專(zhuān)利名稱(chēng)：鈦制燃料電池隔板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在燃料電池中使用的鈦制燃料電池隔板。
背景技術(shù)：
燃料電池通過(guò)持續(xù)供給氫等燃料和氧等氧化劑，能夠持續(xù)產(chǎn)生電力。因此，燃料電池與干電池等一次電池或鉛蓄電池等二次電池不同，幾乎不受系統(tǒng)規(guī)模的大小影響，具有高的發(fā)電效率，且由于噪音、振動(dòng)也少，因此期待作為覆蓋多樣用途·規(guī)模的能量源。燃料電池具體地說(shuō)，作為固體高分子型燃料電池(PEFC)、堿電解質(zhì)型燃料電池(AFC)、磷酸型燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)、固體氧化物型燃料電池(SOFC)、生物燃料電池等正在開(kāi)發(fā)。其中，作為面向燃料電池汽車(chē)、家庭用燃料電池(家庭用熱電聯(lián)產(chǎn)(cogeneration)系統(tǒng))、手機(jī)或個(gè)人電腦等便攜機(jī)器,正在推進(jìn)固體高分子型燃料電池的開(kāi)發(fā)。 固體高分子型燃料電池(以下，稱(chēng)為燃料電池)作為電池堆構(gòu)成，其中電池堆是將多個(gè)單電池重合而成，單電池由隔著被稱(chēng)為隔板(也被稱(chēng)為雙極板)的電極，被陽(yáng)極電極和陰極電極夾著的固體高分子電解質(zhì)膜構(gòu)成。在隔板上形成有作為氣體(氫、氧等)的流路的槽。燃料電池的輸出可以通過(guò)增加每個(gè)電池堆的單電池?cái)?shù)而得到提高。燃料電池用的隔板還是用于將產(chǎn)生的電流取出到燃料電池的外部的構(gòu)件。因此，對(duì)于隔板的材料而言，在作為隔板的使用中，要求有能夠長(zhǎng)期維持低的接觸電阻(在電極和隔板表面之間，因界面現(xiàn)象而產(chǎn)生電壓下降的電阻)的特性。進(jìn)而，燃料電池的內(nèi)部由于是酸性環(huán)境，因此還要求隔板有高耐腐蝕性。為了滿(mǎn)足這些要求，提出各種通過(guò)切削石墨粉末的成形體而形成的隔板或由石墨和樹(shù)脂的混合物成形體形成的隔板。它們雖然具有優(yōu)越的耐腐蝕性，但強(qiáng)度、韌性差，在被施加振動(dòng)、沖擊時(shí)有破損的可能性。因此,提出各種以金屬材料為基底的隔板。作為兼?zhèn)淠透g性和導(dǎo)電性的金屬材料，比如有Au、Pt。一直以來(lái)，研究的是能夠薄型化，在具有優(yōu)越的加工性以及高強(qiáng)度的鋁合金，不銹鋼，鎳合金，鈦合金等金屬材料的基材上被覆A u或P t等貴金屬而被賦予耐腐蝕性以及導(dǎo)電性的隔板。但是，這些貴金屬材料非常貴，因此存在成本變高的問(wèn)題。針對(duì)這樣的問(wèn)題，提出不使用貴金屬材料的金屬隔板。例如，提出有通過(guò)氣相成膜而在基材表面形成有碳膜的隔板(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)I)、在不銹鋼基材的表面壓接有石墨的隔板(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2、專(zhuān)利文獻(xiàn)3)。另外，提出有在金屬基材的表面上基于拉曼分光法形成有G/D比為O. 5以下的碳層的隔板(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)4)、或在金屬基材的表面形成有由非晶質(zhì)碳層和石墨部構(gòu)成的碳層的隔板(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)5)。在先技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)I :日本國(guó)專(zhuān)利第4147925號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本國(guó)專(zhuān)利第3904690號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3 :日本國(guó)專(zhuān)利第3904696號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)4 :日本國(guó)特開(kāi)2007-207718號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)5 :日本國(guó)特開(kāi)2008-204876號(hào)公報(bào)但是，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1、4、5公開(kāi)的技術(shù)中，由于在金屬基材的表面形成的碳層是非晶質(zhì)，因此環(huán)境遮蔽性(屏蔽性)不好，在金屬基材表面上容易產(chǎn)生氧化等引起導(dǎo)電性降低的反應(yīng)。因此，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1、4、5公開(kāi)的技術(shù)中，存在導(dǎo)電性以及導(dǎo)電耐久性(長(zhǎng)期維持導(dǎo)電性的性質(zhì))惡化的顧慮。另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2、3公開(kāi)的技術(shù)中，由于使用由不銹鋼構(gòu)成的基材作為隔板，因·此在使用中鐵離子熔析，存在使固體高分子膜惡化的顧慮。另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)2、3公開(kāi)的技術(shù)的碳層由于碳的含量少，因此基材的不銹鋼露出的區(qū)域變多，容易引起上述的鐵離子的熔析、基材表面的氧化，存在導(dǎo)電性下降的顧慮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于所述問(wèn)題而提出的，其要解決的問(wèn)題是，提供一種具有優(yōu)越的導(dǎo)電性以及耐久性的鈦制燃料電池隔板。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使由耐腐蝕性?xún)?yōu)越的純鈦或鈦合金構(gòu)成的基材與在基材表面形成的碳層反應(yīng)，在基材與碳層的界面形成由粒狀的碳化鈦構(gòu)成的中間層，由此，可以兼顧隔板的導(dǎo)電性以及耐久性，從而創(chuàng)造出本發(fā)明。為了解決所述問(wèn)題，本發(fā)明的鈦制燃料電池隔板是一種具有由純鈦或鈦合金構(gòu)成的基材、形成于所述基材的表面的碳層、以及在所述基材和所述碳層的界面形成的中間層，其特征在于，所述中間層具有在與所述碳層平行的方向上相連的粒狀的碳化鈦。如此，本發(fā)明的鈦制燃料電池隔板通過(guò)基材由純鈦或鈦合金構(gòu)成，能夠使隔板輕量化，并且可以提高耐腐蝕性。另外，基材通過(guò)由純鈦或鈦合金構(gòu)成，不會(huì)引起來(lái)自隔板的金屬離子的熔析，因此沒(méi)有使固體高分子膜劣化的顧慮，還可以提高基材的強(qiáng)度、韌性。另外，在本發(fā)明的鈦制燃料電池隔板中，通過(guò)形成有由具有導(dǎo)電性的碳化鈦構(gòu)成的中間層，由此基材與碳層的界面上的電阻變小，可以提高隔板的導(dǎo)電性。此外，碳化鈦由于是通過(guò)基材與碳層反應(yīng)而形成的，因此能夠提高基材與碳層的密接性。進(jìn)而，碳化鈦由于能夠使碳層長(zhǎng)期密接于基材表面，因此還可以提高導(dǎo)電耐久性(長(zhǎng)期維持導(dǎo)電性的性質(zhì))。在本發(fā)明的鈦制燃料電池隔板中，優(yōu)選碳層包含石墨。石墨具有良好的導(dǎo)電性并且在酸性環(huán)境下的耐久性?xún)?yōu)越。因此，當(dāng)石墨構(gòu)造的碳以一定以上的面積率覆蓋基材表面時(shí)，環(huán)境遮蔽性(從燃料電池的單電池內(nèi)的環(huán)境中將基材遮蔽的性能)變好，在基材與碳層的界面難以產(chǎn)生引起導(dǎo)電性下降的氧化等的反應(yīng)。如此，在本發(fā)明的鈦制燃料電池隔板中，通過(guò)碳層包含石墨，由此可以提高隔板的導(dǎo)電性及導(dǎo)電耐久性。在本發(fā)明的鈦制燃料電池隔板中，優(yōu)選構(gòu)成中間層的碳化鈦的平均粒徑為5nm以上。如此，通過(guò)構(gòu)成中間層的碳化鈦的平均粒徑為5nm以上，從而碳層難以從基材剝離，因此可以確?；呐c碳層的密接性。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的鈦制燃料電池隔板，通過(guò)形成由具有導(dǎo)電性的碳化鈦構(gòu)成的中間層，由此可以提高隔板的導(dǎo)電性、耐久性及密接性。另外，本發(fā)明的鈦制燃料電池隔板由于碳層包含石墨，因此可以進(jìn)一步提高隔板的導(dǎo)電性及耐久性。此外，本發(fā)明的鈦制燃料電池隔板，由于構(gòu)成中間層的碳化鈦的平均粒徑為5n m以上，所以可以確?；呐c碳層的密接性。


圖I是模式地表示實(shí)施方式的鈦制燃料電池隔板的剖面圖，(a)是在基材的單面形成有碳層以及中間層的鈦制燃料電池隔板的剖面圖，(b)是在基材的雙面形成有碳層以及中間層的鈦制燃料電池隔板的剖面圖。圖2中(a)是基于用透過(guò)型電子顯微鏡(TEM)觀察實(shí)施方式的鈦制燃料電池隔板的剖面的照片的參考圖，(b)是(a)的A部放大圖。圖3是在實(shí)施例的接觸電阻測(cè)定以及密接性評(píng)價(jià)中使用的接觸電阻測(cè)定裝置的概略圖。圖4是基于用掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察涂敷碳粉并進(jìn)行軋制后的基材以及碳層的剖面的照片的參考圖。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)于本發(fā)明的鈦制燃料電池隔板的實(shí)施方式，參照附圖進(jìn)行說(shuō)明?！垛佒迫剂想姵馗舭濉穼?shí)施方式的鈦制燃料電池隔板10 (以下，適當(dāng)稱(chēng)為隔板)如圖I (a)、(b)所示，由基材I、在該基材I的表面(單面或雙面)形成的碳層2、以及在基材I與碳層2的界面形成的中間層3構(gòu)成。以下，詳細(xì)說(shuō)明基材I、碳層2、中間層3以及隔板10的制造方法。< 基材 >隔板10的基材I由純鈦或鈦合金構(gòu)成。因此，基材I與使用不銹鋼等的情況相比是輕量的，且具有優(yōu)越的耐腐蝕性。另外，即使存在基材I未被碳層2 (或、碳層2以及中間層3)覆蓋而露出的部位、端面部，在燃料電池的單電池內(nèi)的環(huán)境下，其表面形成有鈍態(tài)皮膜，因此也沒(méi)有金屬熔析的顧慮，能夠防止基材I的熔析(劣化)。此外，純鈦或鈦合金由于強(qiáng)度、韌性?xún)?yōu)越，因此能夠確?；腎的強(qiáng)度、韌性?；腎通過(guò)一直以來(lái)公知的方法制作，例如將純鈦或鈦合金熔化，進(jìn)行鑄造得到鑄塊，對(duì)得到的鑄塊進(jìn)行熱軋后，進(jìn)行冷軋。另外，基材I優(yōu)選被退火精加工，但基材I的精加工狀態(tài)例如可以是“退火+酸洗精加工”、“真空熱處理精加工”、“光亮退火精加工”等的任一個(gè)精加工狀態(tài)。
需要說(shuō)明的是，構(gòu)成基材I的鈦坯材的組成不特別限定。但是，從冷軋的容易性、確保之后的沖壓成形性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選是由O :1500ppm以下(更優(yōu)選IOOOppm以下)、Fe 1500ppm 以下(更優(yōu)選 IOOOppm 以下)、C 800ppm 以下、N 300ppm 以下、H 130ppm 以下且余量為T(mén)i以及不可避雜質(zhì)構(gòu)成的鈦坯材。例如，作為基材1，可以使用JIS I種的純鈦的冷軋板?；腎的板厚優(yōu)選是O. 05 I. 0mm。在板厚小于O. 05mm的情況下,無(wú)法確?；腎所需要的強(qiáng)度，另一方面，在板厚超過(guò)I. Omm的情況下，加工性下降。< 碳層 >隔板10的碳層2由具有導(dǎo)電性以及耐腐蝕性的碳構(gòu)成。使用的碳沒(méi)有特別限定，可以是非晶質(zhì)碳。但是，碳層2優(yōu)選含有結(jié)晶性的石墨。通過(guò)石墨的環(huán)境遮蔽性(從燃料電池的單電池內(nèi)的環(huán)境中將基材I遮蔽的性能)，在基材I與碳層2的界面上，難以產(chǎn)生引 起導(dǎo)電性下降的氧化等反應(yīng)，結(jié)果是，可以提高隔板10的導(dǎo)電性以及導(dǎo)電耐久性。需要說(shuō)明的是，所謂石墨，是由將多個(gè)具有六角形格子構(gòu)造且呈片狀的石墨烯片(graphene sheet)重疊成層狀的碳構(gòu)成的、六角板狀結(jié)晶。 碳層2優(yōu)選覆蓋基材I的表面整體，但也沒(méi)必要必須是表面整體。為了確保導(dǎo)電性和耐腐蝕性，只要被碳層2覆蓋基材I的表面的40%以上，優(yōu)選被覆蓋50%以上即可。在未被碳層2覆蓋的基材I的表面上，由于形成有鈦的鈍態(tài)皮膜，因此能夠抑制基材I的氧化等的反應(yīng)。需要說(shuō)明的是，對(duì)于碳層2的形成方法的詳細(xì)后述，但通過(guò)對(duì)表面附著有碳粉的基材I進(jìn)行軋制，從而可以形成碳層2?；腎的表面上的碳層2的附著量會(huì)影響導(dǎo)電耐久性(長(zhǎng)期維持導(dǎo)電性的性質(zhì))。若碳層2的附著量小于2μ g/cm2，則基材I未被碳層2覆蓋的區(qū)域增加，得不到環(huán)境遮斷性。其結(jié)果是，在燃料電池的單電池內(nèi)的環(huán)境下，基材I被氧化的區(qū)域變多，導(dǎo)電耐久性下降。因此，碳層2的附著量相對(duì)于基材I的表面優(yōu)選為2 μ g/cm2以上，更優(yōu)選為5 μ g/cm2以上。需要說(shuō)明的是，碳層2的附著量的上限沒(méi)有特別限定，但超過(guò)1000 μ g/cm2，則即使附著碳層2，導(dǎo)電耐久性也沒(méi)有變化，因此為1000 μ g/cm2以下即可。需要說(shuō)明的是，基材I的表面的碳量可通過(guò)后述的碳粉涂敷工序中涂敷在基材I上的碳粉的量來(lái)控制?！粗虚g層〉在基材I與碳層2的界面形成有中間層3，中間層3是由通過(guò)基材I和碳層2反應(yīng)而形成的粒狀的碳化鈦構(gòu)成的。該粒狀的碳化鈦由于具有導(dǎo)電性，因此基材I和碳層2的界面上的電阻變小，隔板10的導(dǎo)電性提高。此外，粒狀的碳化鈦是基材I和碳層2反應(yīng)而形成的，因此，基材I和碳層2的密接性提高。需要說(shuō)明的是，所謂粒狀，意味著球體、近似于球的立體、橢圓體、多面體等形狀。如圖1(a)、(b)所示，中間層3由不齊的粒狀的碳化鈦相連而形成。這從通過(guò)TEM(透過(guò)型電子顯微鏡Transmission ElectronMicroscope)觀察的隔板10的剖面的照片(圖2)可以明確，碳化鈦3a不是膜狀，而呈粒狀。需要說(shuō)明的是，中間層3優(yōu)選形成在基材I和碳層2之間的全部界面上，但為了確保密接性，只要形成為該界面的50%以上即可。碳化鈦的平均粒徑(直徑)優(yōu)選為5nm以上。若碳化鈦的平均粒徑不到5nm，則得不到基材I和碳層2的足夠的密接性。需要說(shuō)明的是，碳化鈦的平均粒徑的上限雖不特別限定，但碳化鈦的平均粒徑即使超過(guò)lOOnm，密接性也沒(méi)有變化，因此只要是IOOnm以下即可。在通過(guò)氣相成膜將碳化鈦層及碳層形成在鈦基材上時(shí)，碳化鈦層以均勻的厚度形成。其結(jié)果是，在碳化鈦層與碳層之間形成平滑且清晰的界面，在該部分中擔(dān)心剝離。另一方面，本發(fā)明的碳化鈦層是不齊的粒狀的碳化鈦相連的層，與碳層的界面為凹凸形狀。除了碳層與基材的鈦發(fā)生反應(yīng)而形成碳化鈦層外，由于與碳層的界面為凹凸構(gòu)造，認(rèn)為鈦基材及碳層的密接性變得更好。中間層3的碳化鈦的平均粒徑可通過(guò)使用透過(guò)型電子顯微鏡(TEM)等觀察基材I·和碳層2的剖面而進(jìn)行測(cè)定。在此，所謂粒徑(直徑)，在碳化鈦未呈球狀的情況下，是指測(cè)定的粒子的長(zhǎng)徑以及短徑的加法平均值。另外，所謂平均粒徑，例如是對(duì)20個(gè)碳化鈦測(cè)定的粒徑的平均。下面，說(shuō)明隔板10的制造方法。《隔板的制造方法》首先，將碳粉涂敷于基材I的表面(單面或雙面)(碳粉涂敷工序)。涂敷方法沒(méi)有特別限定，只要使粉末狀的碳粉直接附著在基材I上，或?qū)⒃诩谆w維素等的水溶液或含有樹(shù)脂成分的涂料中分散有碳粉的漿料涂敷在基材I的表面上即可。作為涂敷在基材I的表面上的碳粉，使用粒徑(直徑)為O. 5 100. O μ m的碳粉。若碳粉的粒徑不到O. 5 μ m，則在后述的軋制工序中碳粉被壓接到基材I上的力變小，難以密接。另一方面，若碳粉的粒徑超過(guò)100. O μ m，則在碳涂敷工序以及后述的軋制工序中，碳粉難以附著在基材I表面上。使碳粉附著在基材I上的方法不限于上述的方法。例如可考慮將捏合碳粉和樹(shù)脂而制作的含碳粉薄膜粘貼在基材I上的方法、通過(guò)噴丸處理將碳粉打入基材I表面而使其承載在基材I表面上的方法、混合碳粉末和樹(shù)脂粉末并通過(guò)冷噴霧法使其附著在基材I上的方法等。通過(guò)在碳粉涂敷工序后實(shí)施冷軋，將碳粉壓接在基材I表面上(冷軋工序)。通過(guò)經(jīng)過(guò)冷軋工序，碳粉作為碳層2而壓接在基材I表面上。需要說(shuō)明的是，附著于基材I的表面上的碳粉由于還起到潤(rùn)滑劑的作用，因此在冷軋時(shí)，不必使用潤(rùn)滑劑。軋制后，碳粉不是粒狀，而在基材I上成為薄的層狀附著，成為覆蓋基材I表面的狀態(tài)(參照?qǐng)D4的SEM(透過(guò)型電子顯微鏡Scanning Electron Microscope)照片)。在該冷軋工序中，為了密接性良好地將碳層2壓接在基材I上，優(yōu)選以1%以上的總壓下率實(shí)施軋制。需要說(shuō)明的是，壓下率是從冷軋前后的基材的板厚變化算出的值，通過(guò)“壓下率=(to-ti)/tox 100” (to :碳粉涂敷工序后的初期板厚、tl :軋制后的板厚)而算出。通過(guò)基材I和碳層2的反應(yīng)，在基材I和碳層2的界面形成由粒狀的碳化鈦構(gòu)成的中間層3，因此，在冷軋工序后，在非氧化性環(huán)境中進(jìn)行熱處理(熱處理工序)。熱處理溫度優(yōu)選在300 850°C的范圍內(nèi)。當(dāng)熱處理溫度不到300°C時(shí)，碳和鈦的反應(yīng)慢，形成粒狀的碳化鈦將花費(fèi)時(shí)間，生產(chǎn)率差。另一方面，當(dāng)在超過(guò)850°C的溫度下進(jìn)行熱處理時(shí)，存在引起鈦的相變態(tài)的可能性，有機(jī)械特性變化的顧慮。另外，熱處理的時(shí)間是O. 5 60分鐘，優(yōu)選按照當(dāng)溫度低時(shí)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的處理、溫度高時(shí)進(jìn)行短時(shí)間的處理的方式，根據(jù)溫度來(lái)適當(dāng)調(diào)整時(shí)間。需要說(shuō)明的是，所謂非氧化性環(huán)境是氧化性氣體的分壓低的環(huán)境，例如是氧分壓I. 3X10_3Pa下那樣的環(huán)境。另外，在碳粉涂敷工序和冷軋工序之間，也可以設(shè)有對(duì)表面附著有碳粉的基材I進(jìn)行鼓風(fēng)等的干燥工序。實(shí)施例
下面，通過(guò)比較滿(mǎn)足本發(fā)明的要件的實(shí)施例與不滿(mǎn)足本發(fā)明的要件的比較例，對(duì)本發(fā)明的鈦制燃料電池隔板進(jìn)行具體說(shuō)明。<試驗(yàn)體的制作>作為基材，使用JIS I種的純鈦(退火酸洗精加工)。純鈦的化學(xué)組成是O:450ppm、Fe :250ppm、N :40ppm、余量為T(mén)i以及不可避雜質(zhì)。鈦基材的板厚是O. 5mm。另外，使用平均粒徑10 μ m、純度4N的碳粉。需要說(shuō)明的是，該鈦基材可通過(guò)對(duì)鈦原料實(shí)施目前公知的熔化工序、鑄造工序、熱軋工序、冷軋工序而獲得。通過(guò)在lwt%甲基纖維素水溶液中使碳粉分散成規(guī)定濃度，從而制作漿料。該漿料在被涂敷到鈦基材的雙面上后，被自然干燥。然后，以每一軋道的壓下率為規(guī)定的值的方式調(diào)整軋輥間隙，分成多個(gè)軋道實(shí)施冷軋，直到規(guī)定的總壓下率。需要說(shuō)明的是，軋輥上未涂敷潤(rùn)滑油。接著，在非氧化性環(huán)境(氧分壓I. 3X10_3Pa下)下，通過(guò)實(shí)施規(guī)定溫度以及規(guī)定時(shí)間的熱處理，得到試驗(yàn)體。需要說(shuō)明的是，對(duì)于一部分的試驗(yàn)體，未實(shí)施熱處理。對(duì)于這樣制作的試驗(yàn)體，按照以下的方法，進(jìn)行中間層的確認(rèn)、碳附著量的測(cè)定、碳層密接性評(píng)價(jià)、接觸電阻的評(píng)價(jià)以及耐久性評(píng)價(jià)。[中間層的確認(rèn)]用離子束加工裝置(日立集束離子束加工觀察裝置FB-2100)對(duì)試驗(yàn)體表層的剖面進(jìn)行取樣加工后，用透過(guò)型電子顯微鏡(TEM :日立電場(chǎng)放出形分析電子顯微鏡HF-2200)以750000倍的倍率進(jìn)行剖面觀察，判定在碳層與鈦基材的界面上是否存在碳化鈦。在存在碳化鈦的情況下，測(cè)定碳化鈦的平均粒徑。在此，所謂粒徑(直徑)，在碳化鈦未呈球狀的情況下，是測(cè)定的粒子的長(zhǎng)徑以及短徑的加法平均值。另外，所謂平均粒徑是對(duì)20個(gè)碳化鈦測(cè)定的粒徑的平均。[碳附著量的測(cè)定]對(duì)于從通過(guò)所述方法制作的試驗(yàn)體切出的規(guī)定尺寸的試驗(yàn)片，測(cè)定重量。之后，通過(guò)用純水對(duì)試驗(yàn)片進(jìn)行超聲波清洗，從而從試驗(yàn)片除去碳層。然后，對(duì)于除去了碳層的試驗(yàn)片，在干燥后測(cè)定重量，算出減少的重量。通過(guò)該減少的重量的值除以試驗(yàn)片的表面積(除了端部)，算出碳附著量(yg/cm2)。[密接性評(píng)價(jià)]使用圖3所示的接觸電阻測(cè)定裝置30進(jìn)行密接性評(píng)價(jià)。首先，用兩片碳纖維織物(carbon cross) 32、32夾著試驗(yàn)體31的兩面,進(jìn)而用接觸面積Icm2的銅電極33、33夾在其外側(cè)，以負(fù)載98N(10kgf)從雙面加壓。接著，在維持從兩面加壓的狀態(tài)不變的情況下，將試驗(yàn)體31向面內(nèi)方向拉拔(拉拔試驗(yàn))。在該拉拔試驗(yàn)后，用SEM/EDX以100倍的倍率觀察非摩擦面以及摩擦面，設(shè)加速電壓為15kV，對(duì)鈦(Ti)和碳(C)進(jìn)行定量分析。對(duì)于碳層密接性，設(shè)在非摩擦面上的碳的量(原子％)為100%，在摩擦面上的碳的量為非摩擦面的碳的量的80%以上時(shí)，判斷為O (非常好)，在50%以上且不到80%時(shí)判斷為Λ (良好)，在不到50%時(shí)判斷為Χ(不良)。[接觸電阻測(cè)定]對(duì)通過(guò)所述方法制作的試驗(yàn)體，使用圖3所示的接觸電阻測(cè)定裝置30測(cè)定接觸電阻。詳細(xì)地說(shuō)，首先，用兩片碳纖維織物32、32夾著試驗(yàn)體31的兩面，進(jìn)而由接觸面積Icm2的兩片銅電極33、33夾在其外側(cè)，用負(fù)載98N(10kgf)從兩面加壓。接著，使用直流電流電 源34，從銅電極33、33流通7. 4mA的電流，用電壓計(jì)35測(cè)定施加于碳纖維織物32、32之間的電壓，由此算出接觸電阻。導(dǎo)電性在接觸電阻為ΙΟι Ω · cm2以下時(shí)判斷為良好,若超過(guò)ΙΟι Ω ·οιι2則判斷為不良。[耐久性評(píng)價(jià)]對(duì)由所述方法制作的試驗(yàn)體，進(jìn)行耐久性評(píng)價(jià)(耐久試驗(yàn))。首先，將試驗(yàn)體浸潰在單位液量為20ml/cm2的80°C的硫酸水溶液(lOmmol/L)中。進(jìn)而，以飽和甘汞電極(SCE Saturated CalomelElectrode)為基準(zhǔn),對(duì)試驗(yàn)體一邊施加+600mV的電位一邊進(jìn)行200小時(shí)的浸潰處理。之后，將從硫酸水溶液取出的試驗(yàn)體清洗、干燥，按照與前述同樣的方法測(cè)定接觸電阻。耐久性在浸潰后(耐久試驗(yàn)后)的接觸電阻(耐久試驗(yàn)后接觸電阻)為30mΩ -cm2以下時(shí)判斷為良好，在超過(guò)30m Ω · cm2時(shí)判斷為不良。表I表示各試驗(yàn)體的制作條件、中間層的種類(lèi)、碳化鈦(TiC)的平均粒徑、碳附著量、碳層密接性、初期以及耐腐蝕試驗(yàn)后的接觸電阻的測(cè)定結(jié)果。需要說(shuō)明的是，表I所示的壓下率)是總壓下率(％ )，是從冷軋前后的鈦基材I的板厚變化算出的值。表I
權(quán)利要求
1.一種鈦制燃料電池隔板，其具有由純鈦或鈦合金構(gòu)成的基材、形成于所述基材的表面的碳層、以及在所述基材和所述碳層的界面形成的中間層，其特征在于， 所述中間層具有在與所述碳層平行的方向上相連的粒狀的碳化鈦。
2.如權(quán)利要求I所述的鈦制燃料電池隔板，其特征在于， 所述碳層包含石墨。
3.如權(quán)利要求I或2所述的鈦制燃料電池隔板，其特征在于， 所述碳化鈦的平均粒徑為5nm以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種導(dǎo)電性以及耐久性?xún)?yōu)越的鈦制燃料電池隔板。在本發(fā)明的鈦制燃料電池隔板(10)中，在由純鈦或鈦合金構(gòu)成的基材(1)的表面上形成有碳層(2)。在所述基材(1)與所述碳層(2)的界面形成有中間層(3)。所述中間層(3)具有在與所述碳層(2)平行的方向相連的粒狀的碳化鈦。
文檔編號(hào)H01M8/02GK102959778SQ20108006762
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者鈴木順, 佐藤俊樹(shù) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶(hù)制鋼所