固体高分子型燃料电池的隔离件用不锈钢板制造技术

一种固体高分子型燃料电池的隔离件用不锈钢板，具备不锈钢制的基体和基体表面的Sn合金层被膜，且Sn合金层被膜具有10个/cm

Stainless steel sheet for isolator of solid polymer fuel cell

The utility model relates to a stainless steel plate for an isolated piece of a solid polymer fuel cell, which has a base made of stainless steel and a Sn alloy coating on the surface of the substrate, and the Sn alloy layer film has 10 /cm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体高分子型燃料电池的隔离件用不锈钢板
本专利技术涉及一种耐腐蚀性和密合性优异的固体高分子型燃料电池的隔离件用不锈钢板。
技术介绍
近年来，从地球环境保护的观点考虑，一直在进行发电效率优异、不排出CO2的燃料电池的开发。这里，燃料电池通过电化学反应由H2和O2产生电力。另外，燃料电池的基本结构是像三明治这样的结构，由电解质膜(离子交换膜)、2个电极(燃料极和空气极)、O2(空气)与H2的扩散层以及2个隔离件构成。而且，根据使用的电解质膜的种类而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、碱性燃料电池和固体高分子型燃料电池(PEFC；质子交换膜燃料电池或聚合物电介质燃料电池，proton-exchangemembranefuelcell或polymerelectrolytefuelcell)，分别进行开发。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，能够以格外低的温度进行发电；(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作为电动汽车的搭载用电源、家庭用或业务用固定型发电机和便携用小型发电机的应用。固体高分子型燃料电池隔着高分子膜由H2和O2来获取电。即，如图1所示，由气体扩散层2、3(例如碳纸等)和隔离件4、5夹住膜-电极接合体1，使其成为单一的构成要素(所谓的单电池)。然后，使隔离件4与隔离件5之间产生电动势。应予说明，上述的膜-电极接合体1被称为MEA(膜电极组件，Membrane-ElectrodeAssembly)，是使高分子膜与在该膜的表面和背面担载有铂系催化剂的炭黑等电极材料一体化而成的，厚度为几十μm～几百μm。另外，气体扩散层2、3与膜-电极接合体1一体化的情况也很多。另外，在将固体高分子型燃料电池供于实用的情况下，一般将几十～几百个如上所述的单电池串联连接而构成燃料电池堆进行使用。在此，对于隔离件4、5，除作为(a)隔开单电池间的隔壁的作用以外，还要求作为(b)输送产生的电子的导电体；(c)供O2(空气)和H2流通的空气流路6、氢流路7；(d)排出生成的水、气体的排出路(兼具空气流路6、氢流路7)的功能。因此，隔离件4、5需要优异的耐久性、导电性。这里，关于上述耐久性，作为电动汽车的搭载用电源使用时，假定约为5000小时。另外，作为家庭用固定型发电机等使用时，假定约为40000小时。因此，对隔离件要求可耐受长时间发电的耐腐蚀性。其理由是因为如果受到腐蚀而使金属离子溶出，则高分子膜(电解质膜)的质子传导性降低。另外，关于上述导电性，希望隔离件与气体扩散层的接触电阻尽量低。其理由是因为如果隔离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。换句话说，隔离件与气体扩散层的接触电阻越小，发电特性越优异。到目前为止，使用石墨作为隔离件的固体高分子型燃料电池已经实用化。该由石墨构成的隔离件具有接触电阻较低、而且不腐蚀的优点。然而，石墨制的隔离件容易受到冲击而破损，因此具有不仅难以小型化而且用于形成空气流路、氢流路的加工成本高的缺点。由石墨构成的隔离件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，作为隔离件的材料，正在进行应用金属材料来代替石墨的尝试。特别是，从提高耐久性的观点考虑，面向以不锈钢或钛、钛合金等为材料的隔离件的实用化，正在进行各种研究。