专利名称：燃料电池用隔板材料、使用其的燃料电池用隔板、燃料电池组以及燃料电池隔板用材料的 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及在表面形成了 Au或Au合金(含有Au的层)的燃料电池用隔板材料、使用其的燃料电池用隔板、燃料电池组、以及燃料电池隔板用材料的制造方法。
背景技术：
固体高分子形的燃料电池用隔板具有导电性，其将各单电池进行电连接，并将各单电池产生的能量(电力)集电，同时形成向各单电池供给的燃料气体(燃料液体)或空气(氧)的流路。该隔板也称为互联板、双极板、集电体。作为这种燃料电池用隔板，以往使用在碳板上形成了气体流路的隔板，但其存在材料成本、加工成本大的问题。另一方面，当使用金属板来代替碳板时，由于在高温下暴露于氧化性的气氛中，因而出现腐蚀或溶出的问题。因此，已知在不锈钢板的表面，将Au，选自Ru、Rh, Cr、0 s、Ir和Pt等的贵金属与Au的合金进行溅射成膜而形成导电部分的技术 (专利文献1)。另一方面，已知在不锈钢基材的氧化被膜上经由包含Ti，&、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、 W等的中间层而形成Au膜的燃料电池用隔板(专利文献2)。该中间层与基材氧化膜的附着性、即与0(氧原子)的键合性良好，同时由于其由金属或半金属形成，因而与Au膜的附着性、键合性也良好。另外，报道了一种燃料电池用金属制隔板，其对于不锈钢板的表面不实施基底处理，而是以酸性浴实施镀金(专利文献3)。另外，在固体高分子形燃料电池中，作为向阳极供给的燃料气体，还开发了操作容易的使用甲醇的直接甲醇型燃料电池(DMFC(direct methanol fuel cell))。DMFC可以从甲醇直接获取能量(电力)，因此不需要改性器等，可应对燃料电池的小型化，也有望作为便携式仪器的电源。作为DMFC的结构提出了以下2种。首先，第1结构是将单电池(在燃料极和氧极间夹入了固体高分子形电解质膜而成的膜电极接合体(以下称为MEA))层叠的层叠型(主动型)结构。第2结构是将单电池在平面方向配置多个而成的平面型(被动型)结构。这些结构均是将多个单电池串联连接的结构(以下称为组)，其中，被动型结构不需要用于向电池内供给燃料气体(燃料液体)、空气等的主动的燃料输送装置，因此有望实现燃料电池进一步的小型化。并且，DMFC用集电体所要求的条件与使用氢气的固体高分子形燃料电池用隔板相比较多。即，除了通常的固体高分子形燃料电池用隔板所要求的对于硫酸水溶液的耐腐蚀性以外，还需要对于作为燃料的甲醇水溶液的耐腐蚀性、和对于甲酸水溶液的耐腐蚀性。甲酸是在阳极催化剂上由甲醇生成氢离子时所产生的副产物。这样，在DMFC工作环境下，未必能够直接应用用于以往的固体高分子形燃料电池用隔板的材料。
专利文献1 日本特开2001 - 297777号公报专利文献2 日本特开2004 - 185998号公报专利文献3 日本特开2004 - 296381号公报。
发明内容
但是，对于上述专利文献1记载的技术的情况，为了得到附着性好的Au合金膜，需要去除不锈钢表面的氧化皮膜的处理，当氧化被膜的除去不充分时，存在贵金属膜的附着性降低的问题。另外，如专利文献2所记载，仅设置中间层的话，不能得到充分的附着性、因此不能得到作为燃料电池的隔板的充分的导电性、耐腐蚀性。特别地，在燃料电池的工作环境下使耐腐蚀性提高这方面不充分。另一方面，对于专利文献3记载的技术，由于湿式镀金的电沉积形状为粒状，因此如果镀金的附着量少，则在基材表面的一部分产生未镀敷部分的部分。因此，为了将基材整个表面均勻地镀金，需要使Au的附着量增多。S卩，本发明是为了解决上述课题而作出的发明，其目的在于提供可在不锈钢基材表面以高附着性将含有Au的高耐腐蚀性的导电性膜进行成膜的燃料电池用隔板材料、使用其的燃料电池用隔板、燃料电池组、和燃料电池隔板用材料的制造方法。本发明人进行了各种研究，结果发现通过在不锈钢基材的表面形成含有预定的金属和氧的中间层，并在中间层上形成含有Au的层，可以在不锈钢基材上牢固且均勻地形成含Au (合金)层，能够确保燃料电池用隔板所要求的导电性和耐腐蚀性。S卩，为了实现上述目的，本发明的燃料电池用隔板材料在不锈钢基材的表面形成了包含选自Al、Cr、Co、Ni、Cu、Mo、Sn和Bi中的至少1种以上的金属的第1成分与Au的合金层、或具有从最表面向下层的厚度为3nm以上、Au为10质量％以上且小于40质量％ 的区域，或者形成了 Au单独层，在上述合金层或上述Au单独层与上述不锈钢基材之间，存在含有20质量％以上的上述第1成分、且含有20质量％以上且小于50质量％的0的中间层，在上述合金层或上述Au单独层中，具有从最表面向下层的厚度为Inm以上且Au为40 质量％以上的区域，或者上述Au单独层的厚度为Inm以上。上述中间层优选作为Inm以上的层而存在。优选在上述合金层与上述中间层之间，形成5nm以下的含有50质量％以上的上述第1成分的金属层、或者不形成上述金属层。优选上述合金层中的Au的含量比例从基材侧向着表面侧而增加。优选在上述合金层的最表面形成Au单独层。
优选用于固体高分子形燃料电池。优选用于直接甲醇型固体高分子形燃料电池。本发明的燃料电池用隔板使用上述燃料电池用隔板材料，对上述不锈钢基材预先采用加压加工形成反应气体流路和/或反应液体流路后，再形成上述合金层或Au单独层而成。本发明的燃料电池用隔板是使用了上述燃料电池用隔板材料的燃料电池用隔板， 在上述不锈钢基材上形成上述合金层或Au单独层后，再采用加压加工形成反应气体流路和/或反应液体流路而成。本发明的燃料电池组使用了上述燃料电池用隔板材料或上述燃料电池用隔板。本发明的燃料电池隔板用材料的制造方法是通过干式镀敷在不锈钢基材表面上被覆Inm以上的上述第1成分后，再通过干式镀敷被覆Inm以上的Au或Au合金。优选上述干式镀敷是溅射法。根据本发明，在不锈钢基材的表面形成预定组成的中间层，并在中间层上形成含有Au的层或Au合金层，由此可以在不锈钢基材上牢固且均勻地形成Au层或含有Au的层， 能够确保燃料电池用隔板所要求的导电性和耐腐蚀性。
图1是表示本发明的第1实施方式的燃料电池用隔板材料的构成的示意图。图2是表示本发明的第2实施方式的燃料电池用隔板材料的构成的示意图。图3是表示本发明的第3实施方式的燃料电池用隔板材料的构成的示意图。图4是表示本发明的实施例6的实施方式的燃料电池用隔板材料的XPS分析结果的图。图5是表示本发明的实施例12的实施方式的燃料电池用隔板材料的XPS分析结果的图。符号说明
2不锈钢基材 2a中间层
4金属层(第1成分的单独层) 6合金层 8 Au单独层。
具体实施例方式以下，对于本发明实施方式的燃料电池用隔板材料进行说明。应予说明，在本发明中，只要没有特别地说明，%表示质量％。另外，在本发明中，“燃料电池用隔板”具有导电性，其将各单电池进行电连接，并将各单电池产生的能量(电力)集电，同时形成向各单电池供给的燃料气体(燃料液体) 或空气(氧)的流路。隔板也称为互联板、双极板、集电体。因此，作为燃料电池用隔板，除了在板状的基材表面设置凹凸状流路而成的隔板以外，还包括上述被动型DMFC用隔板那样的、在板状的基材表面开孔气体、甲醇的流路孔而成的隔板。进一步地，作为固体高分子形燃料电池，只要是将固体高分子用于膜材料并具有用电极夹持的结构即可，对于使用的燃料没有特别地限定，作为燃料可以列举例如氢、甲 <第1实施方式>
以下，对于本发明的第1实施方式的燃料电池用隔板材料进行说明。如图1所示，第1 实施方式的燃料电池用隔板材料在不锈钢基材2的表面形成中间层加、并在中间层加上形成金属层4、合金层6而成。<不锈钢基材>
