燃料电池用间隔件材及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种以纯钛或钛合金为基材的燃料电池用间隔件材的制造方法，其包括：在距离最表面深度为10nm的位置的碳浓度为10原子％以下的基材的表面涂布炭黑的涂布工序S2；和在氧分压25Pa以下对进行了涂布工序S2的基材进行热处理的热处理工序S3。另外，优选在涂布工序S2之前，包括：对基材的表面进行处理，使距离最表面深度为10nm的位置的碳浓度为10原子％以下的碳浓度降低处理工序S1。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及纯钛或钛合金制的燃料电池用间隔件材及其制造方法。
技术介绍
燃料电池将用阳极电极与阴极电极夹持固体高分子电解质膜的单元作为单蓄电单元，隔着形成有成为气体(氢、氧等)的通路的槽的间隔件(也称双极板)，将多个上述单蓄电单元叠合成堆而构成。燃料电池通过增加每个堆的蓄电单元数，能够提高输出功率。燃料电池用的间隔件还承担将产生的电流流到相邻的蓄电单元的作用，因此，对于构成间隔件的间隔件材，要求高导电性以及在燃料电池的蓄电单元内部的高温、酸性气氛中也长期维持该高导电性的导电耐久性。在此，高导电性和导电耐久性是指接触电阻低。另外，接触电阻是指，在电极与间隔件表面之间，由于界面现象而发生电压下降。例如在专利文献1～4提出了为了满足上述要求而开发的间隔件材。专利文献1中记载了一种固体高分子电解质型燃料电池用间隔件，具有表面具有基材自身的氧化皮膜的金属的基材、和在上述基材的氧化皮膜的表面形成的导电性薄膜，在上述基材自身的氧化皮膜与上述导电性薄膜之间形成有提高密合性的中间层，上述导电性薄膜是由以原子水平形成的碳(C)构成的碳薄膜，上述中间层包含：包含选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W金属或Si、B半金属元素中的1种以上元素的层(Me)；以及在该(Me)层上形成的含有碳(C)和金属或半金属元素的元素(Me)且随着离开上述基材而碳(C)的配合比例变多的(碳-Me)倾斜层中的任意至少1层。专利文献2中记载了一种具有由金属构成的基材和在该基材的表面形成的表面处理层的燃料电池的间隔件，上述表面处理层具有：由金属或半金属元素(Me)、或者该金属或半金属元素的碳化物(MeC)构成的基材侧部分；以及由以原子水平形成的碳(C)构成的、或者由在碳中以原子水平复合化有金属或半金属元素(Me)或者该金属或半金属元素的碳化物(MeC)的(C+Me或MeC)构成的、基材的相反侧部分。专利文献3中记载了一种燃料电池用间隔件，其特征在于，在金属板表面被覆有导电性碳膜，导电性碳膜是利用化学气相合成法或溅射法在制膜温度400℃～600℃下制作的，导电性碳膜内的孤对电子密度为1020个/cm3以上，基于拉曼光谱法的G/D比为0.5以下，电阻率为10Ωcm以下。专利文献4中记载了一种在金属基板上具有被覆层的燃料电池用间隔件，其特征在于，上述被覆层具有无定形碳层和导电部。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第4147925号公报专利文献2：日本特开2004-14208号公报专利文献3：日本特开2007-207718号公报专利文献4：日本特开2008-204876号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题如上所述，对于燃料电池用间隔件，要求高导电性和导电耐久性。然而，对于专利文献1～4中记载的间隔件，存在以下的担忧，因此有不能充分满足该要求的风险。专利文献1中记载的燃料电池用间隔件在基材与导电性薄膜之间形成中间层来提高它们的密合性。但是，导电性薄膜和中间层是通过气相成膜而层叠的，因此存在中间层与导电性薄膜的界面处的密合性弱的可能性。因此，若将该燃料电池用间隔件用作燃料电池的间隔件，则存在中间层与导电性薄膜剥离等而导电性变低的可能性。专利文献2中记载的燃料电池的间隔件在基材的表面形成有具有化学组成不同的基材侧部分和相反侧部分而成的表面处理层。但是，该表面处理层的基材侧部分与相反侧部分是通过气相成膜层叠的，因此存在它们的界面处的密合性弱的可能性。因此，若将该燃料电池的间隔件用于燃料电池，则存在基材侧部分与相反侧部分剥离等而导电性变低的可能性。专利文献3中记载的燃料电池用间隔件通过化学气相合成法或溅射法在基材表面直接形成导电性碳膜。因此，存在基材与导电性碳膜之间的密合性弱的可能性。因此，若将该燃料电池用间隔件用作燃料电池的间隔件，则存在基材与导电性碳膜剥离等而导电性变低的可能性。专利文献4中记载的燃料电池用间隔件在基板上直接形成碳层，因此存在它们之间的密合性弱的可能性。因此，若将该燃料电池用间隔件用作燃料电池的间隔件，则存在基板与碳层剥离等而导电性变低的可能性。本专利技术鉴于上述情况而完成，课题在于提供具备高导电性和导电耐久性的燃料电池用间隔件材及其制造方法。用于解决问题的手段解决上述课题的本专利技术的燃料电池用间隔件材的制造方法是以纯钛或钛合金为基材的燃料电池用间隔件材的制造方法，其特征在于，包括：在距离最表面深度为10nm的位置的碳浓度为10原子％以下的基材的表面涂布炭黑的涂布工序；和在氧分压为25Pa以下的低氧分压下对进行了所述涂布工序的基材进行热处理的热处理工序。本专利技术的燃料电池用间隔件材的制造方法在涂布工序中，在距离最表面深度为10nm的位置的碳浓度为10原子％以下的基材的表面涂布炭黑。通过这样做，在后段的热处理时，基材的钛原子容易外侧扩散到涂布工序中涂布的炭黑中。接着，在热处理工序中，在氧分压为25Pa以下的低氧分压下对该基材进行热处理。通过这样做，外侧扩散到炭黑中的基材的钛原子的一部分或全部与气氛中的微量的氧反应而形成氧化钛。因此，在经热处理的基材的表面，形成由基材向外侧扩散的钛原子的一部分或全部氧化而成的氧化钛与炭黑混合而成的混合层。该混合层中所含的炭黑和氧化钛在燃料电池内的高温酸性气氛(例如80℃、pH2)中氧化也不进展而稳定。该混合层中炭黑部分成为导电通路，氧化钛部分发挥耐蚀性，由此能够兼顾导电性和耐蚀性。因此，本专利技术的燃料电池用间隔件材的制造方法能够制造具备高导电性和导电耐久性的燃料电池用间隔件材。本专利技术的燃料电池用间隔件材的制造方法优选在所述涂布工序之前，包括：对上述基材的表面进行处理，使距离最表面深度为10nm的位置的碳浓度为10原子％以下的碳浓度降低处理工序。由此，通过包括碳浓度降低处理工序，能够使距离最表面深度为10nm的位置的碳浓度为10原子％以下。也就是说，通过该工序，能够除去因在基材最表面附着的有机物等而污染的区域(污染区域)。因此，在接下来进行的热处理工序中能够容易地进行炭黑向基材的表面的键合。其结果是，在基材的表面，能够适宜地形成由基材向外侧扩散的钛原子的一部分或全部氧化而成的氧化钛与炭黑混合而成的混合层。因此，通过包括该碳浓度降低处理工序，能够切实地制造具备高导电性和导电耐久性的燃料电池用间隔件材。本专利技术的燃料电池用间隔件材的制造方法中，优选所述碳浓度降低处理工序中的所述处理为在硝酸和氢氟酸的混合水溶液中对上述基材进行酸洗的酸洗处理。这样一来，能够切实地使距离最表面深度为10nm的位置的碳浓度为10原子％以下。本专利技术的燃料电池用间隔件材的制造方法优选在1.3×10-3～21Pa的氧分压下，在300～800℃的温度范围进行所述热处理工序中的所述热处理。这样一来，能够切实地形成由基材向外侧扩散的钛原子的一部分或全部氧化而成的氧化钛与炭黑混合而成的混合层。因此，本专利技术的燃料电池用间隔件材的制造方法能够切实地制造具备高导电性和导电耐久性的燃料电池用间隔件材。另外，本专利技术提供一种燃料电池间隔件材，其在纯钛或钛合金的基材的表面形成有由基材向外侧扩散的钛原子的一部分或全部氧化而成的氧化钛与炭黑混合而成的混合层。并且，本专利技术的燃料电池间隔件材凭借混合层而兼具高导电性和导电耐久性。专利技术效果对于本专利技术的燃料电池用间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池用间隔件材的制造方法，其特征在于，是以纯钛或钛合金为基材的燃料电池用间隔件材的制造方法，其中，包括：涂布工序，在距离最表面深度为10nm的位置的碳浓度为10原子％以下的基材的表面涂布炭黑；和热处理工序，在氧分压为25Pa以下的低氧分压下对进行了所述涂布工序的基材进行热处理。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.28 JP 2014-110588;2014.12.26 JP 2014-265261.一种燃料电池用间隔件材的制造方法，其特征在于，是以纯钛或钛合金为基材的燃料电池用间隔件材的制造方法，其中，包括：涂布工序，在距离最表面深度为10nm的位置的碳浓度为10原子％以下的基材的表面涂布炭黑；和热处理工序，在氧分压为25Pa以下的低氧分压下对进行了所述涂布工序的基材进行热处理。2.如权利要求1所述的燃料电池用间隔件材的制造方法，其特征在于，在所述涂布工序之前，包括碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木顺，佐藤俊树，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：发明
国别省市：日本;JP