燃料電池用セパレータ
【課題】セパレータを介する電極の冷却をより確実に行い、しかもセパレータのさらなる耐食性の向上を図る。
【解決手段】燃料電池用金属セパレータ１０は、空冷される電池スタックに単位電池セルと共に積層されて使用され、アルミニウム系金属よりなるセパレータ基板１と、セパレータ基板１の表面に形成されたニッケル層２と、ニッケル層２の表面に形成された導電性樹脂層３と、導電性樹脂層３の表面に形成された撥水層４と、を備える。セパレータ基板１は、単位電池セルを構成するアノード及びカソードに対向して配置される反応部を有するセパレータ本体部１１と、セパレータ本体部１１の周縁の少なくとも一部に一体に形成されたヒートシンク部とを有する。
【解決手段】燃料電池用金属セパレータ１０は、空冷される電池スタックに単位電池セルと共に積層されて使用され、アルミニウム系金属よりなるセパレータ基板１と、セパレータ基板１の表面に形成されたニッケル層２と、ニッケル層２の表面に形成された導電性樹脂層３と、導電性樹脂層３の表面に形成された撥水層４と、を備える。セパレータ基板１は、単位電池セルを構成するアノード及びカソードに対向して配置される反応部を有するセパレータ本体部１１と、セパレータ本体部１１の周縁の少なくとも一部に一体に形成されたヒートシンク部とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池に用いられる燃料電池用セパレータに関する。本発明の燃料電池用セパレータは、特に小型、軽量でシンプルな構造の空冷式の燃料電池システムに適用して好適である。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンな排気と高エネルギー効率を実現可能な燃料電池が注目されている。特に固体高分子型燃料電池は、出力密度が高い、作動温度が低い等の特性を有する。このため、固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池システムを、移動体用や家庭用等の小型・軽量電源として利用することが現実化している。
【０００３】
固定高分子型燃料電池システムは、一般に、電池スタックと、この電池スタックに燃料を供給する燃料ボンベと、電池スタックを冷却するための冷却手段とを備える。
【０００４】
電池スタックは、単位電池セルを導電性セパレータで挟み込んだものを複数積層してなる。単位電池セルは膜・電極接合体（ＭＥＡ）よりなる。この膜・電極接合体は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の一面に隣接された触媒層及び燃料ガス拡散層よりなるアノード（燃料極）と、固体高分子電解質膜の他面に隣接された触媒層及び酸化剤ガス拡散層よりなるカソード（酸素極）とから構成されている。
【０００５】
セパレータの電極に対向する部分（反応部）には、燃料ガス、酸化剤ガス等の供給ガス流路を電極との間に形成するため、ガス流路形成用の多数の突起部、溝部等が形成されている。また、セパレータは、集電体としての役割とガス通路形成材としての役割とを有する。このため、セパレータの特性として、導電性や集電性と水素及び酸素に対する耐透過性とが求められる。
【０００６】
セパレータは、一般に、強度や加工性の高い金属材料、例えばステンレス鋼、チタンやアルミニウム等よりなる。しかし、比較的低温で動作する固体高分子型燃料電池であっても、セパレータは、７０〜９０℃の温度における飽和に近い水蒸気にさらされる。このため、金属材料を用いたセパレータでは、その表面に腐食による酸化膜が生成され易い。その結果、生成された酸化膜と電極との接触抵抗が大きくなり、セパレータの集電性能が低下するという問題がある。
【０００７】
そこで、セパレータ基板の表面に導電性樹脂層を設けた金属セパレータが知られている（例えば、特許文献１参照）。この金属セパレータは、導電性や集電性に優れていると同時に、成形性、強度及び耐食性に優れている。しかし、セパレータ基板の金属材料の種類によっては、さらなる耐食性の向上が望まれる。
【０００８】
一方、冷却ファンを備え、電池スタックを空気によって冷却する燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。この燃料電池システムでは、冷却ファンからの空気により電池スタックが冷却されるため、電極の熱劣化（触媒金属のシンタリング等）を抑えることができる。しかし、電極の熱劣化をより確実に抑えるためには、セパレータを介して冷却ファンにより電極をより確実に冷却することが望まれる。
【特許文献１】特開２００６−２６９０９０号公報
【特許文献２】特開２００７−２６５９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、セパレータを介する電極の冷却をより確実に行うことができ、しかもさらなる耐食性の向上を図ることのできる燃料電池用金属セパレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の燃料電池用金属セパレータは、空冷される電池スタックに単位電池セルと共に積層されて使用される燃料電池用金属セパレータであって、前記単位電池セルを構成するアノード及びカソードに対向して配置される反応部を有するセパレータ本体部と、該セパレータ本体部の周縁の少なくとも一部に一体に形成されたヒートシンク部とを有し、アルミニウム系金属よりなるセパレータ基板と、前記セパレータ基板の前記セパレータ本体部の表面に形成されたニッケル層と、前記ニッケル層の表面に形成された導電性樹脂層と、前記導電性樹脂層の表面に形成された撥水層と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
ここに、前記アルミニウム系金属とは、アルミニウム又はアルミニウム合金のことである。
【００１２】
本発明の燃料電池用金属セパレータでは、セパレータ基板がアルミニウム系金属よりなる。また、本発明の燃料電池用金属セパレータは、アノード及びカソードに対向して配置されるセパレータ本体部の周縁に、ヒートシンク部を有する。アルミニウム系金属の熱伝導率は比較的高い。このため、アノード及びカソードの熱が反応部からヒートシンク部に効率的に伝わる。このヒートシンク部には冷却ファンからの空気が当たりやすいため、ヒートシンク部は冷却されやすい。このため、アノード及びカソードの熱が反応部から伝わって熱くなったヒートシンク部を冷却ファンで効率的に冷やすことができる。したがって、冷却ファンからの空気をヒートシンク部に当てて電池スタックを冷却すれば、セパレータを介してアノード及びカソードをより確実に冷却することができる。
【００１３】
また、本発明の燃料電池用金属セパレータでは、セパレータ基板のセパレータ本体部の表面に、ニッケル層、導電性樹脂層及び撥水層が形成されている。このため、本発明の金属セパレータは、後述する実施例で示されるように、これら三層の働きにより、高い耐食性と集電性とを発揮する。
【００１４】
本発明の燃料電池用金属セパレータは、下記（１）〜（３）項に示される構成のうちの少なくとも一つを有していることが好ましい。本発明の燃料電池用金属セパレータは、下記（１）〜（３）の各項に示される構成をそれぞれ単独で有してもよいし、（１）〜（３）の各項に示される構成を二つ以上組み合わせて有してもよい。
【００１５】
（１）前記ニッケル層、前記導電性樹脂層及び前記撥水層が、前記ヒートシンク部の部分には形成されていない。
【００１６】
ヒートシンク部には耐食性が不要である。一方、冷却ファンからの空気が直接当たるヒートシンク部では、効率的に放熱できることが望ましい。その点、ニッケル層、導電性樹脂層及び撥水層がヒートシンク部に形成されていない本構成によると、熱伝導率の高いアルミニウム系金属よりなるセパレータ基板が剥き出しになっているため、ヒートシンク部からの放熱がニッケル層、導電性樹脂層及び撥水層によって妨げられることはない。このため、ヒートシンク部から効率的に放熱することができる。
【００１７】
また、ニッケル層、導電性樹脂層及び撥水層をヒートシンク部に形成することによる材料費の無駄使いを無くすことができ、コスト面でも有利となる。
【００１８】
（２）前記導電性樹脂層の厚さが１０〜３０μｍである。
【００１９】
（３）前記撥水層の厚さが１〜３μｍである。
【発明の効果】
【００２０】
したがって、本発明の燃料電池用金属セパレータによると、セパレータを介する電極の冷却をより確実に行うことができ、しかもセパレータの耐食性をさらに向上させることができる。よって、電極及びセパレータの長寿命化を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の燃料電池用金属セパレータの実施形態について詳しく説明する。なお、説明する実施形態は一実施形態にすぎず、本発明の燃料電池用金属セパレータは、下記実施形態に限定されるものではない。本発明の燃料電池用金属セパレータは、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【００２２】
（実施形態１）
実施形態１の燃料電池用の金属セパレータ１０は、ヒートシンク部が一体に形成されたヒートシンク一体型のセパレータである。
【００２３】
この金属セパレータ１０は、図１の模式断面図に示されるように、セパレータ基板１と、セパレータ基板１の表面に形成されたニッケル層２と、ニッケル層２の表面に形成された導電性樹脂層３と、導電性樹脂層３の表面に形成された撥水層４とから構成されている。
【００２４】
セパレータ基板１は、アルミニウム系金属、すなわちアルミニウム又はアルミニウム合金よりなる。
【００２５】
セパレータ基板１は、図２の平面図に示されるように、正方形状のセパレータ本体部１１と、セパレータ本体部１１の周縁の一部に一体に形成された長方形状のヒートシンク部１２とを有している。
【００２６】
セパレータ本体部１１は、セパレータ本体部１１のほぼ中央部に長方形状の反応部１１１を有している。反応部１１１は、この金属セパレータ１０が後述する電池スタック３０に組み込まれたときに、後述する単位電池セル２０を構成するアノード及びカソードに対向して配置される。反応部１１１の表裏両面には、アノードには燃料ガスを、カソードには酸化剤ガスをそれぞれ供給するためのガス流路形成用の溝１１１ａが多数形成されている。また、セパレータ本体部１１は、複数（この実施形態では４個）の円形孔１１ａを四隅に有するとともに、複数（この実施形態では６個）の矩形孔１１ｂを周縁の辺部に有している。矩形孔１１ｂには、この金属セパレータ１０が電池スタック３０に組み込まれたときに、図示しない多岐管が配設される。この多岐管は、燃料ガス供給用のガス流路、酸化剤ガス供給用のガス流路、電池反応で生成した水を排出する排水路を形成する。円形孔１１ａは、金属セパレータ１０等を積層、固定して電池スタック３０にするためのボルト用の挿通孔である。
【００２７】
実施形態１のセパレータ基板１では、一つの矩形状（又は帯状）のヒートシンク部１２が、正方形状のセパレータ本体部１１の一端（一辺）に一体に形成されている。このヒートシンク部１２は、この金属セパレータ１０が電池スタック３０に組み込まれたときに、単位電池セル２０を構成するアノード及びカソードには対向しない。すなわち、金属セパレータ１０が電池スタック３０に組み込まれたときに、隣り合う金属セパレータ１０のヒートシンク部１２同士が所定の間隔をおいて対向する。
【００２８】
セパレータ基板１の形成方法は特に限定されないが、ダイカスト等の鋳造やプレス加工等を利用することができる。セパレータ基板１の厚さも特に限定されず、２〜５ｍｍ程度とすることができる。
【００２９】
ニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水コート層４は、セパレータ基板１のヒートシンク部１２の部分には形成されていない。すなわち、ニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４は、セパレータ基板１のうちセパレータ本体部１１の部分のみに形成されている。また、ニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４は、セパレータ基板１のセパレータ本体部１１の部分の表裏両面に形成されている。
【００３０】
ニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４をセパレータ本体部１１の部分のみに形成するには、例えば、マスキング用テープでヒートシンク部１２の部分を覆った状態で、ニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４の各層の形成工程を実施し、その後マスキング用テープを剥がせばよい。
【００３１】
ニッケル層２の形成方法は特に限定されないが、好適には、電気めっきや無電解めっきによりニッケル層２を形成することができる。
【００３２】
アルミニウム系金属よりなるセパレータ基板１の表面には酸化膜が形成されやすい。セパレータ基板１の表面に酸化膜が形成されると、金属セパレータ１０の電気抵抗が大きくなる。ニッケル層２は、アルミニウム系金属よりなるセパレータ基板１の表面に酸化膜が形成されることを防止する。したがって、セパレータ基板１の表面にニッケル層２を形成することで、酸化膜形成による電気抵抗の増大を防止することができる。
【００３３】
ニッケル層２の厚さが薄すぎると、このニッケル層２を形成することによる効果が不十分になる。一方、ニッケル層２を厚くしすぎても、ニッケル層２を形成することによるそれ以上の効果が期待できないため、コスト面で不利になる。したがって、ニッケル層２の厚さは１〜１０μｍとすることが好ましく、５〜１０μｍとすることがより好ましい。
【００３４】
導電性樹脂層３の種類としては特に限定されず、例えば、樹脂バインダ中に導電性物質としての金属粒子を含む金属系導電性樹脂層であっても、樹脂バインダ中に導電性物質としてのカーボン系粒子を含むカーボン系導電性樹脂層であってもよい。樹脂バインダの種類は特に限定されないが、耐熱性の高いフェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やフッ素樹脂を好適に用いることができる。
【００３５】
導電性樹脂層３の形成方法は特に限定されないが、例えば、ディッピング、スプレー、刷毛塗りや電着等により、金属系導電性塗料やカーボン系導電性塗料をニッケル層２の表面に塗装してから焼き付けることができる。焼付け条件としては、温度：１２０〜１８０℃程度、時間：３０〜６０分程度とすることができる。なお、導電性塗料の塗装及び焼付を繰り返すことにより、導電性樹脂層３の膜厚を厚くすることができる。
【００３６】
導電性樹脂層３は、金属セパレータ１０の導電性及び集電性の低下を抑えつつ金属セパレータ１０の耐食性を向上させる。導電性樹脂層３の厚さが薄すぎると、この導電性樹脂層３を形成することによる効果が不十分になる。一方、導電性樹脂層３を厚くしすぎると、金属セパレータ１０の面積抵抗（接触抵抗）が増大するので、金属セパレータ１０の導電性及び集電性が低下する。したがって、導電性樹脂層３の厚さは１０〜３０μｍとすることが好ましく、１５〜２５μｍとすることがより好ましい。
【００３７】
撥水層４の種類及び形成方法としては特に限定されず、例えば、ディッピング、スプレー、刷毛塗りや電着等により、シリコーン系、フッ素系等の撥水性塗料を導電性樹脂層３の表面に塗装してから焼き付けることができる。焼付け条件としては、温度：１５０〜２００℃程度、時間：３０〜６０分程度とすることができる。なお、撥水性塗料の塗装及び焼付を繰り返すことにより、撥水層４の膜厚を厚くすることができる。
【００３８】
導電性樹脂層３には、導電性樹脂層３の形成時（焼付け時）にクラックが発生し易い。導電性樹脂層３の表面に撥水層４を形成すると、導電性樹脂層３内のクラックが撥水性塗料で埋められるため、導電性樹脂層３のクラックを介して外部からニッケル層２に水分が到達することを防止することができる。また、仮に導電性樹脂層３にクラックによる隙間が存在しても、撥水層４における撥水効果により、外部から導電性樹脂層３のクラック内に水分が浸入することを抑えることができる。したがって、導電性樹脂層３の表面に形成された撥水層４は、金属セパレータ１０の耐食性を高める。
【００３９】
撥水層４の厚さが薄すぎると、この撥水層４を形成することによる効果が不十分になる。一方、撥水層４を厚くしすぎると、金属セパレータ１０の面積抵抗（接触抵抗）が増大するので、金属セパレータ１０の導電性及び集電性が低下する。したがって、撥水層４の厚さは１〜３μｍとすることが好ましく、１〜２μｍとすることがより好ましい。
【００４０】
ここに、導電性樹脂層３の表面に撥水層４を形成する際に導電性樹脂層３のクラック内に撥水性塗料をより浸入させ易くする観点より、導電性樹脂層３の表面に塗布する撥水性塗料の粘度をある程度低くすることが好ましい。
【００４１】
上記構成を有する実施形態１の金属セパレータ１０は、図３に示されるように、複数の単位電池セル２０と共に複数積層されて電池スタック３０を構成する。この電池スタック３０は、図示しない燃料ボンベ及び冷却ファン４０と共に、空冷式の固体高分子型燃料電池システムを構成する。
【００４２】
単位電池セル２０は、従来と同様、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の一面に隣接された触媒層及び燃料ガス拡散層よりなるアノード（燃料極）と、固体高分子電解質膜の他面に隣接された触媒層及び酸化剤ガス拡散層よりなるカソード（酸素極）とからなる膜・電極接合体（ＭＥＡ）により構成することができる。
【００４３】
冷却ファン４０は、電池スタック３０における単位電池セル２０の積層方向に延びるクロスフローファンや、同積層方向に並んで配設された複数の軸流ファン（遠心ファン）により構成することができる。この冷却ファン４０から電池スタック３０に向けて冷却用空気が送られる。このとき、電池スタック３０のうち各金属セパレータ１０の各ヒートシンク部１２の部分に冷却ファンからの冷却用空気が直接当たるように、冷却ファンを配置することが好ましい。
【００４４】
実施形態１の燃料電池用の金属セパレータ１０では、セパレータ基板１がアルミニウム系金属よりなり、かつ単位電池セル２０のアノード及びカソードに対向して配置されるセパレータ本体部１１の周縁に、ヒートシンク部１２を有する。アルミニウム系金属の熱伝導率は比較的高い。このため、アノード及びカソードの熱がセパレータ本体部１１の反応部１１１からヒートシンク部１２に効率的に伝わる。このヒートシンク部１２には冷却ファン４０からの空気が直接当たる。このため、アノード及びカソードの熱が反応部１１１から伝わって熱くなったヒートシンク部１２を冷却ファン４０で効率的に冷やすことができる。したがって、冷却ファン４０からの空気がヒートシンク部１２に直接当たるように電池スタック３０を冷却すれば、金属セパレータ１０を介してアノード及びカソードをより確実に冷却することができる。
【００４５】
また、実施形態１の金属セパレータ１０では、セパレータ基板１の表面に、ニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４が形成されている。このため、この金属セパレータ１０は、これら三層の働きにより、高い耐食性と集電性とを発揮する。
【００４６】
さらに、この金属セパレータ１０では、ニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４が、基本的に耐食性が不要なヒートシンク部１２の部分には形成されていない。すなわち、ヒートシンク部１２の部分においては、熱伝導率の高いアルミニウム系金属よりなりセパレータ基板１が剥き出しになっている。このため、ヒートシンク部１２からの放熱がニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４によって妨げられることはない。したがって、ヒートシンク部１２からより効率的に放熱することができる。さらに、ニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４をヒートシンク部１２に形成することによる材料費の無駄使いを無くすことができ、コスト面でも有利となる。
【００４７】
よって、実施形態１の燃料電池用の金属セパレータ１０によると、金属セパレータ１０を介するアノード及びカソードの冷却をより確実に行うことができ、しかもセパレータの耐食性をさらに向上させることができる。このため、アノード及びカソードの熱劣化を抑えて電極寿命を長くすることが可能になる。また、金属セパレータ１０の寿命も長くすることが可能になる。
【００４８】
（実施形態２）
実施形態２におけるセパレータ基板１では、図４に示されるように、一対のヒートシンク部１２、１２が、正方形状のセパレータ本体部１１の両端（対向する二辺）に一体に形成されている。このヒートシンク部１２は、この金属セパレータ１０が電池スタックに組み込まれたときに、単位電池セルを構成するアノード及びカソードには対向しない。すなわち、金属セパレータ１０が電池スタックに組み込まれたときに、隣り合う金属セパレータ１０のヒートシンク部１２同士が所定の間隔をおいて対向する。
【００４９】
その他の構成は実施形態１と同様であるため、その説明を省略する。
【００５０】
したがって、実施形態２の金属セパレータ１０も、実施形態１の金属セパレータ１０と同じ作用効果を奏する。
【００５１】
（実施形態３）
実施形態３におけるセパレータ基板１では、図５に示されるように、環状のヒートシンク部１２が、正方形状のセパレータ本体部１１の周縁の全周に一体に形成されている。このヒートシンク部１２は、この金属セパレータ１０が電池スタックに組み込まれたときに、単位電池セルを構成するアノード及びカソードには対向しない。すなわち、金属セパレータ１０が電池スタックに組み込まれたときに、隣り合う金属セパレータ１０のヒートシンク部１２同士が所定の間隔をおいて対向する。
【００５２】
その他の構成は実施形態１と同様であるため、その説明を省略する。
【００５３】
したがって、実施形態３の金属セパレータ１０も、実施形態１の金属セパレータ１０と同じ作用効果を奏する。
【００５４】
（その他の実施形態）
実施形態１、２では、ニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４が、ヒートシンク部１２の部分には形成されていない例について説明したが、セパレータ基板１の全体、すなわちセパレータ本体部１１及びヒートシンク部１２の全体にニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４が形成されていてもよい。セパレータ基板１の全体にニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４を形成する場合は、ヒートシンク部１２にニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４を形成させないためのマスキング処理等が不要になり、製造工程の削減を図ることができる。
