[发明专利]接触电阻小的多孔钛

说明书

技术领域

本发明涉及金呈网格状在多孔钛的至少骨架外表面连续展开、扩 散结合而成的接触电阻小的多孔钛，该多孔钛用作固体高分子燃料电 池的空气极材料和燃料极材料。

本申请主张2006年12月13日在日本申请的日本特愿 2006-335609号和2007年11月12日在日本申请的日本特愿 2007-292956号的优先权，并将其内容援引到本说明中。

背景技术

通常，固体高分子燃料电池是在电解质的一个面上形成由带有催 化剂的导电性多孔体构成的空气极，在电解质的另一个面上形成同样 由带有催化剂的导电性多孔体构成的燃料极，通常具有所述结构的固 体高分子燃料电池具有经由隔膜多个重叠而成的结构。空气极与第一 隔膜接触，燃料极与第二隔膜接触，其接触电阻必须低。通常，隔膜 使用碳板或金属板，构成空气极材料和燃料极材料的导电性多孔体使 用被称为碳纸的碳纤维的非织造布或多孔金属等。使用金属板(例如钛 板)作为隔膜时，在使用环境中钛板的表面被电阻高的氧化被膜覆盖， 因此接触电阻大。为了改善该现象，将在钛板表面覆盖了金的钛板用 作固体高分子燃料电池的隔膜。对该覆盖了金的钛板进行热处理以试 图降低接触电阻(参照专利文献1)。

在上述钛板的表面形成金膜的方法还有：除去在钛板表面形成的 氧化钛膜，然后附着金(参照专利文献2)。

还考虑了在固体高分子燃料电池的空气极和燃料极中使用耐腐 蚀性优异的多孔钛作为导电性多孔体。多孔钛通常如图7所示，由在 表面开口、与内部的空孔相连的连续空孔1和骨架2构成。图7所示 多孔钛的骨架2的A部分的放大图如图8所示。如图8所示，已知在 多孔钛的骨架2的表面形成有放置在大气中自然产生的氧化钛层3， 特别是在多孔钛的骨架外表面4上形成的氧化钛层3抑制导电性，使 接触电阻增大。因此可以认为，使用多孔钛作为固体高分子燃料电池 的空气极和燃料极时，优选使用在多孔钛的表面与隔膜同样地表面覆 盖金的多孔钛。

专利文献1：日本特开2004-134276号公报

专利文献2：日本特开2001-6713号公报

发明内容

若要通过电镀法、CVD法、PVD法等在多孔钛的表面覆盖金， 在多孔钛的表面以气孔率：60％以上的比例形成有与内部连通的连续 气孔，因此不仅多孔钛骨架的整个外表面，直至内部的整个骨架表面 都形成了金的被膜。由于接触部分以外的内部的骨架表面也形成了金 的被膜，因此金的使用量多，成本高。

此外，一般来说，固体高分子燃料电池大多用于便携笔记本电脑、 手机等移动装置的动力源，因此受到振动的机会多。使用通过电镀法、 CVD法、PVD法等在骨架的外表面覆盖了金的多孔钛作为空气极和 燃料极的材料的固体高分子燃料电池受到振动时，在与隔膜接触的空 气极和燃料极的骨架外表面形成的含金的皮膜表面发生变形或皮膜 剥离的情况较多，因此接触电阻升高。特别是，由于固体高分子燃料 电池中使用的含多孔钛的空气极和燃料极是多孔的，实际的外面积极 小，因此如果含金的被膜表面发生变形或被膜剥离，与通常的在整个 钛金属表面形成金膜的空气极和燃料极相比，接触电阻的增大显著。

为了以更低的成本制作用在固体高分子燃料电池的空气极和燃 料极中的导电性优异的多孔钛，获得不会因振动所伴随的磨损而使多 孔钛的骨架外表面上形成的金发生变形或剥离、接触电阻不会长时间 增加的多孔钛，本发明人进行了研究，结果得到以下认识：

(A)在多孔钛的骨架外表面涂布金胶体液，则金胶体液被涂布在 多孔钛的骨架外表面，不会深入涂布到空孔开口部内部，由此可以减 少高昂的金胶体液的使用量。尽量缩短使涂布的金胶体液干燥所需的 时间，则干燥过程中涂布的金胶体聚集，金呈网格状附着在多孔钛的 骨架外表面。

(B)将该金呈网格状附着在骨架外表面的多孔钛在真空或惰性气 体气氛中、300℃以上的温度下加热时，首先，在骨架外表面形成的 氧化钛层中所含的氧扩散固溶到钛基底中，多孔钛的骨架外表面成为 钛金属，进一步在相同条件下继续加热，则呈网格状分散附着在至少 骨架外表面的金与含钛金属的骨架外表面扩散结合，呈网格状牢固地 粘结在骨架外表面。