JP2011175901A - Separator material for fuel cell, separator for fuel cell using the same, and fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator material for a fuel cell capable of strongly and uniformly forming an Au layer or a layer including Au in the surface of a titanium base material and capable of securing adhesiveness and corrosion resistance to be required for a separator for a fuel cell. <P>SOLUTION: In the separator material for the fuel cell, an alloy layer 6 made of Cr and Au or an Au single layer 8 is formed in the surface of the Ti base material 2, and an intermediate layer 2a including Ti, O and Cr and including Au of less than 20 mass% exists between the alloy layer or the Au single layer and the Ti base material. As going to lower layers from a depth of 1 nm from the outermost surface, the maximum content of C to a depth, at which Ti of 50 mass% is included, is 10 mass% or less. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、表面にAu又はAu合金(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、及び燃料電池スタックに関する。   The present invention relates to a fuel cell separator material having a surface on which Au or an Au alloy (a layer containing Au) is formed, a fuel cell separator using the same, and a fuel cell stack.

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. .

さらに、炭素濃度が高いTi板の表面に酸化チタンの皮膜を形成させ、さらにこの酸化皮膜上に金を成膜することで、耐酸性を向上させる技術が知られている(特許文献3)。   Furthermore, a technique for improving acid resistance by forming a titanium oxide film on the surface of a Ti plate having a high carbon concentration and further depositing gold on the oxide film is known (Patent Document 3).

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4)。
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 4).

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2009−289511号公報JP 2009-289511 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4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 4 is obtained by coating a base material with stainless steel clad on both surfaces of a copper plate, and cannot be said to have excellent corrosion resistance.

このようなことから、本発明者らは、チタン基材表面にCrとAuをスパッタし、Crを含む中間層を形成させ、チタン基材へのAuの密着性を向上させることを検討している。
ところが、チタン基材の表面に存在するカーボンが多くなると,スパッタ時に発生する熱により、スパッタしたCrとカーボンが炭化物を形成し、この炭化物形成により基材表面に当初は基材表面に均一に付着したCrが、まばらな(島状の)状態に分散する。同様に、Cr上に成膜したAuもまばらな(島状の)状態に分散し、チタン基材が露出する部分が存在することになる。その結果として、スパッタ直後の膜の密着性が良好であっても,耐食性試験を行うとスパッタ膜が剥がれ、接触抵抗が増加することが判明した。この現象はステンレス材で起こる鋭敏化と類似する。
そして、チタン基材の表面のカーボンが多くなる原因は,スパッタする前のチタン基材の製造工程(冷間圧延から焼鈍)で,冷間圧延に使用した圧延油を十分に脱脂せずに焼鈍したために,圧延油の主成分であるカーボンがチタン基材に焼き付いたためである。
またカーボンはチタン材の表面粗さが粗いと十分に脱脂されず,チタン基材表面に残りやすくなる。
For this reason, the present inventors have studied to improve the adhesion of Au to the titanium substrate by sputtering Cr and Au on the surface of the titanium substrate to form an intermediate layer containing Cr. Yes.
However, when the amount of carbon present on the surface of the titanium base material increases, the sputtered Cr and carbon form carbides due to the heat generated during sputtering, and this carbide formation initially adheres uniformly to the base material surface. The dispersed Cr is dispersed in a sparse (island-like) state. Similarly, Au deposited on Cr is dispersed in a sparse (island-like) state, and there is a portion where the titanium substrate is exposed. As a result, it was found that even if the film adhesion immediately after sputtering was good, the sputtered film was peeled off and contact resistance increased when the corrosion resistance test was performed. This phenomenon is similar to the sensitization that occurs in stainless steel.
The cause of the carbon increase on the surface of the titanium base material is the titanium base manufacturing process (from cold rolling to annealing) before sputtering, and annealing without fully degreasing the rolling oil used for cold rolling. This is because the carbon, which is the main component of the rolling oil, burned onto the titanium base material.
Further, when the surface roughness of the titanium material is rough, the carbon is not sufficiently degreased and tends to remain on the surface of the titanium base material.

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、チタン基材表面に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、及び燃料電池スタックの提供を目的とする。   That is, the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and can form a highly corrosion-resistant conductive film containing Au on the surface of a titanium base material with high adhesion, under the fuel cell operating environment. However, an object of the present invention is to provide a fuel cell separator material having high durability, a fuel cell separator using the material, and a fuel cell stack.

本発明者らは種々検討した結果、Ti基材表面のC(カーボン)量を低減しつつ、Ti基材の表面にTi,O及びCrを含む中間層を形成させ、中間層の上に合金層又はAu単独層を形成させることで、Au(合金)層をTi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。
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、CrとAuとの合金層、又はAu単独層が形成され、前記合金層又は前記Au単独層と前記Ti基材との間に、Ti、O及びCrを含み、Au20質量%未満の中間層が存在し、最表面から1nmの深さから下層に向かい、Tiが50質量%となる深さまでのCの最大含有量が10質量%以下である。
As a result of various studies, the present inventors have formed an intermediate layer containing Ti, O and Cr on the surface of the Ti base material while reducing the amount of C (carbon) on the surface of the Ti base material, and alloyed the intermediate layer. It has been found that by forming a layer or a single Au layer, an Au (alloy) layer can be formed firmly and uniformly on Ti, and the corrosion resistance and durability required for a fuel cell separator can be secured.
In order to achieve the above object, the fuel cell separator material of the present invention is formed by forming an alloy layer of Cr and Au, or an Au single layer on the surface of a Ti base, and the alloy layer or the Au single layer. Between Ti and the Ti base material, there is an intermediate layer containing Ti, O and Cr and less than 20% by mass of Au, from the depth of 1 nm from the outermost surface to the lower layer, to a depth where Ti becomes 50% by mass The maximum content of C is 10% by mass or less.

