WO2008029605A1 - Séparateur de pile à combustible et procédé de fabrication associé - Google Patents

Séparateur de pile à combustible et procédé de fabrication associé Download PDF

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WO2008029605A1
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separator
cell separator
resin
coating
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Inventor
Kazutaka Iizuka
Masakazu Suzuki
Masanori Matsukawa
Kenji Dewaki
Shinji Dewaki
Original Assignee
Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Aisin Takaoka Co., Ltd.
Nippon Chemical Denshi, Inc.
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    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell separator, and more particularly to a coating technique for a fuel cell separator.
  • the fuel cell that converts chemical energy obtained by reacting a fuel gas containing hydrogen with an oxidizing gas containing oxygen into electric energy.
  • the fuel cell is mounted on, for example, a vehicle and used as a power source for a motor for driving the vehicle.
  • Parts that require corrosion resistance are used in fuel cells to prevent corrosion caused by water generated after chemical reactions.
  • separators fuel cell separators used in fuel cells are coated with a resin coating to improve corrosion resistance.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 6 -800 0 2 6
  • the inventors of the present application have continued research and development on new coating technology based on the ground-breaking technology described in Patent Document 1.
  • a fuel cell separator is a fuel cell separator in which a conductive separator and a resin coat are applied to a plate-shaped separator substrate, and the separator substrate includes A power generation region facing the power generation layer and a peripheral region including an opening functioning as a manifold, and the peripheral region is provided with a resin coat so that the separator base material is exposed at least at a part thereof.
  • An opening functioning as a manifold is coated with a resin coat, and the power generation region is provided with a conductive coat by being energized through a portion of the peripheral region where the separator base material is exposed.
  • the conductive coat is formed of a material in which at least one of the conductivity and the corrosion resistance is better than the surface of the separator substrate.
  • Specific examples of the conductive coat include metal plating.
  • the conductive coat and the resin coat are realized by, for example, an electrodeposition process.
  • the conductive coating for the conductive coating becomes relatively easy by applying the conductive coating through the portion where the separator base material in the peripheral region is exposed. Furthermore, for example, current concentration is less likely to occur in the power generation region, and the conductive coating can be applied more uniformly and densely.
  • the portion of the peripheral region where the separator base material is exposed is a positioning portion used for positioning the battery cells when assembling a fuel cell by stacking a plurality of battery cells.
  • a production method is a method for producing a fuel cell separator by applying a conductive coat and a resin coat to a plate-like separator substrate, A first coating step in which a resin coating is applied to a peripheral region of a separator base material including an opening functioning as a manifold so that the separator base material is exposed in at least a part of the peripheral region; and the peripheral region
  • the conductive coating is applied to the power generation region of the separator base material facing the power generation layer by energizing the separator base material from the portion where the separator base material is exposed.
  • the second coating step is a step of applying a metal coating as a conductive coating to a separator substrate in which a peripheral region including an opening is masked by the resin coating of the first coating step. It is characterized by that.
  • the portion of the peripheral region where the separator base material is exposed is used for positioning the battery cells when assembling a fuel cell by stacking a plurality of battery cells.
  • the present invention provides a new coating technique for fuel cell separators.
  • a fuel cell separator can be provided in which an opening functioning as a hold is coated with a resin coat, and a conductive coat is applied to the power generation region.
  • the resin coat functions as a mask when applying the conductive coat, and masking work for the conductive coat is performed. It can be omitted.
  • the energization for the conductive coating becomes relatively easy. Furthermore, for example, current concentration is less likely to occur in the power generation region, and the conductive coating can be applied more uniformly and densely.
  • FIG. 1 is a schematic view of a fuel cell separator 10 according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining how the fuel cell separator is masked by the masking jig.
  • FIG. 3 is a view for explaining the structure of the masking jig.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the coating process of the fuel cell separator. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a fuel cell separator 10 according to the present invention.
  • the fuel cell separator 10 is a plate-like member whose front and back surfaces are substantially rectangular.
  • the fuel cell separator 10 is formed of a conductive material such as, for example, a US material or carbon.
  • the fuel cell separator 10 includes a power generation region 12 facing the power generation layer at the center of a substantially rectangular surface.
  • a battery cell is formed by sandwiching a MEA (membrane electrode assembly) that functions as a power generation layer between two fuel cell separators 10, it faces the power generation region 12 of the fuel cell separator 10.
  • MEA membrane electrode assembly
  • a fuel cell is formed by laminating a plurality of battery cells sandwiching MEA by two fuel cell separators 10.
  • the fuel cell separator 10 has a plurality of openings 14 and short side portions 16 in a peripheral portion of a substantially rectangular surface, that is, a peripheral region other than the power generation region 12 surrounding the power generation region 12. I have.
  • the fuel cell separator 10 is provided with three openings 14 at both ends in the longitudinal direction, and short side portions 16 at both ends (left and right ends) in the longitudinal direction. ing. Note that the positions and shapes of the openings 14 and Z or the short side portions 16 shown in FIG. 1 are merely examples.
  • the opening 14 provided in the fuel cell separator 10 functions as a hold when the fuel cell separator 10 forms a fuel cell. In the manifold, the water produced after the chemical reaction between the fuel gas and the oxidizing gas flows. Therefore, a resin coat is applied to the openings 14 forming the manifolds to prevent corrosion due to the generated water.
