钛材料制造技术

一种钛材料，其为固体高分子型燃料电池的分隔件用钛材料，其具备由钛或钛合金形成的基材、以及在基材的表面形成的钝化覆膜，前述钝化覆膜在其表层部含有含Li的氧化钛层。该钛材料相对于电极膜能够维持低的接触电阻，并且廉价。

Titanium material

A titanium material, which is a solid polymer fuel cell separator, is made of titanium material. It has a substrate formed by titanium or titanium alloy, and a passivation film formed on the surface of the substrate. The passivation coating is on the surface layer containing Li titanium oxide layer. The titanium material can maintain low contact resistance and cheap relative to the electrode membrane.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钛材料
本专利技术涉及固体高分子型燃料电池的分隔件用钛材料。
技术介绍
燃料电池利用氢与氧键合反应时产生的能量进行发电，因此，从节能和环境对策这两方面出发，是期待其导入和普及的新一代发电系统。燃料电池中有固体电解质型、熔融碳酸盐型、磷酸型、以及固体高分子型等种类。它们之中，固体高分子型燃料电池的输出密度高、可以小型化，此外，在比其它类型的燃料电池低温的条件下工作，容易启动以及停止。根据这样的优点，固体高分子型燃料电池在汽车用以及家庭用的小型热电联产中的利用受到期待，近年来特别受到关注。图1A为固体高分子型燃料电池(以下，也简称为“燃料电池”)的立体图，是示出组合多个单电池单元而制作的燃料电池整体的图。图1B为构成燃料电池的单电池单元的立体分解图。如图1A所示，燃料电池1为单电池单元的集合体(堆)。在各单电池单元中，如图1B所示，在固体高分子电解质膜2的一面层叠阳极侧电极膜(也称为“燃料电极膜”；以下称“阳极”。)3，在另一面层叠阴极侧电极膜(也称为“氧化剂电极膜”；以下称“阴极”。)4，在其两面叠放分隔件(双极板)5a、5b。燃料电池中，有在邻接的2个单电池单元之间或每隔几个单电池单元配置有具有冷却水的流通路的分隔件的水冷型燃料电池。本专利技术也将这样的水冷型燃料电池的分隔件用钛材料作为对象。作为固体高分子电解质膜(以下简称“电解质膜”。)2，主要使用具有氢离子(质子)交换基团的氟系质子传导膜。阳极3和阴极4均以将具有导电性的碳纤维制成片状的碳片(或与碳片相比薄的碳纸、或者更薄的碳布)为主体。阳极3和阴极4中，有时也设置有催化剂层，所述催化剂层由颗粒状的铂催化剂、石墨粉、以及根据需要而添加的具有氢离子(质子)交换基团的氟树脂形成。在分隔件5a的阳极3侧的表面形成有沟状的流路6a。在该流路6a中流通燃料气体(氢气或含氢气体)A，氢被供给至阳极3。此外，在分隔件5b的阴极4侧的表面形成有沟状的流路6b。该流路6b中流通空气等氧化性气体B，氧被供给至阴极4。阳极3和阴极4分别作为透过燃料气体和氧化性气体的气体扩散层而发挥作用。阳极3和阴极4中设置有催化剂时，燃料气体或氧化性气体与该催化剂层接触而促进反应。发生燃料气体与氧化性气体的电化学反应而产生直流电力。固体高分子型燃料电池的分隔件所要求的主要功能如下所述。(1)作为将燃料气体、或氧化性气体均匀地供给至电池面内的“流路”的功能(2)作为使在阴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高效地排出到体系外的“流路”的功能(3)与电极膜(阳极3、阴极4)接触而成为电通道，进而成为邻接的2个单电池单元间的电“连接器”的功能(4)在邻接的电池单元(cell)间，作为一个电池单元的阳极室与邻接的电池单元的阴极室的“分隔壁”的功能(5)在水冷型燃料电池中，作为冷却水流路与邻接的电池单元的“分隔壁”的功能固体高分子型燃料电池中使用的分隔件(以下简称为“分隔件”。)的基材材料需要为能够实现这样的功能的材料。基材材料中大致分为金属系材料和碳系材料。使用金属系材料时，对平板状的材料进行压制加工而成形为具有沟状的流路等形状的分隔件。以钛为首的金属系材料具有作为金属特有的性质的加工性优异、能够使分隔件的厚度较薄、由此可实现分隔件的轻量化这样的优点。但是，有时会因分隔件表面发生氧化而导致分隔件表面的导电性降低。另外，在电解质膜为氟系质子传导膜时，有时会从电解质膜释放氟，由此分隔件表面发生腐蚀而生成氟化物，分隔件表面的导电性降低。这样，由金属系材料形成的分隔件与电极膜(阳极和阴极)的接触电阻升高成为问题。对于该问题，提出了以下的方案。专利文献1中提出了：在钛制分隔件基材中，从应与电极接触的表面去除钝化覆膜后，在该表面通过镀覆等形成金等贵金属的层。专利文献2中，作为解决钛制分隔件的耐腐蚀性(耐氧化性)的问题而不使用金等贵金属的方案，提出了通过蒸镀而在表面形成了由碳形成的导电性触点层的钛制分隔件。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2003-105523号公报专利文献2：日本特许第4367062号公报专利文献3：日本特许第5348355号公报专利文献4：日本特许第4981284号公报非专利文献非专利文献1：周豪慎、产综研TODAY、2006.10、p.17非专利文献2：NIMS(国立研究开发法人物质·材料研究机构)、AtomWorkMaterialProperties"Ti0.86Li0.57O2"项、以及"TiLi0.2O2"项、[平成27年6月24日检索]、网址〈url:http://crystdb.nims.go.jp/crystdb/search-materials〉非专利文献3：ChauvetO.及以外3名、SolidStateCommun.,1995,vol.93,p.667-669
技术实现思路
专利技术要解决的问题专利文献1所示的固体高分子型燃料电池可期待作为移动体用燃料电池、以及固定安置用燃料电池而广泛使用，但大量使用贵金属从经济性和资源量限制的观点出发存在问题，尚未普及。专利文献2所示的蒸镀在实施时需要特殊的装置，因此设备成本提高，并且制造时间变长，制造成本提高(生产率降低)。如上所述，若要通过现有技术来降低分隔件相对于电极膜的接触电阻，则原料成本和制造成本的至少一者会变高。本专利技术的目的在于，消除现有技术的这种问题，提供能够对电极膜维持低的接触电阻且廉价的、固体高分子型燃料电池的分隔件用的钛材料。用于解决问题的方案本专利技术的主旨在于下述钛材料。(A)一种钛材料，其为固体高分子型燃料电池的分隔件用钛材料，其具备由钛或钛合金形成的基材、以及在前述基材的表面形成的钝化覆膜，将前述钝化覆膜的总厚度设为T1时，T1为15.0nm以下，在其表层部含有含Li的氧化钛层。(B)根据(A)所述的钛材料，其中，将含Li的氧化钛层的厚度设为T2时，T2/T1为0.2以上。(C)根据(A)或(B)所述的钛材料，其中，上述T1与T2之差即(T1-T2)为10.0nm以下。(D)根据(A)～(C)中任一项所述的钛材料，其中，上述T2/T1为0.5以上。专利技术的效果含Li的氧化钛层具有导电性。因此，使用了该钛材料的分隔件对电极膜的接触电阻低。另外，该钛材料由于在表面形成了钛的钝化覆膜而具有耐腐蚀性。虽然耐腐蚀性由钛的氧化膜来确保，几乎不会因含有Li而使其耐腐蚀性降低。因此，使用了该钛材料的分隔件在固体高分子型燃料电池中能够抑制氧化或氟化，能够将与电极膜的接触电阻维持为低值。进而，与通过镀覆法、熔融盐电解法制成的覆膜相比，覆膜厚度薄，可以制成nm级的覆膜，因此可以具备导电性、耐腐蚀性这两者。进而，本专利技术的钛材料中，不必使用铂族元素等高价材料，也不必形成基于蒸镀的导电性触点层。因此，本专利技术的钛材料可以为廉价的材料。附图说明图1A为固体高分子型燃料电池的立体图。图1B为示出构成固体高分子型燃料电池的单电池单元的结构的立体分解图。图2为用于说明测定接触电阻的方法的图。图3为示出针对实施例6的钛材料测定的深度方向的O浓度分布的图。图4为示出针对实施例6的钛材料测定的深度方向的Li浓度分布的图。具体实施方式本专利技术的钛材料具备由钛、或钛合金形成的基材、以及在基材的表面形成的钝化覆膜。钝化覆膜在其表层部含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛材料，其为固体高分子型燃料电池的分隔件用钛材料，其具备由钛或钛合金形成的基材、以及在所述基材的表面形成的钝化覆膜，将所述钝化覆膜的总厚度设为T1时，T1为15.0nm以下，其表层部含有含Li的氧化钛层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.02 JP 2015-1339741.一种钛材料，其为固体高分子型燃料电池的分隔件用钛材料，其具备由钛或钛合金形成的基材、以及在所述基材的表面形成的钝化覆膜，将所述钝化覆膜的总厚度设为T1时，T1为15.0nm以下，其表层部...

【专利技术属性】
技术研发人员：今村淳子，正木康浩，岳边沙穗，上仲秀哉，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP