钛制燃料电池隔板制造技术

本发明专利技术提供一种导电性以及耐久性优越的钛制燃料电池隔板。在本发明专利技术的钛制燃料电池隔板(10)中，在由纯钛或钛合金构成的基材(1)的表面上形成有碳层(2)。在所述基材(1)与所述碳层(2)的界面形成有中间层(3)。所述中间层(3)具有在与所述碳层(2)平行的方向相连的粒状的碳化钛。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种在燃料电池中使用的钛制燃料电池隔板。
技术介绍
燃料电池通过持续供给氢等燃料和氧等氧化剂，能够持续产生电力。因此，燃料电池与干电池等一次电池或铅蓄电池等二次电池不同，几乎不受系统规模的大小影响，具有高的发电效率，且由于噪音、振动也少，因此期待作为覆盖多样用途·规模的能量源。燃料电池具体地说，作为固体高分子型燃料电池(PEFC)、碱电解质型燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体氧化物型燃料电池(SOFC)、生物燃料电池等正在开发。其中，作为面向燃料电池汽车、家庭用燃料电池(家庭用热电联产(cogeneration)系统)、手机或个人电脑等便携机器,正在推进固体高分子型燃料电池的开发。 固体高分子型燃料电池(以下，称为燃料电池)作为电池堆构成，其中电池堆是将多个单电池重合而成，单电池由隔着被称为隔板(也被称为双极板)的电极，被阳极电极和阴极电极夹着的固体高分子电解质膜构成。在隔板上形成有作为气体(氢、氧等)的流路的槽。燃料电池的输出可以通过增加每个电池堆的单电池数而得到提高。燃料电池用的隔板还是用于将产生的电流取出到燃料电池的外部的构件。因此，对于隔板的材料而言，在作为隔板的使用中，要求有能够长期维持低的接触电阻(在电极和隔板表面之间，因界面现象而产生电压下降的电阻)的特性。进而，燃料电池的内部由于是酸性环境，因此还要求隔板有高耐腐蚀性。为了满足这些要求，提出各种通过切削石墨粉末的成形体而形成的隔板或由石墨和树脂的混合物成形体形成的隔板。它们虽然具有优越的耐腐蚀性，但强度、韧性差，在被施加振动、冲击时有破损的可能性。因此,提出各种以金属材料为基底的隔板。作为兼备耐腐蚀性和导电性的金属材料，比如有Au、Pt。一直以来，研究的是能够薄型化，在具有优越的加工性以及高强度的铝合金，不锈钢，镍合金，钛合金等金属材料的基材上被覆A u或P t等贵金属而被赋予耐腐蚀性以及导电性的隔板。但是，这些贵金属材料非常贵，因此存在成本变高的问题。针对这样的问题，提出不使用贵金属材料的金属隔板。例如，提出有通过气相成膜而在基材表面形成有碳膜的隔板(参照专利文献I)、在不锈钢基材的表面压接有石墨的隔板(参照专利文献2、专利文献3)。另外，提出有在金属基材的表面上基于拉曼分光法形成有G/D比为O. 5以下的碳层的隔板(参照专利文献4)、或在金属基材的表面形成有由非晶质碳层和石墨部构成的碳层的隔板(参照专利文献5)。在先技术文献专利文献专利文献I :日本国专利第4147925号公报专利文献2 :日本国专利第3904690号公报专利文献3 :日本国专利第3904696号公报专利文献4 :日本国特开2007-207718号公报专利文献5 :日本国特开2008-204876号公报但是，在专利文献1、4、5公开的技术中，由于在金属基材的表面形成的碳层是非晶质，因此环境遮蔽性(屏蔽性)不好，在金属基材表面上容易产生氧化等引起导电性降低的反应。因此，在专利文献1、4、5公开的技术中，存在导电性以及导电耐久性(长期维持导电性的性质)恶化的顾虑。另外，在专利文献2、3公开的技术中，由于使用由不锈钢构成的基材作为隔板，因·此在使用中铁离子熔析，存在使固体高分子膜恶化的顾虑。另外，专利文献2、3公开的技术的碳层由于碳的含量少，因此基材的不锈钢露出的区域变多，容易引起上述的铁离子的熔析、基材表面的氧化，存在导电性下降的顾虑。
技术实现思路
