鈦制燃料電池隔板材及鈦制燃料電池隔板材的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及用于燃料電池的鐵制燃料電池隔板材及鐵制燃料電池隔板材的制造 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 與干電池等原電池、鉛蓄電池等充電電池不同，能夠通過持續(xù)供給氨等燃料與氧 等氧化劑而持續(xù)獲取電力的燃料電池的發(fā)電效率高，且不大受系統(tǒng)規(guī)模的大小的影響，并 且噪聲、振動(dòng)也少。因此燃料電池作為覆蓋各種用途和規(guī)模的能源而備受期待。作為燃料電 池，具體而言，開發(fā)了固體高分子型燃料電池(PEFC)、堿電解質(zhì)型燃料電池(AFC)、憐酸型燃 料電池(PAFC)、烙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。其中，面向燃料電池汽車、家庭用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、移動(dòng)電話或個(gè)人計(jì)算機(jī)等便攜設(shè)備， 不斷開發(fā)固體高分子型燃料電池。
[0003] 固體高分子型燃料電池（W下稱作燃料電池)通過W將固體高分子電解質(zhì)膜用陽 極和陰極夾持的部件作為單電池、并隔著形成有成為氣體(氨、氧等）的流路的溝槽的隔板 (也稱作雙極板)將上述單電池重疊多個(gè)而構(gòu)成。
[0004] 隔板還是用于將燃料電池中產(chǎn)生的電流取出至外部的部件，因此應(yīng)用接觸電阻 (因界面現(xiàn)象而在電極與隔板表面之間產(chǎn)生電壓降的情況。）低的材料。另外，由于燃料電池 的內(nèi)部為抑2~4左右的酸性環(huán)境，因此對(duì)隔板要求高耐腐蝕性，并且還要求在該酸性環(huán)境 的使用中長期維持上述的低接觸電阻(導(dǎo)電性)的特性。
[0005] 作為滿足運(yùn)些要求的材料，碳備受注目，并且對(duì)碳在隔板中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。具 體而言，對(duì)通過磨削石墨粉末的成形體而制造或者由石墨和樹脂的混合物成形體形成的碳 制的隔板(例如專利文獻(xiàn)1~3)、使包含鐵或不誘鋼等金屬材料的基材附著碳粒子(例如專 利文獻(xiàn)4~7)或者W化學(xué)氣相生長(CVD)法等形成碳膜的隔板進(jìn)行了研究。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[000引專利文獻(xiàn)1:日本特開平10-3931號(hào)公報(bào)
[0009] 專利文獻(xiàn)2:日本專利第4075343號(hào)公報(bào)
[0010] 專利文獻(xiàn)3:日本特開2005-162550號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)4:日本專利第3904690號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)5:日本專利第3904696號(hào)公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)6:日本專利第4886885號(hào)公報(bào)
[0014] 專利文獻(xiàn)7:日本專利第5108986號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0016] 燃料電池隔板有時(shí)會(huì)在進(jìn)行成為隔板的加工之際或裝入電池之際的操作時(shí)使材 料彼此發(fā)生摩擦，此時(shí)擔(dān)屯、在形成于隔板表面的導(dǎo)電層(碳系導(dǎo)電層)產(chǎn)生傷痕等。另外，在 裝入電池后邊對(duì)隔板表面加壓邊使其與構(gòu)成氣體擴(kuò)散層的復(fù)寫紙接觸，尤其在用于車載用 途的情況下，有可能因伴隨行駛的振動(dòng)而在形成于隔板表面的導(dǎo)電層與復(fù)寫紙之間產(chǎn)生摩 擦。此時(shí)，若導(dǎo)電層容易摩耗，則隨著使用時(shí)間變長，隔板與復(fù)寫紙之間的電阻提高，導(dǎo)致燃 料電池的發(fā)電性能降低。