作为燃料电池用隔板材料，要求其耐腐蚀性，对于形成导电性膜的合金层(Au单独层)， 要求其耐腐蚀性和导电性。因此，基材使用耐腐蚀性优异的不锈钢材料。不锈钢基材2的材质只要是不锈钢即可，没有特别地限定，理想的是高耐腐蚀性的不锈钢，多数高耐腐蚀性不锈钢是Cr或M浓度高的不锈钢(例如SUS316L)。另外，不锈钢基材2的形状也没有特别地限定，只要是可将第1成分和金溅射的形状即可，但如果考虑到加压成型为隔板形状，则优选不锈钢基材的形状为板材，优选不锈钢基材整体的厚度为 50 μ m以上的板材。中间层加中所含的0 (氧)是通过将不锈钢基材2放置在空气中、或利用溅射在不锈钢基材2表面形成被膜时放置于真空中而自然形成的，但也可以在氧化氛围下积极地在不锈钢基材2表面形成0，只要0的范围为20质量％以上且小于50质量％即可。<中间层>
为了赋予燃料电池用隔板耐腐蚀性，一般在金属基材上形成Au作为导电性膜。但是， 当以不锈钢作为基材时，由于在不锈钢的表面形成不锈钢氧化层，因此难以在不锈钢表面直接形成难以氧化的Au (含有)层。因此，一般地，适当地除去不锈钢基基材的表面氧化膜，以清洁基材表面为目的进行反溅射(离子蚀刻)，但由于Cr浓度高的不锈钢的表面的氧化层特别厚，因此存在氧化膜的除去耗费时间，或者不能充分除去氧化膜的情况。因此，经由如上述专利文献2中记载的中间层来形成Au膜，谋求与基材氧化膜的附着性、即与0 (氧原子)的键合性的提高。但是，仅使用Ti，&、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W作为中间层的话，发现燃料电池在工作环境下的耐腐蚀性差。由此，本发明通过在不锈钢基材2的表面形成含有第1成分和氧的中间层2a，成功地提高不锈钢基材2与Au (合金)层6的附着性，所述第1成分包含选自Al、Cr、Co、Ni、 Cu、Mo、Sn和Bi中的至少1种以上的金属。选作第1成分的上述金属具有a)易于与氧键合、b)与Au构成合金、c)难以吸收氢、之类的性质，其形成中间层而使下述的合金层与不锈钢基材的附着性提高。第1成分可以由单一的元素形成，也可以由多种元素形成，但从导电性、耐腐蚀性和成本的观点考虑， 优选Cr。如果中间层加中不存在20质量％以上的第一成分，则与Au的附着性差。进一步地，通过在中间层加中以20质量％以上且小于50质量％的比例存在0，即使在燃料电池环境下，也可以具有良好的导电性和耐腐蚀性。如果中间层加的0小于20 质量％，则耐腐蚀性差，第1成分从中间层加溶出，接触电阻也增加。另一方面，如果中间层加存在50质量％以上的0，则Au的附着性降低，导电性劣化。作为将中间层的0控制在20质量％以上且小于50质量％的方法，优选使用了含有第1成分的靶的干式镀敷(溅射)。例如对于溅射，溅射粒子的能量大，即使不去除不锈钢表面的氧化皮膜，只要是与0键合的金属(第1成分)，就可进行附着性良好的成膜。并且， 通过使原本存在于基材表面的0、或抽真空后存在于溅射成膜室内的0与由溅射而成膜的第1成分(Cr等)键合，可以得到附着性、导电性和耐腐蚀性良好的合金层或Au单独层。
6
应予说明，上述第1成分难以吸收氢，即使在燃料电池的发电中使用氢，也不会产生中间层的氢脆化。优选中间层加以Inm以上的厚度存在。该时，在利用XPS (X射线光电子分光分析装置)分析燃料电池用隔板材料的截面时，含有20质量％以上的上述第1成分、含有20 质量％以上且小于50质量％的0的区域在厚度方向上存在Inm以上。具有这种组成的中间层的厚度的上限没有限定，但从第1成分的成本观点考虑，优选为IOOnm以下。这里，XPS分析是指定在装置上欲分析的区域和元素，检测该区域的指定元素的浓度的分析。指定的元素有Au、第1成分、0、Fe、Cr、Ni等。应予说明，XPS分析中在厚度方向上Inm的距离是扫描距离的实际尺寸。<合金层>
在中间层加的表面形成第1成分与Au的合金层6。合金层6与中间层加的附着性优异，同时在形成金属层4 (第1成分的单独层)时，使该金属层4的厚度变薄，提高隔板的耐腐蚀性。合金层6例如可以通过在利用溅射等成膜第1成分而作为中间层加后，进而将Au 或Au合金进行成膜来得到，在与中间层的边界形成第1成分与Au的Au合金层。合金层6可以通过XPS分析来确认。将通过XPS分析的从最表面向下层的具有Au 为40质量％以上、厚度为Inm以上的部分、且位于比中间层加要上层的位置的部分作为合金层。如果从最表面向下层的厚度为Inm以上的区域的Au浓度小于40质量％，则不能确保燃料电池用隔板所要求的导电性和耐腐蚀性。优选合金层6的厚度为1 lOOnm。如果合金层6的厚度小于lnm，则有不能确保燃料电池用隔板所要求的耐腐蚀性的情况，如果合金层6的厚度超过lOOnm，则不能实现金的节省(减少金的使用量)，有成本升高的情况。另外，也可以将第一成分和Au成膜后进行热处理。如果进行热处理，则存在发生氧化和扩散，表层的Au的浓度下降、变得小于40质量％的情况。但是，如果存在从最表面向下层的厚度为3nm以上、Au为10%质量％以上且小于40质量％的区域，则不锈钢材料成分不能扩散至表面层，发挥作为合金层的功能。应予说明，也可以在合金层6的表面形成Au单独层。Au单独层是通过XPS分析的 Au的浓度为75%以上的部分。<金属层>
金属层4是第1成分的单独层，在将合金层和中间层成膜时，第1成分的一部分扩散至不锈钢的氧化层而构成中间层，第1成分的一部分扩散至表面侧，与Au构成合金层，但没有通过扩散而消失、并残留的第1成分形成金属层4。因此，金属层4可以通过改变溅射条件 (溅射时间、功率)等来适当形成。但是，如果存在金属层4，则有耐腐蚀性劣化的倾向，因此金属层4的厚度优选为 5nm以下，更优选3nm以下，优选如第2实施方式或第3实施方式那样没有金属层。应予说明，金属层4中的金属、与合金层6中的第1成分可以为相同的元素，也可以为不同的元素，如果为相同元素，则制造简易。金属层4可以通过XPS分析来确认，通过XPS分析，将具有总计为50质量％以上的第1成分的部分的厚度作为金属层4的厚度。
优选合金层中Au的比例形成从下层侧向着上层侧而增加的梯度组成。其中，Au的比例(质量％)可以用上述XPS分析求得。合金层或Au单独层的厚度是XPS分析中的扫描距离的实际尺寸。如果使合金层为梯度组成，则在合金层的下层侧，与Au相比，易氧化性的第1成分的比例多，与不锈钢基材表面的键合变得牢固，同时在合金层的上层侧Au的特性变强，因此导电性和耐腐蚀性提高。<燃料电池用隔板材料的制造>
作为燃料电池用隔板材料的中间层的形成方法，可在不除去不锈钢基材的表面氧化膜的情况下，以第1成分作为靶对该基材进行溅射成膜，由此0与第1成分键合，形成中间层。 另外，还可以在除去不锈钢基材2的表面氧化膜后，以第1成分的氧化物作为靶进行溅射成膜、或在除去不锈钢基材2的表面氧化膜后，以第1成分作为靶在氧化气氛下进行溅射成膜，由此形成中间层。应予说明，也可以在溅射时，适当地除去不锈钢基基材的表面氧化膜，以清洁基材表面为目的进行反溅射(离子蚀刻)。反溅射例如可以在RF100W左右的功率、在氩压力为 0. 2Pa左右的条件下对基材照射氩气而进行。对于中间层的Au，通过例如用于形成以下合金层的Au溅射，使Au原子进入中间层，由此使其含在中间层内。另外，也可以使用含有第1成分和Au的合金靶，对不锈钢基材表面进行溅射成膜。<第2实施方式>
接着，对于本发明的第2实施方式的燃料电池用隔板材料进行说明。如图2所示，第2 实施方式的燃料电池用隔板材料是在不锈钢基材2的表面形成中间层加、并在中间层加上形成合金层6而成的。不锈钢基材2和合金层6与第1实施方式相同，因此省略说明。第2实施方式的燃料电池用隔板材料为不存在第1实施方式中的金属层4的状态，与第1实施方式相比，耐腐蚀性优异。在第2实施方式中，由于不存在金属层4，因此中间层加的表层侧的0浓度高。并且，即使试图在这样的中间层加上将Au成膜来形成合金层(或Au单独层)，也存在难以得到充分的附着性的倾向。另外，即使是在这样的中间层加上可将Au成膜的情况，也有下述倾向虽然Au向中间层扩散，使中间层自身变厚，但不能充分地确保合金层的厚度，而使合金层6的耐腐蚀性降低。因此，优选在Au浓度为30质量％的深度的区域中的0浓度为40质量％以下。这里，上述区域通常包含于中间层中，但如果存在金属层4，则存在上述区域所属的层也发生变化的情况，因此规定为“区域”。该区域表示中间层(或金属层)与合金层的边界附近，因此在与合金层的界面部分，0浓度减少，合金层6的附着性、导电性难以劣化。例如，在第2 实施方式中，上述区域表示中间层加的表层附近，在与合金层6的边界，中间层加表面的 0浓度减少，产生合金层6的附着性、导电性难以劣化的效果。在第2实施方式中，与第1实施方式同样地，也优选合金层的厚度为1 lOOnm。<第3实施方式>
接着，对于本发明的第3实施方式的燃料电池用隔板材料进行说明。如图3所示，第3
8实施方式的燃料电池用隔板材料在不锈钢基材2的表面经由中间层加形成合金层6，并在合金层6的表面形成Au单独层8。不锈钢基材2和合金层6与第1实施方式相同，因此省略说明。Au单独层8可以通过改变溅射条件(溅射时间、功率)等来适当地形成。应予说明，也可以将第1和第3实施方式的层构成组合，制成在不锈钢基材2的表面经由中间层加依次形成金属层4、合金层6、Au单独层8的层结构。根据本发明的实施方式的燃料电池用隔板材料，可以在不锈钢上牢固且均勻地形成Au (合金)层，由于该层具有导电性和耐腐蚀性，因此适宜作为燃料电池用隔板材料。另外，根据本发明的实施方式，如果将Au (合金)层进行溅射成膜，则该层形成均勻的层，因此与湿式的镀金相比，存在表面变得平滑，不浪费地使用Au，以及由于中间层存在0而使耐腐蚀性提高的优点。在本发明的燃料电池用隔板中，优选采用加压加工预先在上述不锈钢基材形成反应气体流路和/或反应液体流路。这样，在后续工序中不需要形成反应气体流路(反应液体流路)，对形成中间层或合金层等之前的不锈钢基材进行加压加工，由于可以容易地形成反应气体流路(反应液体流路)，因此能够提高生产率。另外，在本发明的燃料电池用隔板中，也可以对于在不锈钢基材表面形成了合金层或Au单独层的燃料电池用隔板材料，在之后通过加压加工来形成反应气体流路和/或反应液体流路。对于本发明的燃料电池用隔板材料，由于合金层或Au单独层牢固地附着于不锈钢基材表面，因此即使在被膜形成后进行加压加工，也可以在被膜不被剥离的情况下形成反应气体流路(反应液体流路)，生产率得到提高。应予说明，为了进行用于形成反应气体流路(反应液体流路)的加压加工，作为燃料电池用隔板材料，优选使不锈钢基材的厚度为50 μ m以上。不锈钢基材的厚度的上限没有限定，从成本的角度考虑，理想的是为200 μ m以下。〈燃料电池用组〉
本发明的燃料电池用组使用本发明的燃料电池用隔板材料、或者本发明的燃料电池用隔板来形成。
实施例〈试样的制作〉
作为不锈钢基材使用厚度为100 μ m的不锈钢材料(SUS316L)。接着，在不锈钢基材的不锈钢氧化物层的表面，使用溅射法分别将Cr (金属膜)成膜，以形成预定目标的厚度。应予说明，溅射时，也可以以清洁基材表面为目的进行反溅射 (离子蚀刻)。分别将纯Cr用于靶。接着，使用溅射法将Au成膜，以形成预定目标的厚度， 制作实施例1 12的试样。将纯Au用于靶。作为比较例12、13、14，溅射时各自仅将Au膜、Cr膜进行成膜。作为比较例15，将溅射时的Cr膜的目标厚度减少至0.5nm来成膜。