特許 6111058 燃料電池用セパレータ、燃料電池セル、燃料電池スタック、および燃料電池用セパレータの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6111058

(24)【登録日】2017年3月17日

(45)【発行日】2017年4月5日

(54)【発明の名称】燃料電池用セパレータ、燃料電池セル、燃料電池スタック、および燃料電池用セパレータの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0202 20160101AFI20170327BHJP

   C23C 18/18 20060101ALI20170327BHJP

   C23C 18/42 20060101ALI20170327BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/02 B

   C23C18/18

   C23C18/42

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-267875(P2012-267875)

(22)【出願日】2012年12月7日

(65)【公開番号】特開2014-116121(P2014-116121A)

(43)【公開日】2014年6月26日

【審査請求日】2015年10月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】390003193

【氏名又は名称】東洋鋼鈑株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000486

【氏名又は名称】とこしえ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】迎 展彰

【審査官】 守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−００９８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７７２１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３０２６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２２６６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１０２６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０１０６６２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０２

Ｃ２３Ｃ １８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、
前記基材上に形成された下地めっき層と、
前記下地めっき層上に、無電解金めっき層と、を備え、
前記下地めっき層の前記無電解金めっき層と対向する面の算術平均粗さＲａが８０ｎｍ以下であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料電池用セパレータを製造する製造方法であって、
前記下地めっき層は、予めその表面が機械研磨、化学研磨、および化学機械研磨のうち少なくとも１つの方法を用いて研磨された前記基材上に形成されたもの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。

【請求項3】

請求項１に記載の燃料電池用セパレータを製造する製造方法、または、請求項２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記下地めっき層は、光沢剤を含むめっき浴を用いて形成されたもの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。

【請求項4】

請求項１に記載の燃料電池用セパレータを製造する製造方法、または、請求項２もしくは３のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記下地めっき層は、前記基材上に形成された後、その表面が機械研磨、化学研磨、および化学機械研磨のうち少なくとも１つの方法を用いて研磨されたもの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。

【請求項5】

請求項１に記載の燃料電池用セパレータを用いてなる燃料電池セル。

【請求項6】

請求項５に記載の燃料電池用セルを複数積層してなる燃料電池スタック。

【請求項7】

基材の表面に、表面の算術平均粗さＲａが８０ｎｍ以下である下地めっき層を形成する工程と、
前記下地めっき層上に、無電解めっきにより金めっき層を形成する工程と、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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池用セパレータ、燃料電池セル、燃料電池スタック、および燃料電池用セパレータの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池用セパレータは、燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの部材として用いられ、ガス流路を通じて電極に燃料ガスや空気を供給する機能、および電極で発生した電子を集電する機能を有するものである。従来、このような燃料電池用セパレータとして、カーボン板にガス流路を形成してなる燃料電池用セパレータが用いられている。

【0003】

しかしながら、燃料電池用セパレータを構成する材料としてカーボン板を用いた場合には、材料コストや加工コストが高くなるという問題がある。そのため、カーボン板の代わりに、材料コストが低く、高速プレス加工により安価にガス流路を形成することができる、アルミニウム、ステンレス鋼、またはチタン合金などの金属を用いることが求められている。

【0004】

これに対し、たとえば、特許文献１では、燃料電池用セパレータの母材として金属基材を用いて、金属基材上に、電解めっきにより、所定の元素からなる第一層および金めっき層を形成してなる燃料電池用セパレータが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１−３５１６４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一方、上述した特許文献１のように、燃料電池用セパレータを製造する際に、電解めっきにより金めっき層を形成する場合においては、以下の製造プロセスを経る必要がある。すなわち、まず、第１の製造プロセスとして、金属基材上に、電解めっきにより金めっき層を形成した後、プレス加工によりガス流路を形成する方法が挙げられる。あるいは、第２の製造プロセスとして、金属基材に対してプレス加工によりガス流路を形成した後、金属基材上に、電解めっきにより金めっき層を形成する方法が挙げられる。しかしながら、上記第１の製造プロセスにおいては、電解めっきにより金めっき層を形成した後、プレス加工によりガス流路を形成するため、プレス加工の際に加わる応力により金めっき層にクラックが生じてしまうという問題がある。また、上記第２の製造プロセスにおいては、ガス流路を構成する凹凸部に電解めっきを施すこととなるため、金めっき層の析出が不均一となり、金めっき層の不形成部分が発生してしまうという問題がある。

