燃料电池用隔板及其制造方法技术

本发明专利技术提供兼备高导电性和耐腐蚀性且在燃料电池内可以长期稳定地使用的燃料电池用隔板及其制造方法。燃料电池用隔板（１）具备由纯铝或铝合金构成的基板（２）和形成于基板（２）上的镀敷层（３），镀敷层（３）具备形成于基板（２）侧的铜层（３ａ）和形成于铜层（３ａ）上的锡层（３ｂ），锡层（３ｂ）形成于最表层，铜层（３ａ）的厚度在０．１０μｍ以上，且锡层（３ｂ）的厚度除以铜层（３ａ）的厚度的值为０．１～５０。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于燃料电池，特别是固体高分子型燃料电池的燃料电池用隔板及其 制造方法。
技术介绍
如图2所示，固体高分子型燃料电池(燃料电池)20通过以由阳极电极(阳极部) 和阴极电极(阳极部)夹持固体高分子电解质膜(固体高分子膜)12的结构形成为单电池 10，并经由被称作隔板(或双极板)1的电极重合多个单电池10而构成。该燃料电池用的隔板材料要求接触电阻低且将其作为隔板的使用中能够长期维 持的特性。作为具有这种特性的材料，目前也兼顾加工性及强度方面，探讨了铝合金、不锈 钢、镍合金、钛合金等金属材料的应用。另一方面，例如汽车用燃料电池用隔板(以下称作隔板)中，强烈寻求小型化、轻 量化、低成本化。在该方面，铝由与不锈钢及钛合金相比，轻量且加工性好并且廉价，故而作 为理想的材料之一被期待。而且，安置有隔板的燃料电池内的环境为高温且酸性环境，因此，在由无垢的铝基 板构成隔板的情况下，铝基板的表面短时间内被腐蚀，铝离子从基板溶出，并且，电阻因基 板表面生成的腐蚀生成物而增大，不能实现作为隔板的作用。对于这样的问题，为使铝基板兼备耐腐蚀性和导电性，专利文献1中记载有在铝 基板表面形成有碳层、碳化硅层、镍层、铬层、锡层中任一种的隔板。另外，专利文献2、专利 文献3中记载有重视耐腐蚀性，首先在铝基板上形成多孔质的阳极氧化皮膜，并在其表面 或孔内形成有导电性覆膜(绝缘破坏区域)的隔板。专利文献4中记载有具备铝基板、和 以经由由镀镍层或镀铜层构成的第一中间层、由镀锡层或镀锡合金层构成的第二中间层被 覆铝基板的方式形成的含有导电材料的树脂层的隔板。专利文献1 特开2000-58080号公报专利文献2 特开2006-49209号公报专利文献3 特开2005-243595号公报专利文献4 特开2009-32671号公报但是，专利文献1中，虽然通过单一层兼备耐腐蚀性和导电性，但单一层中难以完 全消除气孔，腐蚀有可能以该气孔为基点进行。另外，专利文献2、专利文献3中，由于阳极 氧化皮膜具有绝缘性，故而即使在其表面形成导电性覆膜(绝缘破坏区域)，也不能充分降 低电阻。专利文献4中，由于树脂具有绝缘性，故而即使含有导电材料，也不能充分降低电 阻。
技术实现思路
因此，本专利技术是为解决这样的问题而创立的，其目的在于，提供兼备高导电性和耐 腐蚀性且在燃料电池内可以长期稳定地使用的。为解决上述课题，本专利技术提供一种燃料电池用隔板，其具备由纯铝或铝合金构成 的基板、和形成于所述基板上的镀敷层，其特征在于，所述镀敷层具备形成于所述基板侧的 铜层和形成于所述铜层上的锡层，所述锡层形成于最表层，所述铜层的厚度为0. IOymW 上，且所述锡层的厚度除以所述铜层的厚度的值为0. 1 50。根据所述结构，由于具备锡层，从而能够将隔板的接触电阻长期维持在低水平。另外，由于具备规定厚度的铜层及锡层，从而铜层及锡层的气孔被抑制，并且由于具备铜层， 从而基板和铜层、及铜层和锡层的密接性提高，铜层及锡层的剥离被抑制。因此，能够防止 基板被暴露于高温 酸性环境中，从而铝粒子从基板的溶出降低，并且在基板表面生成的腐 蚀生成物的发生降低。另外，在铜层和锡层的界面形成在锡层中扩散了铜的扩散层，该扩散 层通过燃料电池(隔板)的工作温度而成长，将铜层和锡层的界面生成的空隙填埋，因此， 铜层和锡层的密接性提高。本专利技术的燃料电池用隔板，所述基板和所述镀敷层之间还具备基底层，所述基底 层由选自镍、铬、铁、钴的金属或它们的合金构成。另外，所述基底层的厚度为0.5μπι以上。根据所述结构，由于具备这些基底层，从而基板和铜层的密接性进一步提高。