JP2000323151A

JP2000323151A - 燃料電池およびその製造法

Info

Publication number: JP2000323151A
Application number: JP11130902A
Authority: JP
Inventors: Hisaaki Gyoten; 久朗行天; Hideo Obara; 英夫小原; Kazuhito Hado; 一仁羽藤; Junji Niikura; 順二新倉; Teruhisa Kanbara; 輝壽神原; Toshihiro Matsumoto; 敏宏松本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-05-12
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2000-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】高分子電解質型燃料電池の金属導電性ガス流
路板の腐食（金属イオンの溶出）と接触抵抗の増大の両
者を抑制するための表面被膜形成処理は、材料的・プロ
セス的にが低コスト化が困難であった。【解決手段】金属導電性ガス流路板の表面の酸化物層
を除去した後、金や導電性窒化物などの耐食性導電材料
を不連続な島状に形成することによって使用材料を節約
すると同時に、製膜時間を短縮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、民生用コジェネレ
ーションや移動体用の発電器として有用な燃料電池、特
に高分子を電解質とする高分子電解質型燃料電池とその
製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、水素などの燃料と空気など
の酸化剤ガスをガス拡散電極によって電気化学的に反応
させ、電力を得る発電装置である。用いる電解質の種類
によっていくつかのタイプがある。電解質として、水素
イオン導電性高分子膜を用いた高分子電解質型の場合
は、側鎖末端基としてスルホン酸を導入したフッ素樹脂
ポリマー膜が主流となっている。

【０００３】燃料電池を構成するとき、こられの電解質
層には、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を有
する電極反応層を密着させ、さらに電極反応層の外面
に、ガス通気性と導電性を兼ね備えた一対の電極基材が
密着させ、ガス拡散電極とする。ガス拡散電極の外側に
は、これらの電極および電解質の接合体を機械的に固定
するとともに、隣接する接合体を互いに電気的に直列に
接続するための、導電性ガス流路板を配置する。

【０００４】導電性ガス流路板のガス拡散電極と接触す
る部分には、ガス拡散電極に反応ガスを供給し、また生
成ガスや余剰ガスを運び去るためのガス流路を形成す
る。電解質層、ガス拡散電極、導電性ガス流路板を積層
することで作成した燃料電池を、数十から数百セル直列
に積層し、それぞれのガス流路に、水素などの燃料ガス
と空気とを供給するためのマニホルドを取り付け、電池
モジュールとする。

【０００５】通常、導電性ガス流路板の構成材料は、ガ
ス気密性があり、同時に導電性と耐食性とを兼ね備えた
カーボン材料が用いられてきた。また、低コスト化とさ
らなる薄型化をねらいとしてて、金属材料によるものが
提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】高分子電解質型燃料電
池では、電解質膜の乾燥を防ぐため、加湿した酸化剤ガ
スと燃料ガスを供給する。したがって、このような加湿
雰囲気でも耐食性を維持するため、金属材料を用いて構
成した導電性ガス流路板は、その表面に耐食処理を施し
たり、導電性の保護皮膜を形成する必要がある。例えば
金などの貴金属は耐食性が高く、導電性も高いが、金そ
のものの材料コストが高く、実用性が低くなる。貴金属
に代わり、導電性の窒化物や炭化物などで表面保護膜を
形成する方法では、製膜や表面処理に長時間かかり、低
コスト化の妨げとなっている。また、導電性ガス流路板
上に平面状連続被膜を形成すると接触の極圧性が低くな
り、接触抵抗が増大し、この結果電池性能が低下する。

【０００７】また、カーボン板で構成した導電性ガス流
路板は、カーボン板がポーラスであるため、電池のイン
ピーダンスを低く保つためには、高い圧力で電池全体を
締め付けなけらばならず、このためには外部締め付け治
具が大型化するという課題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め本発明の燃料電池は、水素イオン伝導性高分子電解質
膜を挟んだ一対のガス拡散電極と、前記ガス拡散電極を
挟んだ一対の導電性ガス流路板とを具備した燃料電池に
おいて、前記ガス拡散電極に接触する前記導電性ガス流
路板の少なくとも一部分に、耐食性を有する導電性接触
ポイントを配置したことを特徴とする。

