JP2007149661A - 燃料電池用セパレータ、該セパレータを用いた燃料電池及び該セパレータ調製用塗料組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池本体をコンパクト化でき、貴金属を使用しなくても十分な耐食性を有し、ガス拡散電極との接触抵抗値が低い燃料電池用セパレータを提供する。
【解決手段】 金属基板１１の少なくとも片面上に少なくとも１層の導電性の層１２を備える燃料電池セパレータ１０であって、該導電性の層は、導電性セラミックスとバインダー樹脂とを含み、その総厚みが０．５〜１０μｍであり、及び、燃料電池のガス拡散電極と接する側の表面の水に対する接触角が１２０度以上であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池用のセパレータに関わり、詳しくは、燃料電池の電極と接する表面側に、耐食性、導電性に優れた導電性層を備える燃料電池用セパレータ、該セパレータを用いた燃料電池及び該セパレータ調製用塗料組成物に関する。

近年、固体高分子型燃料電池の開発が急速に進められている。固体高分子型燃料電池の基本的なユニット構成は、分子中にプロトン交換基を有し、飽和に含水させるとプロトン伝導性電解質として機能する固体高分子膜の両面に、炭素微粒子と貴金属超微粒子からなる触媒電極部、そこで発生する電力を電流として取り出すと同時に触媒電極部へ反応ガスを供給する機能を持ったガス拡散電極（フェルト状炭素繊維集合体、通常「カーボンペーパー」という）、そこからの電流を受けると共に酸素主体及び水素主体の２種の反応ガスや冷却媒体を分離するセパレータなどが積層されることにより構成される。

セパレータの材料としては、カーボン等の炭素系材料が主として使用されていたが、加工に手間がかかるためコストが高い、電池の容積が大きくなるという問題点があり、金属、コンポジットが検討されている。しかし、金属製セパレータは、隣接するガス拡散電極との接触抵抗が大きいため、燃料電池としてのエネルギー効率を大幅に低下させることが問題となっている。

上記問題を解決するために、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）をプレス成形することにより内周部に多数個の凹凸からなる膨出成形部を形成し、膨出先端側端面に０．０１〜０．０２μｍの厚さの金メッキ層を形成させた燃料電池セパレータが開示されている（例えば特許文献１参照）。

また、他の部分に接触し接触抵抗を生ずる部分に貴金属又は貴金属の合金を付着させていることを特徴とする固体高分子型燃料電池用の低接触抵抗ステンレス鋼、チタン、及びセパレータなどが開示されている（例えば特許文献２参照）。

これらは、いずれも接触抵抗を低下させるために高コストの貴金属（金や白金、パラジウムなど）を用いているため、さらにコスト低下や希少資源の節約の観点から、貴金属を使わないで接触抵抗を下げる方法が望まれている。

貴金属を使わないで接触抵抗を下げる方法として、ステンレス鋼製セパレータと、それに接触する炭素材料との間に、厚み０．１〜２００μｍの窒化チタン層を設けて、ステンレス鋼製セパレータとガス拡散電極材の界面の接触抵抗を低減させる方法が開示されている（例えば特許文献３参照）。しかしながらこの方法では、接触抵抗の低減が十分ではなく、又窒化チタン層内にピンホールが発生し、金属基板から金属イオンが溶出し易いという問題があった。

セパレータの金属基体を、導電性セラミックスを含む導電性粒子と樹脂とを含む組成物で被覆したセパレータが開示されている（特許文献４）。該被覆層は、３０μｍ以下の厚みである場合、信頼性が低下するとされている。

また、金属基体に耐腐食性の外層を設け、該外層の表面に、カーボン、導電性セラミクス、金属粉末から選ばれる導電材と、樹脂結着材とで構成される被覆層を備えたセパレータが開示されている（特許文献５）。該被覆層の膜厚が耐食性に大きな影響を及ぼすこと、耐食性の改善効果を奏するためには、膜厚が１０μｍ以上であることが必要であるとされている。

さらには、金属基板表面に黒鉛又は非晶質炭素材料を含む撥水性樹脂を含む、撥水性導電層を形成した燃料電池セパレータが提案されている（例えば特許文献６参照）。この方法では、導電剤に黒鉛や非晶質炭素材料を使用しているため、耐食性には優れる。しかし、金属基板と導電層との接触抵抗が大きくなり易いので、樹脂中に多くの黒鉛や非晶質炭素材料を添加する必要があり、また、導電層が脆く、摩耗しやすいという問題がある。
特開平１０−２２８９１４号公報 特開２００１−６７１３号公報 特開２００３−３３１８６１号公報 特開２００２−５０３６６号公報 特開２００３−２７２６５９号公報 特開２００２−２１６７８６号公報

