[发明专利]电极用钛材

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极用钛材，特别涉及属于适用于燃料电池用隔板的电极用钛材的制造方法的技术领域。本发明的电极用钛材的主要对象为钛的板和条。

背景技术

固体高分子型燃料电池，是用正电极和负电极夹住固体高分子电解质膜而形成单电池，经被称为隔板(或者双极板)的电极将多个单电池重叠而构成的。

该燃料电池用的隔板材料，要求其具有接触电阻低，以及作为隔板使用时能够长期保持低的接触电阻的特性，基于此点，至今为止，综合考虑加工性及强度问题，对铝合金、不锈钢、镍合金、钛合金等金属材料的适用性进行了研究。

但是，将这些材料用于燃料电池隔板时，存在其表面形成的氧化皮膜等导致导电性显著劣化的倾向。因此，即使最初使用时接触电阻低，但将其作为隔板使用时不能长期保持低接触电阻，存在接触电阻经时性上升而导致电流损失的问题。另外，还存在由于因腐蚀而从材料中溶出的金属离子，导致电解质膜劣化等的问题。

针对这些问题，至今为止提出了抑制接触电阻的上升而保持导电性的技术方案。例如，使金属表面上形成导电性陶瓷膜，抑制金属的腐蚀，并且维持其导电性的方案(参考特许文献1)。

另外，还提出了从金属表面除去钝化皮膜后，在其表面上通过镀敷等被覆贵金属而保持导电性，被覆贵金属后进行压缩加工，在活性气体气氛中进行防蚀处理的方案(参考特许文献2)。

特许文献1：特开平11-162479号公报

特许文献2：特开2003-105523号公报

根据这些现有的技术，虽然可以一定程度上确保作为隔板的耐久性，但从保持导电性(作为隔板使用时能够长期保持低的接触电阻)的特性这一点来看并不充分。

例如，在特许文献1的情况下，因为陶瓷脆，所以受到冲击等时容易使陶瓷膜上产生裂纹。当陶瓷膜上产生裂纹时，腐蚀性物质从该处侵入后对基材(金属)产生腐蚀，因此陶瓷膜出现剥离和开裂，进而导致接触电阻上升而出现导电性下降的问题。

在特许文献2的情况下，存在贵金属薄膜层局部性剥离而导致导电性下降的问题。即，通常在隔板上设有凹凸，所以在形成贵金属薄膜层后进行压缩加工时，难以对贵金属薄膜层进行均匀的压缩加工。因此，在贵金属皮膜形成后的压缩成形时，贵金属层会产生裂纹，或者在贵金属皮膜的局部产生残留应力，由于这些原因使贵金属薄膜层产生局部剥离，进而导致接触电阻上升而出现导电性下降的问题。

发明内容

本发明正是着眼于这些问题而设计的，其目的在于，提供一种接触电阻值低，其导电性能够长期保持稳定的电极用钛材。

为了达成上述目的，本发明的电极用钛材的要旨在于，在含有从铂族元素、Au、Ag中选出的1种或2种以上的贵金属元素的钛合金基材表面，形成平均厚度为200nm以下的、从该钛合金基材析出的贵金属元素和钛氧化物的混合层，该混合层表面和钛合金基材具有以通过下述测定方法测得的接触电阻值计为12mΩ·cm²以下的导电性。

所述接触电阻通过下述方法算出：从钛合金材上侧用与钛合金材的接触面积为1cm²的铜电极，从钛合金材下侧用与钛合金材的接触面积为1cm²的铜电极，分别隔着平均厚度为0.3mm的碳纤维布，夹住形成有所述混合层的板状钛合金材的两面，并且通过液压机，分别经铜电极及碳纤维布，从钛合金材的上下两侧施加面压为5kg/cm²负荷，在此状态下，用4端子式电阻计测定在所述两铜电极间流过7.4mA的电流时的所述两个碳纤维布间的电压下降量，从而算出接触电阻。

另外，上述铂族元素是指从Pd、Pt、Ir、Ru、Rh、Os中选出的1种或2种以上的元素。

在本发明中，将设在电极用钛材表面的表面层(皮膜)，作为源自钛合金基材的贵金属元素和钛氧化物的混合层。更具体地说，就是将该表面层作为预先使其包含在钛合金基材中，并使其从钛合金基材中析出的贵金属元素(结晶、粒子)、和对使该贵金属元素析出的钛合金基材进行热处理后新生成的钛氧化物的混合层。

基于此点，本发明的电极用钛材的表面层，与所述的现有技术完全不同，不从外部另外向钛材(钛合金基材)的表面设置导电性陶瓷膜和贵金属镀敷被覆等由钛材以外的其他材料构成的皮膜和被覆层。