JP2007172974A - ダイレクトメタノール型燃料電池用のセパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な性能を長時間維持することができるダイレクトメタノール型燃料電池を可能とするセパレータを提供する。
【解決手段】 ダイレクトメタノール型燃料電池用のセパレータを、少なくとも一方の面に溝部を備えた金属基体を被覆するように電着により形成された樹脂層を備えたものとし、この樹脂層を、導電材料が含有されており、かつ、表面が親水性であるものとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池用のセパレータに関し、特に固体高分子電解質膜の両側に電極を配した単位セルを複数個積層したダイレクトメタノール型燃料電池において燃料極側に配設されるセパレータに関する。

燃料電池は、簡単には、外部より燃料（還元剤）と酸素または空気（酸化剤）を連続的に供給し、電気化学的に反応させて電気エネルギーを取り出す装置で、その作動温度、使用燃料の種類、用途などで分類される。また、最近では、主に使用される電解質の種類によって、大きく、固体酸化物型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、リン酸型燃料電池、高分子電解質型燃料電池、アルカリ水溶液型燃料電池の５種類に分類させるのがー般的である。
これらの燃料電池は、メタン等から生成された水素ガスを燃料とするものであるが、最近では、燃料としてメタノール水溶液をダイレクトに用いるダイレクトメタノール型燃料電池（以下、ＤＭＦＣとも言う）も知られている。このＤＭＦＣでは、水素ガスを燃料とする固体高分子型燃料電池（以下、ＰＥＦＣとも言う）と同様に、電解質として固体高分子電解質膜を用いたものがある。このようなＤＭＦＣでは、固体高分子電解質膜の両側に、空気極（酸素極）、燃料極（水素極）を配置した単位セルを複数個積層し、目的に応じて起電力を大きくしたスタック構造のものが一般的である。単位セル間に配設されるセパレータは、一般に、そのー方の面に、隣接するー方の単位セルに燃料を供給するための燃料供給用溝部が形成され、他方の面に、隣接する他方の単位セルに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給用溝部が形成されている。そして、ＤＭＦＣの燃料極では、下記の式（１）のような反応が生じ、空気極では、下記の式（２）のような反応が生じる。
ＣＨ₃ＯＨ ＋ Ｈ₂Ｏ → ６Ｈ⁺ ＋ ＣＯ₂ ＋ ６ｅ^- （１）
3/2Ｏ₂ ＋ ６ｅ^- ＋ ６Ｈ⁺ → ３Ｈ₂Ｏ （２）

しかし、ＤＭＦＣの燃料極では、上記式（１）に示すように、水素イオンと電子に加えて二酸化炭素が発生し、発生した二酸化炭素の気泡が単位セルに燃料を供給するための燃料供給用溝部を閉塞して燃料供給が阻害されたり、また、二酸化炭素の気泡が燃料極の表面に付着して触媒の有効面積が減少し、これによりＤＭＦＣの性能低下を来たすという問題があった。
このような問題を解決するために、例えば、発生した二酸化炭素を気体分離膜を用いて排除するようにしたもの（特許文献１）、燃料に消泡剤を含有させて、二酸化炭素が燃料極等に付着するのを防止したもの（特許文献２）、燃料極や燃料供給用溝部に炭酸イオンを捕捉する捕捉剤を導入したもの（特許文献３）等が開発されている。
特開２００１−１０２０７０号公報 特開２００３−３４６８６３号公報 特開２００４−３９３０７号公報

しかしながら、上述のような従来のＤＭＦＣでは、燃料極で発生する二酸化炭素の除去、燃料極への気泡の付着防止が未だ不十分なものであり、ＤＭＦＣの性能低下を回避できないという問題があった。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、良好な性能を長時間維持することができるダイレクトメタノール型燃料電池を可能とするセパレータを提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明は、金属基体と、該金属基体の少なくとも一方の面に形成された溝部と、前記金属基体を被覆するように電着により形成された樹脂層とを備え、該樹脂層は導電材料を含有するとともに、表面が親水性であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記導電材料は、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、耐食性金属の少なくとも１種であるような構成とした。
また、本発明は、金属基体と、該金属基体の少なくとも一方の面に形成された溝部と、前記金属基体を被覆するように電解重合により形成された樹脂層とを備え、該樹脂層は導電性高分子からなる樹脂に導電性を高めるドーパントを含有するとともに、表面が親水性であるような構成とした。