本発明は、燃料電池本体をコンパクト化でき、ガス拡散電極との接触抵抗値が低く、且つ、貴金属を使用していなくても十分な耐食性を有し長期耐久性に優れる燃料電池用セパレータを提供することを目的とする。

即ち、本発明は、金属基板の少なくとも片面上に少なくとも１層の導電性の層を備える燃料電池用セパレータであって、該導電性の層は、導電性セラミックスとバインダー樹脂とを含み、その総厚みが０．５〜１０μｍであり、及び、該導電性の層の燃料電池のガス拡散電極と接する側の表面の水に対する接触角が１２０度以上であることを特徴とする燃料電池用セパレータである。また、金属基板の少なくとも片面上に少なくとも１層の導電性の層を備える燃料電池セパレータの該導電性の層を形成するための塗料組成物であって、導電性セラミックスとバインダー樹脂とを含み、２５℃における粘度が５０〜２５０ｍＰａ・Ｓの範囲である塗料組成物である。

上記セパレータは、金属製セパレータとガス拡散電極との接触抵抗が低く、導電性層の層厚が薄い為に、燃料電池のコンパクト化が可能である。該導電性の層は、十分な撥水性、耐食性を有するので燃料電池を長時間運転することが可能で、エネルギー効率の高い燃料電池を提供できる。また、本発明の塗料組成物は、所定の粘度を有することで、上記本発明の導電性層を形成するのに好適に使用される。

図１は、本発明のセパレータを備える燃料電池の一例の部分断面図である。同図において、セパレータ１０は、金属基板１１と、その両面に備えられた導電性の層１２を有し、該導電性の層１２が、単電池１ａの電極３ａ及び単電池１ｂの電極３ｂに接している。ガス拡散電極は、電極３ａ及び３ｂに夫々備えられている。但し、セパレータが、終端の単電池において使用される場合には、金属基板１１の片面にのみ導電性の層１２があればよい。

図１では、導電性の層１２が前面に備えられているが、セパレータが電極と接する面、即ち、電極３ａ及び３ｂに接する部分に備えられればよく、他の部分には、無くてもよい。該導電性の層１２は、導電性セラミックス粉末とバインダー樹脂を含む。バインダー樹脂としては、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を使用することができる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレンホモポリマー、コポリマー等のポリオレフィン（ＰＯ）系樹脂、ポリオレフィン系エラストマー、環状ポリオレフィン等の非晶質ポリオレフィン樹脂（ＡＰＯ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ、ＳＢＳ等のポリスチレン系樹脂、ＳＥＢＳ等の水素添加されたスチレン系エラストマー、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のアクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル系樹脂、ナイロン６、ナイロン１２等のポリアミド（ＰＡ）系樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ポリサルホン（ＰＳ）樹脂、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）樹脂、ポリアリレート（ＰＡＲ）樹脂、フッ化ビニリデン−四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＴＨＶ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、パーフロ環状重合体等のフッ素系樹脂又はエラストマーなどが挙げられる。

また、熱硬化性樹脂では、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂などが挙げられるが、耐熱性に優れ、耐酸性を有する点で、フェノール樹脂やエポキシ樹脂の使用が好ましい。

好ましくは、ＴＨＶ、ＦＥＰ、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、及びＰＣＴＦＥ等のフッ素樹脂が使用され、より好ましくはＰＶＤＦ、ＴＨＶ、ＦＥＰ、ＰＦＡが使用され、最も好ましくはＦＥＰ、ＰＦＡが使用される。

また上記フッ素系樹脂は、２種以上の樹脂の混合物であってもよく、また、金属基板との接着性を向上させる等の目的で、本発明の効果を阻害しない範囲において、他の樹脂を添加してもよい。添加可能な樹脂としては、例えば、フェノール樹、エポキシ樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエーテルサルホンなどが挙げられる。前記ポリイミド系樹脂としては、縮合型の全芳香族ポリイミド、付加型のビスマレイミド系ポリイミド、やポリアミドイミド、ポリエーテルイミドなどの熱可塑性ポリイミド等が挙げられる。また、前記フッ素系樹脂中には、金属基板との接着性をさらに向上する目的で、シラン系カップリング剤やチタン系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤を適宜添加してもよい。

