固体高分子型燃料电池的间隔件用不锈钢箔制造技术

本发明专利技术提供一种固体高分子型燃料电池的间隔件用不锈钢箔，在不锈钢箔制的基体表面介由触击镀层被覆Sn合金层被膜，使该触击镀层的基体被覆率为2～70％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及耐腐蚀性和密合性优异的固体高分子型燃料电池的间隔件用不锈钢箔。
技术介绍
近年来，从保护地球环境的观点考虑，发电效率优异且不排出CO2的燃料电池的开发正在进行。该燃料电池由H2和O2发生电化学反应而产生电，因此，该基本结构具有三明治这样的结构，由电解质膜(离子交换膜)、2个电极(燃料极和空气极)、O2(空气)和H2的扩散层以及2个间隔件构成。而且，根据所使用的电解质膜的种类，分类成磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池、固体氧化物型燃料电池、碱型燃料电池和固体高分子型燃料电池(PEFC；proton-exchange membrane fuel cell(质子交换膜燃料电池)或polymer electrolyte fuel cell(聚合物电解质燃料电池))，分别正在进行开发。这些燃料电池中，固体高分子型燃料电池与其它燃料电池相比，具有如下优点：(a)发电温度为80℃左右，能够在特别低的温度下发电；(b)能够实现燃料电池主体的轻量化、小型化；(c)能够在短时间内启动，燃料效率、输出密度高等。因此，固体高分子型燃料电池被期待用作电动车的搭载用电源、家庭用或业务用的固定型发电机、便携式的小型发电机。固体高分子型燃料电池介由高分子膜由H2和O2获得电，如图1所示，利用气体扩散层2、3(例如复写纸等)和间隔件4、5夹持膜－电极接合体1，将其作为单一构成要素(所谓单电池)，在间隔件4和间隔件5之间产生电动势。需要说明的是，上述的膜－电极接合体1被称为MEA(Membrance-Electrode Assembly)，是将高分子膜和在该膜的表面和背面担载了铂系催化剂的炭黑等电极材料一体化而成的，厚度为数10μm～数100μm。另外，气体扩散层2、3与膜－电极接合体1一体化的情况也多。另外，将固体高分子型燃料电池供于实用时，通常串联连接数十～数百个如上所述的单电池而构成燃料电池堆来使用。在此，对间隔件4、5而言，除作为(a)将单电池间隔开的隔壁的作用以外，还要求作为(b)对产生的电子进行运送的导电体、(c)供O2(空气)和H2流动的空气流路6、氢气流路7、(d)将生成的水、气体排出的排出通路(兼具空气流路6、氢气流路7)的功能，因此，需要优异的耐久性、电导性。在此，关于耐久性，作为电动汽车的搭载用电源使用时，假设为约5000小时。另外，作为家庭用的固定型发电机等时，假设为约40000小时。因此，对间隔件要求可耐受长时间的发电的耐腐蚀性。其理由是由于若金属离子因腐蚀而溶出，则高分子膜(电解质膜)的质子传导性降低。另外，关于电导性，期望间隔件与气体扩散层的接触电阻尽可能低。其理由是由于若间隔件与气体扩散层的接触电阻增大，则固体高分子型燃料电池的发电效率降低。即，可以说间隔件与气体扩散层的接触电阻越小，发电特性越优异。迄今为止，使用石墨作为间隔件的固体高分子型燃料电池正在实用化。由该石墨构成的间隔件具有接触电阻较低、而且不腐蚀这样的优点。然而，石墨制的间隔件容易因碰撞而破损，因此，有不仅难以小型化、而且用于形成空气流路、氢气流路的加工成本高这样的缺点。由石墨构成的间隔件所具有的这些缺点成为妨碍固体高分子型燃料电池普及的原因。因此，作为间隔件的原材料，进行了应用金属原材料代替石墨的尝试。特别是从提高耐久性的观点考虑，面向将不锈钢、钛、钛合金等作为原材料的间隔件的实用化进行了各种研究。例如，在专利文献1中公开了使用不锈钢或钛合金等容易形成钝态被膜的金属作为间隔件的技术。然而，钝态被膜的形成会导致接触电阻的上升，导致发电效率的降低。因此，这些金属原材料被指出与石墨原材料相比，接触电阻大、而且耐腐蚀性差等应改善的问题。在专利文献2中公开了通过对奥氏体系不锈钢板(SUS304)等金属间隔件的表面实施镀金，降低接触电阻，确保高输出的技术。然而，薄的镀金时，难以防止针孔的产生，相反，厚的镀金时，残留成本的问题。作为解决上述问题的方法，专利技术人等之前在专利文献3中提出了“在金属制的基体的表面具有由Sn合金层构成的被膜，且在该被膜中含有导电性粒子的固体高分子型燃料电池的间隔件用金属板”。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平8-180883号公报专利文献2：日本特开平10-228914号公报专利文献3：日本特开2012-178324号公报专利文献4：日本特开2013-118096号公报
技术实现思路
通过开发上述专利文献3中记载的固体高分子型燃料电池的间隔件用金属板，能够提高在固体高分子型燃料电池的间隔件的使用环境下的耐腐蚀性。然而，对于在汽车等中使用的燃料电池中的应用，从搭载空间、能量效率的观点考虑，要求减薄间隔件而实现进一步的紧凑化。因此，专利技术人等在专利文献4中提出了对高Cr不锈钢制的基体的基材表面不进行中间层的形成处理而实施发生Cr过钝态溶解反应的阳极电解处理后，立即进行Ni3Sn2层的形成处理的燃料电池用间隔件的表面处理方法。由此，得到即使在将由Ni3Sn2层等Sn合金层构成的被膜(以下，也称为Sn合金层被膜)薄膜化的情况下也具有优异的耐腐蚀性的固体高分子型燃料电池的间隔件。然而，在燃料电池的制造工序中，在基体与Sn合金层被膜之间需要高密合性以避免Sn合金层被膜从基体剥离。就该点而言，对于上述专利文献4中记载的技术，例如在将间隔件加工成期望的形状的工序、组装燃料电池单元的工序、使用时的振动剧烈的情况下，有时无法说密合性一定是充分的，有可能发生被膜的剥离。本专利技术是鉴于上述现状而开发的，其目的在于提供一种固体高分子型燃料电池的间隔件用不锈钢箔，其电导性优异自不必言，即使在减薄Sn合金层被膜的情况下，也能够同时得到在固体高分子型燃料电池的间隔件使用环境下的优异的耐腐蚀性和基体与Sn合金层被膜之间的优异的密合性。专利技术人等为了解决上述课题，对使用不锈钢箔作为固体高分子型燃料电池用间隔件的原材料，针对该不锈钢箔的各种被膜形成处理进行了潜心研究。其结果得出以下的见解。(1)首先，专利技术人等为了实现密合性的提高，尝试了在形成Sn合金层被膜之前在不锈钢箔制的基体表面形成由Ni、Cu之类的金属层等构成的触击(ストライク)镀层作为基底被膜。其结果发现通过在不锈钢箔制的基体表面设置触击镀层作为基底被膜，Sn合金层被膜的密合性大幅提高。(2)但是，设置这样的触击镀层时，发现根据触击镀覆的种类，有时耐腐蚀性大幅劣化。该耐腐蚀性劣化的机理认为如下。若在Sn合金层被膜存在从表面通向触击镀层的缺陷，则引起腐蚀的离子通过该缺陷部到达触击镀层，开始触击镀层的腐蚀。触击镀层的耐腐蚀性比上层的Sn合金层被膜差时，仅触击镀层的腐蚀连续地进行，较大面积的触击镀层在短时间内消失。由此，触击镀层的上层的Sn合金层被膜剥离，不锈钢箔制的基体露出在间隔件使用环境中，耐腐蚀性大幅劣化。(3)关于该点，若增厚Sn合金层被膜来防止贯通缺陷的生成，则能够防止上述的耐腐蚀性的劣化，但在燃料电池的紧凑化方面变得不利。(4)因此，专利技术人等为了在不增厚Sn合金层被膜的情况下防止上述的耐腐蚀性的劣化，进一步进行了研究。其结果，得出如下见解：通过将上述的触击镀层的基体被覆率控制在2～70％的范围，能够抑制触击镀层的连续的腐蚀，其结果，能够有效地防止伴随Sn合金层被膜的剥离的耐腐蚀性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体高分子型燃料电池的间隔件用不锈钢箔，具备不锈钢箔制的基体和介由触击镀层被覆于该基体表面的Sn合金层被膜，该触击镀层的基体被覆率为2～70％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.15 JP 2014-0837821.一种固体高分子型燃料电池的间隔件用不锈钢箔，具备不锈钢箔制的基体和介由触击镀层被覆于该基体表面的Sn合金层被膜，该触击镀层的基体被覆率为2～70％。2.根据权利要求1所述的固体高分子型燃料电池的间隔件用不锈钢箔，其中，所述触击镀层呈岛状分布，该岛状被覆部的最大直径为1μm以下。3.根据权利要求1或2所述的固体高分子型燃料电池的间隔件用不锈钢箔，其中，所述Sn合金层被膜含有Ni或Fe中的一种以上。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：矢野孝宜，石川伸，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP