JP2005216605A - Metal separator with anticorrosive coating film for fuel cell and production method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】 立ち面の防食コート層の厚さが、塗料垂れ等によって、薄くなることを抑制することができる燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータの提供。
【解決手段】 (1) メタルセパレータ18aの反応ガスが接触する側の表面が、粗面化処理されている燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータ18。
(2) 粗面化処理されている部位100が、防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位110を含む。
(3) 粗面化処理されている部位100が、防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位110と、接着剤が塗布される部位120とを含む。
(4) 防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位110が、反応ガス流路の溝側面27a、28aである。
(5) 前記防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位110が、前記メタルセパレータの反応ガス流路の溝底面27b、28bである。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal separator with an anticorrosive coating film for a fuel cell capable of suppressing the thickness of an anticorrosive coating layer on a standing surface from becoming thin due to paint dripping or the like.
(1) A metal separator with an anticorrosive coating film for a fuel cell, wherein the surface of the metal separator on which the reaction gas comes into contact is roughened.
(2) The portion 100 that has been subjected to the roughening treatment includes a portion 110 through which the paint applied at the time of applying the anticorrosive paint can flow.
(3) The surface-treated portion 100 includes a portion 110 where the paint applied during the anticorrosion coating application can flow and a portion 120 where the adhesive is applied.
(4) The portions 110 where the paint applied during the application of the anticorrosive paint can flow are the groove side surfaces 27a and 28a of the reaction gas channel.
(5) The portion 110 through which the paint applied during the application of the anticorrosion paint can flow is the groove bottom surfaces 27b and 28b of the reaction gas flow path of the metal separator.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、燃料電池用セパレータに関し、反応ガスが接触する側の表面に防食塗膜が形成された防食塗膜付きメタルセパレータと、その製造方法に関する。 The present invention relates to a separator for a fuel cell, and relates to a metal separator with an anticorrosive coating film on which a reaction gas contacts a surface and a method for producing the same.
燃料電池、たとえば固体高分子電解質型燃料電池は、膜−電極アッセンブリ(Membrane-Electrode Assembly 、MEA)をセパレータで挟んだものから構成される。少なくとも1つの単位燃料電池からモジュールを構成し、モジュールを複数積層して(積層方向は任意)燃料電池スタックが構成される。セパレータは、燃料ガス、酸化ガス、冷却水を分離するためのガス、水の遮断性を有し、また、電子の通路となるための導電性を有する。これらの性質を満足するために、セパレータは金属製セパレータ(メタルセパレータ)やカーボンセパレータとされる。 2. Description of the Related Art A fuel cell, for example, a solid polymer electrolyte fuel cell is configured by sandwiching a membrane-electrode assembly (MEA) between separators. A module is composed of at least one unit fuel cell, and a plurality of modules are stacked (arbitrary stacking direction is arbitrary) to form a fuel cell stack. The separator has a barrier property for separating the fuel gas, the oxidizing gas, and the cooling water, and water, and also has a conductivity for forming an electron path. In order to satisfy these properties, the separator is a metal separator (metal separator) or a carbon separator.
燃料電池のセパレータ環境は、電解質膜中のフッ素基や硫酸基が溶出すること、および電位がかかっていることから、腐食雰囲気である。この腐食雰囲気に耐えるために、
(イ)特開2002−367622号公報に開示されているように、メタルセパレータ表面を粗面化処理後、不動態化処理によってバリア薄膜(塗膜ではない)を形成したり、あるいは、
(ロ)図5、図6に示すように、または特開平11−354142号公報に開示されているように、メタルセパレータ1の表面に導電性をもつ防食塗膜2が形成したりする。
図5、図6の例では、防食塗膜2は、導電性をもつ防食材料、たとえば、SBR(スチレン−ブタジエンゴム)にカーボン粉を混入させた防食材料を、SBRを加熱、溶融状態にし、スプレー塗布等により、メタルセパレータ1の全面に塗布することにより、形成される。塗布時は、セパレータ面は水平とされるので、反応ガス流路溝の溝側面はほぼ上下方向に延びる立ち面3となる。
The separator environment of the fuel cell is a corrosive atmosphere because the fluorine groups and sulfate groups in the electrolyte membrane are eluted and a potential is applied. To withstand this corrosive atmosphere,
(A) As disclosed in JP-A-2002-367622, after a roughening treatment on the surface of the metal separator, a barrier thin film (not a coating film) is formed by a passivation treatment, or
(B) As shown in FIGS. 5 and 6 or as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-354142, a conductive
In the examples of FIGS. 5 and 6, the
しかし、従来の、表面に防食塗膜を形成したメタルセパレータには、以下の問題がある。
セパレータの立ち面3において塗料が、塗布時、固化前に自重で垂れてしまい、塗料固化後の立ち面3の防食塗膜2の厚さが他の部分に比べて薄くなる。その結果、立ち面3において、防食効果が弱く、腐食の起点となる。
防食塗膜2が、立ち面3において、塗料が垂れてもなお防食上十分な厚さを有するように、塗料を厚目に塗布すると、他の部分、たとえばセパレータ頂面4(MEAと接触してMEAを押圧する面)の塗膜が厚くなり過ぎ、MEAとの接触抵抗が上昇して燃料電池出力が低下するおそれがある。塗膜の抵抗を小にするために塗膜組成中のカーボン量を増やすと塗料の粘度が高くなり過ぎて、塗料をスプレー塗布することが困難になる。
立ち面の塗料垂れの他、流路溝底面でも、表面張力によるコーナへの塗料引けによっても、類似の問題が生じる。
At the time of application of the separator, the coating material hangs down by its own weight before solidification at the time of application, and the thickness of the
When the paint is applied thickly so that the
Similar problems are caused by the paint dripping on the corners due to the surface tension at the bottom of the channel groove in addition to the paint dripping on the standing surface.
本発明が解決しようとする問題点は、従来の上記(ロ)の燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータにおける、立ち面の防食塗膜の厚さが、塗料垂れ等によって他の部位と比べて薄くなり、立ち面の塗膜の防食効果が弱く、腐食の起点になりやすいという問題である。 The problem to be solved by the present invention is that the thickness of the anticorrosion coating on the standing surface in the conventional metal separator with an anticorrosion coating for fuel cells described in (b) is higher than that of other parts due to paint dripping or the like. This is a problem that the film becomes thinner, the anticorrosion effect of the coating film on the standing surface is weak, and tends to be a starting point of corrosion.
本発明の目的は、立ち面の防食コート層の厚さが、塗料垂れ等によって、薄くなることを抑制することができる燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータとその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a metal separator with an anticorrosive coating film for a fuel cell and a method for producing the same, capable of suppressing the thickness of the anticorrosive coating layer on the standing surface from becoming thin due to paint dripping or the like. .
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
(1) メタルセパレータと該メタルセパレータの反応ガスが接触する側の表面に塗布・形成された防食塗膜とを有する燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータであって、前記メタルセパレータの反応ガスが接触する側の表面が、前記防食塗膜を塗布・形成する前に粗面化処理されている燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータ。
(2) 前記メタルセパレータの反応ガスが接触する側の表面のうち粗面化処理されている部位が、防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位を含む(1)記載の燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータ。
(3) 前記メタルセパレータの反応ガスが接触する側の表面のうち粗面化処理されている部位が、防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位と、接着剤が塗布される部位とを含む(1)記載の燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータ。
(4) 前記防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位が、前記メタルセパレータの反応ガス流路の溝側面である(2)または(3)記載の燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータ。
(5) 前記防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位が、前記メタルセパレータの反応ガス流路の溝底面である(2)または(3)記載の燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータ。
(6)
前記防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位が、前記メタルセパレータの反応ガス流路の溝側面と溝底面である(2)または(3)記載の燃料電池用メタルセパレータ。
(7) 粗面化処理がプラズマ処理である(1)記載の燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータ。
(8) メタルセパレータの反応ガスが接触する側の表面を粗面化処理し、粗面化処理後の表面に少なくとも耐食機能を有する塗膜を塗布・形成する燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータの製造方法。
The present invention for achieving the above object is as follows.
(1) A metal separator with an anticorrosive coating film for a fuel cell, which has a metal separator and an anticorrosive coating film applied and formed on the surface of the metal separator on which the reaction gas contacts, wherein the reaction gas of the metal separator is A metal separator with an anticorrosive coating film for a fuel cell, wherein the surface on the contact side is roughened before the anticorrosive coating film is applied / formed.