最表面の表面粗さが0.2μm以下であることが好ましい。
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ものであってもよい。
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 surface roughness of the outermost surface is preferably 0.2 μm or less.
The Ti base material may be formed by forming a Ti film having a thickness of 10 nm or more on the surface of a base material different from Ti.
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、前記合金層又はAu単独層を形成して成る。
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基材に前記合金層又はAu単独層を形成した後、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。
The fuel cell separator of the present invention uses the fuel cell separator material, and after the reaction gas flow path and / or the reaction liquid flow path are formed in advance on the Ti base material by pressing, the alloy layer or the Au single layer Formed.
Further, the fuel cell separator of the present invention uses the fuel cell separator material, and after forming the alloy layer or the Au single layer on the Ti base material, the reaction gas flow path and / or the reaction liquid flow by press working. It forms a road.

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.

本発明によれば、Ti基材の表面のC量を規制することで、Au層又はAuを含む層をTi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密着性、耐食性を確保できる。   According to the present invention, by regulating the amount of C on the surface of the Ti substrate, an Au layer or a layer containing Au can be formed firmly and uniformly on Ti, and the adhesion required for a fuel cell separator And corrosion resistance can be secured.

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. 本発明の第3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 3rd Embodiment of this invention. 実施例3に係る燃料電池用セパレータ材料のXPS分析結果を示す図である。It is a figure which shows the XPS analysis result of the separator material for fuel cells which concerns on Example 3. FIG. 比較例3に係る燃料電池用セパレータ材料のXPS分析結果を示す図である。It is a figure which shows the XPS analysis result of the separator material for fuel cells which concerns on the comparative example 3. 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.

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 each single cell, collects energy (electricity) generated in each single cell, and collects each single cell. 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を介して金属層4が形成され、金属層4の表面に合金層6が形成されている。金属層4はCrから主として成る。
<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, the fuel cell separator material according to the first embodiment has a metal layer 4 formed on the surface of a Ti base 2 via an intermediate layer 2 a, and an alloy layer 6 on the surface of the metal layer 4. Is formed. The metal layer 4 is mainly made of Cr.

<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ニ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、Cr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 Cr and gold. However, considering press forming into a separator shape, the shape of the Ti base material is preferably a plate material. The thickness of the entire Ti substrate is preferably 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.

Ti基材の表面に存在するカーボンが多くなると,スパッタ時に発生する熱により、スパッタしたCrとカーボンが炭化物を形成し、この炭化物形成により基材表面に当初は基材表面に均一に付着したCrが、まばらな(島状の)状態に分散する。同様に、Cr上に成膜したAuもまばらな(島状の)状態に分散し、チタン基材が露出する部分が存在することになる。その結果として、スパッタ直後の膜の密着性が良好であっても,耐食性試験を行うとスパッタ膜が剥がれ、接触抵抗が増加する。
このため、燃料電池用セパレータ材料の最表面から1nmの深さから下層に向かい、Tiが50質量%となる深さまでのCの含有量が10質量%以下であることが必要である。
When the carbon present on the surface of the Ti base material increases, the sputtered Cr and carbon form carbides due to the heat generated during sputtering, and this carbide formation causes Cr to initially adhere uniformly to the base material surface. Are dispersed in a sparse (island-like) state. Similarly, Au deposited on Cr is dispersed in a sparse (island-like) state, and there is a portion where the titanium substrate is exposed. As a result, even if the adhesion of the film immediately after sputtering is good, when the corrosion resistance test is performed, the sputtered film is peeled off and the contact resistance increases.
For this reason, it is necessary that the C content from the depth of 1 nm to the lower layer from the outermost surface of the fuel cell separator material to the depth at which Ti becomes 50 mass% is 10 mass% or less.

ここで、Ti基材(Ti冷延板)は、一般に冷間圧延後、圧延油を除去するための脱脂洗浄工程に入る。そして脱脂後、焼鈍工程に入り、非酸化性ガス中や真空中のバッチ式の炉で焼鈍が行われる。そして、基材の表面のカーボンが多くなる原因は,スパッタ前のチタン基材の冷間圧延に使用した圧延油を十分に脱脂せずに焼鈍したために,圧延油の主成分であるカーボンがチタン基材に焼き付いたためである。つまり、焼鈍中に圧延油が分解し、圧延油成分のカーボンがTiと反応し、表面にカーボンの化合物を生成してしまう。
又、Ti基材の表面は一般的に粗くなりやすく、さらにチタンの圧延は、他の金属の圧延と比べて圧延中に金属粉を発生しやすい。金属の表面が粗い場合、表面の凹部、特にピット状の部分に入り込んだ圧延油は、単に洗浄液等に浸漬しただけでは十分除去できない。また、金属粉が除去されないまま脱脂洗浄工程を終えると、金属粉と材料表面の間に油分が残ってしまう。
Here, the Ti base material (Ti cold-rolled sheet) is generally subjected to a degreasing washing step for removing rolling oil after cold rolling. And after degreasing, it enters into an annealing process, and annealing is performed in a non-oxidizing gas or a batch type furnace in a vacuum. The cause of the increase in carbon on the surface of the base material is that the rolling oil used for cold rolling of the titanium base material before sputtering was annealed without sufficiently degreasing, so that the carbon that is the main component of the rolling oil was titanium. This is because it burned onto the base material. That is, the rolling oil is decomposed during annealing, and the carbon of the rolling oil component reacts with Ti to generate a carbon compound on the surface.
Further, the surface of the Ti base material is generally easy to become rough, and further, rolling of titanium tends to generate metal powder during rolling as compared with rolling of other metals. When the surface of the metal is rough, the rolling oil that has entered the concave portion of the surface, particularly the pit-like portion, cannot be sufficiently removed by simply immersing it in a cleaning solution or the like. In addition, if the degreasing and cleaning process is completed without removing the metal powder, oil remains between the metal powder and the material surface.

このようなことから、上記した深さ範囲でのCの含有量を10質量%以下に管理することで、Cr及び金のスパッタ膜の密着性が向上し、耐食性試験を行ってもスパッタ膜が剥がれずに接触抵抗を低く維持することができる。Cの含有量を10質量%以下に管理する方法としては、冷間圧延後のTi基材の脱脂を十分に行うことが挙げられる。
具体的には、圧延後のTi基材の脱脂洗浄工程において、攪拌、振動、ブラッシング、又は超音波処理等により洗浄効果を高め、表面の凹状(ピット状)の部分に溜まった油分の除去、金属粉の除去を行い、表面の油分を減少させることができる。この結果、非酸化性ガス中や真空中のバッチ式焼鈍後において、表面のCの含有量が低下したチタン材を得ることが可能となる。脱脂洗浄工程後に、物理研磨又は化学研磨を行ってもよいが、工程が増えるため、脱脂洗浄工程で作りこむことが好ましい。
For this reason, by controlling the C content in the above-described depth range to 10% by mass or less, the adhesion of the Cr and gold sputtered films is improved, and the sputtered film can be obtained even if a corrosion resistance test is performed. The contact resistance can be kept low without peeling off. As a method of managing the C content to 10% by mass or less, it is possible to sufficiently degrease the Ti base material after cold rolling.
Specifically, in the degreasing cleaning process of the Ti base material after rolling, the cleaning effect is enhanced by stirring, vibration, brushing, ultrasonic treatment, etc., and removal of oil accumulated in the concave (pit-shaped) portion of the surface, The metal powder can be removed to reduce the oil content on the surface. As a result, it is possible to obtain a titanium material having a reduced C content on the surface after batch-type annealing in a non-oxidizing gas or vacuum. After the degreasing and cleaning step, physical polishing or chemical polishing may be performed. However, since the number of steps increases, it is preferable that the degreasing and cleaning step is performed.

なお、Tiの濃度は、後述するXPSによる濃度検出で行い、指定元素の合計を100質量%として、各元素の濃度(質量%)を分析して行う。又、燃料電池用セパレータ材料の最表面から1nmの深さとは、XPS分析によるチャートの横軸(厚み方向)の距離(SiO2換算での距離)である。 Note that the Ti concentration is detected by XPS concentration detection, which will be described later, and the concentration (mass%) of each element is analyzed with the total of the designated elements as 100 mass%. The depth of 1 nm from the outermost surface of the fuel cell separator material is a distance (distance in terms of SiO 2 ) on the horizontal axis (thickness direction) of the chart by XPS analysis.

さらに、本発明の燃料電池用セパレータ材料の最表面の表面粗さ(Ra)が0.2μm以下であることが好ましい。Ti基材にスパッタするCr及び金の厚みは、Ti基材の表面粗さに比べて極めて薄く、燃料電池用セパレータ材料の最表面の表面粗さはTi基材の表面粗さをほぼ表している。
Ti基材の表面はステンレスと比較すると粗く、Ti圧延板の表面の中心線平均粗さが0.2μmを超えていることが多い。Ti基材の表面粗さが0.2μmより粗いと、表面に存在するカーボンが十分に脱脂されず,Ti基材表面に残りやすくなる。燃料電池用セパレータ材料の最表面の表面粗さ(つまり、実質的にTi基材の表面粗さ)は、より好ましくは0.15μm以下であり、さらに好ましくは0.1μm以下である。
なお、Ti圧延板のRaは、圧延ロールのRaで変わる。実際の生産ラインでTi圧延板を連続圧延する場合、Ra0.06μm程度のロールが使用されるが、チタンはステンレスと比較すると材料が軟らかく、ロールと焼付けを起こしやすい。このため、同じロールをメンテナンスせずに使用し続けると、ロールのRaが大きくなり、結果としてTi圧延板のRaも大きくなってしまう。従って、圧延ロールのRaを管理することで、Raが0.2μm以下のTi圧延板(基材)を連続圧延することができる。
Furthermore, it is preferable that the surface roughness (Ra) of the outermost surface of the separator material for a fuel cell of the present invention is 0.2 μm or less. The thickness of Cr and gold sputtered on the Ti base material is extremely thin compared to the surface roughness of the Ti base material, and the surface roughness of the outermost surface of the separator material for fuel cells substantially represents the surface roughness of the Ti base material. Yes.
The surface of the Ti substrate is rough compared to stainless steel, and the center line average roughness of the surface of the Ti rolled sheet often exceeds 0.2 μm. If the surface roughness of the Ti substrate is rougher than 0.2 μm, the carbon present on the surface is not sufficiently degreased and tends to remain on the surface of the Ti substrate. The surface roughness of the outermost surface of the fuel cell separator material (that is, substantially the surface roughness of the Ti base material) is more preferably 0.15 μm or less, and further preferably 0.1 μm or less.
In addition, Ra of a Ti rolled sheet changes with Ra of a rolling roll. When a Ti rolled sheet is continuously rolled in an actual production line, a roll of about Ra 0.06 μm is used. Titanium is softer than stainless steel, and tends to cause baking with the roll. For this reason, if it continues using the same roll without maintenance, Ra of a roll will become large and Ra of a Ti rolled sheet will also become large as a result. Therefore, by managing the Ra of the rolling roll, it is possible to continuously roll a Ti rolled sheet (base material) having a Ra of 0.2 μm or less.

<合金層>
Ti基材2上に、CrとAuとの合金層6が形成される。この合金層は、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。
Cr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、合金層に上記した機能を付与するとともに、中間層を形成して合金層とTi基材との密着性を向上させる。
又、Crが電位-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を利用し、Crを以下の中間層の構成元素として用いる。
<Alloy layer>
An alloy layer 6 of Cr and Au is formed on the Ti base 2. This alloy layer is for imparting Au characteristics (corrosion resistance, conductivity, etc.) and hydrogen embrittlement resistance to the Ti base material.
Cr has the properties that a) easily bonds with oxygen, b) constitutes an alloy with Au, and c) hardly absorbs hydrogen. It is formed to improve the adhesion between the alloy layer and the Ti base material.
In addition, Cr is more oxidizable than Au from the potential-pH diagram, and makes use of the characteristic that it is difficult to absorb hydrogen, so Cr is used as a constituent element of the following intermediate layer.

合金層は、後述するXPS分析により確認することができ、XPS分析により最表面から下層に向かってAu50質量%以上で厚み1nm以上を有する部分であって、以下の中間層より上層に位置する部分を合金層とする。合金層の厚みは1〜100nmであることが好ましい。合金層の厚みが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。合金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。
また、CrとAuを成膜後に熱処理をしてもよい。熱処理を行なうと、酸化と拡散が進行し、表層のAuの濃度は下がり、50質量%未満になる場合もある。しかし、最表面から下層に向かって厚み3nm以上でAu10%質量%以上50質量%未満の領域が存在すれば、チタンが表面層に拡散しせず、合金層としての機能をはたす。
The alloy layer can be confirmed by XPS analysis which will be described later, and is a portion having a thickness of 1 nm or more with 50% by mass or more of Au from the outermost surface to the lower layer by XPS analysis, and a portion located above the following intermediate layer Is an alloy layer. The thickness of the alloy layer is preferably 1 to 100 nm. If the thickness of the alloy 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 alloy layer is more preferably 2 nm or more, and further preferably 4 nm or more.
Further, heat treatment may be performed after forming the Cr and Au films. When heat treatment is performed, oxidation and diffusion proceed, and the Au concentration in the surface layer decreases and may be less than 50% by mass. However, if there is a region with a thickness of 3 nm or more and Au of 10% by mass or more and less than 50% by mass from the outermost surface to the lower layer, titanium does not diffuse into the surface layer and functions as an alloy layer.

合金層の厚みが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、合金層において、最表面から下層に向かう厚み1nm以上の領域のAu濃度が50質量%未満である場合、又は最表面から下層に向かう厚み3nm以上の領域のAu濃度が10%質量%未満である場合、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ことがある。
If the thickness of the alloy layer exceeds 100 nm, it may not be possible to save money and the cost may increase.
In the alloy layer, when the Au concentration in the region of 1 nm or more thickness from the outermost surface to the lower layer is less than 50% by mass, or the Au concentration in the region of 3 nm or more thickness from the outermost surface to the lower layer is less than 10% by mass. In such a case, the corrosion resistance required for the fuel cell separator may not be ensured.

なお、合金層6の代わりにAu単独層が形成されていてもよい。Au単独層は、XPS分析によりAuの濃度がほぼ100wt%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。
又、合金層6の中間層側において、主にCrからなる組成領域(貴金属領域)を有していてもよい。
An Au single layer may be formed instead of the alloy layer 6. The Au single layer is a portion where the concentration of Au is approximately 100 wt% by XPS analysis, and the thickness of the Au single layer is required to be 1 nm or more.
Further, the alloy layer 6 may have a composition region (noble metal region) mainly composed of Cr on the intermediate layer side.

<中間層>
合金層(又はAu単独層)6とTi基材2との間に、Ti、O及びCrを含み、Au20質量%未満の中間層2aが存在する。
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(上記合金層又はAu単独層)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Cr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、Cr単体のターゲット、又は低Au濃度のCr−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>
Between the alloy layer (or Au single layer) 6 and the Ti base material 2, there is an intermediate layer 2a containing Ti, O and Cr and less than 20% by mass of Au.
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 alloy layer or the Au single layer) is several tens of nm or less, conventionally, as an intermediate layer, simply Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Compared to the case of using Cr, Mo, W or the like, a separator material with excellent durability can be provided by forming the intermediate layer from Ti, O, and Cr.
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 a Cr single target or a low Au concentration Cr—Au alloy target.

前記中間層は、Ti、Oがそれぞれ10質量%以上でかつCr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Crが20 質量%以上含まれると共に、Auが20 質量%以上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、Cr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(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スパッタ層の層構造を決定することができる。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%)を分析する。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(SiO換算での距離)である。
The intermediate layer is preferably present as a layer of 1 nm or more in which Ti and O are each 10% by mass or more and Cr is 20% by mass or more. In this case, when the cross section of the separator material for a fuel cell is analyzed by XPS, a region containing 10% by mass or more of Ti and 20% by mass or more of Cr and 20% by mass or more of Au is included in the thickness direction. 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 Cr.
Here, a depth profile by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) analysis is measured, and concentration analysis of Au, Ti, O, Cr, and C is performed to determine the layer structure of the sputtered layer. In addition, the concentration detection by XPS analyzes the concentration (mass%) of each element by setting the total of designated elements as 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 ).

Ti、Oの下限をそれぞれ10質量%とし、Crの下限を20質量%とした理由は、Cr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%未満である部分は合金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Cr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 10% by mass and the lower limit of Cr is 20% by mass is that the portion where Cr is less than 20% by mass is close to the surface of the Ti substrate, and Ti is less than 10% by mass. This is because the portion is close to the alloy layer, and the portion where O is less than 10% by mass does not function as an intermediate layer because Cr and Ti do not form a sufficient oxide with O atoms. It is. 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.

<金属層>
金属層4はCrの単独層であり、合金層及び中間層を成膜する際にCrの一部がチタンの酸化層に拡散して中間層を構成し、Crの一部が表面側に拡散してAuと合金層を構成するが、拡散によって消滅せずに層として残ったCrが金属層4を形成する。したがって、金属層4は、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。
但し、金属層4が存在すると耐食性及び耐久性を劣化させる傾向にあるため、金属層4の厚みは5nm以下が好ましく、更に好ましくは3nm以下である。
なお、金属層4中の金属と、合金層6中のCrとは同一の元素であってもよく、異なる元素であってもよいが、同一元素とすると、製造が簡易となる。
金属層4は、後述するXPS分析により確認することができ、XPS分析により、Crを合計70質量%以上有する部分の厚みを金属層4の厚みとする。
<Metal layer>
The metal layer 4 is a single layer of Cr, and when forming the alloy layer and the intermediate layer, a part of Cr diffuses into the titanium oxide layer to form an intermediate layer, and a part of Cr diffuses to the surface side. Thus, an alloy layer with Au is formed, but Cr remaining as a layer without disappearing by diffusion forms the metal layer 4. Therefore, the metal layer 4 can be appropriately formed by changing the sputtering conditions (sputtering time, output) and the like.
However, since the presence of the metal layer 4 tends to deteriorate the corrosion resistance and durability, the thickness of the metal layer 4 is preferably 5 nm or less, more preferably 3 nm or less.
Note that the metal in the metal layer 4 and the Cr in the alloy layer 6 may be the same element or different elements.
The metal layer 4 can be confirmed by XPS analysis to be described later, and the thickness of the portion having a total of 70 mass% or more of Cr is defined as the thickness of the metal layer 4 by XPS analysis.

本発明において、合金層6のAu濃度が10%の深さにおけるO濃度が30質量%以下であることが好ましい。
合金層6のAu濃度が10%の深さ部分は、中間層2aと合金層6の境界近傍の領域を示すが、この部分のO濃度が高くなると、合金層6の耐食性が低下したり、中間層2aと合金層6の密着性が低下する場合があるからである。
In the present invention, it is preferable that the O concentration in the depth where the Au concentration of the alloy layer 6 is 10% is 30% by mass or less.
The depth portion where the Au concentration of the alloy layer 6 is 10% indicates a region near the boundary between the intermediate layer 2a and the alloy layer 6, but when the O concentration of this portion increases, the corrosion resistance of the alloy layer 6 decreases, This is because the adhesion between the intermediate layer 2a and the alloy layer 6 may decrease.

合金層中の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になっていることが好ましい。ここで、Auの割合(質量%)は、上記したXPS分析で求めることができる。合金層又はAu単独層の厚みは、XPS分析での走査距離の実寸である。
合金層を傾斜組成とすると、合金層の下層側ではAuより易酸化性のCrの割合が多くなり、Ti基材表面との結合が強固になる一方、合金層の上層側ではAuの特性が強くなるので、耐食性と耐久性が向上する。
It is preferable to have a gradient composition in which the proportion of Au in the alloy layer increases from the lower layer side toward the upper layer side. Here, the ratio (mass%) of Au can be obtained by the XPS analysis described above. The thickness of the alloy layer or the Au single layer is the actual scanning distance in the XPS analysis.
When the alloy layer has a gradient composition, the proportion of Cr that is more oxidizable than Au is higher on the lower layer side of the alloy layer and the bond with the Ti substrate surface becomes stronger, while the upper layer side of the alloy layer has the characteristics of Au. Since it becomes stronger, corrosion resistance and durability are improved.

<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Cr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Cr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、Cr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、Cr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。
但し、上記したように、スパッタ成膜に最表面から1nmの深さから下層に向かい、Tiが50質量%となる深さまでのCの最大含有量が10質量%以下となるよう、Ti基材の表面Ti酸化膜の残存量を調整する必要がある。
中間層のAuは、以下の合金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、Cr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 the intermediate layer of the separator material for the fuel cell, the surface Ti oxide film of the Ti base material is not removed, and sputtering is performed on this base material using Cr as a target, thereby forming the O in the surface Ti oxide film. Cr can be bonded to each other to form an intermediate layer. In addition, after removing the surface Ti oxide film of the Ti base material 2, sputtering film formation is performed using Cr oxide as a target, or after removing the surface Ti oxide film of the Ti base material 2, sputtering is performed using Cr as a target in an oxidizing atmosphere. The intermediate layer can also be formed by forming a film.
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.
However, as described above, the Ti base material has a maximum C content of 10% by mass or less from the depth of 1 nm from the outermost surface toward the lower layer and the depth at which Ti becomes 50% by mass. It is necessary to adjust the remaining amount of the surface Ti oxide film.
The Au of the intermediate layer is contained in the intermediate layer by Au atoms entering the intermediate layer by Au sputtering for forming the following alloy layer. Alternatively, sputter deposition may be performed on the surface of the Ti substrate using an alloy target containing Cr and Au.

合金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Crを成膜した後、Cr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、Cr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、Cr膜にAuが入り込み、合金層となる。又、この場合、合金層中の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Cr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、Cr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。
As a method for forming the alloy layer, for example, Cr can be formed on the Ti base by the above-described sputtering, and then Au can be formed by sputtering on the Cr film. In this case, since the sputtered particles have high energy, even if only the Cr film is formed on the surface of the Ti base, by sputtering Au there, Au enters the Cr film and becomes an alloy layer. Moreover, in this case, the composition becomes a gradient composition in which the proportion of Au in the alloy layer increases from the lower layer side toward the upper layer side.
Sputter film formation may be first performed on the Ti base material surface using an alloy target having a low Au concentration of Cr and Au, and then using an alloy target having a high Au concentration of Cr and Au.

<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が形成され、中間層2aの上に合金層6が形成されてなる。
。Ti基材2及び合金層6は、第1の実施形態と同一であるので説明を省略する。第2の実施形態に係る燃料電池用セパレータ材料は、第1の実施形態における金属層4が存在しない状態であり、第1の実施形態より耐食性に優れる。
第2の実施形態においても、合金層6のAu濃度が10%の深さにおけるO濃度が30質量%以下であることが好ましい。合金層6のAu濃度が10%の深さ部分は、中間層2aと合金層6の境界近傍の領域を示すが、この部分のO濃度が高くなると、合金層6の耐食性が低下したり、中間層2aと合金層6の密着性が低下する場合があるからである。
第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様、合金層の厚みは1〜100nmであることが好ましい。
<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 fuel cell separator material according to the second embodiment has an intermediate layer 2a formed on the surface of a Ti base 2 and an alloy layer 6 formed on the intermediate layer 2a.
. Since the Ti base material 2 and the alloy layer 6 are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted. The separator material for a fuel cell according to the second embodiment is in a state where the metal layer 4 in the first embodiment is not present, and is more excellent in corrosion resistance than the first embodiment.
Also in the second embodiment, it is preferable that the O concentration in the depth where the Au concentration of the alloy layer 6 is 10% is 30% by mass or less. The depth portion where the Au concentration of the alloy layer 6 is 10% indicates a region near the boundary between the intermediate layer 2a and the alloy layer 6, but when the O concentration of this portion increases, the corrosion resistance of the alloy layer 6 decreases, This is because the adhesion between the intermediate layer 2a and the alloy layer 6 may decrease.
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the thickness of the alloy layer is preferably 1 to 100 nm.

<第3の実施形態>
次に、本発明の第3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3に示すように、第3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を介して合金層6が形成され、合金層6の表面にAu単独層8が形成されている。Ti基材2及び合金層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8は、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。
<Third Embodiment>
Next, a fuel cell separator material according to a third embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 3, the fuel cell separator material according to the third embodiment has an alloy layer 6 formed on the surface of a Ti base 2 via an intermediate layer 2 a, and an Au single layer on the surface of the alloy layer 6. 8 is formed. Since the Ti base material 2 and the alloy layer 6 are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
The Au single layer 8 can be appropriately formed by changing sputtering conditions (sputtering time, output) and the like.

なお、第1及び第3の実施形態の層構成を組み合わせ、Ti基材2の表面に、中間層2aを介して金属層4、合金層6、Au単独層8をこの順に形成した層構造としてもよい。   The layer structure of the first and third embodiments is combined to form a layer structure in which the metal layer 4, the alloy layer 6, and the Au single layer 8 are formed in this order on the surface of the Ti base 2 via the intermediate layer 2a. Also good.

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(合金)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、Au(合金)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 separator material for a fuel cell according to the embodiment of the present invention, an Au (alloy) layer can be formed firmly and uniformly on Ti, and this layer has conductivity, corrosion resistance and durability. It is suitable as a separator material for fuel cells. In addition, according to the embodiment of the present invention, if an Au (alloy) layer is formed by sputtering, this layer becomes a uniform layer, so that the surface becomes smoother than wet gold plating, and Au is wasted. There is an advantage that it is not necessary.

<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の一例について説明する。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, an example of 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6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6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. 6 is a cross-sectional view of a single cell of a stacked (active) fuel cell. In FIG. 6, current collector plates 140A and 140B are 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6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. 6, an anode electrode 40 and a cathode electrode 60 are laminated on both sides of the solid polymer electrolyte membrane 20 to constitute a membrane electrode assembly (MEA) 80. 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 an oxidizing gas flows into 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7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 7. 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7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 with the direction from the upper side to the lower side of the separator 10 (up and down direction in FIG. 7) 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8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 8.
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 from 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8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 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8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8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. 8 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 path groove 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. 8) and the flow in the vertical direction. The gas flow is folded back in the vicinity of the partition member 12e3, changes its 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 back in the vicinity of the partition member 12e2 and flows downward along the linear flow channel groove 10L. In the same manner, the gas flow is folded in the vicinity of the partition member 12e4, and after passing along the straight flow channel 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 flow 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 flow 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6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. 6 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9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6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9において、MEA80の構成は図6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9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. 9 shows a cross-sectional view of a single cell of a planar (passive type) fuel cell. In FIG. 6, current collector plates 140A and 140B are 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. 9, since the configuration of the MEA 80 is the same as that of the fuel cell of FIG. 6, the same reference numerals are given and description thereof is omitted (in FIG. 9, the description of the gas diffusion films 90A and 90B is omitted. Gas diffusion films 90A and 90B may be included).

図9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. 9, 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 way, a stack in which a plurality of MEAs 80 are connected in series via the separator 100 is configured.

図10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9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9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9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9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. 10 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 oxygen (air) reaction gas flow paths and methanol reaction liquid flow paths.
In this stack, when air (oxygen) is flowed from above in FIG. 9, oxygen comes into contact with the cathode electrode 60 side of the MEA 80 through the hole 100 h of the separator 100 and a reaction occurs. On the other hand, when methanol is allowed to flow from the lower side of FIG. 9, the methanol comes into contact with the anode electrode 40 side of the MEA 80 through the hole 100h of the separator 100, and a reaction occurs. Methanol is supplied from a tank (methanol cartridge) 200 in the lower part of FIG.
The planar (passive) fuel cell shown in FIG. 9 can be applied to a fuel cell using hydrogen as a fuel in addition to the above-described DMFC using methanol 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、中間層や合金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基材表面に合金層又はAu単独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合金層や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, it is not necessary to form a reaction gas channel (reaction liquid channel) in a later step, and the reaction gas can be easily processed by pressing the Ti substrate before forming the intermediate layer, the alloy layer, or the like. Since a flow path (reaction liquid flow path) can be formed, productivity is improved.
Further, in the fuel cell separator of the present invention, the reaction gas flow path and / or the reaction liquid flow path is formed later by press working on the fuel cell separator material in which the alloy layer or the Au single layer is formed on the surface of the Ti substrate. It may be formed. In the fuel cell separator material of the present invention, the alloy layer and the Au single layer are 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 Ti base material has a thickness of 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9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 9, but is not limited thereto.

<チタン材の冷間圧延及び脱脂>
厚み100μmの工業用純チタン材(JIS1種)のストリップを、圧延ロールの中心線平均表面粗さ(Ra)を以下のように変えて冷間圧延し、中心線平均表面粗さ(Ra)の異なるTi圧延板(Ti基材)を製造した。
圧延ロールのRa:
(S)0.06μm(新品)
(T)0.06μm(所定時間使用:延べ1トン圧延)
(U)0.10μm(新品)
(V)0.10μm(所定時間使用:延べ1トン圧延)
(W)0.10μm(長期使用:延べ10トン以上圧延)
Ti圧延板及び圧延ロールの表面粗さの測定は、JIS-B0601に準拠し、非接触式三次元測定装置(三鷹光器社製、型式NH−3)を用いて行った。カットオフは0.25mm、測定長さは1.50mmで、1試料当たり5回測定した。
<Cold rolling and degreasing of titanium material>
A strip of industrial pure titanium material (JIS type 1) having a thickness of 100 μm was cold-rolled while changing the centerline average surface roughness (Ra) of the rolling roll as follows, and the centerline average surface roughness (Ra) of Different Ti rolled plates (Ti substrates) were produced.
Ra of rolling roll:
(S) 0.06μm (new)
(T) 0.06μm (Used for a specified time: 1 ton rolling)
(U) 0.10μm (new)
(V) 0.10μm (Used for a predetermined time: 1 ton rolling)
(W) 0.10μm (Long-term use: Rolling more than 10 tons)
The surface roughness of the Ti rolled sheet and the rolling roll was measured using a non-contact type three-dimensional measuring device (manufactured by Mitaka Koki Co., Ltd., model NH-3) in accordance with JIS-B0601. The cut-off was 0.25 mm, the measurement length was 1.50 mm, and measurement was performed 5 times per sample.

次に、冷間圧延後、以下のように条件を変えた脱脂洗浄処理をそれぞれ実施した。
(A)試験片を市販のアルカリ剤洗浄液に十分浸漬し、浸漬中にブラシで表面を洗浄したもの(浸漬時間60秒間)
(B)試験片を市販のアルカリ剤洗浄液に十分浸漬したが、ブラシで表面を洗浄しなかったもの(浸漬時間60秒間)
(C)試験片を市販のアルカリ剤洗浄液に浸漬したが、ブラシで表面を洗浄しなかったもの(浸漬時間10秒間)
脱脂洗浄処理後のTi基材に焼鈍を実施した。
<試料の作製>
上記した焼鈍後のTi基材を用い、FIB(集束イオンビーム加工)による前処理をした。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(例えば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, after cold rolling, a degreasing cleaning process was performed under different conditions as follows.
(A) The test piece was sufficiently immersed in a commercially available alkaline agent cleaning solution, and the surface was cleaned with a brush during the immersion (immersion time 60 seconds)
(B) The test piece was sufficiently immersed in a commercially available alkaline agent cleaning solution, but the surface was not cleaned with a brush (immersion time 60 seconds)
(C) The test piece was immersed in a commercially available alkaline cleaning solution, but the surface was not cleaned with a brush (immersion time: 10 seconds)
The Ti base material after the degreasing cleaning treatment was annealed.
<Preparation of sample>
Using the Ti base material after annealing as described above, pretreatment by FIB (focused ion beam processing) was performed. 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 (for example, Cr) is deposited 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), and the sputtering rate under this sputtering condition (Nm / min) was grasped. 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スパッタ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:2nm/min.(SiO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(SiO換算での距離)である。
<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 sputter | spatter 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 +
Acceleration voltage: 3 kV
Sweep area: 3mm x 3mm
Rate: 2 nm / min. (SiO 2 equivalent)
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 ).

図3は、実施例3の試料断面の実際のXPS像を示す。図3では、Ti基材の表面に、合金層は存在せず、最表面にAu単独層(この例では、Au90質量%以上をAuがほぼ100%とみなしている)が形成されている。さらにTi基材とAu単独層との間に、Ti、O、Crがそれぞれ含まれると共に、Auが20 質量%未満である中間層2aが1nm以上存在することがわかる。なお、中間層はCrが20質量%以上含まれる部分とした。
さらに、最表面から1nmの深さから下層に向かい、Tiが50質量%となる深さまでのCの最大含有量が10質量%以下であることがわかる。
なお、本発明においては、中間層を定義するためTi、O等の濃度を規定している。従って、中間層の境界は便宜上Ti、O濃度によって決められるため、中間層とその上下の層(例えばTi基材2)との間に、中間層ともTi基材とも異なる層が介在する場合もある。
FIG. 3 shows an actual XPS image of the sample cross section of Example 3. In FIG. 3, there is no alloy layer on the surface of the Ti base material, and an Au single layer (in this example, Au is regarded as approximately 100% when Au is 90% by mass or more) is formed on the outermost surface. Furthermore, it can be seen that there is 1 nm or more of an intermediate layer 2a in which Ti, O, and Cr are contained between the Ti base and the Au single layer and Au is less than 20% by mass. The intermediate layer was a portion containing 20 mass% or more of Cr.
Furthermore, it turns out that the maximum content of C is 10 mass% or less from the depth of 1 nm to the lower layer from the outermost surface to the depth where Ti becomes 50 mass%.
In the present invention, the concentration of Ti, O, etc. is defined in order to define the intermediate layer. Therefore, since the boundary of the intermediate layer is determined by the Ti and O concentrations for convenience, a layer different from both the intermediate layer and the Ti substrate may be interposed between the intermediate layer and the upper and lower layers (for example, the Ti substrate 2). is there.

<各試料の作製>
チタン基材に、圧延ロールのRaを種々変え、スパッタ時のCr膜及びAu膜の目標厚みを一定にして実施例1〜4の試料を作製した。
比較例1として、Raが0.1μmの圧延ロールを延べ1トン分圧延したものを用いてTiを圧延し、同様にCr膜及びAu膜をスパッタした。
比較例2として、Raが0.1μmの圧延ロールを延べ10トン分圧延したものを用いてTiを圧延し、同様にCr膜及びAu膜をスパッタした。
比較例3として、Raが0.1μmの圧延ロールの新品を用いてTiを圧延した後、脱脂洗浄方法として、ブラシで表面を洗浄せずに試験片をアルカリ剤洗浄液に10秒間浸漬した後、同様にCr膜及びAu膜をスパッタした。
<Preparation of each sample>
Samples of Examples 1 to 4 were produced by changing Ra of the rolling rolls to the titanium base material and keeping the target thicknesses of the Cr film and Au film during sputtering constant.
As Comparative Example 1, Ti was rolled using a rolling roll having a Ra of 0.1 μm and rolled for 1 ton, and similarly a Cr film and an Au film were sputtered.
As Comparative Example 2, Ti was rolled using a rolling roll having a Ra of 0.1 μm and rolled for 10 tons, and similarly a Cr film and an Au film were sputtered.
As Comparative Example 3, after rolling Ti using a new roll of Ra of 0.1 μm, as a degreasing cleaning method, after immersing the test piece in an alkaline agent cleaning solution for 10 seconds without cleaning the surface with a brush, Similarly, a Cr film and an Au film were sputtered.

<評価>
各試料について接触抵抗の評価を行った。
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の板状の試料の片側にカーボンペーパーを積層し、さらにその試料とカーボンペーパーの外側とにそれぞれ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めっき面が試料や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/cm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/cm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。
<Evaluation>
The contact resistance was evaluated for each sample.
The contact resistance was measured by applying a load to the entire sample surface. First, carbon paper was laminated on one side of a 40 × 50 mm plate-like sample, and Cu / Ni / Au plates were further laminated on the sample and the outside of the carbon paper, respectively. The Cu / Ni / Au plate is a material in which a 10 μm thick copper plate is plated with 1.0 μm thick Ni, and the Ni layer is plated with 0.5 μm Au. The Au plated surface of the Cu / Ni / Au plate The carbon paper was placed in contact with it.
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、硫酸水溶液(浴温80℃、濃度0.5g/L)350cc中に試料(40mmX50mm)を240時間浸漬した耐食試験の前後でそれぞれ測定した。
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・cm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(試験によるイオン濃度≦0.1%))の2つである。なお、イオンの溶出はICPで分析した。
The contact resistance was measured before and after the corrosion test in which a sample (40 mm × 50 mm) was immersed in 350 cc of a sulfuric acid aqueous solution (bath temperature 80 ° C., concentration 0.5 g / L) for 240 hours.
Typical characteristics required for fuel cell separators are low contact resistance (10 mΩ · cm 2 or less), corrosion resistance in the use environment (low contact resistance after corrosion test, and no elution of harmful ions (test) Ion concentration ≦ 0.1%)). Ion elution was analyzed by ICP.

表1に結果を示す。なお、表1において、最表面から1nmの深さから下層に向かい、Tiが50質量%となる深さまでのCの最大含有量は、XPS分析を3箇所について行った値の平均値とした。   Table 1 shows the results. In Table 1, the maximum content of C from the depth of 1 nm from the outermost surface to the lower layer and the depth at which Ti becomes 50% by mass was the average value obtained by performing XPS analysis at three locations.

Figure 2011175901
Figure 2011175901

表1から明らかなように、最表面から1nmの深さから下層に向かい、Tiが50質量%となる深さまでのCの最大含有量が10質量%以下であるとともに、中間層が存在した各実施例の場合、耐食試験前後で試料の接触抵抗が変化せず、被膜の密着性及び耐食性が優れたものとなった。   As is clear from Table 1, the maximum content of C from the depth of 1 nm to the lower layer from the outermost surface to the depth at which Ti becomes 50% by mass is 10% by mass or less, and each intermediate layer was present. In the case of the examples, the contact resistance of the sample did not change before and after the corrosion resistance test, and the film adhesion and corrosion resistance were excellent.

最表面から1nmの深さから下層に向かい、Tiが50質量%となる深さまでのCの最大含有量が10質量%を超えた各比較例の場合、耐食試験後に試料の接触抵抗が目標値を超えて増大し、被膜の密着性及び耐食性が劣った。
なお、図4は、比較例3の試料断面の実際のXPS像を示す。
Au単独層と中間層は存在するものの、最表面から1nmの深さから下層に向かい、Tiが50質量%となる深さまでのCの最大含有量が10質量%を超えていることがわかる。
In the case of each of the comparative examples in which the maximum C content from the depth of 1 nm to the lower layer from the outermost surface to the depth at which Ti becomes 50% by mass exceeds 10% by mass, the contact resistance of the sample is the target value after the corrosion resistance test. The adhesion and corrosion resistance of the coating were inferior.
FIG. 4 shows an actual XPS image of the sample cross section of Comparative Example 3.
Although the Au single layer and the intermediate layer exist, the maximum C content from the depth of 1 nm from the outermost surface to the lower layer and the depth at which Ti becomes 50 mass% exceeds 10 mass%.

2 Ti基材
2a 中間層
4 金属層(Crの単独層)
6 合金層
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 4 Metal layer (Cr single layer)
6 Alloy layer 8 Au single layer 10, 100 Separator 10L, 10LB (Gas) flow path 10L1, 10LB1 Flow channel groove start end 10L2, 10LB2 Flow path groove end 12, 12B Gasket 12c, 12d Gasket inner edge 12e1-12e4 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 (8)

Ti基材の表面に、CrとAuとの合金層、又はAu単独層が形成され、
前記合金層又は前記Au単独層と前記Ti基材との間に、Ti、O及びCrを含み、Au20質量%未満の中間層が存在し、
最表面から1nmの深さから下層に向かい、Tiが50質量%となる深さまでのCの最大含有量が10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, an alloy layer of Cr and Au, or an Au single layer is formed,
Between the alloy layer or the Au single layer and the Ti base material, there is an intermediate layer containing Ti, O and Cr and less than 20% by mass of Au,
A fuel cell separator material having a maximum C content of 10% by mass or less from a depth of 1 nm from the outermost surface to a lower layer and a depth at which Ti becomes 50% by mass.
最表面の表面粗さが0.2μm以下である請求項1に記載の燃料電池用セパレータ材料。 The fuel cell separator material according to claim 1, wherein the surface roughness of the outermost surface is 0.2 μm or less. 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又は2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 claim 1 or 2, 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1〜3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 fuel cells according to any one of claims 1 to 3, 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4記載の燃料電池用セパレータ材料。 The separator material for a fuel cell according to claim 4, which is used for a direct methanol type polymer electrolyte fuel cell. 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、前記合金層又はAu単独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 5, wherein a reaction gas channel and / or a reaction liquid channel are formed in advance on the Ti base material by pressing. Thereafter, a fuel cell separator formed by forming the alloy layer or the Au single layer. 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基材に前記合金層又はAu単独層を形成した後、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 5, wherein the alloy layer or the Au single layer is formed on the Ti base material, and then a reactive gas flow by press working A fuel cell separator formed by forming a channel and / or a reaction liquid channel. 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、又は請求項6若しくは7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 claim 1 or the fuel cell separator according to claim 6 or 7.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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