[0017] 因此，對(duì)燃料電池隔板的隔板材要求導(dǎo)電性、耐久性(導(dǎo)電耐久性:長期維持導(dǎo)電 性的性質(zhì)），并且還要求耐摩耗性。
[0018] 然而，專利文獻(xiàn)1~7中公開的技術(shù)并非考慮了上述實(shí)際情況的技術(shù)，無法充分應(yīng) 對(duì)有關(guān)耐摩耗性等的需求，存在改善的余地。
[0019] 本發(fā)明鑒于上述的問題而完成，其技術(shù)問題在于提供導(dǎo)電性及耐久性優(yōu)異、并且 耐摩耗性也優(yōu)異的鐵制燃料電池隔板材及鐵制燃料電池隔板材的制造方法。
[0020] 用于解決技術(shù)問題的手段
[0021] 發(fā)明人等進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過在鐵制燃料電池隔板材的基材表面形成 呈2層結(jié)構(gòu)的碳系導(dǎo)電層(碳層、導(dǎo)電性樹脂層）、將碳層的覆蓋率設(shè)定為規(guī)定值W上、并且 將導(dǎo)電性樹脂層的樹脂限定為規(guī)定的樹脂而使導(dǎo)電性及耐久性優(yōu)異、并且耐摩耗性也優(yōu) 異，從而完成本發(fā)明。
[0022] 予W說明，發(fā)明人等進(jìn)行了深入研究，結(jié)果還發(fā)現(xiàn):通過在碳層形成工序、導(dǎo)電性 樹脂層形成工序之后進(jìn)行沖壓成形工序，或者在碳層形成工序、沖壓成形工序之后進(jìn)行導(dǎo) 電性樹脂層形成工序，從而能夠降低沖壓成形后的處理時(shí)碳系導(dǎo)電層(碳層、導(dǎo)電性樹脂 層)剝離的可能性，并且能夠長期維持高導(dǎo)電性。
[0023] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材，其特征在于，其是在由純 鐵或鐵合金構(gòu)成的基材表面上形成有碳系導(dǎo)電層的鐵制燃料電池隔板材，上述碳系導(dǎo)電層 呈2層結(jié)構(gòu)，上述碳系導(dǎo)電層中靠近上述基材側(cè)的層為碳層，遠(yuǎn)離上述基材側(cè)的層為導(dǎo)電性 樹脂層，上述碳層包含石墨，并且上述碳層的覆蓋率為40 % W上，上述導(dǎo)電性樹脂層包含碳 粉和樹脂，并且上述樹脂為選自丙締酸類樹脂、聚醋樹脂、醇酸樹脂、聚氨醋樹脂、娃酬樹 月旨、酪醒樹脂、環(huán)氧樹脂、氣樹脂中的1種W上的樹脂。
[0024] 運(yùn)樣，本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材具備呈碳層和導(dǎo)電性樹脂層2層結(jié)構(gòu)的碳系 導(dǎo)電層，因此該碳系導(dǎo)電層可W提高隔板材的導(dǎo)電性及耐久性。而且，由于導(dǎo)電性樹脂層發(fā) 揮作為保護(hù)膜的作用，因此與具備僅1層導(dǎo)電層的隔板材相比，可W進(jìn)一步提高耐摩耗性。
[0025] 本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材優(yōu)選使上述碳層的覆蓋率為40% W上且80% W下。
[0026] 運(yùn)樣，就本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材而言，由于基材上的碳層的覆蓋率為規(guī)定 值W下，因此即使在實(shí)施制造隔板材時(shí)的沖壓成形加工后，自然也會(huì)抑制導(dǎo)電性降低，而且 還會(huì)抑制耐摩耗性、密合性的降低。
[0027] 本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材優(yōu)選在上述基材與上述碳層之間形成包含碳化鐵 的中間層。
[0028] 運(yùn)樣，本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材通過在基材與碳層之間形成中間層，從而可 W提高基材與碳層的密合性。結(jié)果可W降低包含碳層的碳系導(dǎo)電層剝離的可能性。
[0029] 本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材優(yōu)選使上述導(dǎo)電性樹脂層的厚度為0.1~20WI1。
