared by reacting at 100 ° C. for 2 hours.

また、コロネートL(日本ポリウレタン(株)製 ジイソシアネート:NCO13%の不揮発分75重量%)875重量部にジブチル錫ラウレート0.05重量部を加え50℃に加熱し、これに2−エチルヘキサノール390重量部を添加し、その後、120℃で90分間反応させた。得られた反応生成物をエチレングリコールモノエチルエーテル130重量部で希釈した成分(B)を得た。
次に、上記のアミンエポキシ付加物(A)1000重量部と成分(B)400重量部からなる混合物を、氷酢酸30重量部で中和した後、脱イオン水570重量部を用いて希釈し、不揮発分50重量%の樹脂Aを調製した。この樹脂A200.2重量部と水酸基含有フッ化アクリル共重合体(三菱レーヨン(株)製 AS−1301)200重量部、コロネートL100重量部、脱イオン水1000重量部、およびジブチル錫ラウレート2.4重量部を配合して撥水性アクリルエポキシ電着液を調製した。
Coronate L (manufactured by Nippon Polyurethane Co., Ltd. diisocyanate: NCO 13% non-volatile content 75% by weight) 875 parts by weight dibutyltin laurate 0.05 parts by weight and heated to 50 ° C., to this, 390 weights of 2-ethylhexanol After that, the mixture was reacted at 120 ° C. for 90 minutes. A component (B) obtained by diluting the obtained reaction product with 130 parts by weight of ethylene glycol monoethyl ether was obtained.
Next, the mixture consisting of 1000 parts by weight of the above-described amine epoxy adduct (A) and 400 parts by weight of component (B) is neutralized with 30 parts by weight of glacial acetic acid, and then diluted with 570 parts by weight of deionized water. A resin A having a nonvolatile content of 50% by weight was prepared. 200.2 parts by weight of this resin A, 200 parts by weight of a hydroxyl group-containing fluorinated acrylic copolymer (AS-1301 manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.), 100 parts by weight of coronate L, 1000 parts by weight of deionized water, and dibutyltin laurate 2.4 A water repellent acrylic epoxy electrodeposition solution was prepared by blending parts by weight.

次いで、上記の撥水性アクリルエポキシ電着液に、導電材料としてカーボンナノチューブ(昭和電工(株)製 気相法炭素繊維VGCF)を樹脂固形分に対して60重量%添加し、分散させて電着液とした。
上記の電着液を20℃に保って撹拌し、この中に上記の金属基体を浸漬し、極間40mm、電圧50Vで1分間電着を行い、引き上げた金属基体を純水洗浄した。その後、ホットプレート上で150℃、3分間乾燥し、さらに、窒素雰囲気中で180℃、1時間の加熱硬化処理を施した。これにより、溝部を含めた金属基体上には、厚み15μmの均一な樹脂層が形成され、セパレータが得られた。
Next, 60% by weight of carbon nanotubes (vapor phase carbon fiber VGCF manufactured by Showa Denko KK) as a conductive material is added to the above water-repellent acrylic epoxy electrodeposition liquid with respect to the solid content of the resin, and dispersed to perform electrodeposition. A liquid was used.
The above-mentioned electrodeposition liquid was kept at 20 ° C. and stirred, and the above-mentioned metal substrate was immersed therein, electrodeposition was performed at a gap of 40 mm and a voltage of 50 V for 1 minute, and the pulled-up metal substrate was washed with pure water. Thereafter, it was dried on a hot plate at 150 ° C. for 3 minutes, and further heat-cured at 180 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. As a result, a uniform resin layer having a thickness of 15 μm was formed on the metal substrate including the groove portion, and a separator was obtained.

このセパレータの樹脂層における水の接触角を下記の条件で測定した結果、110°であり、高い撥水性を備えていることが確認された。
(水の接触角の測定条件)
常温常圧下で被測定物の表面に純水を滴下し、水滴の頂点の高さh、水滴の半径a
を直読する。固液界面・水平線と、液滴頂点を結ぶ線がなす角θBは、接触角θA
の半分の関係にあるため、θA=2θB=2arctan(h/a)より、水の接触角を
測定する。
As a result of measuring the contact angle of water in the resin layer of this separator under the following conditions, it was 110 ° and it was confirmed that the separator had high water repellency.
(Measurement conditions for water contact angle)
Pure water is dropped on the surface of the object to be measured under normal temperature and pressure, the height h of the top of the water drop, and the radius a
Read directly. The angle θB formed by the line connecting the solid-liquid interface / horizon and the top of the droplet is the contact angle θA
Therefore, the contact angle of water is measured from θA = 2θB = 2 arctan (h / a).

[比較例1]
撥水性アクリルエポキシ電着液を下記のように調製したエポキシ電着液に換えた他は、実施例と同様にして、セパレータを作製した。
このセパレータの樹脂層における水の接触角を、実施例と同様の条件で測定した結果、60°であり、撥水性が極めて低いことが確認された。
[Comparative Example 1]
A separator was prepared in the same manner as in Example except that the water-repellent acrylic epoxy electrodeposition liquid was replaced with the epoxy electrodeposition liquid prepared as follows.
As a result of measuring the contact angle of water in the resin layer of this separator under the same conditions as in Examples, it was confirmed that the water contact angle was 60 ° and the water repellency was extremely low.

(エポキシ電着液の調製)
まず、ビスフェノールAのジグリシジルエーテル(エポキシ当量910)1000重量部を撹拌下に70℃に保ちながら、エチレングリコールモノエチルエーテル463重量部に溶解させ、さらに、ジエチルアミン80.3重量部を加えて100℃で2時間反応させてアミンエポキシ付加物(A)を調製した。
また、コロネートL(日本ポリウレタン(株)製 ジイソシアネート:NCO13%の不揮発分75重量%)875重量部にジブチル錫ラウレート0.05重量部を加え50℃に加熱し、これに2−エチルヘキサノール390重量部を添加し、その後、120℃で90分間反応させた。得られた反応生成物をエチレングリコールモノエチルエーテル130重量部で希釈した成分(B)を得た。
(Preparation of epoxy electrodeposition solution)
First, 1000 parts by weight of diglycidyl ether of bisphenol A (epoxy equivalent 910) was dissolved in 463 parts by weight of ethylene glycol monoethyl ether while maintaining the temperature at 70 ° C. with stirring, and further 80.3 parts by weight of diethylamine was added to 100 parts. An amine epoxy adduct (A) was prepared by reacting at 2 ° C. for 2 hours.
Coronate L (manufactured by Nippon Polyurethane Co., Ltd. diisocyanate: NCO 13% non-volatile content 75% by weight) 875 parts by weight dibutyltin laurate 0.05 parts by weight and heated to 50 ° C., to this, 390 weights of 2-ethylhexanol After that, the mixture was reacted at 120 ° C. for 90 minutes. A component (B) obtained by diluting the obtained reaction product with 130 parts by weight of ethylene glycol monoethyl ether was obtained.

次に、上記のアミンエポキシ付加物(A)1000重量部と成分(B)400重量部からなる混合物を、氷酢酸30重量部で中和した後、脱イオン水570重量部を用いて希釈し、不揮発分50重量%の樹脂Aを調製した。この樹脂A200.2重量部(樹脂成分86.3容量)、脱イオン水583.3重量部、およびジブチル錫ラウレート2.4重量部を配合してエポキシ電着液を調製した。   Next, the mixture consisting of 1000 parts by weight of the above-described amine epoxy adduct (A) and 400 parts by weight of component (B) is neutralized with 30 parts by weight of glacial acetic acid, and then diluted with 570 parts by weight of deionized water. A resin A having a nonvolatile content of 50% by weight was prepared. An epoxy electrodeposition solution was prepared by blending 200.2 parts by weight of this resin A (resin component 86.3 volumes), 583.3 parts by weight of deionized water, and 2.4 parts by weight of dibutyltin laurate.

[比較例2]
実施例と同様にして、溝部を備えた金属基体を作製した。
また、ポリテトラフルオロエチレンのコロイド溶液(ダイキン工業(株)製 ND−2)に、導電材料としてカーボンブラック(Cabot(株)製 Vulcan XC−72)を樹脂固形分に対して75重量%添加し分散させて、導電塗料とした。
次に、上記の導電塗料を金属基体上にスプレー塗布し、その後、赤外線乾燥炉中で80℃、1時間加熱し、さらに、380℃で1時間の加熱処理を施した。これにより、溝部を含めた金属基体上には、樹脂層が形成され、セパレータが得られた。
このセパレータの樹脂層における水の接触角を、実施例と同様の条件で測定した結果、120°であり、高い撥水性を備えていることが確認された。
しかし、このセパレータの樹脂層は、実施例の樹脂層に比べて厚くなっているが、厚みムラが大きく、特に側壁部では樹脂層の形成されていないピンホール形状の部位が存在し、セパレータとしての信頼性が低いものであった。
[Comparative Example 2]
A metal substrate provided with a groove was produced in the same manner as in the example.
In addition, 75% by weight of carbon black (Vulcan XC-72 manufactured by Cabot Co., Ltd.) as a conductive material was added to a polytetrafluoroethylene colloid solution (ND-2 manufactured by Daikin Industries, Ltd.) based on the resin solid content. The conductive paint was dispersed.
Next, the conductive paint was spray-coated on the metal substrate, then heated in an infrared drying oven at 80 ° C. for 1 hour, and further subjected to heat treatment at 380 ° C. for 1 hour. As a result, a resin layer was formed on the metal substrate including the groove, and a separator was obtained.
As a result of measuring the contact angle of water in the resin layer of the separator under the same conditions as in the example, it was 120 °, and it was confirmed that the separator had high water repellency.
However, the resin layer of this separator is thicker than the resin layer of the example, but the thickness unevenness is large, and in particular there is a pinhole-shaped part where the resin layer is not formed on the side wall, The reliability of was low.

本発明は、固体高分子電解質膜の両側に電極を配した単位セルを複数個積層した燃料電池の製造に適用することができる。   The present invention can be applied to the manufacture of a fuel cell in which a plurality of unit cells each having an electrode disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane are stacked.

本発明の高分子電解質型燃料電池用のセパレータの一実施形態を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing one embodiment of a separator for polymer electrolyte fuel cells of the present invention. 本発明のセパレータの製造方法を、図1に示されるセパレータを例として説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the separator of the present invention taking the separator shown in Drawing 1 as an example. 本発明のセパレータを使用した高分子電解質型燃料電池の一例を説明するための部分構成図である。It is a partial block diagram for demonstrating an example of the polymer electrolyte fuel cell using the separator of this invention. 図3に示される高分子電解質型燃料電池を構成する膜電極複合体を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the membrane electrode assembly which comprises the polymer electrolyte fuel cell shown by FIG. 図3に示される高分子電解質型燃料電池のセパレータと膜電極複合体を離間させた状態を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a state in which the separator and the membrane electrode assembly of the polymer electrolyte fuel cell shown in FIG. 3 are separated from each other. 図3に示される高分子電解質型燃料電池のセパレータと膜電極複合体を離間させた状態を図5とは異なった方向から示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a state where the separator and the membrane electrode assembly of the polymer electrolyte fuel cell shown in FIG. 3 are separated from a direction different from FIG. 5.

符号の説明Explanation of symbols

1…セパレータ
2…金属基体
3…溝部
5…樹脂層
11…高分子電解質型燃料電池
21…膜電極複合体(MEA)
31A,31B,31C…セパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Separator 2 ... Metal base | substrate 3 ... Groove part 5 ... Resin layer 11 ... Polymer electrolyte type fuel cell 21 ... Membrane electrode assembly (MEA)
31A, 31B, 31C ... separator

Claims (11)

金属基体と、該金属基体の少なくとも一方の面に形成された溝部と、前記金属基体を被覆するように電着により形成された樹脂層とを備え、該樹脂層は導電材料を含有するとともに、撥水性であることを特徴とする高分子電解質型燃料電池用のセパレータ。   A metal base, a groove formed on at least one surface of the metal base, and a resin layer formed by electrodeposition so as to cover the metal base, the resin layer containing a conductive material, A separator for a polymer electrolyte fuel cell, which is water-repellent. 前記導電材料は、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、耐食性金属の少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ。   The separator for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the conductive material is at least one of carbon particles, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, and corrosion-resistant metals. 金属基体と、該金属基体の少なくとも一方の面に形成された溝部と、前記金属基体を被覆するように電解重合により形成された樹脂層とを備え、該樹脂層は導電性高分子からなる樹脂に導電性を高めるドーパントを含有するとともに、撥水性であることを特徴とする高分子電解質型燃料電池用のセパレータ。   A metal substrate; a groove formed on at least one surface of the metal substrate; and a resin layer formed by electrolytic polymerization so as to cover the metal substrate, wherein the resin layer is a resin made of a conductive polymer. A separator for a polymer electrolyte fuel cell, which contains a dopant for enhancing conductivity and is water repellent. 金属基体と、該金属基体の少なくとも一方の面に形成された溝部と、前記金属基体を被覆するように形成された樹脂層とを備え、該樹脂層は電解重合により形成された導電性高分子からなる樹脂に導電性を高めるドーパントを含有する第1の樹脂層と、この第1の樹脂層を被覆するように電着により形成され導電材料を含有し撥水性である第2の樹脂層からなることを特徴とする高分子電解質型燃料電池用のセパレータ。   A conductive polymer comprising a metal substrate, a groove formed on at least one surface of the metal substrate, and a resin layer formed so as to cover the metal substrate, the resin layer formed by electrolytic polymerization A first resin layer containing a dopant for enhancing conductivity in a resin composed of a resin and a second resin layer formed by electrodeposition so as to cover the first resin layer and containing a conductive material and having water repellency A separator for a polymer electrolyte fuel cell. 前記導電材料は、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、耐食性金属の少なくとも1種であることを特徴とする請求項4に記載の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ。   The separator for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 4, wherein the conductive material is at least one of carbon particles, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, and corrosion-resistant metals. 前記樹脂層は、撥水性を発現する元素や官能基の少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ。   6. The separator for a polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the resin layer contains at least one element exhibiting water repellency and a functional group. 前記元素はフッ素、ケイ素であり、前記官能基はアルキル基であることを特徴とする請求項6に記載の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ。   The separator for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 6, wherein the element is fluorine or silicon, and the functional group is an alkyl group. 前記樹脂層は、厚みが0.1〜100μmの範囲であることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ。   The separator for a polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 to 7, wherein the resin layer has a thickness in a range of 0.1 to 100 µm. 金属基体の少なくとも一方の面に溝部を形成する工程と、撥水性を発現するための元素や官能基の少なくとも1種を構造中に有する樹脂に導電材料を分散させた電着液を用いて電着により前記金属基体を被覆するように撥水性の樹脂層を形成する工程と、を有することを特徴とする高分子電解質型燃料電池用のセパレータの製造方法。   A step of forming a groove on at least one surface of the metal substrate, and an electrodeposition solution in which a conductive material is dispersed in a resin having at least one element or functional group for expressing water repellency in the structure. And a step of forming a water-repellent resin layer so as to cover the metal substrate by deposition. A method for producing a separator for a polymer electrolyte fuel cell, comprising: 金属基体の少なくとも一方の面に溝部を形成する工程と、撥水性を発現するための元素や官能基の少なくとも1種を構造中に有する導電性高分子からなる樹脂に導電性を高めるドーパントを含有した撥水性の樹脂層を、電解重合により前記金属基体を被覆するように形成する工程と、を有することを特徴とする高分子電解質型燃料電池用のセパレータの製造方法。   A step of forming a groove on at least one surface of a metal substrate, and a dopant that enhances conductivity in a resin composed of a conductive polymer having at least one element or functional group for expressing water repellency in the structure And a step of forming the water-repellent resin layer so as to cover the metal substrate by electrolytic polymerization. A method for producing a separator for a polymer electrolyte fuel cell, comprising: 金属基体の少なくとも一方の面に溝部を形成する工程と、導電性高分子からなる樹脂に導電性を高めるドーパントを含有した第1の樹脂層を、電解重合により前記金属基体を被覆するように形成する工程と、撥水性を発現するための元素や官能基の少なくとも1種を構造中に有する樹脂に導電材料を分散させた電着液を用いて電着により前記第1の樹脂層を被覆するように撥水性の第2の樹脂層を形成する工程と、を有することを特徴とする高分子電解質型燃料電池用のセパレータの製造方法。   Forming a groove on at least one surface of the metal substrate, and forming a first resin layer containing a conductive polymer-containing dopant on the metal substrate by electrolytic polymerization so as to cover the metal substrate. And coating the first resin layer by electrodeposition using an electrodeposition liquid in which a conductive material is dispersed in a resin having in its structure at least one element or functional group for expressing water repellency. Forming a water-repellent second resin layer as described above, and a method for producing a separator for a polymer electrolyte fuel cell.
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