钛制燃料电池隔板材及钛制燃料电池隔板材的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及用于燃料电池的铁制燃料电池隔板材及铁制燃料电池隔板材的制造 方法。
【背景技术】
[0002] 与干电池等原电池、铅蓄电池等充电电池不同，能够通过持续供给氨等燃料与氧 等氧化剂而持续获取电力的燃料电池的发电效率高，且不大受系统规模的大小的影响，并 且噪声、振动也少。因此燃料电池作为覆盖各种用途和规模的能源而备受期待。作为燃料电 池，具体而言，开发了固体高分子型燃料电池(PEFC)、碱电解质型燃料电池(AFC)、憐酸型燃 料电池(PAFC)、烙融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体氧化物型燃料电池(SOFC)、生物燃料电 池等。其中，面向燃料电池汽车、家庭用热电联产系统、移动电话或个人计算机等便携设备， 不断开发固体高分子型燃料电池。
[0003] 固体高分子型燃料电池（W下称作燃料电池)通过W将固体高分子电解质膜用阳 极和阴极夹持的部件作为单电池、并隔着形成有成为气体(氨、氧等）的流路的沟槽的隔板 (也称作双极板)将上述单电池重叠多个而构成。
[0004] 隔板还是用于将燃料电池中产生的电流取出至外部的部件，因此应用接触电阻 (因界面现象而在电极与隔板表面之间产生电压降的情况。）低的材料。另外，由于燃料电池 的内部为抑2~4左右的酸性环境，因此对隔板要求高耐腐蚀性，并且还要求在该酸性环境 的使用中长期维持上述的低接触电阻(导电性)的特性。
[0005] 作为满足运些要求的材料，碳备受注目，并且对碳在隔板中的应用进行了研究。具 体而言，对通过磨削石墨粉末的成形体而制造或者由石墨和树脂的混合物成形体形成的碳 制的隔板(例如专利文献1~3)、使包含铁或不诱钢等金属材料的基材附着碳粒子(例如专 利文献4~7)或者W化学气相生长(CVD)法等形成碳膜的隔板进行了研究。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[000引专利文献1:日本特开平10-3931号公报
[0009] 专利文献2:日本专利第4075343号公报
[0010] 专利文献3:日本特开2005-162550号公报
[0011] 专利文献4:日本专利第3904690号公报
[0012] 专利文献5:日本专利第3904696号公报
[0013] 专利文献6:日本专利第4886885号公报
[0014] 专利文献7:日本专利第5108986号公报
【发明内容】
[0015] 发明要解决的技术问题
[0016] 燃料电池隔板有时会在进行成为隔板的加工之际或装入电池之际的操作时使材 料彼此发生摩擦，此时担屯、在形成于隔板表面的导电层(碳系导电层)产生伤痕等。另外，在 装入电池后边对隔板表面加压边使其与构成气体扩散层的复写纸接触，尤其在用于车载用 途的情况下，有可能因伴随行驶的振动而在形成于隔板表面的导电层与复写纸之间产生摩 擦。此时，若导电层容易摩耗，则随着使用时间变长，隔板与复写纸之间的电阻提高，导致燃 料电池的发电性能降低。
[0017] 因此，对燃料电池隔板的隔板材要求导电性、耐久性(导电耐久性:长期维持导电 性的性质），并且还要求耐摩耗性。
[0018] 然而，专利文献1~7中公开的技术并非考虑了上述实际情况的技术，无法充分应 对有关耐摩耗性等的需求，存在改善的余地。
[0019] 本发明鉴于上述的问题而完成，其技术问题在于提供导电性及耐久性优异、并且 耐摩耗性也优异的铁制燃料电池隔板材及铁制燃料电池隔板材的制造方法。
[0020] 用于解决技术问题的手段
[0021] 发明人等进行了深入研究，结果发现通过在铁制燃料电池隔板材的基材表面形成 呈2层结构的碳系导电层(碳层、导电性树脂层）、将碳层的覆盖率设定为规定值W上、并且 将导电性树脂层的树脂限定为规定的树脂而使导电性及耐久性优异、并且耐摩耗性也优 异，从而完成本发明。
[0022] 予W说明，发明人等进行了深入研究，结果还发现:通过在碳层形成工序、导电性 树脂层形成工序之后进行冲压成形工序，或者在碳层形成工序、冲压成形工序之后进行导 电性树脂层形成工序，从而能够降低冲压成形后的处理时碳系导电层(碳层、导电性树脂 层)剥离的可能性，并且能够长期维持高导电性。
[0023] 为了解决上述技术问题，本发明的铁制燃料电池隔板材，其特征在于，其是在由纯 铁或铁合金构成的基材表面上形成有碳系导电层的铁制燃料电池隔板材，上述碳系导电层 呈2层结构，上述碳系导电层中靠近上述基材侧的层为碳层，远离上述基材侧的层为导电性 树脂层，上述碳层包含石墨，并且上述碳层的覆盖率为40 % W上，上述导电性树脂层包含碳 粉和树脂，并且上述树脂为选自丙締酸类树脂、聚醋树脂、醇酸树脂、聚氨醋树脂、娃酬树 月旨、酪醒树脂、环氧树脂、氣树脂中的1种W上的树脂。
[0024] 运样，本发明的铁制燃料电池隔板材具备呈碳层和导电性树脂层2层结构的碳系 导电层，因此该碳系导电层可W提高隔板材的导电性及耐久性。而且，由于导电性树脂层发 挥作为保护膜的作用，因此与具备仅1层导电层的隔板材相比，可W进一步提高耐摩耗性。
[0025] 本发明的铁制燃料电池隔板材优选使上述碳层的覆盖率为40% W上且80% W下。
[0026] 运样，就本发明的铁制燃料电池隔板材而言，由于基材上的碳层的覆盖率为规定 值W下，因此即使在实施制造隔板材时的冲压成形加工后，自然也会抑制导电性降低，而且 还会抑制耐摩耗性、密合性的降低。
[0027] 本发明的铁制燃料电池隔板材优选在上述基材与上述碳层之间形成包含碳化铁 的中间层。
[0028] 运样，本发明的铁制燃料电池隔板材通过在基材与碳层之间形成中间层，从而可 W提高基材与碳层的密合性。结果可W降低包含碳层的碳系导电层剥离的可能性。
[0029] 本发明的铁制燃料电池隔板材优选使上述导电性树脂层的厚度为0.1~20WI1。
[0030] 运样，本发明的铁制燃料电池隔板材通过将导电性树脂层的厚度规定为规定的范 围，从而可W确保耐摩耗性提高运样的效果，并且可W防止电阻值的大幅增加，成为适合作 为隔板材的方式。
[0031] 本发明的铁制燃料电池隔板材的制造方法，其特征在于，其包括:碳层形成工序， 在由纯铁或铁合金构成的基材表面上形成包含石墨的碳层;和导电性树脂层形成工序，在 在上述碳层形成工序之后，在形成有上述碳层的上述基材形成包含碳粉和树脂的导电性树 脂层，上述碳层的覆盖率为40% W上，上述导电性树脂层的上述树脂为选自丙締酸类树脂、 聚醋树脂、醇酸树脂、聚氨醋树脂、娃酬树脂、酪醒树脂、环氧树脂、氣树脂中的巧巾W上的树 脂。
[0032] 运样，本发明的铁制燃料电池隔板材的制造方法通过包括碳层形成工序和导电性 树脂层形成工序，从而可W在基材上形成呈碳层和导电性树脂层2层结构的碳系导电层。结 果可W制造通过碳系导电层提高了导电性及耐久性的铁制燃料电池隔板材。而且，由于导 电性树脂层发挥作为保护膜的作用，因此可W制造与具备仅1层导电层的隔板材相比耐摩 耗性得到进一步提高的铁制燃料电池隔板材。
[0033] 本发明的铁制燃料电池隔板材的制造方法优选使上述碳层的覆盖率为40% W上 且80%W下。
[0034] 运样，本发明的铁制燃料电池隔板材的制造方法由于使基材上的碳层的覆盖率为 规定值W下，因此可W制造即使在实施制造隔板材时的冲压成形加工后也会抑制导电性降 低，而且当然还会抑制耐摩耗性、密合性降低的铁制燃料电池隔板材。
[0035] 本发明的铁制燃料电池隔板材的制造方法优选包括在上述导电性树脂层形成工 序之后将上述基材W200~550°C进行热处理的热处理工序。
[0036] 运样，本发明的铁制燃料电池隔板材的制造方法由于在导电性树脂层形成工序之 后包括热处理工序，因此能够将导电性树脂层的最表面的树脂部分分解除去，由此可W抑 制由导电性树脂层的树脂比率高所致的接触电阻的上升。结果可W制造接触电阻得到进一 步降低的铁制燃料电池隔板材。
[0037] 本发明的铁制燃料电池隔板材的制造方法优选包括在上述碳层形成工序与上述 导电性树脂层形成工序之间将上述基材在非氧化气氛下W300~85(TC进行热处理的热处 理工序。
[0038] 运样，本发明的铁制燃料电池隔板材的制造方法由于在碳层形成工序与导电性树 脂形成工序之间包括热处理工序，因此可W在基材与碳层之间形成中间层，并且可W提高 基材与碳层的密合性。其结果可W制造使包含碳层的碳系导电层剥离的可能性得到降低的 铁制燃料电池隔板材。
[0039] 本发明的铁制燃料电池隔板材的制造方法，其特征在于，其包括:碳层形成工序， 在由纯铁或铁合金构成的基材表面上形成包含石墨的碳层；导电性树脂层形成工序，在上 述碳层形成工序之后，在形成有上述碳层的上述基材上形成包含碳粉和树脂的导电性树脂 层;和冲压成形工序，在上述导电性树脂层形成工序之后，将形成有上述碳层及上述导电性 树脂层的上述基材进行冲压成形形成气体流路，上述碳层的覆盖率为40% W上，上述导电 性树脂层的上述树脂为选自丙締酸类树脂、聚醋树脂、醇酸树脂、聚氨醋树脂、娃酬树脂、酪 醒树脂、环氧树脂、氣树脂中的1种W上的树脂。
[0040] 运样，本发明的铁制燃料电池隔板材的制造方法由于在碳层形成工序、导电性树 脂层形成工序之后进行冲压成形工序，因而导电性树脂层在冲压成形时发挥保护层的作 用，因此在冲压成形时可W回避碳层的剥离?脱落。而且，形成于基材的碳层和导电性树脂 层运2层使导电性及耐久性(导电耐久性:长期维持导电性的性质)提高，并且导电性树脂层 使冲压成形后的处理时碳系导电层(碳层、导电性树脂层)剥离的可能性降低。
[0041] 本发明的铁制燃料电池隔板材的制造方法优选使上述碳层的覆盖率为40% W上 且80%W下。
[0042] 运样，本发明的铁制燃料电池隔板材的制造方法由于基材上的碳层的覆盖率为规 定值W下，因此可W制造即使实施制造隔板材时的冲压成形加工后，自然也会抑制导电性 降低，而且还会抑制耐摩耗性、密合性降低的铁制燃料电池隔板材。
[0043] 本发明的铁制燃料电池隔板材的制造方法优选包含在上述冲压成形工序之后将 上述基材W200~550°C进行热处理的热处理工序。
[0044] 运样，本发明的铁制燃料电池隔板材的制造方法由于在冲压成形工序之后进行热 处理工序，因此可W将导电性树脂层的最表面的树脂部分分解除去，因而可W抑制由导电 性树脂层的树脂比率高所致的接触电阻的上升。结果可W制造接触电阻得到进一步降低的 铁制燃料电池隔板材。
[0045] 本发明的铁制燃料电池隔板材的制造方法优选包含在上述碳层形成工序与上述 导电性树脂层形成工序之间将上述基材在非氧化气氛下W300~85(TC进行热处理的热处 理工序。
[0046] 运样，本发明的铁制燃料电池隔板材的制造方法由于在碳层形成工序与导电性树 脂层形成工序之间包含热处理工序，因此可W在基材与碳层之间形成包含碳化铁的中间 层。结果可W制造基材与碳层的密合性提高、并且碳层及导电性树脂层剥离的可能性得到 降低的铁制燃料电池隔板材。
[0047] 本发明的铁制燃料电池隔板材的制造方法，其特征在于，其包括:碳层形成工序， 在由纯铁或铁合金构成的基材表面上形成包含石墨的碳层;冲压成形工序，在上述碳层形 成工序之后，将形成有上述碳层的上述基材进行冲压成形形成气体流路;和导电性树脂层 形成工序，上述冲压成形工序之后，在形成有上述碳层且被上述冲压成形的上述基材形成 包含碳粉和树脂的导电性树脂层，上述碳层的覆盖率为40% W上，上述导电性树脂层的上 述树脂为选自丙締酸类树脂、聚醋树脂、醇酸树脂、聚氨醋树脂、娃酬树脂、酪醒树脂、环氧 树脂、氣树脂中的1种W上的树脂。
[0048] 运样，本发明的铁制燃料电池隔板材的制造方法在冲压成形工序之后进行导电性 树脂层形成工序，倘若在冲压成形时碳层不能完全追随基材的变形，碳层万一发生破裂，即 便如此，之后通过W进行层叠的方式形成导电性树脂层，也可W使该层覆盖碳层的破裂部 分而对其保护。而且，形成于基材的碳层和导电性树脂层运2层使导电性及耐久性(导电耐 久性:长期维持导电性的性质)提高，并