DE102019109106A1

DE102019109106A1 - Brennstoffzellenseparator, antimondotiertes Zinnoxid, Verfahren zu dessen Herstellung und Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenseparators

Info

Publication number: DE102019109106A1
Application number: DE102019109106.3A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Takata
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2019-04-08
Publication date: 2019-10-24
Also published as: JP2019192437A; JP7020269B2; CN110391433B; CN110391433A; US20190326609A1; US11165069B2

Abstract

Es wird ein Brennstoffzellenseparator mit hoher Korrosionsbeständigkeit und elektrischer Leitfähigkeit bereitgestellt. Dieser Brennstoffzellenseparator beinhaltet auf einem Substrat einen antimondotierten Zinnoxidfilm mit einer Alkylgruppe, die mit zumindest einem Fluoratom substituiert ist, wobei ein Elementverhältnis von Fluor zu Zinn (F/Sn) in dem Film 3 oder mehr und 7 oder weniger beträgt.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Brennstoffzellenseparator, ein antimondotiertes Zinnoxid, ein Verfahren zu dessen Herstellung und ein Verfahren zur Herstellung des Bren nstoffzellensepa rators.
Ein Separator, der für eine Brennstoffzelle verwendet wird, die eine konkav-konvexe Form aufweist, die durch Pressen oder dergleichen gebildet wird, ist bekannt. Dieser Separator ist auf einer Gasdiffusionsschicht einer Membranelektrodenanordnung angeordnet, die eine Einheitszelle bildet. Eine Oberfläche dieses Separators auf der Seite der Gasdiffusionsschicht bildet eine Gasoberfläche, die einen Strömungsweg von reaktivem Gas oder dergleichen bildet, und eine andere Oberfläche davon bildet eine Kühloberfläche, die einen Strömungsweg von Kühlwasser oder dergleichen bildet. Darüber hinaus weist dieser Separator typischerweise eine elektrische Leitfähigkeit auf, um elektrische Energie von der Einheitszelle zu beziehen.
Weiterhin ist es erforderlich, dass der Separator Korrosionsbeständigkeit gegenüber Flusssäure-basierte Säure aufweist, die in der Membranelektrodenanordnung entsteht.
Die JP 2008 - 021 647 A offenbart ein Verfahren zum Abscheiden einer elektrisch leitfähigen und hydrophilen Schicht auf einem bipolaren Plattensubstrat für eine Brennstoffzelle, welche einem Separator entspricht. Laut JP 2008 - 021 647 A wird der Wassertransport durch das Abscheiden einer hydrophilen Schicht verbessert. Wenn die Oberfläche des Separators wie in JP 2008 - 021 647 A hydrophil gemacht wird, dringt jedoch leicht Säure in den Separator ein, was zu einer Verringerung der Korrosionsbeständigkeit des Separators führen kann.
Die JP 2007 - 311 137 A offenbart einen Separator für eine Brennstoffzelle, der einen Edelmetallbeschichtungsfilm, der auf einer Oberfläche eines aus Edelstahl hergestellten Separatorsubstrats gebildet ist, und einen kohlenstoffhaltigen Beschichtungsfilm, der auf dem Edelmetallbeschichtungsfilm durch ein Aerosolabscheidungsverfahren gebildet ist, beinhaltet, als Separator für eine Brennstoffzelle mit niedrigem Oberflächenwiderstand, niedrigem Durchgangswiderstand und Korrosionsbeständigkeit mit der Fähigkeit einer stark sauren Atmosphäre widerstehen zu können.
ZUSAMMENFASSUNG
Da in dem in JP 2007 -311 137 A offenbarten Verfahren der Edelmetallbeschichtungsfilm gebildet wird, sind die Herstellungskosten hoch. Da die Produktivität des vorgenannten Verfahrens zur Bildung des kohlenstoffhaltigen Beschichtungsfilms auf dem Edelmetallbeschichtungsfilm gering ist, wurden produktivere Verfahren gefordert.
Die vorliegende Offenbarung wurde angesichts der vorgenannten Umstände getätigt und zielt darauf ab, einen Brennstoffzellenseparator mit hoher Korrosionsbeständigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit, ein Verfahren zu dessen Herstellung, ein antimondotiertes Zinnoxid, das für die Herstellung des Brennstoffzellenseparators geeignet ist, und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen.
Ein Brennstoffzellenseparator gemäß dieser Ausführungsform beinhaltet auf einem Substrat einen antimondotierten Zinnoxidfilm, der eine Alkylgruppe aufweist, die mit zumindest einem Fluoratom substituiert ist, wobei ein Elementverhältnis von Fluor zu Zinn (F/Sn) in dem Film 3 oder mehr und 7 oder weniger beträgt.
Ein antimondotiertes Zinnoxid gemäß dieser Ausführungsform beinhaltet eine Teilstruktur, die durch die folgende Formel (1) dargestellt ist:

In der allgemeinen Formel (1) stellt R¹ eine Alkylgruppe dar, die mit einem Halogenatom substituiert sein kann, R² ist ein Substituent, der durch -O-Sn oder -O-C(=O)-R¹ dargestellt ist, und n ist eine ganze Zahl, die gleich oder größer als 1 ist. Wenn es eine Mehrzahl von R¹ und eine Mehrzahl von R² gibt, kann die Mehrzahl von R¹ und die Mehrzahl von R² gleich oder verschieden voneinander sein. Allerdings ist zumindest ein Fluoratom in der durch die Formel (1) dargestellten Struktur beinhaltet.
Ein Verfahren zur Herstellung eines antimondotierten Zinnoxids gemäß dieser Ausführungsform beinhaltet das Mischen von Alkylsäure, die mit zumindest einem Fluoratom substituiert ist, Zinnchlorid und Antimonchlorid in Wasser.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenseparators gemäß dieser Ausführungsform, der auf einem Substrat einen antimondotierten Zinnoxidfilm, der eine Alkylgruppe beinhaltet, die mit zumindest einem Fluoratom substituiert ist, beinhaltet, wird bereitgestellt, wobei ein Elementverhältnis von Fluor zu Zinn (F/Sn) in dem Film 3 oder mehr und 7 oder weniger beträgt, wobei das Verfahren umfasst: Herstellen von Teilchen des antimondotierten Zinnoxids gemäß dieser Ausführungsform; und Sprühen der Teilchen auf das Substrat und Bilden eines Films durch Aerosolabscheidung.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, einen Brennstoffzellenseparator mit hoher Korrosionsbeständigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit, ein Verfahren zu dessen Herstellung, ein antimondotiertes Zinnoxid, das für die Herstellung des Brennstoffzellenseparators geeignet ist, und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen.
Die vorgenannten und andere Objekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch die nachstehende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen, die nur zur Veranschaulichung angegeben sind, besser verstanden und sind daher nicht als Einschränkung der vorliegenden Offenbarung zu verstehen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel für einen Brennstoffzellenseparator gemäß dieser Ausführungsform zeigt;
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel für einen Nutzungszustand des Brennstoffzellenseparators gemäß dieser Ausführungsform zeigt;
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel für einen Kontakt von Brennstoffzellenseparatoren zeigt; und
4 ist ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen einem Elementverhältnis von Fluor zu Zinn (F/Sn) in einem Film und dem Durchgangswiderstand nach einem Antikorrosionstest zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Umriss eines Brennstoffzellenseparators gemäß dieser Ausführungsform erläutert. Ein Brennstoffzellenseparator 10, wie im Beispiel von 1 gezeigt, beinhaltet antimondotierte Zinnoxid (ATO)-Filme (2 und 3) auf einem Substrat 1.
Der Brennstoffzellenseparator 10 gemäß dieser Ausführungsform beinhaltet, wie im Beispiel von 2 gezeigt, Gasoberflächen 4, die an einer in einer Membranelektrodenanordnung 20 beinhalteten Gasdiffusionsschicht angeordnet sind, in solch einer Weise, dass die Gasoberflächen 4 einander gegenüberliegen, wobei die Gasoberfläche 4 einen Gasströmungspfad bildet und elektrische Leitfähigkeit aufweist, um elektrische Energie von der Membranelektrodenanordnung 20 zu beziehen.
Die Brennstoffzelle weist typischerweise eine Stapelstruktur auf, in der die Membranelektrodenanordnungen 20 übereinandergestapelt sind, um eine notwendige Spannung zu erhalten. Wenn die Membranelektrodenanordnungen 20 wie im Beispiel von 3 gezeigt übereinandergestapelt sind, kommen zumindest einige der Kühloberflächen 5 im Brennstoffzellenseparator 10 miteinander in Kontakt, wodurch ein Kontaktteil 6 gebildet wird.
Der Brennstoffzellenseparator gemäß dieser Ausführungsform beinhaltet einen ATO-Film, der eine Alkylgruppe, die mit zumindest einem Fluoratom substituiert ist, aufweist, und das Elementverhältnis von Fluor zu Zinn (F/Sn) in diesem Film beträgt 3 oder mehr und 7 oder weniger. Daher weist der Brennstoffzellenseparator gemäß dieser Ausführungsform eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber Säure und eine hohe elektrische Leitfähigkeit auch nach einem harten Test mit Säure auf.
Das Material des Substrats 1, das den Separator bildet, ist nicht besonders begrenzt und kann entsprechend aus den bekannten Materialien ausgewählt werden, die für einen Brennstoffzellenseparator verwendet werden. Beispiele dafür sind ein Kunststoffmaterial, ein metallisches Substrat oder dergleichen. Ein metallisches Substrat wird unter dem Gesichtspunkt hoher Korrosionsbeständigkeit, hoher elektrischer Leitfähigkeit und dergleichen bevorzugt verwendet. Das für das metallische Substrat verwendete Metall kann beispielsweise Eisen, Titan, Aluminium oder eine Legierung, wie beispielsweise Edelstahl, sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Das Metall ist im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit bevorzugt Titan oder Edelstahl und ist im Hinblick auf die einfache Verfügbarkeit oder dergleichen bevorzugt Edelstahl. Bei der Verwendung von Edelstahl wird dieser im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit bevorzugt verwendet, nachdem ein oxidierter Film auf dessen Oberfläche entfernt wurde.
Die Form des Substrats kann eine gewünschte Form gemäß dem Design der Brennstoffzelle sein. Die Form des Separators kann beispielsweise diejenige sein, die eine Gasoberfläche 4, wo auf der Seite der Membranelektrodenanordnung 20 ein Gasströmungsweg gebildet werden kann, und eine Kühloberfläche 5, wo auf der Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite der Gasoberfläche 4 ein Strömungsweg eines Kältemittels oder dergleichen gebildet werden kann, beinhaltet.
Die Dicke des Substrats kann wie geeignet gewählt werden, damit eine Gassperreigenschaft und elektrische Leitfähigkeit gewährleistet sind, und kann beispielsweise 0,05 mm bis 0,2 mm und bevorzugt 0,1 mm betragen.
Der ATO-Film gemäß dieser Ausführungsform beinhaltet ein antimondotiertes Zinnoxid, das eine Alkylgruppe, die mit zumindest einem Fluoratom substituiert ist, aufweist.
Da das antimondotierte Zinnoxid gemäß dieser Ausführungsform die mit zumindest einem Fluoratom substituierte Alkylgruppe beinhaltet, wird geschätzt, dass die wasserabweisende Eigenschaft der antimondotierten Zinnoxidteilchen hoch und die Permeabilität der Säure niedrig wird, was zu einer Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit gegenüber Säure führt.
Die vorgenannte Alkylgruppe ist bevorzugt eine Alkylgruppe mit einer Kohlenstoffzahl von 1 oder mehr und 6 oder weniger, stärker bevorzugt eine Alkylgruppe mit einer Kohlenstoffzahl von 1 oder mehr und 4 oder weniger und weiter bevorzugt eine Alkylgruppe mit einer Kohlenstoffzahl von 3. Spezifische Beispiele für die Alkylgruppe können eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Propylgruppe, eine Butylgruppe, eine Pentylgruppe oder eine Hexylgruppe sein. Da die Kohlenstoffzahl gleich oder kleiner als der obige obere Grenzwert ist, kann die Hemmung der Bindung von Zinnoxidteilchen zum Zeitpunkt der Filmbildung unterdrückt werden.
Ein Wasserstoffatom in der Alkylgruppe kann durch ein Halogenatom substituiert sein. Das Halogenatom beinhaltet ein Fluoratom, ein Chloratom, ein Bromatom oder ein Jodatom. In dieser Ausführungsform ist zumindest eines der Wasserstoffatome der Alkylgruppe durch das Fluoratom substituiert.
In dieser Ausführungsform wird bevorzugt eine Fluoralkylgruppe verwendet, in der alle Wasserstoffatome der Alkylgruppe durch Fluoratome substituiert sind. Die Fluoralkylgruppe kann eine Trifluormethylgruppe, eine Pentafluorethylgruppe, eine Heptafluorpropylgruppe oder dergleichen sein.
Der ATO-Film kann auf beiden Oberflächen des Substrats gebildet sein, wie in 1 gezeigt, kann nur auf der Seite der Gasoberfläche 4 des Substrats gebildet sein oder kann in zumindest einem Teil des Substrats gebildet sein. In dieser Ausführungsform ist der ATO-Film im Hinblick auf Korrosionsbeständigkeit und elektrische Leitfähigkeit bevorzugt auf beiden Oberflächen des Substrats gebildet.
Das Verfahren zur Herstellung des Brennstoffzellenseparators gemäß dieser Ausführungsform ist nicht besonders begrenzt und kann jedes Verfahren sein, mit dem der vorgenannte spezifische ATO-Film gebildet werden kann. In der folgenden Beschreibung wird ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des Brennstoffzellenseparators gemäß dieser Ausführungsform erläutert.
Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung des Brennstoffzellenseparators gemäß dieser Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Anfertigen von Teilchen aus einem antimondotierten Zinnoxid, das eine durch die folgende Formel (1) dargestellte Teilstruktur beinhaltet, und ein Verfahren zum Aufsprühen der Teilchen auf das Substrat, um einen Film durch Aerosolabscheidung zu bilden.
In der allgemeinen Formel (1) stellt R¹ eine Alkylgruppe dar, die mit einem Halogenatom substituiert sein kann, R² ist ein Substituent, der durch -O-Sn oder -O-C(=O)-R¹ dargestellt ist, und n ist eine ganze Zahl, die gleich oder größer als 1 ist. Wenn es eine Mehrzahl von R¹ und eine Mehrzahl von R² gibt, kann die Mehrzahl von R¹ und die Mehrzahl von R² gleich oder verschieden voneinander sein. Allerdings ist zumindest ein Fluoratom in der durch die Formel (1) dargestellten Struktur beinhaltet.
Das antimondotierte Zinnoxid, das die durch die vorstehende allgemeine Formel (1) dargestellte Teilstruktur beinhaltet, bei der eine Alkylgruppe mit zumindest einem Fluoratom in einen Teil des vierwertigen Zinnoxids eingeführt wird, das eine Kristallstruktur bildet, reduziert die Oberflächenenergie der antimondotierten Zinnoxidteilchen. Dadurch wird die wasserabweisende Eigenschaft von antimondotierten Zinnoxidteilchen verbessert, was zu einer Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit gegenüber Säure führt.
Die Alkylgruppe in R¹ in der obigen allgemeinen Formel (1) kann ähnlich zu der vorgenannten Alkylgruppe sein. Das Symbol R² in der allgemeinen Formel (1) ist ein Substituent, der durch -O-Sn oder -O-C(=O)-R¹ dargestellt ist. Wenn R² -O-Sn ist, kann dieses Sn weiter an Sauerstoffatome oder dergleichen gekoppelt werden, um eine Kristallstruktur aus Zinnoxid zu bilden. Wenn R² -O-C(=O)-R¹ ist, ist R¹ wie oben beschrieben.
Das Symbol n in der allgemeinen Formel (1) ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1, was bedeutet, dass nur eine einzige durch die allgemeine Formel (1) dargestellte Struktur oder zwei oder mehr Strukturen in einem Kristall des Zinnoxids beinhaltet sein können, und n ist nicht besonders begrenzt.
Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren für das Antimonzinnoxid, das die durch die vorstehende allgemeine Formel (1) dargestellte Teilstruktur beinhaltet, beinhaltet ein Verfahren zum Mischen von Alkylsäure, die mit zumindest einem Fluoratom substituiert ist, Zinnchlorid und Antimonchlorid in Wasser.
Das Zinnchlorid ist bevorzugt vierwertiges Zinnchlorid (SnCl₄). Vierwertiges Zinnchlorid reagiert mit Wasser, wodurch Zinnoxid (SnO₂) leicht gebildet werden kann, und während der Reaktion wird Alkylsäure in einen Teil davon eingebracht. Darüber hinaus wird durch die Verwendung von Zinnchlorid die Alkylsäure leichter eingeführt als bei der Verwendung von organischem Zinn.
Antimonchlorid ist bevorzugt fünfwertiges Antimonchlorid (SbCl₅). Dieses Antimonchlorid bildet in Wasser Antimontrioxid (Sb₂O₃).
Das vorgenannte Wasser ist ein Reaktionsmedium und reagiert wie oben beschrieben mit Zinnchlorid oder Antimonchlorid. Da Zinnchlorid bei der Reaktion mit Wasser Chlorwasserstoff erzeugt, kann dem Wasser Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid zugesetzt werden.
Weiterhin führt die Alkylsäure -O-C(=O)-R¹ in die Zinnatome ein, und spezifische Beispiele dafür sind Trifluoressigsäure, Pentafluorpropionsäure und Heptafluorbuttersäure.
Das Verfahren zum Mischen von Alkylsäure, Zinnchlorid und Antimonchlorid in Wasser ist nicht besonders begrenzt. Jeder der Stoffe kann nacheinander dem Wasser zugesetzt werden. Eine Alkohollösung, in der Alkylsäure, Zinnchlorid und Antimonchlorid zu einem Lösungsmittel zugegeben werden, wird bevorzugt hergestellt, und diese Alkohollösung wird bevorzugt in Wasser getropft, um eine milde Reaktion zu bewirken.
Das obige Lösungsmittel ist ein organisches Lösungsmittel, um zu verhindern, dass eine Reaktion abläuft. Dieses Lösungsmittel ist im Hinblick auf die hohe Affinität zu Wasser bevorzugt ein Alkohollösungsmittel, stärker bevorzugt Methanol oder Ethanol, da es nach der Reaktion leicht getrocknet und entfernt werden kann, und weiter bevorzugt Ethanol.
Da das vom obigen Verfahren erhaltene antimondotierte Zinnoxid, das die durch die allgemeine Formel (1) dargestellte Teilstruktur beinhaltet, ausfällt, kann durch Filtern der erhaltenen Lösung und Waschen und Trocknen des Rückstands ein teilchenförmiges antimondotiertes Zinnoxid erhalten werden.
Der Prozentsatz von Antimon im antimondotierten Zinnoxid kann beispielsweise, ist aber nicht darauf beschränkt, 0,2 bis 10 Atom-% (atm.%) betragen.
Anschließend werden die Teilchen auf das Substrat gesprüht, um durch Aerosolabscheidung einen Film zu bilden. Die Aerosolabscheidung ist ein Verfahren zum Mischen der Teilchen in Gas, um ein Aerosol zu bilden, und zum Aufsprühen davon auf ein Substrat durch eine Düse, um einen Film zu bilden. Die Aerosolabscheidung kann mit einer handelsüblichen Vorrichtung oder dergleichen durchgeführt werden. Bei Verwendung eines Edelstahlsubstrats als das Substrat können im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit die Teilchen mit niedriger Geschwindigkeit gesprüht und ein passiver Film (oxidierter Film) entfernt werden.
Die Dicke des ATO-Film ist zwar nicht besonders begrenzt, ist aber im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit und die Korrosionsbeständigkeit bevorzugt bei 0,1 µm.
[Beispiele]
Hiernach wird diese Ausführungsform anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen ausführlich erläutert. Diese Ausführungsform ist jedoch nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
[Beispiel 1]
Herstellung von antimondotiertem Zinnoxid
Heptafluorbuttersäure, Zinnchlorid und Antimonchlorid wurden so gemischt, dass das Elementverhältnis von Fluor zu Zinn (F/Sn) 3 wird, wodurch eine Ethanollösung hergestellt wurde.
Anschließend wurde die vorgenannte Ethanollösung in eine wässrige Kaliumhydroxidlösung getropft. Anschließend wurde die Lösung nach dem Tropfen gefiltert und der Rückstand wurde bei 100°C getrocknet. Dann wurde die erhaltene getrocknete Feststoffmasse zerkleinert, wodurch antimondotierte Zinnoxidteilchen mit der durch die allgemeine Formel (1) dargestellten Teilstruktur hergestellt wurden.
Bildung eines antimondotierten Zinnoxidfilms
Die nach dem vorstehenden (1) erhaltenen antimondotierten Zinnoxidteilchen wurden in ein Aerosol überführt, dann wurden diese Teilchen mit niedriger Geschwindigkeit auf ein Edelstahl (SUS447)-Substrat (mit einer Dicke von 0,1 mm) gesprüht und der passive Film wurde entfernt, und dann wurden diese Teilchen mit hoher Geschwindigkeit gesprüht, wodurch der ATO-Film gebildet wurde.
[Beispiele 2-4, Vergleichsbeispiele 1-3]
Antimondotierte Zinnoxidteilchen mit der durch die allgemeine Formel (1) dargestellten Teilstruktur wurden in einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Elementverhältnis von Fluor zu Zinn (F/Sn) in (1) des Beispiels 1 auf 4, 5,5, 7, 8 und 10 geändert wurde.
Anschließend wurde, ähnlich wie bei (2) im Beispiel 1, der ATO-Film gemäß den Beispielen 2 bis 4 und Vergleichsbeispielen 1 bis 3 gebildet.
[Vergleichsbeispiel 4]
Antimondotierte Zinnoxidteilchen, die die durch die allgemeine Formel (1) dargestellte Teilstruktur nicht beinhalten, wurden in einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Heptafluorbuttersäure in (1) des Beispiels 1 nicht enthalten war.
Anschließend wurde der ATO-Film gemäß einem Vergleichsbeispiel 4 ähnlich wie in (2) gemäß dem Beispiel 1 gebildet.
<Anti korrosionstest>
Ein Antikorrosionstest wurde durch einen Konstantpotential-Korrosionstest gemäß einer elektrochemischen Hochtemperatur-Korrosionstestmethode für Metallwerkstoffe (JIS Z2294) durchgeführt, die in japanischen Industrienormen spezifiziert ist.
Das Substrat, in dem der ATO-Film in den vorgenannten Beispielen und Vergleichsbeispielen gebildet wurde, wurde bei 80°C in eine wässrige Schwefelsäurelösung getaucht, und das Potential wurde in diesem Zustand konstant bei 0,9 V vs. SHE (Standardelektrodenpotential) gehalten. Natriumfluorid (NaF) wurde in der wässrigen Schwefelsäurelösung so gelöst, dass die Fluoridionenkonzentration 3000 ppm wurde. Die Zeit für den Test wurde auf 100 Stunden eingestellt.
Eine goldbeschichtete Kupferplatte wurde auf die Oberfläche des Substrats auf der Seite des ATO-Films platziert, nachdem sie dem Antikorrosionstest unterzogen wurde, ein Kohlepapier (TGP-H-120, hergestellt von Toray Industries, Inc.) wurde zwischen das Substrat und die Kupferplatte gelegt, und ein Spannungswert zwischen der antimondotierten Zinnoxidfilmoberfläche und dem Kohlepapier, wenn ein konstanter Strom zwischen dem Substrat und der Kupferplatte angelegt wurde, während ein Druck von 0,98 MPa angelegt wurde, wurde gemessen, wodurch ein Widerstandswert berechnet wurde.
<Messung des Elementverhältnisses vom Film>
Die ATO-Filme gemäß den Beispielen und den Vergleichsbeispielen wurden mittels Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS) gemessen und dadurch wurde das Elementverhältnis von Fluor zu Zinn (F/Sn) berechnet. 4 zeigt einen Zusammenhang zwischen dem Elementverhältnis und dem Durchgangswiderstand nach dem Antikorrosionstest.
[Zusammenfassung der Ergebnisse]
Wie in 4 gezeigt, wurde festgestellt, dass in dem Bereich, in dem das F/Sn-Verhältnis im ATO-Film von 3 bis 7 beträgt, der Durchgangswiderstand kleiner als 20 mΩ·cm² ist und die elektrische Leitfähigkeit hoch ist. In dem Bereich, in dem das F/Sn-Verhältnis kleiner als 3 ist, kann geschätzt werden, dass die wasserabweisende Eigenschaft einer Zinnoxidkorngrenze gering ist und Säure die Zinnoxidteilchen leicht erodiert, was eine Verringerung der Korrosionsbeständigkeit verursacht. Andererseits, wenn das F/Sn-Verhältnis 7 überschreitet, kann geschätzt werden, dass die Bindung der Zinnoxidteilchen durch Fluoratome gehemmt wird und die Zinnoxidteilchen Pulver bleiben, Zinnoxidteilchen leicht vom Substrat abfallen, was eine Verringerung der Korrosionsbeständigkeit verursacht.
Aus der so beschriebenen Offenbarung wird ersichtlich, dass die Ausführungsformen der Offenbarung in vielerlei Hinsicht abgewandelt werden können. Solche Abwandlungen sind nicht als Abweichung von Geist und Umfang der Offenbarung zu betrachten, und alle Änderungen, die für einen Fachmann offensichtlich sind, sind dafür bestimmt, in den Schutzbereich der folgenden Ansprüche mit einbezogen zu werden.
Es wird ein Brennstoffzellenseparator mit hoher Korrosionsbeständigkeit und elektrischer Leitfähigkeit bereitgestellt. Dieser Brennstoffzellenseparator beinhaltet auf einem Substrat einen antimondotierten Zinnoxidfilm mit einer Alkylgruppe, die mit zumindest einem Fluoratom substituiert ist, wobei ein Elementverhältnis von Fluor zu Zinn (F/Sn) in dem Film 3 oder mehr und 7 oder weniger beträgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008021647 A [0004]
JP 2007311137 A [0005, 0006]

Claims

Brennstoffzellenseparator, der auf einem Substrat (1) einen antimondotierten Zinnoxidfilm (2,3), der eine Alkylgruppe aufweist, die mit zumindest einem Fluoratom substituiert ist, umfasst, wobei ein Elementverhältnis von Fluor zu Zinn (F/Sn) in dem Film 3 oder mehr und 7 oder weniger beträgt.
Antimondotiertes Zinnoxid, das eine Teilstruktur beinhaltet, die durch die folgende allgemeine Formel (1) dargestellt ist:
in der allgemeinen Formel (1) stellt R¹ eine Alkylgruppe dar, die mit einem Halogenatom substituiert sein kann, R² ist ein Substituent, der durch -O-Sn oder -O-C(=O)-R¹ dargestellt ist, und n ist eine ganze Zahl, die gleich oder größer als 1 ist; wenn es eine Mehrzahl von R¹ und eine Mehrzahl von R² gibt, kann die Mehrzahl von R¹ und die Mehrzahl von R² gleich oder verschieden voneinander sein; jedoch ist zumindest ein Fluoratom in der durch die allgemeine Formel (1) dargestellten Struktur beinhaltet.
Verfahren zur Herstellung des antimondotierten Zinnoxids gemäß Anspruch 2, das das Mischen von Alkylsäure, die mit zumindest einem Fluoratom substituiert ist, Zinnchlorid und Antimonchlorid in Wasser umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenseparators, der auf einem Substrat (1) einen antimondotierten Zinnoxidfilm (2,3), der eine Alkylgruppe beinhaltet, die mit zumindest einem Fluoratom substituiert ist, umfasst, wobei ein Elementverhältnis von Fluor zu Zinn (F/Sn) in dem Film 3 oder mehr und 7 oder weniger beträgt, wobei das Verfahren umfasst: Anfertigen von Teilchen des antimondotierten Zinnoxids gemäß Anspruch 2; und Sprühen der Teilchen auf das Substrat und Bilden eines Films durch Aerosolabscheidung.