本专利技术的燃料电池用隔板，其特征在于，所述锡层为仅由锡构成的锡单独层，所述 锡单独层形成于最表层。根据所述结构，由于锡层为锡单独层，从而能够容易地制造具有导电性的锡层。本专利技术的燃料电池用隔板，其特征在于，是所述锡层为由锡和碳构成的锡碳混合 层，所述锡碳混合层形成于最表层的隔板，或者是具备所述锡层由仅由锡构成的锡单独层 和形成在所述锡单独层之上的由锡和碳构成的锡碳混合层，所述锡碳混合层形成在最表 层的隔板，其中，利用扫描型电子显微镜/能量分散型分析装置(SEM/EDX)以加速电压 15kV的条件从最表层侧进行组成分析时的锡和碳的原子％之比(Sn(at%)/C(at%))为 0. 01 2。根据所述结构，锡碳混合层形成于最表层，(Sn(at% )/C(at%))在规定范围内， 由此，锡碳混合层的碳作为使隔板表面和锡层内部导通的导电总线起作用，在作为燃料电 池运转的期间，与最表层为锡单独层的情况相比，进一步抑制了隔板表面的接触电阻的增 力口，能够长期维持低接触电阻。本专利技术提供一种燃料电池用隔板的制造方法，其特征在于，包括制作基板的基板 制作工序、在所述基板上形成所述镀敷层的镀敷层形成工序，所述镀敷层形成工序中，利用 湿式镀敷法形成所述镀敷层。根据所述步骤，通过以湿式镀敷法形成镀敷层，在基板上沿其形状形成均勻的镀 敷层，可防止基板暴露于高温·酸性环境中。本专利技术提供一种燃料电池用隔板的制造方法，其特征在于，包括制作基板的基板 制作工序、在所述基板上形成所述基底层的基底层形成工序、在所述基底层上形成所述镀 敷层的镀敷层形成工序，所述基底层形成工序及所述镀敷层形成工序中，利用湿式镀敷法 形成所述基底层及所述镀敷层。根据所述步骤，通过以湿式镀敷法形成基底层和镀敷层，在基板上沿其形状形成 均勻的基底层及镀敷层，可防止基板暴露于高温·酸性环境中。本专利技术的燃料电池用隔板的制造方法，其特征在于，在所述镀敷层形成工序中形成的所述镀敷层的所述锡层为仅由锡构成的锡单独层。根据所述步骤，由于锡层为锡单独层，从而能够容易地制造具有导电性的锡层。本专利技术提供的燃料电池用隔板的制造方法，其特征在于，是在所述镀敷层形成工 序中形成的所述镀敷层的所述锡层为由锡和碳构成的锡碳混合层的隔板的制造方法，或 者是在所述镀敷层形成工序中形成的所述镀敷层的所述锡层具备由锡构成的锡单独层和 形成于所述锡单独层上的由锡和碳构成的锡碳混合层的隔板的制造方法，其中，所述锡碳 混合层通过在镀锡浴中添加碳及阳离子系表面活性剂并将所述镀锡浴中的碳浓度调节为 1 200g/l来进行镀敷处理而形成。根据所述顺序，在形成锡碳混合层的隔板的制造方法中，锡碳混合层通过在镀锡 浴中添加碳及阳离子系表面活性剂并将镀锡浴中的碳浓度调节为规定范围内来进行镀敷 处理而形成，因此，可以将锡碳混合层的Sn(at%)/C(at%)控制在规定范围内。由此，锡 碳混合层的碳作为使隔板表面和锡层内部导通的导电总线起作用，在作为燃料电池运转的 期间，与最表层为锡单独层的情况相比，进一步抑制了隔板表面的接触电阻的增加，能够长 期维持低接触电阻。根据本专利技术的燃料电池用隔板，导电性及耐腐蚀性优良，在燃料电池内能够长期 稳定地使用。另外，根据本专利技术的燃料电池用隔板的制造方法，能够制造导电性及耐腐蚀性 优良的燃料电池用隔板。附图说明图1 (a)、(b)是表示本专利技术的燃料电池用隔板的结构的剖面图；图2是表示展开了燃料电池的一部分的样子的立体图；图3是说明接触电阻值的测定方法的说明图；图4是表示本专利技术的燃料电池用隔板的镀敷层的结构的扫描电子显微镜照片；图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池用隔板，其具备由纯铝或铝合金构成的基板、和形成于所述基板上的镀敷层，其特征在于，所述镀敷层具备形成于所述基板侧的铜层和形成于所述铜层上的锡层，所述锡层形成于最表层，所述铜层的厚度为０．１０μｍ以上，且所述锡层的厚度除以所述铜层的厚度的值为０．１～５０。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：铃木顺，小林宣裕，伊藤良规，佐藤俊树，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]