【実施例】
【００５５】
（実施例１）
実施形態１に準じて実施例１の金属セパレータ１０を製造した。
【００５６】
まず、ダイカスト鋳造法により、アルミニウムよりなる所定形状の金属基板１を形成した。この金属基板１の厚さは２ｍｍとした。
【００５７】
そして、電気めっきにより、金属基板１の全体（セパレータ本体部１１及びヒートシンク部１２の全体）に、厚さ５μｍのニッケル層２を形成した。
【００５８】
次に、超音波洗浄を、温度：４０℃程度、時間：１０分程度の条件で施した後、ディッピング、吹き飛ばし及び焼き付けを２回繰り返して、ニッケル層２の表面に、厚さ２０μｍの導電性樹脂層３を形成した。焼き付け条件は、温度：１６０℃、時間：４５分とした。また、導電性塗料として、商品名「エブリオーム ３０ＣＥ」（日本黒鉛工業株式会社製）を用いた。なお、この導電性塗料には黒鉛粒子が含まれている。また、この導電性塗料における樹脂バインダはフェノール樹脂である。
【００５９】
最後に、ディッピング、自然乾燥及び焼き付けにより、導電性樹脂層３の表面に、厚さ１〜２μｍの撥水層４を形成した。焼き付け条件は、温度：１６０℃、時間：４５分とした。また、商品名「シリコーンコーティング ＫＲ２５１」（信越化学工業株式会社製）の撥水性塗料を２％の濃度に薄めたものを用いた。
【００６０】
（実施例２）
ニッケル層２の厚さを１０μｍとすること以外は、実施例１と同様にして、実施例２の金属セパレータ１０を製造した。
【００６１】
（実施例３）
セパレータ基板１の厚さを５ｍｍとし、ニッケル層２の厚さを１０μｍとし、かつ、導電性樹脂層３の厚さを１０μｍとすること以外は、実施例１と同様にして、実施例３の金属セパレータ１０を製造した。
【００６２】
（比較例１）
撥水層４を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１の金属セパレータを製造した。
【００６３】
（比較例２）
導電性樹脂層３の厚さを３０μｍとし、かつ、撥水層４を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例２の金属セパレータを製造した。
【００６４】
（比較例３）
ニッケル層２の厚さを１０μｍとし、かつ、撥水層４を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例３の金属セパレータを製造した。
【００６５】
（比較例４）
ニッケル層２の厚さを１０μｍとし、導電性樹脂層３の厚さを３０μｍとし、かつ、撥水層４を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例４の金属セパレータを製造した。
【００６６】
（比較例５）
ステンレスよりなる金属基板を用い、かつ、撥水層４を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例５の金属セパレータを製造した。
【００６７】
（比較例６）
ニッケル層２及び撥水層４を形成しないこと以外は、実施例１同様にして、比較例６の金属セパレータを製造した。
【００６８】
（比較例７）
セパレータ基板１の厚さを５ｍｍとし、ニッケル層２の厚さを１０μｍとし、導電性樹脂層の厚さを１０μｍとし、かつ、撥水層４を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例７の金属セパレータを製造した。
【００６９】
（比較例８）
セパレータ基板１の厚さを５ｍｍとし、ニッケル層２の厚さを１０μｍとし、かつ撥水層４を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例８の金属セパレータを製造した。
【００７０】
（比較例９）
セパレータ基板１の厚さを５ｍｍとし、ニッケル層２の厚さを１０μｍとし、導電性樹脂層の厚さを３０μｍとし、かつ撥水層４を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例９の金属セパレータを製造した。
【００７１】
（耐食性の評価）
実施例１、２の金属セパレータ１０と、比較例１〜４の金属セパレータとについて、耐食性を評価した。これは、ｐＨ３の硫酸水溶液に試料を浸漬し、腐食電流が検出されるまでの耐久時間を計った。これらの結果を表１に示す。
【００７２】
【表１】
【００７３】
表１から明らかなように、実施例１、２の金属セパレータ１０における耐久時間は、ステンレスよりなる金属基板を用いた比較例５と同様、５０００時間以上であり、実施例１、２の金属セパレータ１０が極めて高い耐食性を有することが実証された。
【００７４】
（面積抵抗の評価）
実施例２の金属セパレータ１０と、比較例３、６の金属セパレータとについて、面積抵抗を評価した。この評価は、電極面に電流を流し、その時の電圧を測って抵抗値を求めた。これらの結果を表２に示す。
【００７５】
【表２】
【００７６】
表２より、撥水層４を形成することで、金属セパレータの面積抵抗（接触抵抗）が高くなったが、実施例２の金属セパレータ１０における７０ｍΩ・ｃｍ２の面積抵抗は、セパレータとして使用可能な範囲である。
【００７７】
（導電性樹脂層の厚さと面積抵抗との関係）
比較例７〜９の金属セパレータについて、前記と同様にして、面積抵抗を評価した。これらの結果を表３に示す。
【００７８】
【表３】
【００７９】
表３より、導電性樹脂層３が厚くなるほど、金属セパレータの面積抵抗（接触抵抗）が高くなった。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】実施形態１に係る金属セパレータの模式断面図である。
【図２】実施形態１に係る金属セパレータの平面図である。
【図３】実施形態１に係る金属セパレータを単位電池セルと共に電池スタックに組み込むとともに、この電池スタックを固体高分子型燃料電池システムに組み込んだ例を示す平面図である。
【図４】実施形態２に係る金属セパレータの平面図である。
【図５】実施形態３に係る金属セパレータの平面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…セパレータ基板 ２…ニッケル層
３…導電性樹脂層 ４…撥水層
１０…金属セパレータ １１…セパレータ本体部
１２…ヒートシンク部 ２０…単位電池セル
３０…電池スタック ４０…冷却ファン
１１１…反応部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池に用いられる燃料電池用セパレータに関する。本発明の燃料電池用セパレータは、特に小型、軽量でシンプルな構造の空冷式の燃料電池システムに適用して好適である。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンな排気と高エネルギー効率を実現可能な燃料電池が注目されている。特に固体高分子型燃料電池は、出力密度が高い、作動温度が低い等の特性を有する。このため、固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池システムを、移動体用や家庭用等の小型・軽量電源として利用することが現実化している。
【０００３】
