[发明专利]燃料电池用隔板材料、使用其的燃料电池用隔板、和燃料电池组

说明书

技术领域

本发明涉及在表面形成了Au或Au合金(含有Au的层)的燃料电池用隔板材料、使用其的燃料电池用隔板和燃料电池组。

背景技术

作为固体高分子型的燃料电池用隔板，目前使用在碳板上形成了气流通路的隔板，但其存在材料成本、加工成本大的问题。另一方面，当使用金属板来代替碳板时，由于高温下暴露于氧化性的气氛中，因而出现腐蚀或溶出的问题。由于上述情况，已知在Ti板表面将选自Au、Ru、Rh、Pd、Os、Ir和Pt等中的贵金属与Au的合金进行溅射成膜而形成导电部分的技术(专利文献1)。进一步地，专利文献1中记载了将上述贵金属的氧化物成膜于Ti表面的技术。

另一方面，已知在Ti基材的氧化涂膜上介由包含Ti,Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W等的中间层而形成Au膜的燃料电池用隔板(专利文献2)。该中间层与基材氧化膜的密合性、即与O(氧原子)的结合性良好，同时由于是金属或半金属，因而与Au膜的密合性、结合性也良好。

另外，在固体高分子型燃料电池中，作为向阳极供给的燃料气体，还开发了操作容易的使用甲醇的直接甲醇型燃料电池(DMFC(direct methanol fuel cell))。DMFC可以从甲醇直接获取能量(电)，因此不需要改性器等，可与燃料电池的小型化相适应，也有望作为便携式机器的电源。

作为DMFC的结构，提出有以下2种。首先，第1结构是将单电池(在燃料极和氧极间夹入固体高分子型电解质膜的膜电极组件(以下称作为MEA))层叠得到的叠层型(有源型)结构。第2结构是将单电池沿平面方向多个配置的平面型(无源型)结构。这些结构均是将多个单电池串联连接的结构(以下称为组)，其中，无源型结构不需要用于向电池内供给燃料气体(燃料液体)、空气等的能动的燃料输送工具，因此有望实现进一步的燃料电池的小型化(专利文献3)。

然而燃料电池用隔板具有导电性，其将各单电池进行电连接，并将各单电池产生的能量(电)集电，同时形成有供向各单电池的燃料气体(燃料液体)或空气(氧)的流路。该隔板也称作互连器、双极板、集电体。

并且，DMFC用集电体所要求的条件与使用氢气的固体高分子型燃料电池用隔板相比较多。即，除了通常的固体高分子型燃料电池用隔板所要求的对于硫酸水溶液的耐腐蚀性以外，还需要对作为燃料的甲醇水溶液的耐腐蚀性、和对甲酸水溶液的耐腐蚀性。甲酸是在阳极催化剂上由甲醇生成氢离子时所产生的副产物。

这样，在DMFC工作环境下，未必能够直接应用在目前的固体高分子型燃料电池用隔板中使用的材料。

专利文献1 : 日本特开2001-297777号公报

专利文献2 : 日本特开2004-185998号公报

专利文献3 : 日本特开2005-243401号公报。

发明内容

发明要解决的课题

但是，在上述专利文献1记载的技术的情形，为了得到密合性良好的Au合金膜，需要去除钛基材表面的氧化膜的处理，当氧化涂膜的除去不充分时，存在贵金属膜的密合性降低的问题。

另外，专利文献2中规定有在基材表面的氧化膜的表面形成导电性薄膜，但例如如果在钛基材表面以残留有氧化膜的状态直接将Au成膜，则不能均匀地成膜。特别地，对于湿式的镀金，镀敷的电析形状为粒状，如果在钛基材表面残留氧化膜，则在钛基材表面的一部分会产生成为非镀敷部分的部分。另外，在专利文献2中，为了提高密合性，还规定有设置中间层，但仅设置中间层，不能得到充分的密合性、以及作为燃料电池的隔板所需要的耐腐蚀性或耐久性。

专利文献3记载的技术是在铜板的两面将不锈钢进行金属包层加工来形成基材，并在该基材上被覆树脂的技术，但其耐腐蚀性说不上优异。

即，本发明是为了解决上述课题而完成的发明，其目的在于提供可在钛基材表面以高密合性将含有Au的高耐腐蚀性的导电性膜成膜，即使在燃料电池工作环境下也具有高耐久性的燃料电池用隔板材料、使用其的燃料电池用隔板、和燃料电池组。

用于解决课题的手段

本发明人等进行了各种研究，结果发现，在Ti基材的表面形成含有Ti、O和规定金属的中间层，并在中间层上形成合金层或Au单独层，由此可以在Ti上牢固且均匀地形成Au(合金)层，可确保燃料电池用隔板所要求的耐腐蚀性或耐久性。