JP2009104932A - Fuel cell separator and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell separator improved in adhesion between a separator substrate and a conductive layer. <P>SOLUTION: The fuel cell separator 22 to separate gas between adjoining fuel battery cells comprises: a separator substrate 24 formed by a titanium material or stainless steel; an oxide layer 26 which is formed on the separator substrate 24 and composed of a titanium oxide or a chromium oxide; and a conductive layer 28 which is formed on the oxide layer and composed of gold (Au) and the like. The oxide layer 26 is preferably formed by oxidizing the separator substrate 24. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池用セパレータ及びその製造方法に係り、特に、隣設する燃料電池用セル間のガスを分離する燃料電池用セパレータ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell separator and a method for manufacturing the same, and more particularly to a fuel cell separator for separating gas between adjacent fuel cell cells and a method for manufacturing the same.

燃料電池は、高効率と優れた環境特性を有する電池として近年脚光を浴びている。燃料電池は、一般的に、燃料ガスである水素に、酸化剤ガスである空気中の酸素を電気化学反応させて、電気エネルギを作りだしている。そして、水素と酸素とが電気化学反応した結果、水が生成される。   In recent years, fuel cells have attracted attention as batteries having high efficiency and excellent environmental characteristics. 2. Description of the Related Art In general, a fuel cell generates electric energy by electrochemically reacting hydrogen, which is a fuel gas, with oxygen in the air, which is an oxidant gas. As a result of the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, water is generated.

燃料電池の種類には、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、アルカリ型、固体高分子型等がある。この中でも、常温で起動しかつ起動時間が速い等の利点を有する固体高分子型の燃料電池が注目されている。このような固体高分子型の燃料電池は、移動体、例えば、車両等の動力源として用いられている。   Types of fuel cells include phosphoric acid type, molten carbonate type, solid electrolyte type, alkali type, and solid polymer type. Among these, solid polymer fuel cells that have advantages such as startup at normal temperature and quick startup time have been attracting attention. Such a polymer electrolyte fuel cell is used as a power source for a moving body, for example, a vehicle.

固体高分子型の燃料電池は、複数の単セル、集電板、エンドプレート等を積層して組み立てられる。そして、燃料電池用セルは、電解質膜と、触媒層と、ガス拡散層と、セパレータとを含んで構成される。   A polymer electrolyte fuel cell is assembled by laminating a plurality of single cells, current collector plates, end plates, and the like. The fuel cell includes an electrolyte membrane, a catalyst layer, a gas diffusion layer, and a separator.

特許文献1には、燃料電池用ガスセパレータ等が開示され、ステンレス板を成形した基材板を貼り合わせて得た基材部は、その表面に、スズメッキ層である第1コート層を有し、第1コート層は、熱膨張黒鉛からなる第2コート層によってさらに被覆され、燃料電池用ガスセパレータは、第2コート層によって充分な耐食性が付与されていることが記載されている。   Patent Document 1 discloses a fuel cell gas separator and the like, and a base material portion obtained by laminating a base material plate formed of a stainless steel plate has a first coat layer which is a tin plating layer on the surface thereof. It is described that the first coat layer is further covered with a second coat layer made of thermally expanded graphite, and the gas separator for a fuel cell is provided with sufficient corrosion resistance by the second coat layer.

特開2000−138067号公報JP 2000-138067 A

ところで、燃料電池用セパレータをチタン等の金属材料で製造する場合には、一般的に、電気伝導性の高い金(Au)等の導電体を表面にめっき等して、ガス拡散層等との間の接触抵抗を低減させている。ここで、チタン等で形成されたセパレータ基体に金(Au)等の導電体を直接めっき等すると、導電体で形成された導電層とセパレータ基体との間の密着性が弱いため導電層が剥離する場合がある。   By the way, when manufacturing a separator for a fuel cell with a metal material such as titanium, generally, a conductive material such as gold (Au) having high electrical conductivity is plated on the surface to form a gas diffusion layer or the like. The contact resistance between them is reduced. Here, if the separator substrate made of titanium or the like is directly plated with a conductor such as gold (Au), the conductive layer peels off because the adhesion between the conductive layer formed of the conductor and the separator substrate is weak. There is a case.

そこで、本発明の目的は、セパレータ基体と導電層との密着性をより向上させた燃料電池用セパレータ及びその製造方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell separator and a method for producing the same, in which the adhesion between the separator substrate and the conductive layer is further improved.

本発明に係る燃料電池用セパレータは、隣設する燃料電池用セル間のガスを分離する燃料電池用セパレータであって、チタン材料またはステンレス鋼で成形されたセパレータ基体と、セパレータ基体に形成された酸化物層と、酸化物層の上に形成された導電層と、を有することを特徴とする。   A fuel cell separator according to the present invention is a fuel cell separator that separates gas between adjacent fuel cell cells, and is formed on a separator substrate formed of a titanium material or stainless steel, and the separator substrate. It has an oxide layer and a conductive layer formed on the oxide layer.

本発明に係る燃料電池用セパレータにおいて、酸化物層は、セパレータ基体の表面を酸化して形成されることを特徴とする。   In the fuel cell separator according to the present invention, the oxide layer is formed by oxidizing the surface of the separator substrate.

本発明に係る燃料電池用セパレータにおいて、セパレータ基体はチタン材料で成形され、酸化物層はチタン酸化物で形成されることを特徴とする。   In the fuel cell separator according to the present invention, the separator base is formed of a titanium material, and the oxide layer is formed of titanium oxide.

本発明に係る燃料電池用セパレータにおいて、チタン酸化物で形成された酸化物層の厚みは、2nm以上400nm以下であることを特徴とする。   In the fuel cell separator according to the present invention, the thickness of the oxide layer formed of titanium oxide is 2 nm or more and 400 nm or less.

本発明に係る燃料電池用セパレータにおいて、セパレータ基体はステンレス鋼で成形され、酸化物層はクロム酸化物で形成されることを特徴とする。   In the fuel cell separator according to the present invention, the separator base is formed of stainless steel, and the oxide layer is formed of chromium oxide.

本発明に係る燃料電池用セパレータにおいて、導電層は、金で形成されることを特徴とする。   In the fuel cell separator according to the present invention, the conductive layer is formed of gold.

本発明に係る燃料電池用セパレータにおいて、金で形成された導電層の厚みは、2nm以上100nm以下であることを特徴とする。   In the fuel cell separator according to the present invention, the conductive layer formed of gold has a thickness of 2 nm to 100 nm.

本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、隣設する燃料電池用セル間のガスを分離する燃料電池用セパレータの製造方法であって、チタン材料またはステンレス鋼でセパレータ基体を成形するセパレータ基体成形工程と、セパレータ基体に酸化物層を形成する酸化物層形成工程と、酸化物層の上に導電層を形成する導電層形成工程と、を有することを特徴とする。   A fuel cell separator manufacturing method according to the present invention is a fuel cell separator manufacturing method for separating gas between adjacent fuel cell cells, wherein the separator substrate is formed of titanium material or stainless steel. It has a shaping | molding process, the oxide layer formation process which forms an oxide layer in a separator base | substrate, and the conductive layer formation process which forms a conductive layer on an oxide layer, It is characterized by the above-mentioned.

本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法において、酸化物層形成工程は、セパレータ基体の表面を酸化させて酸化物層を形成することを特徴とする。   In the method for manufacturing a separator for a fuel cell according to the present invention, the oxide layer forming step is characterized by oxidizing the surface of the separator substrate to form an oxide layer.

上記のように本発明に係る燃料電池用セパレータ及びその製造方法によれば、セパレータ基体と導電層との間に酸化物層を設けることにより、セパレータ基体と導電層との密着性をより向上させることができる。   As described above, according to the fuel cell separator and the method for manufacturing the same according to the present invention, the adhesion between the separator substrate and the conductive layer is further improved by providing the oxide layer between the separator substrate and the conductive layer. be able to.

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。まず、燃料電池用セルの構成について説明する。図1は、燃料電池用セル10の断面を示す図である。燃料電池用セル10は、電解質膜12と、触媒層14と、ガス拡散層16とを一体化し、燃料電池の電極を形成する膜電極接合体18(Membrane Electrode Assembly:MEA)と、ガス流路を形成するガス流路構造体であるエキスパンド成形体20と、隣設するセル(図示せず)間の燃料ガスまたは酸化剤ガスを分離するセパレータ22と、を含んで構成される。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. First, the configuration of the fuel cell unit will be described. FIG. 1 is a view showing a cross section of a fuel cell 10. A fuel cell 10 includes a membrane electrode assembly 18 (MEA) that forms an electrode of a fuel cell by integrating an electrolyte membrane 12, a catalyst layer 14, and a gas diffusion layer 16, and a gas flow path. The expanded molded body 20 that is a gas flow path structure that forms a gas and a separator 22 that separates fuel gas or oxidant gas between adjacent cells (not shown).

電解質膜12は、アノード極側で発生した水素イオンをカソード極側まで移動させる機能等を有している。電解質膜12の材料には、化学的に安定であるフッ素系樹脂、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸のイオン交換膜が使用される。   The electrolyte membrane 12 has a function of moving hydrogen ions generated on the anode electrode side to the cathode electrode side. As the material of the electrolyte membrane 12, a chemically stable fluorine-based resin, for example, an ion exchange membrane of perfluorocarbon sulfonic acid is used.

触媒層14は、アノード極側での水素の酸化反応や、カソード極側での酸素の還元反応を促進する機能を有している。そして、触媒層14は、触媒と、触媒の担体とを含んで構成される。触媒は、反応させる電極面積をより大きくするため、一般的に粒子状にして、触媒の担体に付着させて使用される。触媒には、水素の酸化反応や酸素の還元反応について、より小さい活性化過電圧を有する白金族元素である白金等が使用される。触媒の担体としては、カーボン材料、例えば、カーボンブラック等が使用される。   The catalyst layer 14 has a function of promoting a hydrogen oxidation reaction on the anode electrode side and an oxygen reduction reaction on the cathode electrode side. The catalyst layer 14 includes a catalyst and a catalyst carrier. In order to increase the electrode area to be reacted, the catalyst is generally used in the form of particles and attached to the catalyst support. As the catalyst, platinum, which is a platinum group element having a smaller activation overvoltage, is used for the oxidation reaction of hydrogen and the reduction reaction of oxygen. As the catalyst carrier, a carbon material such as carbon black is used.

ガス拡散層16は、燃料ガスである水素ガス等と、酸化剤ガスである空気等とを触媒層14に拡散させる機能や、電子を移動させる機能等を有している。そして、ガス拡散層16には、導電性を有する材料であるカーボン繊維織布、カーボン紙等が使用される。   The gas diffusion layer 16 has a function of diffusing hydrogen gas, which is a fuel gas, and air, which is an oxidant gas, into the catalyst layer 14, a function of moving electrons, and the like. The gas diffusion layer 16 is made of carbon fiber woven fabric, carbon paper or the like, which is a conductive material.