作为比较例 16，将溅射时的Au膜的目标厚度减少至2nm来成膜。目标厚度如下进行确定。首先，预先在铜箔材料上利用溅射将对象物(例如Cr)成膜，用荧光X射线膜厚计(Seiko Instruments制SEA5100、准直仪0. ΙπιπιΦ)测定实际的厚度，掌握该溅射条件下的溅射速率(nm/min)。并且，基于溅射速率，计算形成Inm厚度的溅射时间，在该条件下进行溅射。应予说明，使用铜作为确定目标厚度时的基材的原因在于， 如果基材为不锈钢，则由于在基材中也存在Cr，因而不能求得正确的Cr量。Cr和Au的溅射使用株式会社TWW^夕制的溅射装置，在功率为DC50W、氩压力为0. 2Pa的条件下进行。<层结构的测定>
对于所得的试样，通过XPS分析的深度(D印th)剖面，分析Au，第一成分(该实施例中为Cr)，0，Fe和Ni的浓度，由此测定层结构。XPS使用了 W ” ^ r ^株式会社制5600MC,使用极限真空度:6. 5X10_8Pa、激发源单色化A1K、功率300W、检测面积 800μπιΦ、入射角45度、飞离角45度、无中和枪的条件。另外，在以下的溅射条件下进行测定 离子种类Ar+
加速电压3kV
扫描区域3mmX3mm
速率3. 7nm/min (SiO2 换算)。应予说明，采用XPS的浓度检测以指定元素的合计为100质量％，来分析各元素的浓度(质量％)。另外，在XPS分析中在厚度方向上为Inm的距离是指由XPS分析得到的曲线图(图4)的横轴的距离(以SW2换算计的距离)。图4表示实施例6的截面的XPS图像。可知在不锈钢基材2的表面，存在Cr :20质量％以上、0 :20质量％以上且小于50 质量％的中间层2a，另外存在从最表面向下层的厚度为Inm以上、含有40质量％以上的Au 的合金层6。图5表示实施例12的截面的XPS图像。对于实施例12，在将Au膜和Cr膜进行成膜后，进行160°C ΧΜ. 6小时热处理这一方面与其它实施例不同。应予说明，160°C X24. 6 小时的热处理是假定作为燃料电池使用40万小时(约40年)的状态。根据图5可知，Au 为10%质量％以上且小于40质量％的区域形成了 3nm以上的厚度(相当于中间层)。< 评价 >
对于各试样，进行以下的评价。A.附着性
在各试样的最表层的合金层以Imm的间隔画出棋盘的网格后，贴附胶带，进而将各试验片弯曲180°并恢复至原来的状态，进行将弯曲部分的胶带急速且强力地撕下的剥离试验。将完全没有剥离的情况记作〇，将目视确认有一部分剥离的情况记作X。B.接触电阻和耐腐蚀性
接触电阻的测定利用在试样整个面施加荷重的方法来进行。首先，在40X 50mm的板状试样的一侧层叠碳纸，进一步地在该试样和碳纸的外侧各自层叠Cu/Ni/Au板。Cu/Ni/Au板是在厚度为IOmm的铜板上镀敷1. 0 μ m厚的Ni底材、并在Ni层上镀敷0. 5 μ m的Au而成的材料，Cu/Ni/Au板的镀Au面以与试样、碳纸相接的方式配置。进一步地，在Cu/Ni/Au板的外侧各自配置〒7 α > (注册商标)板，从各亍7 口^ (注册商标)板的外侧利用测力传感器在压缩方向施加lOkg/cm2的荷重。在该状态下， 在2片Cu/Ni/Au板之间流过电流密度为lOOmA/cm2的恒定电流时，用4端子法测定Cu/Ni/ Au板间的电阻。另外，在利用以下4个条件将试样浸渍于水溶液中的耐腐蚀试验的前后分别进行接触电阻的测定。条件1 硫酸水溶液(浴温80°C、浓度0. 5g/L、浸渍时间240小时) 条件2:甲醇水溶液(浴温80°C、浓度400g/L、浸渍时间240小时) 条件3:甲酸水溶液A (浴温80°C、浓度lg/L、浸渍时间240小时) 条件4:甲酸水溶液B (浴温80°C、浓度9g/L、浸渍时间240小时)
应予说明，对于DMFC的情况，在条件1 (通常的固体高分子形燃料电池的耐腐蚀性试验条件)中附加条件2 4，与通常的固体高分子形燃料电池相比，应评价的耐腐蚀性试验环境变多。另外，燃料电池用隔板所要求的代表的特性有低接触电阻(ΙΟπιΩ cm2以下)、在使用环境下的耐腐蚀性(耐腐蚀试验后也为低接触电阻，没有有害离子的溶出(S 0. 1 mg/ L))这两个。应予说明，离子的溶出用ICP进行分析。结果示于表1 表3。应予说明，表1中，中间层的厚度、最表层的厚度、金属层厚度均为对于3个位置进行XPS分析所得值的平均值。[表1]
权利要求
1.燃料电池用隔板材料，其在不锈钢基材的表面形成有包含选自Al、Cr、Co、Ni、Cu、 Mo、Sn和Bi中的至少1种以上的金属的第1成分与Au的合金层、或Au单独层，在上述合金层或上述Au单独层与上述不锈钢基材之间，存在含有20质量％以上的上述第1成分、且含有20质量％以上且小于50质量％的0的中间层，在上述合金层或上述Au单独层中，具有从最表面向下层的厚度为Inm以上且Au为40 质量％以上的区域、或从最表面向下层的厚度为3nm以上且Au为10质量％以上且小于40 质量％的区域，或者上述Au单独层的厚度为Inm以上。
2.权利要求1所述的燃料电池用隔板材料，其中，上述中间层作为Inm以上的层而存在。
3.权利要求1或2所述的燃料电池用隔板材料，其中，在上述合金层与上述中间层之间，形成有5nm以下的含有50质量％以上的上述第1成分的金属层、或者未形成上述金属层。
4.权利要求1 3中任一项所述的燃料电池用隔板材料，其中，上述合金层中的Au的含量比例从基材侧向着表面侧而增加。
5.权利要求1 4中任一项所述的燃料电池用隔板材料，其中，在上述合金层的最表面形成有Au单独层。
6.权利要求1 5中任一项所述的燃料电池用隔板材料，其用于固体高分子形燃料电池。
7.权利要求6所述的燃料电池用隔板材料，其用于直接甲醇型固体高分子形燃料电池。
8.燃料电池用隔板，其是使用了权利要求1 7中任一项所述的燃料电池用隔板材料的燃料电池用隔板，其由在上述不锈钢基材上预先利用加压加工形成反应气体流路和/或反应液体流路后，再形成上述合金层或Au单独层而成。
9.燃料电池用隔板，其是使用了权利要求1 7中任一项所述的燃料电池用隔板材料的燃料电池用隔板，其由在上述不锈钢基材上形成上述合金层或Au单独层后，再利用加压加工形成反应气体流路和/或反应液体流路而成。
10.燃料电池组，其使用了权利要求1 7中任一项所述的燃料电池用隔板材料，或者权利要求8或9所述的燃料电池用隔板。
11.权利要求1 7中任一项所述的燃料电池隔板用材料的制造方法，其中，通过干式镀敷在不锈钢基材表面被覆Inm以上的上述第1成分后，通过干式镀敷被覆Inm以上的Au 或Au合金。
12.权利要求11所述的燃料电池隔板用材料的制造方法，其中，上述干式镀敷是溅射法。
全文摘要
本发明提供可在钛基材表面牢固且均匀地形成Au层或含有Au的层，且能够确保燃料电池用隔板所要求的导电性、耐腐蚀性和耐久性的燃料电池用隔板材料。燃料电池用隔板材料，其在不锈钢基材2的表面形成了包含选自Al、Cr、Co、Ni、Cu、Mo、Sn和Bi中的至少1种以上的金属的第1成分与Au的合金层6、或Au单独层8，在合金层或Au单独层与不锈钢基材之间，存在含有20质量％以上的第1成分、且含有20质量％以上且小于50质量％的O的中间层2a，在合金层或Au单独层中，具有从最表面向下层的厚度为1nm以上且Au为40质量%以上的区域、或从最表面向下层的厚度为3nm以上且Au为10质量%以上且小于40质量％的区域，或者Au单独层的厚度为1nm以上。
文档编号H01M8/10GK102257664SQ20098015100
公开日2011年11月23日 申请日期2009年12月10日 优先权日2008年12月19日
发明者涩谷义孝 申请人:Jx日矿日石金属株式会社