[發(fā)明專利]導(dǎo)電性和延展性優(yōu)良的燃料電池隔板用不銹鋼及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080033904.4
• 申請日: 2010-07-26
• 公開（公告）號: CN102471848A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 井手信介;本田充孝;石川伸;宇城工
• 申請（專利權(quán)）人: 杰富意鋼鐵株式會社
• 主分類號: C22C38/00
• 分類號: C22C38/00;C21D9/46;C22C38/28;H01M8/02;H01M8/10
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 金龍河;樊衛(wèi)民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及導(dǎo)電性(conductivity)和延展性(ductility)優(yōu)良的燃料電池用不銹鋼及其制造方法。

背景技術(shù)

近年來，從保護(hù)地球環(huán)境(global?environment)的觀點(diǎn)出發(fā)，正在推進(jìn)發(fā)電效率(power?generation?efficiency)優(yōu)良、且不排放二氧化碳的燃料電池的開發(fā)。這種燃料電池通過使氫氣與氧氣反應(yīng)而產(chǎn)生電，其基本結(jié)構(gòu)如下：具有類似三明治(sandwich)的結(jié)構(gòu)，由電解質(zhì)膜(electrolytemembrane)(即離子交換膜(ion?exchange?membrane))、兩個電極(即燃料極(a?fuel?electrode)和空氣極(an?air?electrode))、氫氣和氧氣(空氣)的擴(kuò)散層(diffusion?layer)以及兩個隔板(separator)構(gòu)成。而且，根據(jù)所使用的電解質(zhì)的種類，正在開發(fā)磷酸燃料電池(phosphoric-acid?fuel?cell)、熔融碳酸鹽燃料電池(molten?carbonate?fuel?cell)、固體氧化物燃料電池(solid-oxide?fuel?cell)、堿性燃料電池(alkaline?fuel?cells)及固體高分子燃料電池(proton-exchange?membrane?fuel?cell)等。

在這些燃料電池中，特別是固體高分子燃料電池，與熔融碳酸鹽燃料電池和磷酸燃料電池等相比，具有下述優(yōu)點(diǎn)：

(a)運(yùn)轉(zhuǎn)溫度為80℃左右，非常低；

(b)可實(shí)現(xiàn)燃料電池本身的輕量化、小型化；

(c)能在短時間內(nèi)啟動，且燃料效率、輸出密度高；等。

因此，固體高分子燃料電池作為電動車(electric?vehicle)的車載電源(onboard?power?supply)及家庭用(household?use)或攜帶用的小型分散型電源(portable?and?compact?dispersed?power?system)(固定式小型發(fā)電機(jī)(stationary?type?compact?electric?generator))，是目前最受關(guān)注的燃料電池之一。

固體高分子燃料電池根據(jù)通過高分子膜(polymer?membrane)由氫氣和氧氣獲取電的原理而制成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，將膜-電極接合體(Membrane-Electrode?Assembly)1利用碳布(carbon?cloth)等的氣體擴(kuò)散層(gas?diffusion?layer)2、3及隔板4、5夾持，并將其作為單獨(dú)的構(gòu)成要件(所謂單電池(single?cell))，使隔板4及隔板5之間產(chǎn)生電動勢(electro?motive?force)。

需要說明的是，膜-電極接合體1被稱為MEA(Membrane-ElectrodeAssembly)，使高分子膜與該膜的內(nèi)外表面上的負(fù)載了鉑系催化劑(platinum?catalyst)的碳黑(carbon?black)等電極材料一體化而得到，其厚度為數(shù)十微米至數(shù)百微米。此外，氣體擴(kuò)散層2、3多數(shù)情況下也與膜-電極接合體1成為一體。

將固體高分子燃料電池應(yīng)用于上述用途時，將數(shù)十至數(shù)百個如上所述的單電池串聯(lián)構(gòu)成燃料電池堆(stack)來使用。

在此，對于隔板4、5而言，在謀求作為(A)將單電池之間隔開的隔板(separator)的作用的基礎(chǔ)上，還謀求作為(B)運(yùn)送產(chǎn)生的電子的導(dǎo)電體(electric?conductor)、(C)氧氣(空氣)及氫氣的流路(圖1中的空氣流路6、氫氣流路7)、(D)排出生成的水和氣體的排出流路(兼具空氣流路6、氫氣流路7)的功能。

進(jìn)而，為了將固體高分子燃料電池供于實(shí)際應(yīng)用，需要使用耐久性(durability)和導(dǎo)電性(conductivity)優(yōu)良的隔板。

關(guān)于耐久性，設(shè)想為：電動車的燃料電池的情況下為約5000小時，作為家庭用的小型分散型電源等使用的固定式發(fā)電機(jī)等的情況下為約40000小時。

對于目前得到實(shí)用化的固體高分子燃料電池而言，提供使用碳材料作為隔板的固體高分子燃料電池。但是，該碳制隔板受到?jīng)_擊容易破損，因此，存在不僅難以小型化、而且用于形成流路的加工成本高的缺點(diǎn)。特別是成本問題，已成為普及燃料電池的最大障礙。

因此，作為隔板的材料，嘗試過使用金屬材料特別是不銹鋼來代替碳材料。