また、本発明は、金属基体と、該金属基体の少なくとも一方の面に形成された溝部と、前記金属基体を被覆するように形成された樹脂層とを備え、該樹脂層は電解重合により形成された導電性高分子からなる樹脂に導電性を高めるドーパントを含有する第１の樹脂層と、この第１の樹脂層を被覆するように電着により形成され導電材料を含有するとともに、表面が親水性である第２の樹脂層からなるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記導電材料は、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、耐食性金属の少なくとも１種であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記樹脂層は、親水性を発現する基としてＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＮＨ₂基の少なくとも１種を含有するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記樹脂層は、厚みが０．１〜１００μｍの範囲であるような構成とした。

本発明のセパレータは、樹脂層が電着により形成されているので、高い耐食性を示すとともに、この樹脂層の表面が親水性を有するので、燃料極で反応生成された二酸化炭素の気泡が付着することなく外部へ排出され易く、これにより二酸化炭素の気泡が燃料極に付着したり、溝部を閉塞して燃料供給を阻害することが防止され、さらに、金属基体を使用していることによりセパレータの強度が高いものとなる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明のダイレクトメタノール型燃料電池用のセパレータの一実施形態を示す部分断面図である。図１において、本発明のセパレータ１は、金属基体２と、この金属基体２の両面に形成された溝部３と、金属基体２の両面を被覆するように電着により形成された樹脂層５とを備えている。そして、この樹脂層５は、導電材料を含有し、かつ、表面が親水性を有している。
セパレータ１を構成する金属基体２の材質は、電気導電性が良く、所望の強度が得られ、加工性の良いものが好ましく、例えば、ステンレス、冷間圧延鋼板、アルミニウム、チタン、銅等が挙げられる。

金属基体２が有する溝部３は、セパレータ１がダイレクトメタノール型燃料電池において燃料極側に配設されたときに、一方が、隣接する単位セルに燃料を供給するための燃料供給用溝部となり、他方が、隣接する別の単位セルに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給用溝部となるものである。また、溝部３の一方が燃料供給用溝部であり、他方が冷却水用溝となるものであってもよい。さらに、金属基体２の一方の面のみに燃料供給用溝部としての溝部３を備えるものであってもよい。
このような溝部３の形状は、特に制限はなく、蛇行した連続形状、櫛形状等であってよく、また、深さ、幅、断面形状も特に制限はない。また、金属基体２の表裏で、溝部３の形状が異なるものであってもよい。

セパレータ１を構成する樹脂層５は、金属基体２に耐食性を付与するとともに、導電性と親水性を有するものである。この樹脂層５は、電着性を有するとともに親水性を発現するための官能基等を構造中に有する各種アニオン性、またはカチオン性の合成高分子樹脂に導電材料を分散させた電着液を用いて電着により成膜し、その後、硬化させて形成することができる。また、電着性を有する各種アニオン性、またはカチオン性の合成高分子樹脂に導電材料を分散させた電着液を用いて電着により成膜、硬化させた後、プラズマ表面処理、コロナ放電処理、紫外線照射、オゾン処理、表面グラフト化処理、強酸・強アルカリ等による化学的処理等の親水性処理を施して樹脂層５を形成することもできる。
但し、溝部３の一方が酸化剤ガス供給用溝部である場合には、この酸化剤ガス供給用溝部を備えた面に形成される樹脂層５は、親水性を有するものではなく、特に撥水性を有するものとすることが好ましい。これにより、空気極で反応生成された水を外部に排出することが容易となり、酸化剤ガス供給用溝部での水詰まりを防止することができる。

上記のアニオン性合成高分子樹脂としては、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、マレイン化油樹脂、ポリブタジエン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができ、これらを単独で、あるいは任意の組み合わせによる混合物として使用することができる。また、親水性を発現する基としてＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＮＨ₂基、エステル基、エポキシ基、アミド基、イミド基の少なくとも１種を構造中に有するアニオン性合成高分子樹脂としては、ポリエステル／メラミン樹脂、マレイン化油樹脂、マレイン化エポキシエステル樹脂、マレイン化ポリブタジエン樹脂、アクリル／メラミン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等を一部加水分解した樹脂、アクリル酸とメタクリル酸の共重合体ポリマー等を挙げることができ、これらを単独で、あるいは任意の組み合わせによる混合物として使用することができる。このようなアニオン性合成高分子樹脂とメラミン樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂等の架橋性樹脂とを併用してもよい。

