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公開番号2025094310
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-25
出願番号2023209734
出願日2023-12-13
発明の名称セパレータ及びその製造方法
出願人トヨタ自動車株式会社,ニチアス株式会社
代理人弁理士法人平木国際特許事務所
主分類H01M 8/0228 20160101AFI20250618BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】シール部材又は別のセパレータとの良好な接着性を備えたセパレータ、及び良好な導電性を有するカーボンコート層を剥離することなく製造することができる当該セパレータの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、セパレータ基材と、セパレータ基材の表面上にPVD法により形成されているカーボンコート層と、カーボンコート層上に接着されているスチレン系粘着剤とを備えるセパレータ及びその製造方法に関する。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
セパレータ基材と、
セパレータ基材の表面上に形成されているカーボンコート層と、
カーボンコート層上に接着されているスチレン系粘着剤と
を備え、
カーボンコート層表面が、Ｘ線光電子分光法で測定したときに６原子％以下の酸素比率を有する
セパレータ。
続きを表示（約 730 文字）【請求項２】
スチレン系粘着剤が、スチレン単量体の重合体ブロックと、１種以上の脂肪族モノオレフィン及び／又は１種以上の脂肪族共役ジオレフィンの（共）重合ブロックあるいはその部分若しくは完全水添体ブロックと、を有する共重合体、又はそれら２種以上の混合物から選択される、請求項１に記載のセパレータ。
【請求項３】
スチレン系粘着剤が、シート状である、請求項１又は２に記載のセパレータ。
【請求項４】
（ｉ）セパレータ基材の表面上にＰＶＤ法によりカーボンコーティングを施すことによりカーボンコート層を形成させる工程と、
（ｉｉ）（ｉ）の工程で形成させたカーボンコート層上にスチレン系粘着剤を配置する工程と
を含む、セパレータの製造方法。
【請求項５】
（ｉ）の工程において、ＰＶＤ法が、フィルターレスアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法である、請求項４に記載のセパレータの製造方法。
【請求項６】
（ｉｉ）の工程において、スチレン系粘着剤が、スチレン単量体の重合体ブロックと、１種以上の脂肪族モノオレフィン及び／又は１種以上の脂肪族共役ジオレフィンの（共）重合ブロックあるいはその部分若しくは完全水添体ブロックと、を有する共重合体、又はそれら２種以上の混合物から選択される、請求項４又は５に記載のセパレータの製造方法。
【請求項７】
（ｉｉ）の工程において、スチレン系粘着剤が、シート状である、請求項４又は５に記載のセパレータの製造方法。
【請求項８】
（ｉｉ）の工程において、スチレン系粘着剤が、シート状である、請求項６に記載のセパレータの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータ、特に燃料電池用セパレータ及び当該セパレータの製造方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガス（水素）と酸化剤ガス（酸素）との反応により起電力を生じる単セルを所定数だけ積層したスタック構造を有する。単セルは、電解質膜の両面にアノード及びカソードの電極層（触媒層）を備える膜電極接合体（ＭＥＡ）と、場合により当該膜電極接合体の両面にそれぞれ配置されるガス拡散層（ＧＤＬ）（ここで、ＧＤＬ－ＭＥＡ－ＧＤＬは、「膜電極ガス拡散層接合体」という）と、当該膜電極接合体又は膜電極ガス拡散層接合体の両面にそれぞれ配置されるセパレータとを有する。
【０００３】
セパレータは、単セルを電気的に直列接続する機能並びに燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水を互いに遮断する隔壁としての機能を有する。
【０００４】
一般に、セパレータの一方の面には、単セル内に反応ガスを流すための反応ガス流路が形成され、他方の面には単セル内に冷却媒体を流すための冷却媒体流路が形成されている。また、セパレータの周縁部には、反応ガスの入口及び出口として機能する反応ガスマニホールド開口と、冷却媒体流路の入口及び出口として機能する冷却媒体マニホールド開口とが形成されている。さらに、反応ガス流路や、冷却媒体流路、反応ガスマニホールド開口、冷却媒体マニホールド開口の周囲には、適宜、それぞれの流体の漏洩を抑制するためのシール部材が設けられている。
【０００５】
図１に、燃料電池セル９を２つ積み重ねたスタックの断面構造の一例を模式的に示す。図１に示すように、セパレータ３は、反応ガスであるＨ
２
、Ｏ
２
及び冷却媒体である冷却水などの流体の漏洩を抑制するためのシール部材である樹脂フレーム２や、ＧＤＬ（アノード用又はカソード用）４などの他部材と接着させたり、さらには別の燃料電池セル９のセパレータ３’、すなわち別のセパレータ３’と接合させるためのゴムガスケット１と接着させたりする必要があり、したがって、セパレータと、他部材との接着に使用される接着剤との接着性は、セパレータの特性における重要な要素である。
【０００６】
例えば、特許文献１には、固体高分子型燃料電池のセパレータや膜電極接合体の周縁部をシールするためのシール部材であって、シール部材は、発泡ゴムからなるシール部材主部の表面に粘着層が積層一体化されたシール部材であり、前記発泡ゴムは、未架橋ゴム材料に熱膨張性マイクロカプセルを配合し、熱膨張性マイクロカプセルを発泡させることによりゴム材料を膨張させて架橋して得られた発泡ゴムであり、前記粘着層は、ＵＶ架橋により架橋されており、シール部材主部に架橋接着されている燃料電池用シール部材が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、セパレータを有する燃料電池セルであって、前記セパレータが、ＮＣ処理されている表面を有し、前記セパレータの周縁部が、前記セパレータの内側部より多い量のカーボンブラックを有し、前記周縁部の少なくとも一部が、極性基を有する樹脂と接着されている燃料電池セルが開示されており、ＮＣ処理により塗布されたカーボンブラックのセパレータ表面上に残存させる量を変更することにより、セパレータと接着剤との接着性が調節できることが記載されている。
【０００８】
特許文献３には、セパレータ及び前記セパレータに接着されたシール部材を備える燃料電池セルの製造方法であって、水を用いて前記セパレータを洗浄することと、洗浄後に、前記セパレータに１１０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上のエネルギーを有する紫外光を照射して、前記セパレータに付着した水分を除去することと、紫外光照射後に、前記セパレータに水分が再付着する前に前記セパレータを前記シール部材に接着することとを含む、燃料電池セルの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０１６－０１８７０３号公報
特開２０１９－１９２５０７号公報
特開２０２０－１６７１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図２に、セパレータの基本的な構造の一例を模式的に示す。セパレータは、膜電極接合体又は膜電極ガス拡散層接合体を配置するための電極部１０及び他部材（シール部材）を接着するためのシール部１１を含む。通常、セパレータ基材１２表面上には、セパレータに耐食性を付与するために、耐食性コーティング、例えばチタンコーティングを施すことでチタンコート層１３が形成されており、チタンコート層１３表面上には、セパレータに導電性を付与するために、導電性コーティング、例えばカーボンコーティングを施すことでカーボンコート層１４が形成されている。導電性コーティングの方法には、湿式法によるコーティングと、乾式法によるコーティングとがある。
（【００１１】以降は省略されています）

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