固定高分子型燃料電池システムは、一般に、電池スタックと、この電池スタックに燃料を供給する燃料ボンベと、電池スタックを冷却するための冷却手段とを備える。
【０００４】
電池スタックは、単位電池セルを導電性セパレータで挟み込んだものを複数積層してなる。単位電池セルは膜・電極接合体（ＭＥＡ）よりなる。この膜・電極接合体は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の一面に隣接された触媒層及び燃料ガス拡散層よりなるアノード（燃料極）と、固体高分子電解質膜の他面に隣接された触媒層及び酸化剤ガス拡散層よりなるカソード（酸素極）とから構成されている。
【０００５】
セパレータの電極に対向する部分（反応部）には、燃料ガス、酸化剤ガス等の供給ガス流路を電極との間に形成するため、ガス流路形成用の多数の突起部、溝部等が形成されている。また、セパレータは、集電体としての役割とガス通路形成材としての役割とを有する。このため、セパレータの特性として、導電性や集電性と水素及び酸素に対する耐透過性とが求められる。
【０００６】
セパレータは、一般に、強度や加工性の高い金属材料、例えばステンレス鋼、チタンやアルミニウム等よりなる。しかし、比較的低温で動作する固体高分子型燃料電池であっても、セパレータは、７０〜９０℃の温度における飽和に近い水蒸気にさらされる。このため、金属材料を用いたセパレータでは、その表面に腐食による酸化膜が生成され易い。その結果、生成された酸化膜と電極との接触抵抗が大きくなり、セパレータの集電性能が低下するという問題がある。
【０００７】
そこで、セパレータ基板の表面に導電性樹脂層を設けた金属セパレータが知られている（例えば、特許文献１参照）。この金属セパレータは、導電性や集電性に優れていると同時に、成形性、強度及び耐食性に優れている。しかし、セパレータ基板の金属材料の種類によっては、さらなる耐食性の向上が望まれる。
【０００８】
一方、冷却ファンを備え、電池スタックを空気によって冷却する燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。この燃料電池システムでは、冷却ファンからの空気により電池スタックが冷却されるため、電極の熱劣化（触媒金属のシンタリング等）を抑えることができる。しかし、電極の熱劣化をより確実に抑えるためには、セパレータを介して冷却ファンにより電極をより確実に冷却することが望まれる。
【特許文献１】特開２００６−２６９０９０号公報
【特許文献２】特開２００７−２６５９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、セパレータを介する電極の冷却をより確実に行うことができ、しかもさらなる耐食性の向上を図ることのできる燃料電池用金属セパレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の燃料電池用金属セパレータは、空冷される電池スタックに単位電池セルと共に積層されて使用される燃料電池用金属セパレータであって、前記単位電池セルを構成するアノード及びカソードに対向して配置される反応部を有するセパレータ本体部と、該セパレータ本体部の周縁の少なくとも一部に一体に形成されたヒートシンク部とを有し、アルミニウム系金属よりなるセパレータ基板と、前記セパレータ基板の前記セパレータ本体部の表面に形成されたニッケル層と、前記ニッケル層の表面に形成された導電性樹脂層と、前記導電性樹脂層の表面に形成された撥水層と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
ここに、前記アルミニウム系金属とは、アルミニウム又はアルミニウム合金のことである。
【００１２】
本発明の燃料電池用金属セパレータでは、セパレータ基板がアルミニウム系金属よりなる。また、本発明の燃料電池用金属セパレータは、アノード及びカソードに対向して配置されるセパレータ本体部の周縁に、ヒートシンク部を有する。アルミニウム系金属の熱伝導率は比較的高い。このため、アノード及びカソードの熱が反応部からヒートシンク部に効率的に伝わる。このヒートシンク部には冷却ファンからの空気が当たりやすいため、ヒートシンク部は冷却されやすい。このため、アノード及びカソードの熱が反応部から伝わって熱くなったヒートシンク部を冷却ファンで効率的に冷やすことができる。したがって、冷却ファンからの空気をヒートシンク部に当てて電池スタックを冷却すれば、セパレータを介してアノード及びカソードをより確実に冷却することができる。
【００１３】
また、本発明の燃料電池用金属セパレータでは、セパレータ基板のセパレータ本体部の表面に、ニッケル層、導電性樹脂層及び撥水層が形成されている。このため、本発明の金属セパレータは、後述する実施例で示されるように、これら三層の働きにより、高い耐食性と集電性とを発揮する。
【００１４】
本発明の燃料電池用金属セパレータは、下記（１）〜（３）項に示される構成のうちの少なくとも一つを有していることが好ましい。本発明の燃料電池用金属セパレータは、下記（１）〜（３）の各項に示される構成をそれぞれ単独で有してもよいし、（１）〜（３）の各項に示される構成を二つ以上組み合わせて有してもよい。
【００１５】
（１）前記ニッケル層、前記導電性樹脂層及び前記撥水層が、前記ヒートシンク部の部分には形成されていない。
【００１６】
ヒートシンク部には耐食性が不要である。一方、冷却ファンからの空気が直接当たるヒートシンク部では、効率的に放熱できることが望ましい。その点、ニッケル層、導電性樹脂層及び撥水層がヒートシンク部に形成されていない本構成によると、熱伝導率の高いアルミニウム系金属よりなるセパレータ基板が剥き出しになっているため、ヒートシンク部からの放熱がニッケル層、導電性樹脂層及び撥水層によって妨げられることはない。このため、ヒートシンク部から効率的に放熱することができる。
【００１７】
また、ニッケル層、導電性樹脂層及び撥水層をヒートシンク部に形成することによる材料費の無駄使いを無くすことができ、コスト面でも有利となる。
【００１８】
（２）前記導電性樹脂層の厚さが１０〜３０μｍである。
【００１９】
（３）前記撥水層の厚さが１〜３μｍである。
【発明の効果】
【００２０】
したがって、本発明の燃料電池用金属セパレータによると、セパレータを介する電極の冷却をより確実に行うことができ、しかもセパレータの耐食性をさらに向上させることができる。よって、電極及びセパレータの長寿命化を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の燃料電池用金属セパレータの実施形態について詳しく説明する。なお、説明する実施形態は一実施形態にすぎず、本発明の燃料電池用金属セパレータは、下記実施形態に限定されるものではない。本発明の燃料電池用金属セパレータは、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【００２２】
（実施形態１）
実施形態１の燃料電池用の金属セパレータ１０は、ヒートシンク部が一体に形成されたヒートシンク一体型のセパレータである。
【００２３】
この金属セパレータ１０は、図１の模式断面図に示されるように、セパレータ基板１と、セパレータ基板１の表面に形成されたニッケル層２と、ニッケル層２の表面に形成された導電性樹脂層３と、導電性樹脂層３の表面に形成された撥水層４とから構成されている。
【００２４】
セパレータ基板１は、アルミニウム系金属、すなわちアルミニウム又はアルミニウム合金よりなる。
【００２５】
セパレータ基板１は、図２の平面図に示されるように、正方形状のセパレータ本体部１１と、セパレータ本体部１１の周縁の一部に一体に形成された長方形状のヒートシンク部１２とを有している。
【００２６】
セパレータ本体部１１は、セパレータ本体部１１のほぼ中央部に長方形状の反応部１１１を有している。反応部１１１は、この金属セパレータ１０が後述する電池スタック３０に組み込まれたときに、後述する単位電池セル２０を構成するアノード及びカソードに対向して配置される。反応部１１１の表裏両面には、アノードには燃料ガスを、カソードには酸化剤ガスをそれぞれ供給するためのガス流路形成用の溝１１１ａが多数形成されている。また、セパレータ本体部１１は、複数（この実施形態では４個）の円形孔１１ａを四隅に有するとともに、複数（この実施形態では６個）の矩形孔１１ｂを周縁の辺部に有している。矩形孔１１ｂには、この金属セパレータ１０が電池スタック３０に組み込まれたときに、図示しない多岐管が配設される。この多岐管は、燃料ガス供給用のガス流路、酸化剤ガス供給用のガス流路、電池反応で生成した水を排出する排水路を形成する。円形孔１１ａは、金属セパレータ１０等を積層、固定して電池スタック３０にするためのボルト用の挿通孔である。
【００２７】
実施形態１のセパレータ基板１では、一つの矩形状（又は帯状）のヒートシンク部１２が、正方形状のセパレータ本体部１１の一端（一辺）に一体に形成されている。このヒートシンク部１２は、この金属セパレータ１０が電池スタック３０に組み込まれたときに、単位電池セル２０を構成するアノード及びカソードには対向しない。すなわち、金属セパレータ１０が電池スタック３０に組み込まれたときに、隣り合う金属セパレータ１０のヒートシンク部１２同士が所定の間隔をおいて対向する。
【００２８】
セパレータ基板１の形成方法は特に限定されないが、ダイカスト等の鋳造やプレス加工等を利用することができる。セパレータ基板１の厚さも特に限定されず、２〜５ｍｍ程度とすることができる。
【００２９】
ニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水コート層４は、セパレータ基板１のヒートシンク部１２の部分には形成されていない。すなわち、ニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４は、セパレータ基板１のうちセパレータ本体部１１の部分のみに形成されている。また、ニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４は、セパレータ基板１のセパレータ本体部１１の部分の表裏両面に形成されている。
【００３０】
ニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４をセパレータ本体部１１の部分のみに形成するには、例えば、マスキング用テープでヒートシンク部１２の部分を覆った状態で、ニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４の各層の形成工程を実施し、その後マスキング用テープを剥がせばよい。
【００３１】
ニッケル層２の形成方法は特に限定されないが、好適には、電気めっきや無電解めっきによりニッケル層２を形成することができる。
【００３２】
アルミニウム系金属よりなるセパレータ基板１の表面には酸化膜が形成されやすい。セパレータ基板１の表面に酸化膜が形成されると、金属セパレータ１０の電気抵抗が大きくなる。ニッケル層２は、アルミニウム系金属よりなるセパレータ基板１の表面に酸化膜が形成されることを防止する。したがって、セパレータ基板１の表面にニッケル層２を形成することで、酸化膜形成による電気抵抗の増大を防止することができる。
【００３３】
ニッケル層２の厚さが薄すぎると、このニッケル層２を形成することによる効果が不十分になる。一方、ニッケル層２を厚くしすぎても、ニッケル層２を形成することによるそれ以上の効果が期待できないため、コスト面で不利になる。したがって、ニッケル層２の厚さは１〜１０μｍとすることが好ましく、５〜１０μｍとすることがより好ましい。
【００３４】
導電性樹脂層３の種類としては特に限定されず、例えば、樹脂バインダ中に導電性物質としての金属粒子を含む金属系導電性樹脂層であっても、樹脂バインダ中に導電性物質としてのカーボン系粒子を含むカーボン系導電性樹脂層であってもよい。樹脂バインダの種類は特に限定されないが、耐熱性の高いフェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やフッ素樹脂を好適に用いることができる。
【００３５】
導電性樹脂層３の形成方法は特に限定されないが、例えば、ディッピング、スプレー、刷毛塗りや電着等により、金属系導電性塗料やカーボン系導電性塗料をニッケル層２の表面に塗装してから焼き付けることができる。焼付け条件としては、温度：１２０〜１８０℃程度、時間：３０〜６０分程度とすることができる。なお、導電性塗料の塗装及び焼付を繰り返すことにより、導電性樹脂層３の膜厚を厚くすることができる。
【００３６】
導電性樹脂層３は、金属セパレータ１０の導電性及び集電性の低下を抑えつつ金属セパレータ１０の耐食性を向上させる。導電性樹脂層３の厚さが薄すぎると、この導電性樹脂層３を形成することによる効果が不十分になる。一方、導電性樹脂層３を厚くしすぎると、金属セパレータ１０の面積抵抗（接触抵抗）が増大するので、金属セパレータ１０の導電性及び集電性が低下する。したがって、導電性樹脂層３の厚さは１０〜３０μｍとすることが好ましく、１５〜２５μｍとすることがより好ましい。
【００３７】
撥水層４の種類及び形成方法としては特に限定されず、例えば、ディッピング、スプレー、刷毛塗りや電着等により、シリコーン系、フッ素系等の撥水性塗料を導電性樹脂層３の表面に塗装してから焼き付けることができる。焼付け条件としては、温度：１５０〜２００℃程度、時間：３０〜６０分程度とすることができる。なお、撥水性塗料の塗装及び焼付を繰り返すことにより、撥水層４の膜厚を厚くすることができる。
【００３８】
導電性樹脂層３には、導電性樹脂層３の形成時（焼付け時）にクラックが発生し易い。導電性樹脂層３の表面に撥水層４を形成すると、導電性樹脂層３内のクラックが撥水性塗料で埋められるため、導電性樹脂層３のクラックを介して外部からニッケル層２に水分が到達することを防止することができる。また、仮に導電性樹脂層３にクラックによる隙間が存在しても、撥水層４における撥水効果により、外部から導電性樹脂層３のクラック内に水分が浸入することを抑えることができる。したがって、導電性樹脂層３の表面に形成された撥水層４は、金属セパレータ１０の耐食性を高める。
【００３９】
撥水層４の厚さが薄すぎると、この撥水層４を形成することによる効果が不十分になる。一方、撥水層４を厚くしすぎると、金属セパレータ１０の面積抵抗（接触抵抗）が増大するので、金属セパレータ１０の導電性及び集電性が低下する。したがって、撥水層４の厚さは１〜３μｍとすることが好ましく、１〜２μｍとすることがより好ましい。
【００４０】
ここに、導電性樹脂層３の表面に撥水層４を形成する際に導電性樹脂層３のクラック内に撥水性塗料をより浸入させ易くする観点より、導電性樹脂層３の表面に塗布する撥水性塗料の粘度をある程度低くすることが好ましい。
【００４１】
上記構成を有する実施形態１の金属セパレータ１０は、図３に示されるように、複数の単位電池セル２０と共に複数積層されて電池スタック３０を構成する。この電池スタック３０は、図示しない燃料ボンベ及び冷却ファン４０と共に、空冷式の固体高分子型燃料電池システムを構成する。
【００４２】
