本发明专利技术提供了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，其不损害不锈钢隔板所具有的耐腐蚀性，在长时间运转时性能劣化很小。该不锈钢材料包括不锈钢母材、设置在该不锈钢母材的表面上的钝化皮膜和设置在该不锈钢母材的表面上的导电性析出物，其中，导电性析出物贯通钝化皮膜，并且包含以不锈钢母材为起源的物质。由非金属导电性物质构成的导电层设置在钝化皮膜的表面上，该导电层优选经由导电性析出物与不锈钢母材电连接。
【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素的隔板用的不锈钢材料。
技术介绍
燃料电池由于利用氢与氧的结合反应时产生的能量，因此从节能和环境对策两方面出发，是有望被引进和普及的下一代发电系统。燃料电池具有多种类型，例如有固体电解质型、熔融碳酸盐型、磷酸型和固体高分子型等。在这些当中，固体高分子型燃料电池的输出功率密度高，可以小型化，另外，在比其它类型的燃料电池更低的温度下工作，且起动停止容易。因此，固体高分子型燃料电池有望在电动汽车或家庭用小型热电联供上利用，近年来，特别引人注目。图1所示为固体高分子型燃料电池(以下也简称为“燃料电池”)的结构图。图 1(a)是构成燃料电池的单电池的分解图，图1(b)是将多个单电池组合而制作的燃料电池总体的立体图。如图1所示，燃料电池1是单电池的集合体(stack，叠加)。如图1 (a)所示，单电池为如下结构在固体高分子电解质膜2的一个面上层叠有起电池的阴极的作用的气体扩散电极层3(也称为燃料电极膜，以下也表示为“阴极”)，且在另一个面上层叠有起电池的阳极的作用的气体扩散电极层(也称为氧化剂电极膜，以下也表示为“阳极”)4，在该两个面上重叠有隔板(双极板)5ajb。另外，还具有在上述单电池与单电池之间或每隔几个单电池配置有具有冷却水的流通通路的水分离器的水冷型燃料电池。本专利技术也以这种水冷型燃料电池为对象。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。阴极3和阳极4中设置有粒状的钼催化剂和石墨粉，此外根据需要有时也设置有由具有氢离子(质子)交换基团的氟树脂构成的催化剂层。在该情况下， 燃料气体或氧化性气体与该催化剂层接触，促进反应。燃料气体(氢气或含氢的气体)A流经设置在隔板fe上的流路6a，将氢供给到燃料电极膜3。另外，诸如空气之类的氧化性气体B流经设置在隔板恥上的流路6b，供给氧。 通过这些气体的供给，发生电化学反应，产生直流电力。对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)作为将燃料气体、氧化性气体均勻地供给到电池面内的“流路”的功能，(2)作为将阳极侧生成的水与反应后的空气、氧之类的载气一起从燃料电池有效地排出到系统外的“流路”的功能，(3)与电极膜(阴极3、阳极4)接触，成为电通路，进一步成为单电池之间的导电 “连接器”的功能，(4)作为相邻的电池之间的一个电池的阴极室与相邻的电池的阳极室的“间壁”的功能，以及，3(5)作为水冷型燃料电池中的冷却水流路与相邻的电池的“间壁”的功能。作为要求实现这种功能的固体高分子型燃料电池中使用的隔板(以下简称为“隔板”)的基材的材料，大致分为金属系材料和碳系材料。基于不锈钢、Ti、碳钢等金属系材料的隔板可通过压制加工等方法来制造。另一方面，在利用碳系材料的隔板的制造方法中，具有多种方法。作为该方法，可列举出将酚醛系、呋喃系等热固化性树脂浸渍到石墨基板中固化并烧成的方法，将碳粉末与酚醛树脂、呋喃树脂或焦油浙青等混炼，压制成型或注射成型为板状，将所得部件烧成，形成为玻璃状碳的方法。以不锈钢为首的金属系材料具有优异的金属特有的加工性、可以使隔板的厚度较薄、实现隔板的轻量化等优点。然而，有可能由于腐蚀所致的金属离子溶出、金属表面氧化而使导电性降低。因此，基于金属系材料的隔板(以下称为“金属隔板”)存在与气体扩散电极层的接触电阻(以下简称为“接触电阻”)可能上升的问题。另一方面，碳系材料具有可获得轻量的隔板的优点。然而，存在具有气体透过性等问题、机械强度低等问题。作为解决与金属隔板有关的上述问题的方法之一，如专利文献1所示，提出了在金属隔板的与基材的电极接触的表面上实施镀金的方案。然而，在汽车等移动物体用燃料电池和固定装置用燃料电池中大量使用金这一点从经济性和资源用量制约的观点出发存在问题。