(2) The anticorrosive coating for a fuel cell according to (1), wherein the roughened portion of the surface of the metal separator on the side in contact with the reactive gas includes a portion through which the paint applied at the time of applying the anticorrosive coating can flow. Metal separator with membrane.
(3) The roughened portion of the surface of the metal separator on the side in contact with the reactive gas includes a portion where the coating applied during application of the anticorrosive coating can flow and a portion where the adhesive is applied. (1) The metal separator with an anti-corrosion coating film for fuel cells.
(4) The metal separator with an anticorrosive coating film for a fuel cell according to (2) or (3), wherein a portion through which the paint applied during the application of the anticorrosive paint can flow is a groove side surface of the reaction gas flow path of the metal separator.
(5) The metal separator with an anticorrosive coating film for a fuel cell according to (2) or (3), wherein a portion through which the coating material applied during application of the anticorrosion coating material can flow is a groove bottom surface of the reaction gas channel of the metal separator.
(6)
The metal separator for a fuel cell according to (2) or (3), wherein the portions where the paint applied during the application of the anticorrosion paint can flow are the groove side surface and groove bottom surface of the reaction gas flow path of the metal separator.
(7) The metal separator with an anticorrosive coating film for fuel cells according to (1), wherein the roughening treatment is a plasma treatment.
(8) A metal separator with an anticorrosive coating film for a fuel cell, wherein the surface of the metal separator on the side in contact with the reaction gas is roughened, and a coating film having at least a corrosion resistance function is applied to the surface after the roughening treatment. Manufacturing method.
上記(1)の燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータによれば、メタルセパレータの反応ガスが接触する側の表面が、粗面化処理されているので、粗面のアンカー効果でセパレータの表面での塗料の流れを抑制でき、塗膜の膜厚が均一化される。
上記(2)の燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータによれば、粗面化処理されている部位が、防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位(自重で流れる溝側面、表面張力で流れる溝底面)を含むので、粗面のアンカー効果でセパレータの表面での塗料の流れを抑制でき、塗膜の膜厚が均一化される。これによって、流路溝側面や溝底面で他の部位に比べて塗膜の膜厚が薄くなり過ぎることがなくなり、流路溝側面や溝底面が腐食の起点となることを抑制することができる。
上記(3)の燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータによれば、粗面化部分が接着剤塗布面を含むので、表面を粗した効果によって、セパレータ間に使用する接着剤のセパレータとの接着性を向上できる。
上記(4)の燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータによれば、防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位が、メタルセパレータの反応ガス流路の溝側面であるため、防食材塗布時に塗料が自重によって垂れて溝側面で塗膜が薄くなることを抑制することができる。
上記(5)の燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータによれば、防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位が、メタルセパレータの反応ガス流路の溝底面であるため、防食塗料塗布時に塗料が表面張力により溝底面両端のコーナ部へ引けて溝底面の中央部で塗膜が薄くなることを抑制することができる。
上記(6)の燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータによれば、防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位が、メタルセパレータの反応ガス流路の溝側面と溝底面であるため、防食塗料塗布時に塗料が自重によって垂れて溝側面で塗膜が薄くなることを抑制することができるとともに、塗料が「引け」によって溝底面両端のコーナ部へ移動して溝底面の中央部で塗膜が薄くなることを抑制することができる。
上記(7)の燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータによれば、粗面化処理がプラズマ処理であるので、塗料垂れの抑制の他、ブラスト処理、エッチング等に比べて、面の濡れ性が向上することによる塗料塗布性能の向上が得られる。
上記(8)の燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータの製造方法によれば、粗面化処理した後に塗膜を形成するので、塗膜形成時の塗料垂れを防止することができる。
According to the metal separator with an anticorrosive coating film for fuel cell of (1) above, the surface of the metal separator on the side where the reaction gas contacts is roughened, so the surface of the separator has a rough anchor effect. The flow of the paint can be suppressed, and the film thickness of the coating film is made uniform.
According to the metal separator with an anticorrosive coating film for fuel cells in (2) above, the roughened portion is a portion where the paint applied during the anticorrosive coating application can flow (the groove side surface that flows under its own weight, and the surface tension flows) Since the groove bottom surface is included, the flow of the paint on the surface of the separator can be suppressed by the rough anchor effect, and the film thickness of the coating film is made uniform. Thereby, the film thickness of the coating film does not become too thin compared to other parts on the side surface and the bottom surface of the flow channel, and it can be suppressed that the side surface and the bottom surface of the flow channel become the starting point of corrosion. .
According to the metal separator with an anticorrosive coating film for fuel cells in (3) above, since the roughened portion includes the adhesive-coated surface, adhesion of the adhesive used between the separators to the separator due to the effect of roughening the surface Can be improved.
According to the metal separator with an anticorrosive coating film for fuel cell (4) above, the portion where the paint applied during the anticorrosion coating application can flow is the groove side surface of the reaction gas flow path of the metal separator. Can be prevented from dripping due to its own weight and the coating film becoming thin on the side surface of the groove.
According to the metal separator with an anticorrosive coating film for the fuel cell of (5) above, the portion where the paint applied during the anticorrosion coating application can flow is the groove bottom surface of the reaction gas flow path of the metal separator. However, it is possible to prevent the coating film from being thinned at the center portion of the groove bottom surface due to the surface tension.
According to the metal separator with an anticorrosive coating film for a fuel cell according to the above (6), the portions where the paint applied during the anticorrosion coating application can flow are the groove side surface and the groove bottom surface of the reaction gas flow path of the metal separator. It is possible to prevent the paint from dripping due to its own weight during application, and to reduce the thickness of the coating on the side of the groove. Thinning can be suppressed.
According to the metal separator with an anticorrosive coating film for fuel cells in (7) above, since the roughening treatment is a plasma treatment, the wettability of the surface is less than that of blast treatment, etching, etc. in addition to suppression of paint dripping. Improvement in paint application performance due to improvement is obtained.
According to the method for producing a metal separator with an anticorrosive coating film for fuel cells described in (8) above, since the coating film is formed after the surface roughening treatment, paint dripping at the time of coating film formation can be prevented.
以下に、本発明の燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータとその製造方法を、図1〜図4を参照して説明する。
本発明の防食塗膜付きメタルセパレータが組み付けられる燃料電池は、低温型燃料電池であり、たとえば、固体高分子電解質型燃料電池10である。該燃料電池10は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
Below, the metal separator with an anti-corrosion coating film for fuel cells of this invention and its manufacturing method are demonstrated with reference to FIGS.
The fuel cell to which the metal separator with the anticorrosive coating film of the present invention is assembled is a low-temperature fuel cell, for example, a solid polymer
固体高分子電解質型燃料電池10は、図3、図4に示すように、膜−電極アッセンブリ(MEA:Membrane-Electrode Assembly )とセパレータ18との積層体からなる。積層方向は上下方向に限るものではなく、任意の方向でよい。
膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜11とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極(アノード、燃料極)14および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極(カソード、空気極)17とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ18との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層が設けられる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the solid polymer
The membrane-electrode assembly includes an
セパレータ18は防食塗膜付きメタルセパレータ18である。セパレータ18には、アノード14、カソード17に燃料ガス(水素)および酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給するための反応ガス流路27、28(燃料ガス流路27、酸化ガス流路28)と、その裏面に冷媒(通常、冷却水)を流すための冷媒流路26が形成されている。また、セパレータ18には、燃料ガス流路27に燃料ガスを供給、排出するための燃料ガスマニホールド30、酸化ガス流路28に酸化ガスを供給、排出するための酸化ガスマニホールド31、冷媒流路26に冷媒を供給、排出するための冷媒マニホールド29が形成されている。
The
膜−電極アッセンブリとセパレータ18を重ねて単位燃料電池(「単セル」ともいう)19を構成し、少なくとも1つのセルからモジュール(図6、図7では1モジュールが1セルから構成される場合を示しており、セル19とモジュールが等しいので、モジュールにも符号19を付す)を構成し、モジュール19を積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル20、インシュレータ21、エンドプレート22を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材(たとえば、テンションプレート24)、ボルト・ナット25により固定して、燃料電池スタック23を構成する。
A unit fuel cell (also referred to as a “single cell”) 19 is configured by stacking the membrane-electrode assembly and the
各セル19の、アノード側14では、水素を水素イオン(プロトン)と電子にする電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜11中をカソード側に移動し、カソード17側では酸素と水素イオンおよび電子(隣りのMEAのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる)から水を生成する反応が行われ、かくして発電が行われる。
アノード側:H2 →2H+ +2e-
カソード側:2H+ +2e- +(1/2)O2 →H2 O
An ionization reaction that converts hydrogen into hydrogen ions (protons) and electrons is performed on the
Anode side: H 2 → 2H + + 2e −
Cathode side: 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O
流体流路26、27、28、29、30、31をシールするために、ガス側のシール材33および冷媒側のシール32が設けられる。図示例では、ガス側シール材33が接着剤からなり、冷媒側シール材32がゴムガスケットからなる場合を示してあるが、ガス側シール材33も冷媒側シール材32も、接着剤とゴムガスケットの何れから構成されてもよい。
In order to seal the
図1、図2に示すように、防食塗膜付きメタルセパレータ18は、メタルセパレータ18aと、メタルセパレータ18aの反応ガスが接触する側の表面に塗布・形成された導電性をもつ防食塗膜18bとを有する。
メタルセパレータ18aは、金属製の薄板であり、該金属製薄板を凹凸させて形成した反応ガス流路27、28を有する。メタルセパレータ18aの反応ガス流路27、28の反対側は冷却水流路26である。メタルセパレータ18aの材料は、たとえばステンレスである。ただし、ステンレスに限るものではなく、アルミ、ニッケル、チタンや、それらの合金であってもよい。メタルセパレータ18aは、表面処理されていてもよく、表面処理には、カーボン蒸着や、金などの貴金属メッキなどを含む。表面処理は、メタルセパレータ18aの反応ガスと接触する側の面にも、その裏側の冷却水と接触する側の面にも施される。防食塗膜18bは、メタルセパレータ18aの反応ガスと接触する側の面のみに形成され、メタルセパレータ18aに表面処理層がある場合はその上に形成される。冷却水が接触する側の表面には防食塗膜18bは形成されない。
反応ガスと接触する側の表面のみに防食塗膜18bを形成する理由は、反応ガス側がpHが1〜3の強い酸性雰囲気(腐食環境)となり得るのに対し、冷却水側は腐食環境とはいえない程度であり、全面塗装にはコストがかかるからである。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
The reason why the
導電性をもつ防食材料からなる防食塗膜18bは、(イ)ゴム(たとえば、SBR(スチレン−ブタジエンゴム))に、導電性材料(たとえば、カーボン粉)を混合したもの、または(ロ)ゴムと熱可塑性樹脂を混合したものに、導電性材料(たとえば、カーボン粉)を混合したものからなる。防食塗膜18bは、ゴム、またはゴムと樹脂を、加熱溶融した状態で、メタルセパレータ18aの塗布(たとえば、スプレー塗布、ロール塗布等)し、固化して形成される。
The
図1、図2に示すように、メタルセパレータ18aの反応ガスが接触する側の表面は、粗面化処理されている。図2において、符号「18c」が、微小凹凸をもつ、粗面化処理した面を示す。この粗面化処理は、防食塗膜18bを塗布・形成する前に行われる。
粗面化処理は、メタルセパレータ18aの反応ガスが接触する側の表面の全域に施されてもよいし、あるいは、メタルセパレータ18aの反応ガスが接触する側の表面の一部の特定部位のみに施されてもよい。
粗面化処理した面の微小凹凸の高さ(凸の平均的な頂上と凹の平均的な谷との、面直交方向の距離)は、1μm〜30μmであり、望ましくは1μm〜10μmである。防食塗膜18bの厚さは、10μm〜80μmであり、望ましくは10μm〜30μmである。
As shown in FIGS. 1 and 2, the surface of the
The roughening treatment may be applied to the entire surface of the
