固体高分子型燃料电池的隔板用不锈钢箔制造技术

在不锈钢箔制的基体表面隔着触击镀层被覆Sn合金层皮膜，将该触击镀层的附着量设定为0.001～1g/m2。

【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良的固体高分子型燃料电池的隔板用不锈钢箔。
技术介绍
近年来，从保护地球环境的观点出发，发电效率优良且不排出CO2的燃料电池的开发正在进行。该燃料电池由H2和O2通过电化学反应产生电，因此其基本结构具有类似于三明治的结构，由电解质膜(离子交换膜)、两个电极(燃料极和空气极)、O2(空气)和H2的扩散层以及两个隔板构成。并且，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-exchangemembranefuelcell(质子交换膜燃料电池)或polymerelectrolytefuelcell(聚合物电解质燃料电池))，分别正在进行开发。这些燃料电池之中，与其它燃料电池相比，固体高分子型燃料电池具有如下优点：(a)发电温度为约80℃，能够在非常低的温度下发电；(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汽车的搭载用电源、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隔着高分子膜由H2和O2提取出电，如图1所示，利用气体扩散层2、3(例如碳纸等)以及隔板4、5夹住膜-电极接合体1，将其作为单个构成要素(所谓的单电池)。然后，在隔板4与隔板5之间产生电动势。<br>需要说明的是，上述膜-电极接合体1被称为MEA(膜-电极组件，Membrance-ElectrodeAssembly)，是将高分子膜与在其膜的正反面负载有铂系催化剂的炭黑等电极材料一体化而成的，厚度为数十μm至数百μm。另外，气体扩散层2、3多数情况下与膜-电极接合体1一体化。另外，在将固体高分子型燃料电池提供于实用的情况下，一般情况下串联连接数十至数百个如上所述的单电池而构成燃料电池堆来使用。在此，对于隔板4、5而言，不仅要求作为(a)将单电池间隔开的隔壁的作用，还要求作为：(b)将产生的电子进行运送的导电体、(c)O2(空气)和H2流通的空气流路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，因此需要优良的耐久性和导电性。在此，关于耐久性，在作为电动汽车的搭载用电源使用的情况下，假设为约5000小时。另外，在作为家庭用的固定型发电机等使用的情况下，假设为约40000小时。因此，对于隔板，要求可耐受长时间的发电的耐腐蚀性。其原因是由于：如果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，关于导电性，期望隔板与气体扩散层的接触电阻尽可能低。其原因是由于：如果隔板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，可以说隔板与气体扩散层的接触电阻越小，则发电特性越优良。迄今为止，使用石墨作为隔板的固体高分子型燃料电池正在实用化。这种由石墨构成的隔板具有接触电阻相对较低、而且不腐蚀这样的优点。但是，石墨制的隔板因碰撞容易破损，因此具有不仅难以小型化、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。由石墨构成的隔板所具有的这些缺点导致妨碍了固体高分子型燃料电池的普及。因此，作为隔板的原材料，尝试应用金属原材料代替石墨。特别是，从提高耐久性的观点出发，面向将不锈钢或钛、钛合金等作为原材料的隔板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皮膜的金属作为隔板的技术。但是，形成钝态皮膜会招致接触电阻的升高，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、而且耐腐蚀性差等需要改善的问题。在专利文献2中公开了通过对奥氏体系钢板(SUS304)等金属隔板的表面实施金镀层由此降低接触电阻、确保高输出功率的技术。但是，利用薄的金镀层难以防止针孔的产生，相反，利用厚金镀层则残留成本的问题。作为解决上述问题的方法，本专利技术人首先在专利文献3中提出了“在金属制的基体的表面具有包含Sn合金层的皮膜并且在该皮膜中含有导电性粒子的固体高分子型燃料电池的隔板用金属板”。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
专利技术所要解决的问题通过开发出上述专利文献3中记载的固体高分子型燃料电池的隔板用金属板，能够提高在固体高分子型燃料电池的隔板的使用环境下的耐腐蚀性。但是，在应用于汽车等中使用的燃料电池时，从搭载空间及能量效率的观点出发，要求减薄隔板而实现进一步紧凑化。因此，本专利技术人在专利文献4中提出如下所述的燃料电池用隔板的表面处理方法，其中，对于高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过钝化溶解反应的阳极电解处理，然后立即进行Ni3Sn2层的形成处理。由此，得到了在将包含Ni3Sn2层等Sn合金层的皮膜(以下也称为Sn合金层皮膜)薄膜化的情况下也具有优良的耐腐蚀性的固体高分子型燃料电池的隔板。但是，在燃料电池的制造工序中，在基体与Sn合金层皮膜之间需要高密合性以便使得Sn合金层皮膜不从基体发生剥离。关于这点，利用上述专利文献4中记载的技术，例如在将隔板加工成期望的形状的工序或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，有可能发生皮膜的剥离。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隔板用不锈钢箔，其导电性优良自不言而喻，即使在使Sn合金层皮膜变薄的情况下也能够同时得到在固体高分子型燃料电池的隔板的使用环境下的优良的耐腐蚀性和基体与Sn合金层皮膜之间的优良的密合性。用于解决问题的手段本专利技术人为了解决上述问题，对于使用不锈钢箔作为固体高分子型燃料电池用隔板的基材而针对该不锈钢箔的各种皮膜形成处理进行了深入研究。其结果得出以下见解。(1)首先，本专利技术人为了实现密合性的提高，尝试了在形成Sn合金层皮膜之前在不锈钢箔制的基体表面形成由Ni或Cu这样的纯金属层等构成的触击(strike)镀层作为基底皮膜。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皮膜，Sn合金层皮膜的密合性大幅提高。但是，设置这样的触击镀层对于紧凑化这点而言变得不利。(2)因此，本专利技术人在设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体高分子型燃料电池的隔板用不锈钢箔，其具备不锈钢箔制的基体和隔着触击镀层被覆于该基体表面的Sn合金层皮膜，该触击镀层的附着量为0.001～1g/m2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.22 JP 2013-219381;2013.10.31 JP 2013-227451.一种固体高分子型燃料电池的隔板用不锈钢箔，其具备不锈钢箔制的基体和隔着触
击镀层被覆于该基体表面的Sn合金层皮膜，
该触击镀层的附着量为0.001～1g/m2。
2.如权利要求1所述的固体高分子型燃料电池的隔板用不锈钢箔，其中，所述Sn合金层
皮膜含有选自Ni和Fe中的至少一种元素。
3.如权利要求1或2所述的固体高分子型燃料电池的隔...

【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