[发明专利]固体高分子型燃料电池的隔离件用不锈钢板

说明书

一种固体高分子型燃料电池的隔离件用不锈钢板，具备不锈钢制的基体和基体表面的Sn合金层被膜，且Sn合金层被膜具有10个/cm²以上的微裂纹。

技术领域

本发明涉及一种耐腐蚀性和密合性优异的固体高分子型燃料电池的隔离件用不锈钢板。

背景技术

近年来，从地球环境保护的观点考虑，一直在进行发电效率优异、不排出CO₂的燃料电池的开发。这里，燃料电池通过电化学反应由H₂和O₂产生电力。另外，燃料电池的基本结构是像三明治这样的结构，由电解质膜(离子交换膜)、2个电极(燃料极和空气极)、O₂(空气)与H₂的扩散层以及2个隔离件构成。

而且，根据使用的电解质膜的种类而分类成磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池、固体氧化物型燃料电池、碱性燃料电池和固体高分子型燃料电池(PEFC；质子交换膜燃料电池或聚合物电介质燃料电池，proton-exchange membrane fuel cell或polymerelectrolyte fuel cell)，分别进行开发。

这些燃料电池中，固体高分子型燃料电池与其它燃料电池相比，具有如下优点：

(a)发电温度为80℃左右，能够以格外低的温度进行发电；

(b)能够实现燃料电池主体的轻量化、小型化；

(c)能够在短时间内启动，燃料效率、输出密度高；等。

因此，固体高分子型燃料电池被期待作为电动汽车的搭载用电源、家庭用或业务用固定型发电机和便携用小型发电机的应用。

固体高分子型燃料电池隔着高分子膜由H₂和O₂来获取电。即，如图1所示，由气体扩散层2、3(例如碳纸等)和隔离件4、5夹住膜-电极接合体1，使其成为单一的构成要素(所谓的单电池)。然后，使隔离件4与隔离件5之间产生电动势。

应予说明，上述的膜-电极接合体1被称为MEA(膜电极组件，Membrane-ElectrodeAssembly)，是使高分子膜与在该膜的表面和背面担载有铂系催化剂的炭黑等电极材料一体化而成的，厚度为几十μm～几百μm。另外，气体扩散层2、3与膜-电极接合体1一体化的情况也很多。

另外，在将固体高分子型燃料电池供于实用的情况下，一般将几十～几百个如上所述的单电池串联连接而构成燃料电池堆进行使用。

在此，对于隔离件4、5，除作为(a)隔开单电池间的隔壁的作用以外，还要求作为(b)输送产生的电子的导电体；(c)供O₂(空气)和H₂流通的空气流路6、氢流路7；(d)排出生成的水、气体的排出路(兼具空气流路6、氢流路7)的功能。因此，隔离件4、5需要优异的耐久性、导电性。

这里，关于上述耐久性，作为电动汽车的搭载用电源使用时，假定约为5000小时。另外，作为家庭用固定型发电机等使用时，假定约为40000小时。因此，对隔离件要求可耐受长时间发电的耐腐蚀性。其理由是因为如果受到腐蚀而使金属离子溶出，则高分子膜(电解质膜)的质子传导性降低。

另外，关于上述导电性，希望隔离件与气体扩散层的接触电阻尽量低。其理由是因为如果隔离件与气体扩散层的接触电阻增大，则固体高分子型燃料电池的发电效率降低。换句话说，隔离件与气体扩散层的接触电阻越小，发电特性越优异。

到目前为止，使用石墨作为隔离件的固体高分子型燃料电池已经实用化。该由石墨构成的隔离件具有接触电阻较低、而且不腐蚀的优点。然而，石墨制的隔离件容易受到冲击而破损，因此具有不仅难以小型化而且用于形成空气流路、氢流路的加工成本高的缺点。由石墨构成的隔离件具有的这些缺点成为妨碍固体高分子型燃料电池普及的原因。