燃料电池用隔板的制造方法及燃料电池用隔板技术

本发明专利技术提供燃料电池用隔板的制造方法及燃料电池用隔板，能够提高碳膜相对于钛基材的紧贴性且耐腐蚀性也良好。本实施方式的燃料电池用隔板的制造方法具有以下工序：在钛基材(40)上形成TiOx(1<x<2)层(42)；及通过等离子CVD在TiOx层(42)上形成碳膜(44)，在TiOx层(42)与碳膜(44)之间形成含有Ti、O、C的结合层(43)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池用隔板的制造方法及燃料电池用隔板。
技术介绍
作为燃料电池用隔板的基材，开发出了使用耐腐蚀性高的钛并向该钛基材涂层碳薄膜(碳膜)的技术。在这种情况下，确保钛基材与碳膜之间的紧贴性的情况特别重要。通常，钛的表层由自然氧化覆膜覆盖，其是TiO2层。TiO2层自身稳定、致密，因此作为耐腐蚀性优异的保护膜而发挥功能，但是另一方面，该TiO2层在Ti上形成碳膜时成为紧贴的阻碍要因。以往，为了提高钛与碳膜之间的紧贴性而采用各种手法。例如，已知有在真空中通过蚀刻而除去TiO2层的方法、预先设置TiC等中间层的方法(例如，参照专利文献1)。在通过蚀刻来除去TiO2层的方法中，当在完全除去了TiO2层之后形成碳膜时，在钛与碳膜的界面处形成Ti与C的化合物即TiC或TiCx，其成为紧贴层(结合层)。因此，通过这些以往的方法而作成的燃料电池用隔板均成为Ti/TiC/C的构造。专利文献1：日本专利4825894号
技术实现思路
专利技术要解决的课题然而，作为该紧贴层的TiC在燃料电池环境下容易氧化，容易从TiC变化为TiO2。当在模拟了燃料电池的环境的-0.2V～0.9V(SHE)下进行电位扫描时，在0.4～0.5V附近确认到了相当于TiC的氧化的峰值。
这样，由TiC构成的紧贴层在燃料电池环境下发生氧化，耐腐蚀性不良。希望提高钛基材与碳膜之间的紧贴性和耐腐蚀性的新手法。因此，本专利技术目的在于提供一种提高碳膜相对于钛基材的紧贴性且耐腐蚀性也良好的燃料电池用隔板的制造方法。用于解决课题的方案为了实现上述的目的，本专利技术的燃料电池用隔板的制造方法具有以下工序：在钛基材上形成TiOx(1<x<2)层；及通过等离子CVD在TiOx层上形成碳膜，在TiOx层与碳膜之间形成含有Ti、O、C的结合层。根据本专利技术，在钛基材上形成TiOx层，通过等离子CVD在TiOx层上形成碳膜，由此TiOx层与碳膜的C成分结合，在TiO层与碳膜之间形成含有Ti、O、C的结合层，通过该结合层能确保TiOx层与碳膜的紧贴性。而且，由于TiOx层的存在而能确保耐腐蚀性。优选的是，通过控制等离子CVD来形成0.1nm以上且5nm以下的结合层。在等离子CVD的控制中，例如，只要调制等离子CVD的时间及直流偏压电压即可。设为0.1nm以上是为了确保由结合层产生的TiOx层与碳膜的紧贴性。设为5nm以下是为了确保结合层的导电性。结合层在氧化条件下逐渐氧化而具有绝缘性。然而，若结合层薄至5nm以下，则由于隧道效应等的影响，能够确保导电性。例如，结合层还含有N。在等离子CVD中使用含有氮的气体的情况下，从而使结合层中含有N。作为等离子CVD的工艺中的轰击气体或成膜气体，使用含有氮的气体。由此，在等离子CVD的工艺中产生以N为起因的等离子发光，向TiOx层上照射。其结果是，TiOx层由于光催化效果而活性化，TiOx
层的表面自由能量提高，经由结合层的TiOx层与碳膜的紧贴性提高。为了实现上述的目的，本专利技术的燃料电池用隔板具有：钛基材；形成于钛基材上的TiOx(1<x<2)层；形成于TiOx层上的碳膜；及形成于TiOx层与碳膜之间且含有Ti、O、C的结合层。根据本专利技术，通过等离子CVD在TiOx层上形成碳膜，由此TiOx层与碳膜的C成分结合，构成在TiO层与碳膜之间具备含有Ti、O、C的结合层的隔板。通过该结合层能确保TiOx层与碳膜的紧贴性。而且，通过TiOx层的存在能确保耐腐蚀性。结合层的厚度为0.1nm以上且5nm以下。设为0.1nm以上是为了确保由结合层产生的TiOx层与碳膜的紧贴性。设为5nm以下是为了确保结合层的导电性。结合层在氧化条件下逐渐被氧化而具有绝缘性。然而，若结合层薄至5nm以下，则由于隧道效应等的影响，能够确保导电性。结合层还含有N。在等离子CVD中使用含有氮的气体的情况下，从而使结合层中含有N。例如，作为等离子CVD的工艺中的轰击气体或成膜气体，使用含有氮的气体。由此，在等离子CVD的工艺中产生以N为起因的等离子发光，向TiOx层上照射。其结果是，TiOx层由于光催化效果而活性化，TiOx层的表面自由能量提高，经由结合层的TiOx层与碳膜的紧贴性提高。专利技术效果根据本专利技术，能够制造出提高碳膜相对于钛基材的紧贴性且耐腐蚀性也良好的燃料电池用隔板。附图说明图1是具备隔板的燃料电池组的主要部分剖视图。图2是第一实施方式的燃料电池用隔板的放大剖视图。图3是表示隔板的制造工序的概略的流程图。图4是表示等离子CVD的工艺的内容的流程图。图5是第二实施方式的燃料电池用隔板的放大剖视图。图6是实施例1的燃料电池隔板的截面TEM像。图7是表示实施例1的燃料电池隔板的TEM-EELS分析结果的图。图8是比较例1的燃料电池隔板的放大剖视图。图9是比较例2的燃料电池隔板的放大剖视图。具体实施方式以下，基于附图所示的实施方式的一例来详细地说明本专利技术的结构。以下，作为一例，例示并说明将本专利技术应用到预定了搭载于燃料电池车的情况的燃料电池或包含该燃料电池的燃料电池系统中的情况，但是应用范围并不局限于这样的例子。图1是将燃料电池组的主要部分进行剖视的图。如图1所示，在燃料电池组层叠有多个作为基本单位的单体(单电池)2。单体2具备MEA(Membrane-Electrode Assembly)3及夹持MEA3的一对隔板4、5，MEA3具备由离子交换膜构成的电解质膜6及夹持电解质膜6的一对电极7、8。一个电极7是供燃料气体(例如，氢气)通过的阳极，另一电极8是供氧化气体(例如，空气)通过的阴极。隔板4、5这双方都形成为波形。隔板4、5的形状形成为，波的形状呈等腰梯形，且波的顶部平坦，该顶部的两端呈相等的角度而有棱角。即，各隔板4、5无论从表侧观察还是从背侧观察，都为大致相同的形状。隔板4的顶部与MEA3的一个电极7进行面接触，隔板5的顶部与MEA3的另一电极8进行面接触。在一个电极7与隔板4之间划成的空间S1是供燃料气体流通的流路，在另一电极8与隔板5之间划成的空间S2是供氧化气体流通的流
路。此外，一单体2和与之相邻的另一个单体2将阳极和阴极相向地配置，沿着一单体2的阳极(即一个电极7)配置的隔板4的背面侧的顶部与沿着另一个单体2的阴极(即另一电极8)配置的隔板5的背面侧的顶部进行面接触。在相邻的2个单体2之间且进行面接触的隔板4、5之间划成的空间S3内流通有对单体2进行冷却的作为冷却介质的水。(第一实施方式)图2是隔板4的放大剖视图。另外，隔板5的截面也与隔板4的截面共用。如图2所示，隔板4具有钛基材40、形成于钛基材40上的TiOx(1<x<2)层42、通过等离子CVD形成于TiOx层42上的碳膜44、形成于TiOx层42与碳膜44之间且包含Ti、O、C的结合层43。钛基材40由Ti构成，其厚度没有限定，但是为例如100μm～20000μm的厚度。TiOx(1<x<2)层42是形成于Ti的表层上的耐腐蚀性比较良好的覆膜。通过TiOx，即便是利用模拟了燃料电池环境下的电位扫描试验也未发现特定的峰值，得到良好的耐腐蚀性。而且，TiOx层42由于氧缺乏而表现出高导电性。因此，TiOx层42本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池用隔板的制造方法，具有以下工序：在钛基材上形成TiOx层，其中，1<x<2；及通过等离子CVD在所述TiOx层上形成碳膜，在所述TiOx层与所述碳膜之间形成含有Ti、O、C的结合层。

【技术特征摘要】
2015.04.13 JP 2015-0816461.一种燃料电池用隔板的制造方法，具有以下工序：在钛基材上形成TiOx层，其中，1<x<2；及通过等离子CVD在所述TiOx层上形成碳膜，在所述TiOx层与所述碳膜之间形成含有Ti、O、C的结合层。2.根据权利要求1所述的燃料电池用隔板的制造方法，其中，通过控制所述等离子CVD来形成0.1nm以上且5nm以下的结合层。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池用隔板的制造方法，其中，所述结合...

【专利技术属性】
技术研发人员：小泉雅史，池田耕太郎，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP