[發(fā)明專利]燃料電池的隔板用不銹鋼板及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880024210.0
• 申請日: 2018-04-02
• 公開（公告）號: CN110521042B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設計）人: 矢野孝宜;石川伸
• 申請（專利權）人: 杰富意鋼鐵株式會社
• 主分類號: H01M8/0208
• 分類號: H01M8/0208;C22C38/00;C22C38/38;C22C38/58;H01M8/1004;C23F1/28;C25F1/06
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 魯雯雯;金龍河

設定為規(guī)定的成分組成，在不銹鋼板的表面形成凸部間的平均間隔為20nm以上且200nm以下的凹凸結構，并且，使在不銹鋼板的表面以金屬以外的形態(tài)存在的Cr的原子濃度相對于以金屬以外的形態(tài)存在的Fe的原子濃度的比、即[Cr]/[Fe]為2.0以上。

技術領域

本發(fā)明涉及燃料電池的隔板用不銹鋼板及其制造方法。

背景技術

近年來，從保護地球環(huán)境的觀點出發(fā)，發(fā)電效率優(yōu)良且不排放二氧化碳的燃料電池的開發(fā)正在進行。該燃料電池由氫氣和氧氣通過電化學反應產生電，因此，其基本結構具有類似于三明治的結構，由電解質膜(離子交換膜)、兩個電極(燃料極和空氣極)、O₂(空氣)和H₂的擴散層以及兩個隔板(Bipolar plate，雙極板)構成。

另外，根據(jù)所使用的電解質膜的種類，分類成磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽型燃料電池、固體氧化物型燃料電池、堿性燃料電池和固體高分子型燃料電池(PEFC；proton-exchange membrane fuel cell(質子交換膜燃料電池)或polymer electrolyte fuelcell(聚合物電解質燃料電池))，各自正在進行開發(fā)。

這些燃料電池中，特別是固體高分子型燃料電池被期待用作電動汽車的搭載用電源、家庭用或工作用的固定型發(fā)電機、便攜用的小型發(fā)電機。

固體高分子型燃料電池借助高分子膜由氫氣和氧氣提取電，利用氣體擴散層(例如碳紙等)和隔板夾住膜-電極接合體，將其作為單個構成要素(所謂的單電池)。于是，在燃料極側隔板與空氣極側隔板之間產生電動勢。

需要說明的是，上述膜-電極接合體被稱為MEA(膜-電極組件，Membrane-Electrode Assembly)，是將高分子膜與在該膜的表面和背面負載有鉑系催化劑的炭黑等電極材料一體化而成的，厚度為幾十μm～幾百μm。另外，氣體擴散層與膜-電極接合體一體化的情況也較多。

另外，在將固體高分子型燃料電池供于實用的情況下，通常將如上所述的單電池串聯(lián)連接幾十～幾百個而構成燃料電池堆來使用。

在此，對于隔板而言，不僅要求作為(a)隔開單電池間的間壁的作用，還要求作為(b)運送產生的電子的導電體、(c)氧氣(空氣)流通的空氣流路、氫氣流通的氫氣流路、(d)將生成的水、氣體排出的排出通路(兼作空氣流路、氫氣流路)的功能，因此，需要優(yōu)良的耐久性、導電性。

在此，耐久性由耐腐蝕性決定。其原因在于，如果隔板發(fā)生腐蝕而金屬離子溶出，則高分子膜(電解質膜)的質子傳導性降低，發(fā)電特性降低。

另外，關于導電性(conductivity)，期望隔板與氣體擴散層的接觸電阻盡可能低。其原因在于，如果隔板與氣體擴散層的接觸電阻增大，則固體高分子型燃料電池的發(fā)電效率降低。即，可以說隔板與氣體擴散層的接觸電阻越小，則發(fā)電特性越優(yōu)良。

迄今為止，使用石墨作為隔板的固體高分子型燃料電池正被實用化。這種由石墨構成的隔板具有接觸電阻較低、而且不發(fā)生腐蝕這樣的優(yōu)點。但是，石墨制的隔板容易因碰撞而破損，因此具有不僅難以小型化、而且用于形成空氣流路、氫氣流路的加工成本高的缺點。由石墨構成的隔板所具有的這些缺點成為妨礙固體高分子型燃料電池普及的原因。

因此，正在嘗試應用金屬原材代替石墨作為隔板的原材。特別是，從提高耐久性的觀點出發(fā)，面向以不銹鋼、鈦、鈦合金等作為原材的隔板的實用化，進行了各種研究。

例如，在專利文獻1中公開了使用不銹鋼或鈦合金等容易形成鈍化膜的金屬作為隔板的技術。

但是，在專利文獻1中公開的技術中，伴隨鈍化膜的形成，導致接觸電阻的升高，導致發(fā)電效率的降低。如此，專利文獻1中公開的金屬原材存在與石墨原材相比接觸電阻大等問題。