JP2005078956A - 燃料電池用のガス分離板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被覆膜にピンホールが存在していてもそのピンホールを起点として金属板へと進展する腐食を抑制することができ、よって耐食性の高いガス分離板を製造する方法を提供する。
【解決手段】 この製造方法は、電解質膜を二つの電極５６で挟んで成る単位燃料電池間に挟んで使用されるガス分離板２の製造方法であって、（ア）金属板４を用意して、それの前記電極５６と対向する領域の両面に多数の凸部６をそれぞれ形成して、一方の面に形成した多数の凸部６間に燃料ガス通路１０を形成し、他方の面に形成した多数の凸部６間に酸化ガス通路１２を形成する金属板加工工程と、（イ）この金属板加工工程後に、金属板４の表面を清浄化する表面清浄化処理を施すことなく、少なくとも凸部６を形成した凸部形成領域の全面を、耐食性かつ導電性を有する金属または金属化合物から成る第１の被覆膜２８で被覆する第１被覆工程とを備えている。
【選択図】 図３

Description

この発明は、燃料電池、特に固体高分子膜型の燃料電池用の金属製のガス分離板（セパレータとも呼ばれる）の製造方法に関する。

ガス分離板は、電解質膜を二つの電極で挟んで成る単位燃料電池を複数積層して燃料電池を構成するときに当該単位燃料電池間に挟んで使用される。このガス分離板は、燃料ガス通路を一方の面に有し、酸化ガス通路を他方の面に有する。

このようなガス分離板は、従来はカーボン製であったが、低コスト化と一層の薄型化を目指して、特許文献１には、金属板の表面に、遷移金属、遷移金属無機化合物を２層以上被覆した金属製のガス分離板が提案されている。

特開２０００−１６４２２８号公報（段落００４５、図１）

上記特許文献１に記載のガス分離板の製造方法においては、図７Ａに示すように、表面に不動態被膜または酸化物膜７２が既に存在している金属板７０の表面を、電気的または物理的に清浄化（クリーニング）して、図７Ｂに示すように不動態被膜または酸化物膜７２を除去した後に、図７Ｃに示すように、所望の被覆膜７４を形成していた（例えば段落００５８参照）。

しかし、前記従来技術では、不動態被膜または酸化物膜７２は高耐食性を有しているにも拘わらず、それを除去した後に被覆膜７４の形成を行うために、被覆膜７４にピンホール７６が存在していると、そこを起点として金属板７０へと進展する腐食に対する遮蔽効果がなくなり、その結果、ガス分離板の耐食性が低下し、ひいては当該ガス分離板を用いた燃料電池の出力の安定性が低下するという課題があることが分かった。

これを詳述すると、金属板７０に通常使用されるステンレス鋼は、酸化クロム（Ｃr₂Ｏ₃ 等）の不動態被膜７２を表面に形成することにより耐食性を改善したものであり、この不動態被膜７２が存在する限り錆びない。しかし、前記従来技術のようにコーティング前に表面清浄化処理を施すと、不動態被膜７２が除去された表面に被覆膜７４を形成することになるため、この状態では被覆膜７４に存在するピンホール７６の下に不動態被膜が存在していないので、このピンホール７６の部分の耐食性が低く、この耐食性の低い部分を介して金属板７０の腐食が進行することになり、金属板７０ひいてはそれを用いた金属製のガス分離板の耐食性が低下する。

そこでこの発明は、被覆膜にピンホールが存在していてもそのピンホールを起点として金属板へと進展する腐食を抑制することができ、よって耐食性の高いガス分離板を製造する方法を提供することを主たる目的としている。

この発明に係るガス分離板の製造方法は、電解質膜を二つの電極で挟んで成る単位燃料電池間に挟んで使用されるものであって、燃料ガス通路を一方の面に有し酸化ガス通路を他方の面に有する金属製のガス分離板を製造する方法において、金属板を用意して、それの前記電極と対向する領域の両面に多数の凸部をそれぞれ形成して、一方の面に形成した多数の凸部間に前記燃料ガス通路を形成し、他方の面に形成した多数の凸部間に前記酸化ガス通路を形成する金属板加工工程と、この金属板加工工程後に、前記金属板の表面を清浄化する表面清浄化処理を施すことなく、少なくとも前記凸部を形成した凸部形成領域の全面を、耐食性かつ導電性を有する金属または金属化合物から成る第１の被覆膜で被覆する第１被覆工程とを備えることを特徴としている（請求項１に相当）。