導電性セラミックスは、体積抵抗値が１０^−２Ω・ｃｍ未満のセラミックスであり、例えば、金属炭化物、金属窒化物、金属炭窒化物、金属ホウ化物、金属珪化物、金属酸化物などが挙げられる。これらの中でも、耐食性に優れ、体積抵抗値の小さい、金属炭化物、金属窒化物、金属炭窒化物、金属ホウ化物、及び金属珪化物からなる群より選ばれた少なくとも１種を含むことが好ましい。

上記金属炭化物としては、例えば、炭化タングステン、炭化タンタル、炭化チタン、炭化ニオブ、炭化ジルコニウム、炭化モリブデン、炭化バナジウム、炭化クロム、炭化ホウ素、炭化ハフニウム等が挙げられる。

上記金属窒化物としては、例えば、窒化クロム、窒化ジルコニウム、窒化タンタル、窒化チタン、窒化ガリウム、窒化ニオブ、窒化バナジウム、等が挙げられる。

上記金属炭窒化物としては、例えば、炭窒化チタン、炭窒化ジルコニウム等が挙げられる。

上記金属ホウ化物としては、例えば、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハフニウム、ホウ化バナジウム、ホウ化ニオブ、ホウ化タンタル、ホウ化クロム、ホウ化モリブデン、ホウ化タングステン、及びホウ化ランタンが挙げられる。

上記金属珪化物としては、例えば、珪化チタン、珪化ジルコニウム、珪化ハフニウム、珪化ニオブ、珪化タンタル、珪化クロム、珪化モリブデン、及び珪化タングステンが挙げられる。

上記導電性セラミックスの中では、耐食性に優れ、比較的比重の小さい、炭化チタン粉末、炭化ニオブ粉末、炭化バナジウム粉末を使用することが好ましい。これらの粉末は、シランカップリング剤等で、表面処理をしてもよい。

導電性セラミックスの粒径は、平均粒径が０．１μｍ以上、好ましくは０．２μｍ以上であり、かつ５．０μｍ以下、好ましくは４．０μｍ以下、さらに好ましくは３．０μｍ以下の範囲である。平均粒径が０．１μｍ未満では、粒径が小さ過ぎて取り扱いにくいという問題がある。一方、平均粒径が５．０μｍ超であると、導電性層から導電性セラミックス粒子が欠落する場合がある。

なお、上記導電性セラミックスの平均粒径は、顕微鏡法、光散乱法、ふるい分け法、液相沈降法、慣性衝突法を用いて測定されるが、測定精度や簡便性などを考慮すると、光散乱法を用いて測定することが好ましい。

導電性層は、導電性セラミックスとバインダー樹脂を含む。導電性セラミックスとバインダー樹脂の質量比は、３０／７０〜７０／３０、好ましくは３５／６５〜７０／３０、さらに好ましくは４０／６０〜６５／３５である。バインダー樹脂の含有量が前記下限値未満であると、セパレータ基材が腐食され、また導電性層が金属基板から欠落する場合がある。また、バインダー樹脂の含有量が前記上限値超であると、金属基板とガス拡散電極材との接触抵抗を十分に低下することが難しい。

導電性セラミックスとバインダー樹脂とを上記質量比となるように、水又は有機溶媒中に分散又は溶解した塗料組成物を調製し、該塗料組成物を金属基板に塗布する。有機溶媒としては、メチルエチルケトン、ＴＨＦ、シクロヘキサン、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド等を使用することができる

好ましくは、該塗料組成物は、２５℃における粘度が５０〜２５０ｍＰａ・Ｓの範囲、より好ましくは１００〜２５０ｍＰａ・Ｓの範囲である。粘度が前記上限値を越えると、導電性の層の厚みを精度良く付設することが難しくなりやすい。また、粘度が前記下限値未満では、塗料が流れやすく、下記の適切な厚みの導電性の層１２を付設することが難しくなる傾向がある。

