[发明专利]固体高分子型燃料电池间隔件用金属板

说明书

技术领域

本发明涉及接触电阻值低且耐腐蚀性优异的固体高分子型燃料电池（proton-exchange membrane fuel cell）的间隔件（separator）用金属板。

背景技术

近年，从保护地球环境（global environment）的观点出发，正在进行发电效率（power generation efficiency）优异且不排放CO₂的燃料电池的开发。这种燃料电池通过使H₂与O₂发生电化学反应而产生电，其基本结构具有三明治（sandwich）这样的结构，由电解质膜（electrolytemembrane）（即离子交换膜（ion exchange membrane））、2个电极（即燃料极（a fuel electrode）及空气极（an air electrode））、O₂（即空气）和H₂的扩散层（diffusion layer）以及2个间隔件构成。而且，根据所使用的电解质膜的种类，正在开发磷酸型燃料电池（phosphoric-acid fuelcell）、熔融碳酸盐型燃料电池（molten carbonate fuel cell）、固体氧化物型燃料电池（solid-oxide fuel cell）、碱型燃料电池（alkaline fuel cells）以及固体高分子型燃料电池（PEFC；proton-exchange membrane fuelcell or polymer electrolyte fuel cell）等。

这些燃料电池中，固体高分子型燃料电池与其他燃料电池相比，具有以下优点：

（a）发电温度为80℃左右，能够以非常低的温度发电，

（b）可实现燃料电池主体的轻量化、小型化，

（c）能够在短时间启动，燃料效率（fuel efficiency）、输出密度（output density）高等。

因此，固体高分子型燃料电池作为电动车（electric vehicle）的车载用电源（onboard power supply）、家庭用（household use）或业务用固定型发电机（stationary type compact electric generator），携带用的小型发电机（portable and compact dispersed power system），是目前最受关注的燃料电池。

固体高分子型燃料电池是介由高分子膜（polymer membrane）由H₂和O₂获取电，如图1所示，将膜-电极接合体（Membrane-ElectrodeAssembly）1利用气体扩散层2、3（例如碳纸（carbon paper）等）及间隔件4、5夹持，将其作为单独构成要素（所谓单电池（single cell）），在间隔件4与间隔件5之间生成电动势（electro motive force）。

应予说明，膜-电极接合体1被称为MEA（即Membrance·ElectrodeAssembly），是使高分子膜在该膜的表面背面与担载了铂系催化剂（platinum catalyst）的碳黑（carbon black）等电极材料一体化而得到的，厚度为数10μm~数100μm。另外，气体扩散层2、3大多数情况也与膜-电极接合体1一体化。

将固体高分子型燃料电池用于上述用途时，串联数十~数百个如上所述的单电池而构成燃料电池堆（stack）来使用。

在此，对于间隔件4、5，除了作为（A）将单电池之间隔开的隔壁（separator）的作用以外，还要求作为（B）运送产生的电子的导电体（electric conductor）、（C）O₂（即空气）与H₂流动的空气流路6、氢流路7、（D）排出生成的水、气体的排出流路（兼备空气流路6、氢流路7）的功能。

而且，为了将固体高分子型燃料电池实用化，需要使用耐久性（durability）、导电性（conductivity）优异的间隔件。

关于耐久性，作为电动车的车载用电源使用的情况下应为约5000小时。另外，作为家庭用的固定型发电机等使用的情况下应为约40000小时。因此，间隔件要求能够耐受长时间发电的耐腐蚀性。其理由是因为金属离子因腐蚀而溶出时，电解质膜的质子传导性（protonconductivity）降低。