JP2007324146A - 燃料電池用セパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、集電性能と成形性、強度および耐食性の両方を満足する燃料電池、特に固体高分子電解質型燃料電池用のセパレータを提供することを目的とする。
【解決手段】金属基板１１の少なくとも片面に、樹脂と導電性充填剤を混合した樹脂導電層１２を設けた燃料電池用セパレータであって、前記樹脂導電層が、体積抵抗率が１．０Ω・ｃｍ以下の第１の樹脂層１３と、樹脂導電層の表面を形成し且つ体積抵抗率が前記第１の樹脂層よりも小さい第２の樹脂層１４とを少なくとも有し、前記第１の樹脂層は、前記第１の樹脂層全体の体積に対して導電性充填剤を１５〜４０体積％含有し、前記第２の樹脂層は、前記第２の樹脂層全体の体積に対して導電性充填剤を４５〜９０体積％含有し、前記第２の樹脂層の厚さが０．１〜２０μｍの範囲であり、前記金属基板と前記樹脂導電層が一緒にプレス加工されることにより、前記金属基板と前記樹脂導電層が共に変形してガス流路が成形された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セパレータに係り、詳しくは単電池を複数積層して構成する燃料電池において隣接する単電池間に設けられ、電極との間で燃料ガス流路及び酸化ガス流路を形成すると共に燃料ガスと酸化ガスとを隔てる燃料電池用セパレータであって、特に成形性、強度、耐食性に優れた燃料電池用セパレータに関する。

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

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

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

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

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

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

これらの問題を解決するために、本出願人は、金属基板の表面に導電性フィラーを混合した樹脂層を設けたセパレータを開示した（特開２００２−１５７５０号公報）。このセパレータでは、電気伝導性が高く、集電性能に優れていると同時に、成形性、強度および耐食性に優れている。

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

本発明は、金属基板の少なくとも片面に、樹脂と導電性充填剤を混合した樹脂導電層を設けた燃料電池用セパレータであって、前記樹脂導電層が、体積抵抗率が１．０Ω・ｃｍ以下の第１の樹脂層と、樹脂導電層の表面を形成し且つ体積抵抗率が前記第１の樹脂層よりも小さい第２の樹脂層とを少なくとも有し、前記第１の樹脂層は、前記第１の樹脂層全体の体積に対して導電性充填剤を１５〜４０体積％含有し、前記第２の樹脂層は、前記第２の樹脂層全体の体積に対して導電性充填剤を４５〜９０体積％含有し、前記第２の樹脂層の厚さが０．１〜２０μｍの範囲であり、前記金属基板と前記樹脂導電層が一緒にプレス加工されることにより、前記金属基板と前記樹脂導電層が共に変形してガス流路が成形されたことを特徴とする燃料電池用セパレータに関する。

本発明は、特許請求の範囲により特定されるが、本出願は次の事項も開示している。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

１４． 前記第１の樹脂層の厚さが５〜３００μｍの範囲、前記第２の樹脂層の厚さが０．１〜２０μｍの範囲であることを特徴とする上記１〜４のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。

１５． 前記第１の樹脂層の厚さが５〜３００μｍの範囲、前記第２の樹脂層の厚さが０．１〜２０μｍの範囲、前記第３の樹脂層の厚さが０．１〜２０μｍの範囲であることを特徴とする上記５〜８のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。

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

図１は、多数の単電池を積層した積層型燃料電池のセパレータ付近を拡大した模式図である。単電池１ａ、単電池１ｂはそれぞれ、固体高分子電解質膜２ａ、２ｂ、それを挟持する電極３ａ、３ｂを有し、単電池１ａおよび単電池１ｂの間がセパレータ１０で隔てられていると同時に、電極３ａに接して単電池１ａ側でガス流路４ａを形成し、また電極３ｂに接して単電池１ｂ側でガス流路４ｂを形成している。この形態のセパレータ１０は、金属基板１１の両面に樹脂導電層１２を設けたものであり、電極３ａおよび電極３ｂの両方に接していることから、単電池１ａと単電池１ｂを直列に接続している。

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

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

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

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

次に、各層の材料を示しながらさらに詳細に説明する。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

導電性充填剤は、粉末の場合は、通常、重量平均粒径（レーザー散乱による測定）が２０μｍ以下、好ましくは１５μｍ以下、特に好ましくは１０μｍ以下であり、通常０．０１μｍ以上、好ましくは０．０５μｍ以上、特に好ましくは０．１μｍ以上である。また、繊維状の場合は、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバーについては前述の通りであり、その他の材料の繊維のときは、繊維径が５０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下であり、通常１μｍ以上、好ましくは５μｍ以上であり、繊維長が１〜１０，０００μｍ、好ましくは５〜１，０００μｍが導電性の点から好ましい。

本発明の樹脂導電層は、上述の樹脂と導電性充填剤を混合したものであり、その際に、金属基板表面に接する第１の樹脂層の体積抵抗率が、１．０Ω・ｃｍ以下（ＪＩＳ Ｋ ７１９４による）になるように適宜配合すればよく、第２の樹脂層および第３の樹脂層の体積抵抗率に関しては、第１の樹脂層より体積低効率が小さくなるように適宜配合すればよい。第２の樹脂層および第３の樹脂層の体積抵抗率は、好ましくは０．５Ω・ｃｍ以下、特に０．１Ω・ｃｍ以下である。

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

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

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

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

樹脂導電層全体の厚さは、薄すぎると、金属基板への耐食効果が少なく、厚すぎるとセパレータが厚くなりスタックされた燃料電池が大きくなるので、導電性および成形性、強度等を考慮して、上記の各樹脂層の通常の範囲で決めることが好ましい。従って、通常は５．１〜３４０μｍの範囲であり、好ましくは１１〜１７０μｍ、さらに好ましくは１５〜１５０μｍの範囲である。

本発明のセパレータの製造方法は特に限定されないが、例えば、第１の樹脂層、第２の樹脂層、第３の樹脂層を、通常の押出成形、ロール成形法等により予めそれぞれシートとして形成しておき、金属基板の片面又は両面に、第３の樹脂層（存在するとき）、第１の樹脂層、第２の樹脂層で積層して熱プレス加工によって一体化する。熱プレス法の条件も通常のプレス条件、加熱温度１２０℃〜３００℃、圧力２．９×１０^６Ｐａ〜９．８×１０^６Ｐａ（３０ｋｇｆ／ｃｍ^２〜１００ｋｇｆ／ｃｍ^２）程度にて行なえばよい。

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

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

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

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

金属基板はＳＵＳ３０４（厚み０．３ｍｍ）の表裏面をブラスト研磨法にて０．１μｍの表裏研磨層を形成したものを使用し、プライマーとしてシランカップリング剤（「ＧＥ東芝シリコーン（株）」製 ＴＳＬ８３３１）３％エタノール溶液をバーコーター（「松尾産業製」＃１０番）で表面研磨層したＳＵＳ３０４の両面に塗布後、１００℃１０分乾燥し、導電性フッ素樹脂シート／ＳＵＳ３０４／導電性フッ素樹脂シートの順に載置し、温度２００℃、１０分、圧力３．５×１０^６Ｐａ（３６ｋｇｆ／ｃｍ^２）にて熱プレス加工して積層一体化し、金属基板の両面に第１の樹脂層を成形した。

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

上記塗料を基材フィルム（ポリエチレンテレフタレート、三菱化学ポリエステル（株）製：厚み２５μｍ）上にバーコーター（「松尾産業製」＃２４番）で塗布し、８０℃で溶媒を乾燥して転写層の厚さが１０μｍの転写シートを得た。得られた転写シートを２枚用いて、その樹脂面を金属基板両面の第１樹脂層に重ね合わせ、温度２００℃、１０分、圧力３．５×１０^６Ｐａ（３６ｋｇｆ／ｃｍ^２）にて熱プレスした後、転写基材をはがして第２の樹脂層を形成した。

