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公開番号2025147500
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-07
出願番号2024047772
出願日2024-03-25
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,日本金属株式会社
代理人弁理士法人平木国際特許事務所
主分類H01M 8/021 20160101AFI20250930BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】十分な耐食性及び低い接触抵抗を有する燃料電池用セパレータ及びそのセパレータを低コストで製造する方法を提供する。
【解決手段】本発明は、冷却液と接する冷却液接触面及びガスと接するガス接触面を有するステンレス鋼製の燃料電池用セパレータであって、冷却液接触面が導電性不動態皮膜を有し、ガス接触面が基材上の耐食性金属中間層及び耐食性金属中間層上の導電層を有する、セパレータ及びその製造方法に関する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
冷却液と接する冷却液接触面及びガスと接するガス接触面を有するステンレス鋼製の燃料電池用セパレータであって、
冷却液接触面が導電性不動態皮膜を有し、
ガス接触面が基材上の耐食性金属中間層及び耐食性金属中間層上の導電層を有する、
セパレータ。
続きを表示（約 530 文字）【請求項２】
表面Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）で分析した導電性不働態皮膜中のＣｒ／Ｆｅ比（原子％）が、２以上であり、表面Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）で分析した導電性不働態皮膜中のＦ濃度が、０．１原子％以上であり、且つ、グロー放電発光分析（ＧＤ－ＯＥＳ）で分析した導電性不働態皮膜中のＬｉ濃度が、０．０５原子％以上である、請求項１に記載のセパレータ。
【請求項３】
（ｉ）ステンレス鋼製の基材に導電性不動態皮膜を付与して導電性基材を調製する工程と、
（ｉｉ）（ｉ）の工程で得られた２枚以上の導電性基材を各導電性基材のガスと接することになるガス接触面全体が露出するように重ね合わせる工程と、
（ｉｉｉ）（ｉｉ）の工程で重ね合わせた２枚以上の導電性基材の露出しているガス接触面上にＰＶＤ処理を行い、基材上の耐食性金属中間層及び耐食性金属中間層上の導電層を形成させる工程と
を含む、燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項４】
（ｉ）の工程が、（Ａ）不働態皮膜中にフッ素を注入する工程、（Ｂ）不働態皮膜中にリチウムを注入する工程、及び（Ｃ）不働態皮膜中の鉄を溶出する工程を含む、請求項３に記載の方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータ及びその製造方法、具体的には燃料電池用セパレータ及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,400 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（触媒層及びガス拡散層）を備える膜電極接合体と、当該膜電極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】
燃料電池用セパレータは、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液を互いに遮断する隔壁としての機能を有する。
【０００４】
このような燃料電池用セパレータについて、様々な研究が行われている。
【０００５】
例えば特許文献１には、セパレータ基材によって形成された基層と、前記基層の上に形成され前記基層表面に連続して設けられた金属層と、前記金属層の上に形成された金属窒化物層と、を有することを特徴とする燃料電池セパレータが開示されている。
【０００６】
特許文献２には、固体高分子形燃料電池のセパレータ用ステンレス鋼材であって、ステンレス鋼母材と、当該ステンレス鋼母材の表面に設けられた酸化膜と、当該酸化膜の表面に設けられ非金属性導電物質を備える導電層と、前記酸化膜を貫通するように設けられ、前記ステンレス鋼母材および前記導電層に電気的に接続する導電性物質とを備え、前記酸化膜の表面に設けられた前記非金属性導電物質が黒鉛質炭素を含み、当該黒鉛質炭素の結晶について広角Ｘ線回折測定することにより得られる原子面の回折線のピーク強度を比較したときに、（１１０）原子面の回折線のピーク強度の（００４）原子面の回折線のピーク強度に対する比率が０．１未満であることを特徴とする、ステンレス鋼材が開示されている。
【０００７】
特許文献３には、金属基材と、金属基材の上に形成された耐食性金属中間層と、耐食性金属中間層の上に形成された炭素層と、を有し、炭素層のラマンスペクトルにおけるＤバンドピーク強度（Ｉ
Ｄ
）とＧバンドピーク強度（Ｉ
Ｇ
）の強度比（Ｉ
Ｄ
／Ｉ
Ｇ
）が０．７０以上０．９５未満である、燃料電池セパレータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１０－８６８９７号公報
特開２０１０－１４０８８６号公報
特開２０２２－４５１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
燃料電池用セパレータ（以下、単に「セパレータ」ともいう）は発生した電流を隣のセルに流す役割も担っているので、セパレータを構成する基材には高い導電性及びその高い導電性が燃料電池のセル内部の高温・酸性雰囲気の中においても長期間維持されることとなる十分な耐食性が要求される。ここで、高い導電性とは接触抵抗が低いことを意味する。また、接触抵抗とは電極とセパレータ表面との間で界面現象のために電圧降下が生じることをいう。
【００１０】
そのため、セパレータを構成する基材としては導電性及び耐食性に優れる純チタンやチタン合金を使用することが多く、これはセパレータ製造におけるコストアップの大きな要因の一つになっている。
（【００１１】以降は省略されています）

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