【０００９】このとき、導電性接触ポイントを配置した
以外の、導電性ガス流路板の表面に、耐食性を有する被
膜層を形成したことが有効である。

【００１０】また、導電性接触ポイントは、導電性ガス
流路板の表面で不連続な島状構造を有することが有効で
ある。

【００１１】また、導電性接触ポイントの一部分が、導
電性ガス流路板の内部に嵌入していることが有効であ
る。

【００１２】以上では、導電性接触ポイントを、貴金
属、チタン、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性酸化
物より選ばれる少なくとも１種の材料で構成したことが
有効である。

【００１３】また以上では、導電性ガス流路板を金属材
料で構成したことが有効である。

【００１４】このとき、金属材料は、Ｆｅを主成分と
し、Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗより選ばれる少な
くとも１つの元素を含むことが有効である。

【００１５】また、金属材料は、Ａｌを主成分とするこ
とを特徴とする請求項６記載の燃料電池。

【００１６】このとき、導電性接触ポイントは、導電性
ガス流路板を構成する金属元素を構成材料として有する
ことが望ましい。

【００１７】以上では、金属表面の酸化被膜を除去した
のち、導電性接触ポイントを形成したことを特徴とする
製造法が望ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の構成は、ガス拡散電極に
接触する前記導電性ガス流路板の少なくとも一部分に、
耐食性を有する導電性接触ポイントを配置したことを特
徴とする。これは、導電性接触ポイントを連続皮膜では
なく、不連続な島状に形成し、保護被膜を構成する材料
の節約と製膜時間の短縮、ひいてはコスト低減を図った
ものである。導電性接触ポイントの形状としては、導電
性接触ポイント全体の９０％以上の直径がおおよそ２ｍ
ｍ以下であるとき、とくに有効であった。更に、このと
き、厚みを約１００ｎｍ以下とすると、有効な効果を維
持しつつ、短い製膜時間で作成することができた。

【００１９】具体的には保護被膜の導電性を確保すると
ともに保護被膜の耐久性を高めるために、通常の放置状
態で金属性の導電性ガス流路板の表面に形成される、酸
化被膜等の低導電性被膜を予め除去した後、保護被膜を
形成する方法を行った。製膜時間の調整や、パルス状の
製膜、あるいは製膜時に金属性の導電性ガス流路板の温
度を最適化することによって島状の保護被膜が形成でき
ることを見出し、適用した。

【００２０】さらに、保護被膜に覆われていない金属性
の導電性ガス流路板表面の耐食性を保持・改善するため
に、その部分に有機物など別の保護被膜の形成や酸化処
理を行った。あるいはその表面に酸化物不働態などの耐
食被膜が自然形成されるステンレスなどの金属を導電性
ガス流路板に用いる構成が有効であった。

【００２１】また、金属性の導電性ガス流路板の表面に
形成する導電性と耐食性のある被膜の材料としては、
金、白金、炭素、チタン、導電性窒化物、導電性炭化
物、導電性酸化物が優れていた。さらに、金属性の導電
性ガス流路板の構成材料としては、導電性ガス流路板と
しての加工性の観点からアルミニウムを主成分とする金
属も大変有効であった。

【００２２】導電性耐食材料を金属性の導電性ガス流路
板に高速で衝突させたり、プレスして機械的に押し込む
方法、あるいはメカニカルアロイングによって前記導電
性耐食材料を分散させた金属性の導電性ガス流路板表面
の、導電性耐食材料以外の部分を除去することによって
導電性で耐食性を有する材料が金属導電性ガス流路板表
面に一部分が嵌入した金属導電性ガス流路板についても
有用性を実証した。

【００２３】また、以上のような導電性接触ポイントを
カーボン板で構成した導電性ガス流路板上に配置する
と、低い圧力の締結でも電池のインピーダンスを低く保
つことができた。

【００２４】以下、本発明の好適な実施例を具体的に記
載する。

【００２５】

【実施例】本発明は、金属部材の電気接点を介して外部
に電力を取り出す発電装置に対して本質的に有効なもの
と考えられるが、接触面の電流密度が大きいことから、
ジュール損の発電効率へ及ぼす影響が大きい燃料電池、
特に固体高分子型燃料電池へ適用した例で具体的に説明
する。

【００２６】（実施例１）まず、電池の構成方法につい
て記載する。

【００２７】アセチレンブラック系カ−ボン粉末に、平
均粒径約３０Åの白金粒子を２５重量％担持したものを
電極の触媒とした。この触媒粉末をイソプロパノ−ルに
分散した溶液に、高分子電解質であるパーフルオロカー
ボンスルホン酸の粉末をエチルアルコールに分散したデ
ィスパージョン溶液を混合し、ペースト状にした。一
方、電極のベースとなる厚さ４００μｍのカーボンペー
パーをフッ素樹脂の水性ディスパージョン（ダイキン工
業（株）製のネオフロンＮＤ１）に含浸して乾燥後、４
００℃で３０分熱処理して撥水性を付与した。

【００２８】撥水処理を施したカーボンペーパーの片面
に、前記の触媒ペーストを均一に塗布して触媒層を形成
した。形成後の反応電極中に含まれる白金量は０．５ｍ
ｇ／ｃｍ²、パーフルオロカーボンスルホン酸の量は
１．２ｍｇ／ｃｍ²となるよう調整した。触媒層を形成
した２枚のカーボンペーパー電極によって水素イオン伝
導性を有するパーフルオロカーボンスルホン酸の高分子
電解質膜（デュポン社製、ナフィオン膜、膜厚２５μ
ｍ）を挟んで重ね合わせた後、これを乾燥してガス拡散
電極とした。

【００２９】ガス拡散層としては前述のカーボンペーパ
ーの他にも、可撓性を有する素材としてカーボン繊維を
織ったカーボンクロス、さらにはカーボン繊維とカーボ
ン粉末を混合し有機バインダーを加えて成型したカーボ
ンフェルトを用いてもよい。

【００３０】次に、ガス拡散電極に活物質となる水素ガ
スと空気を供給し、生成した水蒸気やドレインガスを排
出するための導電性ガス流路溝を、ステンレス（ＳＵＳ
３１６）製の金属板を切削加工することで形成した。前
述のガス拡散電極を２枚の導電性ガス流路板によって挟
持し、導電性ガス流路板の背面から１５ｋｇ重／ｃｍ ²
の締結圧力で締結した。ガス拡散電極の周囲はブタジエ
ンゴムシートによってシール用ガスケットを構成し、ケ
ージ圧として２ｋｇ重／ｃｍ²のガス圧にもシール性が
確保できるようにした。

【００３１】次に、導電性接触ポイントの作成方法につ
いて記載する。

【００３２】作成方法の検討：耐食性を有する導電性
材料としては、まず金を用いた。４インチの金ターゲッ
トを用い、ｒｆマグネトロンスパッタ法によってステン
レス製の導電性ガス流路板上に金保護被膜を形成した。
スパッタリングは１０^-3ＴｏｒｒのＡｒガス雰囲気で行
い、ｒｆ電力は３００〜６００Ｗ、スパッタリング時間
は５秒〜２０００秒、基板すなわち導電性ガス流路板の
温度は室温〜６００℃度とした。

【００３３】電池に組んでの試験に先立って、ガス拡散
層として用いているカーボンペーパーと、金の保護皮膜
を表面に形成した金属導電性ガス流路板との接触電気抵
抗を測定した。その結果、スパッタリング時間が増える
につれて６００秒までは接触電気抵抗が急激に低下し、
スパッタリング時間３６００秒でほぼ一定の値まで低下
して安定することがわかった。表面元素定量分析の結
果、燃料電池の導電性ガス流路板材料として使用するに
十分に低い接触抵抗（〜１０ｍΩ・ｃｍ²）となるスパ
ッタリング時間６００秒では約１００ｎｍの金皮膜が形
成されていることがわかった。そこで低コスト性を追求
し、より少ない金の量と製膜時間で同様な低い接触抵抗
を得るために次のような製膜条件で製膜を行った。

【００３４】すなわち、ｒｆ電力を４００Ｗ程度に低く
抑え、金属導電性ガス流路板の温度を４００℃と高くし
た。スパッタリング時間も連続ではなく５秒間隔のパル
ス状とした。同様に接触電気抵抗を測定すると、スパッ
タリング時間１２０秒で、燃料電池として用いるに十分
な接触抵抗（〜１０ｍΩ・ｃｍ²）となることがわかっ
た。ＴＥＭ観察によってこの金属導電性ガス流路板の表
面性状を解析すると、図１−ａに示したように、スパッ
タリング蒸着した、不連続な島状の金１がステンレス製
の導電性ガス流路板２の上に形成されていることがわか
った。

【００３５】また、図１−ｂに示した平面状連続皮膜の
金３をステンレス導電性ガス流路板２上に形成した場合
には、実際の燃料電池で使用可能な接触抵抗である１０
ｍΩ・ｃｍ²以下の低い値を得るためには、その厚みを
１００ｎｍ程度必要であった。これに対し、本発明のポ
イントである導電性接触ポイントを不連続な島状に形成
した場合は、１０分の１の量の金の量で十分であった。
これは、島状の形状による接触抵抗に対する極圧性の効
果（スパイク効果）と、金の量の節約効果とが相乗され
たものと考える。

【００３６】形態と接触抵抗の検討：つぎに、蒸着す
る金の量を変化させ、ＴＥＭ観察による被覆率から島状
の金の厚みを算出した。この場合、１００ｎｍまでは不
連続な島状にした効果が大きく、同じ量の金を均一な平
面状連続皮膜に形成した場合よりも明らかに接触抵抗が
低かった。保護皮膜を不連続な島状に形成する有効な手
段としては、被蒸着材料の温度を高くすることがあげら
れる。温度を高くすると、蒸着面内での原子の移動が容
易になるので、固体の表面張力を駆動力として島状に形
成されやすくなる。

【００３７】同様に製膜条件を穏やかにし、蒸着量を抑
制することも非常に有効である。スパッタリング以外、
真空蒸着法やイオンプレーティング法など他の製膜方法
でもこのような考え方に沿って製膜条件や表面処理条件
を整えることによって、製膜時間を短縮できたり、必要
な蒸着量を抑制できるものと考えられる。例えば、後述
する窒化チタンの表面被膜形成にはイオンプレーティン
グ法を用いると、比較的短時間に不連続な島状被膜を形
成することができた。

【００３８】不連続な島状の金の厚みとしては１００ｎ
ｍ程度まで有効であったのに対し、１個の島状の金が覆
う面積の最適性についても検討を加えた。スパッタリン
グにて金の皮膜を形成する場合、通常の方法では島状部
分の直径が１００〜２００ｎｍに達すると連続的にな
り、本発明のような表面状態にすることができなかっ
た。そこで電子銃を用いた局所加熱によるアブレーショ
ン蒸着や、金属メッシュや微細孔を開けたマスク板を用
いて２００ｎｍ〜１０ｍｍの直径の金皮膜を島状に形成
し、製膜した金の量と接触抵抗の低減効果を調べた。そ
の結果、いずれの場合も有効であったが、直径が５ｍｍ
以上では金の節約量は極めて少なかった。電池を構成し
たときの電流密度の均一性を考慮すると直径３ｍｍ以下
が望ましいことがわかった。この場合もすべての島状皮
膜が３ｍｍ以下であることは必要でなく、実質的に９０
％程度の島状皮膜の直径が３ｍｍ程度であれば十分であ
ることは言うまでもない。

【００３９】材質の検討：保護皮膜を構成する導電性
材料としては、上述した金の他にも、ニッケル、鉄、白
金、炭素、アルミニウム、チタン、窒化チタン、炭化珪
素、酸化スズ、酸化鉛について実験を行った。

【００４０】形成方法は、ＰｂＯ₂とＳｎＯ₂とは、スパ
ッタ法を用いて、基板温度４０℃、スパッタガスは酸素
で３×１０^-4Torr、成膜速度２μｍ／時間で、膜厚８０
ｎｍとした。

【００４１】また、ＴｉＮは、ＲＦ−プレナマグネトロ
ンを用いたスパッタ法により、ＴｉＮ層を８０ｎｍの厚
さで形成した。このとき、ターゲットは、ＴｉＮ（９９
％）を用い、基板温度は２００℃とした。スパッタ雰囲
気は、４×１０^-2TorrのＡｒ（９９．９９９９％）と
し、スパッタ電力は４００Ｗとし、形成速度が１．５μ
ｍ／時間で、膜厚８０ｎｍとした。

【００４２】また、ＴｉＣは、ＲＦ−プレナマグネトロ
ンを用いたスパッタ法により、ＴｉＣ層を８０ｎｍの厚
さで形成した。このとき、ターゲットは、ＴｉＣ（９９
％）を用い、基板温度は３００℃とした。スパッタ雰囲
気は、２×１０^-2TorrのＡｒ（９９．９９９９％）と
し、スパッタ電力は４００Ｗとし、形成速度が１μｍ／
時間で、膜厚８０ｎｍとした。