因此，作为不使用金而解决上述问题的尝试之一，提出了用碳被覆金属隔板表面的方案。以下列举了迄今为止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包括表面酸洗过的奥氏体系不锈钢材料和在其表面上形成的3 20μπι的导电性涂膜，该涂膜中的导电剂是石墨粉末与炭黑的混合粉末。在该专利文献中公开了酸洗金属隔板的基材的表面、 并在酸洗后的基材的表面上涂布含有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，其使用石墨作为导电材料，并在燃料电池用的金属制或碳制隔板基材的表面上涂布而形成导电性涂膜，作为该涂料的粘结材料，含有10重量％以上的偏二氟乙烯(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容性的有机溶剂，上述导电材料与粘结材料的配合比率按重量比计为15 85 90 10，上述有机溶剂的配合比例为50 95重量％。作为与专利文献3中公开的技术类似的技术，专利文献8中公开的导电性隔板在金属基材上具备由具有憎水性或碱性基团的树脂与导电性粒状物质构成的导电性树脂层。(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作而形成气体流路的燃料电池用隔板，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构成。该无定形碳膜的氢含量CH为1原子原子％。在该文献中，提出了使用薄膜形成技术(P-CVD法，离子束蒸镀法)蒸镀碳质膜来代替上述导电性涂膜的方法。(D)专利文献5中公开的不锈钢板具有在整个区域中形成了许多微细凹坑的表面，在凹坑的周边林立有许多微细的突起。该不锈钢板通过将不锈钢板浸渍在氯化铁水溶液中，交替地进行电解蚀刻来形成。作为与专利文献5中公开的技术类似的技术，专利文献7中公开的隔板具有耐氧化性皮膜被覆的表面，其表面为粗糙化的凹凸面，其凸部顶面的皮膜缺损部成为导电部位。(E)专利文献6中公开的方法是加热处理表面上加压粘接有碳系颗粒的不锈钢材料的方法，由于在碳系颗粒与不锈钢材料之间生成扩散电极层，密合性提高，并且碳系颗粒与不锈钢材料之间的电连接变得可靠。现有技术文献专利文献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号公报专利文献3 国际公开2003/044888号小册子专利文献4 日本特开2000-67881号公报专利文献5 国际公开2002/236M号小册子专利文献6 国际公开1999/19927号小册子专利文献7 国际公开2000/01025号小册子专利文献8 国际公开2001/18895号小册子专利文献9 日本特许第3365385号专利文献10 日本特开平11-121018号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题为了通过镀金以外的方法解决与由以不锈钢为首的金属构成的隔板有关的上述问题，提出了上述(A) (E)的方案。然而，据推测，它们不是目前可实用化的技术，分别具有要解决的技术问题。以下记载了本专利技术人等通过追加试验等所确认的与各技术有关的问题。上述(A)的方法是通过酸洗除去不锈钢材料的表面氧化膜，并在该表面上涂布含有碳的导电性涂料的方法。在该酸洗后涂布了导电性涂料的材料与酸洗状态(没有涂布导电性涂料)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是与镀金时相比高一个数量级的值。本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种不锈钢材料，其为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、均设置在该不锈钢母材的表面上的、钝化皮膜和导电性析出物，所述导电性析出物贯通所述钝化皮膜，且包含以所述不锈钢母材为起源的物质。
【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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