[發(fā)明專利]燃料電池用金屬隔板

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710157496.7
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN107201481A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 河野崇;五十嵐昌夫;三浦泰希
• 申請（專利權(quán)）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: C22C38/26
• 分類號: C22C38/26;C22C38/24;C22C38/46;C22C38/48;H01M8/021
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所11247
• 代理人: 劉航,段承恩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池用金屬隔板。

背景技術(shù)

固體高分子型燃料電池的單元(cell)具備膜電極接合體(MEA：Membrane Electrode Assembly)，所述膜電極接合體由離子透過性的電解質(zhì)膜、和將該電解質(zhì)膜夾持的陽極側(cè)和陰極側(cè)的各電解催化劑層(電極催化劑)構(gòu)成，在各電極催化劑層的外側(cè)具備用于促進(jìn)氣體流動和提高集電效率的氣體擴(kuò)散層(GDL)，在該氣體擴(kuò)散層的外側(cè)具備金屬隔板。該金屬隔板界定各單元。氣體、冷卻介質(zhì)在該金屬隔板的溝槽流路中流動。燃料電池通過與所需電力相應(yīng)的基數(shù)的單元堆疊而形成。

在上述的燃料電池中，向陽極電極提供氫氣等作為燃料氣體，向陰極電極提供氧氣或空氣作為氧化劑氣體，在各電極中，氣體經(jīng)由固有的氣體流路層(多孔金屬網(wǎng)、金屬泡沫燒結(jié)體等)或金屬隔板而在面內(nèi)方向上流動，接著，在氣體擴(kuò)散層中擴(kuò)散了的氣體被導(dǎo)入到電極催化劑層中而進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。

關(guān)于金屬隔板，如果更詳細(xì)地說明的話，在其一側(cè)以直線形狀或蛇行形狀形成有流通氣體的溝槽流路，在其另一側(cè)形成有流通冷卻介質(zhì)的溝槽流路，例如氧化劑氣體、燃料氣體在與膜電極接合體側(cè)(氣體擴(kuò)散層側(cè))相對的金屬隔板側(cè)面的溝槽流路中沿面內(nèi)方向流動，在向該面內(nèi)方向流動的過程中，向氣體擴(kuò)散層提供氧化劑氣體、燃料氣體，氧化劑氣體、燃料氣體經(jīng)由氣體擴(kuò)散層而向膜電極接合體擴(kuò)散供給。

另外，采用氣體流路層被分離了的所謂平板型(flat type)金屬隔板的結(jié)構(gòu)例，有：在兩個板之間介有形成有流路的中間層(中間板等)的三層結(jié)構(gòu)的形態(tài)；以及使中間層為金屬制或樹脂制的框架材料，使多個微凹或界定流路的肋條(rib)從兩個板中的一方突出而形成冷卻介質(zhì)流路的形態(tài)等(這樣的結(jié)構(gòu)也可包括在三層結(jié)構(gòu)的金屬隔板中)。這樣的金屬隔板，在為該單元自身的陽極側(cè)或陰極側(cè)的任一方的金屬隔板的同時，在單元堆疊的狀態(tài)下，也成為相鄰的單元的陽極側(cè)或陰極側(cè)的另一方的金屬隔板。

上述的金屬隔板存在以下課題，即，與酸性的生成水接觸，進(jìn)而受到高電位的施加，由此因點(diǎn)腐蝕而發(fā)生漏氣和冷卻水泄漏的課題、和由金屬離子溶出引起的電解質(zhì)膜劣化的課題，因此作為金屬隔板的材料，應(yīng)用耐腐蝕性高的不銹鋼的情況較多。

但是，在為了提高電池單元的輸出、提高燃料經(jīng)濟(jì)性而謀求進(jìn)一步的高電位化的情況下(例如從0.9V高電位化到1.0V以上)，僅靠一般的不銹鋼的鉻氧化皮膜(chromium oxide film)，有可能不能夠通過該鉻氧化皮膜的溶解來確保耐腐蝕性。

參照圖13對此進(jìn)行說明。圖13是表示本發(fā)明人的關(guān)于不銹鋼JIS標(biāo)準(zhǔn)SUS304、JIS標(biāo)準(zhǔn)SUS447、日本冶金工業(yè)(株)制品標(biāo)準(zhǔn)NAS354(以下有時僅用號碼標(biāo)記)在電位為0.9V的情況下的總電量(金屬溶出量)和電位為1.0V的情況下的總電量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。

由圖13明確可知，電位直到0.9V為止，通過金屬隔板的高合金化能夠抑制金屬溶出，但通過電位變?yōu)?.0V，即使金屬隔板高合金化也難以抑制金屬溶出。

其原因是由于，當(dāng)電位成為超過0.9V的高電位時，不能夠穩(wěn)定地生成覆蓋不銹鋼表面的鉻氧化皮膜和/或鐵氧化皮膜。

例如，圖14、15分別是鉻和鐵的pH值與電位的相關(guān)圖(埃林漢姆(ellingham)圖)，示出了各自的具有可使用性的區(qū)域。

由圖14、15明確可知，鉻和鐵都在具有可使用性的區(qū)域之中的特別高的電位的區(qū)域中存在脫離了可期待通過氧化皮膜來防腐蝕的區(qū)域的區(qū)域。

因此，可想到通過對金屬隔板實(shí)施表面處理來謀求防腐蝕的對策，但如果進(jìn)行表面處理則產(chǎn)生金屬隔板的表面發(fā)生損傷、缺陷等的新的可能性，存在金屬隔板的品質(zhì)降低的可能性，因而不優(yōu)選。

在此，在日本特開平8-180883中，關(guān)于燃料電池用隔板，公開了作為可在隔板表面容易地形成鈍化皮膜的金屬材料應(yīng)用不銹鋼或鈦合金的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)日本特開平8-180883中所公開的燃料電池用隔板，通過作為金屬材料應(yīng)用不銹鋼等，能夠在隔板的表面容易地形成鈍化皮膜。但是，如上所述，在高電位施加條件下，不能夠穩(wěn)定地生成被覆不銹鋼表面的鉻氧化皮膜或鐵氧化皮膜，因此不能夠抑制金屬溶出，不能夠得到充分的耐腐蝕性。

本發(fā)明提供即使在高電位下也具有優(yōu)異的耐腐蝕性的燃料電池用金屬隔板。