【0007】

一方で、金属基材への金めっき層の形成を無電解めっきにより行うことによれば、上記第２の製造プロセスと同様に、金属基材に対してプレス加工によりガス流路を形成した後、無電解めっきにより金めっき層を形成する方法を用いた場合においては、ガス流路を構成する凹凸部に対して、金めっき層を均一であり、しかも金めっき層の不形成部分が発生しないような状態で形成することができる。しかしながら、無電解めっきとして、無電解置換めっきを用いる場合には、被めっき材である金属基材が局部的に溶出して、表面に微小な凹部が発生してしまう場合があり、これにより、発生した凹部に金が適切に析出せずに、形成される金めっき層の表面にピンホールが発生してしまう。そして、その結果として、得られる燃料電池用セパレータは、耐食性が低下するとともに、接触抵抗が上昇し、電子を集電する機能が低下するという問題があった。このような問題に対し、このようなピンホールの問題を解決するために、無電解置換めっきにより形成した金めっき層上に、さらに無電解還元めっきにより金めっき層を形成してピンホールを被覆する方法も用いられているが、無電解還元めっきによってピンホールを被覆するためには、金めっき層の厚膜化が必要となり、コスト的に不利になるという問題がある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

これに対し、本発明者等が、被めっき材の平滑性と、被めっき材の溶出との関係について鋭意検討を行ったところ、無電解置換めっきを施す際におけるこのような被めっき材の溶出は、被めっき材の平滑性が低いことに起因していること、および、被めっき材の表面粗さを制御することにより、このような問題を解決できることを見出した。そして、本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、ガス流路を構成する凹凸部に対して金めっき層を均一に形成することができ、金めっき層を厚膜化することなく、金めっき層における不形成部分およびピンホールの発生が防止され、耐食性および導電性に優れた燃料電池用セパレータを提供するものである。

【0009】

すなわち、本発明によれば、基材と、前記基材上に形成された下地めっき層と、前記下地めっき層上に、無電解金めっき層と、を備え、前記下地めっき層の前記無電解金めっき層と対向する面の算術平均粗さＲａが８０ｎｍ以下であることを特徴とする燃料電池用セパレータが提供される。

【0010】

本発明によれば、上記の燃料電池用セパレータを製造する製造方法であって、前記下地めっき層は、予めその表面が機械研磨、化学研磨、および化学機械研磨のうち少なくとも１つの方法を用いて研磨された前記基材上に形成されたもの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が提供される。
好ましくは、前記下地めっき層は、光沢剤を含むめっき浴を用いて形成されたものである。
好ましくは、前記下地めっき層は、前記基材上に形成された後、その表面が機械研磨、化学研磨、および化学機械研磨のうち少なくとも１つの方法を用いて研磨されたものである。

【0011】

本発明によれば、上記の燃料電池用セパレータを用いてなる燃料電池セルが提供される。
また、本発明によれば、上記の燃料電池用セルを複数積層してなる燃料電池スタックが提供される。

【0012】

さらに、本発明によれば、基材の表面に、表面の算術平均粗さＲａが８０ｎｍ以下である下地めっき層を形成する工程と、前記下地めっき層上に、無電解めっきにより金めっき層を形成する工程と、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が提供される。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、ガス流路を構成する凹凸部に対して金めっき層を均一に形成することができ、金めっき層を厚膜化することなく、金めっき層における不形成部分およびピンホールの発生が防止され、耐食性および導電性に優れた燃料電池用セパレータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施例および比較例で得られた金めっき被覆材料のイオン溶出濃度を示すグラフである。

【図2】図２は、体積抵抗率を測定する方法を説明するための図である。

【図3】図３は、実施例および比較例で得られた金めっき被覆材料の体積抵抗率を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の燃料電池用セパレータについて説明する。
本発明の燃料電池用セパレータは、基材と、基材上に形成された下地めっき層と、下地めっき層上に、無電解めっきにより形成された金めっき層とを備え、下地めっき層の金めっき層と対向する面の算術平均粗さＲａが８０ｎｍ以下であることを特徴とする。

【0016】

＜基材＞
基材としては、特に限定されないが、鋼、ステンレス鋼、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｔｉ、Ｔｉ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金などを、燃料電池用セパレータとして必要な形状に加工したものを、特に制限なく用いることができる。

【0017】

基材の厚みは、特に限定されず、使用用途に応じて適宜選択すればよいが、好ましくは０．０５〜２．０ｍｍであり、より好ましくは０．１〜０．３ｍｍである。

【0018】

なお、本発明においては、基材として、後述するように、得られる燃料電池用セパレータを、金めっき層がより均一に形成されたものとすることができるという観点より、その表面に、燃料電池用セパレータとして用いる際に燃料ガスや空気の流路として機能する凹凸部（ガス流路）が予め形成されたものを用い、これに、下地めっき層および金めっき層を形成することが好ましい。基材にガス流路を形成する方法としては、特に限定されないが、たとえば、プレス加工により形成する方法が挙げられる。

