[发明专利]燃料电池隔板

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池所使用的、将钛作为基材的燃料电池隔板。

背景技术

通过持续供给氢等燃料和氧等氧化剂而能持续产生电力的燃料电池与干电池等的一次电池、铅蓄电池等的二次电池不同，发电效率较高，几乎不受系统规模大小的影响，由于噪音、振动也较少，因此，期待作为覆盖多种用途、规模的能量源。燃料电池具体而言作为固体高分子型燃料电池(PEFC)、碱电解质型燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体氧化物型燃料电池(SOFC)、生物燃料电池等正在被开发。尤其是作为面向燃料电池机动车、家庭用热电联供系统、手机、个人计算机等的便携设备，正在进行固体高分子型燃料电池的开发。

固体高分子型燃料电池(以下称作燃料电池)通过隔着形成有作为气体(氢、氧等)流路的槽的隔板(也被称作双极板)重合多个单电池而构成，所述单电池利用阳极电极和阴极电极夹着固体高分子电解质膜而构成。

隔板也是用于将在燃料电池产生的电流向外部取出的部件，因此，适用接触电阻(在电极与隔板表面之间由于界面现象而产生电压降低的电阻。)较低的材料。另外，由于燃料电池的内部为pH2～4左右的酸性气氛，因此隔板要求高耐腐蚀性，并且还要求在该酸性气氛下使用中能长期维持所述低接触电阻这样的特性。因此，以往，使用通过切削石墨粉末的成形体而制造成的隔板或由石墨和树脂的混合物成形体形成的隔板等的碳制的隔板。但是，近年来，由于燃料电池的薄型化、轻量化以及电池数量增加而导致的高输出化，隔板要求薄壁化。所述的碳制的隔板强度、韧性较差，难以薄壁化，因此，研究出使用了加工性及强度优异的铝、钛、镍、以它们为原料的合金或不锈钢等的金属材料的隔板。

在将铝、不锈钢等应用于隔板时，铝、不锈钢等在燃料电池内部的酸性气氛下发生腐蚀而熔析出金属离子，因此，使固体高分子电解质膜、催化剂早期劣化。另一方面，钛等的耐腐蚀性良好的金属由于在腐蚀环境下形成导电性较低的钝态被膜，因此接触电阻劣化(上升)。由于这些原因，正在开发将金属材料作为基材、在其表面覆盖具有能长期维持的导电性的被膜而赋予耐腐蚀性及导电性的隔板。

作为具有导电性且耐腐蚀性的被膜材料，举出有Au、Pt那样的贵金属或贵金属合金，但成本变高。因此，作为具有导电性及耐腐蚀性的廉价的材料，公开有使用含有碳的被膜等、将该被膜设于金属基材的表面的隔板的技术。例如，专利文献1公开的隔板为利用化学气相生长(CVD)法或溅射法在高温下形成覆盖表面的碳膜而形成为非晶质从而提高导电性、低接触电阻的隔板。另外，在专利文献2公开的隔板中，为了提高耐腐蚀性而残留金属基材的氧化被膜，为了对该氧化被膜和覆盖表面的由碳构成的导电性薄膜赋予密接性而设置由从Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Cr等中选择的金属元素或Si等的半金属元素构成的中间层，并且从中间层到导电性薄膜，其界面的金属元素等的配合比例逐渐减少，碳的配合比例逐渐变多。在专利文献3公开的隔板中，为了赋予耐腐蚀性而在金属基材表面形成类金刚石炭层，在其上利用电弧离子镀(AIP)装置形成分散地附着有石墨粒子的导电部。

在专利文献4及专利文献5公开的隔板中，将添加了不锈钢中耐酸性较高的Cr、Ni的奥氏体系或奥氏体·铁素体二相系的不锈钢作为基材，使其表面分散地附着碳粒子，专利文献4利用压接使碳粒子与基材密接，专利文献5利用热处理使碳粒子与基材密接。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2007-207718号公报

专利文献2：日本国特许第4147925号公报

专利文献3：日本国特开2008-204876号公报

专利文献4：日本国特许第3904690号公报

专利文献5：日本国特许第3904696号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，专利文献1记载的隔板由于仅利用非晶质的碳膜覆盖金属基材，因此，对金属基材的环境遮蔽性(屏蔽性)差，且碳膜与金属基材的密接性不够。专利文献2记载的隔板也存在上述问题，由于作为在基材同时形成中间层及碳膜的方法举出溅射法，因此为非晶质的碳膜，另外在利用通常的溅射法成膜Ta、Zr、Nb等的高熔点金属时形成为具有通孔的金属膜，因此，对金属基材的屏蔽性不够。另外，专利文献1～3的碳膜例如在利用使用了碳靶的溅射法进行成膜时成膜速度变慢而生产成本变高。专利文献4及专利文献5公开的隔板由于碳粒子呈岛状地附着，因此基材局部地暴露出，即使是耐酸性较高的不锈钢基材，在使用于燃料电池也可能熔析出有铁离子。