The height of the minute irregularities on the surface subjected to the roughening treatment (distance in the direction perpendicular to the plane between the average top of the convex and the average valley of the concave) is 1 μm to 30 μm, and preferably 1 μm to 10 μm. . The thickness of the
このサイズの微小凹凸をもつ粗面化処理は、サンドブラスト、ショットブラスト、液体ホーミング、プラズマ、化学的エッチング、スパッタリングなどの従来知られた粗面化方法を用いることができる。このうちプラズマ処理が望ましい、その理由は、プラズマ処理でOH基が表面上に形成され、面の濡れ性が向上し、塗料塗布性能が向上するからである。メタルセパレータ18aの粗面化処理は、流路凹凸の形成後に行ってもよいし、あるいは流路凹凸の形成前に行ってもよい。
メタルセパレータ18aの粗面化処理をメタルセパレータ18aの全域に施してもよいし、あるいは、メタルセパレータ18aの一部である特定部位100のみに施してもよい。
粗面化処理をメタルセパレータ18aの一部である特定部位100のみに施す場合は、粗面化処理を施さない部位にマスキングを施した後、サンドブラストやエッチング等の粗面化処理を行い、その後マスキングを除去することにより、特定部位のみの粗面化処理を行うことができる。
For the surface roughening treatment having minute irregularities of this size, conventionally known surface roughening methods such as sand blasting, shot blasting, liquid homing, plasma, chemical etching, and sputtering can be used. Of these, plasma treatment is desirable because OH groups are formed on the surface by plasma treatment, the wettability of the surface is improved, and the coating performance is improved. The roughening treatment of the
The roughening treatment of the
In the case where the roughening process is performed only on the
粗面化処理をメタルセパレータ18aの一部である特定部位100のみに施す場合、その特定部位100は、防食塗料塗布時に塗布した塗料が(固化する迄に)自重で流れ得る部位110(図1、図2に示す)であってもよいし、あるいは、防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位110と、接着剤33が塗布される部位120(図4に示す)との両方であってもよい。自重で流れ得る部位110には、防食塗料塗布時のセパレータの姿勢等を考慮して塗料が垂れ得る想定部位も含むようにすることが望ましい。
防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位110は、(イ)塗布した塗料が自重によって下方へと流れる反応ガス流路27、28の溝側面27a、28aであってもよいし、(ロ)塗布した塗料が表面張力に「引け」によってコーナへと引き寄せられる反応ガス流路27、28の溝底面27b、28bであってもよいし、(ハ)反応ガス流路27、28の溝側面27a、28aと溝底面27b、28bとの両方であってもよい。
When the roughening process is performed only on the
The
粗面化処理をメタルセパレータ18aの一部である特定部位100のみに施す場合、その特定部位100は、
1)溝側面27a、28aのみ、
2)溝底面27b、28bのみ、
3)溝側面27a、28aと溝底面27b、28bの両方のみ、 4)溝側面27a、28aと接着剤33塗布部のみ、
5)溝底面27b、28bと接着剤33塗布部のみ、
6)溝側面27a、28aと溝底面27b、28bの両方と接着剤33塗布部のみ、
の何れかである。
When the roughening process is performed only on the
1) Only the groove side surfaces 27a and 28a,
2) Only groove bottom surfaces 27b and 28b,
3) Only the
5) Only the groove bottom surfaces 27b and 28b and the adhesive 33 application part,
6) Both the groove side surfaces 27a and 28a and the groove bottom surfaces 27b and 28b and the adhesive 33 application part only,
Any of them.
本発明の燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータの製造方法は、メタルセパレータ18aの反応ガスが接触する側の表面を粗面化処理する第1の工程と、粗面化処理後の表面に少なくとも耐食機能を有する塗膜18bを塗布・形成する第2の工程とを有し、第1の工程、第2の工程の順で実行される。
The method for producing a metal separator with a corrosion-resistant coating film for a fuel cell according to the present invention includes a first step of roughening the surface of the
つぎに、本発明の作用・効果を説明する。
本発明の燃料電池用「防食塗膜付きメタルセパレータ」18によれば、メタルセパレータ18aの反応ガスが接触する側の表面が、粗面化処理されているので、粗面18cのアンカー効果(塗料を固定・保持する効果)でメタルセパレータ18aの表面での塗料塗布時の固化前の塗料の、自重または表面張力による、流れを抑制でき、塗膜18bの膜厚が均一化される。塗膜18bに薄厚化する部分が生じにくい。これによって、塗膜18bの薄厚化した部分が、腐食の起点となることを抑制することができる。
Next, functions and effects of the present invention will be described.
According to the “metal separator with anticorrosive coating film” 18 for fuel cells of the present invention, the surface of the
また、メタルセパレータ18aの粗面化処理されている部位100が、防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る特定部位110(自重で塗料が流れる溝側面27a、28a、表面張力で塗料が流れる溝底面27b、28b)を含むので、粗面18cのアンカー効果でセパレータの表面での塗料の流れを抑制でき、塗料の流れで薄厚化する部分ができることを阻止でき、塗膜18bの膜厚が均一化される。これによって、流路溝側面27a、28aや溝底面27b、28bで他の部位に比べて塗膜の膜厚が薄くなり過ぎることがなくなり、流路溝側面27a、28aや溝底面27b、28bが腐食の起点となることを抑制することができる。
Further, the roughened
また、メタルセパレータ18aの粗面化処理されている部位100が、接着剤33の塗布面120を含む場合は、表面を粗した効果によって、セパレータ間に使用する接着剤33のメタルセパレータ18aとの接着性を向上できる。この場合は、メタルセパレータ18aの表面のうち、接着剤33の塗布面120には、塗膜18bは形成されておらず、接着剤33は、塗膜18bを介さずに、直接、メタルセパレータ18aの粗面18cに接着される。
Further, when the
防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位110が、メタルセパレータの反応ガス流路の溝側面27a、28aである場合は、防食材塗布時に塗料が自重によって垂れて溝側面27a、28aで塗膜が薄くなることを抑制することができる。従来は溝側面27a、28aの垂れ落ちによる塗膜の薄厚化分、全域に厚目に塗料を塗布する必要があり、MEA押圧面の塗膜が厚くなり過ぎて接触抵抗が増大するおそれがあったが、本発明では、溝側面27a、28aの垂れ落ち抑制によって全域に厚目に塗料を塗布する必要が無くなり、MEA押圧面の塗膜の厚さが厚すぎて接触抵抗が増大するおそれを軽減できる。
When the
防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位110が、メタルセパレータの反応ガス流路の溝底面27b、28bである場合は、防食塗料塗布時に塗料が表面張力により溝底面27b、28bの両端のコーナ部へ引けて溝底面27b、28bの中央部で塗膜が薄くなることを抑制することができる。従来は溝底面27b、28bの引けによる塗膜の薄厚化分、全域に厚目に塗料を塗布する必要があり、MEA押圧面の塗膜が厚くなり過ぎて接触抵抗が増大するおそれがあったが、本発明では、溝底面27b、28bの引け抑制によって全域に厚目に塗料を塗布する必要が無くなり、MEA押圧面の塗膜の厚さが厚すぎて接触抵抗が増大するおそれを軽減できる。
When the
防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位110が、メタルセパレータの反応ガス流路の溝側面27a、28aと溝底面27b、28bとの両方である場合は、防食塗料塗布時に塗料が自重によって垂れて溝側面で塗膜が薄くなることを抑制することができるとともに、塗料が「引け」によって溝底面両端のコーナ部へ移動して溝底面の中央部で塗膜が薄くなることを抑制することができる。従来は、溝側面27a、28aの垂れ落ちによる塗膜の薄厚化分、および、溝底面27b、28bの引けによる塗膜の薄厚化分、全域に厚目に塗料を塗布する必要があり、MEA押圧面の塗膜が厚くなり過ぎて接触抵抗が増大するおそれがあったが、本発明では、溝側面27a、28aの垂れ落ち抑制と、溝底面27b、28bの引け抑制によって、全域に厚目に塗料を塗布する必要が無くなり、MEA押圧面の塗膜の厚さが厚すぎて接触抵抗が増大するおそれを軽減できる。
When the
10 (固体高分子電解質型)燃料電池
11 電解質膜
14 電極(アノード、燃料極)
17 電極(カソード、空気極)
18 燃料電池用防食塗膜付きメタルセパレータ
18a メタルセパレータ
18b 塗膜
18c 粗面化部
19 セルまたはモジュール
20 ターミナル
21 インシュレータ
22 エンドプレート
23 スタック
24 外側部材または締結部材(テンションプレート)
25 ボルト
26 冷媒流路
27 燃料ガス流路
27a 流路溝側面
27b 流路溝底面
28 酸化ガス流路
28a 流路溝側面
28b 流路溝底面
29 冷媒マニホールド
30 燃料ガスマニホールド
31 酸化ガスマニホールド
32 冷媒側シール材(たとえば、ゴムガスケット)
33 ガス側シール材(たとえば、接着剤)
100 粗面化処理されている特定部位
110 防食塗料塗布時に塗布した塗料が流れ得る部位
120 接着剤33が塗布される部位
10 (solid polymer electrolyte type)
17 electrodes (cathode, air electrode)
18
25
33 Gas side sealing material (for example, adhesive)
100
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