【0019】

＜下地めっき層＞
下地めっき層は、基材上にめっき処理を施すことにより形成される、金属からなるめっき層である。下地めっき層は、後述する金めっき層を良好に形成するための下地層として作用する。

【0020】

本発明においては、下地めっき層を、その表面の算術平均粗さＲａが８０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以下であるものとする。下地めっき層の表面における算術平均粗さＲａを上記範囲とすることにより、下地めっき層の表面を十分な平滑性を有するものとすることができ、これにより、その上に無電解めっき、特に、無電解置換めっきにより金めっき層を形成した際に、被めっき材である下地めっき層の局部的な溶出を抑制することができ、局部的な溶出に起因する、下地めっき層表面における凹部の発生を防止することができる。そして、これにより、金めっき層を、厚膜化することなく、均一であり、しかも金めっき層の不形成部分およびピンホールが発生しないような状態で形成することができる。

【0021】

下地めっき層の表面における算術平均粗さＲａを上記範囲とする方法としては、特に限定されないが、たとえば、めっき処理により形成した下地めっき層の表面を研磨する方法、予め研磨した基材上にめっき処理を施すことにより下地めっき層を形成する方法、または下地めっき層を形成するためのめっき浴に、光沢剤を添加する方法などが挙げられる。これらの方法は、単独で用いてもよく、２つ以上を組み合わせて用いてもよい。

【0022】

めっき処理により形成した下地めっき層の表面を研磨する方法としては、その表面を適度に平滑化できるという点より、機械研磨、化学研磨、および化学機械研磨のうち少なくとも１つが好ましく、化学研磨が特に好ましい。

【0023】

予め研磨した基材上にめっき処理を施すことにより下地めっき層を形成する方法を用いる場合における、基材を研磨する方法としては、機械研磨、化学研磨、および化学機械研磨のうち少なくとも１つが好ましく、化学研磨が特に好ましい。この場合における、研磨後の基材の表面の算術平均粗さＲａは、好ましくは１００ｎｍ以下、より好ましくは１ｎｍ以下であり、このように、予め基材を研磨し、基材の表面を平滑化することにより、その上に形成した下地めっき層についても平滑なものとすることができる。

【0024】

あるいは、下地めっき層を形成するためのめっき浴に、光沢剤を添加する方法を用いる場合における、光沢剤としては、下地めっき層を構成する成分の結晶を微細化させる作用や、めっき浴のレベリング性を向上させる作用などにより、得られる下地めっき層の表面を平滑化することができるものであれば何でもよいが、たとえば、有機硫黄系化合物や、有機窒素系化合物などが挙げられる。なお、本発明においては、光沢剤としては、環境負荷低減という点より、有機硫黄系化合物が好ましい。

【0025】

また、下地めっき層を構成する成分としては、特に限定されず、めっき層を形成可能な金属元素であれば何でもよいが、たとえば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＳｎから選択される少なくとも１つの金属元素などが挙げられる。下地めっき層を構成するこれらの元素は、１種単独で含有させてもよいし、あるいは、２つ以上を組み合わせて、たとえば、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｃｕなどとしてもよい。なお、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＳｎは、一般的に、単独で基材上にめっき層を形成することができるという特性を有する元素であり、いずれも、下地めっき層を基材に密着させる作用を有するものである。本発明においては、これらの元素のなかでも、めっき液の自己分解を防止し、めっき液の安定性を高めることができるという点より、Ｎｉ、およびＣｏから選択される少なくとも１つの元素を用いるのが好ましく、Ｎｉを用いるのが特に好ましい。

【0026】

さらに、下地めっき層は、上記の金属元素に加えて、ＰおよびＢから選択される少なくとも１つの元素などを含有するものであってもよい。ＰおよびＢは、下地めっき層を形成するためのめっき浴中の還元剤を構成するメタロイドであり、通常、下地めっき層を形成する際に不可避的に下地めっき層に取り込まれることが多い。なお、これら還元剤を構成することとなるメタロイドとしては、めっき液の自己分解を防止し、めっき液の安定性を高めることができるという点より、Ｐが好ましく、この際においては、下地めっき層としては、Ｎｉ−Ｐを用いることが好ましい。

【0027】

なお、下地めっき層の形成効果、すなわち、下地めっき層上に金めっき層を形成した際に、その上に形成する金めっき層の不形成部分およびピンホールの発生を防止できるという効果を阻害しない範囲において、下地めっき層には、不可避的に混入してしまう不純物がわずかに含まれていてもよい。不可避的に混入してしまう不純物としては、たとえば、めっき液の自己分解を防止し、めっき液を安定させる安定剤として添加されるＰｂ、Ｔｌ、Ｂｉなどの重金属が挙げられる。なお、このような安定剤としては、環境負荷軽減の観点から、Ｂｉが好ましく用いられる。

【0028】

また、下地めっき層を形成する方法は、特に限定されず、電解めっき、無電解めっき、スパッタリングなどによる方法を用いることができるが、無電解めっきによる方法を用いることが好ましい。特に、下地めっき層を形成する方法として、無電解めっきによる方法を用いた場合には、基材として、予めガス流路（燃料電池用セパレータとして用いる際に燃料ガスや空気の流路として用いられる流路）が形成された基材を用いた際においても、ガス流路を構成する凹凸部に対して下地めっき層をより均一に形成することができ、さらに下地めっき層上に形成する金めっき層をより均一なものとすることができる。

【0029】

たとえば、下地めっき層を、無電解めっきにより形成する場合には、下地めっき層を構成することとなる各元素と、還元剤および錯化剤とを含有するめっき浴（下地めっき浴）を用いて、基材上にめっきを施すことにより行われる。

【0030】

一例として、無電解めっきにより、Ｎｉ−Ｐからなる下地めっき層を形成する場合には、下地めっき浴としては、通常用いられるＮｉ−Ｐめっき浴を用いることができる。Ｎｉ−Ｐめっき浴の具体例としては、塩化ニッケル、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、酢酸ニッケルなどのニッケル塩と、次亜リン酸塩などのリンを含む還元剤と、クエン酸などの錯化剤とからなるめっき浴などが挙げられる。ここで、下地めっき浴としてＮｉ−Ｐめっき浴を用いる際においては、ニッケル塩としては塩化ニッケルを用いるのが好ましい。

【0031】

なお、上記においては、Ｎｉ−Ｐからなる下地めっき層を形成する場合を例示したが、下地めっき層を、Ｎｉ−Ｐ以外で構成する場合においても、同様に、下地めっき層を構成することとなる各元素に応じた各成分を適宜調整してなる下地めっき浴を用いればよい。

【0032】

なお、下地めっき層を無電解めっきにより形成する際においては、上述した下地めっき浴を用いて、ｐＨ４．０〜７．０、浴温３０〜５０℃、浸漬時間５〜２０分の条件で形成することが好ましい。

【0033】

下地めっき層の厚みは、好ましくは０．０１〜１．０μｍであり、より好ましくは０．０５〜０．２μｍである。下地めっき層の厚みを上記範囲とすることにより、下地めっき層上に無電解めっきにより金めっき層を形成した際に、得られる金めっき層をより均一なものとすることができる。

【0034】

なお、本発明においては、基材上に下地めっき層を形成する際には、直接基材上に形成してもよいが、基材に対する密着性をより向上させるために、基材と下地めっき層との間に改質層を設けてもよい。改質層としては、基材および下地めっき層のいずれにも良好に密着することができるものであれば何でもよいが、下地めっき層を構成する金属元素のうち、一部の金属元素を含有する層が好ましく、下地めっき層と同じ成分からなるめっき層が特に好ましい。たとえば、Ｎｉ−Ｐからなる下地めっき層を形成する場合には、改質層としては、下地めっき層を構成する金属元素であるＮｉを含有するＮｉ系の層とすることが好ましく、下地めっき層と同じＮｉ−Ｐからなる層とすることが特に好ましい。なお、改質層は、１層のみでもよいし、２層以上としてもよく、また、２層以上とする場合には、各層を構成する成分は異なるものであってもよいし、あるいは、同じものであってもよい。また、改質層を形成する方法は特に限定されないが、電解めっき、無電解めっき、スパッタリングなどにより形成することができる。

【0035】

＜金めっき層＞
金めっき層は、下地めっき層上に、無電解めっき処理を施すことにより形成される層である。なお、無電解めっき処理としては、無電解置換めっき処理、および無電解還元めっき処理などが挙げられる。また、金めっき層を形成する際には、たとえば、無電解置換めっき処理を施し、さらに無電解還元めっき処理を施すことにより形成してもよい。

【0036】

金めっき層の厚みは、好ましくは１〜２００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。金めっき層の厚みが薄すぎると、下地めっき層上に均一な金めっき層が形成されず、燃料電池用セパレータとして用いる際に、耐食性や、導電性が低下するおそれがある。一方、金めっき層の厚みが厚すぎると、コスト的に不利になる。