導電性層の厚みは、０．５μｍ以上、好ましくは２．０μｍ以上、さらに好ましくは３．０μｍ以上であり、かつ１０μｍ以下、好ましくは９．０μｍ以下、さらに好ましくは８．０μｍ以下である。導電性層の厚みが０．５μｍ以上であれば、金属基板への防食効果を充分に発現でき、金属基板が腐食するのを抑えることができ、また１０μｍ以下であれば、コンパクトな燃料電池を得ることができる。従来、厚みを１０μｍ以上にすることが必要であるとされていたが（特許文献４、５）、所定の樹脂とセラミックスを含み、且つ、適切な粘度範囲に調整された塗料を使用することによって、ピンホールの発生を防止し、上記厚みを達成したものである。なお、本発明において、導電性層の厚みは、（株）ミツトヨ製ＡＢＳデジマティックインジケーター又は、金属基材上に導電性層を付設した後、ミクロトームを用い断面切片を作製し、走査電子顕微鏡にて断面観察を行い、測定した。

導電性層は、例えばバインダー樹脂の種類またはブレンド比等が異なる複数の層からなってもよく、その総厚みが上記範囲であればよい。また、図１に関して説明したように、金属基板の片面または両面に備えることができる。

好ましくは、前記導電性層のガス拡散電極と接する側の表面の水に対する接触角は、１２０度以上、より好ましくは１４０度以上である。接触角が１２０度未満では、撥水性が十分ではないため、燃料電池の発電過程において生成する生成水が、燃料電池セパレータの燃料ガスや空気の流路内に溜まり、燃料ガスや空気の流通を妨げ、発電性能を低下させるという問題が起こり易い。更には、生成水が導電性層を通り、金属基板との界面に到達し、セパレータ基材を腐食させ易い。斯かる好ましい接触角は、例えば、バインダー樹脂として上述のＦＥＰ又はＰＦＡを用い、導電性セラミクッスに金属炭化物を用いることによって、達成することができる。なお、接触角の上限については、特に制限はなく、理論的には１８０度である。また、その測定は、導電性の層の表面上に水を滴下し接触角測定器を用い測定することができ、その詳細は後述する。

本発明のセパレータを構成する金属基板は、各種の金属からなる基板を用いることができる。例えば、ステンレス鋼、チタン若しくはその合金、アルミニウム若しくはその合金、銅若しくはその合金、ニッケル若しくはその合金、及び鋼からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属を好適に使用できる。中でも、耐食性と成形性とに優れる、ステンレス鋼、チタン及びその合金が好ましい。

金属基板の厚みは、燃料電池全体をコンパクトにする観点からは０．０５ｍｍ以上、好ましくは０．０８ｍｍ以上であり、かつ３．０ｍｍ以下、好ましくは２．０ｍｍ以下の範囲であることが望ましい。

本発明のセパレータの形状は特に限定される物ではないが、例えば、図１に示すような、凹部と凸部とが復次的に成形されガス流路の表面積を大きくしている形状として用いることが好ましい。前記の凹凸の溝形状としては、例えばｍ幅０．５〜２．０ｍｍ、深さ０．２〜０．８ｍｍ、ピッチ１．０〜４．０ｍｍで両面に加工された形状が挙げられる。

上記の塗布液を金属基板上に塗装する方法としては、特に限定されないが、スプレーコート、カーテンフローコート、浸漬法、エアドクタコータ、ブレードコータ、ロッドコータ、ナイフコータ、スクイズコータ、含浸コータ、リバースロールコータ、トランファロールコータ、キスロールコータ、キャストコータ、ホワードロールコータなどの各種コーティング法が適用できる。中でも均一な厚さで塗装でき、量産性に優れる、リバースロールコータ法が好ましい。塗布後は、オーブンなどを用いて０．５〜３０分間程度乾燥後、２００〜３００℃程度で処理することが好ましい。

上記のようにして得られるセパレータは、導電性層とガス拡散電極材（例えば材質カーボンペーパー）との接触抵抗が５０ｍΩｃｍ^２以下であり、好ましくは、３０ｍΩｃｍ^２以下であり、より好ましくは２０ｍΩｃｍ^２以下である。接触抵抗値の下限については特に制限は無いが、実際上、１ｍΩｃｍ^２以上である。接触抵抗の測定法については、後述する。

本発明のセパレータは、固体高分子電解質型燃料電池用のセパレータとして好適に用いることができる。該セパレータは、耐食性導電性に優れているため、比較的低温で作動し、発電効率も高く、電気自動車搭載用を始めとする各種の用途での使用が見込める。

