CN110391434B - 燃料电池隔离件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供耐腐蚀性优异、导电性优异的燃料电池隔离件。所述燃料电池隔离件在基材上具有含有掺锑氧化锡和掺锡氧化铟的复合膜，上述复合膜中的锡与铟的元素比(Sn/In)为1.4以下。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池隔离件。
背景技术
作为用于燃料电池的隔离件，已知通过压制加工等而形成的具有凹凸形状的隔离件。该隔离件被配置在成为单电池单元的膜电极接合体的气体扩散层上，气体扩散层侧的面构成形成反应气体等的流路的气体面，另一面构成形成冷却水等的流路的冷却面。该隔离件通常还具有导电性，以获取从单电池单元得到的电力。
另外，要求隔离件对膜电极接合体中产生的氢氟酸系酸等具有耐腐蚀性。
日本特开2007－26868号公报公开了一种燃料电池，其是在固体电解质膜的电极面和隔离件的层叠构造中设置有集电部的燃料电池，在隔离件的与集电部的电极面的接触部形成有氧化铟的被膜。
本发明人为了抑制作为稀有金属的铟的使用量，对使用掺锑氧化锡(ATO)进行了研究。然而，ATO膜与氧化铟膜相比，导电性低。而且，ATO膜的耐腐蚀性较低，基材成分有时因渗透的酸等而附着在ATO膜上，导电性有时会进一步降低。
发明内容
本发明是鉴于这样的实际情况而完成的，其目的在于提供耐腐蚀性优异、导电性优异的燃料电池隔离件。
本实施方式所涉及的第一燃料电池隔离件在基材上具有含有掺锑氧化锡和掺锡氧化铟的复合膜，上述复合膜中的锡与铟的元素比(Sn/In)为1.4以下。
本实施方式所涉及的第二燃料电池隔离件在基材上依次具有复合膜和掺锡氧化铟膜，所述复合膜含有掺锑氧化锡和掺锡氧化铟，上述复合膜中的锡与铟的元素比(Sn/In)为1.4以下。
本实施方式所涉及的第三燃料电池隔离件在基材上依次具有掺锑氧化锡膜和掺锡氧化铟膜。
根据本发明，能够提供耐腐蚀性优异、导电性优异的燃料电池隔离件。
根据下文给出的详细描述以及附图将更全面地理解本发明的上述和其他目的、特征和优点，其中详细描述和附图仅通过说明的方式给出，因此不应视为限制本发明。
附图说明
图1是表示本实施方式的燃料电池隔离件的一个例子的示意性截面图。
图2是表示本实施方式的燃料电池隔离件的使用状态的一个例子的示意性截面图。
图3是表示燃料电池隔离件的接触的一个例子的示意性截面图。
图4是表示复合膜中的锡和铟的元素比与耐腐蚀试验前的接触电阻的关系的图表。
图5是表示复合膜中的ATO的比率和复合膜上的ITO膜的有无、与耐腐蚀试验后的接触电阻的关系的图表。
图6是表示复合膜中的ATO的比率与耐腐蚀试验前的接触电阻的关系的图表。
具体实施方式
参照图1，对本实施方式的燃料电池隔离件的概要进行说明。图1的例子所示的燃料电池隔离件10在基材1上具有被膜(2以及3)。
如图2的例子所示，本实施方式的燃料电池隔离件10被配置为气体面4侧与膜电极接合体20所具有的气体扩散层对置，形成气体流路，并且具有用于获取从膜电极接合体20得到的电力的导电性。
燃料电池为了获得所需的电压，通常以层叠上述膜电极接合体20而成的堆叠方式使用。如图3的例子所示，在堆叠膜电极接合体20的情况下，燃料电池隔离件10的冷却面5的至少一部分接触，构成接触部6。
在本实施方式的第一燃料电池隔离件中，上述被膜(2以及3)是含有掺锑氧化锡和掺锡氧化铟的复合膜，该复合膜中的锡与铟的元素比(Sn/In)为1.4以下。第一燃料电池隔离件通过使用这样的复合膜，能够获得在减少铟的使用量的同时导电性和耐腐蚀性优异的隔离件。
在本实施方式的第二燃料电池隔离件中，上述被膜(2以及3)是在上述第一燃料电池隔离件的复合膜上还具有ITO膜的层叠膜。通过成为在最表面具有ITO膜的层叠膜，能够获得在减少铟的使用量的同时耐腐蚀性更加优异的隔离件。
另外，在本实施方式的第三燃料电池隔离件中，上述被膜(2以及3)是在ATO膜上还具有ITO膜的层叠膜。通过成为在最表面具有ITO膜的层叠膜，能够获得在减少铟的使用量的同时耐腐蚀性优异的隔离件。
对构成隔离件的基材1的材质没有特别限定，能够从用作燃料电池隔离件的公知的材质中适当地选择而使用。作为一个例子，可举出塑料材料、金属基材等。从耐腐蚀性、导电性等方面来看，优选使用金属基材。对于金属基材的金属，作为一个例子，可举出铁、钛、铝、不锈钢等合金等，但并未特别限定。在耐腐蚀性方面，优选钛或者不锈钢，从取得的容易性等来看，优选不锈钢。在使用不锈钢的情况下，从导电性方面来看，优选除去表面的氧化被膜之后使用。
基材的形状能够根据燃料电池的设计等而形成任意的形状。对于隔离件的形状，作为一个例子，可举出具有能够在膜电极接合体20侧形成气体流路的气体面4、能够在该气体面4的相反侧的面形成制冷剂等的流路的冷却面5的形状。
基材的厚度只要在确保气体的阻隔性、导电性的范围内适当地选择即可，例如能够设为0.05mm～0.2mm，优选0.1mm。
在第一以及第二隔离件中，在基材上具有复合膜。该复合膜含有ATO和ITO，且锡与铟的元素比(Sn/In)为1.4以下。通过以这样的比率使用ATO和ITO，能够减少ITO的使用量，并且维持由高导电性的ITO粒子所带来的高导电性。另外，该复合膜优选在膜中含有30～60体积％的ATO。
虽然对形成上述复合膜的方法没有特别限定，但例如能够将氧化铟、氧化锡以及氧化锑以所希望的比例混合而成的烧结体作为靶，使用溅射法等进行成膜。另外，在第三隔离件中所使用的ATO膜只要在上述溅射法中将氧化锡和氧化锑以所希望之比例混合而成的烧结体用作靶即可。
应予说明，对掺锑氧化锡中的锑的比例没有特别限定，但例如能够设为0.2～10原子％(atm.％)。
另外，对掺锡氧化铟中的锡的比例没有特别限定，但例如能够设为0.2～10原子％。
对ATO膜或者复合膜的厚度没有特别限定，但从导电性以及耐腐蚀性方面看，优选设为0.1μm左右。
在第二以及第三隔离件中，在表层还具有ITO膜。ITO膜的成膜例如只要在上述溅射法中将氧化铟和氧化锡以所希望的比例混合而成的烧结体用作靶即可。
对ITO膜的厚度没有特别限定，但从减少铟的使用量并且提高耐腐蚀性的观点来看，可以为1～10nm左右，优选为5nm左右。
在本实施方式中，各被膜如图1所示可以形成在基材的两面，也可以仅形成在基材的气体面4侧，还可以仅形成在隔离件彼此接触的接触部6。从制造的容易性、导电性、基材的耐腐蚀性的方面来看，优选形成在基材的两面。
实施例
以下，举出实施例、比较例详细地说明本实施，但本实施并不仅限于以下的实施例。
[实施例1]
准备不锈钢(SUS447)板(厚度0.1mm)作为基材。
将上述基材设置于真空容器中，在真空条件下导入氩气，施加电压以使氩离子产生，轰击基材表面，从而除去表面的氧化被膜。
接下来，在真空容器中配置氧化铟·氧化锡·氧化锑混合烧结体作为靶，并将真空容器内排气。接着，向真空容器内导入氩气作为溅射气体，施加电压以使氩气撞击靶，由此使靶的原子飞出，并堆积在上述基材上，从而成膜。
获得的膜是掺杂3原子％的锑的掺锑氧化锡和掺杂4原子％的锡的掺锡氧化铟的复合膜。
改变靶中的各成分的比率，分别形成ATO的比率为30、40、50、60、70、80以及100体积％的复合膜或ATO膜。
[实施例2]
将实施例1中获得的具有复合膜或ATO膜的基材设置于真空容器中，配置氧化铟·氧化锡混合烧结体作为靶，利用与上述实施例1相同的溅射法，在复合膜或ATO膜上形成ITO膜。ITO膜的膜厚为5nm。
＜耐腐蚀试验＞
耐腐蚀试验通过依照日本工业标准的金属材料的电气化学高温腐蚀试验法(JISZ2294)的恒定电位腐蚀试验进行。
在80℃的硫酸水溶液中浸渍在上述实施例1以及2中获得的基材，并在该状态下使0.9V vs SHE(标准电极电位)的电位保持为恒定。以氟离子浓度成为3000ppm的方式使氟化钠(NaF)溶解于硫酸水溶液。试验时间为100小时。
＜接触电阻测定＞
在耐腐蚀试验前后的基材的掺锑氧化锡膜侧的面叠加镀金的铜板，在基材与铜板之间夹持碳纸(东丽制的TGP－H－120)，一边施加0.98MPa的压力一边在基材与铜板之间施加恒定电流，测定此时的掺锑氧化锡膜面与碳纸之间的电压值，计算出电阻值。
＜膜的元素比的测定＞
对于实施例的复合膜，分别利用X射线光电子能谱法(XPS)进行测定，计算出锡与铟的元素比(Sn/In)。将该元素比与耐腐蚀试验后的接触电阻的关系示于图4。
[结果的总结]
图6表示复合膜中的ATO的比率与耐腐蚀试验前的接触电阻的关系。观察到如果ATO的比率为70体积％以上则接触电阻恶化的趋势，但可知在ATO的含有率为60体积％以下的范围内，导电性的降低得到抑制，可获得在减少铟的同时导电性优异的隔离件。
图4表示复合膜中的锡和铟的元素比(Sn/In)与耐腐蚀试验前的接触电阻的关系。如图4所示，显示出在Sn/In为1.4以下的范围内，成为导电性优异的隔离件。
另外，图5表示复合膜中的ATO的比率和复合膜上的ITO膜的有无、与耐腐蚀试验后的接触电阻的关系。如图5所示，显示出通过在复合膜或者ATO膜上形成ITO膜从而获得耐腐蚀性优异的隔离件。
以上对本发明进行了详细描述，但显然本发明的各实施方式可以以许多方式进行改变。不应将这样的改变视为脱离本发明的精神和范围，并且对于本领域技术人员而言显然所有这样的修改都意图包括在本发明所要保护的范围内。
Claims (2)
1.一种燃料电池隔离件，在基材上具有复合膜，所述复合膜含有掺锑氧化锡和掺锡氧化铟，
所述复合膜中的锡与铟的元素比即Sn/In为1.4以下，
所述复合膜中的掺锑氧化锡为30～60体积％。
2.一种燃料电池隔离件，在基材上依次具有复合膜和掺锡氧化铟膜，所述复合膜含有掺锑氧化锡和掺锡氧化铟，
所述复合膜中的锡与铟的元素比即Sn/In为1.4以下，
所述复合膜中的掺锑氧化锡为30～60体积％。
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