[发明专利]燃料电池用金属隔板

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池用金属隔板。

背景技术

固体高分子型燃料电池的单元(cell)具备膜电极接合体(MEA：Membrane Electrode Assembly)，所述膜电极接合体由离子透过性的电解质膜、和将该电解质膜夹持的阳极侧和阴极侧的各电解催化剂层(电极催化剂)构成，在各电极催化剂层的外侧具备用于促进气体流动和提高集电效率的气体扩散层(GDL)，在该气体扩散层的外侧具备金属隔板。该金属隔板界定各单元。气体、冷却介质在该金属隔板的沟槽流路中流动。燃料电池通过与所需电力相应的基数的单元堆叠而形成。

在上述的燃料电池中，向阳极电极提供氢气等作为燃料气体，向阴极电极提供氧气或空气作为氧化剂气体，在各电极中，气体经由固有的气体流路层(多孔金属网、金属泡沫烧结体等)或金属隔板而在面内方向上流动，接着，在气体扩散层中扩散了的气体被导入到电极催化剂层中而进行电化学反应。

关于金属隔板，如果更详细地说明的话，在其一侧以直线形状或蛇行形状形成有流通气体的沟槽流路，在其另一侧形成有流通冷却介质的沟槽流路，例如氧化剂气体、燃料气体在与膜电极接合体侧(气体扩散层侧)相对的金属隔板侧面的沟槽流路中沿面内方向流动，在向该面内方向流动的过程中，向气体扩散层提供氧化剂气体、燃料气体，氧化剂气体、燃料气体经由气体扩散层而向膜电极接合体扩散供给。

另外，采用气体流路层被分离了的所谓平板型(flat type)金属隔板的结构例，有：在两个板之间介有形成有流路的中间层(中间板等)的三层结构的形态；以及使中间层为金属制或树脂制的框架材料，使多个微凹或界定流路的肋条(rib)从两个板中的一方突出而形成冷却介质流路的形态等(这样的结构也可包括在三层结构的金属隔板中)。这样的金属隔板，在为该单元自身的阳极侧或阴极侧的任一方的金属隔板的同时，在单元堆叠的状态下，也成为相邻的单元的阳极侧或阴极侧的另一方的金属隔板。

上述的金属隔板存在以下课题，即，与酸性的生成水接触，进而受到高电位的施加，由此因点腐蚀而发生漏气和冷却水泄漏的课题、和由金属离子溶出引起的电解质膜劣化的课题，因此作为金属隔板的材料，应用耐腐蚀性高的不锈钢的情况较多。

但是，在为了提高电池单元的输出、提高燃料经济性而谋求进一步的高电位化的情况下(例如从0.9V高电位化到1.0V以上)，仅靠一般的不锈钢的铬氧化皮膜(chromium oxide film)，有可能不能够通过该铬氧化皮膜的溶解来确保耐腐蚀性。

参照图13对此进行说明。图13是表示本发明人的关于不锈钢JIS标准SUS304、JIS标准SUS447、日本冶金工业(株)制品标准NAS354(以下有时仅用号码标记)在电位为0.9V的情况下的总电量(金属溶出量)和电位为1.0V的情况下的总电量的实验结果的图。

由图13明确可知，电位直到0.9V为止，通过金属隔板的高合金化能够抑制金属溶出，但通过电位变为1.0V，即使金属隔板高合金化也难以抑制金属溶出。

其原因是由于，当电位成为超过0.9V的高电位时，不能够稳定地生成覆盖不锈钢表面的铬氧化皮膜和/或铁氧化皮膜。

例如，图14、15分别是铬和铁的pH值与电位的相关图(埃林汉姆(ellingham)图)，示出了各自的具有可使用性的区域。

由图14、15明确可知，铬和铁都在具有可使用性的区域之中的特别高的电位的区域中存在脱离了可期待通过氧化皮膜来防腐蚀的区域的区域。

因此，可想到通过对金属隔板实施表面处理来谋求防腐蚀的对策，但如果进行表面处理则产生金属隔板的表面发生损伤、缺陷等的新的可能性，存在金属隔板的品质降低的可能性，因而不优选。

在此，在日本特开平8-180883中，关于燃料电池用隔板，公开了作为可在隔板表面容易地形成钝化皮膜的金属材料应用不锈钢或钛合金的技术。

发明内容

根据日本特开平8-180883中所公开的燃料电池用隔板，通过作为金属材料应用不锈钢等，能够在隔板的表面容易地形成钝化皮膜。但是，如上所述，在高电位施加条件下，不能够稳定地生成被覆不锈钢表面的铬氧化皮膜或铁氧化皮膜，因此不能够抑制金属溶出，不能够得到充分的耐腐蚀性。

本发明提供即使在高电位下也具有优异的耐腐蚀性的燃料电池用金属隔板。