JP2011076847A - Separator material of fuel cell, separator of fuel cell using the same, fuel cell stack, and manufacturing method for separator material of fuel cell - Google Patents

Separator material of fuel cell, separator of fuel cell using the same, fuel cell stack, and manufacturing method for separator material of fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP2011076847A
JP2011076847A JP2009226769A JP2009226769A JP2011076847A JP 2011076847 A JP2011076847 A JP 2011076847A JP 2009226769 A JP2009226769 A JP 2009226769A JP 2009226769 A JP2009226769 A JP 2009226769A JP 2011076847 A JP2011076847 A JP 2011076847A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
separator
component
surface layer
separator material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2009226769A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5419271B2 (en
Inventor
Yoshitaka Shibuya
義孝 澁谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JX Nippon Mining and Metals Corp
Original Assignee
JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JX Nippon Mining and Metals Corp filed Critical JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority to JP2009226769A priority Critical patent/JP5419271B2/en
Publication of JP2011076847A publication Critical patent/JP2011076847A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5419271B2 publication Critical patent/JP5419271B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator material of a fuel cell capable of firmly and uniformly forming a surface layer including Au on a Ti base material and securing corrosion resistance, conductivity, and durability required for a separator of the fuel cell. <P>SOLUTION: In the separator material of the fuel cell, the surface layer 6 including Au and a first component made from at least one kind or more of metals selected from a group of Al, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Sn, and Bi is formed on the surface of the Ti base material 2, the content of the first component on the surface layer is (specific gravity (g/cm<SP>3</SP>) of first component)×0.001 to (specific gravity (g/cm<SP>3</SP>) of first component)×0.01 (μg/mm<SP>2</SP>), the content of Au is 0.070 (μg/mm<SP>2</SP>) or more, and the content of the first component at a metal state is 25 mass% or below at any depth on the surface layer. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、表面にＡｕを含む層が形成された燃料電池用セパレータ材料、それを用いた燃料電池用セパレータ、燃料電池スタック及び燃料電池用セパレータ材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell separator material having a surface containing Au, a fuel cell separator using the same, a fuel cell stack, and a method for producing a fuel cell separator material.

固体高分子型の燃料電池用セパレータとして、従来はカーボン板にガス流通路を形成したものが使用されていたが、材料コストや加工コストが大きいという問題がある。一方、カーボン板の代わりに金属板を用いる場合、高温で酸化性の雰囲気に曝されるために腐食や溶出が問題となる。このようなことから、Ｔｉ板表面にＡｕ，Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ及びＰｔ等から選ばれる貴金属とＡｕとの合金をスパッタ成膜して導電部分を形成する技術が知られている（特許文献１）。さらに、特許文献１には、Ｔｉ表面に上記貴金属の酸化物を成膜することが記載されている。
一方、Ｔｉ基材の酸化被膜の上に、Ｔｉ，Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等からなる中間層を介してＡｕ膜を形成する燃料電池用セパレータが知られている（特許文献２）。この中間層は、基材酸化膜との密着性、すなわちＯ（酸素原子）との結合性が良いとともに、金属または半金属のためにＡｕ膜との密着性、結合性が良いとされている。 Conventionally, a solid polymer type fuel cell separator in which a gas flow passage is formed on a carbon plate has been used, but there is a problem that material costs and processing costs are high. On the other hand, when a metal plate is used instead of the carbon plate, corrosion and elution become a problem because it is exposed to an oxidizing atmosphere at a high temperature. For this reason, a technique for forming a conductive portion by sputtering a noble metal selected from Au, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt and the like and an alloy of Au on the surface of the Ti plate is known. (Patent Document 1). Further, Patent Document 1 describes that the oxide of the noble metal is formed on the Ti surface.
On the other hand, a fuel cell separator is known in which an Au film is formed on an oxide film of a Ti base material through an intermediate layer made of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, or the like. (Patent Document 2). This intermediate layer has good adhesion to the base oxide film, that is, good bonding with O (oxygen atom), and good adhesion and bonding to the Au film because of the metal or metalloid. .

又、固体高分子型燃料電池において、アノードに供給する燃料ガスとして、取扱いが容易なメタノールを使用するダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ（ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｔｈａｎｏｌ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ））も開発されている。ＤＭＦＣは、メタノールから直接エネルギー（電気）を取り出すことができるため、改質器などが不要で燃料電池の小型化に対応でき、携帯機器の電源としても有望視されている。
ＤＭＦＣの構造としては、以下の２つが提案されている。まず第１の構造は、単セル（固体高分子型電解質膜を燃料極と酸素極で挟み込んだ膜電極接合体（以下、ＭＥＡという）を積層した積層型（アクティブ型）構造である。第２の構造は、単セルを平面方向に複数個配置した平面型（パッシブ型）構造である。これらの構造は、いずれも単セルを複数個直列に繋いだもの（以下、スタックという）であるが、このうち、パッシブ型構造は、燃料ガス（燃料液体）や空気などをセル内に供給するための能動的な燃料移送手段を必要としないため、更なる燃料電池の小型化が有望視されている（特許文献３）。 In addition, in a polymer electrolyte fuel cell, a direct methanol fuel cell (DMFC) that uses methanol that is easy to handle as a fuel gas to be supplied to an anode has been developed. Since DMFC can directly extract energy (electricity) from methanol, a reformer or the like is not necessary, and it can cope with downsizing of the fuel cell, and is also promising as a power source for portable devices.
The following two structures have been proposed as DMFC structures. First, the first structure is a single cell (stacked (active) structure in which a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as MEA) in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an oxygen electrode) is stacked. This structure is a planar type (passive type) structure in which a plurality of single cells are arranged in the plane direction, each of which is a structure in which a plurality of single cells are connected in series (hereinafter referred to as a stack). Of these, the passive type structure does not require an active fuel transfer means for supplying fuel gas (fuel liquid), air, or the like into the cell, and therefore further reduction in size of the fuel cell is considered promising. (Patent Document 3).

ところで、燃料電池用セパレータは、電気伝導性を有し、各単セルを電気的に接続し、各単セルで発生したエネルギー（電気）を集電すると共に、各単セルへ供給する燃料ガス（燃料液体）や空気（酸素）の流路が形成されている。このセパレータは、インターコネクタ、バイポーラプレート、集電体とも称される。
そして、ＤＭＦＣ用集電体に要求される条件は、水素ガスを用いる固体高分子型燃料電池用セパレータと比較すると多い。すなわち、通常の固体高分子型燃料電池用セパレータに要求される硫酸水溶液への耐食性に加え、燃料であるメタノール水溶液への耐食性、及び蟻酸水溶液への耐食性が必要である。蟻酸は、アノード触媒上でメタノールから水素イオンが生成する際に発生する副生成物である。
このようにＤＭＦＣ作動環境下では、従来の固体高分子型燃料電池用セパレータに用いる材料をそのまま適用できるとは限らない。 By the way, the separator for a fuel cell has electrical conductivity, electrically connects each unit cell, collects energy (electricity) generated in each unit cell, and supplies fuel gas ( A flow path for fuel liquid) and air (oxygen) is formed. This separator is also called an interconnector, a bipolar plate, or a current collector.
The conditions required for a DMFC current collector are more than those for a polymer electrolyte fuel cell separator using hydrogen gas. That is, in addition to the corrosion resistance to a sulfuric acid aqueous solution required for a normal polymer electrolyte fuel cell separator, the corrosion resistance to a methanol aqueous solution and the corrosion resistance to a formic acid aqueous solution are required. Formic acid is a by-product generated when hydrogen ions are produced from methanol on the anode catalyst.
Thus, under the DMFC operating environment, the material used for the conventional polymer electrolyte fuel cell separator is not always applicable.

特開２００１−２９７７７７号公報JP 2001-297777 A 特開２００４−１８５９９８号公報JP 2004-185998 A 特開２００５−２４３４０１号公報JP-A-2005-243401

しかしながら、上記した特許文献１記載の技術の場合、密着性の良いＡｕ合金膜を得るためには、チタン基材表面の酸化皮膜を取り除く処理が必要であり、酸化被膜の除去が不充分な場合は貴金属膜の密着性が低下するという問題がある。
又、特許文献２には、基材表面の酸化皮膜の表面に導電性薄膜を形成することが規定されているが、例えば、チタン基材表面に酸化皮膜を残したまま、Ａｕを成膜しようとすると、均一に成膜されない。特に、湿式の金めっきではめっきの電着形状が粒状であり、チタン基材表面に酸化皮膜が残っていると、チタン基材表面の一部に非めっき部分となる部分が生じてしまう。また、特許文献２には、密着性を向上させるために、中間層を設けることも規定されているが、単に中間層を設けるだけでは十分な密着性、及び燃料電池のセパレータとして必要な耐食性や耐久性が得られない。
特許文献３記載の技術は、銅板の両面にステンレスをクラッド加工した基材に、樹脂を被覆したものであり、耐食性が優れているとはいえない。 However, in the case of the technique described in Patent Document 1 described above, in order to obtain an Au alloy film having good adhesion, it is necessary to remove the oxide film on the surface of the titanium base material, and the oxide film is not sufficiently removed. Has a problem that the adhesion of the noble metal film is lowered.
Patent Document 2 stipulates that a conductive thin film is formed on the surface of the oxide film on the surface of the base material. For example, Au should be formed while leaving the oxide film on the surface of the titanium base material. Then, the film is not uniformly formed. In particular, in wet gold plating, if the electrodeposition shape of the plating is granular and an oxide film remains on the surface of the titanium base material, a portion that becomes a non-plating portion is generated on a part of the surface of the titanium base material. In addition, Patent Document 2 stipulates that an intermediate layer is provided in order to improve the adhesion, but it is sufficient to simply provide the intermediate layer, and sufficient corrosion resistance and a corrosion resistance necessary for a fuel cell separator Durability cannot be obtained.
The technique described in Patent Document 3 is obtained by coating a base material with stainless steel clad on both sides of a copper plate, and cannot be said to have excellent corrosion resistance.

すなわち、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、Ｔｉ基材表面にＡｕを含む高耐食性の導電性膜を高い密着性で成膜することができ、燃料電池作動環境下でも高い耐久性を有する燃料電池用セパレータ材料、それを用いた燃料電池用セパレータ、燃料電池スタック及び燃料電池用セパレータ材料の提供を目的とする。   That is, the present invention has been made to solve the above-described problems, and can form a highly corrosion-resistant conductive film containing Au on the surface of a Ti base material with high adhesion, under the fuel cell operating environment. However, it aims at providing the separator material for fuel cells which has high durability, the separator for fuel cells using the same, the fuel cell stack, and the separator material for fuel cells.

本発明者らは種々検討した結果、Ｔｉ基材の表面に、所定の第１成分とＡｕとを含む表面層を形成させ、表面層における金属状態の第１成分の量を規定することで、Ａｕを含む表面層をＴｉ基材上に強固かつ均一に形成可能であり、燃料電池用セパレータに要求される耐食性や耐久性も確保できることを見出した。つまり、表面層における金属状態の第１成分が多過ぎると、燃料電池の実環境における電位を印加した腐食試験で第１成分が溶出または酸化し、表面層が剥がれたり，第１成分が酸化して接触抵抗が高くなる。また第１成分の金属種によっては、Clを含む腐食液中で第１成分が腐食を起こし、表面層が剥がれたり，第１成分が酸化して接触抵抗が高くなる。
上記の目的を達成するために、本発明の燃料電池用セパレータ材料は、Ｔｉ基材の表面に、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｓｎ及びＢｉからなる群より選択される少なくとも１種類以上の金属からなる第１成分とＡｕとを含む表面層が形成され、該表面層における前記第１成分の含有量が、前記第１成分の比重（g/cm3）×０．００１〜前記第１成分の比重（g/cm3）×０．０１（μｇ／ｍｍ２）であり、かつＡｕの含有量が０．０７０（μｇ／ｍｍ２）以上であり、前記表面層のどの深さにおいても、金属状態の前記第１成分の含有量が２５質量％以下である。 As a result of various studies, the inventors have formed a surface layer containing a predetermined first component and Au on the surface of the Ti base material, and by defining the amount of the first component in the metal state in the surface layer, It has been found that a surface layer containing Au can be formed firmly and uniformly on a Ti substrate, and the corrosion resistance and durability required for a fuel cell separator can be secured. That is, if there is too much first component in the metal state in the surface layer, the first component is eluted or oxidized in the corrosion test with the potential applied in the actual environment of the fuel cell, and the surface layer is peeled off or the first component is oxidized. The contact resistance increases. Further, depending on the metal species of the first component, the first component corrodes in a corrosive solution containing Cl, and the surface layer is peeled off or the first component is oxidized to increase the contact resistance.
In order to achieve the above object, the fuel cell separator material of the present invention is selected from the group consisting of Al, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Sn, and Bi on the surface of the Ti substrate. A surface layer containing Au and a first component made of at least one metal is formed, and the content of the first component in the surface layer is such that the specific gravity of the first component (g / cm 3 ) × 0. 001-specific gravity (g / cm 3 ) × 0.01 (μg / mm 2 ) of the first component and Au content is 0.070 (μg / mm 2 ) or more, At any depth, the content of the first component in the metal state is 25% by mass or less.