以下、実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

＜実施例１〜３＞
フッ素系塗料（ＰＦＡ系エマルジョン、固形分濃度２４重量％、ＰＦＡ比重２．１５、三井・デュポンフロロケミカル（株）製）と、炭化チタン粒子（ＯＲ０７、比重４．９、平均粒径０．７μｍ、（株）アライドマテリアル製）を、表１記載の割合で混合し塗料を作製した。
上記塗料をＳＵＳ３１６Ｌ製セパレータ（厚み０．１ｍｍ）上にバーコータで塗布し、１２０℃で１５分間加熱し溶剤を乾燥させ、その後３００℃で１０分間焼き付けを行い、表１記載の厚さの導電性層を形成した。
同じ方法で、他方の面にも表１記載の厚さの導電性層を形成し、金属製セパレータを作製した。

＜比較例１、２＞
Ｎ−メチル−２ピロリドンに固形分として１２重量％になるように、ポリエーテルサルホン（スミカエクセル５００３Ｐ、比重１．３７、住友化学工業（株）製）と炭化チタン粒子（ＯＲ０７、比重４．９、平均粒径０．７μｍ（株）アライドマテリアル製）を表１記載の割合で混合し塗料を作製した。
上記塗料をＳＵＳ３１６Ｌ製セパレータ（厚み０．１ｍｍ）上にバーコータで塗布し、３００℃で１０分間焼き付けを行い、表１記載の厚さの導電性層を形成した。
同じ方法で、他方の面にも表１記載の厚さの導電性層を形成し、金属製セパレータを作製した。

＜参考例１＞
フッ素系塗料（ＰＦＡ系エマルジョン、固形分濃度２４重量％、ＰＦＡ比重２．１５、三井・デュポンフロロケミカル（株）製）と炭化チタン粒子（ＯＲ０７、比重４．９、平均粒径０．７μｍ、（株）アライドマテリアル製）を表１記載の割合で混合し塗料を作製した。
上記塗料をＳＵＳ３１６Ｌ製金属基板（厚み０．１ｍｍ）上にバーコータで塗布し、１２０℃で１５分間加熱し溶剤を乾燥させ、その後３００℃で１０分間焼き付けを行い、表１に記載の厚さを有する導電性層を形成した。
同じ方法で、他方の面にも表１記載の厚さを有する導電性層を形成し、燃料電池用セパレータを作製した。

＜比較例３＞
フッ化ビニリデン溶液（ＫＦポリマーＬ ＃１１２０、固形分濃度１２質量％、フッ化ビニリデン比重１．７７、呉羽化学（株）製）と炭化チタン粒子（ＯＲ０７、比重４．９、平均粒径０．７μｍ、（株）アライドマテリアル製）を表１記載の割合で混合し塗料を作製した。
上記塗料をＳＵＳ３１６Ｌ製金属基板（厚み０．１ｍｍ）上にバーコータで塗布し、１２０℃で１５分間加熱し溶剤を乾燥させた。 同じ方法で、他方の面にも表１記載の厚さを有する導電性層を形成し、燃料電池用セパレータを作製した。

［評価方法］
各セパレータを、下記方法で評価した。結果を表１及び２に示す。なお、表１において、「‐」は測定を行わなかったことを示す。

＜粘度測定＞
実施例３、比較例１０、１１で調製した塗料について、ＪＩＳ Ｋ５４００（回転粘度計法）に従い、粘度測定を実施した。測定条件は、１５０ｍｌのビーカーに深さ５０ｍｍになるまで塗料を入れ、温度を２０℃に保った状態で、東機産業社製のＴＶＢ−１０形粘度計「ＴＶＢ−１０Ｈ」にＨ３形ローターを取り付け、回転数１００ｒｐｍで測定した。

＜接触抵抗値の測定＞
得られた燃料電池用セパレータの導電性層とガス拡散電極材との接触抵抗の評価は以下のようにして行った。
１）測定装置
抵抗計：「ＹＭＲ−３型」（（株）山崎精機研究所社製）
負荷装置：「ＹＳＲ−８型」（（株）山崎精機研究所社製）
電極：真鍮製平板２枚（面積１平方インチ、鏡面仕上げ）
２）測定条件
方法：４端子法
印加電流：１０ｍＡ（交流、２８７Ｈｚ）
開放端子電圧：２０ｍＶピーク以下
見かけの面圧：１８×１０^５Ｐａ
カーボンペーパー：東レ社製「ＴＧＰ−Ｈ−０９０」（厚み０．２８ｍｍ）
３）測定方法
得られたセパレータを、カーボンペーパーを介して両側から真鍮製電極で挟み、所定の荷重を加えながら、４端子法にて所定の電流印加時の電圧を測定して以下の計算式にて接触抵抗値を求めた。
接触抵抗値（ｍΩｃｍ^２）＝抵抗測定値（ｍΩ）×電極面積（ｃｍ^２）