単位電池セル２０は、従来と同様、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の一面に隣接された触媒層及び燃料ガス拡散層よりなるアノード（燃料極）と、固体高分子電解質膜の他面に隣接された触媒層及び酸化剤ガス拡散層よりなるカソード（酸素極）とからなる膜・電極接合体（ＭＥＡ）により構成することができる。
【００４３】
冷却ファン４０は、電池スタック３０における単位電池セル２０の積層方向に延びるクロスフローファンや、同積層方向に並んで配設された複数の軸流ファン（遠心ファン）により構成することができる。この冷却ファン４０から電池スタック３０に向けて冷却用空気が送られる。このとき、電池スタック３０のうち各金属セパレータ１０の各ヒートシンク部１２の部分に冷却ファンからの冷却用空気が直接当たるように、冷却ファンを配置することが好ましい。
【００４４】
実施形態１の燃料電池用の金属セパレータ１０では、セパレータ基板１がアルミニウム系金属よりなり、かつ単位電池セル２０のアノード及びカソードに対向して配置されるセパレータ本体部１１の周縁に、ヒートシンク部１２を有する。アルミニウム系金属の熱伝導率は比較的高い。このため、アノード及びカソードの熱がセパレータ本体部１１の反応部１１１からヒートシンク部１２に効率的に伝わる。このヒートシンク部１２には冷却ファン４０からの空気が直接当たる。このため、アノード及びカソードの熱が反応部１１１から伝わって熱くなったヒートシンク部１２を冷却ファン４０で効率的に冷やすことができる。したがって、冷却ファン４０からの空気がヒートシンク部１２に直接当たるように電池スタック３０を冷却すれば、金属セパレータ１０を介してアノード及びカソードをより確実に冷却することができる。
【００４５】
また、実施形態１の金属セパレータ１０では、セパレータ基板１の表面に、ニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４が形成されている。このため、この金属セパレータ１０は、これら三層の働きにより、高い耐食性と集電性とを発揮する。
【００４６】
さらに、この金属セパレータ１０では、ニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４が、基本的に耐食性が不要なヒートシンク部１２の部分には形成されていない。すなわち、ヒートシンク部１２の部分においては、熱伝導率の高いアルミニウム系金属よりなりセパレータ基板１が剥き出しになっている。このため、ヒートシンク部１２からの放熱がニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４によって妨げられることはない。したがって、ヒートシンク部１２からより効率的に放熱することができる。さらに、ニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４をヒートシンク部１２に形成することによる材料費の無駄使いを無くすことができ、コスト面でも有利となる。
【００４７】
よって、実施形態１の燃料電池用の金属セパレータ１０によると、金属セパレータ１０を介するアノード及びカソードの冷却をより確実に行うことができ、しかもセパレータの耐食性をさらに向上させることができる。このため、アノード及びカソードの熱劣化を抑えて電極寿命を長くすることが可能になる。また、金属セパレータ１０の寿命も長くすることが可能になる。
【００４８】
（実施形態２）
実施形態２におけるセパレータ基板１では、図４に示されるように、一対のヒートシンク部１２、１２が、正方形状のセパレータ本体部１１の両端（対向する二辺）に一体に形成されている。このヒートシンク部１２は、この金属セパレータ１０が電池スタックに組み込まれたときに、単位電池セルを構成するアノード及びカソードには対向しない。すなわち、金属セパレータ１０が電池スタックに組み込まれたときに、隣り合う金属セパレータ１０のヒートシンク部１２同士が所定の間隔をおいて対向する。
【００４９】
その他の構成は実施形態１と同様であるため、その説明を省略する。
【００５０】
したがって、実施形態２の金属セパレータ１０も、実施形態１の金属セパレータ１０と同じ作用効果を奏する。
【００５１】
（実施形態３）
実施形態３におけるセパレータ基板１では、図５に示されるように、環状のヒートシンク部１２が、正方形状のセパレータ本体部１１の周縁の全周に一体に形成されている。このヒートシンク部１２は、この金属セパレータ１０が電池スタックに組み込まれたときに、単位電池セルを構成するアノード及びカソードには対向しない。すなわち、金属セパレータ１０が電池スタックに組み込まれたときに、隣り合う金属セパレータ１０のヒートシンク部１２同士が所定の間隔をおいて対向する。
【００５２】
その他の構成は実施形態１と同様であるため、その説明を省略する。
【００５３】
したがって、実施形態３の金属セパレータ１０も、実施形態１の金属セパレータ１０と同じ作用効果を奏する。
【００５４】
（その他の実施形態）
実施形態１、２では、ニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４が、ヒートシンク部１２の部分には形成されていない例について説明したが、セパレータ基板１の全体、すなわちセパレータ本体部１１及びヒートシンク部１２の全体にニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４が形成されていてもよい。セパレータ基板１の全体にニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４を形成する場合は、ヒートシンク部１２にニッケル層２、導電性樹脂層３及び撥水層４を形成させないためのマスキング処理等が不要になり、製造工程の削減を図ることができる。
【実施例】
【００５５】
（実施例１）
実施形態１に準じて実施例１の金属セパレータ１０を製造した。
【００５６】
まず、ダイカスト鋳造法により、アルミニウムよりなる所定形状の金属基板１を形成した。この金属基板１の厚さは２ｍｍとした。
【００５７】
そして、電気めっきにより、金属基板１の全体（セパレータ本体部１１及びヒートシンク部１２の全体）に、厚さ５μｍのニッケル層２を形成した。
【００５８】
次に、超音波洗浄を、温度：４０℃程度、時間：１０分程度の条件で施した後、ディッピング、吹き飛ばし及び焼き付けを２回繰り返して、ニッケル層２の表面に、厚さ２０μｍの導電性樹脂層３を形成した。焼き付け条件は、温度：１６０℃、時間：４５分とした。また、導電性塗料として、商品名「エブリオーム ３０ＣＥ」（日本黒鉛工業株式会社製）を用いた。なお、この導電性塗料には黒鉛粒子が含まれている。また、この導電性塗料における樹脂バインダはフェノール樹脂である。
【００５９】
最後に、ディッピング、自然乾燥及び焼き付けにより、導電性樹脂層３の表面に、厚さ１〜２μｍの撥水層４を形成した。焼き付け条件は、温度：１６０℃、時間：４５分とした。また、商品名「シリコーンコーティング ＫＲ２５１」（信越化学工業株式会社製）の撥水性塗料を２％の濃度に薄めたものを用いた。
【００６０】
（実施例２）
ニッケル層２の厚さを１０μｍとすること以外は、実施例１と同様にして、実施例２の金属セパレータ１０を製造した。
【００６１】
（実施例３）
セパレータ基板１の厚さを５ｍｍとし、ニッケル層２の厚さを１０μｍとし、かつ、導電性樹脂層３の厚さを１０μｍとすること以外は、実施例１と同様にして、実施例３の金属セパレータ１０を製造した。
【００６２】
（比較例１）
撥水層４を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１の金属セパレータを製造した。