  • the resin coat is applied to substantially the entire peripheral area of the fuel cell separator 10. That is, in FIG. 1, the resin coating is applied to the region (except the short side portion 16) other than the power generation region 12 of the fuel cell separator 10. On the other hand, the power generation region 12 is provided with a conductive coating over substantially the entire region.
  • the fuel cell separator When the resin coating is applied to the peripheral area of the data 10, a masking jig for masking the area where the resin coating is unnecessary is used.
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams for explaining a masking jig 50 used in the present embodiment.
  • the masking jig 50 sandwiches the plate-like fuel cell separator 10 from both the front and back surfaces, and masks areas where the resin coating on the front and back surfaces of the fuel cell separator 10 is not required.
  • FIG. 2 is a view for explaining how the fuel cell separator 10 is masked by the masking jig 50.
  • FIG. 2 shows a state in which the fuel cell separator 10 is sandwiched between two masking jigs 50 from the side surface (long side) of the fuel cell separator 10.
  • Each masking jig 50 has a structure in which a frame-shaped frame 54 is stacked on a plate-shaped resin protective material 52, and a masking material 56 is stacked on the frame 54.
  • the two masking jigs 50 sandwich the fuel cell separator 10 and come into close contact with the fuel cell separator 10, the two tightening jigs are attached from both ends (left and right) in the longitudinal direction of the fuel cell separator 10, that is, from the short side. Ingredient 60 is inserted.
  • the masking jig 50 is fixed by the two fastening jigs 60 in a state where the two masking jigs 50 sandwich the fuel cell separator 10.
  • FIG. 3 is a view for explaining the structure of the masking jig 50, and FIG. 3 shows the masking jig 50 as viewed from the side in contact with the fuel cell separator 10.
  • a frame-shaped masking material 5 6 a is provided at the center of the masking jig 50.
  • the masking material 5 6 a is provided so as to surround the central region of the masking jig 50.
  • the area surrounded by the masking material 5 6 a corresponds to the power generation area (reference numeral 1 2 in FIG. 1) of the fuel cell separator.
  • the masking material 5 6 a comes into close contact with the outer periphery of the power generation region of the fuel cell separator.
  • the masking material 5 6 a is provided around the entire circumference without any gaps. By sticking along the outer periphery of the power generation area, the entire power generation area is masked.
  • the masking jig 50 is provided with a current-carrying portion 58 in an area surrounded by the masking material 56 a.
  • the current-carrying part 58 comes into contact with the fuel cell separator when the masking material 56a is brought into close contact with the outer periphery of the power generation region. Then, a voltage is applied from the energizing portion 58 to the fuel cell separator during masking with the masking material 56a. As will be described later, the resin is electrodeposited on the surface of the fuel cell separator by the voltage applied from the current-carrying portion 58.
  • rod-shaped masking material 56 b is provided along the short side at both ends (left and right ends) of the masking jig 50 in the longitudinal direction. Then, when the masking jig 50 sandwiches the fuel cell separator, the masking material 56 b is brought into close contact with both ends in the longitudinal direction of the fuel cell separator along the short side of the fuel cell separator.
  • a resin coating is applied to the fuel cell separator using a masking jig 50. Further, after the resin coating is applied, the conductive coating is applied to the fuel cell separator. Therefore, the coating process in this embodiment will be described next.
  • FIG. 4 is a view for explaining the coating process of the fuel cell separator 10.
  • 4A to 4D show the surface portion of the fuel cell separator 10 for each coating process.
  • Each of FIGS. 4A to 4D shows the fuel cell separator 10 from its side surface (long side).
  • FIG. 4 shows the coating treatment only on one surface (upper surface) of the fuel cell separator 10. However, the other surface (lower surface) of the fuel cell separator 10 is coated in the same manner as the one surface. Is done.
  • FIG. 4 (A) shows a state where the surface of the fuel cell separator 10 is masked.
  • the masking jig reference numeral 50 in FIG. 3
  • the masking material 5 6 a, 5 6 of the masking jig is in close contact with the surface of the fuel cell separator 10. Show.
  • the masking material 5 6 a adheres along the outer periphery of the power generation region of the fuel cell separator 10, thereby Mask. That is, in FIG. 4 (A), the surface of the fuel cell separator 10 in contact with the masking material 56a is masked. Further, the masking material 56 b is in close contact with both ends (left and right ends) of the fuel cell separator 10 in the longitudinal direction along the short side of the fuel cell separator 10. That is, in FIG. 4 (A), the portion (short side portion 16 in FIG. 4 (D)) in contact with the masking material 56b of the fuel cell separator 10 is masked.
  • the resin film 70 is coated on the surface of the fuel cell separator 10 in a state masked by the masking materials 56a and 56b.
  • an electrodeposition process for example, polyimide or polyamide imide electrodeposition
  • a cationic resin obtained by ionizing a part of the resin powder is used for the fuel cell separator 10. Electrodeposit on the surface. During the electrodeposition process, a negative ion voltage is applied to the fuel cell separator 10 and a positive voltage is applied to the counter electrode in a solution containing a cationic resin, whereby a positive ion is applied to the fuel cell separator 10 side. The cationic resin is attracted, and the cationic resin is adhered to the surface of the fuel cell separator 10.
  • the fuel cell separator 10 is masked over the region not masked by the masking materials 56a and 56b, that is, in the substantially entire region of the peripheral region of the fuel cell separator 10. Cationic sebum adheres.
  • the resin powder is uniformly and densely coated on the surface of the fuel cell separator 10 in the power generation region 12 and the region excluding the short side portion 16 (see FIG. 1).
  • a negative electrode voltage is applied to the current-carrying portion of the masking jig (reference numeral 5 8 in FIG. 3) ⁇ fuel cell separator 10. As described above (see FIG. 3), the current-carrying portion comes into contact with the fuel cell separator 10 in the power generation area masked by the masking material 56a. That is, a voltage for electrodepositing the resin is applied from a power generation region where the resin is not electrodeposited.
  • the masking jig is removed from the fuel cell separator 10, and a baking process is performed in which the resin powder is baked on the surface of the fuel cell separator 10. To do. Then, the resin powder adhering to the surface of the fuel cell separator 10 is melted to make the resin coat more uniform and dense, and then the resin is cured to produce a fuel cell separator.
  • a resin film 70 is formed on the surface of 10.
  • Dense coating of resin is possible even with only electrodeposition treatment, but by dissolving the resin in the baking treatment, the very few pores that existed between the resin and the resin are completely blocked, making it extremely dense. Thus, a uniform resin film 70 is formed.
  • the resin film 70 is formed in substantially the entire peripheral region of the fuel cell separator 10, thereby opening the aperture functioning as a manifold (reference numeral in FIG. 1). 1 4) is coated with a resin film 70.
  • the plating film 80 is coated on the surface of the fuel cell separator 10 on which the resin film 70 is formed.
  • Electrodeposition treatment is also used to coat the plating film 8, and ionized metal (for example, gold complex ions) is electrodeposited on the surface of the fuel cell separator 10.
  • ionized metal for example, gold complex ions
  • the fuel cell separator 10 is turned to the force sword side to cause a current to flow, thereby attracting the complex ions to the fuel cell separator 10 side.
  • the metal in complex ions is attached to the 0 surface.
  • the resin film 70 since the resin film 70 is formed on the fuel cell separator 10, the resin film 70 having insulation functions as masking.
  • the metal in the complexion adheres to the region where the resin film 70 is not formed, that is, the power generation region of the fuel cell separator 10, thereby forming the plating film 80.
  • the short side part 1 6 is The fuel cell separator 10 (separator base material) formed of a material having conductivity is exposed, and an electric current for electrodepositing metal complex ions from the exposed short side portion 16 is generated. Be loaded.
  • the resin film 70 is formed in the peripheral region (except for the short side portion 16) of the fuel cell separator 10, and the plating film is formed in the power generation region of the fuel cell separator 10. 80 is formed.
  • the adhesive film 80 is formed after the resin film 70 is formed on the fuel cell separator 10, and the adhesive film 80 is interposed between the fuel cell separator 10 and the resin film 70. do not do. Therefore, the durability of adhesion between the fuel cell separator 10 and the resin film 70 is extremely high.
  • the resin film 7 ⁇ functions as a mask to form a plating film 8.0, forming a continuous coat with the boundary between the resin film 70 and the adhesive film 80 in contact with each other. Yes. Therefore, corrosion hardly occurs starting from the boundary between the resin film 70 and the adhesive film 80.
  • the resin film 70 functions as masking, it is possible to omit the masking operation for forming the adhesive film 80.
  • the short side portion 16 where the fuel cell separator 10 (separator base material) is exposed is used when a plurality of battery cells formed by the fuel cell separator 10 are stacked to assemble a fuel cell. It also functions as a positioning unit used for positioning between cells.
  • the outline of the positioning technology described in this publication is as follows.
  • reference numerals in parentheses are those described in the publication.
  • the first metal separator (reference numeral 14) is provided with metal exposed portions (reference numerals 46a, 46b, 46c), and the second metal separator (reference numeral 16) is provided with metal exposed portions (reference numerals 56a, 5). 6 b, 56 c) shall be provided.
  • An electrolyte membrane / electrode structure (reference numeral 12) is sandwiched between the first metal separator and the second metal separator, and the fuel cell
  • the assembly device (symbol 80) for stacking a plurality of fuel cells (symbol 1 0) and assembling the fuel cell stack (symbol 60) has a support rod (symbol 1 0 6a, 1 06 b, 1 08). ) Is provided. Then, the metal exposed portion of each fuel cell (symbol 10) is brought into contact with the support rod extending in the stacking direction of the separator, so that the plurality of fuel cells (symbol 10) are accurately positioned.
  • the short side portion 16 (positioning portion) force from which the fuel cell separator 10 is exposed bears the function of the metal exposed portion in the above publication.
  • the short side portion 16 (positioning part) of the fuel cell separator 10 is Used for positioning between battery cells.
  • the assembly device supports the short side portion 16 (positioning portion), whereby the position of each battery cell is determined, and a plurality of battery cells Is positioned accurately.
  • the exposed metal portion can be used not only for stacking cells but also for positioning the separators in the case of manufacturing cells by sandwiching a membrane electrode assembly with a pair of separators. In either case, the metal exposed part has high positioning accuracy by the positioning jig because the resin does not adhere to the end face (side face) of the separator.
  • the electrodeposition process is used at the time of resin coating, but the resin coating may be realized by injection molding or the like instead of the electrodeposition process.
  • a coating process such as coating, vapor deposition, sputtering, or ion plating may be used instead of the electrodeposition process.
  • gold Au
  • the conductive coating is realized by copper, silver, platinum, palladium, carbon, etc. May be.
  • the masking material 5 6 b is masked to expose the short side portion 16, but the masking material 5 6 b is not used and the short side portion 16 is exposed.
  • the resin film 70 may be formed also on the side portion 16, and then the short side portion 16 may be exposed by partially removing the resin film 70 of the short side portion 16.
  • the short side portion 16 of the fuel cell separator 10 is exposed, but the long side of the fuel cell separator 10 is exposed. You may expose at least one part of a part.
  • the fastening jig 60 is inserted from the short side of the fuel cell separator 10, but the fastening jig is inserted from the long side of the fuel cell separator 10. 6 0 may be inserted.

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Description

燃料電池セパレータおよびその製造方法 技術分野
本発明は、 燃料電池セパレータに関し、 特に燃料電池セパレータのコ一ティ ング技術に関する。 背景技術 明 '
水素を含有した燃料ガスと酸素を含有田した酸化ガスとを反応させて得られる 化学エネルギーを電気エネルギーに変換する燃料電池が知られている。 燃料電 池は、 例えば、 車両などに搭載され、 車両駆動用のモータの電力源などとして 利用される。
化学反応後に生じる生成水などによる腐食を防ぐために、 燃料電池には、 耐 食性を必要とする部品が利用される。 例えば、 燃料電池に利用されるセパレー タ （燃料電池セパレータ） には、 耐食性を高めるために樹脂コートなどが施さ れる。
そのため、 従来から、 燃料電池セパレータのコーティングに関する様々な技 術が提案されている。 例えば、 特許文献 1 (特開 2 0 0 6 - 8 0 0 2 6号公報 ) には、 燃料電池用のセパレータの外周部分に樹脂などのシール材を接着する ためのプライマを電着塗装する技術が示されている。 発明の開示
本願の発明者らは、 特許文献 1に記載された画期的な技術を踏まえ、 さらに 新しいコーティング技術について研究と開発を続けてきた。 特に、 樹脂コート が施された後の燃料電池セパレータへの表面処理について、 研究と開発を続け てきた。
本発明は、 このような背景において成されたものであり、 その目的は、 燃料 電池セパレータに関する新しいコーティング技術を提供することにある。 上記目的を達成するために、 本発明の好適な態様である燃料電池セパレータ は、 板状のセパレータ基材に導電性コートと樹脂コートを施した燃料電池セパ レータであって、 前記セパレータ基材は、 発電層に対向する発電領域とマニホ 一ルドとして機能する開口を含んだ周縁領域とを有し、 前記周縁領域は、 その 少なくとも一部でセパレータ基材が露出するように樹脂コートが施されてマ二 ホールドとして機能する開口が樹脂コートによってコーティングされ、 前記発 電領域は、 前記周縁領域のセパレータ基材が露出した部分を介して通電される ことにより導電性コートが施される、 ことを特徴とする。
上記態様において、 導電性コートは、 例えば、 導電性と耐食性のうちの少な くとも一方がセパレータ基材の表面よりも良好な材料によって形成される。 導 電性コートの具体例は、 金属めつきなどである。 また、 導電性コートと樹脂コ ートは、 例えば、 電着処理によって実現される。
上記態様により、 マ二ホールドとして機能する開口が樹脂コートによってコ 一ティングされ、 さらに、 発電領域に導電性コートが施された燃料電池セパレ ータを提供することができる。 また、 周縁領域のセパレータ基材が露出した部 分を介して通電して導電性コートを施すことにより、 導電性コートのための通 電が比較的容易になる。 さらに、 例えば、 発電領域で電流集中などが発生しに くくなり、 より均一かつ緻密に導電性コートを施すことが可能になる。
望ましい態様において、 前記周縁領域のセパレータ基材が露出した部分は、 複数の電池セルを積層させて燃料電池を組み立てる際に、 電池セル同士の位置 決めに利用される位置決め部である、 ことを特徴とする。
また、 上記目的を達成するために、 本発明の好適な態様である製造方法は、 板状のセパレータ基材に導電性コートと樹脂コートを施して燃料電池セパレー タを製造する方法であって、 マ二ホールドとして機能する開口を含んだセパレ 一タ基材の周縁領域に対して、 周縁領域の少なくとも一部でセパレータ基材が 露出するように樹脂コートを施す第 1コーティング工程と、 前記周縁領域のう ちのセパレータ基材が露出した部分からセパレータ基材を通電することにより 、 発電層に対向するセパレータ基材の発電領域に対して導電性コートを施す第
2コーティング工程と、 を含む、 ことを特徴とする。 望ましい態様において、 前記第 2コーティング工程は、 前記第 1 コーティン グ工程の樹脂コートにより開口を含んだ周縁領域がマスキングされたセパレー タ基材に対して、 導電性コートとして、 金属メツキを施す工程である、 ことを 特徴とする。
望ましい態様において、 前記周縁領域のうちのセパレータ基材が露出した部 分は、 複数の電池セルを積層させて燃料電池を組み立てる際に、 電池セル同士 の位置決めに利用される、 ことを特徴とする。
本発明により、 燃料電池セパレータに関する新しいコーティング技術が提供 される。 これにより、 例えば、 マ二.ホールドとして機能する開口が樹脂コート によってコーティングされ、 さらに、 発電領域に導電性コートが施された燃料 電池セパレータを提供することができる。
また、 セパレータ基材の周縁領域に樹脂コートを施してから発電領域に導電 性コートを施すことにより、 樹脂コートが導電性コートを施す際のマスキング として機能し、 導電性コートのためのマスキング作業を省略することが可能に なる。
また、 周縁領域のセパレータ基材が露出した部分を介して通電して導電性コ ートを施すことにより、 導電性コートのための通電が比較的容易になる。 さら に、 例えば、 発電領域で電流集中などが発生しにくくなり、 より均一かつ緻密 に導電性コートを施すことが可能になる。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る燃料電池セパレータ 1 0の模式図である。
図 2は、 マスキング治具によって燃料電池セパレータがマスキングされる様 子を説明するための図である。
図 3は、 マスキング治具の構造を説明するための図である。
図 4は、 燃料電池セパレータのコーティング処理を説明するための図である 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の好適な実施形態を説明する。
図 1は、 本発明の好適な実施形態を説明するための図であり、 図 1には、 本 発明に係る燃料電池セパレータ 1 0の模式図が示されている。
燃料電池セパレータ 1 0は、 表裏の面が略長方形の板状の部材である。 燃料 電池セパレータ 1 0は、 例えば S U S材ゃカーボンなどの導電性を備えた材料 で形成される。
燃料電池セパレータ 1 0は、 略長方形の面の中央部に、 発電層に対向する発 電領域 1 2を備えている。 例えば、 発電層として機能する M E A (膜電極接合 体） を 2枚の燃料電池セパレータ 1 0によって挟持して電池セルを形成する場 合に、 燃料電池セパレータ 1 0の発電領域 1 2に対向するように M E Aが積層 される。
ちなみに、 2枚の燃料電池セパレータ 1 0によって M E Aを挟持した複数の 電池セルが積層されることにより燃料電池が形成される。
また、 燃料電池セパレータ 1 0は、 略長方形の面の周縁部、 つまり、 発電領 域 1 2を取り囲む発電領域 1 2以外の周縁領域に複数の開口 1 4およぴ短辺部 分 1 6を備えている。 図 1において、 燃料電池セパレータ 1 0は、 その長手方 向の両端側にそれぞれ 3個の開口 1 4を備えているとともに、 その長手方向の 両端 （左右端） にそれぞれ短辺部分 1 6を備えている。 なお、 図 1に示す開口 1 4及ぴ Z又は短辺部分 1 6の位置や形状は、 あくまでも一例に過ぎない。 燃料電池セパレータ 1 0に設けられた開口 1 4は、 この燃料電池セパレータ 1 0によって燃料電池を形成した場合に、 マ二ホールドとして機能する。 マ二 ホールド内には、 燃料ガスと酸化ガスの化学反応後に生じる生成水などが流れ る。 そのため、 マ二ホール ドを形成する開口 1 4には、 生成水などによる腐食 を防ぐために樹脂コートが施される。
樹脂コートは、 燃料電池セパレータ 1 0の周縁領域の略全域に施される。 つ まり、 図 1において、 燃料電池セパレータ 1 0の発電領域 1 2以外の領域 （短 辺部分 1 6を除く） に樹脂コートが施される。 一方、 発電領域 1 2には、 その 略全域に導電性コートが施される。 そして、 本実施形態では、 燃料電池セパレ ータ 1 0の周縁領域に樹脂コートを施す際に、 樹脂コートを不要とする領域を マスキングするためのマスキング治具が利用される。
図 2およぴ図 3は、 本実施形態で利用されるマスキング治具 5 0を説明する ための図である。 マスキング治具 5 0は、 板状の燃料電池セパレータ 1 0を表 裏の両面から挟み込んで、 燃料電池セパレータ 1 0の表裏の面の樹脂コートが 不要な領域をマスキングする。
図 2は、 マスキング治具 5 0によって燃料電池セパレータ 1 0がマスキング される様子を説明するための図である。 図 2は、 2つのマスキング治具 5 0に よって燃料電池セパレータ 1 0が挟み込まれる様子を燃料電池セパレータ 1 0 の側面側 （長辺側） から示している。
図 2に示すように、 マスキング処理の際には、 燃料電池セパレータ 1 0の表 裏 （上下） の両面に対応した 2つのマスキング治具 5 0が利用される。 各マス キング治具 5 0は、 板状の樹脂製保護材 5 2に枠状のフレーム 5 4を積層させ た構造であり、 さらに、 フレーム 5 4にマスキング材 5 6が積層されている。
2つのマスキング治具 5 0が燃料電池セパレータ 1 0を挟み込んで燃料電池 セパレータ 1 0に密着すると、 燃料電池セパレータ 1 0の長手方向の両端側 （ 左右）、 すなわち短辺側から、 2つの締め付け治具 6 0が揷入される。 これによ り、 2つのマスキング治具 5 0が燃料電池セパレータ 1 0を挟持した状態で、 2つの締め付け治具 6 0によってマスキング治具 5 0が固定される。
図 3は、 マスキング治具 5 0の構造を説明するための図であり、 図 3は、 燃 料電池セパレータ 1 0と接触する面側から見たマスキング治具 5 0を示してい る。
マスキング治具 5 0の中央部には、 枠状のマスキング材 5 6 aが設けられて いる。 マスキング材 5 6 aは、 マスキング治具 5 0の中央の領域を取り囲むよ うに設けられている。 このマスキング材 5 6 aによって取り囲まれた領域は、 燃料電池セパレータの発電領域 （図 1の符号 1 2 ) に対応している。
マスキング治具 5 0が燃料電池セパレータを挟み込んだ際に、 マスキング材 5 6 aは、 燃料電池セパレータの発電領域の外周に沿って密着する。 マスキン グ材 5 6 aは、 全周に亘つて隙間無く設けられており、 マスキング材 5 6 aが 発電領域の外周に沿って密着することにより、 発電領域の全域がマスキングさ れる。
なお、 マスキング治具 5 0は、 マスキング材 5 6 aによって取り囲まれた領 域内に、 通電部 5 8を備えている。 通電部 5 8は、 マスキング材 5 6 aが発電 領域の外周に沿って密着した際に、 燃料電池セパレータに接触する。 そして、 マスキング材 5 6 aによるマスキングの際に通電部 5 8から燃料電池セパレー タに電圧が印加される。 後に説明するように、 通電部 5 8から印加される電圧 によって、 燃料電池セパレータの表面に樹脂が電着される。
また、 マスキング治具 5 0の長手方向の両端 （左右端） には、 棒状のマスキ ング材 5 6 bが短辺に沿って設けられている。 そして、 マスキング治具 5 0が 燃料電池セパレータを挟み込んだ際に、 マスキング材 5 6 bは、 燃料電池セパ レータの長手方向の両端に、 燃料電池セパレータの短辺に沿って密着する。 本実施形態では、 マスキング治具 5 0を利用して燃料電池セパレータに榭脂 コートが施される。 さらに、 樹脂コートが施された後、 燃料電池セパレータに 導電性コートが施される。 そこで、 次に、 本実施形態におけるコーティング処 理について説明する。
図 4は、 燃料電池セパレータ 1 0のコーティング処理を説明するための図で ある。 図 4 ( A) 〜 （D ) には、 コーティング処理の各工程ごとの燃料電池セ パレータ 1 0の表面部分が示されている。 図 4 ( A) 〜 （D ) の各々は、 燃料 電池セパレータ 1 0をその側面側 （長辺側） から示している。 なお、 図 4は、 燃料電池セパレータ 1 0の一方面 （上面） のみのコーティング処理を示してい るが、 燃料電池セパレータ 1 0の他方面 （下面） についても一方面と同様にコ 一ティングが施される。
図 4 (A) は、 燃料電池セパレータ 1 0の表面にマスキングが施された状態 を示している。 つまり、 燃料電池セパレータ 1 0の表面にマスキング治具 （図 3の符号 5 0 ) が積層され、 マスキング治具のマスキング材 5 6 a , 5 6わが 燃料電池セパレータ 1 0の表面に密着した状態を示している。
先に説明したように （図 2 , 図 3参照）、 マスキング材 5 6 aは、 燃料電池セ パレータ 1 0の発電領域の外周に沿って密着することにより、 発電領域の全域 をマスキングする。 つまり、 図 4 (A) において、 燃料電池セパレータ 1 0の マスキング材 5 6 aに接する面がマスキングされる。 また、 マスキング材 5 6 bは、 燃料電池セパレータ 1 0の長手方向の両端 （左右端） に、 燃料電池セパ レータ 1 0の短辺に沿って密着する。 つまり、 図 4 (A) において、 燃料電池 セパレータ 1 0のマスキング材 5 6 bに接する部分 （図 4 ( D ) の短辺部分 1 6 ) がマスキングされる。
次に、 図 4 ( B ) に示すように、 マスキング材 5 6 a ， 5 6 bによってマス キングされた状態で燃料電池セパレータ 1 0の表面に榭脂膜 7 0がコーティン グされる。
樹脂膜 7 0のコーティングには、 電着処理 （例えば、 ポリイミ ドまたはポリ アミ ドイミ ド電着） が利用され、 樹脂粉末の一部分をイオン化して得られる陽 イオン性樹脂を燃料電池セパレータ 1 0の表面に電着させる。 電着処理の際に は、 陽イオン性樹脂が存在する溶液中で、 燃料電池セパレータ 1 0に負極電圧 を印加して対極に正極電圧を印加することにより、 燃料電池セパレータ 1 0側 に陽イオン性樹脂を引き寄せ、 燃料電池セパレータ 1 0の表面に陽イオン性樹 脂を付着させる。 その際、 燃料電池セパレータ 1 0には、 マスキングが施され ているため、 マスキング材 5 6 a , 5 6 bによってマスキングされていない領 域、 つまり、 燃料電池セパレータ 1 0の周縁領域の略全域に陽イオン性榭脂が 付着する。 電着処理により、 燃料電池セパレータ 1 0の発電領域 1 2及ぴ短辺 部分 1 6を除く領域 （図 1参照） の表面には、 均一かつ緻密に樹脂粉末がコー 卜される。
なお、 樹脂を電着させる際には、 マスキング治具の通電部 （図 3の符号 5 8 ) 力 ^燃料電池セパレータ 1 0に負極電圧が印加される。 先に説明したように (図 3参照）、 通電部は、 マスキング材 5 6 aによっ マスキングされた発電領 域内で燃料電池セパレータ 1 0と接触する。 つまり、 樹脂が電着されない発電 領域から、 樹脂を電着させるための電圧が印加される。
ちなみに、 樹脂が電着される領域で樹脂を電着させるための電圧を印加する と、 電圧の印加部分で電流集中などが生じやすくなり、 樹脂が均一に電着され ない場合がある。 これに対し、 本実施形態では、 樹脂が電着されない発電領域 から電圧を印加するため、 樹脂を電着させる領域で電流集中などが発生しにく くなり、 より均一かつ緻密に樹脂を電着させることが可能になる。
本実施形態では、 燃料電池セパレータ 1 0の表面に樹脂粉末がコートされた 後、 その燃料電池セパレータ 1 0からマスキング治具を取り外し、 樹脂粉末を 燃料電池セパレータ 1 0の表面に焼き付ける焼付処理を実行する。 そして、 燃 料電池セパレータ 1 0の表面に付着した樹脂粉末を溶かすことにより、 樹脂の コートをさらに均一かつ緻密にした後、 樹脂を硬化させ、 燃料電池セパレータ
1 0の表面に樹脂膜 7 0が形成される。
電着処理のみであっても樹脂の緻密なコートが可能であるが、 焼付処理で榭 脂を溶かすことにより、 樹脂と樹脂の間に存在したごく僅かな孔が完全に塞が れ、 極めて緻密で均一な樹脂膜 7 0が形成される。
こう して、 図 4 ( C ) に示すように、 燃料電池セパレータ 1 0の周縁領域の 略全域に樹脂膜 7 0が形成されることにより、 マ二ホールドとして機能する開 口 （図 1の符号 1 4 ) が榭脂膜 7 0によってコーティングされる。
次に、 図 4 ( D ) に示すように、 樹脂膜 7 0が形成された燃料電池セパレー タ 1 0の表面にめっき膜 8 0がコーティングされる。
めっき膜 8 ひのコーティングにも、 電着処理が利用され、 イオン化した金属 (例えば、 金の錯イオン） を燃料電池セパレータ 1 0の表面に電着させる。 電 着処理の際には、 錯イオンが存在する溶液中で、 燃料電池セパレータ 1 0を力 ソード側にして電流を流すことにより、 燃料電池セパレータ 1 0側に錯イオン を引き寄せ、 燃料電池 パレータ 1 0の表面に錯イオン中の金属を付着させる 。 その際、 燃料電池セパレータ 1 0には、 樹脂膜 7 0が形成されているため、 絶縁性を備えた樹脂膜 7 0がマスキングとして機能する。 そして、 樹脂膜 7 0 が形成されていない領域、 つまり、 燃料電池セパレータ 1 0の発電領域に錯ィ オン中の金属が付着して、 めっき膜 8 0が形成される。
なお、 金属の錯イオンを電着させる際には、 燃料電池セパレータ 1 0の短辺 部分 1 6から燃料電池セパレータ 1 0に力ソード電流が負荷される。 短辺部分 1 6は、 樹脂電着の際にマスキング材 5 6 bによってマスキングされていたた め、 短辺部分 1 6には樹脂が電着されていない。 そのため、 短辺部分 1 6は、 導電性を備えた材料で形成された燃料電池セパレータ 1 0 (セパレータの基材 ) が露出しており、 その露出された短辺部分 1 6から金属の錯イオンを電着さ せるための電流が負荷される。
ちなみに、 金属めつきをする領域、 つまりセパレータ 1 0の発電領域で電流 を負荷すると、 電流集中などが生じやすくなり、 金属の錯イオンが均一に電着 されない場合がある。 これに対し、 本実施形態では、 発電領域から隔離した短 辺部分 1 6から電流を負荷するため、 発電領域で電流集中などが発生しにくく なり、 より均一かつ緻密に金属の錯イオンを発電領域に電着させることが可能 になる。
こうして、 図 4 ( D ) に示すように、 燃料電池セパレータ 1 0の周縁領域 （ 短辺部分 1 6を除く） に樹脂膜 7 0が形成され、 燃料電池セパレータ 1 0の発 電領域にめっき膜 8 0が形成される。
本実施形態では、 燃料電池セパレータ 1 0に樹脂膜 7 0が形成されてからめ つき膜 8 0が形成されており、 燃料電池セパレータ 1 0と樹脂膜 7 0の間にめ つき膜 8 0が介在しない。 そのため、 燃料電池セパレータ 1 0と樹脂膜 7 0と の間の密着耐久性が極めて高い。
また、 樹脂膜 7◦がマスキングとして機能してめっき膜 8. 0が形成されてお り、 樹脂膜 7 0とめつき膜 8 0の.境界を互いに接触させた連続的なコートを形 成している。 そのため、 樹脂膜 7 0とめつき膜 8 0の境界部分を起点として腐 食が発生しにくい。 また、 樹脂膜 7 0がマスキングとして機能するため、 めつ き膜 8 0を形成するためのマスキング作業を省略することが可能になる。
なお、 燃科電池セパレータ 1 0 (セパレータの基材） が露出した短辺部分 1 6は、 この燃料電池セパレータ 1 0によって形成された複数の電池セルを積層 させて燃料電池を組み立てる際に、 電池セル同士の位置決めに利用される位置 決め部としての機能も担う。
燃料電池を組み立てる際の位置決めについては、 例えば、 特開 2 0 0 5— 2 4 3 3 5 5号公報に記載された技術を応用することができる。 この公報に記載 された位置決め技術の概要は次のとおりである。 なお、 以下の説明における括 弧内の符号は、 当該公報に記載された符号である。 第 1金属セパレータ （符号 14) の外周に金属露出部 （符号 46 a , 46 b , 46 c) を設け、 第 2金属セパレータ （符号 1 6) の外周に金属露出部 （符 号 56 a, 5 6 b, 56 c) を設ける。 そして、 第 1金属セパレータと第 2金 属セパレータによって電解質膜 ·電極構造体 （符号 1 2) を挟持して燃料電池
(符号 1 0) を形成する。 複数の燃料電池 （符号 1 0) を積層して燃料電池ス タック （符号 60) を組み付けるための組立装置 （符号 80) には、 支持ロッ ド （符号 1 0 6 a , 1 06 b, 1 08) が設けられている。.そして、 各燃料電 池 （符号 1 0) の金属露出部がセパレータの積層方向に延在する支持ロッドに 当接されることにより、 複数の燃料電池 （符号 1 0) が正確に位置決めされる 本実施形態では、 燃料電池セパレータ 1 0が露出した短辺部分 1 6 (位置決 め部） 力 上記公報における金属露出部の機能を担う。 つまり、 2枚の燃料電 池セパレータ 1 0によって ME Aを挟持して電池セルを形成し、 その電池セル を複数積層する際に、 燃料電池セパレータ 1 0の短辺部分 1 6 (位置決め部） が、 電池セル同士の位置決めに利用される。 例えば、 電池セルを積層させるた めの組立装置を用いて、 その組立装置によって短辺部分 1 6 (位置決め部） が 支持されることにより、 各電池セルの位置が定められて、 複数の電池セルが正 確に位置決めされる。 なお、 セル同士の積層のみならず、 膜電極接合体を一対 のセパレータで挟持してセルを作製する場合のセパレータ同士の位置決めにも 金属露出部を利用できる。 いずれの場合にも、 金属露出部は、 セパレータの端 面 （側面） に樹脂が付着していないので、 位置決め治具による位置決め精度が 高い。
以上、 本発明の好適な実施形態を説明したが、 上述した実施形態は、 あらゆ る点で単なる例示にすぎず、 本発明の範囲を限定するものではない。 例えば、 上述した実施形態では、 樹脂コートの際に電着処理を利用しているが、 電着処 理に換えて、 射出成形などによって樹脂コートを実現してもよい。 また、 導電 性コートについても、 電着処理に換えて、 塗布、 蒸着、 スパッタ、 イオンプレ 一ティングなどのコーティング処理を利用してもよい。 また、 導電性コートは 、 金 （Au) の他、 銅、 銀、 白金、 パラジウム、 カーボンなどによって実現さ れてもよい。
また、 上述した実施形態では、 図 4に示したように、 マスキング材 5 6 bに よってマスキングを施して短辺部分 1 6を露出させているが、 マスキング材 5 6 bを利用せずに短辺部分 1 6にも樹脂膜 7 0を形成し、 その後、 短辺部分 1 6の榭脂膜 7 0を部分的に除去することにより、 短辺部分 1 6を露出させても よい。 また、 上述した実施形態では、 図 1及び図 4 ( D ) に示したように、 燃 料電池セパレータ 1 0の短辺部分 1 6を露出させているが、 燃料電池セパレー タ 1 0の長辺部分の少なくとも一部を露出させてもよい。 また、 上述した実施 形態では、 図 2に示したように、 燃料電池セパレータ 1 0短辺側から締め付け 治具 6 0を挿入しているが、 燃料電池セパレータ 1 0の長辺側から締め付け治 具 6 0を揷入してもよい。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 板状のセパレータ基材に導電性コートと樹脂コートを施した燃料電池セパ レータであって、
前記セパレータ基材は、 発電層に対向する発電領域とマ二ホールドとして機 能する開口を含んだ周縁領域とを有し、
前記周縁領域は、 その少なくとも一部でセパレータ基材が露出するように樹 脂コートが施されてマ-ホールドとして機能する開口が樹脂コートによってコ 一ティングされ、
前記発電領域は、 前記周縁領域のセパレータ基材が露出した部分を介して通 電されることにより導電性コートが施される、
ことを特徴とする燃料電池セパレータ。
2 . 請求の範囲第 1項に記載の燃料電池セパレータにおいて、
前記周縁領域のセパレータ基材が露出した部分は、 複数の電池セルを積層さ せて燃料電池を組み立てる際に、 電池セル同士の位置決めに利用される位置決 め部である、
ことを特徴とする燃料電池セパレータ。
3 . 板状のセパレータ基材に導電性コートと樹脂コートを施して燃料電池セパ レータを製造する方法であって、
マ-ホールドとして機能する開口を含んだセパレータ基材の周縁領域に対し て、 周縁領域の少なくとも一部でセパレータ基材が露出するように榭脂コ一ト を施す第 1 コーティング工程と、
前記周縁領域のうちのセパレータ基材が露出した部分からセパレータ基材を 通電することにより、 発電層に対向するセパレータ基材の発電領域に対して導 電性コートを施す第 2コーティング工程と、
を含む、
ことを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法。
4 . 請求の範囲第 3項に記載の製造方法において、
前記第 2コーティング工程は、 前記第 1コーティング工程の樹脂コートによ り開口を含んだ周縁領域がマスキングされたセパレータ基材に対して、 導電性 コートとして、 金属メツキを施す工程である、
ことを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法。
5 . 請求の範囲第 3項または第 4項に記載の製造方法において、
前記周縁領域のうちのセパレータ基材が露出した部分は、 複数の電池セルを 積層させて燃料電池を組み立てる際に、 電池セル同士の位置決めに利用される ことを特徴とする燃料電池セパレータの製造方法。
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