[发明专利]燃料电池用隔板以及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于固体高分子电解质型燃料电池的燃料电池用隔板以及其制造方法，特别是涉及既能够维持与膜·电极接合体(MEA)的导电性又能够减少贵金属的使用量，而且对于氟离子或者氢氟酸(氟酸)等的具有强腐蚀性的物质的耐腐蚀性以及耐久性优异的燃料电池用隔板以及其制造方法。

背景技术

燃料电池由于能将化学变化直接地变换成电能所以是高效率的，另外，因为不燃烧含有氮或硫磺等的燃料，所以具有大气污染物质(NOx、SOx等)的排放量少、对地球环境友好的特长。在该燃料电池中，有固体高分子电解质型(PEFC)、磷酸型(PAFC)、熔融碳酸盐型(MCFC)、固体氧化物型(SOFC)等。特别是，固体高分子电解质型燃料电池，作为汽车或一般家庭等的电力用、移动机器电源或无停电电源，期待在将来被普及。

图8显示作为以往的技术，装备含有石墨的隔板(以下，称石墨隔板)的固体高分子电解质型燃料电池的单位单元构成的剖面模式图。该固体高分子电解质型燃料电池单元(以下，称燃料电池单元)100具备有下述构成：由固体高分子电解质膜101、燃料极102、以及氧化剂极103构成的MEA(Membrane Electrode Assembly，膜·电极结合体)104，和面向MEA104的一个面(燃料极)的形成有燃料气体流路105的石墨隔板106，和面向MEA104的另一个面(氧化剂极)的形成有氧化剂气体流路107的石墨隔板108，和将MEA104的周围密封的夹在石墨隔板106、108之间而设置的垫片109A、109B。

另外，燃料极102，由在固体高分子电解质膜101的一个面上具备有阳极催化剂层以及在其外侧设置的气体扩散(分散)层而构成。氧化剂极103，由在固体高分子电解质膜101的另一个面上具备有阴极催化剂层以及在其外侧设置的气体扩散(分散)层而构成。另外，石墨隔板106、108，是将燃料极102和氧化剂极103之间进行电接续，并且，用于使燃料和氧化剂不发生混合的部材。

这样的燃料电池单元100，在大约80℃的环境下，利用燃料气体中的氢和氧化剂气体中的氧，通过电化学反应发电。

流经燃料气体流路105的燃料气体中的氢，通过与燃料极102的催化剂层接触发生下述反应。

2H₂→4H⁺+4e^-

氢离子H⁺，在固体高分子电解质膜101中向对极侧移动，到达氧化剂极103的催化剂层后，与氧化剂气体流路107的氧化剂气体中的氧反应形成水。

4H⁺+4e^-+O₂→2H₂O

通过上述的电极反应产生电动势，该电动势借助于石墨隔板106、108输出至外部。

在燃料电池中，为了得到所期望的输出电压，使用如图8所示的将规定数的燃料电池单元100串联连接。因此，隔板的枚数有从数十枚到数百枚以上的情况。

以往，燃料电池单元的隔板材料，从耐腐蚀性和导电性的观点出发，一直主要是使用石墨系的材料。但是，经切削加工的石墨隔板，制作成本高，如果像上述那样使用枚数多，则有燃料电池系统的成本非常高的问题。另外，在通过树脂铸模成型法的石墨隔板中，从机械强度的观点考虑，由于石墨隔板的薄壁化困难，所以有燃料电池系统的小型化困难的问题。

因此，在隔板材料中，提出了使用像不锈钢(SUS)那样的具有耐腐蚀性的金属的方案。但是，在固体高分子电解质型燃料电池的隔板材料中使用不锈钢时，已知如果不实施表面处理而直接使用，则不锈钢成分元素溶出，使隔板破损、以及燃料电池特性劣化。

作为其对策，已知例如，以不锈钢作为基材，在其表面形成厚度为0.01～0.06μm的镀Au(金)层，减小接触电阻的隔板(例如，参见专利文献1)。同样，已知以不锈钢作为基材，在其表面形成由Ta(钽)、Zr(锆)、Nb(铌)、Ti(钛)等形成的耐酸性覆盖膜，在该耐酸性覆盖膜之上，实施镀厚度为0.1μm以下、作为实施例为0.03μm厚的Au、Pt(白金)、Pd(钯)等的导电性覆盖膜，是耐腐蚀性以及导电性改善了的金属隔板(例如，参见专利文献2)。