【0037】

本発明においては、下地めっき層および金めっき層を形成するための基材として、上述したように、その表面に、燃料電池用セパレータとして用いる際に燃料ガスや空気の流路として機能する凹凸部（ガス流路）が予め形成されたものを用い、このような基材上に下地めっき層および金めっき層を形成することが好ましい。このように予めガス流路が形成された基材を用いることにより、金めっき層を形成した後に、ガス流路を形成するための加工を行う必要がなくなるため、ガス流路を形成するための加工により生じる応力に起因する、金めっき層のクラックを防止することができる。

【0038】

特に、本発明においては、無電解めっきにより金めっき層を形成することから、予めガス流路が形成された基材を用いた場合においても、金めっき層を均一な状態で形成することができる。すなわち、無電解めっきによらず、電解めっきにより金めっき層を形成した場合には、ガス流路としての凹凸部のうち凸部分においてめっきの析出が優先的に起こるなど、めっき膜の形成速度にばらつきが発生してしまい、これにより、得られる金めっき層の析出が不均一となってしまい、金めっき層の不形成部分が発生してしまうという問題がある。これに対し、本発明によれば、無電解めっきにより金めっき層を形成することにより、ガス流路を構成する凹凸部に対して均一に金めっき層を形成することができるため、このような問題を解決することができる。

【0039】

加えて、予めガス流路が形成された基材を用いる際においては、下地めっき層の形成を、無電解めっきにより行うことが好ましい。下地めっき層を無電解めっきにより形成することにより、基材上のガス流路を構成する凹凸部に対して下地めっき層をより均一に形成することができ、これにより、下地めっき層上に形成する金めっき層をより均一なものとすることができる。

【0040】

なお、電解めっきを用いる場合において、凹凸部への金めっき層の形成が不均一となってしまうことから、ガス流路が形成されていない基材（平板状の基材）に電解めっきにより金めっき層を形成し、その後、ガス流路形成のための加工を行う方法も考えられる。しかしながら、このように金めっき層を形成した後にガス流路を形成する方法では、上述したように、ガス流路を形成する際に加わる応力により、金めっき層にクラックが生じてしまうという問題がある。

【0041】

あるいは、電解めっきを用いる場合において、予めガス流路が形成された基材に対して、平滑な（算術平均表面粗さＲａなどが小さい）下地めっき層を形成し、この上に電解めっきにより金めっき層を形成して燃料電池用セパレータを製造する方法も考えられる。しかしながら、このような方法では、電解めっきにより金めっき層を形成するものであるため、下地めっき層が平滑であるか否かにかかわらず、ガス流路の凹凸部において金めっき層の不形成部分が発生してしまうという問題がある。そのため、電解めっきを用いる方法では、下地めっき層の算術平均表面粗さＲａなどを小さいものとした場合においても、ガス流路の凹凸部に金めっき層の不形成部分が発生してしまい、得られる燃料電池用セパレータの耐食性、および導電性が低下してしまうという問題がある。

【0042】

これに対し、本発明においては、無電解めっきにより金めっき層を形成するものであるため、基材として、予めガス流路が形成された基材を用いた場合においても、金めっき層を均一な状態で形成することができ、これにより、金めっき層を形成した後に、ガス流路を形成するための加工を行う必要がなくなるため、ガス流路を形成するための加工により生じる応力に起因する、金めっき層のクラックを防止することができる。

【0043】

本発明の燃料電池用セパレータは、基材上に、表面の算術平均粗さＲａが８０ｎｍ以下である平滑な下地めっき層を備え、無電解めっきにより金めっき層を形成してなるものであるため、次のような効果を奏するものである。

【0044】

すなわち、まず、本発明によれば、下地めっき層の表面を算術平均粗さＲａが８０ｎｍ以下の平滑なものとすることにより、その上に無電解めっき、特に、無電解置換めっきにより金めっき層を形成した場合に、下地めっき層の表面が粗面となっていることに起因する、下地めっき層の局部的な溶出を抑制することができるため、下地めっき層表面における凹部の発生を防止することができ、これにより、金めっき層を、厚膜化することなく、均一であり、しかも金めっき層の不形成部分およびピンホールが発生しないような状態で形成することができる。

【0045】

さらに、本発明によれば、金めっき層を形成する方法として、無電解置換めっき処理などの無電解めっきによる方法を用いることにより、基材に予めガス流路が形成されている場合においても、ガス流路を構成する凹凸部に対して、金めっき層を均一に形成することができる。

【0046】

そのため、本発明の燃料電池用セパレータは、下地めっき層の算術平均粗さＲａを８０ｎｍ以下とし、無電解めっきにより金めっき層を形成することにより、金めっき層における不形成部分およびピンホールの発生が有効に防止され、耐食性および導電性に優れたものとなり、さらに、金めっき層を厚膜化する必要がないため、コスト的にも優れたものとなる。

【実施例】

【0047】

以下に、実施例を挙げて、本発明についてより具体的に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

【0048】

＜実施例１＞
ＪＩＳ Ｈ４０００に規定された５０００系の５０８６アルミニウム合金（Ｓｉ：０．４重量％、Ｆｅ：０．５重量％、Ｃｕ：０．１重量％、Ｍｎ：０．２重量％、Ｍｇ：３．５重量％、Ｚｎ：０．２５重量％、Ｃｒ：０．２５重量％、Ａｌ：残部）上に、無電解めっきにより、厚みが１０μｍであるＮｉ−Ｐめっき層（Ｐの含有割合が１２重量％）が形成された、総厚１．２７ｍｍの基材を準備した。

【0049】

次いで、準備した基材について、アルミナ研磨剤（アルミナ砥粒粒径０．６μｍ、濃度３．９重量％、添加剤として過酸化水素水、有機酸、硫酸、界面活性剤）、およびアルミナ砥粒よりも粒径の小さなコロイダルシリカ研磨剤により化学機械研磨を行い、基材表面の算術平均粗さＲａを０．１ｎｍとした。なお、算術平均粗さＲａの測定は、レーザー顕微鏡（オリンパス社製、ＯＬＳ３０００）により、５０μｍ×５０μｍの視野をスキャンすることにより行った。

【0050】

その後、研磨した基材を脱脂した後、水洗し、Ｎｉ−Ｐめっき浴（奥野製薬工業社製、ＩＣＰニコロンＧＭ−ＮＰ）を用いて、無電解めっきにより、基材上に、厚さ２μｍのＮｉ−Ｐめっき層（Ｐの含有割合が７重量％）を形成し、これにより、表面の算術平均粗さＲａが１．２ｎｍであるＮｉ−Ｐめっき層を得た。

【0051】

次いで、Ｎｉ−Ｐめっき層を形成した基材について、無電解置換金めっき浴（奥野製薬工業社製、フラッシュゴールドＮＣ）を用いて、５５℃、１分間の条件で無電解置換めっき処理を施し、その後、無電解還元金めっき浴（奥野製薬工業社製、セルフゴールドＯＴＫ）を用いて、６０℃、１分間の条件で無電解還元めっき処理を施すことにより、Ｎｉ−Ｐめっき層上に、厚さ３１ｎｍの金めっき層を形成し、金めっき被覆材料を得た。

【0052】

＜実施例２〜４＞
金めっき層を形成した際の、無電解還元めっきにおける浸漬時間を変更して、形成された金めっき層の厚みを、４９ｎｍ（実施例２）、７０ｎｍ（実施例３）、および９２ｎｍ（実施例４）とした以外は、実施例１と同様にして金めっき被覆材料を得た。

【0053】

＜実施例５＞
基材として、実施例１と同様に、厚み１０μｍのＮｉ−Ｐめっき層（Ｐの含有割合が１２重量％）が形成された、総厚１．２７ｍｍのアルミニウム合金を準備した。次いで、準備した基材に対し、アルミニウム用化学研磨液（燐化学工業社製、クリーンブライト＃１）により化学研磨を行い、その後、基材の表面にエッチング処理およびジンケート処理を施した。なお、化学研磨後における基材表面の算術平均粗さＲａは６７．３ｎｍであった。

【0054】

次いで、エッチング処理およびジンケート処理を施した基材に対し、Ｎｉ−Ｐめっき浴（奥野製薬工業社製、ＩＣＰニコロンＧＭ−ＮＰ）を用いて、無電解めっきにより、基材上に、厚さ２μｍのＮｉ−Ｐめっき層（Ｐの含有割合が７重量％）を形成し、これにより、表面の算術平均粗さＲａが７６．８ｎｍであるＮｉ−Ｐめっき層を得た。

【0055】

次いで、Ｎｉ−Ｐめっき層を形成した基材について、無電解置換金めっき浴（奥野製薬工業社製、フラッシュゴールドＮＣ）を用いて、５５℃、１分間の条件で無電解置換めっき処理を施し、その後、無電解還元金めっき浴（奥野製薬工業社製、セルフゴールドＯＴＫ）を用いて、６０℃、１分間の条件で無電解還元めっき処理を施すことにより、Ｎｉ−Ｐめっき層上に、厚さ３２ｎｍの金めっき層を形成し、金めっき被覆材料を得た。

【0056】

＜実施例６〜８＞
金めっき層を形成した際の、無電解還元めっきにおける浸漬時間を変更して、形成された金めっき層の厚みを、５５ｎｍ（実施例６）、７２ｎｍ（実施例７）、および１１０ｎｍ（実施例８）とした以外は、実施例５と同様にして金めっき被覆材料を得た。

【0057】

＜実施例９＞
基材として、実施例１のアルミニウム合金と同じ組成を有し、厚みが０．２ｍｍであるアルミニウム合金を、幅１５ｍｍ、長さ１４０ｍｍの大きさに加工した基材を準備し、準備した基材の表面に深さ５ｍｍ、ピッチ５ｍｍの溝加工を施した。次いで、溝加工を施した基材に対し、アルミニウム用化学研磨液（燐化学工業社製、クリーンブライト＃１）により化学研磨を行い、その後、基材の表面にエッチング処理およびジンケート処理を施した。なお、化学研磨後における基材表面の算術平均粗さＲａは５５．６ｎｍであった。

【0058】

次いで、エッチング処理およびジンケート処理を施した基材に対し、Ｎｉ−Ｐめっき浴（奥野製薬工業社製、ＩＣＰニコロンＧＭ−ＮＰ）を用いて、無電解めっきにより、基材上に、厚さ２μｍのＮｉ−Ｐめっき層（Ｐの含有割合が７重量％）を形成し、これにより、表面の算術平均粗さＲａが６５ｎｍであるＮｉ−Ｐめっき層を得た。

【0059】

次いで、Ｎｉ−Ｐめっき層を形成した基材について、無電解置換金めっき浴（奥野製薬工業社製、フラッシュゴールドＮＣ）を用いて、５５℃、１分間の条件で無電解置換めっき処理を施し、その後、無電解還元金めっき浴（奥野製薬工業社製、セルフゴールドＯＴＫ）を用いて、６０℃、３分間の条件で無電解還元めっき処理を施すことにより、Ｎｉ−Ｐめっき層上に、厚さ６２ｎｍの金めっき層を形成し、金めっき被覆材料を得た。

【0060】

＜比較例１＞
基材として、実施例１と同様に、厚み１０μｍのＮｉ−Ｐめっき層（Ｐの含有割合が１２重量％）が形成された、総厚１．２７ｍｍのアルミニウム合金を準備し、次いで、準備した基材に対し、研磨を行うことなく、エッチング処理およびジンケート処理を施した。

【0061】

その後、エッチング処理およびジンケート処理を施した基材に対し、Ｎｉ−Ｐめっき浴（奥野製薬工業社製、ＩＣＰニコロンＧＭ−ＮＰ）を用いて、無電解めっきにより、基材上に、厚さ２μｍのＮｉ−Ｐめっき層（Ｐの含有割合が７重量％）を形成し、これにより、基材表面の算術平均粗さＲａが１６６ｎｍであるＮｉ−Ｐめっき層を得た。

【0062】

次いで、Ｎｉ−Ｐめっき層を形成した基材について、無電解置換金めっき浴（奥野製薬工業社製、フラッシュゴールドＮＣ）を用いて、５５℃、１分間の条件で無電解置換めっき処理を施し、その後、無電解還元金めっき浴（奥野製薬工業社製、セルフゴールドＯＴＫ）を用いて、６０℃、１分間の条件で無電解還元めっき処理を施すことにより、Ｎｉ−Ｐめっき層上に、厚さ３３ｎｍの金めっき層を形成し、金めっき被覆材料を得た。

【0063】

＜比較例２，３＞
金めっき層を形成した際の、無電解還元めっきにおける浸漬時間を変更して、形成された金めっき層の厚みを、７５ｎｍ（比較例２）、および１１７ｎｍ（比較例３）とした以外は、比較例１と同様にして金めっき被覆材料を得た。

【0064】

金めっき層の耐食性評価
次いで、実施例１〜９、および比較例１〜３において得られた金めっき被覆材料に対し、耐食性の評価を行った。耐食性の評価は、具体的には、金めっき被覆材料を縦３５ｍｍ、横２０ｍｍの面積が露出するようにポリイミドテープでマスキングし、９０℃の硫酸水溶液（体積８０ｍｌ、ｐＨ：１．０）に１００時間浸漬した後、金めっき被覆材料を取り出し、金めっき被覆材料から硫酸水溶液中に溶出したイオン（Ｎｉ、Ｐ、Ａｌ）の質量濃度（ｇ／Ｌ）をＩＣＰ（島津製作所社製、ＩＣＰＥ−９０００）により測定することにより行った。また、併せて、燃料電池用セパレータの材料として通常用いられているＳＵＳ３１６Ｌについても、同様に、硫酸水溶液に浸漬させ、硫酸水溶液中に溶出したイオン（Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ）の質量濃度（ｇ／Ｌ）をＩＣＰにより測定することで、耐食性の評価を行った。結果を図１に示す。

【0065】

なお、図１に示すグラフにおいては、各実施例および各比較例における評価結果は、金めっき被覆材料から溶出したＮｉ、Ｐ、Ａｌのイオンの質量濃度を示し、一方、ＳＵＳ３１６Ｌの評価結果は、ＳＵＳ３１６Ｌから溶出したＦｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉのイオンの質量濃度を示している。また、図１に示すグラフにおける、各実施例および各比較例の金めっき被覆材料から溶出したイオン（Ｎｉ、Ｐ、Ａｌ）の質量濃度は、ＳＵＳ３１６Ｌから溶出したイオン（Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ）の質量濃度の値を１００として、相対値で示している。

【0066】

図１の結果より、基材上に形成した下地めっき層の表面の算術平均粗さＲａを８０ｎｍ以下とし、無電解めっきにより金めっき層を形成した実施例１〜９の金めっき被覆材料においては、金めっき層の厚みが薄い場合でも、ＳＵＳ３１６Ｌと比較して、基材からのイオンの溶出を有効に抑制することができ、耐食性に優れる結果となった。特に、実施例９の金めっき被覆材料は、基材に溝加工を施した後、無電解めっきにより金めっき層が形成されたものであるが、溝加工により形成された凹凸部に対しても、良好に金めっき層が形成され、基材からのイオンの溶出が有効に抑制されていることが確認された。

【0067】

一方、基材上に形成した下地めっき層の表面の算術平均粗さＲａが８０ｎｍ超である比較例１〜３の金めっき被覆材料においては、金めっき層の厚みが薄い場合には、ＳＵＳ３１６Ｌと比較して、基材からより多くのイオンが溶出してしまい、耐食性に劣る結果となった。

【0068】

体積抵抗率の測定
次いで、実施例６において得られた金めっき被覆材料を用いて、図２に示すような測定系を形成し、形成した測定系を用いて、体積抵抗率の測定を行った。なお、図２に示す測定系は、実施例６において得られた金めっき被覆材料からなる試験片１０、カーボンクロス２０、金めっき被覆された銅電極３０、電圧計４０、および電流計５０によって構成される。体積抵抗率の測定は、具体的には、まず、金めっき被覆材料を幅２０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ１．２７ｍｍの大きさに加工して得た試験片１０を、図２に示すように、カーボンクロス２０（東レ社製、品番：ＴＧＰ−Ｈ−０９０）を介して、金めっき被覆された銅電極３０によって両側から挟んで固定することで、図２に示す測定系とした。次いで、銅電極３０に一定の荷重を加えながら、抵抗計(日置電機社製、ミリオームハイテスタ３５４０)を用いて、試験片１０を挟んだ上下のカーボンクロス２０間の抵抗値Ｒを測定した。そして、測定した抵抗値Ｒに基づいて、下記式（１）にしたがい、体積抵抗率ρを算出した。
ρ＝Ｒ・Ｓ／Ｌ ・・・（１）
上記式（１）中、Ｓは試験片１０の断面積（幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ）であり、Ｌは試験片１０の厚さ（厚さ１．２７ｍｍ）である。なお、上記式（１）からも明らかなように、体積抵抗率ρは、試験片１０の断面積および厚さに依らない、試験片１０自体の導電性を示すものである。なお、本実施例においては、体積抵抗率ρに際しては、銅電極３０に加える荷重を変化させて、異なる荷重における体積抵抗率ρを測定した。得られた測定結果を図３に示す。

【0069】

また、図３においては、比較データとして、カーボンセパレータ（東陽テクニカ社製）を用いて測定した体積抵抗率ρの値も併せて示した。カーボンセパレータの体積抵抗率ρは、カーボンセパレータを幅２０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの大きさに加工して得た試験片１０を用いて、上述した図２に示す測定系により測定することで得た。なお、図３においては、体積抵抗率ρの測定結果は、荷重５ｋｇ／ｃｍ２におけるカーボンセパレータの体積抵抗率ρを１００とした場合の相対値で示している。

【0070】

図３の結果より、基材上に形成した下地めっき層の表面の算術平均粗さＲａを８０ｎｍ以下とし、無電解めっきによりに金めっき層を形成した実施例６の金めっき被覆材料においては、いずれの荷重値においても、従来のカーボンセパレータより体積抵抗率ρが低い値となり、導電性に優れる結果となった。

【符号の説明】

【0071】

１０…試験片
２０…カーボンクロス
３０…銅電極
４０…電圧計
５０…電流計

【図1】

【図2】

【図3】