前記表面層の最表面にＡｕが１０質量％以上存在し、該最表面から下層に向かってＡｕ２０質量％以上の領域が３ｎｍ以上の厚みで存在することが好ましい。
前記領域と前記Ｔｉ基材との間に、Ｔｉ、Ｏ及び前記第１成分を含み、Ａｕ２０質量％未満の中間層が存在することが好ましい。
前記第１成分が１０質量％の深さにおける前記表面層のＯ濃度が３０質量％以上であることが好ましい。
前記表面層中のＡｕの割合が下層側から上層側に向かって増加することが好ましい。
前記Ｔｉ基材は、Ｔｉと異なる基材表面に厚み１０ｎｍ以上のＴｉ被膜を形成してなる。
It is preferable that 10% by mass or more of Au is present on the outermost surface of the surface layer, and a region of 20% by mass or more of Au is present with a thickness of 3 nm or more from the outermost surface toward the lower layer.
It is preferable that an intermediate layer containing Ti, O and the first component and having less than 20% by mass of Au exists between the region and the Ti base material.
The O concentration of the surface layer at a depth of 10% by mass of the first component is preferably 30% by mass or more.
It is preferable that the ratio of Au in the surface layer increases from the lower layer side toward the upper layer side.
The Ti substrate is formed by forming a Ti film having a thickness of 10 nm or more on the surface of a substrate different from Ti.

本発明の燃料電池用セパレータ材料は、固体高分子形燃料電池又はダイレクトメタノール型固体高分子形燃料電池に好適に用いられる。   The separator material for a fuel cell of the present invention is suitably used for a polymer electrolyte fuel cell or a direct methanol type polymer electrolyte fuel cell.

本発明の燃料電池用セパレータは、前記燃料電池用セパレータ材料を用い、前記Ｔｉ基材に予めプレス加工による反応ガス流路及び／又は反応液体流路を形成した後、前記表面層を形成して成る。
また、本発明の燃料電池用セパレータは、前記燃料電池用セパレータ材料を用い、前記Ｔｉ基材に前記表面層を形成した後、プレス加工による反応ガス流路及び／又は反応液体流路を形成して成る。 In the fuel cell separator of the present invention, the fuel cell separator material is used, and the reaction gas channel and / or the reaction liquid channel are formed in advance on the Ti base material by pressing, and then the surface layer is formed. Become.
Further, the fuel cell separator of the present invention uses the fuel cell separator material, and after forming the surface layer on the Ti base material, forms a reaction gas channel and / or a reaction liquid channel by press working. It consists of

本発明の燃料電池スタックは、前記燃料電池用セパレータ材料、又は前記燃料電池用セパレータを用いたものである。   The fuel cell stack of the present invention uses the fuel cell separator material or the fuel cell separator.

ことが好ましい。
本発明の燃料電池用セパレータ材料の製造方法は、前記燃料電池用セパレータ材料の製造方法であって、前記Ｔｉ基材の表面に、前記第１成分を乾式成膜した後、Ａｕを乾式成膜し、酸化性雰囲気で熱処理を施すものである。
前記乾式成膜がスパッタリングであることが好ましく、前記熱処理が１００℃〜２００℃の温度で数分〜２００時間の処理であることが好ましい。 It is preferable.
The method for producing a fuel cell separator material according to the present invention is a method for producing the fuel cell separator material, wherein the first component is dry-deposited on the surface of the Ti substrate, and then Au is dry-deposited. Then, heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere.
The dry film formation is preferably sputtering, and the heat treatment is preferably performed at a temperature of 100 ° C. to 200 ° C. for several minutes to 200 hours.

本発明によれば、Ａｕを含む表面層をＴｉ基材上に強固かつ均一に形成させることができ、燃料電池用セパレータに要求される耐食性、導電性及び耐久性も確保できる。   According to the present invention, a surface layer containing Au can be formed firmly and uniformly on a Ti substrate, and the corrosion resistance, conductivity, and durability required for a fuel cell separator can be ensured.

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池用セパレータ材料の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the separator material for fuel cells which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池用セパレータ材料の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the separator material for fuel cells which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池スタック（単セル）の断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell stack (single cell) which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかるセパレータの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the separator concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかるガスケットの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the gasket concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る平面型燃料電池スタックの断面図である。1 is a cross-sectional view of a planar fuel cell stack according to an embodiment of the present invention. 平面型燃料電池用セパレータの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the separator for planar fuel cells. 本発明の実施形態に係る燃料電池用セパレータ材料のＸＰＭ像を示す図である。It is a figure which shows the XPM image of the separator material for fuel cells which concerns on embodiment of this invention. 比較例１２の燃料電池用セパレータ材料のＸＰＭ像を示す図である。It is a figure which shows the XPM image of the separator material for fuel cells of the comparative example 12.

以下、本発明の実施形態に係る燃料電池用セパレータ材料について説明する。なお、本発明において％とは、特に断らない限り、質量％(質量％)を示すものとする。
又、本発明において「燃料電池用セパレータ」とは、電気伝導性を有し、各単セルを電気的に接続し、各単セルで発生したエネルギー（電気）を集電すると共に、各単セルへ供給する燃料ガス（燃料液体）や空気（酸素）の流路が形成されたものをいう。セパレータは、インターコネクタ、バイポーラプレート、集電体とも称される。
従って、詳しくは後述するが、燃料電池用セパレータとして、板状の基材表面に凹凸状の流路を設けたセパレータの他、上記したパッシブ型ＤＭＦＣ用セパレータのように板状の基材表面にガスやメタノールの流路孔が開口したセパレータを含む。 Hereinafter, a fuel cell separator material according to an embodiment of the present invention will be described. In the present invention,% means mass% (mass%) unless otherwise specified.
In the present invention, the “fuel cell separator” has electrical conductivity, electrically connects the single cells, collects energy (electricity) generated in the single cells, and collects the single cells. A fuel gas (fuel liquid) or air (oxygen) flow path is formed. The separator is also referred to as an interconnector, a bipolar plate, or a current collector.
Therefore, as will be described in detail later, as a separator for a fuel cell, in addition to a separator having an uneven flow path on a plate-like substrate surface, a plate-like substrate surface such as the above-described passive DMFC separator is used. It includes a separator with gas and methanol passage holes.

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池用セパレータ材料について説明する。図１に示すように、第１の実施形態に係る燃料電池用セパレータ材料は、Ｔｉ基材２の表面に中間層２ａを介して表面層６が形成されている。 <First Embodiment>
Hereinafter, the fuel cell separator material according to the first embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, in the fuel cell separator material according to the first embodiment, a surface layer 6 is formed on the surface of a Ti base 2 via an intermediate layer 2a.

＜Ｔｉ基材＞
燃料電池用セパレータ材料は耐食性と導電性が要求され、基材には耐食性が求められる。このため基材には耐食性が良好なチタン材を用いる。
Ｔｉ基材は無垢のチタン材であってもよいが、Ｔｉと異なる基材表面に厚み１０ｎｍ以上のＴｉ被膜を形成したものであってもよい。Ｔｉと異なる基材としてはステンレス鋼やアルミニウムが挙げられ、これらの表面にＴｉを被覆することにより、チタンと比べて耐食性の低いステンレス鋼やアルミノウムの耐食性を向上させることができる。但し、耐食性向上効果はＴｉを１０ｎｍ以上被覆しないと得られない。
Ｔｉ基材２の材質はチタンであれば特に制限されない。又、Ｔｉ基材２の形状も特に制限されず、第１成分及び金をスパッタできる形状であればよいが、セパレータ形状にプレス成形することを考えると、Ｔｉ基材の形状は板材であることが好ましく、Ｔｉ基材全体の厚みが１０μｍ以上の板材であることが好ましい。
中間層２ａに含まれるＯ（酸素）は、Ｔｉ基材２を空気中に放置することにより自然に形成されるが、酸化雰囲気で積極的にＯを形成してもよい。 <Ti substrate>
The fuel cell separator material is required to have corrosion resistance and conductivity, and the base material is required to have corrosion resistance. For this reason, a titanium material with good corrosion resistance is used for the base material.
The Ti substrate may be a solid titanium material, or may be a Ti substrate having a thickness of 10 nm or more formed on the surface of a substrate different from Ti. Examples of the base material different from Ti include stainless steel and aluminum. By covering these surfaces with Ti, the corrosion resistance of stainless steel and aluminum having lower corrosion resistance than titanium can be improved. However, the corrosion resistance improving effect cannot be obtained unless Ti is covered by 10 nm or more.
The material of the Ti base material 2 is not particularly limited as long as it is titanium. Further, the shape of the Ti base material 2 is not particularly limited as long as it is a shape capable of sputtering the first component and gold, but considering the press forming into the separator shape, the shape of the Ti base material is a plate material. It is preferable that the thickness of the entire Ti base material is 10 μm or more.
O (oxygen) contained in the intermediate layer 2a is naturally formed by leaving the Ti base 2 in the air, but O may be positively formed in an oxidizing atmosphere.

＜表面層＞
Ｔｉ基材２上に、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｓｎ及びＢｉからなる群より選択される少なくとも１種類以上の金属からなる第１成分とＡｕとを含む表面層６が形成される。このＡｕ表面層は、Ｔｉ基材にＡｕの特性（耐食性、導電性等）や耐水素脆性を付与するためのものである。
第１成分として選択される上記金属は、ａ）酸素と結合しやすい、ｂ）Ａｕと合金を構成する、ｃ）水素を吸収し難い、という性質を有しており、表面層に上記した機能を付与するとともに、必要に応じて中間層を形成して表面層とＴｉ基材との密着性を向上させる。
上記金属は電位-pH図からAuより易酸化性であり、また水素を吸収しにくい特性があるので、これを利用して上記第１成分を以下の中間層の構成元素として用いると好ましい。また第１成分は単一の元素から成っていてもよく、複数の元素から成っていてもよいが、耐食性、導電性及び耐久性の観点からＣｒ、Ｍｏが好ましい。 <Surface layer>
On the Ti substrate 2, a surface layer 6 containing Au and a first component made of at least one metal selected from the group consisting of Al, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Sn and Bi. Is formed. The Au surface layer is for imparting Au characteristics (corrosion resistance, conductivity, etc.) and hydrogen embrittlement resistance to the Ti base material.
The metal selected as the first component has the properties that a) easily binds to oxygen, b) constitutes an alloy with Au, and c) hardly absorbs hydrogen. And, if necessary, an intermediate layer is formed to improve the adhesion between the surface layer and the Ti substrate.
From the potential-pH diagram, the metal is more easily oxidizable than Au, and has a characteristic that it is difficult to absorb hydrogen. Therefore, it is preferable to use the first component as a constituent element of the intermediate layer described below. The first component may be composed of a single element or may be composed of a plurality of elements, but Cr and Mo are preferable from the viewpoint of corrosion resistance, conductivity, and durability.

表面層は、後述するＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）分析により確認することができ、ＸＰＳ分析により、１）第１成分とＡｕとが検出され、２）どの深さにおいても、金属状態の第１成分の含有量が２５質量％以下であることが検出されるものを表面層とする。３）さらに、湿式分析により、第１成分の含有量が第１成分の比重（g/cm3）×０．０００１〜前記第１成分の比重（g/cm3）×０．００１（μｇ／ｍｍ２）であり、かつＡｕの含有量が０．０７０（μｇ／ｍｍ２）以上であるものを表面層とする。
ここで、上記２）において、「金属状態の第１成分」とは、例えば第１成分がＣｒの場合に金属Ｃｒであり、酸化Ｃｒを含まない。又、上記２）の規定理由は、表面層に金属状態の第１成分の含有量が２５質量％を超えて含まれる部分があると、燃料電池の実環境における電位（1.0 V vs. SHE）を印加した腐食試験（定電位試験）を行った際、第１成分が溶出または酸化し表面層が剥がれたり、第１成分が酸化して試験後の接触抵抗が高くなるからである。また、第１成分の金属種によっては，大気から燃料電池に混入すると考えられるClを含有した腐食液での耐食性において、第１成分が腐食を起こして表面層が剥がれたり、第１成分が酸化して試験後の接触抵抗が高くなるからである。
表面層の厚みは１〜１００ｎｍであることが好ましい。表面層の厚みが１ｎｍ未満であると、Ｔｉ基材上に燃料電池用セパレータに要求される耐食性を確保できなくなる場合がある。表面層の厚みがより好ましくは２ｎｍ以上、さらには好ましくは４ｎｍ以上である。
表面層の厚みが１００ｎｍを超えると省金化が図られずコストアップとなる場合がある。
又、表面層の最表面にＡｕが１０質量％以上存在し、該最表面から下層に向かってＡｕ２０質量％以上の領域が３ｎｍ以上の厚みで存在すると、燃料電池用セパレータに要求される耐食性を確保する点で好ましい。 The surface layer can be confirmed by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) analysis, which will be described later. By XPS analysis, 1) the first component and Au are detected, and 2) the first metal state at any depth. A surface layer is one whose component content is detected to be 25% by mass or less. 3) Further, by wet analysis, the content of the first component is a specific gravity of the first component (g / cm 3 ) × 0.0001 to a specific gravity of the first component (g / cm 3 ) × 0.001 (μg / mm 2 ) and the Au content is 0.070 (μg / mm 2 ) or more.
Here, in the above 2), the “first component in the metallic state” is, for example, metal Cr when the first component is Cr, and does not include Cr oxide. The reason for the above 2) is that if the surface layer contains a portion of the first component in a metallic state exceeding 25 mass%, the potential in the actual environment of the fuel cell (1.0 V vs. SHE) This is because when the corrosion test (constant potential test) is applied, the first component is eluted or oxidized to peel off the surface layer, or the first component is oxidized to increase the contact resistance after the test. In addition, depending on the metal type of the first component, the corrosion resistance of the corrosive liquid containing Cl, which is considered to be mixed into the fuel cell from the atmosphere, causes the first component to corrode and peel off the surface layer, or the first component is oxidized. This is because the contact resistance after the test becomes high.
The thickness of the surface layer is preferably 1 to 100 nm. If the thickness of the surface layer is less than 1 nm, the corrosion resistance required for the fuel cell separator may not be ensured on the Ti substrate. The thickness of the surface layer is more preferably 2 nm or more, and further preferably 4 nm or more.
If the thickness of the surface layer exceeds 100 nm, money saving may not be achieved and the cost may increase.
In addition, when Au is present at 10% by mass or more on the outermost surface of the surface layer and a region of 20% by mass or more Au is present at a thickness of 3 nm or more from the outermost surface to the lower layer, the corrosion resistance required for the fuel cell separator is obtained. It is preferable in terms of securing.

＜中間層＞
表面層６とＴｉ基材２との間に、Ｔｉ、Ｏ及び前記第１成分を含み、Ａｕ２０質量％未満の中間層２ａが存在すると好ましい。
通常、Ｔｉ基材は表面に酸化層を有しており、酸化され難いＡｕ（含有）層をＴｉ表面に直接形成させるのは難しい。一方、上記金属はＡｕに比べて酸化され易く、Ｔｉ基材の表面でＴｉ酸化物中のＯ原子と酸化物を形成し、Ｔｉ基材表面に強固に結合するものと考えられる。
又、上記金属は水素を吸収しにくい。これらの点で、Ａｕを含んだ導電性膜（上記表面層）の厚みが数１０ｎｍ以下の場合には、従来、中間層として単にＴｉ，Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等を用いた場合に比べ、Ｔｉ、Ｏ及び前記第１成分から中間層を形成することにより、耐久性が良好なセパレータ材を提供できる。
なお中間層にはＡｕは含まれないほうが好ましく、Ａｕが20 質量％以上含まれると密着性が低下する。中間層中のＡｕ濃度を２０質量％未満とするためには、Ｔｉ基材上に、第１成分単体のターゲット、又は低Ａｕ濃度の第１成分−Ａｕ合金ターゲットを用いてスパッタすることが好ましい。 <Intermediate layer>
It is preferable that an intermediate layer 2a containing Ti, O and the first component and having less than 20% by mass of Au is present between the surface layer 6 and the Ti base material 2.
Usually, a Ti substrate has an oxide layer on the surface, and it is difficult to directly form an Au (containing) layer that is difficult to be oxidized on the Ti surface. On the other hand, it is considered that the metal is more easily oxidized than Au, and forms an O atom and an oxide in the Ti oxide on the surface of the Ti base, and is firmly bonded to the surface of the Ti base.
Further, the metal is difficult to absorb hydrogen. In these respects, when the thickness of the conductive film containing Au (the surface layer) is several tens of nm or less, conventionally, the intermediate layer is simply Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, Compared to the case of using W or the like, by forming the intermediate layer from Ti, O and the first component, it is possible to provide a separator material with good durability.
The intermediate layer preferably contains no Au, and if 20 mass% or more of Au is contained, the adhesion is lowered. In order to set the Au concentration in the intermediate layer to less than 20% by mass, it is preferable to perform sputtering on the Ti base material using the target of the first component alone or the first component-Au alloy target having a low Au concentration. .

前記中間層は、Ｔｉ、Ｏがそれぞれ１０質量％以上でかつ前記第１成分が２０質量％以上含まれる１ｎｍ以上の層として存在することが好ましい。この場合、燃料電池用セパレータ材料の断面をＸＰＳで分析したとき、Ti、Oがそれぞれ10質量％以上でかつ前記第１成分が20 質量％以上含まれると共に、Auが20 質量％未満含まれる領域が厚み方向に１ｎｍ以上存在する。このような組成を有する中間層の厚みの上限は限定されないが、第１成分のコストの点から１００ｎｍ以下であることが好ましい。
ここでXPS分析時に指定する元素は、Ａｕ、第1成分、O、Ｔｉ、及びＣである。 The intermediate layer preferably exists as a layer of 1 nm or more in which Ti and O are each 10% by mass or more and the first component is 20% by mass or more. In this case, when the cross section of the fuel cell separator material is analyzed by XPS, Ti and O are each 10% by mass or more, the first component is contained by 20% by mass or more, and Au is contained by less than 20% by mass. Exists in the thickness direction by 1 nm or more. The upper limit of the thickness of the intermediate layer having such a composition is not limited, but is preferably 100 nm or less from the viewpoint of the cost of the first component.
Here, the elements designated at the time of XPS analysis are Au, the first component, O, Ti, and C.

好ましいTi、Oの下限をそれぞれ10質量％とし、前記第１成分の下限を20質量％とした理由は、前記第１成分が20 質量％未満である部分はTi基材の表面に近く、Tiが10 質量％未満である部分は表面層に近くなるためであり、又、Oが10 質量％未満である部分は第１成分とTiがＯ原子と充分な酸化物を形成しておらず、中間層として機能しないと考えられるからである。又、Ti、Oはそれぞれ10質量％から急激に減少するので、測定上から10質量％を下限とする。Auを20 質量％未満とした理由は密着性を向上させるためである。   The reason why the lower limit of Ti and O is preferably 10% by mass and the lower limit of the first component is 20% by mass is that the portion where the first component is less than 20% by mass is close to the surface of the Ti substrate. This is because the portion where less than 10% by mass is close to the surface layer, and the portion where O is less than 10% by mass does not form a sufficient oxide with the first component and Ti being O atoms, It is because it is thought that it does not function as an intermediate layer. Moreover, since Ti and O each decrease rapidly from 10% by mass, 10% by mass is set as the lower limit from the measurement. The reason for making Au less than 20% by mass is to improve adhesion.

＜燃料電池用セパレータ材料の製造＞
燃料電池用セパレータ材料の中間層の形成方法としては、Ti基材の表面Ti酸化膜を除去せずに、この基材に第１の成分をターゲットとしてスパッタ成膜することにより、表面Ti酸化膜中のＯに第１の成分が結合し、中間層を形成することができる。又、Ti基材２の表面Ti酸化膜を除去後、第１の成分の酸化物をターゲットとしてスパッタ成膜することや、Ti基材２の表面Ti酸化膜を除去後、第１の成分をターゲットとし酸化雰囲気でスパッタ成膜することによっても中間層を形成することができる。
なお、スパッタの際、Ti基材の表面Ti酸化膜を適度に除去し、基材表面のクリーニングを目的として逆スパッタ（イオンエッチング）を行ってもよい。逆スパッタは、例えばＲＦ１００Ｗ程度の出力で、アルゴン圧力０．２Ｐａ程度としてアルゴンガスを基材に照射して行うことができる。
中間層のAuは、以下の表面層を形成するためのAuスパッタにより、Au原子が中間層に入り込むことによって中間層内に含まれるようになる。又、第１成分とAuを含む合金ターゲットを用いてTi基材表面にスパッタ成膜してもよい。 <Manufacture of fuel cell separator materials>
As a method for forming an intermediate layer of a separator material for a fuel cell, a surface Ti oxide film is formed by sputtering the first component on the base material without removing the surface Ti oxide film of the Ti base material. The first component is bonded to O in the middle to form an intermediate layer. Moreover, after removing the surface Ti oxide film of the Ti base material 2, the first component may be formed by sputtering using the oxide of the first component as a target, or after removing the surface Ti oxide film of the Ti base material 2. The intermediate layer can also be formed by sputtering as a target in an oxidizing atmosphere.
During sputtering, the surface Ti oxide film on the Ti base material may be appropriately removed, and reverse sputtering (ion etching) may be performed for the purpose of cleaning the base material surface. Reverse sputtering can be performed, for example, by irradiating the substrate with argon gas at an output of about RF 100 W and an argon pressure of about 0.2 Pa.
The Au in the intermediate layer is included in the intermediate layer by Au atoms entering the intermediate layer by Au sputtering for forming the following surface layer. Alternatively, an alloy target including the first component and Au may be used to form a sputter film on the surface of the Ti base material.

表面層の形成方法としては、例えば上記したスパッタによりＴｉ基材上に第１成分を成膜した後、第１成分膜の上にＡｕをスパッタ成膜することができる。この場合、スパッタ粒子は高エネルギーを持つため、第１成分膜のみがTi基材表面に成膜されていても、そこにAuをスパッタすることにより、第１成分膜にAuが入り込み、表面層となる。又、この場合、表面層中のＡｕの割合が下層側から上層側に向かって増加する傾斜組成となる。
Ti基材表面に最初に第１成分とAuのうちAu濃度が低い合金ターゲットを用いてスパッタ成膜し、その後、第１成分とAuのうちAu濃度が高い合金ターゲットを用いてスパッタ成膜してもよい。
そして、表面層のどの深さにおいても、金属状態の第１成分の含有量を２５質量％以下とし、第１成分の含有量を第１成分の比重×０．００１〜前記第１成分の比重×０．０１（μｇ／ｍｍ２）とし、かつＡｕの含有量を０．０７０（μｇ／ｍｍ２）以上にする方法として、酸化処理が挙げられる。この酸化処理は、スパッタ時を雰囲気を酸化雰囲気（大気等）としつつ、Ｔｉ基材を加熱したり、スパッタ後に酸化雰囲気で加熱する熱処理を行う（例えば大気加熱等）ことが挙げられる。熱処理の条件としては、１００℃〜２００℃の温度で数分〜２００時間の処理が好ましい。熱処理時間は、表面層の厚みに応じて上記範囲で適宜変化する。 As a method for forming the surface layer, for example, after the first component is formed on the Ti substrate by the above-described sputtering, Au can be formed by sputtering on the first component film. In this case, since the sputtered particles have high energy, even if only the first component film is formed on the surface of the Ti base material, the Au enters the first component film by sputtering Au there, and the surface layer It becomes. Further, in this case, the composition is a gradient composition in which the proportion of Au in the surface layer increases from the lower layer side toward the upper layer side.
First, sputtering is performed on the Ti substrate surface using an alloy target having a low Au concentration of the first component and Au, and then sputtering is performed using an alloy target having a high Au concentration of the first component and Au. May be.
At any depth of the surface layer, the content of the first component in the metal state is 25% by mass or less, and the content of the first component is the specific gravity of the first component × 0.001 to the specific gravity of the first component. Oxidation is mentioned as a method of making it x0.01 (microgram / mm < 2 >) and making content of Au 0.070 (microgram / mm < 2 >) or more. This oxidation treatment includes heating the Ti substrate while performing an atmosphere of oxidation (such as air) at the time of sputtering, or performing heat treatment (eg, air heating) that heats in an oxidizing atmosphere after sputtering. As conditions for the heat treatment, treatment at a temperature of 100 ° C. to 200 ° C. for several minutes to 200 hours is preferable. The heat treatment time varies appropriately within the above range depending on the thickness of the surface layer.

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池用セパレータ材料について説明する。図２に示すように、第２の実施形態に係る燃料電池用セパレータ材料は、Ｔｉ基材２の表面に中間層２ａを介して表面層６が形成され、表面層６の表面にAu単独層８が形成されている。Ｔｉ基材２及び表面層６は、第１の実施形態と同一であるので説明を省略する。
Ａｕ単独層は、ＸＰＳ分析によりＡｕの濃度がほぼ100％wtの部分であり、Ａｕ単独層の厚みが１ｎｍ以上であることが必要となる。Au単独層８は、表面層を成膜する際のＡｕのスパッタ条件（スパッタ時間、出力）等を変えることにより、適宜形成することができる。 <Second Embodiment>
Next, a fuel cell separator material according to a second embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 2, the separator material for a fuel cell according to the second embodiment has a surface layer 6 formed on the surface of the Ti base 2 via an intermediate layer 2a, and an Au single layer on the surface of the surface layer 6. 8 is formed. Since the Ti base material 2 and the surface layer 6 are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
The Au single layer is a portion where the concentration of Au is almost 100% by XPS analysis, and the thickness of the Au single layer is required to be 1 nm or more. The Au single layer 8 can be appropriately formed by changing the sputtering conditions (sputtering time, output) of Au when forming the surface layer.