【００４３】その他の金属は、上述の金のスパッタ成膜
と同じ方法により形成した。

【００４４】また、炭素は真空加熱蒸着法により、１×
１０^-6TorrのＡｒ雰囲気で、基板温度を３００℃とし、
加熱条件を制御することで、膜厚８０ｎｍとした。

【００４５】以上では、接触抵抗の低減効果に差はある
もののいずれの材料においても、均一な平面状連続に製
膜した場合より、製膜時間と製膜材料の量とを少なくす
ることができた。

【００４６】次に、このようにして表面に種々の導電材
料の皮膜処理を施した金属導電性ガス流路板を実際の燃
料電池に組み込んで電池試験を行った。電池試験の条件
は、７５℃に設定した冷却水を２０Ｌ／ｍｉｎ流し、Ｕ
ｆ（燃料ガス中の水素の消費率）＝８０％、Ｕｏ（酸化
剤ガス中の酸素の消費率）＝２０％に設定し、０．７Ａ
／ｃｍ²の電流密度で電池を連続運転したときの電圧の
変化を測定した。その結果を図２に示した。

【００４７】図２に於いて、例えばアルミニウムでは電
池運転開始後３０分程度で電池性能が低下した。この電
池を解体し、金属導電性ガス流路板の表面を観察すると
島状のアルミニウムが溶出し、一部はなくなっているこ
とがわかった。アルミニウムの他にもニッケル、鉄、酸
化スズにも同様な傾向がみられた。

【００４８】ここでは導電性窒化物の代表例として窒化
チタンを、また炭化物と酸化物の代表例としてそれぞれ
炭化珪素と酸化鉛を実験して有用性を見出したが、いわ
いる導電性でかつ耐食性材料であることが重要であり、
この条件を満たす窒化物、炭化物、酸化物、さらには他
の化合物も有効であることは言うまでもない。

【００４９】（実施例２）さらに別な本発明の実施例と
して、微細な耐食性導電粒子を金属製の導電性ガス流路
板の表面に形成する方法を検討した。まず、遊星ボール
ミルを用いて粒径が１μｍ内外のガラス状カーボン粒子
を調整した。ステンレス（ＳＵＳ３１６）製の導電性ガ
ス流路板表面にガラス状カーボン粒子を０．１ｍｍの厚
みに薄く堆積させた後、ローラープレスを通してガラス
状カーボン粒子を圧入した。堆積させたガラス状カーボ
ン粒子の一部が、ステンレス素材の中に嵌入している状
態が顕微鏡観察から確認できた。

【００５０】ガラス状カーボン粒子の他にもチタンの微
細粉を用いて実験を行った。チタンはガラス状カーボン
より硬度が低いためかガラス状カーボン粒子ほど深く金
属素材の中に嵌入してしなかったが、導電性ガス流路板
表面に不連続な島状に構成することができた。ローラー
プレスによる方法以外にも耐食性導電粒子ほ金属導電性
ガス流路板に高速で衝突させ、嵌入させる方法も考えら
れる。また、金属導電性ガス流路板の素材が柔らかい金
属の場合は、構成金属を耐食性導電粒子とメカニカルア
ロイングを用いて混合し、構成金属の中に耐食性導電粒
子が形成されている素材から切削やプレス成形によって
導電性ガス流路板を作製する方法もある。

【００５１】これまで行ってきた実験はＳＵＳ３１６で
できた金属導電性ガス流路板表面に直接、金や窒化チタ
ンの保護膜を形成したが、金や白金などの貴金属を除い
て通常の金属はその表面に酸化被膜が形成されている。
本実施例で用いたステンレスもその表面には酸化クロム
を主成分とする不働態被膜が形成されており、この存在
がステンレスの耐食性発現の要因であるが一方で接触の
電気抵抗増大の一因となっている。そこで金や窒化チタ
ン、炭化珪素などの耐食性導電性材料を島状に形成する
前に逆スパッタリング法や、水酸化カリウム水溶液、王
水などを用いた化学的なエッチング法によって表面の不
働態被膜を除去した。その結果、いずれの場合も同じ条
件で測定した接触抵抗が１０％程度改善されていること
がわかった。

【００５２】また、金属導電性ガス流路板の素材金属と
してＦｅをベースにしてＣｒ，Ｎｉが添加されたＳＵＳ
３１６を主として用いてきたが、Ｃｒ，Ｎｉの組成比を
変えたり、Ｃ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｗを構成添加金属として加
えた金属についても実験を行ったがいずれの場合も本発
明による高分子電解質型燃料電池の導電性ガス流路板を
構成する金属材料としては十分な材料であることが確認
できた。

【００５３】これらの結果から本発明の金属導電性ガス
流路板の素材としての条件は、表面被膜の電気抵抗よ
り、電池運転条件での耐食性が高い素材が優先されるこ
とがわかった。表面にどんなに電気抵抗の高い被膜が形
成されても、まず一旦エッチングによって取り除き不連
続な島状の高耐食性導電材料を構成した後、島状に被覆
されていない部分には再び耐食性が高い表面被膜が形成
される構成が重要であると考えられる。

【００５４】また、金属製の導電性ガス流路板の構成材
料としては、低コスト性の観点からはＦｅを主成分にし
た合金材料を用いることができる。また、導電性ガス流
路板の加工性も含めて低コスト性を追求するため、アル
ミニウムを主成分にした材料についても実験を行った。
アルミニウム導電性ガス流路板の場合はガス流路の形成
を切削で行わずにプレス成形で行うことができた。表面
の酸化アルミニウム被膜を逆スパッタリングによって除
去し、その後、本発明の構成となるように金を島状に形
成した。ステンレス系素材を用いたときと同様に接触電
気抵抗の測定や電池試験を実施した。いずれの結果もス
テンレス系素材と同様に良好であったが、長期間の電池
試験では若干性能が低下した。詳細な分析は行っていな
いが表面酸化被膜を除去した状態で用いたので、アルミ
ニウムイオンが溶出し、電極反応や水素イオンの伝導を
阻害したものと推察できる。ただ、アルミニウムは素材
の軽量性、加工容易性など優れた特徴を有するので有用
性は非常に高い。

【００５５】また、保護被膜を構成する耐食性導電材料
がカーボンの場合は金属製の導電性ガス流路板の素材と
してカーボンを含んだ方が耐久性が高く、耐食性導電材
料が窒化チタン、タングステンカーバイトの場合は、金
属導電性ガス流路板素材にそれぞれチタンやタングステ
ンを含んだものの耐久性が向上した。すなわち、耐食性
導電性材料を構成するいずれかの元素を成分として含む
金属導電性ガス流路板の方が界面において原子レベルで
の接合性が高く、耐久性も改善したと推察できる。

【００５６】（実施例３）本発明において、金属製の導
電性ガス流路板の構成素材としてアルミニウムを用いた
場合の電池耐久性をさらに改善するための種々の方法を
検討した。まず、上述したように逆スパッタリングによ
って表面の酸化被膜を除去した後、実施例１と同じ方法
で島状に金を形成した。その後、ｐＨ調整した硫酸浴で
陽極酸化法によってアルマイト処理を行い、膜厚１〜３
０μｍの酸化被膜を金が形成された部分以外のところに
形成した。

【００５７】実施例１で示した方法の電池に組み込んで
耐久試験を行った結果、アルマイト処理を施さない場合
には５０時間の連続試験で電池電圧が１０％低下したの
に対して、アルマイト処理を施すと４％の低下にとどま
った。

【００５８】次に、ステンレス系素材の導電性ガス流路
板についても、金などの耐食性導電材料をその表面に島
状に構成した後、クロム酸カリウム水溶液を電解質にし
て電位を調整し、ステンレス導電性ガス流路板表面の不
働態被膜を安定化した。このような処理の結果、電池耐
久性が改善されることがわかった。

【００５９】別の方法として、有機樹脂被膜を用いた方
法を検討した。ステンレス素材としてアルミニウムを用
い、その表面に塗工・焼き付け法を用いてエナメル被膜
層を２０μｍの厚みに形成した。その後、サンドブラス
トによってエナメル被膜層を部分的に破壊し、下地のア
ルミニウムが露出するようにした。引き続いて電解メッ
キによって金メッキを行い、アルミニウムが露出した部
分にのみ、耐食性導電材料である金が形成されるように
した。サンドブラストと金メッキの条件を調整すること
により、図３に示すように金メッキ部分１の厚みとして
５μｍ、金メッキ部の被覆率として３０％程度、エナメ
ル被膜５の厚みとして３〜５μｍのアルミニウム製導電
性ガス流路板４を得ることができた。

【００６０】上述と同じく、電池に組み込んで試験を行
った結果、ステンレスの切削加工によって得た導電性ガ
ス流路板と同等の性能であることが確認できた。エナメ
ル被膜層の他にもフッ素系樹脂被膜など、金属表面の耐
食性を向上させる樹脂が本発明にとって有効であるとい
える。

【００６１】（実施例４）本実施例では、グラッシーカ
ーボン製の導電性ガス流路板上に、導電性接触ポイント
として、島状のＴｉＣ薄膜を形成した。ＴｉＣは、ＲＦ
−プレナマグネトロンを用いたスパッタ法により、Ｔｉ
Ｃ層を５００ｎｍの厚さで形成した。このとき、ターゲ
ットは、ＴｉＣ（９９％）を用い、基板温度は３００℃
とした。スパッタ雰囲気は、４×１０^-2TorrのＡｒ（９
９．９９９９％）とし、スパッタ電力は４００Ｗとし、
形成速度が１．５μｍ／時間で、膜厚８０ｎｍとした。

【００６２】これ以外の条件と、電池作成時の導電性ガ
ス流路板の背面から締結圧力を変えた以外は、実施例１
の電池作成条件と同一として、本実施例の電池を作成し
た。つぎに、実施例１と同一の条件で電池の性能試験を
行った。その結果を図４に示した。図４では、縦軸に電
池電圧、横軸に運転時間を示し、上記の締結圧力を１，
２，３ｋｇ重／ｃｍ²と変えたときの結果を示した。図
４より、このように構成した電池は、より低い締結圧力
でも電池のインピーダンスを低く保つことができた。

【００６３】

【発明の効果】本発明によると、電池などの電気発生装
置の金属接点における接触抵抗による出力低下を低コス
トで長期間にわたって抑制することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の第１の実施例で用いた金属製の
導電性ガス流路板の構造を示した図（ｂ）従来の耐食性被膜を施した金属製の導電性ガス流
路板の構造を示した図

【図２】本発明の第１の実施例である燃料電池の耐久性
を表した図

【図３】本発明の第２の実施例で用いた金属製の導電性
ガス流路板の構造を示した図

【図４】本発明の第４の実施例である燃料電池の特性を
示した図

【符号の説明】

１不連続な島状の金２ステンレス導電性ガス流路板３均一な平面状連続皮膜の金４アルミニウム製導電性ガス流路板５エナメル被膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者羽藤一仁大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者新倉順二大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者神原輝壽大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者松本敏宏大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB00 BB04 EE02 EE08 EE11 EE12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素イオン伝導性高分子電解質膜を挟ん
だ一対のガス拡散電極と、前記ガス拡散電極を挟んだ一
対の導電性ガス流路板とを具備した燃料電池において、
前記ガス拡散電極に接触する前記導電性ガス流路板の少
なくとも一部分に、耐食性を有する導電性接触ポイント
を配置したことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】導電性接触ポイントを配置した以外の、
導電性ガス流路板の表面に、耐食性を有する被膜層を形
成したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】導電性接触ポイントは、導電性ガス流路
板の表面で不連続な島状構造を有することを特徴とする
請求項１または２記載の燃料電池。
【請求項４】導電性接触ポイントの一部分が、導電性
ガス流路板の内部に嵌入していることを特徴とする請求
項１、２または３記載の燃料電池。
【請求項５】導電性接触ポイントを、貴金属、チタ
ン、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性酸化物より選
ばれる少なくとも１種の材料で構成したことを特徴とす
る請求項１、２、３または４記載の燃料電池。
【請求項６】導電性ガス流路板を金属材料で構成した
ことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の
燃料電池。
【請求項７】金属材料は、Ｆｅを主成分とし、Ｃ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗより選ばれる少なくとも１つ
の元素を含むことを特徴とする請求項６記載の燃料電
池。
【請求項８】金属材料は、Ａｌを主成分とすることを
特徴とする請求項６記載の燃料電池。
【請求項９】導電性接触ポイントは、導電性ガス流路
板を構成する金属元素を構成材料として有することを特
徴とする請求項６、７または８記載の燃料電池。
【請求項１０】金属表面の酸化被膜を除去したのち、
導電性接触ポイントを形成したことを特徴とする請求項
７、８または９記載の燃料電池の製造法。