得られた複合板１の厚みは０．７２ｍｍであった。

＜実施例２＞
実施例１と同じ方法で得た、フッ素樹脂シート（第１の樹脂層 厚み２００μｍ）と、転写シート（転写層厚み１０μｍ）２枚を、転写基材（ＰＥＴシート）が外側に成るように、転写シート／フッ素樹脂シート／転写シートの順に載置し、温度２００℃、１０分、圧力３．５×１０^６Ｐａ（３６ｋｇｆ／ｃｍ^２）にて熱プレスした後、転写基材２枚をはがして、第１の樹脂層の両側に第２及び第３の樹脂層を形成した。得られた導電性シートの総厚みは２２０μｍであった。

上記方法で得られた導電性シート２枚と、実施例１と同様の表面処理が施されたＳＵＳ３０４板（厚み０．３ｍｍ）を、導電性シート／ＳＵＳ３０４板／導電性シートの順に載置し、温度２００℃、１０分、圧力３．５×１０^６Ｐａ（３６ｋｇｆ／ｃｍ^２）にて熱プレスして、積層一体化し、金属基板の両面に外側から第２の樹脂層／第１の樹脂層／第３の樹脂層を形成した。

得られた複合板２の厚みは０．７４ｍｍであった。

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

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

＜接触抵抗の測定＞
実施例１、２で得られた複合板１、２の接触抵抗を測定した。接触抵抗の評価は以下のように行った。
１．測定装置抵抗計：ＹＭＲ−３型（（株）山崎精機研究所社製）
負荷装置：ＹＳＲ−８型（（株）山崎精機研究所社製）
電極：真鍮製平板２枚（面積１平方インチ、鏡面仕上げ）
２．測定条件方法：
４端子法印加電流：１０ｍＡ（交流、２８７Ｈｚ）
開放端子電圧：２０ｍＶピーク以下
接触荷重：０．９０×１０^５Ｐａ
１．８×１０^５Ｐａ
４．５×１０^５Ｐａ
９．０×１０^５Ｐａ
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
図４に示した測定装置により、セパレータ２３を、カーボンペーパー２２を介して両側から真鍮製電極２１で挟み、所定の荷重を加えながら、４端子法にて所定の電流印加時の電圧を測定して接触抵抗を求めた。

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

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

燃料電池のセパレータ付近を模式的に示す図である。 本発明のセパレータの層構造の１例を示す図である。 本発明のセパレータの層構造の１例を示す図である。 接触抵抗の測定方法を示す図である。 接触荷重と接触抵抗値の関係を示すグラフである。

符号の説明

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

Claims (8)

1. 金属基板の少なくとも片面に、樹脂と導電性充填剤を混合した樹脂導電層を設けた燃料電池用セパレータであって、
   前記樹脂導電層が、体積抵抗率が１．０Ω・ｃｍ以下の第１の樹脂層と、樹脂導電層の表面を形成し且つ体積抵抗率が前記第１の樹脂層よりも小さい第２の樹脂層とを少なくとも有し、
   前記第１の樹脂層は、前記第１の樹脂層全体の体積に対して導電性充填剤を１５〜４０体積％含有し、前記第２の樹脂層は、前記第２の樹脂層全体の体積に対して導電性充填剤を４５〜９０体積％含有し、
   前記第２の樹脂層の厚さが０．１〜２０μｍの範囲であり、
   前記金属基板と前記樹脂導電層が一緒にプレス加工されることにより、前記金属基板と前記樹脂導電層が共に変形してガス流路が成形されたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
2. 前記第１の樹脂層の厚さが５〜３００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
3. 前記第２の樹脂層の体積抵抗率が０．５Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池用セパレータ。
4. 前記金属基板の材料がステンレス鋼、チタン、アルミニウム、銅、ニッケルおよび鋼からなる群より選ばれることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
5. 前記導電性充填剤が、炭素系材料、金属炭化物、金属酸化物、金属窒化物および金属からなる群より選ばれることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
6. 前記導電性充填剤が、炭化タングステン、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバーからなる群より選ばれることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
7. 前記カーボンナノチューブ及び／又はカーボンナノファイバーは、繊維径が０．００１〜０．５μｍであり繊維長が１〜１００μｍであることを特徴とする請求項６記載の燃料電池用セパレータ。
8. 前記第１の樹脂層および前記第２の樹脂層の各層中の樹脂がフッ素樹脂及びフッ素ゴムから選ばれることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。

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