上記製造方法によれば、金属板加工工程後に、金属板の表面を清浄化する表面清浄化処理を施すことなく、第１被覆工程を実施するので、金属板の表面に既に存在している不動態被膜または酸化物膜を残したままでその上に第１の被覆膜を形成することができる。

この不動態被膜または酸化物膜は高耐食性を有しているので、第１の被覆膜にピンホールが存在していても、そのピンホールを起点として金属板へと進展する腐食を、当該不動態被膜または酸化物膜によって抑制することができる。従って、耐食性の高いガス分離板を製造することができる。

前記第１被覆工程後に、前記第１の被覆膜の表面であって少なくとも前記電極に接する領域の表面を、前記第１の被覆膜よりも導電率の高い金属化合物から成る第２の被覆膜で被覆する第２被覆工程を設けても良い（請求項２に相当）。

このようにすると、第２の被覆膜は第１の被覆膜よりも導電率が高いので、ガス分離板と前記電極との接触抵抗を小さくすることができる。その結果、電気的特性を向上させることができる。

前記第１の被覆膜は耐食性かつ導電性を有する金属から成り、前記第２の被覆膜は当該第１の被覆膜の金属成分を含む金属化合物から成るものとしても良い（請求項３に相当）。

このようにすると、第１の被覆膜と第２の被覆膜とは互いに同じ金属元素を含むことになるので、両被覆膜の界面における接触抵抗がより小さくなる。その結果、電気的特性をより向上させることができる。

前記金属板加工工程後のものに対して、酸素含有雰囲気中で２００℃〜６００℃の加熱処理を施す加熱処理工程を設けても良い（請求項４に相当）。

このようにすると、第１の被覆膜にピンホールが存在していても、当該ピンホールに対向する金属板表面の不動態被膜または酸化物膜を加熱処理によって成長させて厚膜化することができるので、この膜成長部分によって当該ピンホールを塞ぐことができる。その場合、不動態被膜または酸化物膜は、第１の被覆膜のピンホールを通して当該被覆膜の表面側に通じているので、当該ピンホールの部分に重点的に上記膜成長部分が形成されることになり、これによって当該ピンホールを効果的に塞ぐことができる。

更に、不動態被膜または酸化物膜に、前記被覆膜のピンホールに通じる小ピンホールが存在していても、この小ピンホールを上記膜成長部分によって塞ぐことができる。この場合も、上記と同様の理由によって、小ピンホールの部分に重点的に上記膜成長部分が形成されることになるので、小ピンホールを効果的に塞ぐことができる。

その結果、上記ピンホールや小ピンホールが存在していてもこれらのピンホールを起点として金属板へと進展する腐食をより効果的に抑制することができるので、耐食性のより高いガス分離板を製造することができる。

上記加熱処理工程に代えて、前記金属板加工工程後のものに対して、硝酸による浸漬処理を施す、即ち前記金属板加工工程後のものを硝酸水溶液中に浸漬処理する浸漬処理工程を設けても良い（請求項５に相当）。

このようにすると、上記加熱処理の場合と同様、浸漬処理によって、金属板表面の不動態被膜または酸化物膜を成長させて厚膜化することができるので、この膜成長部分によって、第１の被覆膜や不動態被膜または酸化物膜に存在する上記のようなピンホールを塞ぐことができる。その結果、当該ピンホールを起点として金属板へと進展する腐食をより効果的に抑制することができるので、耐食性のより高いガス分離板を製造することができる。

以上のように請求項１に記載の発明によれば、金属板加工工程後に、金属板の表面を清浄化する表面清浄化処理を施すことなく、第１被覆工程を実施するので、金属板の表面に既に存在している不動態被膜または酸化物膜を残したままでその上に第１の被覆膜を形成することができる。その結果、第１の被覆膜にピンホールが存在していても、そのピンホールを起点として金属板へと進展する腐食を、当該不動態被膜または酸化物膜によって抑制することができる。従って、耐食性の高いガス分離板を製造することができる。

請求項２に記載の発明によれば、第２の被覆膜は第１の被覆膜よりも導電率が高いので、ガス分離板と電極との接触抵抗を小さくすることができる。その結果、電気的特性を向上させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、第１の被覆膜と第２の被覆膜とは互いに同じ金属元素を含むことになるので、両被覆膜の界面における接触抵抗がより小さくなる。その結果、電気的特性をより向上させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、第１の被覆膜や金属板表面の不動態被膜または酸化物膜にピンホールが存在していても、当該ピンホールに対向する金属板表面の不動態被膜または酸化物膜を加熱処理によって成長させて厚膜化して当該ピンホールを塞ぐことができるので、当該ピンホールを起点として金属板へと進展する腐食をより効果的に抑制することができる。その結果、耐食性のより高いガス分離板を製造することができる。

請求項５に記載の発明によれば、第１の被覆膜や金属板表面の不動態被膜または酸化物膜にピンホールが存在していても、当該ピンホールに対向する金属板表面の不動態被膜または酸化物膜を浸漬処理によって成長させて厚膜化して当該ピンホールを塞ぐことができるので、当該ピンホールを起点として金属板へと進展する腐食をより効果的に抑制することができる。その結果、耐食性のより高いガス分離板を製造することができる。

図１は、この発明に係る製造方法を適用するガス分離板の一例を示す平面図である。図２は、図１の線Ｐ−Ｐに沿う拡大概略断面図である。

このガス分離板２は、例えば図５に示す例のように、電解質膜（より具体的には固体高分子電解質膜）５４を二つの電極５６で挟んで成る単位燃料電池５２間に挟んで使用されるものである。

このガス分離板２は、水素を含む燃料ガス１４を通す燃料ガス通路１０を一方の面（図１では表面）に有し、酸素を含む酸化ガス１６を通す酸化ガス通路１２を他方の面（図１では裏面）に有する凸部形成領域８を中央部に備えている。

このガス分離板２は、少なくとも次に述べる金属板加工工程と、その後の第１被覆工程とを用いて製造される。

金属板加工工程では、金属板４を用意して、それの前記電極５６と対向する領域の表裏両面に多数の凸部６をそれぞれ形成して、一方の面に形成した多数の凸部６間に前記燃料ガス通路１０を形成し、他方の面に形成した多数の凸部６間に前記酸化ガス通路１２を形成する。この凸部６を形成した領域が前記凸部形成領域８である。

その際、必要に応じて、この例のように、凸部形成領域８の周囲に、各燃料ガス通路１０に燃料ガス１４を供給するための燃料ガスマニホールド孔２０、各酸化ガス通路１２に酸化ガス１６を供給するための酸化ガスマニホールド孔２２、冷却用の冷媒を供給するための冷媒マニホールド孔２４、図５に示す締付けロッド６６を通すためのロッド穴２６等を形成しても良い。

金属板４は、当然、導電性を有している。この金属板４には、例えば、Ｆe を主成分とし、Ｃ、Ｍn 、Ｎi 、Ｃr 、Ｔi 、Ｎb より選ばれる少なくとも一つの元素を含むステンレス鋼を用いるのが好ましい。このようなステンレス鋼は汎用性が高いからである。

金属板４への上記凸部６、マニホールド孔２０、２２、２４およびロッド穴２６の形成は、例えば、プレス加工によって行うことができる。このプレス加工は、１回（１段）で行っても良いし、複数回（複数段）に分割して行っても良い。

図３も参照して、上記金属板加工工程後に、金属板４の表面を清浄化（クリーニング）する表面清浄化処理を施すことなく、即ち金属板４の表面を清浄化する表面清浄化工程を経ることなく、金属板４の表裏両面であって少なくとも凸部形成領域８の全面（全域）を、耐食性かつ導電性を有する金属または金属化合物から成る第１の被覆膜２８で被覆（コーティング）する第１被覆工程を実施する。即ち、被覆膜を形成する前に従来であれば通常行われている、グロー放電、イオンボンバード等の電気的または物理的な金属板表面の清浄化処理を施すことなく、第１被覆工程を実施する。

第１の被覆膜２８は、耐食性かつ導電性に優れた金属または金属化合物で形成するのが好ましい。この金属は、例えば、Ｔi 、Ｃr 、Ａl 等である。金属化合物は、例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物であり、より具体的には例えば、窒化チタン（ＴiＮ）、窒化クロム（ＣrＮ）等である。

第１の被覆膜２８の形成方法としては、例えば、イオンプレーティング法、スパッタリング法、真空蒸着法等のＰＶＤ法（物理蒸着法）の他、Ｔi 、Ｃr 、Ａl 等の金属薄板を金属板４に張り合わせるクラッド法等を用いることができる。

上記製造方法によれば、金属板加工工程後に、金属板４の表面を清浄化する表面清浄化処理を施すことなく、第１の被覆膜２８を形成する第１被覆工程を実施するので、金属板４の表面に既に存在している例えばＣr₂Ｏ₃ 等の不動態被膜または酸化物膜を残したままでその上に第１の被覆膜２８を形成することができる。

この不動態被膜または酸化物膜は高耐食性を有しているので、第１の被覆膜２８にピンホールが存在していても、そのピンホールを起点として金属板４へと進展する腐食を、当該不動態被膜または酸化物膜によって抑制することができる。即ち、不動態被膜または酸化物膜による腐食の遮蔽効果を発揮させることができる。従って、耐食性の高いガス分離板２を製造することができる。

上記第１被覆工程後に、図３に示す例のように、第１の被覆膜２８の表面であって少なくとも前記電極５６に接する領域の表面を、換言すれば少なくとも各凸部６の先端を含む領域の表面を、第１の被覆膜２８よりも導電率の高い金属化合物から成る第２の被覆膜３０で被覆する第２被覆工程を更に設けても良い。

第２の被覆膜３０は、耐食性かつ導電性に優れた金属化合物で形成するのが好ましい。この金属化合物は、例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物であり、より具体的には例えば、窒化チタン（ＴiＮ）、窒化クロム（ＣrＮ）、窒化アルミニウムチタン（ＴiＡlＮ）、炭化チタン（ＴiＣ）、炭窒化チタン（ＴiＣＮ）、酸化チタン（ＴiＯ）等である。

第２の被覆膜３０の形成方法としては、例えば、イオンプレーティング法、スパッタリング法、真空蒸着法等のＰＶＤ法（物理蒸着法）を用いることができる。

第２被覆工程を設けて第２の被覆膜３０を更に形成すると、第２の被覆膜３０は第１の被覆膜２８よりも導電率が高いので、ガス分離板２と前記電極５６との接触抵抗を小さくすることができる。その結果、電気的特性を向上させることができる。

第１の被覆膜２８を上記のような金属（例えばＴi 、Ｃr 等）から成るものとし、第２の被覆膜３０を当該第１の被覆膜２８の金属成分を含む上記のような金属化合物（例えばＴiＮ、ＣrＮ等）から成るものとしても良い。

このようにすると、第１の被覆膜２８と第２の被覆膜３０とは互いに同じ金属元素を含むことになるので、両被覆膜２８、３０の界面における接触抵抗が小さくなる。その結果、電気的特性をより向上させることができる。

前記金属板加工工程後のものに対して、酸素含有雰囲気中で２００℃〜６００℃の加熱処理を施す加熱処理工程を更に設けても良い。酸素含有雰囲気中の例として、大気中が挙げられる。

上記加熱処理工程は、具体的には、（ア）前記金属板加工工程と第１被覆工程との間に設けて金属板４に加熱処理を施す場合と、（イ）前記第１被覆工程の後（前記第２被覆工程を設ける場合は第１被覆工程と第２被覆工程との間）に設けて金属板４および第１の被覆膜２８に加熱処理を施す場合と、（ウ）前記第２被覆工程を設ける場合に当該第２被覆工程の後に設けて金属板４、第１の被覆膜２８および第２の被覆膜３０に加熱処理を施す場合とがあり、この（ア）〜（ウ）のいずれでも良いけれども、その内では（イ）が最も好ましい。これは、次に述べる膜成長部分３２ａによってピンホールを最も効率良く塞ぐことができるからである。

加熱温度を上記範囲に選定したのは、２００℃よりも低いと、不動態被膜または酸化物膜を成長させる作用が弱過ぎ、６００℃を超えると金属板４や被覆膜２８、３０の性質に悪影響を及ぼすようになるからである。加熱温度は、上記範囲の内でも２５０℃〜４００℃がより好ましい。そのようにすると、不動態被膜等を成長させる作用と、金属板４等に及ぼす影響を小さくする作用とを、よりうまく両立させることができるからである。

上記加熱処理工程を上記（イ）の段階に設けた場合の作用効果を、図４を参照して説明する。

上記加熱処理工程を設けると、第１の被覆膜２８にピンホール３４が存在していても、当該ピンホール３４に対向する金属板４の表面のＣr₂Ｏ₃ 等の不動態被膜または酸化物膜３２を加熱処理によって成長させて厚膜化することができるので、この膜成長部分３２ａによって当該ピンホール３４を塞ぐことができる。その場合、不動態被膜または酸化物膜３２は、第１の被覆膜２８のピンホール３４を通して当該被覆膜２８の表面側に通じているので、ピンホール３４を通して雰囲気中の酸素が不動態被膜または酸化物膜３２の表面に達し、当該ピンホール３４の部分に重点的に上記膜成長部分３２ａが形成されることになり、これによって当該ピンホール３４を効果的に塞ぐことができる。

更に、不動態被膜または酸化物膜３２に、前記第１の被覆膜２８のピンホール３４に通じるような小ピンホール（これは通常は、ピンホール３４よりもかなり小さい）３６が存在していても、この小ピンホール３６をも上記膜成長部分３２ａによって塞ぐことができる。この場合も、上記と同様の理由によって、小ピンホール３６の部分に重点的に上記膜成長部分３２ａが形成されることになるので、小ピンホール３６を効果的に塞ぐことができる。

その結果、上記ピンホール３４や小ピンホール３６が存在していてもこれらのピンホール３４、３６を起点として金属板４へと進展する腐食をより効果的に抑制することができるので、即ち不動態被膜または酸化物膜による腐食の遮蔽効果をより高めることができるので、耐食性のより高いガス分離板２を製造することができる。

上記加熱処理工程に代えて、前記金属板加工工程後のものに対して、硝酸による浸漬処理を施す、即ち前記金属板加工工程後のものを硝酸水溶液中に浸漬処理する浸漬処理工程を設けても良い。

浸漬処理用の硝酸の濃度は、例えば、１×１０³ 〜１×１０⁴ ［ｍｏｌ／ｍ³ ］程度の範囲で良い。

上記浸漬処理工程は、具体的には、上記加熱処理工程の場合と同様、（ア）前記金属板加工工程と第１被覆工程との間に設けて金属板４に浸漬処理を施す場合と、（イ）前記第１被覆工程の後（前記第２被覆工程を設ける場合は第１被覆工程と第２被覆工程との間）に設けて金属板４および第１の被覆膜２８に浸漬処理を施す場合と、（ウ）前記第２被覆工程を設ける場合に当該第２被覆工程の後に設けて金属板４、第１の被覆膜２８および第２の被覆膜３０に浸漬処理を施す場合とがあり、この（ア）〜（ウ）のいずれでも良いけれども、その内では（イ）が最も好ましい。これは、次に述べる膜成長部分３２ａによってピンホールを最も効率良く塞ぐことができるからである。

上記浸漬処理工程を設けると、上記加熱処理の場合と同様、浸漬処理によって、図４に示すように、金属板４の表面のＣr₂Ｏ₃ 等の不動態被膜または酸化物膜３２を成長させて厚膜化することができるので、この膜成長部分３２ａによって、第１の被覆膜２８や不動態被膜または酸化物膜３２に存在する上記のようなピンホール３４、３６を塞ぐことができる。その結果、これらのピンホール３４、３６を起点として金属板４へと進展する腐食をより効果的に抑制することができるので、即ち不動態被膜または酸化物膜による腐食の遮蔽効果をより高めることができるので、耐食性のより高いガス分離板２を製造することができる。

なお、浸漬処理溶液である硝酸には、フッ化物、フェロシアン化物、フェリシアン化物等を添加しても良い。そのようにすると、金属板４を構成する金属と金属錯体を形成し、これによって不動態被膜または酸化物膜３２の成長を促進・助長することができる。

［実施例１］
カーボン粉末に平均粒径約２．４ｎｍの白金微細粉末を３０重量％担持した白金担持触媒と高分子電解質樹脂を分散させた分散溶液を混合してペースト状混合物を作製した。これを８０℃の恒温槽中である粘度となるまで攪拌混合した後、スクリーン印刷法を用いてポリテトラフルオロエチレンシートに塗布、乾燥し、触媒反応層をシート上に白金量が０．１ｍｇ／ｃｍ² となるように調整、形成した。このシートを５ｃｍ×５ｃｍに裁断したものを２枚、厚さが２０μｍ、寸法が８ｃｍ×８ｃｍの高分子電解質膜の表裏両面中央部にそれぞれ対向するように配して、ホットプレスにより前記触媒反応層を高分子電解質膜に転写・接合した。次いで、前記シートを剥離し、高分子電解質膜と触媒反応層との接合体を作製した。この高分子電解質膜が図５に示す電解質膜５４に対応し、その両面の触媒反応層が電極５６に対応しており、このようにして、図５に示す電解質膜５４の両面を電極５６で挟んだ構造の単位燃料電池５２を作製した。

ガス分離板２側としては、厚さ０．３ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）から成る金属板４にプレス加工によって、中央部の５ｃｍ×５ｃｍの寸法の凸部形成領域８に、多数の凸部６を表裏両面に２〜６ｍｍのピッチ、溝幅１〜３ｍｍで形成して、前記燃料ガス通路１０および酸化ガス通路１２を形成すると共に、前記マニホールド孔２０、２２、２４およびロッド穴２６を形成した。このプレス加工は、数段に分割して加工を行う順送工程で行った。

そして、上記プレス加工による金属板加工工程後の金属板４の表裏両面に、Ｃr から成る第１の被覆膜２８を厚さ２μｍに形成し、更にこの被覆膜２８上にＣrＮから成る第２の被覆膜３０を厚さ２μｍに形成して、ガス分離板２を作製した。両被覆膜２８、３０の形成には、アーク式イオンプレーティング法を用いた。この場合、被覆膜２８、３０の形成前には、グロー放電やイオンボンバード等による金属板４の表面清浄化処理は施さなかった。

上記のようにして得た単位燃料電池５２、ガス分離板２等を用いて、図５に示す燃料電池５０を作製した。具体的には、二つの単位燃料電池５２を３枚のガス分離板２でそれぞれ挟み込み、かつ各ガス分離板２の周縁部の上下にガスケット４０をそれぞれ配置し、更に集電板６０、絶縁物６２を介して、ステンレス製の端板６４をその両端に配置して、締付けロッド６６で１５ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で締結して構成した。各電極５６とガス分離板２との間には、この例のように、例えばカーボンペーパーによるガス拡散層５８を挟み込むのが好ましいけれども、必須ではない。

［比較例１］ 上記第１の被覆膜２８の形成前に、イオンボンバードによる基板４の表面清浄化処理を施した。その他は全て、上記実施例１と同一とした。

［実施例２］
プレス加工による金属板加工工程後の金属板４の表裏両面に、Ｃr から成る第１の被覆膜２８を厚さ２μｍに形成したものに対して、電気炉内において大気雰囲気中で３００℃の加熱処理を３時間行い、その後更に第１の被覆膜２８上にＣrＮから成る第２の被覆膜３０を厚さ２μｍに形成して、ガス分離板２を作製した。その他は全て、上記実施例１と同一とした。

［実施例３］
プレス加工による金属板加工工程後の金属板４に対して、電気炉内において大気雰囲気中で３００℃の加熱処理を３時間行った後に、当該金属板４の表裏両面にＣr から成る第１の被覆膜２８を厚さ２μｍに形成し、更にこの被覆膜２８上にＣrＮから成る第２の被覆膜３０を厚さ２μｍ形成して、ガス分離板２を作製した。その他は全て、上記実施例１と同一とした。

［実施例４］
プレス加工による金属板加工工程後の金属板４の表裏両面に、Ｃr から成る第１の被覆膜２８を厚さ２μｍに形成したものを、４０℃の１．５×１０³ ［ｍｏｌ／ｍ³ ］濃度の硝酸水溶液中に１時間浸漬処理した後、水洗を十分に行った。その後更に第１の被覆膜２８上にＣrＮから成る第２の被覆膜３０を厚さ２μｍに形成して、ガス分離板２を作製した。その他は全て、上記実施例１と同一とした。

［実施例５］
プレス加工による金属板加工工程後の金属板４を、４０℃の１．５×１０³ ［ｍｏｌ／ｍ³ ］濃度の硝酸水溶液中に１時間浸漬処理した後、水洗を十分に行った。その後更に当該金属板４の表裏両面にＣr から成る第１の被覆膜２８を厚さ２μｍに形成し、更にこの被覆膜２８上にＣrＮから成る第２の被覆膜３０を厚さ２μｍ形成して、ガス分離板２を作製した。その他は全て、上記実施例１と同一とした。

上記実施例１〜５および比較例１の燃料電池５０を、燃料利用率７０％、酸素利用率４０％、電流密度０．４Ａ／ｃｍ² の条件で連続発電試験を行った際の単位燃料電池５２の出力電圧の経時変化の概略結果を図６にまとめて示す。燃料電池５０の出力電圧は、単位燃料電池５２の積層数倍（この例では２倍）となる。

この図６に示すように、比較例１に比べて、実施例１の方が、発電時間経過に伴う出力電圧の低下は少なく、出力の安定性が高い。これは、実施例１では、比較例１と違って、金属板４に表面清浄化処理を施しておらず、前述したように金属板４の表面に存在する不動態被膜または酸化物膜による腐食の遮蔽効果によるものと考えられる。

実施例２〜５も、比較例１に比べて、出力電圧の低下が少なく出力の安定性が高い。これは同上の理由によるものと考えられる。しかも、実施例１に比べても、出力電圧の低下が少なく出力の安定性が高い。これは、前述したように、上記加熱処理工程または浸漬処理工程によって、金属板４の表面の不動態被膜または酸化物膜を成長させて厚膜化することができ、それによって腐食の遮蔽効果がより高まったからであると考えられる。

実施例２〜５の内でも、実施例２、４の方がより出力の安定性が高いのは、前述したように、金属板４の表裏両面に第１の被覆膜２８を形成した後に加熱処理または浸漬処理を施す方が、第１の被覆膜２８や不動態被膜等にピンホールが存在していてもそれを塞ぐ作用効果が得られるので、不動態被膜または酸化物膜による腐食の遮蔽効果がより高まったからであると考えられる。

この発明に係る製造方法を適用するガス分離板の一例を示す平面図である。 図１の線Ｐ−Ｐに沿う拡大概略断面図である。 図２のガス分離板の一部分を更に拡大して示す断面図である。 金属板の表面の状態の一例を拡大して部分的に示す断面図である。 燃料電池の一例を示す断面図である。 図５の燃料電池を構成する単位燃料電池の出力電圧特性の概略結果を各例について示す図である。 従来のガス分離板の製造方法を説明するための概略図である。

符号の説明

２ ガス分離板
４ 金属板
６ 凸部
８ 凸部形成領域
１０ 燃料ガス通路
１２ 酸化ガス通路
２８ 第１の被覆膜
３０ 第２の被覆膜
３２ 不動態被膜または酸化物膜
３２ａ 膜成長部分
５０ 燃料電池
５２ 単位燃料電池
５４ 電解質膜
５６ 電極

Claims (5)

1. 電解質膜を二つの電極で挟んで成る単位燃料電池間に挟んで使用されるものであって、燃料ガス通路を一方の面に有し酸化ガス通路を他方の面に有する金属製のガス分離板を製造する方法において、
   金属板を用意して、それの前記電極と対向する領域の両面に多数の凸部をそれぞれ形成して、一方の面に形成した多数の凸部間に前記燃料ガス通路を形成し、他方の面に形成した多数の凸部間に前記酸化ガス通路を形成する金属板加工工程と、
   この金属板加工工程後に、前記金属板の表面を清浄化する表面清浄化処理を施すことなく、少なくとも前記凸部を形成した凸部形成領域の全面を、耐食性かつ導電性を有する金属または金属化合物から成る第１の被覆膜で被覆する第１被覆工程とを備えることを特徴とするガス分離板の製造方法。
2. 前記第１被覆工程後に、前記第１の被覆膜の表面であって少なくとも前記電極に接する領域の表面を、前記第１の被覆膜よりも導電率の高い金属化合物から成る第２の被覆膜で被覆する第２被覆工程を備えている請求項１記載のガス分離板の製造方法。
3. 前記第１の被覆膜は耐食性かつ導電性を有する金属から成り、前記第２の被覆膜は当該第１の被覆膜の金属成分を含む金属化合物から成る請求項２記載のガス分離板の製造方法。
4. 前記金属板加工工程後のものに対して、酸素含有雰囲気中で２００℃〜６００℃の加熱処理を施す加熱処理工程を備えている請求項１、２または３記載のガス分離板の製造方法。
5. 前記金属板加工工程後のものに対して、硝酸による浸漬処理を施す浸漬処理工程を備えている請求項１、２または３記載のガス分離板の製造方法。

Images