一方、カチオン性合成高分子樹脂としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができ、これらを単独で、あるいは任意の組み合わせによる混合物として使用することができる。また、親水性を発現する基としてＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＮＨ₂基、エステル基、エポキシ基、アミド基、イミド基の少なくとも１種を構造中に有するカチオン性合成高分子樹脂としては、エポキシ樹脂、グリシジル基含有アクリルポリマー、エポキシ化ポリブタジエン、エポキシ化不飽和樹脂等に、アミン付加した樹脂、あるいは、オニウム塩化した樹脂、アミノ基含有モノマーとビニル系モノマーの共重合体、アミノ基含有モノマーと不飽和基含有モノマーのグラフト重合体、ポリアミンとジカルボン酸の反応体、マレイン化ポリマー、イソシアネート含有ポリマーにアミン付加したポリマー等を挙げることができ、これらを単独で、あるいは任意の組み合わせによる混合物として使用することができる。このようなカチオン性合成高分子樹脂とポリエステル樹脂、ウレタン樹脂等の架橋性樹脂とを併用してもよい。
また、上記の電着性を有する合成高分子樹脂に粘着性を付与するために、ロジン系、テルペン系、石油樹脂等の粘着性付与樹脂を必要に応じて添加してもよい。

このような電着性の合成高分子樹脂は、アルカリ性または酸性物質により中和して水に可溶化された状態、あるいは水分散状態で電着に供される。すなわち、アニオン性合成高分子樹脂は、トリメチルアミン、ジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン等のアミン類、アンモニア、苛性カリ等の無機アルカリで中和する。また、カチオン性合成高分子樹脂は、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸等の酸で中和する。そして、中和された水可溶の高分子樹脂は、水分散型または溶解型として水に希釈された状態で使用される。

樹脂層５に含有される導電材料としては、例えば、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン等のカーボン素材、耐食性金属等が挙げられるが、耐酸性かつ導電性が所望のものが得られれば、これらの導電材料に限定されない。特に、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン等の微細繊維状炭素材料は、樹脂層５に導電性を付与するために好適である。このような導電材料の樹脂層５における含有量は、樹脂層５に要求される導電性に応じて適宜設定することができ、例えば、３０〜７０重量％の範囲で設定することができる。
尚、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン等の微細繊維状炭素材料は、ナノテクノロジーの素材として、複合材料、電子デバイス等の種々の分野に適用が期待されているものであり、これらをフィラーとして複合材料に用いた場合には、これらが有する物性を複合材料に付与することができる。例えば、カーボンナノチューブは、導電性、耐酸性、加工性、機械的強度等の面で優れており、フィラーとして複合材料に用いられた場合には、このようなカーボンナノチューブの優れた物性を複合材料に付与することができる。

電着により形成された樹脂層５の親水性は、水の接触角が０〜３０°の範囲となるように設定することが好ましい。尚、本発明では、水の接触角の測定は接触角測定装置（協和界面化学（株）製 ＣＡ−Ｚ）により行う。このような樹脂層５の厚みは、０．１〜１００μｍ、好ましくは３〜３０μｍの範囲とすることができる。樹脂層５の厚みが０．１μｍ未満であると、ピンホール等の発生により、良好な耐食性が確保できなことがあり、１００μｍを超えると、乾燥固化後のヒビ割れ等の発生や膜厚方向の抵抗値増加、生産性低下、コスト高となり好ましくない。