[0030] 運(yùn)樣，本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材通過將導(dǎo)電性樹脂層的厚度規(guī)定為規(guī)定的范 圍，從而可W確保耐摩耗性提高運(yùn)樣的效果，并且可W防止電阻值的大幅增加，成為適合作 為隔板材的方式。
[0031] 本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材的制造方法，其特征在于，其包括:碳層形成工序， 在由純鐵或鐵合金構(gòu)成的基材表面上形成包含石墨的碳層;和導(dǎo)電性樹脂層形成工序，在 在上述碳層形成工序之后，在形成有上述碳層的上述基材形成包含碳粉和樹脂的導(dǎo)電性樹 脂層，上述碳層的覆蓋率為40% W上，上述導(dǎo)電性樹脂層的上述樹脂為選自丙締酸類樹脂、 聚醋樹脂、醇酸樹脂、聚氨醋樹脂、娃酬樹脂、酪醒樹脂、環(huán)氧樹脂、氣樹脂中的巧巾W上的樹 脂。
[0032] 運(yùn)樣，本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材的制造方法通過包括碳層形成工序和導(dǎo)電性 樹脂層形成工序，從而可W在基材上形成呈碳層和導(dǎo)電性樹脂層2層結(jié)構(gòu)的碳系導(dǎo)電層。結(jié) 果可W制造通過碳系導(dǎo)電層提高了導(dǎo)電性及耐久性的鐵制燃料電池隔板材。而且，由于導(dǎo) 電性樹脂層發(fā)揮作為保護(hù)膜的作用，因此可W制造與具備僅1層導(dǎo)電層的隔板材相比耐摩 耗性得到進(jìn)一步提高的鐵制燃料電池隔板材。
[0033] 本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材的制造方法優(yōu)選使上述碳層的覆蓋率為40% W上 且80%W下。
[0034] 運(yùn)樣，本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材的制造方法由于使基材上的碳層的覆蓋率為 規(guī)定值W下，因此可W制造即使在實(shí)施制造隔板材時(shí)的沖壓成形加工后也會(huì)抑制導(dǎo)電性降 低，而且當(dāng)然還會(huì)抑制耐摩耗性、密合性降低的鐵制燃料電池隔板材。
[0035] 本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材的制造方法優(yōu)選包括在上述導(dǎo)電性樹脂層形成工 序之后將上述基材W200~550°C進(jìn)行熱處理的熱處理工序。
[0036] 運(yùn)樣，本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材的制造方法由于在導(dǎo)電性樹脂層形成工序之 后包括熱處理工序，因此能夠?qū)?dǎo)電性樹脂層的最表面的樹脂部分分解除去，由此可W抑 制由導(dǎo)電性樹脂層的樹脂比率高所致的接觸電阻的上升。結(jié)果可W制造接觸電阻得到進(jìn)一 步降低的鐵制燃料電池隔板材。
[0037] 本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材的制造方法優(yōu)選包括在上述碳層形成工序與上述 導(dǎo)電性樹脂層形成工序之間將上述基材在非氧化氣氛下W300~85(TC進(jìn)行熱處理的熱處 理工序。
[0038] 運(yùn)樣，本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材的制造方法由于在碳層形成工序與導(dǎo)電性樹 脂形成工序之間包括熱處理工序，因此可W在基材與碳層之間形成中間層，并且可W提高 基材與碳層的密合性。其結(jié)果可W制造使包含碳層的碳系導(dǎo)電層剝離的可能性得到降低的 鐵制燃料電池隔板材。
[0039] 本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材的制造方法，其特征在于，其包括:碳層形成工序， 在由純鐵或鐵合金構(gòu)成的基材表面上形成包含石墨的碳層；導(dǎo)電性樹脂層形成工序，在上 述碳層形成工序之后，在形成有上述碳層的上述基材上形成包含碳粉和樹脂的導(dǎo)電性樹脂 層;和沖壓成形工序，在上述導(dǎo)電性樹脂層形成工序之后，將形成有上述碳層及上述導(dǎo)電性 樹脂層的上述基材進(jìn)行沖壓成形形成氣體流路，上述碳層的覆蓋率為40% W上，上述導(dǎo)電 性樹脂層的上述樹脂為選自丙締酸類樹脂、聚醋樹脂、醇酸樹脂、聚氨醋樹脂、娃酬樹脂、酪 醒樹脂、環(huán)氧樹脂、氣樹脂中的1種W上的樹脂。
[0040] 運(yùn)樣，本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材的制造方法由于在碳層形成工序、導(dǎo)電性樹 脂層形成工序之后進(jìn)行沖壓成形工序，因而導(dǎo)電性樹脂層在沖壓成形時(shí)發(fā)揮保護(hù)層的作 用，因此在沖壓成形時(shí)可W回避碳層的剝離?脫落。而且，形成于基材的碳層和導(dǎo)電性樹脂 層運(yùn)2層使導(dǎo)電性及耐久性(導(dǎo)電耐久性:長期維持導(dǎo)電性的性質(zhì))提高，并且導(dǎo)電性樹脂層 使沖壓成形后的處理時(shí)碳系導(dǎo)電層(碳層、導(dǎo)電性樹脂層)剝離的可能性降低。
[0041] 本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材的制造方法優(yōu)選使上述碳層的覆蓋率為40% W上 且80%W下。
[0042] 運(yùn)樣，本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材的制造方法由于基材上的碳層的覆蓋率為規(guī) 定值W下，因此可W制造即使實(shí)施制造隔板材時(shí)的沖壓成形加工后，自然也會(huì)抑制導(dǎo)電性 降低，而且還會(huì)抑制耐摩耗性、密合性降低的鐵制燃料電池隔板材。
[0043] 本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材的制造方法優(yōu)選包含在上述沖壓成形工序之后將 上述基材W200~550°C進(jìn)行熱處理的熱處理工序。
[0044] 運(yùn)樣，本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材的制造方法由于在沖壓成形工序之后進(jìn)行熱 處理工序，因此可W將導(dǎo)電性樹脂層的最表面的樹脂部分分解除去，因而可W抑制由導(dǎo)電 性樹脂層的樹脂比率高所致的接觸電阻的上升。結(jié)果可W制造接觸電阻得到進(jìn)一步降低的 鐵制燃料電池隔板材。
[0045] 本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材的制造方法優(yōu)選包含在上述碳層形成工序與上述 導(dǎo)電性樹脂層形成工序之間將上述基材在非氧化氣氛下W300~85(TC進(jìn)行熱處理的熱處 理工序。
[0046] 運(yùn)樣，本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材的制造方法由于在碳層形成工序與導(dǎo)電性樹 脂層形成工序之間包含熱處理工序，因此可W在基材與碳層之間形成包含碳化鐵的中間 層。結(jié)果可W制造基材與碳層的密合性提高、并且碳層及導(dǎo)電性樹脂層剝離的可能性得到 降低的鐵制燃料電池隔板材。
[0047] 本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材的制造方法，其特征在于，其包括:碳層形成工序， 在由純鐵或鐵合金構(gòu)成的基材表面上形成包含石墨的碳層;沖壓成形工序，在上述碳層形 成工序之后，將形成有上述碳層的上述基材進(jìn)行沖壓成形形成氣體流路;和導(dǎo)電性樹脂層 形成工序，上述沖壓成形工序之后，在形成有上述碳層且被上述沖壓成形的上述基材形成 包含碳粉和樹脂的導(dǎo)電性樹脂層，上述碳層的覆蓋率為40% W上，上述導(dǎo)電性樹脂層的上 述樹脂為選自丙締酸類樹脂、聚醋樹脂、醇酸樹脂、聚氨醋樹脂、娃酬樹脂、酪醒樹脂、環(huán)氧 樹脂、氣樹脂中的1種W上的樹脂。
[0048] 運(yùn)樣，本發(fā)明的鐵制燃料電池隔板材的制造方法在沖壓成形工序之后進(jìn)行導(dǎo)電性 樹脂層形成工序，倘若在沖壓成形時(shí)碳層不能完全追隨基材的變形，碳層萬一發(fā)生破裂，即 便如此，之后通過W進(jìn)行層疊的方式形成導(dǎo)電性樹脂層，也可W使該層覆蓋碳層的破裂部 分而對(duì)其保護(hù)。而且，形成于基材的碳層和導(dǎo)電性樹脂層運(yùn)2層使導(dǎo)電性及耐久性(導(dǎo)電耐 久性:長期維持導(dǎo)電性的性質(zhì))提高，并