导电构件及使用其的固体高分子型燃料电池制造技术

本发明专利技术的实施方式的导电构件包括导电结构体，该导电结构体具有基材（３１、１５２、２５２、３５２、４５２）、和位于所述基材的至少一个表面进而包含导电性碳的导电性碳层（３３、１５５、２５４、３５４、４５４）、和介于所述基材与导电性碳层之间的中间层（３２、１５４、２５６、３５６、４５６）。而且，在所述导电性碳层中，通过拉曼散射光谱分析测定的Ｄ带峰强度（ＩＤ）与Ｇ带峰强度（ＩＧ）的强度比Ｒ（ＩＤ／ＩＧ）为１．３以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及导电构件及使用其的高分子型燃料电池。
技术介绍
固体高分子型燃料电池(PEFC，polymer electrolyte fuel cell)具有由多个发挥发电功能的单元电池堆叠而成的结构。该单元电池分别具有膜电极接合体(MEA， membrane electrode assembly)，该膜电极接合体包括(1)高分子电解质膜、( 夹持该高分子电解质膜的一对催化剂层、和( 夹持它们并用于分散供给气体的一对气体扩散层 (⑶L，gas diffusion layer)的。而且，各个单元电池所具有的MEA隔着隔离体与邻接的单元电池的MEA电连接。通过如此将单元电池堆叠来构成燃料电池堆。而且，该燃料电池堆发挥作为可用于各种用途的发电部件的功能。在这种堆中，如上所述，隔离体发挥将邻接的单元电池互相电连接的功能。在此基础上，通常还在与MEA对置的隔离体的表面设有气体流路。该气体流路发挥作为用于分别向阳极(anode)和阴极(cathode)供给燃料气体和氧化剂气体的气体供给部件的功能。如简单说明PEFC的发电机理，则在PEFC的运转时，向阳极侧供给燃料气体(例如氢气)，向阴极侧供给氧化剂气体(例如空气、氧气)。其结果，在阳极和阴极分别进行下述反应式所示的电化学反应，从而产生电。阳极反应H2— 2H++2e-…(1)阴极反应2H++2e、(l/2)A— H2O- (2)作为需要导电性的燃料电池用隔离体的构成材料，目前已知有金属、碳和导电性树脂等。在这些当中，碳隔离体、导电性树脂隔离体为了确保一定程度的形成气体流路后的强度而需要将厚度设定得较大。其结果，使用这些隔离体的燃料电池堆的总体厚度也会变大。而且，燃料电池堆的大型化对于尤其需要小型化的车载用PEFC等是不优选的。另一方面，金属隔离体由于强度较大而可以将厚度设定得较小。另外，由于导电性也优异，因此使用金属隔离体时还具有降低与MEA的接触电阻的优点。但另一方面，金属材料有时会发生由腐蚀导致的导电性降低、与此相伴的堆输出降低的问题。因此，对于金属隔离体，要求在确保其优异的导电性的同时还提高耐腐蚀性。在此，专利文献1中公开了如下技术在金属隔离体的金属基材的一个面形成Ti 等的金属层、其碳化物层，在该金属层、其碳化物层上形成由石墨化了的碳形成的碳层。另外，专利文献2中公开了如下技术在金属隔离体的基材与导电性薄膜之间形成该基材的氧化皮膜，并形成由金属元素、半金属元素形成的中间层。进而，专利文献3中公开了如下的隔离体在基材上形成有进行复合化而含有金属氧化物的碳系膜。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2006-286457号公报专利文献2 日本特开2004-185998号公报专利文献3 日本特开2007-1；34107号公报
技术实现思路
在现有技术的具有碳层的燃料电池隔离体中，该碳层所具有的晶体结构是各种各样的。如果碳层的晶体结构不同，则会由此引起隔离体自身的耐腐蚀性、导电性也变动。然而，不论怎样，现有技术的隔离体即使实施了配置碳层之类的表面处理，仍不能说其确保了足够的耐腐蚀性 导电性。另外，在专利文献2中记载的技术中，配置在基材表面的氧化皮膜其自身即为绝缘性高的层。因此，隔离体的厚度方向的导电性降低。进而，在专利文献3 中记载的技术中，由于碳膜中包含的金属氧化物显示绝缘性，因此隔离体的厚度方向的导电性降低、或其与气体扩散层之间的接触电阻增加。本专利技术是鉴于这种现有技术所具有的问题而做出的。而且，其目的在于提供导电构件、其制造方法以及使用导电构件的固体高分子型燃料电池，其中所述导电构件在充分确保了优异的导电性的同时进一步提高了耐腐蚀性。本专利技术的第一形式的导电构件的特征在于，其包括导电结构体，该导电结构体具有基材、和位于所述基材的至少一个表面进而包含导电性碳的导电性碳层、和介于所述基材与导电性碳层之间的中间层，在所述导电性碳层中，通过拉曼散射光谱分析测定的D带峰强度(Id)与G带峰强度(Ie)的强度比R(ID/Ie)为1. 3以上。本专利技术的第二形式的固体高分子型燃料电池包括所述导电构件。附图说明图1为示出使用第一实施方式的导电构件(隔离体)的固体高分子型燃料电池的电池单元的基本构成的剖面示意图。图2为示意性地示出图1的隔离体的金属基材和形成在该基材上的处理层的构成的剖面图。图3为示出图1中的金属隔离体的表面的剖面示意图。图4A为示意性地示出在图1的隔离体的金属基材的双面设置有中间层和导电性碳层的构成的剖面图。图4B为示出中间层和导电性碳层的一个方式的放大图。图4C为示出中间层和导电性碳层的另一方式的放大图。图5A为通过TEM观察的具有R = 1. 0 1. 2的导电性碳层的导电构件(导电构件A)的截面的照片(倍率40万倍)。图5B为通过TEM观察的具有R = 1. 6的导电性碳层的导电构件(导电构件B)的截面的照片(倍率40万倍)。图6A为示出拉曼散射光谱分析的旋转各向异性测定中的平均峰的三次对称图案的示意图。图6B为示出拉曼散射光谱分析的旋转各向异性测定中的平均峰的二次对称图案的示意图。图6C为示出在拉曼散射光谱分析的旋转各向异性测定中不显示平均峰的对称性的图案的示意图。图7A为示出使用导电构件B作为测定样品、使该样品的旋转角分别为0°、60°和 180°时的拉曼光谱的图表。图7B为示出对导电构件B进行的旋转各向异性测定的平均峰的图表。图8为示出用溅射法、通过改变偏压和成膜方式来使导电性碳层的维氏硬度不同的导电构件的、导电性碳层的维氏硬度与导电性碳层的SP3比的值的关系的图。图9为示出对具有R值为1.3以上、但氢原子的含量不同的导电性碳层的导电构件测定接触电阻的结果的图表。图10为搭载有本专利技术的实施方式的燃料电池堆的车辆的概念图。图11为示出在实施例中测定接触电阻时所使用的测定装置的概要的示意图。图12A为示出对实施例I-I 1-7以及比较例1_1 1_5中制作的导电构件在浸渍试验前后进行接触电阻测定的结果的图表。图12B为示出实施例1-8和实施例1_9中制作的导电构件在浸渍试验前后进行接触电阻测定的结果的图表。图13为示出应用了本专利技术的实施方式的导电构件的燃料电池堆的示意图。图14为图13的燃料电池堆的立体图。图15的a和图15的b为观察实施例1_9和实施例1_8的表面而得到的SEM照片。图16的a和图16的b为图15的a和图15的b的SEM照片的放大图。图17的a和图17的b为观察实施例1_9和实施例1_8的截面而得到的TEM照片。图18的a和图18的b为观察实施例1_9和实施例1_8的截面而得到的SEM照片。图19为示出用于用溅射法对中间层和导电性碳层进行成膜的制造装置的俯视示意图。图20为示出用于用电弧离子镀(arc ion plating, AIP)法对中间层和导电性碳层进行成膜的制造装置的俯视示意图。图21为示出第二实施方式的导电构件(隔离体)的表面的构成的剖面示意图。图22A为示出通过TEM对参考例11_1中制作的致密阻隔层的截面进行图像分析的结果的照片。图22B为示出通过TEM对参考例11_2中制作的中间层的截面进行图像分析的结果的照片。图23A为示出通过SEM对参考例11_1中制作的致密阻隔层的截面进行图像分析的结果的照片。图23本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种导电构件，其特征在于，其包括导电结构体，该导电结构体具有基材、和位于所述基材的至少一个表面进而包含导电性碳的导电性碳层、和介于所述基材与导电性碳层之间的中间层，在所述导电性碳层中，通过拉曼散射光谱分析测定的Ｄ带峰强度ＩＤ与Ｇ带峰强度ＩＧ的强度比Ｒ、即ＩＤ／ＩＧ为１．３以上。

【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：姬野友克，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP