[发明专利]燃料电池隔板用不锈钢的制造方法、燃料电池隔板用不锈钢、燃料电池隔板以及燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及导电性(conductivity)和耐久性(durability)优良的燃料电池隔板用不锈钢的制造方法、燃料电池隔板用不锈钢、燃料电池隔板以及燃料电池。

背景技术

近年来，从保护地球环境(global environment)的观点出发，正在推进发电效率(power generation efficiency)优良且不排放二氧化碳的燃料电池的开发。该燃料电池通过使氢气与氧气反应而产生电，其基本结构如下：具有类似三明治(sandwich)的结构，由电解质膜(electrolyte membrane)(即离子交换膜(ion exchange membrane))、两个电极(即燃料极(a fuel electrode)和空气极(an air electrode))、氢气和氧气(空气)的扩散层以及两个隔板(separator)构成。而且，根据所使用的电解质的种类，正在开发磷酸燃料电池(phosphoric-acid fuel cell)、熔融碳酸盐燃料电池(molten carbonate fuel cell)、固体氧化物燃料电池(solid-oxide fuel cell)、碱性燃料电池(alkaline fuel cells)及固体高分子燃料电池(proton-exchange membrane fuel cell)等。

上述燃料电池中，固体高分子燃料电池与熔融碳酸盐燃料电池和磷酸燃料电池等相比，具有下述特征：

(1)运转温度为80℃左右，非常低。

(2)可实现电池本身的轻量化、小型化。

(3)启动快，燃料效率、输出密度高等。

因此，为了作为电动车(electric vehicle)的车载用电源(onboard power supply)及家庭用(household use)或携带用的小型分散型电源(portable and compact dispersed power system)(固定式小型发电机(stationary type compact electric generator))利用，固体高分子燃料电池成为目前最受关注的燃料电池之一。

固体高分子燃料电池根据通过高分子膜(polymer membrane)由氢气和氧气获取电的原理而制成，其结构如图1所示，将使高分子膜与该膜的内外表面上负载有铂系催化剂的碳黑等电极材料一体化而得到的膜-电极接合体(MEA：Membrane-Electrode Assembly，厚度为数十微米至数百微米)1利用碳布(carbon cloth)等气体扩散层(gas diffusion layer)2、3及隔板4、5夹持，并将其作为单独的构成单元(所谓单电池(single cell))，使隔板4与5之间产生电动势(electro motive force)。此时，气体扩散层多数情况下也与MEA成为一体。将数十至数百个该单电池串联构成燃料电池堆(stack)来使用。

对于隔板4、5而言，在谋求作为将单电池之间隔开的隔板的作用的基础上，还谋求作为(1)运送产生的电子的导电体、(2)氧气(空气)及氢气的流路(分别为图1中的空气流路6、氢气流路7)及排出生成的水和废气的排出路径(分别为图1中的空气流路6、氢气流路7)的功能。

另外，关于耐久性，设想为：汽车用燃料电池的情况下为约5000小时，作为家庭用的小型分散电源等使用的固定式燃料电池的情况下为约40000小时。

对于目前得到实用化的固体高分子燃料电池而言，提供使用碳材料作为隔板的固体高分子燃料电池。但是，该碳制隔板受到冲击容易破损，因此存在难以小型化并且用于形成流路的加工成本高的缺点。特别是，成本问题已成为普及燃料电池的最大障碍。因此，尝试过使用金属材料特别是不锈钢来代替碳材料。

如上所述，由于隔板具有作为运送产生的电子的导电体的作用，因此需要导电性。对于使用不锈钢作为隔板时的导电性而言，隔板与气体扩散层之间的接触电阻(contact resistance)成为支配性的因素，因此，正在研究降低上述接触电阻的技术。