本专利技术是鉴于所述问题而提出的，其要解决的问题是，提供一种具有优越的导电性以及耐久性的钛制燃料电池隔板。本专利技术人发现，通过使由耐腐蚀性优越的纯钛或钛合金构成的基材与在基材表面形成的碳层反应，在基材与碳层的界面形成由粒状的碳化钛构成的中间层，由此，可以兼顾隔板的导电性以及耐久性，从而创造出本专利技术。为了解决所述问题，本专利技术的钛制燃料电池隔板是一种具有由纯钛或钛合金构成的基材、形成于所述基材的表面的碳层、以及在所述基材和所述碳层的界面形成的中间层，其特征在于，所述中间层具有在与所述碳层平行的方向上相连的粒状的碳化钛。如此，本专利技术的钛制燃料电池隔板通过基材由纯钛或钛合金构成，能够使隔板轻量化，并且可以提高耐腐蚀性。另外，基材通过由纯钛或钛合金构成，不会引起来自隔板的金属离子的熔析，因此没有使固体高分子膜劣化的顾虑，还可以提高基材的强度、韧性。另外，在本专利技术的钛制燃料电池隔板中，通过形成有由具有导电性的碳化钛构成的中间层，由此基材与碳层的界面上的电阻变小，可以提高隔板的导电性。此外，碳化钛由于是通过基材与碳层反应而形成的，因此能够提高基材与碳层的密接性。进而，碳化钛由于能够使碳层长期密接于基材表面，因此还可以提高导电耐久性(长期维持导电性的性质)。在本专利技术的钛制燃料电池隔板中，优选碳层包含石墨。石墨具有良好的导电性并且在酸性环境下的耐久性优越。因此，当石墨构造的碳以一定以上的面积率覆盖基材表面时，环境遮蔽性(从燃料电池的单电池内的环境中将基材遮蔽的性能)变好，在基材与碳层的界面难以产生引起导电性下降的氧化等的反应。如此，在本专利技术的钛制燃料电池隔板中，通过碳层包含石墨，由此可以提高隔板的导电性及导电耐久性。在本专利技术的钛制燃料电池隔板中，优选构成中间层的碳化钛的平均粒径为5nm以上。如此，通过构成中间层的碳化钛的平均粒径为5nm以上，从而碳层难以从基材剥离，因此可以确保基材与碳层的密接性。专利技术效果根据本专利技术的钛制燃料电池隔板，通过形成由具有导电性的碳化钛构成的中间层，由此可以提高隔板的导电性、耐久性及密接性。另外，本专利技术的钛制燃料电池隔板由于碳层包含石墨，因此可以进一步提高隔板的导电性及耐久性。此外，本专利技术的钛制燃料电池隔板，由于构成中间层的碳化钛的平均粒径为5n m以上，所以可以确保基材与碳层的密接性。附图说明图I是模式地表示实施方式的钛制燃料电池隔板的剖面图，(a)是在基材的单面形成有碳层以及中间层的钛制燃料电池隔板的剖面图，(b)是在基材的双面形成有碳层以及中间层的钛制燃料电池隔板的剖面图。图2中(a)是基于用透过型电子显微镜(TEM)观察实施方式的钛制燃料电池隔板的剖面的照片的参考图，(b)是(a)的A部放大图。图3是在实施例的接触电阻测定以及密接性评价中使用的接触电阻测定装置的概略图。图4是基于用扫描型电子显微镜(SEM)观察涂敷碳粉并进行轧制后的基材以及碳层的剖面的照片的参考图。具体实施例方式以下，对于本专利技术的钛制燃料电池隔板的实施方式，参照附图进行说明。《钛制燃料电池隔板》实施方式的钛制燃料电池隔板10 (以下，适当称为隔板)如图I (a)、(b)所示，由基材I、在该基材I的表面(单面或双面)形成的碳层2、以及在基材I与碳层2的界面形成的中间层3构成。以下，详细说明基材I、碳层2、中间层3以及隔板10的制造方法。< 基材 >隔板10的基材I由纯钛或钛合金构成。因此，基材I与使用不锈钢等的情况相比是轻量的，且具有优越的耐腐蚀性。另外，即使存在基材I未被碳层2 (或、碳层2以及中间层3)覆盖而露出的部位、端面部，在燃料电池的单电池内的环境下，其表面形成有钝态皮膜，因此也没有金属熔析的顾虑，能够防止基材I的熔析(劣化)。此外，纯钛或钛合金由于强度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木顺，佐藤俊树，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：
国别省市：