本発明では、セパレータ１を構成する樹脂層５が、電解重合により形成され、導電性高分子からなる樹脂に導電性を高めるドーパントを含有し、かつ、表面が親水性であるような樹脂層であってもよい。このような樹脂層は、親水性を発現するための官能基等を導電性高分子の構造中に有するもの、あるいは、電解重合により形成された導電性高分子からなる樹脂にプラズマ表面処理等の親水性処理を施したものであってよい。電解重合は、基本的には、芳香族化合物をモノマーとして含む電解液に電極を浸漬し通電して行い、電気化学的に酸化または還元して重合する公知の方法である。樹脂層中へのドーパントの含有は、電解重合の際にドーパントを含ませる電気的ドーピング、あるいは、電解重合後に導電性高分子をドーパントの液体、またはドーパント分子を含む溶液に浸漬する液相ドーピングにより行うことができる。ドーパントとしては、アルカリ金属、アルキルアンモニウムイオン等のドナー型のドーパント、ハロゲン類、ルイス酸、プロトン酸、遷移金属ハライド、有機酸等のアクセプタ型のドーパントを挙げることができる。

樹脂層５中のドーパント量は、樹脂層５に要求される導電性に応じて適宜設定することができる。
さらに、本発明では、セパレータ１を構成する樹脂層５が、電解重合により形成された導電性高分子からなる樹脂に導電性を高めるドーパントを含有する第１の樹脂層と、この第１の樹脂層を被覆するように電着により形成され、導電材料を含有するとともに親水性である第２の樹脂層からなる複合膜構造であってもよい。

図２は、本発明のセパレータの製造を、図１に示されるセパレータ１を例として説明する図である。図２において、金属板材２′の両面にフォトリソグラフィーにより所望のパターンでレジスト９，９を形成し（図２（Ａ））、このレジスト９，９をマスクとして両面から金属板材２′をエッチングして溝部３，３を形成する（図２（Ｂ））。その後、レジスト９，９を剥離して金属基体２を得る（図２（Ｃ））。この金属基体２の両面に、電着性を有するとともに親水性を発現するための官能基等を構造中に有する各種アニオン性、またはカチオン性の合成高分子樹脂に、導電材料を分散させた電着液を用いて電着により成膜し、その後、硬化させて樹脂層５を形成する（図２（Ｄ））。これにより、セパレータ１が得られる。また、電着性を有する各種アニオン性、またはカチオン性の合成高分子樹脂に、導電材料を分散させた電着液を用いて電着により成膜、硬化させた後、プラズマ表面処理、コロナ放電処理、紫外線照射、オゾン処理、表面グラフト化処理、強酸・強アルカリ等による化学的処理等の親水性処理を施して樹脂層５を形成することもできる。このように形成された樹脂層５は、良好な導電性と高い耐食性を示すとともに、表面が親水性を具備したものとなる。

ここで、本発明のセパレータを用いたダイレクトメタノール型燃料電池の一例を、図３〜図６を参照して説明する。図３はダイレクトメタノール型燃料電池の構造を説明するための部分構成図であり、図４はダイレクトメタノール型燃料電池を構成する膜電極複合体を説明するための図であり、図５および図６は、それぞれダイレクトメタノール型燃料電池のセパレータと膜電極複合体を離間させた状態を異なった方向から示す斜視図である。
図３〜図６において、ダイレクトメタノール型燃料電池１１は、単位セルである膜電極複合体（ＭＥＡ:Membrane-Electrode Assembly）２１とセパレータ３１とからなる。
ＭＥＡ２１は、図４に示されるように、高分子電解質膜２２の一方の面に配設された触媒層２３とガス拡散層（ＧＤＬ:Gas Diffusion Layer）２４とからなる燃料極（水素極）２５と、高分子電解質膜２２の他方の面に配設された触媒層２６とガス拡散層（ＧＤＬ:Gas Diffusion Layer）２７とからなる空気極（酸素極）２８を備えている。

セパレータ３１は、一方の面に燃料供給用溝部３３ａを備え、他方の面に酸化剤ガス供給用溝部３４ａを備えたセパレータ３１Ａと、一方の面に燃料供給用溝部３３ａを備え、他方の面に冷却水用溝部３４ｂを備えたセパレータ３１Ｂと、一方の面に冷却水用溝部３３ｂを備え、他方の面に酸化剤ガス供給用溝部３４ａを備えたセパレータ３１Ｃとからなっている。
このようなセパレータ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのうち、燃料供給用溝部３３ａを備えたセパレータ３１Ａ，３１Ｂは、本発明のセパレータであり、燃料供給用溝部３３ａが形成されている面に、図１に示されるような樹脂層５が形成されているが、図示例では、省略している。

