本发明专利技术提供一种作为不会损害不锈钢隔板所具有的耐腐蚀性且在长时间运转时性能劣化少的具有优异的电池特性的固体高分子型燃料电池的隔板用不锈钢材料的、不锈钢材料，以及使用其的固体高分子型燃料电池，所述不锈钢材料具备：不锈钢母材、设置在该不锈钢母材的表面的氧化膜、设置在该氧化膜的表面并具有非金属性导电物质的导电层、和以贯通所述氧化膜的方式设置并与所述不锈钢母材和所述导电层电连接的导电性物质。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及固体高分子型燃料电池以及作为其构成要件的隔板用的不锈钢材料。
技术介绍
燃料电池利用在氢气与氧气的结合反应时所产生的能量，因而从省能量和环境对 策这两方面出发，所述燃料电池是其导入和普及受到期待的下一代的发电系统。燃料电池 有多个类型，可例示固体电解质型、熔融碳酸盐型、磷酸型以及固体高分子型等。这些当中，固体高分子型燃料电池的输出密度高、能够小型化，而且相比于其他类 型的燃料电池，在低温下操作、停止启动更容易。为此，固体高分子型燃料电池被期待利用 于电汽车、家庭用的小型热电联产中，近年来特别受到注目。图1为表示固体高分子型燃料电池(以下，还简称为“燃料电池”。)的结构的图， 图1(a)是构成燃料电池的单电池的分解图、图1(b)是组合多个单电池而制作的燃料电池 全体的立体图。如图1所示，燃料电池1是单电池的集合体(堆叠)。单电池如图1 (a)所示形成 结构为分别在固体高分子电解质膜2的一面层叠起到电池的阴极作用的气体扩散电极层 (还称为燃料电极膜，以下，还记为“阳极”。)3，在另一个面层叠起到电池的阳极作用的气 体扩散电极层(还称为氧化剂电极膜，以下，还记为“阴极”。)4，在该两面重叠隔板(双极 fe ) 5a, 5b的结构。另外，还有在上述的单电池与单电池之间、或多个单电池之间，配置有具有冷却水 的流通路的水隔板的水冷型的燃料电池。本专利技术还以这种水冷型燃料电池作为对象。作为固体高分子电解质膜(以下，简称为“电解质膜”。)2，使用具有氢离子(质 子)交换基的氟系质子传导膜。在阳极3和阴极4上设置有颗粒状的钼金催化剂以及石墨 粉，有时进一步根据需要设置由具有氢离子(质子)交换基的氟树脂形成的催化剂层。在 这种情况下，燃料气体或氧化性气体与该催化剂层接触，促进反应。由设置于隔板fe的流路6a，流过燃料气体(氢气或含氢气的气体)A，向燃料电极 膜3供给氢气。另外，由设置于隔板恥的流路6b，流过如空气那样的氧化性气体B，供给氧 气。通过这些气体的供给，从而发生电化学反应，产生直流电力。固体高分子型燃料电池的隔板所要求的主要功能如下所述。(1)将燃料气体、氧化性气体均勻供给到电池面内的作为“流路”的功能；(2)将在阴极侧生成的水与反应后的空气、氧气这样的载气一起，有效地由燃料电 池排除到系统外的作为“流路”的功能；(3)与电极膜(阳极3、阴极4)接触，成为电的通道，进而成为单电池间的电的“连 接器”的功能；(4)在相邻的电池间，一方电池的阳极室与邻接的电池的阴极室的“隔壁”的功能、 以及(5)水冷型燃料电池中，冷却水流路与邻接的电池的“隔壁”的功能。作为要求起到这样的功能的固体高分子型燃料电池所使用的隔板(以下，简称为 “隔板”。)的基材材料，大体分为金属系材料和碳系材料。利用不锈钢、Ti、碳钢等金属系材料的隔板通过挤压加工等方法制造。另一方面， 利用碳系材料的隔板的制造方法有多个方法。作为该方法，例示有如下方法使酚醛系、呋 喃系等热固化性树脂浸渍固化于石墨基板而烧成的方法；将碳粉末与酚醛树脂、呋喃树脂 或焦油浙青等混炼，挤压成形或射出成形为板状，将所得到的部件烧成，制成玻璃状碳的方法。以不锈钢为主的金属系材料具有金属特有的加工性优异，能够降低隔板的厚度， 能够实现隔板的轻量化等优点。然而，由于腐蚀导致的金属离子的溶出、金属表面的氧化， 有电传导性降低的担忧。为此，利用金属系材料的隔板(以下称为“金属隔板”。)中的问 题是存在与气体扩散电极层的接触电阻上升的可能性。另一方面，碳系材料具有获得轻量的隔板的优点。然而，还存在具有气体透过性的 问题、机械的强度降低的问题。作为用于解决涉及金属隔板的上述问题的方法之一，如专利文献1所示，提出了 对金属隔板基材的与电极连接的表面实施镀金的方案。然而，汽车等移动体用燃料电池以 及安置用燃料电池大量使用金的话，从经济性和资源量节约的观点出发存在问题。为此，作为解决上述问题而不使用金的尝试之一，提出了用碳被覆金属隔板表面 的方案。以下，列举了目前作为用碳被覆金属隔板表面的方法而提出的技术。(A)专利文献2中公开的固体高分子型燃料电池用涂装金属隔板材料具备用酸 洗表面的由奥氏体系不锈钢形成的基材和在基材表面形成的3 20 μ m的导电性涂膜；在 该涂膜中的导电剂是石墨粉末与炭黑的混合粉末。该专利文献中公开了 酸洗金属隔板的 基材表面，在酸洗后的基材表面涂布包含碳的导电性涂料的工序。(B)专利文献3中公开的燃料电池隔板用涂料如下所述使用石墨作为导电材料， 被涂布于燃料电池用的金属制或碳制隔板基材的表面而形成导电性涂膜；作为该涂料的粘 结材料，含有10重量％以上的偏氟乙烯(VDF)与六氟丙烯(HFP)的共聚物(VDF-HFP共聚 物)，作为介质使用与上述粘结材料具有相溶性的有机溶剂，上述导电材料与粘结材料的配 合比率为以重量比计为15 85 90 10，上述有机溶剂的配合比例为50 95重量％。(C)专利文献4中公开的燃料电池用隔板是与单电池的平板状电极协同作用而形 成气体流路的燃料电池用隔板，其由低电阻性金属板和被覆该金属板而构成气体流路形成 面的无定形碳膜形成，该无定形碳膜的氢含量CH为1原子CH < 20原子％。该文献提 出了如下方案代替上述导电性涂膜，使用薄膜形成技术(P-CVD法、离子束蒸镀法等)蒸镀 碳质膜的方法。(D)专利文献5中公开的方法是对碳系颗粒被压粘于其表面而成的由不锈钢形成 的基材进行加热处理的方法，由于在碳系颗粒与基材之间生成扩散层而提高了密合性，同 时确实提高了碳系颗粒与基材之间的电导通。(E)专利文献6中公开的金属隔板是在构成导电性气体流路的金属基材的表层设 置导电性树脂层而成的，在该导电性树脂层内分散有碳粉末，在金属隔板与导电性树脂层之间配置有Zr、Sn、Al、Cr化合物、Mo化合物。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开平10_2观914号公报专利文献2 日本特开平11-；345618公报 专利文献3 国际公开2003/044888小册子专利文献4 日本特开2000-67881号公报专利文献5 国际公开99/19927小册子专利文献6 国际公开2001/18895小册子专利文献7 日本特许第3365385号
技术实现思路
专利技术所要解决的问题为了用镀金以外的方法解决由以不锈钢为首的金属形成的隔板所涉及的上述问 题，提出了上述(A) (E)的方案。然而，目前没有被实用化的技术，推测这些方法存在需 要解决的技术问题。本专利技术人等通过追加试验等确认到这些技术所涉及的问题点，记载如 下。上述(A)的方法如下所述通过酸洗除去由不锈钢形成的基材的表面氧化膜，在 其表面涂布含有碳的导电性涂料的方法。该酸洗后涂布导电性涂料的材料与酸洗状态(未 涂布导电性材料)的材料相比，接触电阻上升。由涂布有导电性涂料的材料获得的接触电 阻值与镀金相比，为高1位数的值。为此，不能成为镀金的代替技术。上述(B)的方法存在如下问题所形成的导电性涂膜对基材的密合性不充分， 燃料电池组装时的涂膜剥离、以及伴随电池的运转/停止的MEA(Membrane-Electrode Assembly 膜电极)的膨润/收缩引起的涂膜剥离等问题。上述(C)的方法中，薄膜形成本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种不锈钢材料，其是固体高分子型燃料电池的隔板用不锈钢材料，其具备：不锈钢母材、设置在该不锈钢母材的表面的氧化膜、设置在该氧化膜的表面并具有非金属性导电物质的导电层、和以贯通所述氧化膜的方式设置并与所述不锈钢母材和所述导电层电连接的导电性物质。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：上仲秀哉，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP
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