本発明の実施形態に係る燃料電池用セパレータ材料によれば、Ａｕを含む層（表面層）をＴｉ上に強固かつ均一に形成させることができ、この層が導電性、耐食性及び耐久性を有することから、燃料電池用セパレータ材料として好適である。又、本発明の実施形態によれば、表面層をスパッタ成膜すればこの層が均一な層となるので、湿式の金めっきに比べて表面が平滑となり、Ａｕを無駄に使用しなくて済むという利点がある。   According to the fuel cell separator material according to the embodiment of the present invention, a layer (surface layer) containing Au can be formed firmly and uniformly on Ti, and this layer has conductivity, corrosion resistance, and durability. Therefore, it is suitable as a fuel cell separator material. Further, according to the embodiment of the present invention, if the surface layer is formed by sputtering, this layer becomes a uniform layer, so that the surface becomes smoother than that of wet gold plating, and Au is not wasted. There is an advantage.

＜燃料電池用セパレータ＞
次に、本発明の燃料電池用セパレータ材料を用いた燃料電池用セパレータについて説明する。燃料電池用セパレータは、上記した燃料電池用セパレータ材料を所定形状に加工してなり、燃料ガス（水素）又は燃料液体（メタノール）、空気（酸素）、冷却水等を流すための反応ガス流路又は反応液体流路（溝や開口）が形成されている。 <Separator for fuel cell>
Next, a fuel cell separator using the fuel cell separator material of the present invention will be described. The fuel cell separator is formed by processing the above-described fuel cell separator material into a predetermined shape, and a reaction gas flow path for flowing fuel gas (hydrogen) or fuel liquid (methanol), air (oxygen), cooling water, and the like. Alternatively, a reaction liquid channel (a groove or an opening) is formed.

＜積層型（アクティブ型）燃料電池用セパレータ＞
図３は、積層型（アクティブ型）燃料電池の単セルの断面図を示す。なお、図３では後述するセパレータ１０の外側にそれぞれ集電板１４０Ａ，１４０Ｂが配置されているが、通常、この単セルを積層してスタックを構成した場合、スタックの両端にのみ一対の集電板が配置される。
そして、セパレータ１０は電気伝導性を有し、後述するＭＥＡに接して集電作用を有し、各単セルを電気的に接続する機能を有する。又、後述するように、セパレータ１０には燃料ガスや空気（酸素）の流路となる溝が形成されている。 <Laminated (active) fuel cell separator>
FIG. 3 is a cross-sectional view of a single cell of a stacked (active) fuel cell. In FIG. 3, current collector plates 140A and 140B are respectively arranged outside the separator 10 described later. Usually, when a stack is formed by stacking single cells, a pair of current collectors is provided only at both ends of the stack. A board is placed.
The separator 10 has electrical conductivity, has a current collecting action in contact with an MEA described later, and has a function of electrically connecting each single cell. Further, as will be described later, the separator 10 is formed with a groove serving as a flow path for fuel gas and air (oxygen).

図３において、固体高分子電解質膜２０の両側にそれぞれアノード電極４０とカソード電極６０とが積層されて膜電極接合体（ＭＥＡ；Membrane Electrode Assembly）８０が構成されている。又、アノード電極４０とカソード電極６０の表面には、それぞれアノード側ガス拡散膜９０Ａ、カソード側ガス拡散膜９０Ｂがそれぞれ積層されている。本発明において膜電極接合体という場合、ガス拡散膜９０Ａ、９０Ｂを含んだ積層体としてもよい。又、例えばアノード電極４０やカソード電極６０の表面にガス拡散層が形成されている等の場合は、固体高分子電解質膜２０、アノード電極４０、カソード電極６０の積層体を膜電極接合体と称してもよい。   In FIG. 3, a membrane electrode assembly (MEA) 80 is configured by laminating an anode electrode 40 and a cathode electrode 60 on both sides of the solid polymer electrolyte membrane 20. An anode side gas diffusion film 90A and a cathode side gas diffusion film 90B are laminated on the surfaces of the anode electrode 40 and the cathode electrode 60, respectively. In the present invention, the membrane electrode assembly may be a laminate including the gas diffusion films 90A and 90B. For example, when a gas diffusion layer is formed on the surface of the anode electrode 40 or the cathode electrode 60, the laminated body of the solid polymer electrolyte membrane 20, the anode electrode 40, and the cathode electrode 60 is referred to as a membrane electrode assembly. May be.

ＭＥＡ８０の両側には、ガス拡散膜９０Ａ、９０Ｂにそれぞれ対向するようにセパレータ１０が配置され、セパレータ１０がＭＥＡ８０を挟持している。ＭＥＡ８０側のセパレータ１０表面には流路１０Ｌが形成され、後述するガスケット１２、流路１０Ｌ、及びガス拡散膜９０Ａ（又は９０Ｂ）で囲まれた内部空間２０内をガスが出入可能になっている。
そして、アノード電極４０側の内部空間２０には燃料ガス（水素等）が流れ、カソード電極６０側の内部空間２０に酸化性ガス（酸素、空気等）が流れることにより、電気化学反応が生じるようになっている。 On both sides of the MEA 80, the separator 10 is disposed so as to face the gas diffusion films 90A and 90B, respectively, and the separator 10 holds the MEA 80 therebetween. A flow path 10L is formed on the surface of the separator 10 on the MEA 80 side, and gas can enter and leave the interior space 20 surrounded by a gasket 12, a flow path 10L, and a gas diffusion film 90A (or 90B) described later. .
A fuel gas (hydrogen or the like) flows in the internal space 20 on the anode electrode 40 side, and an oxidizing gas (oxygen, air or the like) flows in the internal space 20 on the cathode electrode 60 side, so that an electrochemical reaction occurs. It has become.

アノード電極４０とガス拡散膜９０Ａの周縁の外側は、これらの積層厚みとほぼ同じ厚みの枠状のシール部材３１で囲まれている。又、シール部材３１とセパレータ１０の周縁との間には、セパレータに接して略枠状のガスケット１２が介装され、ガスケット１２が流路１０Ｌを囲むようになっている。さらに、セパレータ１０の外面（ＭＥＡ８０側と反対側の面）にはセパレータ１０に接して集電板１４０Ａ（又は１４０Ｂ）が積層され、集電板１４０Ａ（又は１４０Ｂ）とセパレータ１０の周縁との間に略枠状のシール部材３２が介装されている。
シール部材３１及びガスケット１２は、燃料ガス又は酸化ガスがセル外に漏れるのを防止するシールを形成する。又、単セルを複数積層してスタックにした場合、セパレータ１０の外面と集電板１４０Ａ（又は１４０Ｂ）との間の空間２１には空間２０と異なるガス（空間２０に酸化性ガスが流れる場合、空間２１には水素が流れる）が流れる。従って、シール部材３２もセル外にガスが漏れるのを防止する部材として使われる。 The outer periphery of the periphery of the anode electrode 40 and the gas diffusion film 90 </ b> A is surrounded by a frame-shaped seal member 31 having substantially the same thickness as the laminated thickness. A substantially frame-shaped gasket 12 is interposed between the seal member 31 and the peripheral edge of the separator 10 so as to contact the separator, and the gasket 12 surrounds the flow path 10L. Furthermore, a current collector plate 140A (or 140B) is laminated on the outer surface of the separator 10 (the surface opposite to the MEA 80 side) in contact with the separator 10, and between the current collector plate 140A (or 140B) and the periphery of the separator 10 is stacked. A substantially frame-shaped sealing member 32 is interposed between the two.
The seal member 31 and the gasket 12 form a seal that prevents fuel gas or oxidizing gas from leaking out of the cell. When a plurality of single cells are stacked to form a stack, a gas different from the space 20 (when oxidizing gas flows in the space 20) is formed in the space 21 between the outer surface of the separator 10 and the current collector plate 140A (or 140B). , Hydrogen flows in the space 21). Therefore, the seal member 32 is also used as a member for preventing gas from leaking outside the cell.

そして、ＭＥＡ８０（及びガス拡散膜９０Ａ、９０Ｂ）、セパレータ１０、ガスケット１２、集電板１４０Ａ、１４０Ｂを含んで燃料電池セルが構成され、複数の燃料電池セルを積層して燃料電池スタックが構成される。   The fuel cell is configured to include the MEA 80 (and the gas diffusion films 90A and 90B), the separator 10, the gasket 12, and the current collector plates 140A and 140B, and a fuel cell stack is configured by stacking a plurality of fuel cells. The

次に、セパレータ１０の構造について、平面図４を参照して説明する。セパレータ１０は、本発明の燃料電池用セパレータ材料からプレス加工によって矩形状に成形され、セパレータ１０の上端縁（上辺）には、燃料ガス導入孔１０ｘが左側に開口している。又、セパレータ１０の下端縁（下辺）には、燃料ガス排出孔１０ｙが右側に開口している。   Next, the structure of the separator 10 will be described with reference to the plan view 4. The separator 10 is formed into a rectangular shape by press working from the fuel cell separator material of the present invention, and a fuel gas introduction hole 10x is opened on the left side at the upper edge (upper side) of the separator 10. Further, a fuel gas discharge hole 10y is opened on the right side at the lower end edge (lower side) of the separator 10.

さらに、セパレータ１０の上辺から下辺へ向かう方向（図４の上下方向）に平行に延びる複数の直線状流路溝１０Ｌがプレス加工等によって形成されている。直線状流路溝１０Ｌは、ガス流に平行流を生じさせる。
また、この実施形態では、直線状流路溝１０Ｌの始端及び終端はセパレータ１０の外縁まで到達せず、セパレータ１０の外周縁には直線状流路溝１０Ｌが形成されない平坦部が存在する。また、この実施形態では、隣接する直線状流路溝１０Ｌはそれぞれ等間隔で位置しているが、不等間隔であってもよい。
又、セパレータ１０の対向する側端縁（側辺）には、それぞれ位置決め孔１０ｆが開口している。 Furthermore, a plurality of linear flow channel grooves 10 </ b> L extending in parallel to the direction from the upper side to the lower side of the separator 10 (up and down direction in FIG. 4) are formed by pressing or the like. The straight flow path groove 10L generates a parallel flow in the gas flow.
Further, in this embodiment, the start and end of the linear flow channel 10L do not reach the outer edge of the separator 10, and a flat portion where the linear flow channel 10L is not formed exists on the outer peripheral edge of the separator 10. Further, in this embodiment, the adjacent linear flow path grooves 10L are positioned at equal intervals, but may be at unequal intervals.
In addition, positioning holes 10f are opened at opposing side edges (side edges) of the separator 10, respectively.

なお、流路溝は直線だけでなく曲線であってもよく、又、各流路溝は必ずしも互いに平行でなくてもよい。又、曲線としては、例えば湾曲線の他、Ｓ字状であってもよい。
流路溝の形成を容易にする点からは、互いに平行な直線が好ましい。
セパレータ１０の厚みは、プレス成形性の面で１０μｍ以上であることが好ましいが、コストの点から２００μｍ以下とすることが好ましい。 In addition, a flow path groove | channel may be not only a straight line but a curve, and each flow path groove does not necessarily need to be mutually parallel. Further, as a curve, for example, an S-shape may be used in addition to a curved line.
From the viewpoint of facilitating the formation of the flow channel, straight lines parallel to each other are preferable.
The thickness of the separator 10 is preferably 10 μm or more in terms of press formability, but is preferably 200 μm or less from the viewpoint of cost.

次に、ガスケット１２の構造について、平面図５を参照して説明する。
ガスケット１２は例えばテフロン（登録商標）からなるシート状であり、外縁がセパレータ１０とほぼ同じ大きさの矩形枠体であって、その内縁が燃料ガス導入孔１０ｘ、排出孔１０ｙ、及び直線状流路溝１０Ｌを囲む略矩形状に形成され、ガスケット１２の内部空間において燃料ガス導入孔１０ｘ、排出孔１０ｙ、及び直線状流路溝１０Ｌが連通するようになっている。
なお、ガスケット１２の対向する側端縁（側辺）には、それぞれ位置決め孔１２ｆが開口し、セパレータ１０の位置決め孔１０ｆと重なるようにガスケット１２を積層することにより、セパレータ１０とガスケット１２の相対位置を規定する。 Next, the structure of the gasket 12 will be described with reference to the plan view 5.
The gasket 12 is in the form of a sheet made of, for example, Teflon (registered trademark), and the outer edge is a rectangular frame having the same size as the separator 10, and the inner edge is a fuel gas introduction hole 10 x, a discharge hole 10 y, and a linear flow. The fuel gas introduction hole 10x, the discharge hole 10y, and the linear flow path groove 10L are communicated with each other in the internal space of the gasket 12 so as to surround the road groove 10L.
In addition, positioning holes 12f are opened at opposite side edges (sides) of the gasket 12, and the gaskets 12 are stacked so as to overlap the positioning holes 10f of the separator 10, thereby making the relative relationship between the separator 10 and the gasket 12 different. Define the location.

ガスケット１２の材料としては、耐食性、燃料電池の稼働温度である８０〜９０℃での耐熱性を有するテフロン（登録商標）、耐食性と導電性を有する貴金属を成膜した金属板（チタン、ステンレス、アルミニウム等のシート）、又はカーボン材料を用いることができる。ガスケット１２の厚みはセパレータ１０の凹凸形状によって異なるが、セパレータの溝高さ（枠部と凹或いは凸との高低差）と同等以上の厚みとする必要がある。例えば、セパレータの溝高さが０．５ｍｍの場合、ガスケットの厚みは０．５ｍｍとする。   The material of the gasket 12 includes corrosion resistance, Teflon (registered trademark) having heat resistance at 80 to 90 ° C. which is the operating temperature of the fuel cell, and a metal plate (titanium, stainless steel, A sheet of aluminum) or a carbon material can be used. Although the thickness of the gasket 12 varies depending on the uneven shape of the separator 10, it is necessary to make the thickness equal to or greater than the groove height of the separator (the height difference between the frame portion and the concave or convex). For example, when the groove height of the separator is 0.5 mm, the thickness of the gasket is 0.5 mm.

次に、ガスケット１２の形状をより詳細に説明する。ガスケット１２の上側内縁１２ｃは直線状流路溝の上端１０Ｌ１よりやや上側に位置し、直線状流路溝１０Ｌに沿って流れるガスが折り返して１８０度向きを変えるための空間が形成されている。又、上側内縁１２ｃの左端部は外側に延び、セパレータ１０の燃料ガス導入孔１０ｘがガスケット１２内に表出するようになっている。
同様に、ガスケット１２の下側内縁１２ｄは直線状流路溝の下端１０Ｌ２よりやや下側に位置し、直線状流路溝１０Ｌに沿って流れるガスが折り返して１８０度向きを変えるための空間が形成されている。又、下側内縁１２ｄの右端部は外側に延び、セパレータ１０の燃料ガス排出孔１０ｙがガスケット１２内に表出するようになっている。 Next, the shape of the gasket 12 will be described in more detail. The upper inner edge 12c of the gasket 12 is positioned slightly above the upper end 10L1 of the linear flow channel, and a space is formed for the gas flowing along the linear flow channel 10L to turn back and turn 180 degrees. Further, the left end portion of the upper inner edge 12c extends outward so that the fuel gas introduction hole 10x of the separator 10 is exposed in the gasket 12.
Similarly, the lower inner edge 12d of the gasket 12 is positioned slightly below the lower end 10L2 of the linear flow channel, and there is a space for the gas flowing along the linear flow channel 10L to turn back and turn 180 degrees. Is formed. Further, the right end portion of the lower inner edge 12d extends outward, and the fuel gas discharge hole 10y of the separator 10 is exposed in the gasket 12.

さらに、上側内縁１２ｃのうち燃料ガス導入孔１０ｘに向かって延びる部分に隣接する位置には内側に向かって片状の仕切り部材１２ｅ１が延びている。又、上側内縁１２ｃのうち仕切り部材１２ｅ１から所定距離だけ右側の位置には、内側に向かって別の片状の仕切り部材１２ｅ２が延びている。そして、仕切り部材１２ｅ１、１２ｅ２の先端は直線状流路溝の上端（始端又は終端に相当）１０Ｌ１に接している。
同様に、下側内縁１２ｄのうち仕切り部材１２ｅ１に対向する位置から所定距離だけ右側の位置には、内側に向かって片状の仕切り部材１２ｅ３が延びている。又、下側内縁１２ｄのうち仕切り部材１２ｅ２に対向する位置から所定距離だけ右側であって、燃料ガス排出孔１０ｙに向かって延びる部分に隣接する位置には、内側に向かって片状の仕切り部材１２ｅ４が延びている。そして、仕切り部材１２ｅ３、１２ｅ４の先端は直線状流路溝の下端（始端又は終端に相当）１０Ｌ２に接している。 Further, a piece-like partition member 12e1 extends inward at a position adjacent to a portion extending toward the fuel gas introduction hole 10x in the upper inner edge 12c. Further, another piece of partition member 12e2 extends inward at a position on the right side of the upper inner edge 12c by a predetermined distance from the partition member 12e1. And the front-end | tip of the partition members 12e1 and 12e2 is contacting the upper end (equivalent to a start end or a termination | terminus) 10L1 of a linear flow path groove.
Similarly, a piece-like partition member 12e3 extends inward at a position on the right side by a predetermined distance from the position facing the partition member 12e1 in the lower inner edge 12d. In addition, a piece of partition member inward toward the inside at a position on the lower inner edge 12d that is a predetermined distance to the right of the position facing the partition member 12e2 and adjacent to the portion extending toward the fuel gas discharge hole 10y. 12e4 extends. And the front-end | tip of the partition members 12e3 and 12e4 is contacting the lower end (equivalent to a start end or a termination | terminus) 10L2 of a linear flow path groove.

又、ガスケット１２の対向する内縁１２ｃ、１２ｄからそれぞれ延びる仕切り部材１２ｅ１〜１２ｅ４は、図５の左側から、仕切り部材１２ｅ１（上側内縁１２ｃ）、１２ｅ３（下側内縁１２ｄ）、１２ｅ２（上側内縁１２ｃ）、１２ｅ４（下側内縁１２ｄ）の順に配置されている。
このように、ガスケット１２の対向する内縁からそれぞれ延びる仕切り部材は互いに千鳥状に配置されているので、直線状流路溝１０Ｌに沿って流れるガス流路が仕切り部材近傍で折り返されて蛇行流路を構成するようになる。 Further, the partition members 12e1 to 12e4 extending from the opposing inner edges 12c and 12d of the gasket 12, respectively, are the partition members 12e1 (upper inner edge 12c), 12e3 (lower inner edge 12d), and 12e2 (upper inner edge 12c) from the left side of FIG. , 12e4 (lower inner edge 12d).
Thus, since the partition members extending from the opposing inner edges of the gasket 12 are arranged in a staggered manner, the gas flow path flowing along the linear flow path groove 10L is folded back in the vicinity of the partition member, and the meandering flow path Will be configured.

具体的には、燃料ガス導入孔１０ｘからセパレータ１０内に導入されたガスは、直線状流路溝１０Ｌに沿って図５の下方向に流れるが、仕切り部材１２ｅ３が１つの流路溝１０Ｌの下端に接しているため、この流路溝１０Ｌに沿う流れが抑制される。又、流路溝１０Ｌを横断する流れは、もともと抑制されている。従って、仕切り部材１２ｅ３が接している流路溝１０Ｌは、ガスが横方向（図５の右方向）へショートカットする流れと、縦方向への流れをいずれも防止する堤防として機能し、このため、ガス流は仕切り部材１２ｅ３近傍で折り返して１８０度向きを変え、直線状流路溝１０Ｌに沿って上方向に流れる。次に、仕切り部材１２ｅ１、ｅ２が同様に横方向のショートカット流を防止するため、ガス流は仕切り部材１２ｅ２近傍で折り返して直線状流路溝１０Ｌに沿って下方向に流れる。以下同様にして、ガス流は仕切り部材１２ｅ４近傍で折り返し、直線状流路溝１０Ｌに沿った後、ガスケット１２の右側内縁（側縁）がショートカット流を防止するため、この部分で折り返した後、直線状流路溝１０Ｌに沿って燃料ガス排出孔１０ｙへ排出される。   Specifically, the gas introduced into the separator 10 from the fuel gas introduction hole 10x flows downward in FIG. 5 along the linear flow path groove 10L, but the partition member 12e3 has one flow path groove 10L. Since it is in contact with the lower end, the flow along the flow path groove 10L is suppressed. Further, the flow crossing the flow channel 10L is originally suppressed. Therefore, the flow channel 10L with which the partition member 12e3 is in contact functions as a dike that prevents both the flow in which the gas is short-cut in the horizontal direction (right direction in FIG. 5) and the flow in the vertical direction. The gas flow is folded back in the vicinity of the partition member 12e3, changed in direction by 180 degrees, and flows upward along the linear flow channel 10L. Next, since the partition members 12e1 and e2 similarly prevent the shortcut flow in the lateral direction, the gas flow is folded in the vicinity of the partition member 12e2 and flows downward along the linear flow channel groove 10L. Similarly, the gas flow is folded back in the vicinity of the partition member 12e4, and after being along the straight flow path groove 10L, the right inner edge (side edge) of the gasket 12 is folded at this portion in order to prevent a shortcut flow. The fuel gas is discharged to the fuel gas discharge hole 10y along the straight flow channel 10L.

なお、１個の仕切り部材が接している流路溝の個数は、セパレータの大きさや流路溝の大きさ（幅）にも依存するので特に限定されないが、あまり個数が多くなるとガスの流れに寄与する溝が減ることになるので、好ましくは１〜3本とする。   The number of channel grooves in contact with one partition member is not particularly limited because it depends on the size of the separator and the size (width) of the channel grooves. Since the contributing groove is reduced, it is preferably 1 to 3 grooves.

以上のように、加工が容易なガスケットの形状によってセパレータ内のガス流路が蛇行流路になるよう構成しているため、セパレータに複雑な流路を形成する必要がなく、セパレータ自体の流路形状を簡単にし、生産性を損なわずにガスの流れを改善して燃料電池の発電特性を向上できる。つまり、セパレータの流路による平行流を、ガスケットの形状によって蛇行流（サーペンタイン）に変えることができる。   As described above, since the gas flow path in the separator becomes a meandering flow path due to the shape of the gasket that can be easily processed, it is not necessary to form a complicated flow path in the separator, and the flow path of the separator itself The power generation characteristics of the fuel cell can be improved by simplifying the shape and improving the gas flow without impairing productivity. That is, the parallel flow through the separator flow path can be changed to a serpentine flow (serpentine) depending on the shape of the gasket.

但し、セパレータの流路溝として、サーペンタイン（蛇行）状に繋がるものを用いても勿論よく、流路溝の形状は限定されない。
図３に示す積層型（アクティブ型）燃料電池は、上記した水素を燃料として用いる燃料電池のほか、メタノールを燃料として用いるＤＭＦＣにも適用することができる。 However, as a flow channel groove of the separator, a serpentine (meandering) shape may be used, and the shape of the flow channel is not limited.
The stacked (active) fuel cell shown in FIG. 3 can be applied not only to the above-described fuel cell using hydrogen as a fuel, but also to a DMFC using methanol as a fuel.

＜平面型（パッシブ型）燃料電池用セパレータ＞
図６は、平面型（パッシブ型）燃料電池の単セルの断面図を示す。なお、図３では後述するセパレータ１０の外側にそれぞれ集電板１４０Ａ，１４０Ｂが配置されているが、通常、この単セルを積層してスタックを構成した場合、スタックの両端にのみ一対の集電板が配置される。
なお，図６において、ＭＥＡ８０の構成は図３の燃料電池と同一であるので同一符号を付して説明を省略する（図６では、ガス拡散膜９０Ａ、９０Ｂの記載を省略しているが、ガス拡散膜９０Ａ、９０Ｂを有していてもよい）。 <Flat type (passive type) fuel cell separator>
FIG. 6 shows a cross-sectional view of a single cell of a planar (passive) fuel cell. In FIG. 3, current collector plates 140A and 140B are respectively arranged outside the separator 10 described later. Usually, when a stack is formed by stacking single cells, a pair of current collectors is provided only at both ends of the stack. A board is placed.
In FIG. 6, since the configuration of the MEA 80 is the same as that of the fuel cell of FIG. 3, the same reference numerals are given and description thereof is omitted (in FIG. 6, the description of the gas diffusion films 90A and 90B is omitted, Gas diffusion films 90A and 90B may be included).

図６において、セパレータ１００は電気伝導性を有し、ＭＥＡに接して集電作用を有し、各単セルを電気的に接続する機能を有する。又、後述するように、セパレータ１００には燃料液体や空気（酸素）の流路となる孔が形成されている。
セパレータ１００は、断面がクランク形状になるよう、長尺平板状の基材の中央付近に段部１００ｓを形成してなり、段部１００ｓを介して上方に位置する上側片１００ｂと、段部１００ｓを介して下方に位置する下側片１００ａとを有する。段部１００ｓはセパレータ１００の長手方向に垂直な方向に延びている。
そして、複数のセパレータ１００を長手方向に並べ、隣接するセパレータ１００の下側片１００ａと上側片１００ｂとの間に空間を形成させ、この空間にＭＥＡ８０を介装する。２つのセパレータ１００でＭＥＡ８０が挟まれた構造体が単セル３００となる。このようにして、複数のＭＥＡ８０がセパレータ１００を介して直列に接続されたスタックが構成される。 In FIG. 6, the separator 100 has electrical conductivity, has a current collecting action in contact with the MEA, and has a function of electrically connecting each single cell. In addition, as will be described later, the separator 100 is formed with holes serving as fuel liquid and air (oxygen) flow paths.
The separator 100 is formed with a step portion 100s in the vicinity of the center of the long flat plate-like base material so that the cross section has a crank shape, an upper piece 100b positioned above the step portion 100s, and a step portion 100s. And a lower piece 100a located below. The step portion 100 s extends in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the separator 100.
A plurality of separators 100 are arranged in the longitudinal direction, and a space is formed between the lower piece 100a and the upper piece 100b of the adjacent separators 100, and the MEA 80 is interposed in this space. A structure in which the MEA 80 is sandwiched between the two separators 100 is a single cell 300. In this manner, a stack in which a plurality of MEAs 80 are connected in series via the separator 100 is configured.

図7は、セパレータ１００の上面図を示す。下側片１００ａと上側片１００ｂには、それぞれ複数個の孔１００ｈが開口し、酸素（空気）の反応ガス流路やメタノールの反応液体流路となっている。
このスタックにおいて、図６の上方から空気（酸素）を流すと、セパレータ１００の孔１００ｈを通ってＭＥＡ８０のカソード電極６０側に酸素が接触し、反応を生じるようになる。一方、図６の下方からメタノールを流すと、セパレータ１００の孔１００ｈを通ってＭＥＡ８０のアノード電極４０側にメタノールが接触し、反応を生じるようになる。なお、メタノールは、図６の下方のタンク（メタノールカートリッジ）２００から供給される。
図６に示す平面型（パッシブ型）燃料電池は、上記したメタノールを燃料として用いるＤＭＦＣのほか、水素を燃料として用いる燃料電池にも適用することができる。又、平面型（パッシブ型）燃料電池用セパレータの開口部の形状や個数は限定されず、開口部として上記した孔の他、スリットとしてもよく、セパレータ全体が網状であってもよい。 FIG. 7 shows a top view of the separator 100. The lower piece 100a and the upper piece 100b each have a plurality of holes 100h, which serve as an oxygen (air) reaction gas flow path and a methanol reaction liquid flow path.
In this stack, when air (oxygen) is flowed from above in FIG. 6, oxygen comes into contact with the cathode electrode 60 side of the MEA 80 through the hole 100 h of the separator 100, thereby causing a reaction. On the other hand, when methanol is flowed from the lower side of FIG. 6, the methanol comes into contact with the anode electrode 40 side of the MEA 80 through the hole 100 h of the separator 100 and a reaction occurs. Note that methanol is supplied from a lower tank (methanol cartridge) 200 in FIG.
The planar (passive) fuel cell shown in FIG. 6 can be applied not only to the above-described DMFC using methanol as a fuel, but also to a fuel cell using hydrogen as a fuel. Further, the shape and number of openings of the planar (passive type) fuel cell separator are not limited, and the openings may be slits in addition to the holes described above, or the entire separator may be net-like.

本発明の燃料電池用セパレータにおいて、プレス加工による反応ガス流路及び／又は反応液体流路が予め前記Ｔｉ基材に形成されていると好ましい。このようにすると、後工程で反応ガス流路（反応液体流路）を形成する必要がなく、中間層や表面層等を形成する前のＴｉ基材をプレス加工することで、容易に反応ガス流路（反応液体流路）を形成できるので、生産性が向上する。
又、本発明の燃料電池用セパレータにおいて、Ｔｉ基材表面に表面層を形成した燃料電池用セパレータ材料に対し、後からプレス加工によって反応ガス流路及び／又は反応液体流路を形成してもよい。本発明の燃料電池用セパレータ材料は表面層やＡｕ単独層がＴｉ基材表面に強固に密着しているので、被膜形成後にプレス加工しても被膜が剥がれずに反応ガス流路（反応液体流路）を形成でき、生産性が向上する。 In the fuel cell separator of the present invention, it is preferable that the reaction gas flow path and / or the reaction liquid flow path by press working are formed in advance on the Ti base material. In this way, there is no need to form a reaction gas channel (reaction liquid channel) in the subsequent process, and the reaction gas can be easily processed by pressing the Ti substrate before forming the intermediate layer, surface layer, etc. Since a flow path (reaction liquid flow path) can be formed, productivity is improved.
In the fuel cell separator of the present invention, the reaction gas flow path and / or the reaction liquid flow path may be formed later by pressing the fuel cell separator material having a surface layer formed on the surface of the Ti substrate. Good. In the fuel cell separator material of the present invention, the surface layer or the Au single layer is firmly adhered to the surface of the Ti base material. Road) and productivity is improved.

なお、反応ガス流路（反応液体流路）形成のためのプレス加工をするためには、燃料電池用セパレータ材料として、Ｔｉ基材の厚みを１０μｍ以上とすることが好ましい。Ｔｉ基材の厚みの上限は限定されないが、コストの点から２００μｍ以下とすることが望ましい。   In addition, in order to perform the press work for forming the reaction gas flow path (reaction liquid flow path), it is preferable that the thickness of the Ti base material is 10 μm or more as the fuel cell separator material. The upper limit of the thickness of the Ti base material is not limited, but is preferably 200 μm or less from the viewpoint of cost.

＜燃料電池用スタック＞
本発明の燃料電池用スタックは、本発明の燃料電池用セパレータ材料、又は本発明の燃料電池用セパレータを用いてなる。
燃料電池用スタックは、１対の電極で電解質を挟み込んだセルを複数個直列に接続したものであり、各セルの間に燃料電池用セパレータが介装されて燃料ガスや空気を遮断する。燃料ガス(H2)が接触する電極が燃料極(アノード)であり、空気(O2) が接触する電極が空気極(カソード)である。
燃料電池用スタックの構成例は、既に図６及び図３で説明した通りであるが、これに限定されない。 <Fuel cell stack>
The fuel cell stack of the present invention comprises the fuel cell separator material of the present invention or the fuel cell separator of the present invention.
The fuel cell stack is formed by connecting a plurality of cells in which an electrolyte is sandwiched between a pair of electrodes, and a fuel cell separator is interposed between the cells to block fuel gas and air. The electrode in contact with the fuel gas (H 2 ) is the fuel electrode (anode), and the electrode in contact with the air (O 2 ) is the air electrode (cathode).
The configuration example of the fuel cell stack is as already described with reference to FIGS. 6 and 3, but is not limited thereto.

＜試料の作製＞
Ｔｉ基材として、厚み１００μｍの工業用純チタン材（ＪＩＳ１種）を用い、ＦＩＢ（集束イオンビーム加工）による前処理をした。ＦＥ−ＴＥＭ（電解放射型透過電子顕微鏡）によるエネルギー分散型蛍光X線分析（ＥＤＸ）により観察したところ、Ｔｉ基材の表面には予め約６ｎｍのチタン酸化物層が形成されていたのを確認した。
又、一部の実施例では、厚み１００μｍ工業用純ステンレス鋼材（ＳＵＳ３１６Ｌ）に対し、表１，２に示す所定厚みのＴｉを被覆したものを用いた（Ｔi被覆材）。Ｔｉの被覆は、電子ビーム蒸着装置（アルバック製、ＭＢ０５−１００６）を用いた真空蒸着により行った。 <Preparation of sample>
As a Ti base material, an industrial pure titanium material (JIS type 1) having a thickness of 100 μm was used, and pretreatment was performed by FIB (focused ion beam processing). When observed by energy dispersive X-ray fluorescence (EDX) analysis using FE-TEM (electrolytic emission transmission electron microscope), it was confirmed that a titanium oxide layer of about 6 nm was formed on the surface of the Ti substrate in advance. did.
Further, in some examples, an industrial pure stainless steel material (SUS316L) having a thickness of 100 μm was coated with Ti having a predetermined thickness shown in Tables 1 and 2 (Ti coating material). The Ti coating was performed by vacuum vapor deposition using an electron beam vapor deposition apparatus (manufactured by ULVAC, MB05-1006).

次に、Ｔｉ基材のチタン酸化物層の表面に、スパッタ法を用いて所定の目標厚みとなるように、Ｃｒ（金属膜）を成膜した。ターゲットには純Ｃｒを用いた。次に、スパッタ法を用いて所定の目標厚みとなるようにＡｕを成膜した。ターゲットには純Ａｕを用いた。
目標厚みは以下のように定めた。まず、予めチタン基材にスパッタで対象物（Ｃｒ）を成膜し、蛍光Ｘ線膜厚計（Seiko Instruments製SEA5100、コリメータ0.1mmΦ）で実際の厚みを測定し、このスパッタ条件におけるスパッタレート（ｎｍ/min）を把握した。そして、スパッタレートに基づき、厚み１ｎｍとなるスパッタ時間を計算し、この条件でスパッタを行った。
Ｃｒ及びＡｕのスパッタは、株式会社アルバック製のスパッタ装置を用い、出力ＤＣ５０W アルゴン圧力０．２Ｐａの条件で行った。 Next, Cr (metal film) was formed on the surface of the titanium oxide layer of the Ti base so as to have a predetermined target thickness by sputtering. Pure Cr was used for the target. Next, Au was deposited using a sputtering method so as to have a predetermined target thickness. Pure Au was used for the target.
The target thickness was determined as follows. First, an object (Cr) is formed on a titanium substrate in advance by sputtering, and the actual thickness is measured with a fluorescent X-ray film thickness meter (SEA5100 manufactured by Seiko Instruments, collimator 0.1 mmΦ). nm / min). Based on the sputtering rate, the sputtering time for a thickness of 1 nm was calculated, and sputtering was performed under these conditions.
Sputtering of Cr and Au was performed using a sputtering apparatus manufactured by ULVAC, Inc. under the conditions of an output DC 50 W and an argon pressure of 0.2 Pa.

＜層構造の測定＞
得られた試料について、ＸＰＳ（X線光電子分光）分析による深さ（Ｄｅｐｔｈ）プロファイルを測定し、Ａｕ,Ｔｉ，Ｏ，Ｃｒ，Ｃの濃度分析を行って表面層の層構造を決定した。ＸＰＳ装置としては、アルバック・ファイ株式会社製５６００ＭＣを用い、到達真空度：６．５×１０−８Ｐａ、励起源：単色化ＡｌＫ、出力：３００Ｗ、検出面積：８００μｍΦ、入射角：４５度、取り出し角：４５度、中和銃なしとし、以下のスパッタ条件で、測定した。
イオン種：Ar+
加速電圧：3kV
掃引領域：3mm×3mm
レート：3.7nm/min(SiO2換算)
なお、ＸＰＳによる濃度検出は、指定元素の合計を１００質量％として、各元素の濃度(質量％)を分析した。又、ＸＰＳ分析で厚み方向に１ｎｍの距離とは、ＸＰＳ分析によるチャートの横軸の距離（SiO2換算での距離）である。
またCrのピークは，金属状態のCr（Cr(M)）と酸化状態のCr（Cr(O)）に分離した。
図８は実施例１のXPSチャートを示す。仮に、Ｔｉ基材の表面を、Ｔｉ＝０からＴｉ＝最大となる濃度（図８の３０質量％程度）の半分の部分で定義すると、図８中で表面層Ｓが規定される。このとき、表面層の金属Ｃｒの含有量が２５質量％以下であることがわかる。又、表面層Ｓの最表面にＡｕが１０質量％以上存在し、最表面から下層に向かってＡｕ２０質量％以上の領域Ｔが３ｎｍ以上の厚みで存在することがわかる。更に、領域ＴとＴｉ基材との間に、Ｔｉ、Ｏ及び前記第１成分を含み、Ａｕ２０質量％未満の中間層Ｍが存在することがわかる。 <Measurement of layer structure>
About the obtained sample, the depth (Depth) profile by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) analysis was measured, the density | concentration analysis of Au, Ti, O, Cr, and C was performed, and the layer structure of the surface layer was determined. As an XPS device, ULVAC-PHI Co., Ltd. 5600MC was used, ultimate vacuum: 6.5 × 10 −8 Pa, excitation source: monochromatic AlK, output: 300 W, detection area: 800 μmΦ, incident angle: 45 degrees, The take-off angle was 45 degrees, no neutralization gun was used, and the measurement was performed under the following sputtering conditions.
Ion species: Ar +
Accelerating voltage: 3kV
Sweep area: 3mm x 3mm
Rate: 3.7nm / min (SiO 2 conversion)
In addition, the concentration detection by XPS analyzed the density | concentration (mass%) of each element by making the sum total of a designated element into 100 mass%. In the XPS analysis, the distance of 1 nm in the thickness direction is the distance on the horizontal axis of the chart by XPS analysis (distance in terms of SiO 2 ).
The Cr peak was separated into metallic Cr (Cr (M)) and oxidized Cr (Cr (O)).
FIG. 8 shows an XPS chart of Example 1. If the surface of the Ti base material is defined by a half of the concentration at which Ti = 0 to Ti = maximum (about 30% by mass in FIG. 8), the surface layer S is defined in FIG. At this time, it turns out that content of the metal Cr of a surface layer is 25 mass% or less. It can also be seen that Au is present at 10% by mass or more on the outermost surface of the surface layer S, and a region T of 20% by mass or more Au is present at a thickness of 3 nm or more from the outermost surface to the lower layer. Furthermore, it can be seen that an intermediate layer M containing Ti, O and the first component and having less than 20% by mass of Au exists between the region T and the Ti base material.

＜各試料の作製＞
チタン基材（純Ｔｉ、Ｔi被覆材）に、スパッタ時のＣｒ膜及びＡｕ膜の目標厚みを種々変更してスパッタした後、大気加熱を施して実施例１〜８の試料を作製した。
比較例１１として、ＣｒをスパッタせずＡｕのみスパッタを行った。
比較例１２として、スパッタした後に大気加熱を行わなかったこと以外は実施例１と同様にして試料を作製した。
比較例１３、１４として、Ａｕ膜のスパッタ厚みを実施例１，２と同一としつつ、加熱時間を実施例１，２に比べて長くして試料を作製した。
比較例１５として、Ａｕ膜のスパッタ厚みを１ｎｍに低減して成膜した。 <Preparation of each sample>
After sputtering the titanium substrate (pure Ti, Ti coating material) with various target thicknesses of the Cr film and Au film at the time of sputtering, air heating was performed to prepare samples of Examples 1-8.
As Comparative Example 11, only Au was sputtered without sputtering Cr.
As Comparative Example 12, a sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that atmospheric heating was not performed after sputtering.
As Comparative Examples 13 and 14, samples were prepared by making the sputtering thickness of the Au film the same as those of Examples 1 and 2, but with a heating time longer than that of Examples 1 and 2.
As Comparative Example 15, the Au film was formed by reducing the sputtering thickness to 1 nm.

＜評価＞
各試料について以下の評価を行った。
Ａ．密着性
各試料の最表層の表面層に１ｍｍ間隔で碁盤の目を罫書いた後、粘着性テープをはり付け、さらに各試験片を１８０°曲げて元の状態に戻し、曲げ部のテープを急速にかつ強く引き剥がす剥離試験を行った。
剥離が全くない場合を○とし、一部でも剥離があると目視で認められた場合を×とした。 <Evaluation>
The following evaluation was performed for each sample.
A. Adhesion After marking the grid of the grid at 1 mm intervals on the outermost surface layer of each sample, apply adhesive tape, and bend each specimen 180 ° to return to the original state. A peeling test was conducted to peel off rapidly and strongly.
The case where there was no peeling at all was marked as ◯, and the case where some peeling was visually observed was marked as x.

Ｂ．接触抵抗
接触抵抗の測定は、試料全面に荷重を加える方法で行った。まず、４０×５０ｍｍの板状の試料の表裏にそれぞれカーボンペーパーを積層し、さらに表裏のカーボンペーパーの外側にそれぞれCu/Ni/Au板を積層した。Cu/Ni/Au板は厚み10mmの銅板に1.0μｍ厚のＮｉ下地めっきをし、Ｎｉ層の上に0.5μｍのＡｕめっきした材料であり、Cu/Ni/Au板のＡｕめっき面がカーボンペーパーに接するように配置した。
さらに、Cu/Ni/Au板の外側にそれぞれテフロン（登録商標）板を配置し、各テフロン（登録商標）板の外側からロードセルで圧縮方向に１０ｋｇ／ｃｍ２の荷重を加えた。この状態で、２枚のCu/Ni/Au板の間に電流密度１００ｍＡ／ｃｍ２の定電流を流した時、Cu/Ni/Au板間の電気抵抗を４端子法で測定した。 B. Contact resistance The contact resistance was measured by applying a load to the entire surface of the sample. First, carbon papers were laminated on the front and back sides of a 40 × 50 mm plate-like sample, and Cu / Ni / Au plates were further laminated on the outer sides of the front and back carbon papers. The Cu / Ni / Au plate is a material in which a 10 μm thick copper plate is plated with a 1.0 μm thick Ni base and the Ni layer is plated with a 0.5 μm Au plate. The Au plated surface of the Cu / Ni / Au plate is carbon paper. It arranged so that it might touch.
Further, a Teflon (registered trademark) plate was arranged outside the Cu / Ni / Au plate, and a load of 10 kg / cm 2 was applied in the compression direction from the outside of each Teflon (registered trademark) plate with a load cell. In this state, when a constant current having a current density of 100 mA / cm 2 was passed between the two Cu / Ni / Au plates, the electrical resistance between the Cu / Ni / Au plates was measured by a four-terminal method.

又、接触抵抗は、以下の３つの条件により試料を試験した前後でそれぞれ測定した。
条件１：硫酸水溶液への試料の浸漬試験（浴温90℃、硫酸濃度０．５ｇ／Ｌ、浸漬時間２４０時間、液量1000cc）
条件２：硫酸（0.5g/L）+塩化ナトリウム（10ppm）水溶液への試料の浸漬試験（浴温9０℃、浸漬時間２４０時間、液量1000cc）
条件３：硫酸水溶液中での定電位試験（浴温90℃，硫酸濃度0.5g/L，液量1000cc，対極Pt，参照極Ag/AgCl，電位 0.8 V vs Ag/AgCl，試験時間24時間） The contact resistance was measured before and after the sample was tested under the following three conditions.
Condition 1: Immersion test of sample in sulfuric acid aqueous solution (bath temperature 90 ° C, sulfuric acid concentration 0.5g / L, immersion time 240 hours, liquid volume 1000cc)
Condition 2: Immersion test of sample in sulfuric acid (0.5g / L) + sodium chloride (10ppm) aqueous solution (bath temperature 90 ° C, immersion time 240 hours, liquid volume 1000cc)
Condition 3: Constant potential test in sulfuric acid aqueous solution (bath temperature 90 ° C, sulfuric acid concentration 0.5g / L, liquid volume 1000cc, counter electrode Pt, reference electrode Ag / AgCl, potential 0.8 V vs Ag / AgCl, test time 24 hours)

Ｃ．金属溶出量
金属溶出量は上記条件１〜３で試験後の試験液中の全ての金属濃度(mg/L)をICP（誘導結合プラズマ）発光分光分析することで評価した。
又、燃料電池用セパレータに求められる代表的な特性は、低接触抵抗（１０ｍΩ・ｃｍ２以下）、使用環境での耐食性（耐食試験後も低接触抵抗で、有害なイオンの溶出がない）の２つである。
得られた結果を表１、表２に示す。なお、表１において、表面層の成分の付着量は、試料の片面の値である。 C. Metal elution amount The metal elution amount was evaluated by ICP (inductively coupled plasma) emission spectroscopic analysis of all metal concentrations (mg / L) in the test solution after the test under the above conditions 1 to 3.
Typical characteristics required for fuel cell separators are low contact resistance (10 mΩ · cm 2 or less), corrosion resistance in the environment of use (low contact resistance after corrosion test, no leaching of harmful ions) There are two.
The obtained results are shown in Tables 1 and 2. In Table 1, the adhesion amount of the surface layer component is the value on one side of the sample.

Figure 2011076847
Figure 2011076847

Figure 2011076847
Figure 2011076847

表１〜表２から明らかなように、表面層のＣｒの含有量が２５質量％以下であり、表面層におけるＣｒの含有量が、Ｃｒの比重（7.2g/cm3）×０．００１〜Ｃｒの比重（7.2g/cm3）×０．０１（μｇ／ｍｍ２）の範囲であり、かつＡｕの含有量が０．０７０（μｇ／ｍｍ２）以上である実施例１〜８の場合、表面層の密着性に優れ、試験前後で試料の接触抵抗が変化せず、耐食性、導電性及び耐久性が優れたものとなった。また、純Ｔｉ基材に代え、厚み１０ｎｍ以上のＴｉ被覆材を用いた実施例８の場合も、他の実施例と同等の耐食性と導電性が得られた。
なお、各実施例の場合、表面層の最表面にＡｕが１０質量％以上存在し、該最表面から下層に向かってＡｕ２０質量％以上の領域が３ｎｍ以上の厚みで存在した。
又、各実施例の場合、Ｃｒが１０質量％の深さにおける表面層のＯ濃度が３０質量％以上である領域が存在した。 As apparent from Tables 1 and 2, the Cr content in the surface layer is 25% by mass or less, and the Cr content in the surface layer is a specific gravity of Cr (7.2 g / cm 3 ) × 0.001 In the case of Examples 1 to 8 in which the specific gravity of Cr (7.2 g / cm 3 ) × 0.01 (μg / mm 2 ) and the Au content is 0.070 (μg / mm 2 ) or more The surface layer was excellent in adhesion, the contact resistance of the sample did not change before and after the test, and the corrosion resistance, conductivity and durability were excellent. Further, in the case of Example 8 in which a Ti coating material having a thickness of 10 nm or more was used instead of the pure Ti base material, corrosion resistance and conductivity equivalent to those of other examples were obtained.
In each example, 10 mass% or more of Au was present on the outermost surface of the surface layer, and a region of 20 mass% or more of Au was present in a thickness of 3 nm or more from the outermost surface toward the lower layer.
In each example, there was a region where the O concentration of the surface layer at a depth of 10% by mass of Cr was 30% by mass or more.

Ａｕのみをスパッタ成膜した比較例１１の場合、Ａｕ膜とＴｉ基材との密着性が劣化した。
Ｃｒ及びＡｕをスパッタ後、加熱処理をしなかった比較例１２の場合、条件２，３で試験後の接触抵抗が大幅に増大し、条件２，３で試験後の金属溶出量も多くなった。これは、比較例１２の場合、表面層にＣｒが２５質量％を超えて含まれる領域が生成され、試験後にＣｒが溶出または酸化したり、Ｃｒが腐食を起こしたためと考えられる。
なお、図９に示すように、比較例１２の試料のＸＰＳチャートから、表面層にＣｒが２５質量％を超えて含まれる領域Ｒが生成されていることがわかる。 In the case of Comparative Example 11 in which only Au was formed by sputtering, the adhesion between the Au film and the Ti substrate was deteriorated.
In the case of Comparative Example 12 in which heat treatment was not performed after sputtering Cr and Au, the contact resistance after the test greatly increased under the conditions 2 and 3, and the amount of metal elution after the test increased under the conditions 2 and 3. . In the case of Comparative Example 12, it is considered that a region where Cr was contained in the surface layer exceeding 25% by mass was generated, and Cr was eluted or oxidized after the test, or Cr was corroded.
In addition, as shown in FIG. 9, it can be seen from the XPS chart of the sample of Comparative Example 12 that a region R containing more than 25 mass% of Cr in the surface layer is generated.

Ａｕ膜のスパッタ厚みを実施例１，２としつつ加熱時間を実施例１，２に比べて長くした比較例１３、１４の場合、表面層の最表面から下層に向かってＡｕ２０質量％以上の領域の厚みが３ｎｍ未満となり、接触抵抗が大幅に増大した。これは、加熱処理によって、表面層の表面側のＡｕが内部に拡散したためと考えられる。
Ａｕ膜のスパッタ厚みが薄い比較例１５の場合も、表面層の最表面から下層に向かってＡｕ２０質量％以上の領域の厚みが３ｎｍ未満となり、接触抵抗が大幅に増大した。 In Comparative Examples 13 and 14, in which the sputtering thickness of the Au film was set to Examples 1 and 2 and the heating time was longer than those in Examples 1 and 2, the region of Au 20% by mass or more from the outermost surface of the surface layer toward the lower layer The thickness was less than 3 nm, and the contact resistance was greatly increased. This is considered to be because Au on the surface side of the surface layer diffused inside by the heat treatment.
Also in Comparative Example 15 where the sputtering thickness of the Au film was thin, the thickness of the region of Au 20 mass% or more from the outermost surface of the surface layer toward the lower layer was less than 3 nm, and the contact resistance was greatly increased.

