[发明专利]燃料电池隔板用不锈钢

说明书

技术领域

本发明涉及耐腐蚀性（corrosion resistance）优异且接触电阻（contact resistance）特性和接触电阻维持能力优异的燃料电池隔板用不锈钢（stainless steel separator for fuel cells）。

背景技术

近年来，从地球环境保护（environmental conservation）的观点出发，正在开展发电效率（electric power generation efficiency）优异，不排出二氧化碳（not emitting carbon dioxide）的燃料电池的开发。这种燃料电池是使氢与氧反应（reaction of hydrogen with oxygen）而产生电的燃料电池，因此其基本构造具有如三明治的构造（a sandwich structure），由电解质膜（an electrolyte membrane）即离子交换膜（ion-exchange membrane）、2个电极（燃料极（a fuel electrode）和空气极（an air electrode））、氢和氧（空气）的扩散层以及2个隔板（separators）构成。而且，根据所使用的电解质的种类，开发有磷酸型燃料电池（phosphoric acid fuel cell）、熔融碳酸盐型燃料电池（molten sodium carbonate fuel cell）、固体氧化物型燃料电池（solid oxide fuel cell）、碱型燃料电池（alkaline fuel cell）和固体高分子型燃料电池（solid polymer fuel cell）等。

在上述燃料电池中，固体高分子型燃料电池，与熔融碳酸盐型和磷酸型燃料电池等相比，具有以下特征：（1）运转温度非常低，为80℃左右；（2）可进行电池本体的轻量化、小型化；（3）启动快（a short transient time）、燃料效率（fuel efficiency）、输出密度（output density）高等。因此，固体高分子型燃料电池应该用作电动汽车（electric vehicles）的搭载用电源或家庭用、携带用的小型分散型电源（compact distributed power sources for home use），是现在最受注目的燃料电池之一。

固体高分子型燃料电池基于介由高分子膜而从氢和氧提取电的原理，如图1所示，其构造是将高分子膜和在该膜的表面和背面使担载有白金系催化剂的（carrying a platinum catalyst）炭黑等电极材料进行一体化而得的膜-电极接合体（MEA：Membrane-Electrode Assembly，厚度数十～数百μm）利用碳纤维布等气体扩散层2、3和隔板4、5进行夹持，将其作为单一的构成要素（unit cell），使隔板4与5之间产生电动势的结构。此时，将气体扩散层与MEA一体化的情况也很多。将数十至数百个该单个电池单元串联地连接，构成燃料电池组（form a fuel cell stack）使用。

对于隔板，除作为隔开单个电池单元间的隔壁（partition）的作用以外，还要求以下功能：（1）运送所产生的电子的导电体（conductors carrying electrons generated）；（2）氧（空气）、氢的流路（channels for oxygen（air）and hydrogen）（分别为图1中的空气流路6、氢流路7）、以及（3）所生成的水、排出气体的排出流路（channels for water and exhaust gas）（分别为图1中的空气流路6、氢流路7）。

如此地，为了将固体高分子型燃料电池供于实用，需要使用耐久性、导电性优异的隔板，而目前为止实用化的固体高分子型燃料电池，使用石墨等碳素材（carbonaceous materials）的材料作为隔板。此外，在研究探讨钛合金等各种素材。然而，这种碳制隔板存在以下缺点：容易由于冲击导致破损，难以紧凑化，且用于形成流路的加工成本高。尤其成本的问题已成为燃料电池普及的最大障碍。因此，在尝试应用金属素材，尤其是不锈钢来代替碳素材。

在专利文献1中公开有将容易形成钝化膜（a passivation film）的金属作为隔板使用的技术。然而，钝化膜的形成会导致接触电阻的上升，导致发电效率的下降。因此，指出这些金属素材与碳素材相比，具有接触电阻大且耐腐蚀性差等应该改善的问题。