JP5145767B2 - 燃料電池用セパレータおよび燃料電池用セパレータの製造方法、前処理セパレータ基材、燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池用セパレータおよび燃料電池用セパレータの製造方法、前処理セパレータ基材、特に、セパレータの開口部の端面および周縁部のみ樹脂皮膜層を厚くして、セル積層時のスタック長を伸ばすことなく、耐腐食性を向上させる燃料電池用セパレータおよび燃料電池用セパレータの製造方法、前処理セパレータ基材に関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、図７に示すように、固体高分子膜からなる電解質膜５２を燃料極５０と空気極５４との２枚の電極で挟んだ接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を、さらに２枚のセパレータ４０に挟持してなるセルを最小単位とし、通常、このセルを複数積み重ねて燃料電池スタック（ＦＣスタック）とし、高圧電圧を得るようにしている。

固体高分子型燃料電池の発電の仕組みは、一般に、燃料極（アノード側電極）５０に燃料ガス、例えば水素含有ガスが、一方、空気極（カソード側電極）５４には酸化剤ガス、例えば主に酸素（Ｏ₂）を含有するガスあるいは空気が供給される。水素含有ガスは、セパレータ４０の表面に加工された細かい溝を通って燃料極５０に供給され、電極の触媒の作用により電子と水素イオン（Ｈ⁺）に分解される。電子は外部回路を通って、燃料極５０から空気極５４に移動し、電流を作り出す。一方、水素イオン（Ｈ⁺）は電解質膜５２を通過して空気極５４に達し、酸素および外部回路を通ってきた電子と結合し、反応水（Ｈ₂Ｏ）になる。水素（Ｈ₂）と酸素（Ｏ₂）および電子の結合反応と同時に発生する熱は、冷却水によって回収される。また、空気極５４のあるカソード側に生成した水（以下「反応水」という）は、カソード側から排出される。

さらに、上述したＭＥＡを挟持する２枚のセパレータは、水素ガスと酸素ガスとを隔てる役割をする仕切り板であるとともに、積み重ねられたセルを電気的に直列に接続する機能も有する。また、２枚のセパレータの表面には細かい凹凸の溝が形成され、この溝は水素含有ガスと酸素含有ガスまたは空気を流通させるガス流通路となっている。

上記固体高分子膜からなる電解質膜５２として、例えば、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ；登録商標、デュポン社製）などのフッ素系膜が用いられている。そして、燃料電池の運転に伴い、上述した電解質膜５２などから腐食性物質（例えばフッ化水素酸）が揮発し、さらに腐食性物質の一部が燃料電池の運転時に生成する水に溶解する場合がある。かかる場合、腐食ガスや腐食液（酸性液）が発生し、これらが、燃料電池のガス流路を構成する金属部品、例えば金属製セパレータのガス排出口などを腐食するおそれがある。また、燃料電池の運転温度を制御するために、例えば金属製セパレータには冷却水が流通する冷却水流路が設けられ、この冷却水の出入り口付近の腐食のおそれもある。

そこで、腐食などを防止するために、また、燃料電池内部を流通するガス又は一部が溶け込んだ液体との接触部に、電着塗装法により電着塗料によりコーティングを施すことが提案され（例えば、特許文献１）、特許文献２には、燃料電池用セパレータの非発電部に選択的に電着による樹脂コートを施すことが提案される。しかし、腐食個所からの腐食物が染み出す可能性を考慮して、例えば、特許文献３では、金属からなる基材の表面全体に耐酸性かつ電気伝導性を有する樹脂膜を電着にて被覆したセパレータが提案されている。

特開２００５−２３５７３９号公報 特開２００６−８００２６号公報 特開２００３−２４９２４０号公報

しかしながら、上述したように、セパレータ基材の全面に腐食防止用の樹脂皮膜を厚く形成すると、図６に示すようなセル構造となる。すなわち、図６に示すように、セル６２は、電解質膜を燃料極と空気極との２枚の電極で挟んだ接合体２４を挟むようにガス拡散層として機能するフレーム２６が配置され、これらの挟むように、一対のセパレータ基材１０の表面全面に同一厚みの樹脂皮膜２８が形成されたセパレータが配置されて構成されている。特に、腐食のおそれの高いガスの出入り口や水の出入り口付近、すなわちマニホールドエッジ部分における腐食を防止するために樹脂皮膜２８の厚みは厚く形成され、この腐食のおそれのあるマニホールドエッジ部分と同一厚みの樹脂皮膜２８がセパレータ基材１０の全体に施されていることから、セル６０の厚みは必然的に厚くなってしまう。

一方、燃料電池は、通常複数セルをスタック状に積層して形成されることから、１つのセルの厚みが増大すると、燃料電池のスタック長が長くなり、コンパクトな燃料電池構成という近年の要請にそぐわなくなるおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、マニホールドエッジ部分における耐酸性および導電性を付与しつつ且つスタック長の伸長を抑制可能な燃料電池セパレータおよび燃料電池用セパレータの製造方法、並びに前処理セパレータ基材、燃料電池を提供する。

本発明の燃料電池用セパレータおよび燃料電池用セパレータの製造方法、前処理セパレータ基材、燃料電池は、以下の特徴を有する。

（１）開口部を有し表面に樹脂皮膜が形成された燃料電池用セパレータであって、セパレータ基材に設けられた開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とに形成された半導体層と、前記セパレータ基材および半導体層上に形成された樹脂皮膜と、を有し、前記半導体層に対応して形成された樹脂皮膜が、それ以外の前記セパレータ基材の表面に形成された樹脂皮膜より厚い燃料電池用セパレータである。

開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離、すなわちマニホールドエッジ部分における樹脂皮膜を厚くすることにより、腐食を抑制することができ、且つ開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とから構成される個所以外の表面に形成された樹脂皮膜を相対的に薄くすることにより、セル形成時のセルの厚みが樹脂皮膜により厚くなりすぎることなく、さらにはセルをスタック状に積層したときもスタック長が長くなりすぎず、コンパクトな燃料電池を製造可能となる。

（２）セパレータ基材に設けられた開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とに半導体層を形成する工程と、電着塗装により前記セパレータ基材および半導体層上に同時に樹脂皮膜を形成することで、前記半導体層に対応して形成された樹脂皮膜を、それ以外の前記セパレータ基材の表面に形成された樹脂皮膜より厚く形成する工程と、を有する燃料電池用セパレータの製造方法である。

半導体層が形成された開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とから構成される個所（いわゆる、マニホールドエッジ部分）に、電着塗装を行うと、他の部分より発熱し、その結果、マニホールドエッジ部分付近の電着塗料が溶解し、マニホールドエッジ部分により電着塗料が付着するため、開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とに形成された樹脂皮膜が、前記開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とから構成される個所以外の表面に形成された樹脂皮膜より厚く形成される。

（３）上記（２）に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、前記半導体層を形成する工程では、前記開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とに形成された半導体層が、窓枠状の半導体層であって、前記セパレータ基材の開口部の端面に隣接し前記端面から所定の距離の平面と接触する半導体層の面の幅ａが、前記セパレータ基材の厚みｂに対して、ａ／ｂ≧１の条件を満たすように、前記セパレータ基材の開口部の端面および開口部の周縁部に半導体層が形成される燃料電池用セパレータの製造方法である。

上記セパレータ基材の開口部の端面に隣接し前記端面から所定の距離の平面と接触する半導体層の面の幅ａ（以下「窓枠状の半導体層の枠幅ａ」という場合もある）がセパレータ基材の厚みｂに対して、ａ／ｂ≧１とすることにより、電着塗装時の発熱量を十分に確保して、開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とから構成される個所（いわゆる、マニホールドエッジ部分）における樹脂皮膜を耐酸性に十分な厚みに形成することができる。

（４）上記（２）に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、前記半導体層を形成する工程において前記開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とに塗布される半導体材料の抵抗値は、１０^-2Ω以上１０⁹Ω以下である燃料電池用セパレータの製造方法である。

半導体層の半導体材料の抵抗値を上述の範囲にすることにより、電着塗装時の発熱量を十分に確保して、開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とから構成される個所（いわゆる、マニホールドエッジ部分）における樹脂皮膜を耐酸性に十分な厚みに形成することができる。

（５）セパレータ基材及び半導体層上に樹脂を被覆する前の前処理済みセパレータであって、セパレータ基材に設けられた開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とに、前記セパレータ基材の表面に形成された樹脂皮膜よりも前記半導体層層の表面に厚く樹脂皮膜が形成されるように、前記半導体層が形成された前処理済みセパレータ基材である。

前処理済みセパレータ基材が、開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とに半導体層が形成されているので、のちの電着塗装において、半導体層が形成されたいわゆるマニホールドエッジ部分に選択的に電着樹脂塗料が付着する。

（６）上記（５）に記載の前処理済みセパレータ基材において、前記開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とに形成された半導体層は、窓枠状の半導体層であって、前記セパレータ基材の開口部の端面に隣接し前記端面から所定の距離の平面と接触する半導体層の面の幅ａは、前記セパレータ基材の厚みｂに対して、ａ／ｂ≧１の条件を満たすす前処理済みセパレータ基材である。

前処理セパレータ基材において、前記セパレータ基材の開口部の端面に隣接し前記端面から所定の距離の平面と接触する半導体層の面の幅ａ（以下「窓枠状の半導体層の枠幅ａ」という場合もある）がセパレータ基材の厚みｂに対して、ａ／ｂ≧１とすることにより、のちの電着塗装時の発熱量を十分に確保し、開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とから構成される個所（いわゆる、マニホールドエッジ部分）における樹脂皮膜を耐酸性に十分な厚みに形成することが可能となる。

（７）上記（５）に記載の前処理済みセパレータ基材において、前記半導体層を形成するために前記開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とに塗布される半導体材料の抵抗値は、１０^-2Ω以上１０⁹Ω以下である前処理済みセパレータ基材である。

前処理済みセパレータ基材において、半導体層の半導体材料の抵抗値を上述の範囲にすることにより、電着塗装時の発熱量を十分に確保して、開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とから構成される個所（いわゆる、マニホールドエッジ部分）における樹脂皮膜を耐酸性に十分な厚みに形成することが可能となる。

（８）上記（１）に記載の燃料電池セパレータにおいて、前記開口部は、燃料ガス排出口及び酸化剤ガス排出口の少なくとも一方である燃料電池用セパレータである。

燃料ガス排出口及び酸化剤ガス排出口の少なくとも一方は、燃料電池の運転時に生成した水も排出される個所であり、他の開口部に比べ腐食の可能性が高いが、上述のように、燃料ガス排出口及び酸化剤ガス排出口の少なくとも一方において、樹脂皮膜の膜厚を厚くすることにより、セパレータの腐食を抑制することができる。

（９）電解質膜と前記電解質膜を挟持する燃料極と空気極とからなる接合体と、前記接合体を挟持する上記（１）または（８）に記載の一対のセパレータとから構成されるセルを積層してなる燃料電池である。

セルの厚みが厚くなりすぎることなくスタック長の伸長も抑制され、且つ耐腐食性に優れた燃料電池を提供することができる。

本発明によれば、耐酸性、導電性を有し、且つセル厚みが厚くなりすぎない、燃料電池用セパレータおよびその製造方法を提供し、さらに、スタック長の伸長も抑制された防食性に優れ耐久性の高い燃料電池を提供することができる。

以下、燃料電池セパレータおよびその製造方法並びに燃料電池について、図面に基づいて説明する。

［燃料電池用セパレータの製造方法］
セパレータ基材としては、例えば、ＳＵＳ製セパレータ基材が挙げられ、例えばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３１６やＳＵＳＭＸ７などのオーステナイト系ステンレス、ＳＵＳ４３０などのフェライト系ステンレス、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４１６やＳＵＳ４２０などのマルテンサイト系ステンレスと、ＳＵＳ６３１などの析出硬化系ステンレスなどのステンレス鋼が挙げられる。

本実施の形態において、図１に示すように、セパレータ基材１０の両端には、それぞれ、燃料ガスと酸化剤ガスと冷却水を供給される供給連通孔および燃料ガスと酸化剤ガスと冷却水が排出される排出連通孔として機能する開口部１４が設けられ、さらに、セパレータ基材１０には、開口部の一部の供給連通孔から供給された燃料ガスや酸化剤ガスをそれぞれ流通させる凹凸溝のガス流路が設けられた発電に関与する領域１２が形成されている。

本実施の形態では、マスキングを施した発電に関与する領域１２を除くセパレータ基材１０において、まず、開口部１４の端面１３と開口部１４の端面１３に隣接する平面の前記端面から所定の距離とから構成される個所（いわゆる、マニホールドエッジ部分）に半導体材料を塗布し、半導体層１６を形成する（Ｓ１００）。ここで、上記マスキングは、電解液の浸透を阻止する略矩形のシール皮膜をＳＵＳＵ製セパレータ基材２０のガス流路上にのち脱離可能に接合してもよい。または、絶縁性の樹脂をＳＵＳＵ製セパレータ基材２０のガス流路上に塗布して固化させるなど、従来のマスキング方法を用いることができる。また、上記半導体材料の抵抗値は、１０^-6Ω以上１０¹⁴Ω以下であり、好ましくは１０^-2Ω以上１０⁹Ω以下である。抵抗値が１０^-6Ω未満の場合には、抵抗による発熱が生じないため、セパレータ基材１０の開口部１４の端面１３と開口部１４の端面１３に隣接する平面の端面１３から所定の距離とから構成される個所（いわゆるマニホールドエッジ部分）と他の平坦部分とが同じ樹脂皮膜厚みになってしまい、一方、抵抗値が１０¹⁴Ωを超えると、電気が流れず、いわゆるマニホールドエッジ部分に樹脂皮膜が形成されなくなってしまう。

また、半導体材料としては、例えば、炭化ケイ素粒子を用いる場合には、ワークであるに吹き付けて半導体層１６を形成する。半導体層１６の厚みは、３ｎｍ以上２０００ｎｍ（２μｍ）である。

また、他の半導体層１６の形成方法としては、例えば、セパレータ基材１０の開口部周縁部（いわゆるマニホールドエッジ部分）を除く部分に上述したマスキングを施し、アルカリ溶液からなる電解処理溶液中に、セパレータ基材１０の電極接続部にカソードに接続し、このセパレータ基材１０からなるワークを陰極とし、鉄または上述したステンレス鋼を陽極として、所定の厚みの鉄系水和酸化物皮膜を形成する。この鉄系水和酸化物皮膜も半導体層１６として機能する。

また、図１のＡ−Ａ線に沿った断面の一部を拡大した図２に示すように、開口部１４の端面１３と開口部１４の端面１３に隣接する平面の端面１３から所定の距離とに形成された半導体層１６は、あたかも開口部１４にはめ込まれた窓枠のような形状を有する。また、セパレータ基材１０の開口部１４の端面１３に隣接し端面１３から所定の距離の平面と接触する半導体層１６の面の幅ａ（以下「窓枠状の半導体層の枠幅ａ」という場合もある）が、セパレータ基材１０の厚みｂに対して、ａ／ｂ≧１の条件を満たすように、セパレータ基材１０の開口部１４の端面１３と開口部１４の端面１３に隣接する平面の端面１３から所定の距離とに半導体層１６は形成される。ａ／ｂ＜１になると、電着塗装時の半導体層１６における発熱量が少なく、マニホールドエッジ部分における耐蝕性を満たすための樹脂皮膜厚にすることが難しくなるおそれがある。なお、「開口部１４の端面１３に隣接する平面の端部１３から所定の距離」の範囲の個所を「開口部１４の周縁部」ともいう。

上述の半導体層形成工程により得られた前処理済みセパレータ基材２０に対し、発電に関与する領域１２をマスキングしたまま、次に、図４に示す電着塗装により、発電に関与する領域１２以外の前処理済みセパレータ基材２０の周縁部にカチオン電着塗装を行い樹脂皮膜を形成する（Ｓ１２０）。

マスキングを施した前処理済みセパレータ基材２０（図１）をワーク３２として陰極とし、上記電着樹脂皮膜２２（図１）を形成するために、電解槽３６に貯留された水性電着樹脂塗料液３８中に浸漬し、対極３４との間に直流電流を印加することによって、カチオン電着により半導体層１６上並びの発電に関与する領域１２以外の前処理済みセパレータ基材２０の周縁部に電着により樹脂皮膜２２を形成する。ここで、前処理済みセパレータ基材２０（図１）は、発電に関与する領域１２の裏面に相当する領域の複数箇所、または、前処理済みセパレータ基材２０のマスキングされた領域を除く全面の複数箇所を電極接合部として、カソードに接続され、前処理済みセパレータ基材２０からなるワーク３２を陰極として、水溶性電着樹脂塗料が、マスキング以外の領域に電着塗装される。

上記樹脂皮膜２２を形成する水溶性電着樹脂塗料は、如何なる電着樹脂塗料でも良いが、例えば、導電性樹脂塗料または絶縁性樹脂塗料が挙げられる。

導電性樹脂塗料としては、既存のカチオン電着塗装用の電着樹脂塗料に、導電材を混ぜたものであり、ここで導電材としては、例えば、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーンなどのカーボン素材、または耐蝕性の金属などのを所望の導電度に応じて添加される。

また、カチオン電着塗装用の電着塗料としては、親水性官能基、例えばアミン基を有するアミン系樹脂を用いることができる。アミン系樹脂としては、例えば、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アミン硬化エポキシ樹脂などが挙げられる。なお、半導体層１６として鉄水和酸化物皮膜を用いる場合には、親和性官能基であるアミン基を有するアミン系樹脂が好ましい。

半導体層１６を形成したのち、上述した導電性樹脂塗料により電着塗装を行うことにより、図１のＢ−Ｂ線に沿った断面の一部を拡大した図３に示すように、樹脂皮膜形成セパレータ３０は、開口部１４の端面１３と開口部１４の端面１３に隣接する平面の端面１３から所定の距離とから構成される個所（いわゆるマニホールドエッジ部分）に形成された半導体層１６上に、マニホールドエッジ部分以外に形成された樹脂皮膜より厚い樹脂皮膜２２が形成されることとなる。これにより、耐酸性でかつ導電性を有する樹脂皮膜を形成することができる。

また、電着塗装時に絶縁性樹脂塗料を電着塗装を行う場合にも上述同様にして樹脂皮膜を形成する。なお、導電性樹脂塗料を用いた電着塗装する場合、上述では発電に関与する領域１２にマスキングを施し電着塗装を行ったが、導電性樹脂塗料の場合、発電に関与する領域１２のマスキングを外して、発電に関与する領域１２にも導電性樹脂皮膜を形成してもよい。

［燃料電池］
本実施の形態の燃料電池は、電解質膜と前記電解質膜を挟持する燃料極と空気極とからなる接合体２４と、接合体２４を挟持するようにガス拡散層として機能するフレーム２６とを、上述した、図５に示すセパレータ基材１０の開口部１４の端面１３および開口部１４の周縁部に形成された樹脂皮膜２２ａが、開口部の端面および開口部１４の周縁部以外に形成された樹脂皮膜２２より厚い一対の燃料電池用セパレータにより挟持して構成されるセル６０をスタック状に積層してなる燃料電池である。

セル６０の厚みが厚くなりすぎることなくスタック長の伸長も抑制され、且つ耐腐食性に優れた燃料電池を提供することができる。

以下に、本発明の表面処理が施された燃料電池用セパレータについて、実施例を用いて説明する。なお、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に制約されるものはない。

［実施例１］
オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳからなるセパレータ基材１０のガス流路領域（発電に関与する領域）に、四隅に着脱可能な吸盤を有する略矩形のゴム製のシール部材を接合する。図１に示すように、このマスキングされたセパレータ基材１０の開口部１４の端面と開口部１４の端部に隣接する平面の前記端部から所定の距離とから構成される個所にＳｉＣ粒子を吹き付け塗布して厚さ２μｍの抵抗値０．０１Ωから１０Ωの半導体層１６を形成する。次いで、１０重量％から５０重量％カーボン粒子が分散されたポリアミド樹脂塗料を導電性塗料として用い、前処理済みセパレータ基材２０のガス流路領域（発電に関与する領域）に、四隅に着脱可能な吸盤を有する略矩形のゴム製のシール部材を接合するとともに、前処理済みセパレータ基材２０の接合体挟持面と反対面である背面全面に、同様にゴム製のシール部材を接続した。そののち、上述した導電性塗料を含有する塗料濃度２０重量％の電着浴に、上記マスキング済みの前処理済みセパレータ基材２０を陰極として浸漬し、塗極比＋/−：−１/２、極間距離：１５ｃｍ、液温３０℃に調整した。５秒で所定の電圧となるよう印加電圧を上げ、所定の電圧に達した後、１１５〜１４５秒間印加電圧を保持し、カチオン電着塗装を行った。得られた樹脂皮膜形成セパレータは、マニホールドエッジ部分の樹脂皮膜の厚みが３０μｍであり、他の部分の樹脂皮膜の厚みは２０μｍであった。このセパレータを「セパレータＡ」という。

［比較例１］
オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳからなるセパレータ基材１０のガス流路領域（発電に関与する領域）に、四隅に着脱可能な吸盤を有する略矩形のゴム製のシール部材を接合する。このマスキングされたセパレータ基材１０に、１０重量％から５０重量％カーボン粒子が分散されたポリアミド樹脂塗料を導電性塗料として用い、実施例１と同一条件にてカチオン電着塗装を行った。得られた樹脂皮膜形成セパレータの樹脂皮膜の厚みは２０μｍであった、このセパレータを「セパレータＢ」という。

＜腐食性試験＞
硫酸含有ｐＨ２．０の酸性溶液＋Ｃｌ^-（５００ｐｐｍ）中に樹脂形成基材を陽極として、対極との間に電圧を印加してゆき、上記陽極と対極との間に腐食電流が流れ出すときの電圧を測定する。