＜耐食性試験＞
得られた燃料電池用セパレータをプレス成形し、大きさ３０ｍｍ×３０ｍｍに裁断後、端部をフッ素樹脂（ＴＨＶ２２０Ｇ、比重２、融点１３０℃、住友スリーエム（株）製）をアセトンに溶解させた溶液（固形分濃度１５質量％）に浸して封止した。次いで、高圧用反応分解容器（ＨＵ−５０、内部容器はテフロン（登録商標）製、三愛科学（株）製）の中に０．００５ｍｏｌの硫酸水溶液５０ｍｌと、封止した上記サンプルを浸漬し、８０℃のオーブンに入れて、２０日後サンプルを取り出し、接触抵抗値を上記と同様の方法で測定した。

＜水との接触角の測定方法＞
水との接触角は、導電樹脂被覆体／金属基板／導電樹脂被覆体のサンプルを５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさに裁断し、導電樹脂被覆体の表面に水滴を滴下し、接触角測定器（ＣＸ−Ｘ１５０、共和界面科学（（株））を用い、滴下後３０秒の水との接触角を測定した。この場合、好ましくは、イオン交換水を使用するが、水道水であっても有意差は認められなかった。

表１から分かるように、本発明のセパレータは接触角が大きく、耐酸試験後であっても接触抵抗値が変化しない。これに対して、接触角が小さい層（比較例１〜３）は、耐酸試験による接触抵抗値の上昇が大きかった。

これより、本発明のセパレータは導電性、特に耐摩耗性、耐食性に優れていることから、該セパレータを用いた燃料電池は長時間の運転が可能であることが分かる。

本発明のセパレータは、導電性、耐摩耗性、耐食性に優れるため、燃料電池用セパレータや燃料電池の分野で利用することができる。

本発明のセパレータを備える燃料電池の一例の部分断面図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ 単電池
２ａ、２ｂ 固体高分子電解質膜
３ａ、３ｂ 電極
４ａ、４ｂ ガス流路
１０ セパレータ
１１ 金属基板
１２ 導電性層

Claims (13)

1. 金属基板の少なくとも片面上に少なくとも１層の導電性の層を備える燃料電池セパレータであって、該導電性の層は、導電性セラミックスとバインダー樹脂とを含み、その総厚みが０．５〜１０μｍであり、及び、燃料電池のガス拡散電極と接する側の表面の水に対する接触角が１２０度以上であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
2. 前記導電性セラミックス／バインダー樹脂の質量比が３０／７０〜７０／３０の範囲である請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
3. 前記バインダー樹脂がフッ素系樹脂である請求項１または２記載の燃料電池用セパレータ。
4. 前記フッ素系樹脂が、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体又はテトラフルオロエチレン−エチレン共重合体である、請求項３記載の燃料電池用セパレータ。
5. 前記導電性セラミックスが金属炭化物、金属窒化物、金属炭窒化物、金属ホウ化物、及び金属珪化物からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
6. 前記導電性セラミックスが炭化チタン、炭化ニオブ、及び炭化バナジウムからなる群より選ばれる少なくとも１種である請求項５記載の燃料電池用セパレータ。
7. 前記金属基板がステンレス鋼、チタン若しくはその合金、アルミニウム若しくはその合金、銅若しくはその合金、ニッケル若しくはその合金、及び鋼からなる群より選ばれる少なくとも１種である請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池用セパレータを備える燃料電池。
9. 金属基板の少なくとも片面上に少なくとも１層の導電性の層を備える燃料電池セパレータの該導電性の層を形成するための塗料組成物であって、導電性セラミックスとバインダー樹脂とを含み、２５℃における粘度が５０〜２５０ｍＰａ・Ｓの範囲である塗料組成物。
10. 前記バインダー樹脂がフッ素系樹脂である請求項９記載の塗料組成物。
11. 前記フッ素系樹脂が、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体又はテトラフルオロエチレン−エチレン共重合体である、請求項１０記載の塗料組成物。
12. 前記導電性セラミックスが金属炭化物、金属窒化物、金属炭窒化物、金属ホウ化物、及び金属珪化物からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項９〜１１いずれかに記載の塗料組成物。
13. 前記導電性セラミックスが炭化チタン、炭化ニオブ、及び炭化バナジウムからなる群より選ばれる少なくとも１種である請求項１２記載の塗料組成物。

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