JPH11162478A

JPH11162478A - 燃料電池用セパレータ

Info

Publication number: JPH11162478A
Application number: JP9332079A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kuwabara; 原保雄桑; Hiroshi Okazaki; 崎洋岡; Itsushin So; 一新曽
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 1999-06-18

Abstract

(57)【要約】【課題】電気伝導性が高く、耐食性が高く、低コスト
な燃料電池用セパレータの提供。【解決手段】固体電解質の両側に電極を配した燃料電
池セル１００が複数積層されてなる燃料電池電池スタッ
クにおいて、前記燃料電池セルの間に介挿されて用いら
れ、一方の側面には隣接する一方の燃料電池セルに燃料
ガスを供給するための燃料ガス流路溝２０２、を備える
と共に、他方の側面には隣接する他方の燃料電池セルに
酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路溝２０１を
備えた燃料電池用セパレータ２００であって、前記セパ
レータの基材となる金属板２０３に銀、窒化クロム、白
金族の複合酸化物、あるいは炭化ホウ素とニッケルの複
合物の群から選択された材料によるメッキ表面処理が施
されたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池用セパレータ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、使用される電解質の種類に
より、固体高分子電解型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固
体酸化物型等の各種が知られている。このうち固体高分
子電解質型燃料電池は、分子中にプロトン交換基を有す
る高分子樹脂膜を飽和に含水させるとプロトン伝導性電
解質として機能することを利用した燃料電池であって、
比較的低温度域で作動し、発電効率も優れているため、
電気自動車搭載用を始めとして各種の用途が見込まれて
いる。

【０００３】固体高分子型燃料電池では水素、二酸化炭
素、窒素、水蒸気の混合ガスがアノード（燃料電極）側
に、空気及び水蒸気がカソード（酸化剤電極）側に供給
される。

【０００４】それぞれのガスの温度は８０〜９０°Ｃの
高温状態であり、セパレータはそれぞれのガスにさらさ
れることにより、高い耐熱性が要求される。

【０００５】また、セパレータは各セル間を電気的に接
続させる為、高い電気伝導性、構成材料との低い接触抵
抗が必要とされる。

【０００６】従来技術として、特公平８−２２２２３７
号公報に示すように、金属板に電気伝導性の良好な緻密
性カーボングラファイトをコーティングしたものが開示
されている。また、特開平６−３４９５０８号公報に
は、金属板にクロム、白金族金属又はその酸化物、導電
性ポリマー等の導電性材料の被膜を設けることが開示さ
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者
は、カーボングラファイトのコーティングした技術であ
るが、カーボングラファイトのコーティングにはスパッ
タリング等の製造方法があるが、生産性が悪く、コスト
的に高いものとなる。

【０００８】また後者はクロム、導電性ポリマーでは耐
蝕性が高温高湿な環境での耐蝕性が十分ではない。また
白金族金属およびその酸化物は耐蝕性はかなり高いもの
であるが、長時間での安定性が十分ではない。安定させ
るためには表面処理が必要であり、生産性、コスト的に
不利となる。

【０００９】さらに燃料電池用として用いる場合、電極
反応による約１Ｖの電位、又供給される空気及び水素も
水蒸気も含んだ８０°Ｃ前後のガスとしてセパレータに
さらされることになり、環境条件も厳しいものがある。

【００１０】なお、ＳＵＳ、チタン、アルミ等の金属板
に電気伝導性を持ちかつ耐食性に優れた表面処理方法と
しては金メッキが上げられるが、コストが高い。

【００１１】本発明は上記課題を解決したもので、電気
伝導性が高く、耐食性が高く、低コストな燃料電池用セ
パレータを提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、固体電解質
の両側に電極を配した燃料電池セルが複数積層されてな
る燃料電池電池スタックにおいて、前記燃料電池セルの
間に介挿されて用いられ、一方の側面には隣接する一方
の燃料電池セルに燃料ガスを供給するための燃料ガス流
路溝を備えると共に、他方の側面には隣接する他方の燃
料電池セルに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流
路溝を備えた燃料電池用セパレータであって、前記セパ
レータの基材となる金属板に銀、窒化クロム、白金族の
複合酸化物、あるいは炭化ホウ素とニッケルの複合物の
群から選択された材料によるメッキ表面処理が施された
ことを特徴とする燃料電池用セパレータである。

【００１３】上記第１の技術的手段による効果は、以下
のようである。

【００１４】即ち、電気伝導性が高く、耐食性が高く、
低コストな燃料電池用セパレータといった効果を有す
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。

【００１６】図１は本発明の燃料電池の分解図である。
固体高分子電解質で形成した電解質層１０１を燃料電極
１０３と酸化剤電極１０５とで挟持した構造の電池セル
１００を用い、電池セル１００をセパレータ２００で挟
持した構造の電池セル１００を用い、電池セル１００を
セパレータ２００で挟持して積層されている。

【００１７】セパレータ２００の片面には、酸化剤電極
１０５に供給される酸化剤ガスが通過する通路２０１が
形成されている。セパレータ２００の他の片面には、燃
料電池１０３に供給される燃料ガスが通過する通路２０
２が形成されている。

【００１８】セパレータ２００は、電極１０３、１０５
に対して電気導電性をもち集電機能を有すると共に、酸
化剤ガスと燃料ガスとの混合を防止する仕切機能を有す
る。ベースとなる金属板２０３としてはアルミニウム
板、チタン板、ＳＵＳ（ステンレス鋼板）等が使用され
る。特に低コストである材料であるアルミニウムが好ま
しい。

【００１９】（実施例１）金属板２０３に、銀メッキの
表面被膜を作製するための銀メッキ処理を行う。金属板
２０３への銀メッキは、従来の電解メッキ法、又は無電
解メッキ法により１０μｍの厚さまで銀メッキ処理を行
う。銀メッキは貴金属ではあるが、安価であり、低コス
トな表面処理が可能である。

【００２０】表１は面圧と接触抵抗との関係を表すグラ
フである。このときの試験条件としては、４５ｍｍ×５
２ｍｍのＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）基材に電解メッ
キによる試験片を使用し、相手材として厚さ１．０ｍｍ
のカーボンペーパを接触面積１０ｃｍ²で接触させた。

【００２１】その結果、このグラフからわかるように、
本発明のような銀メッキ処理した試験片の接触抵抗は、
ＳＵＳに金メッキ処理した試験片の接触抵抗とほぼ同程
度の低い値を示しており、燃料電池のセパレータとして
の要求性能を満足するものである。

【００２２】また表２は、銀メッキ処理した試験片の腐
食試験日数と接触抵抗との関係を表すグラフである。腐
食環境条件は、７５°Ｃの空気・水蒸気雰囲気内で行わ
れる。このグラフからわかるように、本発明のように銀
メッキ処理した接触抵抗は腐食環境条件でも低く、耐食
性がよいものとなる。なお本試験では腐食環境試験は、
５０日しか行われていないが、５０日以降でも接触抵抗
は５ｍΩ×ｃｍ²前後であると思われる。

【００２３】（実施例２）金属板２０３の上に、窒化ク
ロムメッキ（ＣｒＮ）処理を行い窒化クロムメッキ表面
被膜を作製する。金属板２０３への窒化クロムメッキ
は、スパッタリング、ＰＤＶ法により５μｍの厚さまで
行う。

【００２４】本実施例では、窒化クロムはＰＶＤ法によ
り金属表面に直接コーティングされる。この窒化クロム
は化学的安定性に優れ、電気伝導性にも優れたセパレー
タが実現できた。

【００２５】表３は窒化物コーティングされた試験片に
関する面圧と接触抵抗との関係を表すグラフである。こ
のときの試験条件は実施例１と同様な条件である。

【００２６】このグラフからわかるように、本発明のよ
うな窒化クロムメッキ処理した試験片の接触抵抗は、Ｓ
ＵＳに金メッキ処理した試験片の接触抵抗に近い値を示
しており、燃料電池のセパレータとしての要求性能を満
足するものである。窒化クロムメッキ以外にも、窒化チ
タンを用いてもよい。また窒化チタンの場合、チタン板
に直接窒化処理を行うことも可能である。

【００２７】なお、比較例として、窒化亜鉛のメッキ処
理はグラフからわかるように接触抵抗が大きく燃料電池
のセパレータとしての要求性能を満足しない。

【００２８】（実施例３）金属板２０３の上に、白金族
の複合メッキ表面被膜を作製するための白金族の複合メ
ッキ処理を行う。金属板２０３への白金族の複合メッキ
は、５μｍの厚さまで行う。

【００２９】表４はパラジウム（Ｐｄ）の複合酸化物メ
ッキ試験片に関する面圧と接触抵抗との関係を表すグラ
フである。このときの試験条件は実施例１と同様な条件
である。

【００３０】このグラフからわかるように、本実施例３
のようにパラジウムの複合酸化物メッキ処理した試験片
の接触抵抗は、ＳＵＳに金メッキ処理した試験片の接触
抵抗と極めて同程度の低い値を示しており、燃料電池の
セパレータとしての要求性能を満足するものである。

【００３１】また表５は、パラジウムの複合酸化物メッ
キ処理した試験片の腐食試験日数と接触抵抗との関係を
表すグラフである。腐食環境条件は、７５°Ｃの空気・
水蒸気雰囲気内で行われる。このグラフからわかるよう
に、本発明のように銀メッキ処理した接触抵抗は腐食環
境条件でも低く、耐食性がよいものとなる。なお本試験
では腐食環境試験は、３５日しか行われていないが、３
５日以降でも接触抵抗は５ｍΩ×ｃｍ²前後であると思
われる。

【００３２】またパラジウムの複合酸化物メッキ以外
に、窒化クロムメッキ、ルテニウム（Ｒｕ）とイリジウ
ム（Ｉｒ）の複合酸化物メッキを行なってもよい。この
メッキはルテニウムとイリジウムの電解複合メッキを施
し、その後に陽極酸化を施すことにより形成される。

【００３３】ルテニウムとタンタルの複合酸化物メッキ
も同様な方法で形成される。さらにＲｕＯ₂／Ｚｒ
Ｏ₂、ＲｕＯ₂／ＴｉＯ₂、ＲｕＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃、Ｒ
ｕＯ₂／ＬａＯ₃等の白金族の複合酸化物を使用しても
よい。

【００３４】（実施例４）金属板２０３の上に、炭化ホ
ウ素とニッケル（Ｂ₄Ｃ／Ｎｉ）の複合メッキ処理を行
う。金属板２０３への炭化ホウ素とニッケルの複合メッ
キ処理は、スパッタリング、ＰＤＶにより５μｍの厚さ
まで行う。

【００３５】表６は炭化ホウ素とニッケルの複合メッキ
試験片に関する面圧と接触抵抗との関係を表すグラフで
ある。このグラフからわかるように、本実施例４のよう
に炭化ホウ素とニッケルの複合メッキ処理した試験片の
接触抵抗は、ＳＵＳに金メッキ処理した接触抵抗と極め
て同程度の低い値を示しており、燃料電池のセパレータ
としての要求性能を満足するものである。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】

【表５】

【００４１】

【表６】

【００４２】

【表７】

【００４３】

【発明の効果】請求項１の発明は、以下の如く効果を有
する。

【００４４】即ち、電気伝導性が高く、耐食性が高く、
低コストな燃料電池用セパレータといった効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセパレータ等からなる燃料電池分解
図。

【符号の説明】１００・・・燃料電池セル２０２・・・燃料ガス流路溝２０１・・・酸化剤ガス流路溝２００・・・燃料電池用セパレータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体電解質の両側に電極を配した燃料電池
セルが複数積層されてなる燃料電池電池スタックにおい
て、前記燃料電池セルの間に介挿されて用いられ、一方
の側面には隣接する一方の燃料電池セルに燃料ガスを供
給するための燃料ガス流路溝を備えると共に、他方の側
面には隣接する他方の燃料電池セルに酸化剤ガスを供給
するための酸化剤ガス流路溝を備えた燃料電池用セパレ
ータであって、前記セパレータの基材となる金属板に
銀、窒化クロム、白金族の複合酸化物、あるいは炭化ホ
ウ素とニッケルの複合物の群から選択された材料による
メッキ表面処理が施されたことを特徴とする燃料電池用
セパレータ。