[发明专利]钛材、分隔件以及固体高分子型燃料电池

说明书

该钛材具备母材和在母材的表面所形成的复合氧化物覆膜。母材具有以质量％计铂族元素：0～0.15％、稀土元素：0～0.1％、余量：Ti以及杂质的化学组成。复合氧化物覆膜包含选自La、Ce、Nd、Sr以及Ca中的1种以上与Ti的复合氧化物，厚度为1～20nm。母材表面的平均晶体粒径优选为20～300μm。

技术领域

本发明涉及钛材、分隔件以及固体高分子型燃料电池。

背景技术

燃料电池由于利用氢与氧的键合反应时产生的能量，因此从节约能量和环境对策两方面出发，期待其的导入以及普及。燃料电池中存在固体电解质型、熔融碳酸盐型、磷酸型以及固体高分子型等种类。

它们之中，固体高分子型燃料电池的输出密度高、可以小型化，此外，在低于其它类型的燃料电池的温度下工作，启动以及停止容易。从该优点出发，固体高分子型燃料电池期待用于汽车、家庭用的小型热电联产等，近年来备受瞩目。

图1A为固体高分子型燃料电池(以下简称为“燃料电池”)的立体图，图1B为燃料电池中所使用的单电池单元的立体分解图。

如图1A所示，燃料电池1为单电池单元的集合体(叠)。在单电池单元中，如图1B所示，分别在固体高分子电解质膜2的一面层叠阳极侧气体扩散电极膜(也称为“燃料电极膜”；以下称为“阳极”)3，在另一面层叠阴极侧气体扩散电极膜(也称为“氧化剂电极膜”；以下，称为“阴极”)4，在该层叠体的两面叠放分隔件(双极板)5a、5b。

在燃料电池中，有在邻接的2个单电池单元之间或每隔几个单电池单元配置具有冷却水的流通路的分隔件的燃料电池。本发明以这样的水冷型燃料电池的分隔件、以及该分隔件中使用的钛材作为对象。

作为固体高分子电解质膜(以下，简称为“电解质膜”)2，主要使用具有氢离子(质子)交换基团的氟系质子传导膜。

阳极3以及阴极4均以将具有导电性的碳纤维制成片状的碳片(或比碳片薄的碳纸、或者更薄的碳布)为主体。阳极3以及阴极4有时也设置有催化剂层，所述催化剂层由颗粒状的铂催化剂、石墨粉以及根据需要而添加的具有氢离子(质子)交换基团的氟树脂形成。

分隔件5a中，在阳极3侧的面形成有沟状的流路6a。流路6a中流通燃料气体(氢或含氢气体)A、氢被供给至阳极3。此外，分隔件5b中，在阴极4侧的面形成有沟状的流路6b。流路6b中流通空气等氧化性气体B，氧被供给至阴极4。通过这些气体的供给，发生电化学反应而产生直流电。在阳极3以及阴极4中设置有催化剂层时，燃料气体或氧化性气体与该催化剂层接触而促进反应。

固体高分子型燃料电池的分隔件所要求的主要功能如下所述。

(1)作为将燃料气体、或氧化性气体均匀地供给到电池面内的“流路”的功能

(2)作为将在阴极侧生成的水与反应后的空气、氧等载气一起从燃料电池高效地排出到体系外的“流路”的功能

(3)与电极膜(阳极3、阴极4)接触而成为电的通路，进而，成为邻接的2个单电池单元间的电“连接器”的功能

(4)在邻接的电池单元间，作为一侧的电池单元的阳极室与邻接的电池单元的阴极室的“分隔壁”的功能

(5)在水冷型燃料电池中，作为冷却水流路与邻接的电池单元的“分隔壁”的功能

固体高分子型燃料电池中所使用的分隔件(以下,简称为“分隔件”)的基材材料需要为可以实现这样的机能的材料。基材材料中大致分为金属系材料和碳系材料。