２ Ｔｉ基材
２ａ 中間層
６ 表面層
８ Au単独層
１０、１００ セパレータ
１０Ｌ、１０ＬＢ （ガス）流路
１０Ｌ１、１０ＬＢ１ 流路溝の始端
１０Ｌ２、１０ＬＢ２ 流路溝の終端
１２、１２Ｂ ガスケット
１２ｃ、１２ｄ ガスケットの内縁
１２ｅ１〜１２ｅ４ 仕切り部材
１２ｅｂ１〜１２ｅｂ４ ガスケット流路
２０ 固体高分子電解質膜
４０ アノード電極
６０ カソード電極
８０ 膜電極接合体（ＭＥＡ）
１００ｈ （セパレータの）孔 2 Ti substrate 2a Intermediate layer 6 Surface layer 8 Au single layer 10, 100 Separator 10L, 10LB (Gas) flow path 10L1, 10LB1 Flow channel groove start 10L2, 10LB2 Flow groove end 12, 12B Gasket 12c, 12d Gasket 12e1 to 12e4 partition member 12eb1 to 12eb4 Gasket channel 20 Solid polymer electrolyte membrane 40 Anode electrode 60 Cathode electrode 80 Membrane electrode assembly (MEA)
100h hole (for separator)

Claims (14)

Ｔｉ基材の表面に、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｓｎ及びＢｉからなる群より選択される少なくとも１種類以上の金属からなる第１成分とＡｕとを含む表面層が形成され、
該表面層における前記第１成分の含有量が、前記第１成分の比重（g/cm3）×０．００１〜前記第１成分の比重（g/cm3）×０．０１（μｇ／ｍｍ２）であり、かつＡｕの含有量が０．０７０（μｇ／ｍｍ２）以上であり、
前記表面層のどの深さにおいても、金属状態の前記第１成分の含有量が２５質量％以下である燃料電池用セパレータ材料。 On the surface of the Ti substrate, a surface layer containing Au and a first component made of at least one metal selected from the group consisting of Al, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Sn and Bi. Formed,
The content of the first component in the surface layer is such that the specific gravity of the first component (g / cm 3 ) × 0.001 to the specific gravity of the first component (g / cm 3 ) × 0.01 (μg / mm) 2 ) and the Au content is 0.070 (μg / mm 2 ) or more,
A separator material for a fuel cell, wherein the content of the first component in a metallic state is 25% by mass or less at any depth of the surface layer. 前記表面層の最表面にＡｕが１０質量％以上存在し、該最表面から下層に向かってＡｕ２０質量％以上の領域が３ｎｍ以上の厚みで存在する請求項１に記載の燃料電池用セパレータ材料。 2. The fuel cell separator material according to claim 1, wherein Au is present in an amount of 10% by mass or more on the outermost surface of the surface layer, and an area of 20% by mass or more of Au is present in a thickness of 3 nm or more from the outermost surface toward the lower layer. 前記領域と前記Ｔｉ基材との間に、Ｔｉ、Ｏ及び前記第１成分を含み、Ａｕ２０質量％未満の中間層が存在する請求項２に記載の燃料電池用セパレータ材料。 The fuel cell separator material according to claim 2, wherein an intermediate layer containing Ti, O, and the first component and having less than 20% by mass of Au is present between the region and the Ti base material. 前記第１成分が１０質量％の深さにおける前記表面層のＯ濃度が３０質量％以上である請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ材料。 The separator material for a fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the O concentration of the surface layer at a depth of 10% by mass of the first component is 30% by mass or more. 前記表面層中のＡｕの割合が下層側から上層側に向かって増加する請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ材料。 The fuel cell separator material according to any one of claims 1 to 4, wherein a ratio of Au in the surface layer increases from a lower layer side toward an upper layer side. 前記Ｔｉ基材は、Ｔｉと異なる基材表面に厚み１０ｎｍ以上のＴｉ被膜を形成してなる請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ材料。 The fuel cell separator material according to any one of claims 1 to 5, wherein the Ti substrate is formed by forming a Ti film having a thickness of 10 nm or more on a substrate surface different from Ti. 固体高分子形燃料電池に用いられる請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ材料。 The fuel cell separator material according to any one of claims 1 to 6, which is used for a polymer electrolyte fuel cell. ダイレクトメタノール型固体高分子形燃料電池に用いられる請求項７記載の燃料電池用セパレータ材料。 8. The separator material for a fuel cell according to claim 7, which is used for a direct methanol type polymer electrolyte fuel cell. 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材料を用いた燃料電池用セパレータであって、前記Ｔｉ基材に予めプレス加工による反応ガス流路及び／又は反応液体流路を形成した後、前記表面層を形成して成る燃料電池用セパレータ。 A fuel cell separator using the fuel cell separator material according to any one of claims 1 to 8, wherein a reaction gas flow path and / or a reaction liquid flow path is formed in advance on the Ti base material by pressing. And a fuel cell separator formed by forming the surface layer. 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材料を用いた燃料電池用セパレータであって、前記Ｔｉ基材に前記表面層を形成した後、プレス加工による反応ガス流路及び／又は反応液体流路を形成して成る燃料電池用セパレータ。 A fuel cell separator using the fuel cell separator material according to any one of claims 1 to 8, wherein the surface layer is formed on the Ti base material, and then a reaction gas flow path and / or by press working. A fuel cell separator formed by forming a reaction liquid channel. 請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ材料、又は請求項９若しくは１０記載の燃料電池用セパレータを用いた燃料電池スタック。 A fuel cell stack using the fuel cell separator material according to any one of claims 1 to 8, or the fuel cell separator according to claim 9 or 10. 請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ材料の製造方法であって、
前記Ｔｉ基材の表面に、前記第１成分を乾式成膜した後、Ａｕを乾式成膜し、酸化性雰囲気で熱処理を施す燃料電池用セパレータ材料の製造方法。 It is a manufacturing method of the separator material for fuel cells in any one of Claims 1-8,
A method for producing a separator material for a fuel cell, in which the first component is formed into a dry film on the surface of the Ti substrate, Au is then formed into a dry film, and heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere. 前記乾式成膜がスパッタリングである請求項１２記載の燃料電池用セパレータ材料製造方法。 The method for producing a fuel cell separator material according to claim 12, wherein the dry film formation is sputtering. 前記熱処理が１００℃〜２００℃の温度で数分〜２００時間の処理である請求項１３記載の燃料電池用セパレータ材料の製造方法。 The method for producing a fuel cell separator material according to claim 13, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 100C to 200C for several minutes to 200 hours.
JP2009226769A 2009-09-30 2009-09-30 FUEL CELL SEPARATOR MATERIAL, FUEL CELL SEPARATOR USING THE SAME, FUEL CELL STACK, AND METHOD FOR PRODUCING FUEL CELL SEPARATOR MATERIAL Expired - Fee Related JP5419271B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009226769A JP5419271B2 (en) 2009-09-30 2009-09-30 FUEL CELL SEPARATOR MATERIAL, FUEL CELL SEPARATOR USING THE SAME, FUEL CELL STACK, AND METHOD FOR PRODUCING FUEL CELL SEPARATOR MATERIAL

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009226769A JP5419271B2 (en) 2009-09-30 2009-09-30 FUEL CELL SEPARATOR MATERIAL, FUEL CELL SEPARATOR USING THE SAME, FUEL CELL STACK, AND METHOD FOR PRODUCING FUEL CELL SEPARATOR MATERIAL

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011076847A true JP2011076847A (en) 2011-04-14
JP5419271B2 JP5419271B2 (en) 2014-02-19

Family

ID=44020636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009226769A Expired - Fee Related JP5419271B2 (en) 2009-09-30 2009-09-30 FUEL CELL SEPARATOR MATERIAL, FUEL CELL SEPARATOR USING THE SAME, FUEL CELL STACK, AND METHOD FOR PRODUCING FUEL CELL SEPARATOR MATERIAL

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5419271B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013021465A1 (en) * 2011-08-09 2013-02-14 Jx日鉱日石金属株式会社 Separator material for fuel cells, separator for fuel cells using same, fuel cell stack using same, and method for producing separator material for fuel cells
US9123920B2 (en) 2008-11-28 2015-09-01 Jx Nippon Mining & Metals Corporation Fuel cell separator material, fuel cell separator using same, and fuel cell stack

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004158437A (en) * 2002-10-18 2004-06-03 Hitachi Cable Ltd Separator for fuel cell
JP2004185998A (en) * 2002-12-04 2004-07-02 Toyota Motor Corp Separator for fuel cell
JP2007146250A (en) * 2005-11-29 2007-06-14 Nikko Kinzoku Kk Titanium or titanium alloy material plated with noble metal
WO2009041135A1 (en) * 2007-09-25 2009-04-02 Nippon Mining & Metals Co., Ltd. Fuel cell separator material and fuel cell stack

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004158437A (en) * 2002-10-18 2004-06-03 Hitachi Cable Ltd Separator for fuel cell
JP2004185998A (en) * 2002-12-04 2004-07-02 Toyota Motor Corp Separator for fuel cell
JP2007146250A (en) * 2005-11-29 2007-06-14 Nikko Kinzoku Kk Titanium or titanium alloy material plated with noble metal
WO2009041135A1 (en) * 2007-09-25 2009-04-02 Nippon Mining & Metals Co., Ltd. Fuel cell separator material and fuel cell stack

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9123920B2 (en) 2008-11-28 2015-09-01 Jx Nippon Mining & Metals Corporation Fuel cell separator material, fuel cell separator using same, and fuel cell stack
WO2013021465A1 (en) * 2011-08-09 2013-02-14 Jx日鉱日石金属株式会社 Separator material for fuel cells, separator for fuel cells using same, fuel cell stack using same, and method for producing separator material for fuel cells
JP5275530B1 (en) * 2011-08-09 2013-08-28 Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 Fuel cell separator material, fuel cell separator and fuel cell stack using the same, and method for producing fuel cell separator material
CN103703597A (en) * 2011-08-09 2014-04-02 Jx日矿日石金属株式会社 Separator material for fuel cells, separator for fuel cells using same, fuel cell stack using same, and method for producing separator material for fuel cells
CN103703597B (en) * 2011-08-09 2016-02-10 Jx日矿日石金属株式会社 Fuel cell spacer material, use its fuel cell spacer and the manufacture method of fuel cell pack and fuel cell spacer material
KR101609077B1 (en) 2011-08-09 2016-04-05 제이엑스 킨조쿠 가부시키가이샤 Separator material for fuel cells, separator for fuel cells using same, fuel cell stack using same, and method for producing separator material for fuel cells
US9806351B2 (en) 2011-08-09 2017-10-31 Jx Nippon Mining & Metals Corporation Material fuel cell separator, fuel cell separator using same, fuel cell stack, and method of producing fuel cell separator material

Also Published As

Publication number Publication date
JP5419271B2 (en) 2014-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5325235B2 (en) FUEL CELL SEPARATOR MATERIAL, FUEL CELL SEPARATOR USING THE SAME, FUEL CELL STACK, AND METHOD FOR PRODUCING FUEL CELL SEPARATOR MATERIAL
JP5275530B1 (en) Fuel cell separator material, fuel cell separator and fuel cell stack using the same, and method for producing fuel cell separator material
JP5143842B2 (en) Fuel cell separator material and fuel cell stack
JP5313264B2 (en) Fuel cell separator material, fuel cell separator using the same, and fuel cell stack
JP2010238577A (en) Separator material for fuel cell and fuel cell stack using the same
JP5419816B2 (en) Fuel cell separator material, fuel cell separator and fuel cell stack using the same
WO2011122282A1 (en) Separator material for fuel cell, separator for fuel cell and fuel cell stack using the same, and method for producing separator material for fuel cell
JP5419271B2 (en) FUEL CELL SEPARATOR MATERIAL, FUEL CELL SEPARATOR USING THE SAME, FUEL CELL STACK, AND METHOD FOR PRODUCING FUEL CELL SEPARATOR MATERIAL
JP5677758B2 (en) Fuel cell separator material, fuel cell separator and fuel cell stack using the same, and method for producing fuel cell separator material
JP5291368B2 (en) Fuel cell separator material, fuel cell separator using the same, fuel cell stack, and method for producing fuel cell separator material
TWI447989B (en) A separator for a fuel cell, a separator for a fuel cell and a fuel cell stack for use thereof, and a method for manufacturing a separator material for a fuel cell
JP2010123330A (en) Separator material for fuel cell, separator for fuel cell using the same, and fuel cell stack
JP2011175901A (en) Separator material for fuel cell, separator for fuel cell using the same, and fuel cell stack
JP2011249148A (en) Fuel cell separator material, fuel cell separator using the same, fuel cell stack, and method of manufacturing fuel cell separator material
JP2011210383A (en) Separator material for fuel cell, separator for fuel cell using the same, fuel cell stack, and method of manufacturing the separator material for fuel cell
JP2010238565A (en) Separator material of fuel cell and fuel cell stack using the same
JP2010238394A (en) Separator material for fuel cell and fuel cell stack using the same
JP2011174145A (en) Separator material for fuel cell, separator for fuel cell using the same, fuel cell stack and method for producing material for fuel cell separator
JP2010238569A (en) Separator material for fuel cell and fuel cell stack using the same
JP2011243473A (en) Separator material for fuel cell, fuel cell separator using the same and fuel cell stack, and method of manufacturing separator material for fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120330

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130627

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130902

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131024

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131118

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131118

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5419271

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees