[发明专利]燃料电池用隔离物材料、使用它的燃料电池用隔离物及燃料电池堆、以及燃料电池用隔离物材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在表面形成Au或Au合金（含有Au的层）的燃料电池用隔离物材料、使用它的燃料电池用隔离物及燃料电池堆。

背景技术

作为固体高分子型的燃料电池用隔离物，以往使用在碳板形成气体流道的部件，但存在材料成本或加工成本较大的问题。另一方面，在使用金属板代替碳板的情况下，因为在高温下暴露于氧化性气氛中，故而出现腐蚀或溶出的问题。因此，已知在Ti板表面溅镀成膜选自Au、Ru、Rh、Pd、Os、Ir及Pt等中的贵金属与Au的合金而形成导电部分的技术（专利文献1）。进而，在专利文献1中记载了在Ti表面成膜上述贵金属的氧化物的情形。

另一方面，已知在Ti基材的氧化被膜上，隔着由Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W等所构成的中间层而形成Au膜的燃料电池用隔离物（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）的键合性良好，并且因金属或半金属而与Au膜的密合性、键合性良好。

又，在固体高分子式燃料电池中，还开发了使用操作容易的甲醇作为供给至阳极的燃料气体的直接甲醇型燃料电池（DMFC（direct methanol fuel cell）。DMFC可从甲醇直接取出能量（电力），因此无需改质器等而可应对燃料电池的小型化，还能期望作为便携设备的电源。

作为DMFC的构造，提出有以下两种。首先第1构造是层叠有单电池（以燃料电极与氧电极（oxygen electrode）夹持固体高分子型电解质膜的膜电极接合体（以下，称为MEA））的层叠型（主动型）构造。第2构造是在平面方向配置多个单电池的平面型（被动型）构造。这些构造均为将多个单电池串联连接的结构（以下，称为堆），但其中，被动型构造不需要用于将燃料气体（燃料液体）或空气等供给至电池内的主动型燃料输送单元，因此可期望燃料电池的进一步小型化（专利文献3）。

然而，燃料电池用隔离物具有导电性，将各单电池电连接，收集各单电池中产生的能量（电力），并且形成将燃料气体（燃料液体）或空气（氧）供给至各单电池的流路。该隔离物也称为内部连接器（interconnector）、双极板（bipolar plate）、集电体。

并且，对DMFC用集电体要求的条件多于对使用氢气的固体高分子式燃料电池用隔离物要求的条件。即，除了对一般的固体高分子式燃料电池用隔离物所要求的对硫酸水溶液的耐蚀性以外，还需要对作为燃料的甲醇水溶液的耐蚀性及对甲酸水溶液的耐蚀性。甲酸是在阳极催化剂上由甲醇生成氢离子时产生的副产物。

进而，若作为燃料的甲醇水溶液中混入了氯（例如来自NaCl），则燃料电池用隔离物的耐蚀性大幅劣化，因此要求燃料电池用隔离物在含有氯的水溶液中具有耐蚀性。

在设想将固体高分子式燃料电池及直接甲醇燃料电池均用于海岸附近的情况下，作为燃料的空气中含有较多氯。这些氯被吸入燃料电池中，根据隔离物材料中所使用的金属，有时会因氯而使特性大幅劣化。因此需要进行含氯腐蚀液的耐蚀性试验，具有重要意义（要求燃料电池用隔离物在含有氯的水溶液中具有耐蚀性）。

如此，在DMFC动作环境下，不一定能直接应用以往的固体高分子式燃料电池用隔离物中所使用的材料。

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

然而，在上述专利文献1记载的技术的情况下，为获得密合性良好的Au合金膜，需要进行除去钛基材表面的氧化被膜的处理，在氧化被膜的除去不充分的情况下，存在贵金属膜的密合性下降的问题。

又，在专利文献2中，规定了在基材表面的氧化被膜的表面形成导电性薄膜，但是，例如要在钛基材表面残留氧化被膜的状态下成膜Au时，无法均匀成膜。尤其在湿式镀金中镀敷的电镀形状为粒状，若钛基材表面残留氧化被膜，则在钛基材表面的一部分会产生成为非镀敷部分的部分。此外，在专利文献2中，为提高密合性，还规定设置含有Cr的中间层，但根据本发明人等调查结果，明确若Cr的附着量过多则在含有氯的水溶液中的耐蚀性劣化。

专利文献3记载的技术是在对铜板的两面进行不锈钢包覆加工的基材被覆树脂的技术，其耐蚀性并非优异。

即，本发明是为解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种可在钛基材表面以高密合性成膜含有Au的高耐蚀性的导电性膜，即使在含有氯的水溶液中的燃料电池动作环境下也具有高耐久性的燃料电池用隔离物材料、使用它的燃料电池用隔离物及燃料电池堆。