[发明专利]燃料电池间隔件用材料及其制造方法

说明书

提供基材与碳层的密合性及导电耐久性优异、且生产效率也优异的燃料电池间隔件用材料及其制造方法。该燃料电池间隔件用材料的制造方法的特征在于，具有：在厚度40～200μm的由钛或钛合金构成的钛基材的表面形成含有包含碳原子及氧原子的粘合剂化合物以及碳的涂布层的涂布工序；以及对被涂布层覆盖的钛基材进行热处理的热处理工序，被涂布层覆盖的钛基材在被卷成卷状的状态下被热处理，热处理工序在10Pa以下的真空气氛下进行，在热处理工序中，由涂布层形成碳层和包含碳化钛的中间层。

本申请是申请号：201480006355X，申请日：2014.01.22，发明名称：“燃料电池间隔件用材料及其制造方法”的PCT/JP2014/051217申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于燃料电池的燃料电池间隔件用材料及其制造方法以及燃料电池间隔件的制造方法。

背景技术

通过连续供给氢等燃料和氧等氧化剂从而能够持续地输出电力的燃料电池与干电池等一次电池、铅蓄电池等二次电池不同，发电效率高且基本不受系统规模大小的影响，另外噪音、振动也少，因此，被期待作为覆盖各种用途、规模的能量源。具体来说，开发出了固体高分子型燃料电池 (PEFC)、碱性电解质型燃料电池(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)、生物燃料电池等燃料电池。其中，正在推进面向燃料电池汽车、家庭用燃料电池(家庭用热电联供系统)、移动电话、个人电脑等便携设备的固体高分子型燃料电池的开发。

固体高分子型燃料电池(以下有时也简称为燃料电池)如下构成，即：用阳极电极和阴极电极夹持固体高分子电解质膜形成单蓄电单元，隔着形成有作为气体(氢、氧等)通路的槽的间隔件(也称双极板)，将多个上述单蓄电单元叠合成堆而构成。燃料电池通过增加每个堆的蓄电单元数，能够提高输出功率。

并且，燃料电池用的间隔件是用于将产生的电流取出至燃料电池外部的部件，因而对其材料要求接触电阻(是指在电极和间隔件表面之间由于界面现象而产生电压下降)低，并且该低接触电阻在作为间隔件的使用中长时间维持。

此外，燃料电池的蓄电单元内部为高温、酸性气氛，因而燃料电池用的间隔件需要即便在这样的气氛下也长时间维持高导电性。要发挥该性能，要求使导电层在间隔件的基材上良好地覆盖，减小基材暴露的面积，以及提高基材与在基材上形成的导电层之间的密合性。

尤其在汽车用途中，由于行进时的振动等，间隔件表面受到来自所接触的碳布、碳纸的摩擦，因此间隔件的导电层需要和基材非常牢固地结合。

为了满足这些要求，指向使用金属材料作为基材的间隔件，例如提出了以下提案。

提出了一种间隔件，该间隔件能够薄型化，以具有优异加工性和高强度的铝合金、不锈钢、镍合金、钛合金等金属材料作为基材，在该基材上覆盖兼具耐蚀性和导电性的Au、Pt等贵金属从而赋予了耐蚀性和导电性。然而，这些贵金属材料价格非常昂贵，因此成本变高。

因此，针对上述问题，提出了不使用贵金属材料的金属间隔件的制造方法。

例如提出了通过气相成膜法在基材自身的氧化皮膜的表面形成中间层和导电性薄膜的方法(专利文献1)、通过气相成膜法在基材表面形成利用由半金属元素等构成的部分和由碳等构成的部分构成的表面处理层的方法(专利文献2)。

另外，研究了在钛基材的表面形成碳层后，通过热处理形成碳化钛的中间层的方法(专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-185998号公报

专利文献2：日本特开2004-14208号公报

专利文献3：日本特开2012-28046号公报

发明内容