上記腐食試験を行った結果、上記半導体層を形成した後樹脂被覆を形成したセパレータ基材Ａの腐食電流が流れた時の電圧は、１．２Ｖ以上であった。一方、セパレータ基材Ｂの腐食電流が流れた時の電圧は、０．５３〜０．５５Ｖであった。上記結果より、明らかに本発明のマニホールドエッジ部分に半導体層を形成した後樹脂皮膜を形成したセパレータ基材Ａの方が防食性に優れることが分かる。

本発明の燃料電池用セパレータおよび燃料電池用セパレータの製造方法、前処理セパレータ基材は、燃料電池を用いる用途であれば、いかなる用途にも有効であるが、特に車両用の燃料電池に供することができる。

本発明の燃料電池用セパレータの製造方法の一例を説明する図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図の一部拡大図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図の一部拡大図である。 カチオン電着塗装の工程を説明する模式図である。 本発明の燃料電池用セパレータを用いた燃料電池用セルの一例の構成を示す断面図である。 樹脂皮膜の厚みが一様な燃料電池用セパレータを用いた燃料電池用セルの一例の構成を示す断面図である。 燃料電池のセルの構成および発電時のメカニズムを説明する図である。

符号の説明

１０ セパレータ基材、１２ 発電に関与する領域、１３ 端面、１４ 開口部、１６ 半導体層、２０ 前処理済みセパレータ基材、２２，２２ａ 樹脂皮膜、２４ 接合体、２６ フレーム、３０ 樹脂皮膜形成セパレータ、６０ セル。

Claims (9)

1. 開口部を有し表面に樹脂皮膜が形成された燃料電池用セパレータであって、
   セパレータ基材に設けられた開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とに形成された半導体層と、
   前記セパレータ基材および半導体層上に形成された樹脂皮膜と、を有し、
   前記半導体層に対応して形成された樹脂皮膜が、それ以外の前記セパレータ基材の表面に形成された樹脂皮膜より厚いことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
2. セパレータ基材に設けられた開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とに半導体層を形成する工程と、
   電着塗装により前記セパレータ基材および半導体層上に同時に樹脂皮膜を形成することで、前記半導体層に対応して形成された樹脂皮膜を、それ以外の前記セパレータ基材の表面に形成された樹脂皮膜より厚く形成する工程と、を有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。
3. 請求項２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
   前記半導体層を形成する工程では、前記開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とに形成された半導体層が、窓枠状の半導体層であって、
   前記セパレータ基材の開口部の端面に隣接し前記端面から所定の距離の平面と接触する半導体層の面の幅ａが、前記セパレータ基材の厚みｂに対して、ａ／ｂ≧１の条件を満たすように、前記セパレータ基材の開口部の端面および開口部の周縁部に半導体層が形成されることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
4. 請求項２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法において、
   前記半導体層を形成する工程において前記開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とに塗布される半導体材料の抵抗値は、１０^-2Ω以上１０⁹Ω以下であることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
5. セパレータ基材及び半導体層上に樹脂を被覆する前の前処理済みセパレータであって、セパレータ基材に設けられた開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とに、前記セパレータ基材の表面に形成された樹脂皮膜よりも前記半導体層層の表面に厚く樹脂皮膜が形成されるように、前記半導体層が形成されたことを特徴とする前処理済みセパレータ基材。
6. 請求項５に記載の前処理済みセパレータ基材において、
   前記開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とに形成された半導体層は、窓枠状の半導体層であって、
   前期セパレータ基材の開口部の端面に隣接し前記端面から所定の距離の平面と接触する半導体層の面の幅ａは、前記セパレータ基材の厚みｂに対して、ａ／ｂ≧１の条件を満たすことを特徴と前処理済みセパレータ基材。
7. 請求項５に記載の前処理済みセパレータ基材において、
   前記半導体層を形成するために前記開口部の端面と前記開口部の端面に隣接する平面の前記端面から所定の距離とに塗布される半導体材料の抵抗値は、１０^-2Ω以上１０⁹Ω以下であることを特徴とする前処理済みセパレータ基材。
8. 請求項１に記載の燃料電池セパレータにおいて、
   前記開口部は、燃料ガス排出口及び酸化剤ガス排出口の少なくとも一方であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
9. 電解質膜と前記電解質膜を挟持する燃料極と空気極とからなる接合体と、前記接合体を挟持する請求項１または請求項８に記載の一対のセパレータとから構成されるセルを積層してなる燃料電池。

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