例如，在专利文献1中公开了使用容易形成不锈钢或钛合金等的钝态被膜的金属作为隔离件的技术。然而，钝态被膜的形成导致接触电阻的上升，从而导致发电效率降低。因此，这些金属材料被指出与石墨材料相比接触电阻大而且耐腐蚀性差等应该改善的问题点。在专利文献2中公开了通过对奥氏体系钢板(SUS304)等的金属隔离件的表面实施镀金来减小接触电阻、确保高输出的技术。然而，为薄镀金时难以防止针孔的产生，相反地为厚镀金时残留成本问题。作为解决上述问题的方法，专利技术人等以前在专利文献3中提出了“在金属制基体的表面具有由Sn合金层构成的被膜并在该被膜中含有导电性粒子的固体高分子型燃料电池的隔离件用金属板”。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
技术实现思路
能够通过上述专利文献3中记载的固体高分子型燃料电池的隔离件用金属板的开发来提高在固体高分子型燃料电池的隔离件的使用环境下的耐腐蚀性。然而，明确了在金属基体上形成由Sn合金层构成的被膜(以下，也称为Sn合金层被膜)时，在制造金属基体时或将金属基体成型为所希望的形状时产生的瑕疵、表面粗糙等表面缺陷成为原因，有时在金属基体表面不形成健全的Sn合金层被膜，Sn合金层被膜产生缺陷。这样，如果Sn合金层被膜产生缺陷而使金属基体、特别是不锈钢基体露出，则在燃料电池隔离件使用环境下发生氯化物离子从外部环境的混入时，基体露出部优先被腐蚀，基体可能出现蚀孔。本专利技术是鉴于上述现状而开发的，目的在于提供一种在固体高分子型燃料电池的隔离件使用环境下即便发生氯化物离子从外部环境等的混入时也能够防止因局部腐蚀所致的不锈钢基体的蚀孔、得到优异的耐腐蚀性的固体高分子型燃料电池的隔离件用不锈钢板。专利技术人等为了解决上述课题而使用不锈钢作为固体高分子型燃料电池用隔离件的材料，对Sn合金层被膜的缺陷部和燃料电池隔离件使用环境下的Sn合金层被膜缺陷部的腐蚀行为，进行了深入研究。其结果，得到以下见解。(1)首先，专利技术人等对在燃料电池隔离件使用环境下发生氯化物离子从外部环境的混入时的腐蚀行为进行了调查。其结果，发现发生氯化物离子的混入、特别是成为容易引起pH降低或氯化物离子浓缩的环境时，如果Sn合金层被膜存在缺陷，不锈钢基体存在露出部，则基体露出部优先被腐蚀，基体可能出现蚀孔。(2)因此接下来，专利技术人等对在上述环境下发生基体出现蚀孔那样的局部腐蚀的重要因素进行了详细研究。其结果，专利技术人等想到是因为在上述环境下不锈钢基体比Sn合金层被膜更容易被腐蚀，所以与Sn合金层被膜部相比腐蚀电流容易在不锈钢基体露出部集中，导致基体出现蚀孔。(3)因此，专利技术人等尝试分散腐蚀电流来防止腐蚀电流向不锈钢基体露出部的集中，对于对此有效的方法进一步反复研究。其结果，得到以下见解：通过有意地对Sn合金层被膜赋予10个/cm2以上的微裂纹，从而抑制局部的不锈钢基体露出部的腐蚀，由此，能够有效地防止不锈钢基体出现蚀孔。(4)对于其理由，专利技术人等考虑如下。即，通过对Sn合金层被膜赋予10个/cm2以上的微裂纹，从而在由不锈钢基体的表面缺陷等引起的Sn合金层被膜的缺陷部、即不锈钢基体露出部优先流过的腐蚀电流也被微裂纹同样地分散。其结果，有效地抑制不锈钢基体露出部的局部腐蚀，能够有效地防止不锈钢基体出现蚀孔。本专利技术是基于上述见解、进一步加以研究而最终完成的。即，本专利技术的要旨构成如下。1.一种固体高分子型燃料电池的隔离件用不锈钢板，具备不锈钢制的基体和该基体表面的Sn合金层被膜，该Sn合金层被膜具有10个/cm2以上的微裂纹。2.根据上述1所述的固体高分子型燃料电池的隔离件用不锈钢板，其中，上述Sn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离件用不锈钢板，具备不锈钢制的基体和该基体表面的Sn合金层被膜，该Sn合金层被膜具有10个/cm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.29 JP 2015-0158391.一种固体高分子型燃料电池的隔离件用不锈钢板，具备不锈钢制的基体和该基体表面的Sn合金层被膜，该Sn合金层被膜具有10个/cm2以上的微裂纹。2.根据权利要求1所述的固体高分子型燃料电池的隔离件用不锈钢板，其中，所述Sn合金层被膜含有选自Ni和Fe中的至少一种元素。3.根...

【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