JP5277048B2 - 燃料電池用セパレータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は，固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法に関し，特に，ステンレス鋼板製のセパレータ本体に流路領域と，この流路領域を取り囲むシール領域とを設定すると共に，その流路領域のセパレータ本体に波状部を形成し，この波状部の平坦な各頂面に，メッキ処理により金，ロジウム，白金又はその何れかの合金の皮膜を形成してなる燃料電池用セパレータの製造方法の改良に関する。

固体高分子型燃料電池の一般的な構造を図５に示す。固体高分子型燃料電池は，高分子電解質膜１の両面にアノード電極２及びカソード電極３を接合してなる膜電極接合体４と，電気的な絶縁を確保しながら燃料ガス（例えば水素）や酸化ガス（例えば酸素）を膜電極接合体４に供給するための流路５を有するセパレータ６とを重ねてなる単セル７を基本構造とし，セパレータ６と電解質膜１との間には，前記燃料ガス等を外部に漏出させないためのシール材８が介装される。したがって，各セパレータ６には，図１に示すように，多数の流路５を持つ流路領域１０と，それを取り囲むシール領域１１とが設けられる。燃料電池は，このような単セル７を多数積層してスタックとして構成される。

さらに，上記セパレータ６について図６により詳細に説明すると，シール領域１１には燃料ガスと酸化ガスをそれぞれ単セル７に供給するガス入孔１７ａ，１８ａと，これらガスが単セル７から排出されるガス出孔１７ｂ，１８ｂが設けられる。ここで便宜的に，ガス入孔１７ａ及びガス出孔１８ｂに酸化ガス，ガス入孔１７ａ及びガス出孔１８ｂに燃料ガスが通るとすると，図６のセパレータ６では，燃料ガスはガス入孔１８ａから単セル７内に供給され，流路領域１０の流路５を通り，ガス出孔１８ｂから排出される。さらにシール領域１１にはガス冷却媒体を供給・排出するために，冷却媒体入孔１９ａ，冷却媒体出孔１９ｂも設けられる。図６中，符号Ｓは，シール領域１１において，前記各１７ａ，１８ａ，１７ｂ，１８ｂ同士の気密を確実に行うためのシールラインである。

ところで，セパレータ６は，膜電極接合体４で生じた電気エネルギを外部に取り出す集電板としての役割を持つ。一方，燃料電池の内部は，電気化学反応によりプロトンが生じるため，酸性雰囲気となっている。したがって，セパレータ６には，導電性と耐蝕性が求められる。

そこで，表面に金，ロジウム，白金又はその何れかの合金のメッキを施して導電性を向上させたステンレス鋼板製のセパレータ６が既に提案されており（下記特許文献１参照），その従来技術では，高価な金等の使用量を出来るだけ少なく抑えるために，セパレータ６への金等のメッキを選択的に行っている。
ＷＯ２００６／１２９８０６号公報

即ち，上記従来技術は，図５に示すように，ステンレス鋼板製のセパレータ本体０６の流路領域１０に，その両面に多数の流路５を持つ波状部をプレス成形し，そのセパレータ本体０６を酸洗して，セパレータ本体０６に本来生じていた不動態膜（酸化膜）１４を一旦除去し，新たに不動態膜１４を均一に造り直す。その後，波状部１２の頂面１３を機械的に研磨することで前記頂面１３の不動態膜１４に部分的に欠陥部を形成し，しかる後，上記頂面１３にメッキ処理により金等の皮膜１５を形成して，燃料電池用セパレータ６を得ている。その際，皮膜１５は，不動態膜１４の欠陥部を起点として成長し，波状部の各頂面に選択的に形成される。ここで，酸洗して不動態膜を均一に造り直すのは，プレス成形時に生じた不動態膜の欠陥にメッキが析出しやすく，不要な部分にまでに金等が析出してしまうことを抑制するためである。

しかしながら，上記従来技術では導電性が必要とされる前記頂面にメッキを選択的に行うために酸洗・機械研磨という工程を経なければならず，その分生産性が低下するという問題があった。また，機械研磨によっては不動態膜の一部が欠落し欠陥部が形成されるだけで，不動態膜の厚みそのものは機械研磨を行った部分と行わなかった部分であまり変化がなく，頂面部以外の部分にも微量ながらメッキがなされてしまうという問題もあった。

本発明はかゝる事情に鑑みてなされたもので，波状部の頂面に選択的にメッキによる金，ロジウム，白金又はその何れかの合金の皮膜を形成した燃料電池用セパレータを製造するに当たり，生産性を高めると共に前記頂面へのメッキ選択性をも高め得る，燃料電池用セパレータの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は，ステンレス鋼板製のセパレータ本体に流路領域と，この流路領域を取り囲むシール領域とを設定すると共に，その流路領域のセパレータ本体に波状部を形成し，この波状部の平坦な各頂面に，メッキ処理により金，ロジウム，白金又はその何れかの合金の皮膜を形成してなる燃料電池用セパレータの製造方法において，前記メッキ処理の前に，前記流路領域にのみ対面させる平板状の対極を使用してセパレータ本体に電解酸洗処理を行い，前記波状部の頂面に存在する不動態膜を除去することを特徴とする。

本発明の特徴によれば，セパレータ本体の電解酸洗時，対極は，流路領域のみに対面し，しかも流路領域の波状部の各頂面に最も近接することになるから，その各頂面に電流が集中して電解作用が集中的に働く結果，各頂面上の不動態膜を効果的に選択して除去することができる。したがって，次いで，セパレータ本体に対する金，ロジウム，白金又はその何れかの合金のメッキ処理を行ったとき，不動態膜が除去された上記各頂面のみに金等の皮膜を形成することができる。

また，電解酸洗により頂面部の不動態膜の厚みを他の部分に対し十分に薄くできるため，メッキ選択性が高まり頂面以外へのメッキを上記従来技術に比べ，より少なくすることができる。この結果，プレス成形により欠陥が生じた本来の不動態膜のままでも，頂面以外へのメッキを抑制でき，上記従来技術で必要とされていた酸洗を省略することができる。従って，酸洗・機械研磨と行っていた工程を電解酸洗処理の１工程に集約することができるので，生産性を高めることができる。

本発明の実施例方法の第１工程でプレス成形されたセパレータ本体の斜視図。 図１の２−２線拡大断面図。 （Ａ）本発明の実施例方法の第３工程でセパレータ本体に対して行う電解酸洗処理の説明図，（Ｂ）電解酸洗処理後のセパレータ本体の部分拡大断面図。 本発明の実施例方法の第４工程でメッキ処理されたセパレータの部分拡大断面図。 従来の固体高分子型燃料電池を示す断面図。 従来の固体高分子型燃料電池におけるセパレータの平面図。

本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。

本発明の実施例方法は，下記の第１〜第４工程よりなる。

第１工程（図１及び図２参照）
先ず，ステンレス鋼板製のセパレータ本体０６に，流路領域１０と，この流路領域１０を取り囲むシール領域１１とを設定すると共に，その流路領域１０のセパレータ本体０６には，表裏に多数の流路５，５…を画成する波状部１２をプレス成形する。その際，波状部１２は，その各頂面１３，１３…が平坦になるように成形される。このセパレータ本体０６の表裏両面には，不動態膜（酸化膜）が発生しており，またプレス時に使用する潤滑剤等の油脂が付着している。尚，上記プレス成形時，シール領域１１には，従来同様に，図６に示すようなガス入孔１７ａ，１８ａ，ガス出孔１７ｂ，１８ｂ，冷却媒体入孔１９ａ及び冷却媒体出孔１９ｂが穿設されるが，図１にはそれらの図示を省略する。

第２工程
次に，上記セパレータ本体０６に脱脂処理を行い，セパレータ本体０６の表裏両面に付着した前記油脂を取り除く。この脱脂処理は，例えばアルカリ性の溶液にセパレータ本体を浸漬することにより行うことができる。なお，本工程については，この他公知の手法を用いて行うことができるものであるため，その説明図面を省略する。

第３工程（図３参照）
次に，脱脂処理後のセパレータ本体０６に次のようにして電解酸洗処理を行う。即ち，図２（Ａ）に示すように，酸性の処理液２１（例えば，塩酸５％水溶液）を貯留する処理液槽２０に，ワークとしてのセパレータ本体０６と，このセパレータ本体０６の上下両面に対向する一対の対極２２，２２とを設置する。その一対の対極２２，２２は，平板状をなすと共に，セパレータ本体０６の流路領域１０にのみ対面する大きさに形成されている。そして，セパレータ本体０６に電源２３の陰極，対極２２，２２に正極をそれぞれ接続して，セパレータ本体０６及び対極２２，２２間に電位をかけると，流路領域１０の波状部１２において，各頂面１３，１３…が対応する対極２２，２２に最も近接しているため，その頂面に電流が集中して電解作用が集中的に働く。その結果，図２（Ｂ）に示すように，各頂面１３，１３…に形成されていた不動態膜１４を効果的に除去することができる。したがって，波状部１２の底面や，流路領域１０を取り囲むシール領域１１の表面の不動態膜はそのまゝ残留することになる。

第４工程（図３参照）
次に，電解酸洗処理後のセパレータ本体０６に，金，ロジウム，白金又はその何れかの合金のメッキ処理を従来公知の手法で行う。而して，セパレータ本体０６の流路領域１０では，特に不動態膜が除去された各頂面１３，１３…に電流が集中することで，金等の皮膜１５を効率よく形成することができる。一方，不動態膜１４を表面に持つ波状部１２の各底面やシール領域１１の表裏両面には，不動態膜１４により金等の皮膜１５の形成を防ぐので，高価な金等の使用量を最小限に抑えることができる。しかも，各頂面１３，１３…では不動態膜１４が存在しないので，セパレータ６の導電性を向上させることができる。

かくして，脱脂処理，電解酸洗処理及びメッキ処理の少ない工程をもって，高価な金等の使用量が少ないにも拘らず導電性の高い燃料電池用セパレータ６を簡単に製造することができる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

０６・・・・セパレータ本体
６・・・・・セパレータ
１０・・・・流路領域
１１・・・・シール領域
１２・・・・波状部
１３・・・・頂面
１４・・・・不動態膜
１５・・・・皮膜
２２・・・・対極

Claims (1)

1. ステンレス鋼板製のセパレータ本体（０６）に流路領域（１０）と，この流路領域（１０）を取り囲むシール領域（１１）とを設定すると共に，その流路領域（１０）のセパレータ本体（０６）に波状部（１２）を形成し，この波状部（１２）の平坦な各頂面（１３）に，メッキ処理により金，ロジウム，白金又はその何れかの合金の皮膜（１５）を形成してなる燃料電池用セパレータの製造方法において，
   前記メッキ処理の前に，前記流路領域（１０）にのみ対面させる平板状の対極（２２）を使用してセパレータ本体（０６）に電解酸洗処理を行い，前記波状部（１２）の頂面（１３）に存在する不動態膜（１４）を除去することを特徴とする，燃料電池用セパレータの製造方法。

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