[发明专利]燃料电池隔板用不锈钢

说明书

技术领域

本发明涉及表面的接触电阻(contact resistance)(以下，有时也称为接触电阻)特性优异的燃料电池隔板用不锈钢(stainless steel for fuel cell separators)。

背景技术

近年来，从地球环境保护(environmental conservation)的观点出发，在不断进行发电效率(electric power generation efficiency)优异、不排出二氧化碳的(not emitting carbon dioxide)燃料电池的开发。该燃料电池是使氢和氧反应(reaction of hydrogen with oxygen)产生电的燃料电池。其基本结构具有三明治这样的结构(a sandwich structure)，由电解质膜(an electrolyte membrane)(离子交换膜(ion-exchange membrane))、2个电极(燃料极(a fuel electrode)、空气极(an air electrode))、氢和氧(空气)的扩散层以及2个隔板(separators)构成。而且，根据使用的电解质的种类，已开发出磷酸型(phosphoric acid fuel cell)、熔融碳酸盐型(molten carbonate fuel cell)、固体氧化物型(solid oxide fuel cell)、碱型(alkaline fuel cell)和固体高分子型(solid polymer fuel cell)等。

上述燃料电池中，与熔融碳酸盐型和磷酸型燃料电池等相比，固体高分子型燃料电池具有(1)运转温度非常低，为80℃左右，(2)电池主体可轻型化、小型化，(3)启动快(a short transient time)，燃料效率(fuel efficiency)、输出密度(output density)高等特征。因此，固体高分子型燃料电池应该用作电动汽车(electric vehicles)搭载用电源或家庭用、携带用的小型分散型电源(compact distributed power source for home use)(固定型的小型发电机)(stationary type compact electric generator)，是目前最受注目的燃料电池之一。

固体高分子型燃料电池基于介由高分子膜(polymer membrane)由氢和氧获取电的原理。其结构如图1所示将高分子膜和在该膜的表面和背面使担载有铂系催化剂的(carrying a platinum catalyst)炭黑等电极材料一体化而得的膜-电极接合体(MEA:Membrane-Electrode Assembly，厚度数十～数百μm)1用碳纤维布(carbon cloth)等气体扩散层(gas diffusion layer)2、3和隔板4、5夹持。将其作为单一的构成要素(single cell)(单个电池单元)，在隔板4与5之间产生电动势(electro motive force)。此时，气体扩散层与MEA一体化的情况也很多。将数十至数百个该单个电池单元串联地连接而构成燃料电池组(form a fuel cell stack)而被使用。

隔板除了作为隔开单个电池单元间的隔壁(partition)发挥作用之外，还要求如下的功能：(1)作为运送所产生的电子的导电体(conductors carrying electrons generated)、(2)作为氧(空气)、氢的流路(channels for oxygen(air)and hydrogen)(分别为图1中的空气流路6、氢流路7)以及(3)作为生成的水、排出气体的排出路(channels for water and exhaust gas)(分别为图1中的空气流路6、氢流路7)。

如此地，为了将固体高分子型燃料电池供于实际使用，需要使用耐久性、导电性优异的隔板。目前为止实用化的固体高分子型燃料电池使用石墨等碳素材(carbonaceous materials)作为隔板。然而，该碳制隔板具有受冲击易破损、小型化困难且用于形成流路的加工成本高这样的缺点。尤其是成本的问题成为燃料电池普及的最大障碍。因此，正在尝试使用钛合金等金属材料，尤其是不锈钢来代替碳原料。