【００６３】
（比較例２）
導電性樹脂層３の厚さを３０μｍとし、かつ、撥水層４を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例２の金属セパレータを製造した。
【００６４】
（比較例３）
ニッケル層２の厚さを１０μｍとし、かつ、撥水層４を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例３の金属セパレータを製造した。
【００６５】
（比較例４）
ニッケル層２の厚さを１０μｍとし、導電性樹脂層３の厚さを３０μｍとし、かつ、撥水層４を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例４の金属セパレータを製造した。
【００６６】
（比較例５）
ステンレスよりなる金属基板を用い、かつ、撥水層４を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例５の金属セパレータを製造した。
【００６７】
（比較例６）
ニッケル層２及び撥水層４を形成しないこと以外は、実施例１同様にして、比較例６の金属セパレータを製造した。
【００６８】
（比較例７）
セパレータ基板１の厚さを５ｍｍとし、ニッケル層２の厚さを１０μｍとし、導電性樹脂層の厚さを１０μｍとし、かつ、撥水層４を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例７の金属セパレータを製造した。
【００６９】
（比較例８）
セパレータ基板１の厚さを５ｍｍとし、ニッケル層２の厚さを１０μｍとし、かつ撥水層４を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例８の金属セパレータを製造した。
【００７０】
（比較例９）
セパレータ基板１の厚さを５ｍｍとし、ニッケル層２の厚さを１０μｍとし、導電性樹脂層の厚さを３０μｍとし、かつ撥水層４を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、比較例９の金属セパレータを製造した。
【００７１】
（耐食性の評価）
実施例１、２の金属セパレータ１０と、比較例１〜４の金属セパレータとについて、耐食性を評価した。これは、ｐＨ３の硫酸水溶液に試料を浸漬し、腐食電流が検出されるまでの耐久時間を計った。これらの結果を表１に示す。
【００７２】
【表１】
【００７３】
表１から明らかなように、実施例１、２の金属セパレータ１０における耐久時間は、ステンレスよりなる金属基板を用いた比較例５と同様、５０００時間以上であり、実施例１、２の金属セパレータ１０が極めて高い耐食性を有することが実証された。
【００７４】
（面積抵抗の評価）
実施例２の金属セパレータ１０と、比較例３、６の金属セパレータとについて、面積抵抗を評価した。この評価は、電極面に電流を流し、その時の電圧を測って抵抗値を求めた。これらの結果を表２に示す。
【００７５】
【表２】
【００７６】
表２より、撥水層４を形成することで、金属セパレータの面積抵抗（接触抵抗）が高くなったが、実施例２の金属セパレータ１０における７０ｍΩ・ｃｍ２の面積抵抗は、セパレータとして使用可能な範囲である。
【００７７】
（導電性樹脂層の厚さと面積抵抗との関係）
比較例７〜９の金属セパレータについて、前記と同様にして、面積抵抗を評価した。これらの結果を表３に示す。
【００７８】
【表３】
【００７９】
表３より、導電性樹脂層３が厚くなるほど、金属セパレータの面積抵抗（接触抵抗）が高くなった。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】実施形態１に係る金属セパレータの模式断面図である。
【図２】実施形態１に係る金属セパレータの平面図である。
【図３】実施形態１に係る金属セパレータを単位電池セルと共に電池スタックに組み込むとともに、この電池スタックを固体高分子型燃料電池システムに組み込んだ例を示す平面図である。
【図４】実施形態２に係る金属セパレータの平面図である。
【図５】実施形態３に係る金属セパレータの平面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…セパレータ基板 ２…ニッケル層
３…導電性樹脂層 ４…撥水層
１０…金属セパレータ １１…セパレータ本体部
１２…ヒートシンク部 ２０…単位電池セル
３０…電池スタック ４０…冷却ファン
１１１…反応部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空冷される電池スタックに単位電池セルと共に積層されて使用される燃料電池用金属セパレータであって、
前記単位電池セルを構成するアノード及びカソードに対向して配置される反応部を有するセパレータ本体部と、該セパレータ本体部の周縁の少なくとも一部に一体に形成されたヒートシンク部とを有し、アルミニウム系金属よりなるセパレータ基板と、
前記セパレータ基板の前記セパレータ本体部の表面に形成されたニッケル層と、
前記ニッケル層の表面に形成された導電性樹脂層と、
前記導電性樹脂層の表面に形成された撥水層と、を備えていることを特徴とする燃料電池用金属セパレータ。
【請求項２】
前記ニッケル層、前記導電性樹脂層及び前記撥水層が、前記ヒートシンク部の部分には形成されていない請求項１に記載の燃料電池用の金属セパレータ。
【請求項３】
前記導電性樹脂層の厚さが１０〜３０μｍである請求項１又は２に記載の燃料電池用の金属セパレータ。
【請求項４】
前記撥水層の厚さが１〜３μｍである請求項１〜３のいずれか一つに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１】
空冷される電池スタックに単位電池セルと共に積層されて使用される燃料電池用金属セパレータであって、
前記単位電池セルを構成するアノード及びカソードに対向して配置される反応部を有するセパレータ本体部と、該セパレータ本体部の周縁の少なくとも一部に一体に形成されたヒートシンク部とを有し、アルミニウム系金属よりなるセパレータ基板と、
前記セパレータ基板の前記セパレータ本体部の表面に形成されたニッケル層と、
前記ニッケル層の表面に形成された導電性樹脂層と、
前記導電性樹脂層の表面に形成された撥水層と、を備えていることを特徴とする燃料電池用金属セパレータ。
【請求項２】
前記ニッケル層、前記導電性樹脂層及び前記撥水層が、前記ヒートシンク部の部分には形成されていない請求項１に記載の燃料電池用の金属セパレータ。
【請求項３】
前記導電性樹脂層の厚さが１０〜３０μｍである請求項１又は２に記載の燃料電池用の金属セパレータ。
【請求項４】
前記撥水層の厚さが１〜３μｍである請求項１〜３のいずれか一つに記載の燃料電池用セパレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−５５８３１（Ｐ２０１０−５５８３１Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１７３８７（Ｐ２００８−２１７３８７）
【出願日】平成２０年８月２６日（２００８．８．２６）
【出願人】（５９１２１８３０７）株式会社ニッセイ (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２６日（２００８．８．２６）
【出願人】（５９１２１８３０７）株式会社ニッセイ (17)
【Ｆターム（参考）】
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