尚、セパレータ３１Ａの酸化剤ガス供給用溝部３４ａが形成された面に形成される樹脂層、および、セパレータ３１Ｂの冷却水用溝部３４ｂが形成された面に形成される樹脂層は、親水性を具備していないものであってよく、特にセパレータ３１Ａの酸化剤ガス供給用溝部３４ａが形成された面に形成される樹脂層は、撥水性を具備したものが好ましい。
また、燃料供給用溝部３３ａを備えていないセパレータ３１Ｃについては、親水性を具備していない樹脂層で被覆されて導電性と耐食性が付与されたセパレータであればよく、特にセパレータ３１Ｃの酸化剤ガス供給用溝部３４ａが形成された面に形成される樹脂層は、撥水性を具備したものが好ましい。

各セパレータ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと上記の高分子電解質膜２２の所定位置には、２個の燃料供給孔３５ａ，３５ｂ、２個の酸化剤ガス供給孔３６ａ，３６ｂ、２個の冷却水供給孔３７ａ，３７ｂが貫通孔として形成されている。そして、セパレータ３１Ａの酸化剤ガス供給用溝部３４ａが形成されている面に、ＭＥＡ２１の空気極（酸素極）２８が当接し、セパレータ３１Ｂの燃料供給用溝部３３ａが形成されている面に、ＭＥＡ２１の燃料極（水素極）２５が当接するように、また、セパレータ３１Ｂの冷却水用溝部３４ｂが形成された面とセパレータ３１Ｃの冷却水用溝部３３ｂが形成された面とが当接するように、各セパレータ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと単位セルであるＭＥＡ２１が積層され、この繰り返しでダイレクトメタノール型燃料電池１１が構成されている。このように積層された状態で、上記の２個の燃料供給孔３５ａ，３５ｂはそれぞれ積層方向に貫通する燃料ガスの供給路を形成し、２個の酸化剤ガス供給孔３６ａ，３６ｂはそれぞれ積層方法に貫通する酸化剤ガスの供給路を形成し、２個の冷却水供給孔３７ａ，３７ｂはそれぞれ積層方向に貫通する冷却水の供給路を形成している。
上述の本発明のセパレータの実施形態は例示であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

次に、具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［実施例１］
金属板材として、厚み４．５ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４）を準備し、表面の脱脂処理を行った。
次に、このステンレス板の両面に、感光材料（カゼインと重クロム酸アンモニウムとの混合物）をディップコート法により塗布して厚み２０μｍの塗膜を形成し、溝部形成用のフォトマスクを介して露光（５ｋＷ水銀灯により６０秒間照射）、現像（４０℃温水をスプレー）してレジストを形成した。
次いで、上記のレジストを介してステンレス板の両面から７０℃に加熱した塩化第二鉄溶液をスプレーして、所定の深さまでハーフエッチングを行った。その後、８０℃の苛性ソーダ水溶液でレジストを剥離し、洗浄処理を施した。これにより、幅が１ｍｍ、深さが０．５ｍｍのほぼ半円形状の断面を有し、振れ幅１００ｍｍ、ピッチ５０ｍｍで蛇行した長さ１０００ｍｍの溝部を備えた金属基体を得た。

一方、以下のようにして、エポキシ電着液を調製した。
まず、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（エポキシ当量９１０）１０００重量部を撹拌下に７０℃に保ちながら、エチレングリコールモノエチルエーテル４６３重量部に溶解させ、さらに、ジエチルアミン８０．３重量部を加えて１００℃で２時間反応させてアミンエポキシ付加物（Ａ）を調製した。
また、コロネートＬ（日本ポリウレタン（株）製 ジイソシアネート：ＮＣＯ１３％の不揮発分７５重量％）８７５重量部にジブチル錫ラウレート０．０５重量部を加え５０℃に加熱し、これに２−エチルヘキサノール３９０重量部を添加し、その後、１２０℃で９０分間反応させた。得られた反応生成物をエチレングリコールモノエチルエーテル１３０重量部で希釈した成分（Ｂ）を得た。

次に、上記のアミンエポキシ付加物（Ａ）１０００重量部と成分（Ｂ）４００重量部からなる混合物を、氷酢酸３０重量部で中和した後、脱イオン水５７０重量部を用いて希釈し、不揮発分５０重量％の樹脂Ａを調製した。この樹脂Ａ２００．２重量部（樹脂成分８６．３容量）、脱イオン水５８３．３重量部、およびジブチル錫ラウレート２．４重量部を配合してエポキシ電着液を調製した。
次いで、上記のエポキシ電着液に、導電材料としてカーボンナノチューブ（昭和電工（株）製 気相法炭素繊維 ＶＧＣＦ）を樹脂固形分に対して６０重量％添加し分散させて電着液とした。

上記の電着液を２０℃に保って撹拌し、この中に上記の金属基体を浸漬し、極間４０ｍｍ、電圧５０Ｖで１分間電着を行い、引き上げた金属基体を純水洗浄した。その後、ホットプレート上で１５０℃、３分間乾燥し、さらに、窒素雰囲気中で１８０℃、１時間の加熱硬化処理を施した。これにより、溝部を含めた金属基体上には、厚み１５μｍの樹脂層が形成された。次いで、この樹脂層に下記の条件でプラズマ表面処理を施してセパレータを得た。
（プラズマ表面処理の条件）
・放電電力 ： ４００Ｗ（周波数１３．５６ＭＨｚ）
・酸素流量 ： ５０ｃｃ／分（総ガス圧５０Ｐａ）
・処理時間 ： ５分間

このように作製したセパレータの樹脂層における水の接触角を下記の条件で測定した結果、１０°であり、高い親水性を備えていることが確認された。
（水の接触角の測定方法）
常温常圧下で被測定物の表面に純水を滴下し、水滴の頂点の高さｈ、水滴の半径ａ
を直読する。固液界面・水平線と、液滴頂点を結ぶ線がなす角θBは、接触角θA
の半分の関係にあるため、θA＝２θB＝２arctan（ｈ／ａ）より、水の接触角を
測定する。
また、作製したセパレータを炭酸水（液温２０℃）中に浸漬して、３０ｍｍ四方の範囲における二酸化炭素の気泡の付着程度を観察した結果、気泡の付着は見られなかった。

［実施例２］
実施例１と同様にして、溝部を備えた金属基体を作製した。
また、以下のようにして、親水性エポキシ電着液を調製した。
まず、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（エポキシ当量９１０）１０００重量部を撹拌下に７０℃に保ちながら、エチレングリコールモノエチルエーテル４６３重量部に溶解させ、さらに、ジエタノールアミン１１５．５重量部を加えて１００℃で２時間反応させてアミンエポキシ付加物（Ａ）を調製した。

また、コロネートＬ（日本ポリウレタン（株）製 ジイソシアネート：ＮＣＯ１３％の不揮発分７５重量％）８７５重量部にジブチル錫ラウレート０．０５重量部を加え５０℃に加熱し、これに２−エチルヘキサノール３９０重量部を添加し、その後、１２０℃で９０分間反応させた。得られた生成物をエチレングリコールモノエチルエーテル１３０重量部で希釈した成分（Ｂ）を得た。
次に、上記のアミンエポキシ付加物（Ａ）１０００重量部と成分（Ｂ）４００重量部からなる混合物を、氷酢酸３０重量部で中和した後、脱イオン水５７０重量部を用いて希釈し、不揮発分５０重量％の樹脂Ａを調製した。この樹脂Ａ２００．２重量部と脱イオン水５８３．３重量部、およびジブチル錫ラウレート２．４重量部を配合して親水性エポキシ電着液を調製した。

次いで、上記の親水性エポキシ電着液に、導電材料としてカーボンナノチューブ（昭和電工（株）製 気相法炭素繊維 ＶＧＣＦ）を樹脂固形分に対して６０重量％添加し分散させて、電着液とした。
次に、上記の電着液を２０℃に保って撹拌し、この中に上記の金属基体を浸漬し、極間４０ｍｍ、電圧５０Ｖで１分間電着を行い、引き上げた金属基体を純水洗浄した。その後、ホットプレート上で１５０℃、３分間乾燥し、さらに、窒素雰囲気中で１８０℃、１時間の加熱硬化処理を施した。これにより、溝部を含めた金属基体上には、厚み１５μｍの樹脂層が形成されてセパレータが得られた。
このセパレータの樹脂層における水の接触角を、実施例１と同様の条件で測定した結果、１５°であり、高い親水性を備えていることが確認された。
また、作製したセパレータを炭酸水（液温２０℃）中に浸漬して、実施例１と同様に二酸化炭素の気泡の付着程度を観察した結果、気泡の付着は見られなかった。

［比較例］
樹脂層に対するプラズマ表面処理を施さない他は、実施例１と同様にして、セパレータを作製した。
このセパレータの樹脂層における水の接触角を、実施例１と同様の条件で測定した結果、４５°であり、親水性が極めて低いことが確認された。
また、作製したセパレータを炭酸水（液温２０℃）中に浸漬して、実施例１と同様に二酸化炭素の気泡の付着程度を観察した結果、複数個の気泡付着が見られた。

上述の実施例では、セパレータの構造として、金属基体の少なくとも一方の面に溝部が形成されたセパレータとしているが、パッシブ型のダイレクトメタノール型燃料電池に使用される平面型のセパレータのように、複数の燃料供給用貫通口を有する集電部を平面に複数個配置して一体化した構造のセパレータについても、本発明を適用できる。つまり、燃料供給用溝部に替えて、上記の燃料供給用貫通口を有するセパレータの表面に電着により導電性の樹脂層を形成し、この樹脂層の表面を親水性とすることで、燃料極側の集電部に生成した炭酸ガスが付着することを未然に防止することができ、溝部を有するセパレータの場合と同様の効果を奏することができる。

本発明は、固体高分子電解質膜の両側に電極を配した単位セルを複数個積層したダイレクトメタノール型燃料電池の製造に適用することができる。

本発明のダイレクトメタノール型燃料電池用のセパレータの一実施形態を示す部分断面図である。 本発明のセパレータの製造方法を、図１に示されるセパレータを例として説明する図である。 本発明のセパレータを使用したダイレクトメタノール型燃料電池の一例を説明するための部分構成図である。 図３に示されるダイレクトメタノール型燃料電池を構成する膜電極複合体を説明するための図である。 図３に示されるダイレクトメタノール型燃料電池のセパレータと膜電極複合体を離間させた状態を示す斜視図である。 図３に示されるダイレクトメタノール型燃料電池のセパレータと膜電極複合体を離間させた状態を図５とは異なった方向から示す斜視図である。

符号の説明

１…セパレータ
２…金属基体
３…溝部
５…樹脂層
１１…ダイレクトメタノール型燃料電池
２１…膜電極複合体（ＭＥＡ）
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ…セパレータ

Claims (7)

1. 金属基体と、該金属基体の少なくとも一方の面に形成された溝部と、前記金属基体を被覆するように電着により形成された樹脂層とを備え、該樹脂層は導電材料を含有するとともに、表面が親水性であることを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池用のセパレータ。
2. 前記導電材料は、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、耐食性金属の少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載のダイレクトメタノール型燃料電池用のセパレータ。
3. 金属基体と、該金属基体の少なくとも一方の面に形成された溝部と、前記金属基体を被覆するように電解重合により形成された樹脂層とを備え、該樹脂層は導電性高分子からなる樹脂に導電性を高めるドーパントを含有するとともに、表面が親水性であることを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池用のセパレータ。
4. 金属基体と、該金属基体の少なくとも一方の面に形成された溝部と、前記金属基体を被覆するように形成された樹脂層とを備え、該樹脂層は電解重合により形成された導電性高分子からなる樹脂に導電性を高めるドーパントを含有する第１の樹脂層と、この第１の樹脂層を被覆するように電着により形成され導電材料を含有するとともに、表面が親水性である第２の樹脂層からなることを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池用のセパレータ。
5. 前記導電材料は、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、耐食性金属の少なくとも１種であることを特徴とする請求項４に記載のダイレクトメタノール型燃料電池用のセパレータ。
6. 前記樹脂層は、親水性を発現する基としてＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＮＨ₂基の少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載のダイレクトメタノール型燃料電池用のセパレータ。
7. 前記樹脂層は、厚みが０．１〜１００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のダイレクトメタノール型燃料電池用のセパレータ。

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