[发明专利]燃料电池隔板用钛基材

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造使用于燃料电池的隔板的燃料电池隔板用钛基材。 

背景技术

与干电池等的一次电池和铅蓄电池等的二次电池不同，通过持续供给氢等燃料和氧等氧化剂而能够持续输出电力的燃料电池，由于发电效率高，不受系统规模大小的影响，且噪音和振动也少，因此，正被逐渐期待作为覆盖多种用途·规模的能源。具体而言，燃料电池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)、生物燃料电池等而被开发。 

当作为燃料电池的一例而例举固体高分子型燃料电池进行说明时，该固体高分子型燃料电池通过将由阳极和阴极夹着固体高分子电解质膜的部件形成为单一单元，并隔着称作隔板(或双电极)的电极重叠多个所述单一单元而构成。 

固体高分子型燃料电池主要面向燃料电池汽车、家庭用热电联供系统、手机和电脑进行开发，为提高输出需要增加燃料电池的堆栈数。与此同时，对于固体高分子型燃料电池而言，有向薄型化发展的要求，因此，例如在使用纯钛的情况下，希望每一枚隔板的板厚为0.3mm以下。 

用于固体高分子型燃料电池的隔板要求具有接触电阻(是指在电极和隔板表面之间，由于界面现象而产生电压下降)低，且其在作为隔板的使用中能长时间维持的特性。在这一方面，长期以来结合加工性及强度方面，研究使用铝合金、不锈钢、镍合金、钛合金等金属材料的情况。 

例如，在专利文献1中记载了针对燃料电池用隔板，将不锈钢用作基材，在其表面实施镀金而进行制造的方案。

另外，例如，在专利文献2中除记载了将在表面上附着有贵金属或贵金属合金的不锈钢或钛材料用作基材的方案以外，还记载了除去表面氧化被膜之后，用附着有贵金属或贵金属合金的不锈钢或钛材料用作基材的方案。 

另外，例如，在专利文献3中记载了将钛基材用作基材，除去其表面的氧化被膜之后，散布1～100nm的岛状的镀金部的方案。 

【专利文献1】日本特开平10-228914号公报； 

【专利文献2】日本特开2001-6713号公报； 

【专利文献3】日本特开2006-97088号公报。 

但是，当由铝合金、不锈钢、镍合金、钛合金等金属材料构成的基材用作燃料电池隔板时，由于在强酸性、高温、高压力的严酷的环境下使用而在其表面形成氧化被膜，在所述氧化被膜等的作用下，有导电性显著劣化的倾向。因此，使用这些金属基材的隔板，即使最初使用的接触电阻低，也不能长时间维持该接触电阻，接触电阻会经时上升，从而导致电流损失。另外，由于腐蚀，通过从基材溶出的金属离子会使得固体高分子电解质膜劣化。 

专利文献1～3记载的基材虽然能够降低最初使用的接触电阻，但是，在暴露于燃料电池内的严酷的酸性气氛中的情况下，有由于镀金层等的剥落而使接触电阻上升，燃料电池的性能下降的可能性。另外，有由于镀金层等剥落而产生腐蚀，通过从基材溶出的金属离子而使固体高分子电解质膜劣化之虞。 

在上述状况下，本发明者在用于制造薄板厚的隔板的基材的研究中发现，在纯钛或钛合金制的基材的表面上形成使用金等贵金属形成的层(贵金属层)，例如在300～800℃的条件下对其进行热处理，由此，即使在燃料电池内使用也能长时间维持低接触电阻。但是，也了解到由于生产批量的不同，长时间维持低接触电阻的效果也会产生不稳定。 

发明内容

本发明是鉴于所述问题点而作出的，其目的在于提供一种燃料电池隔板用钛基材，其在用作燃料电池隔板的基材的情况下，能够长时间维持低 接触电阻，并且，例如，即使生产批量等不同，也不易产生能够长时间维持低接触电阻的效果的不稳定。 

通常，在纯钛或钛合金制的基材的表层上，由于与大气接触，钛不可避免地被氧化，形成以氧化钛为主体的氧化被膜(也称为自然氧化被膜)。并且，除通过该氧化被膜发挥耐酸性以外，通过如上所述在表面形成贵金属层，并将其例如在300～800℃下进行热处理，能够发挥如后述的优越的导电性。但是，在制造燃料电池隔板用的纯钛或钛合金制的基材时，进行使用润滑油的冷轧，例如形成0.3mm左右的板厚，但是，该润滑油含有碳，其机化效应地结合在基材的表面而形成大量碳化钛。由于碳化钛比氧化钛的耐酸性差，因此，当形成大量这样的碳化钛时，失去了作为自然氧化被膜的氧化被膜所起到的作用。