エキスパンド成形体20は、膜電極接合体18の両面に積層され、ガス流路を形成するガス流路構造体としての機能を有している。エキスパンド成形体20は、膜電極接合体18のガス拡散層16と、セパレータ22とに接触して積層され、膜電極接合体18とセパレータ22とに電気的に接続される。エキスパンド成形体20は、多数の開口からなるメッシュ構造を備えているので、より多くの燃料ガス等が膜電極接合体18と接触して化学反応し、燃料電池用セル10の発電効率を高めることができる。   The expanded molded body 20 is laminated on both surfaces of the membrane electrode assembly 18 and has a function as a gas flow path structure that forms a gas flow path. The expanded molded body 20 is laminated in contact with the gas diffusion layer 16 of the membrane electrode assembly 18 and the separator 22, and is electrically connected to the membrane electrode assembly 18 and the separator 22. Since the expanded molded body 20 has a mesh structure composed of a large number of openings, more fuel gas or the like comes into contact with the membrane electrode assembly 18 and chemically reacts to increase the power generation efficiency of the fuel cell 10. Can do.

エキスパンド成形体20には、例えば、JIS G 3351に示されるエキスパンドメタルや、JIS A 5505に示されるメタルラスまたは金属多孔体等が使用される。また、エキスパンド成形体20は、チタン及びチタン合金のチタン材料や、SUS316L及びSUS304等のステンレス鋼等により成形されることが好ましい。これらの金属材料は、機械的強度が高く、その表面に安定な酸化物(TiO、Ti23、TiO2、CrO2、CrO、Cr23等)からなる不働態膜等の不活性皮膜が形成されるため、優れた耐食性を有するからである。ステンレス鋼には、オーステナイト系ステンレス鋼やフェライト系ステンレス鋼等を用いることができる。 For the expanded molded body 20, for example, an expanded metal shown in JIS G 3351, a metal lath or a metal porous body shown in JIS A 5505, or the like is used. The expanded molded body 20 is preferably molded from titanium or a titanium alloy titanium material, stainless steel such as SUS316L or SUS304, or the like. These metal materials have high mechanical strength and are inert on the surface such as passive films made of stable oxides (TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 , CrO 2 , CrO, Cr 2 O 3, etc.). This is because the film is formed and thus has excellent corrosion resistance. As the stainless steel, austenitic stainless steel, ferritic stainless steel, or the like can be used.

セパレータ22は、エキスパンド成形体20に積層され、隣設するセル(図示せず)における燃料ガスと酸化剤ガスとを分離する機能を有している。また、セパレータ22は、隣設するセル(図示せず)を電気的に接続する機能を有している。セパレータ22は、チタン材料またはステンレス鋼で成形されたセパレータ基体24と、セパレータ基体24に形成された酸化物層26と、酸化物層26の上に形成された導電層28と、を有している。   The separator 22 is stacked on the expanded molded body 20 and has a function of separating fuel gas and oxidant gas in an adjacent cell (not shown). The separator 22 has a function of electrically connecting adjacent cells (not shown). The separator 22 includes a separator base 24 formed of titanium material or stainless steel, an oxide layer 26 formed on the separator base 24, and a conductive layer 28 formed on the oxide layer 26. Yes.

セパレータ基体24は、チタン及びチタン合金のチタン材料や、SUS316L及びSUS304のステンレス鋼で成形されている。これらの金属材料は、上述したように機械的強度が高く、その表面に安定な酸化物からなる不働態膜等の不活性皮膜が形成されるため、優れた耐食性を有するからである。ステンレス鋼には、オーステナイト系ステンレス鋼やフェライト系ステンレス鋼等を用いることができる。   The separator substrate 24 is formed of titanium or a titanium material of titanium alloy, or stainless steel of SUS316L and SUS304. This is because these metal materials have high mechanical strength and have an excellent corrosion resistance because an inert film such as a passive film made of a stable oxide is formed on the surface thereof. As the stainless steel, austenitic stainless steel, ferritic stainless steel, or the like can be used.

酸化物層26は、セパレータ基体24の表面を酸化して形成される酸化物で構成されることが好ましい。セパレータ基体24の表面を酸化して形成される酸化物は、セパレータ基体24との密着性に優れるからである。セパレータ基体24がチタン材料で成形される場合には、酸化物層26はチタン酸化物(TiO、Ti23,TiO2等)で形成されることが好ましい。また、セパレータ基体24がステンレス鋼で成形される場合には、酸化物層26はクロム酸化物(CrO2、CrO、Cr23等)で形成されることが好ましい。勿論、他の条件次第では、酸化物層26は、セパレータ基体24の表面を酸化して形成される酸化物以外の酸化物で構成してもよい。 The oxide layer 26 is preferably composed of an oxide formed by oxidizing the surface of the separator substrate 24. This is because the oxide formed by oxidizing the surface of the separator substrate 24 is excellent in adhesion to the separator substrate 24. When the separator substrate 24 is formed of a titanium material, the oxide layer 26 is preferably formed of titanium oxide (TiO, Ti 2 O 3 , TiO 2 or the like). When the separator base 24 is formed of stainless steel, the oxide layer 26 is preferably formed of chromium oxide (CrO 2 , CrO, Cr 2 O 3, etc.). Of course, depending on other conditions, the oxide layer 26 may be composed of an oxide other than the oxide formed by oxidizing the surface of the separator substrate 24.

導電層28は、導電体である金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、パラジウム(Pd)等の金属材料により形成される。これらの金属材料は、電気伝導率が高いので、接触抵抗をより小さくすることができるからである。これらの金属材料の中でも、金(Au)は、耐食性に優れており、電気伝導率が大きいので、導電層28を形成する金属材料として好ましい。また、導電層28は、金(Au)、白金(Pt)等の合金で形成されてもよい。   The conductive layer 28 is formed of a metal material such as gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), rhodium (Rh), iridium (Ir), palladium (Pd), which is a conductor. The This is because these metal materials have high electrical conductivity, so that the contact resistance can be further reduced. Among these metal materials, gold (Au) is preferable as a metal material for forming the conductive layer 28 because it is excellent in corrosion resistance and has high electric conductivity. The conductive layer 28 may be formed of an alloy such as gold (Au) or platinum (Pt).

次に、燃料電池用セパレータ22の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the fuel cell separator 22 will be described.

図2は、セパレータ22の製造方法を示すフローチャートである。セパレータ22の製造方法は、セパレータ基体成形工程(S10)と、洗浄工程(S12)と、中和工程(S14)と、酸洗工程(S16)と、酸化物層形成工程(S18)と、導電層形成工程(S20)と、を含んで構成される。   FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing the separator 22. The manufacturing method of the separator 22 includes a separator substrate forming step (S10), a cleaning step (S12), a neutralization step (S14), a pickling step (S16), an oxide layer forming step (S18), And a layer forming step (S20).

セパレータ基体成形工程(S10)は、チタン材料またはステンレス鋼を加工してセパレータ基体24を成形する工程である。セパレータ基体24は、例えば、チタン材料またはステンレス鋼を圧延加工等することにより成形される。チタン材料またはステンレス鋼の加工装置には、一般的に、金属材料の圧延加工やプレス加工等に使用される加工装置が用いられる。   The separator substrate forming step (S10) is a step of forming the separator substrate 24 by processing a titanium material or stainless steel. The separator base 24 is formed by, for example, rolling a titanium material or stainless steel. Generally, a processing apparatus used for a rolling process or a press process of a metal material is used as a processing apparatus for titanium material or stainless steel.

洗浄工程(S12)は、セパレータ基体24を洗浄する工程である。セパレータ基体24は、例えば、アルカリ浸漬脱脂等で洗浄される。アルカリ浸漬脱脂には、苛性ソーダ等のアルカリ性溶液が使用される。セパレータ基体24をアルカリ浸漬脱脂等で洗浄することにより、セパレータ基体24の表面に付着した油分等が除去される。   The cleaning step (S12) is a step of cleaning the separator substrate 24. The separator substrate 24 is cleaned by, for example, alkali dipping degreasing. An alkaline solution such as caustic soda is used for the alkaline immersion degreasing. By washing the separator substrate 24 by alkali immersion degreasing or the like, oil or the like attached to the surface of the separator substrate 24 is removed.

中和工程(S14)は、洗浄後のセパレータ基体24に残留したアルカリ溶液を中和して除去する工程である。中和処理は、洗浄後のセパレータ基体24を中和液に浸漬して行われる。中和液には、硫酸溶液、塩酸溶液、硝酸溶液等が使用される。そして、中和液から取り出されたセパレータ基体24は、脱イオン水等で洗浄される。   The neutralization step (S14) is a step of neutralizing and removing the alkaline solution remaining on the separator substrate 24 after washing. The neutralization treatment is performed by immersing the separator substrate 24 after washing in a neutralization solution. As the neutralizing solution, a sulfuric acid solution, a hydrochloric acid solution, a nitric acid solution, or the like is used. Then, the separator substrate 24 taken out from the neutralized solution is washed with deionized water or the like.

酸洗工程(S16)は、中和処理等がされたセパレータ基体24を酸洗して、セパレータ基体24の表面から酸化物を除去する工程である。後述する酸化物層形成工程(S18)の前に、セパレータ基体24の表面から成形加工中等に生成した酸化物を除去することにより、酸化物層形成工程(S18)では、酸化物層26をより均一に形成することができる。酸洗処理は、セパレータ基体24を硝弗酸溶液または弗酸溶液等の弗化物を含有した溶液に浸漬して行われる。セパレータ基体24が弗化物を含有した溶液に浸漬されると、セパレータ基体24の表面に生成した酸化物がエッチィングされる。弗化物を含有した溶液から取り出されたセパレータ基体24は、脱イオン水等で洗浄される。   The pickling step (S <b> 16) is a step of pickling the separator substrate 24 that has been subjected to neutralization or the like to remove oxide from the surface of the separator substrate 24. Before the oxide layer forming step (S18), which will be described later, the oxide generated during the molding process is removed from the surface of the separator base 24, so that in the oxide layer forming step (S18), the oxide layer 26 is further removed. It can be formed uniformly. The pickling treatment is performed by immersing the separator substrate 24 in a solution containing fluoride such as a nitric hydrofluoric acid solution or a hydrofluoric acid solution. When the separator substrate 24 is immersed in a solution containing fluoride, the oxide generated on the surface of the separator substrate 24 is etched. The separator substrate 24 taken out of the fluoride-containing solution is washed with deionized water or the like.

酸化物層形成工程(S18)は、酸洗等されたセパレータ基体24に酸化物層26を形成する工程である。酸化物層26は、セパレータ基体24を熱風乾燥または焼成等することにより形成されることが好ましい。セパレータ基体24の表面が酸化されて酸化物層26が形成されるため、セパレータ基体24と酸化物層26との密着性が向上するからである。セパレータ基体24の熱風乾燥には、例えば、ホットガン等が使用される。また、セパレータ基体24の焼成には、例えば、一般的な焼成炉等が使用される。酸化物層26は、熱風乾燥温度、熱風乾燥時間、焼成温度、焼成時間等を調整することにより所定の厚みに形成される。勿論、他の条件次第では、スパッタリング法やイオンプレーティング法等によりセパレータ基体24に酸化物層26を形成してもよい。   The oxide layer forming step (S18) is a step of forming the oxide layer 26 on the separator substrate 24 that has been pickled. The oxide layer 26 is preferably formed by drying the separator substrate 24 with hot air or firing. This is because the surface of the separator substrate 24 is oxidized and the oxide layer 26 is formed, so that the adhesion between the separator substrate 24 and the oxide layer 26 is improved. For example, a hot gun or the like is used for hot air drying of the separator substrate 24. Further, for firing the separator substrate 24, for example, a general firing furnace or the like is used. The oxide layer 26 is formed to have a predetermined thickness by adjusting the hot air drying temperature, the hot air drying time, the firing temperature, the firing time, and the like. Of course, depending on other conditions, the oxide layer 26 may be formed on the separator substrate 24 by sputtering, ion plating, or the like.

セパレータ基体24をチタン材料で成形する場合には、チタン酸化物層26の厚みは、2nm以上400nm以下であることが好ましい。チタン酸化物層26の厚みが2nmより小さい場合には、セパレータ基体24と導電層28との密着性が充分に得られないからである。また、チタン酸化物層26の厚みが2nmより小さいとTiの耐食性(耐酸化性)が劣るからである。そして、チタン酸化物層26の厚みが400nmより大きい場合には、セパレータの接触抵抗が大きくなり電気伝導性が低下するからである。   When the separator substrate 24 is formed of a titanium material, the thickness of the titanium oxide layer 26 is preferably 2 nm or more and 400 nm or less. This is because when the thickness of the titanium oxide layer 26 is smaller than 2 nm, sufficient adhesion between the separator substrate 24 and the conductive layer 28 cannot be obtained. Further, when the thickness of the titanium oxide layer 26 is smaller than 2 nm, the corrosion resistance (oxidation resistance) of Ti is inferior. And when the thickness of the titanium oxide layer 26 is larger than 400 nm, the contact resistance of the separator increases and the electrical conductivity decreases.

導電層形成工程(S20)は、酸化物層26の上に導電層28を形成する工程である。導電層28は、金(Au)等の導電体をコーティングすることにより形成される。金(Au)等のコーティングには、例えば、電解めっき法を用いることができる。金(Au)の電解めっき法には、シアン化金カリウムや亜硫酸金ナトリウム等を含む金めっき浴が用いられる。また、金めっき浴には、酸性、中性またはアルカリ性のめっき浴が用いられる。導電層28は、めっき時間等を調整することにより所定の厚みに形成される。勿論、他の条件次第では、導電層28の形成は、塗布法やインクジェット法等により行ってもよい。   The conductive layer forming step (S20) is a step of forming the conductive layer 28 on the oxide layer 26. The conductive layer 28 is formed by coating a conductor such as gold (Au). For the coating of gold (Au) or the like, for example, an electrolytic plating method can be used. A gold plating bath containing potassium gold cyanide, sodium gold sulfite, or the like is used for the electrolytic plating method of gold (Au). In addition, an acidic, neutral or alkaline plating bath is used as the gold plating bath. The conductive layer 28 is formed to a predetermined thickness by adjusting the plating time and the like. Of course, depending on other conditions, the conductive layer 28 may be formed by a coating method, an inkjet method, or the like.

導電層28を金で形成した場合には、導電層28の厚みは、2nm以上100nm以下であることが好ましい。導電層28の厚みが2nmより小さい場合には、セパレータの接触抵抗が大きくなるからである。また、導電層28の厚みが100nm以下より大きい場合には、高価な金で導電層28を形成するため製造コストが増加するからである。なお、導電層28を金で形成した場合には、導電層28の厚みは、2nm以上20nm以下であることがより好ましい。以上で、燃料電池用セパレータ22の製造が完了する。   When the conductive layer 28 is formed of gold, the thickness of the conductive layer 28 is preferably 2 nm or more and 100 nm or less. This is because when the thickness of the conductive layer 28 is smaller than 2 nm, the contact resistance of the separator increases. Further, when the thickness of the conductive layer 28 is larger than 100 nm or less, the manufacturing cost increases because the conductive layer 28 is formed of expensive gold. In addition, when the conductive layer 28 is formed of gold, the thickness of the conductive layer 28 is more preferably 2 nm or more and 20 nm or less. Thus, the manufacture of the fuel cell separator 22 is completed.

上記構成によれば、セパレータ基体と導電層との間に酸化物層を設けることにより、セパレータ基体と導電層との密着性が向上するため導電層の剥離を抑制することができる。   According to the above configuration, by providing the oxide layer between the separator base and the conductive layer, adhesion between the separator base and the conductive layer is improved, so that peeling of the conductive layer can be suppressed.

上記構成によれば、セパレータ基体の表面を酸化させて酸化物層を形成することにより、セパレータ基体と酸化物層との密着性をより向上させることができる。   According to the said structure, the adhesiveness of a separator base | substrate and an oxide layer can be improved more by oxidizing the surface of a separator base | substrate and forming an oxide layer.

(実施例)
酸化物層の膜厚を変えてセパレータ供試体を作製し、電気伝導性について評価した。
(Example)
A separator specimen was prepared by changing the film thickness of the oxide layer, and the electrical conductivity was evaluated.

まず、セパレータ供試体の作製方法について説明する。純チタン材をロール圧延してチタンシートを成形した。チタンシートをアルカリ浸漬脱脂して洗浄し、チタンシートに付着した油分を除去した。アルカリ脱脂洗浄したチタンシートを硫酸溶液中に浸漬して中和した。次に、チタンシートを硝弗酸溶液中に浸漬して酸洗し、チタンシートの表面に生成した酸化物をエッチィングして除去した。   First, a method for producing a separator specimen will be described. A pure titanium material was roll-rolled to form a titanium sheet. The titanium sheet was degreased by alkali soaking and washed to remove oil adhering to the titanium sheet. The titanium sheet washed with alkali degreasing was neutralized by dipping in a sulfuric acid solution. Next, the titanium sheet was dipped in a nitric hydrofluoric acid solution and pickled, and the oxide formed on the surface of the titanium sheet was removed by etching.

酸洗したチタンシートの表面を酸化させてチタン酸化物層(TiO2層)を形成した。チタン酸化物層の膜厚は、2nmから800nmの範囲とした。チタン酸化物層の形成は、熱風乾燥または焼成により温度と時間を変えて行った。例えば、チタン酸化物層の膜厚を2nmで形成する場合には60℃から80℃で5秒の熱風乾燥を行った。また、チタン酸化物層の膜厚を400nmで形成する場合には300℃で30分間の焼成を行い、チタン酸化物層の膜厚を800nmで形成する場合には600℃で30分間の焼成を行った。そして、チタン酸化物層の上に導電層である金めっき層を形成した。金めっき層の形成は、アルカリ性金めっき浴を使用して電解めっき法により行った。金めっき層の膜厚は、いずれのセパレータ供試体も10nmとした。 The surface of the pickled titanium sheet was oxidized to form a titanium oxide layer (TiO 2 layer). The thickness of the titanium oxide layer was in the range of 2 nm to 800 nm. The titanium oxide layer was formed by changing the temperature and time by hot air drying or firing. For example, when the thickness of the titanium oxide layer is 2 nm, hot air drying is performed at 60 ° C. to 80 ° C. for 5 seconds. When the titanium oxide layer is formed with a thickness of 400 nm, baking is performed at 300 ° C. for 30 minutes, and when the titanium oxide layer is formed with a thickness of 800 nm, baking is performed at 600 ° C. for 30 minutes. went. And the gold plating layer which is a conductive layer was formed on the titanium oxide layer. The gold plating layer was formed by an electrolytic plating method using an alkaline gold plating bath. The thickness of the gold plating layer was set to 10 nm for all separator specimens.

作製したセパレータ供試体について接触抵抗の測定を行った。図3は、接触抵抗の測定方法を示す図である。金属治具30にガス拡散層材32を取り付けた後、2つのガス拡散層材32の間に試験片34としてのセパレータ供試体を挟み、所定の面圧を加えて密着させた。そして、1Aの電流を流したときの試験片34とガス拡散層材32との間の電圧を測定し接触抵抗を求めた。   The contact resistance of the produced separator specimen was measured. FIG. 3 is a diagram illustrating a method for measuring contact resistance. After the gas diffusion layer material 32 was attached to the metal jig 30, a separator specimen as a test piece 34 was sandwiched between the two gas diffusion layer materials 32, and a predetermined surface pressure was applied to bring them into close contact. The voltage between the test piece 34 and the gas diffusion layer material 32 when a current of 1 A was passed was measured to determine the contact resistance.

図4は、セパレータ供試体における接触抵抗の測定結果を示すグラフである。図4に示すように、横軸にチタン酸化物層の膜厚(nm)を取り、縦軸に接触抵抗(mΩ・cm2)を取り、各膜厚に対する接触抵抗値を黒菱形で示した。チタン酸化物層の膜厚が400nmより大きいセパレータ供試体では、接触抵抗が急激に大きくなった。チタン酸化物層の膜厚が2nm以上400nm以下のセパレータ供試体で、接触抵抗が小さく良好な電気伝導性が得られた。なお、チタン酸化物層の膜厚は2nm以上200nm以下が好ましく、2nm以上10nm以下がより好ましい。チタン酸化物層の膜厚を上記範囲にすることにより、Ti本来の耐食性(耐酸化性)を確保しつつ、接触抵抗をより小さくでき電気伝導性をより高くすることができる。 FIG. 4 is a graph showing measurement results of contact resistance in the separator specimen. As shown in FIG. 4, the horizontal axis represents the thickness (nm) of the titanium oxide layer, the vertical axis represents the contact resistance (mΩ · cm 2 ), and the contact resistance value for each film thickness is indicated by a black rhombus. . In the separator specimen in which the thickness of the titanium oxide layer was larger than 400 nm, the contact resistance rapidly increased. A separator specimen having a titanium oxide layer thickness of 2 nm or more and 400 nm or less exhibited a low contact resistance and good electrical conductivity. Note that the thickness of the titanium oxide layer is preferably 2 nm to 200 nm, and more preferably 2 nm to 10 nm. By setting the film thickness of the titanium oxide layer in the above range, the contact resistance can be further reduced and the electrical conductivity can be further increased while ensuring the inherent corrosion resistance (oxidation resistance) of Ti.

次に、導電層の膜厚を変えてセパレータ供試体を作製し、電気伝導性について評価した。   Next, a separator specimen was prepared by changing the film thickness of the conductive layer, and the electrical conductivity was evaluated.

まず、セパレータ供試体の作製方法について説明する。セパレータ供試体を、上述した作製方法と同様の方法により作製した。但し、チタン酸化物層を、熱風乾燥によりチタンシートの表面を酸化して8nm形成した。そして、チタン酸化物層の上に、アルカリ性金めっき浴を使用した電解めっき法により金めっき層を形成した。金めっき層の膜厚は、2nmから20nmとした。   First, a method for producing a separator specimen will be described. A separator specimen was produced by the same method as the production method described above. However, the titanium oxide layer was formed to 8 nm by oxidizing the surface of the titanium sheet by hot air drying. Then, a gold plating layer was formed on the titanium oxide layer by an electrolytic plating method using an alkaline gold plating bath. The film thickness of the gold plating layer was 2 nm to 20 nm.

作製したセパレータ供試体について接触抵抗を測定した。接触抵抗の測定は、図3に示す接触抵抗測定方法により行った。図5は、セパレータ供試体における接触抵抗測定結果を示すグラフである。図5に示すように、横軸に金めっき層の膜厚(nm)を取り、縦軸に接触抵抗(mΩ・cm2)を取り、各膜厚に対する接触抵抗値を黒四角形で示した。図5から明らかなように、いずれの膜厚で作製したセパレータ供試体についても、接触抵抗が小さく、良好な電気伝導性が得られた。また、金めっき層の厚みが10nmより大きくなると接触抵抗の低下の割合が小さくなった。金は高価であるので、金めっき層を10nm以下で形成することが製造コストの点で好ましい。 The contact resistance of the produced separator specimen was measured. The contact resistance was measured by the contact resistance measuring method shown in FIG. FIG. 5 is a graph showing the results of contact resistance measurement in the separator specimen. As shown in FIG. 5, the horizontal axis represents the film thickness (nm) of the gold plating layer, the vertical axis represents the contact resistance (mΩ · cm 2 ), and the contact resistance value for each film thickness is indicated by a black square. As is clear from FIG. 5, the contact resistance of the separator specimens produced with any film thickness was small and good electrical conductivity was obtained. Further, when the thickness of the gold plating layer was larger than 10 nm, the rate of decrease in contact resistance was reduced. Since gold is expensive, it is preferable in terms of manufacturing cost to form a gold plating layer with a thickness of 10 nm or less.

次に、セパレータ供試体について断面観察を行った。断面観察用のセパレータ供試体は、チタン酸化物層の膜厚8nm、金めっき層の膜厚80nmで、上述したセパレータ供試体の作製方法と同様の方法により作製した。なお、セパレータ供試体の断面観察は、透過電子顕微鏡(TEM)により行った。図6は、セパレータ供試体における断面の透過電子顕微鏡像を示す写真である。図6に示すように、金めっき層とチタンシートとの間にチタン酸化物層であるTiO2層が形成されていることが観察された。 Next, the cross section of the separator specimen was observed. The separator specimen for cross-sectional observation was prepared by the same method as the separator specimen described above, with the titanium oxide layer having a thickness of 8 nm and the gold plating layer having a thickness of 80 nm. The cross section of the separator specimen was observed with a transmission electron microscope (TEM). FIG. 6 is a photograph showing a transmission electron microscope image of a cross section of the separator specimen. As shown in FIG. 6, it was observed that the TiO 2 layer is formed is titanium oxide layer between the gold plating layer and a titanium sheet.

次に、2種類の燃料電池用セパレータを製造し、密着性と耐食性とを評価した。   Next, two types of fuel cell separators were manufactured, and adhesion and corrosion resistance were evaluated.

まず、実施例1におけるセパレータの製造方法について説明する。セパレータ基体を成形する金属材料には、純チタンを使用した。純チタン材をロール圧延してチタンシートを成形した。チタンシートをアルカリ浸漬脱脂して洗浄し、アルカリ脱脂洗浄したチタンシートを硫酸溶液中に浸漬して中和した。次に、チタンシートを硝弗酸溶液中に浸漬して酸洗し、チタンシートの表面に生成した酸化物をエッチィングして除去した。チタン酸化物層(TiO2層)を、60℃から80℃の熱風乾燥によりチタンシートを酸化して8nm形成した。そして、チタン酸化物層の上に導電層である金めっき層を形成した。金めっき層の膜厚は10nmとした。金めっき層の形成は、アルカリ性金めっき浴を使用し電解めっき法により行った。 First, the manufacturing method of the separator in Example 1 is demonstrated. Pure titanium was used as the metal material for forming the separator substrate. A pure titanium material was roll-rolled to form a titanium sheet. The titanium sheet was washed by alkali soaking and degreasing, and the alkali degreasing washed titanium sheet was soaked in a sulfuric acid solution for neutralization. Next, the titanium sheet was dipped in a nitric hydrofluoric acid solution and pickled, and the oxide formed on the surface of the titanium sheet was removed by etching. A titanium oxide layer (TiO 2 layer) was formed by oxidizing the titanium sheet by hot air drying at 60 ° C. to 80 ° C. to form 8 nm. And the gold plating layer which is a conductive layer was formed on the titanium oxide layer. The film thickness of the gold plating layer was 10 nm. The gold plating layer was formed by an electrolytic plating method using an alkaline gold plating bath.

比較例1におけるセパレータの製造方法について説明する。比較例1におけるセパレータでは、チタンシート上にチタン酸化物層(TiO2層)を形成しないことの他は、実施例1のセパレータと同様の製造方法より製造した。 The manufacturing method of the separator in the comparative example 1 is demonstrated. The separator in Comparative Example 1 was manufactured by the same manufacturing method as that of the separator of Example 1 except that the titanium oxide layer (TiO 2 layer) was not formed on the titanium sheet.

製造したセパレータについて、密着性試験を行った。セパレータの密着性試験は、JIS規格等に準拠して行った。図7は、セパレータの密着性試験結果を示すグラフである。図7に示すように、横軸にセパレータの種類を取り、縦軸に密着強度(N/cm2)を取り、各セパレータの密着強度を棒グラフで示した。図7から明らかなように、実施例1のセパレータにおける密着強度は、比較例1のセパレータにおける密着強度より高い結果が得られた。チタンシートと金めっき層との間にチタン酸化物層を設けることにより、チタンシートと金めっき層との間の密着性が向上した。 An adhesion test was performed on the manufactured separator. The separator adhesion test was performed in accordance with JIS standards. FIG. 7 is a graph showing the separator adhesion test results. As shown in FIG. 7, the horizontal axis indicates the type of separator, the vertical axis indicates the adhesion strength (N / cm 2 ), and the adhesion strength of each separator is indicated by a bar graph. As is clear from FIG. 7, the adhesion strength of the separator of Example 1 was higher than the adhesion strength of the separator of Comparative Example 1. By providing the titanium oxide layer between the titanium sheet and the gold plating layer, the adhesion between the titanium sheet and the gold plating layer was improved.

次に、セパレータの耐食性評価方法について説明する。セパレータの耐食性評価方法は、腐食試験後に接触抵抗を測定することにより行った。腐食試験は、JIS Z 2294に規定されている金属材料の電気化学的高温腐食試験方法に準拠して行った。図8は、電気化学的高温腐食試験で使用した試験装置を示す図である。試験は、大気開放系にて行った。試験に用いた溶液は、硫酸系溶液を使用した。試験溶液の温度は、50℃とした。そして、100時間の間、一定の電位を与えて腐食試験を行った。腐食試験後、図3に示す接触抵抗測定方法により接触抵抗を測定した。   Next, a method for evaluating the corrosion resistance of the separator will be described. The separator was evaluated for corrosion resistance by measuring the contact resistance after the corrosion test. The corrosion test was conducted in accordance with the electrochemical high temperature corrosion test method for metal materials specified in JIS Z 2294. FIG. 8 is a diagram showing a test apparatus used in an electrochemical high temperature corrosion test. The test was conducted in an open air system. The solution used for the test was a sulfuric acid solution. The temperature of the test solution was 50 ° C. Then, a corrosion test was performed by applying a constant potential for 100 hours. After the corrosion test, the contact resistance was measured by the contact resistance measuring method shown in FIG.

図9は、セパレータにおける腐食試験後の接触抵抗測定結果を示すグラフである。図9に示すように、横軸にセパレータの種類を取り、縦軸に接触抵抗(mΩ・cm2)を取り、各セパレータにおける腐食試験100時間後の接触抵抗を黒菱形で示した。実施例1におけるセパレータの接触抵抗は、比較例1におけるセパレータの接触抵抗より低下した。比較例1におけるセパレータでは、チタンシートと金めっき層との間にチタン酸化物層が設けられていないため、金めっき層の密着性が低下してチタンシートの腐食が進行したこと等により接触抵抗が大きくなり電気伝導性が低下した。これに対して、実施例1におけるセパレータでは、チタンシートと金めっき層との密着性が向上したこと及びチタン酸化物層が保護被膜として機能していること等により電気伝導性の低下が抑制され良好な耐食性が得られた。 FIG. 9 is a graph showing the contact resistance measurement results after the corrosion test on the separator. As shown in FIG. 9, the horizontal axis indicates the type of separator, the vertical axis indicates the contact resistance (mΩ · cm 2 ), and the contact resistance after 100 hours of corrosion test in each separator is indicated by a black diamond. The contact resistance of the separator in Example 1 was lower than the contact resistance of the separator in Comparative Example 1. In the separator in Comparative Example 1, since the titanium oxide layer is not provided between the titanium sheet and the gold plating layer, the contact resistance is reduced due to the deterioration of the adhesion of the gold plating layer and the corrosion of the titanium sheet. Increased and the electrical conductivity decreased. On the other hand, in the separator in Example 1, a decrease in electrical conductivity is suppressed due to the improved adhesion between the titanium sheet and the gold plating layer and the titanium oxide layer functioning as a protective film. Good corrosion resistance was obtained.

本発明の実施の形態において、燃料電池用セルの断面を示す図である。In embodiment of this invention, it is a figure which shows the cross section of the cell for fuel cells. 本発明の実施の形態において、セパレータの製造方法を示すフローチャートである。In embodiment of this invention, it is a flowchart which shows the manufacturing method of a separator. 本発明の実施の形態において、接触抵抗の測定方法を示す図である。In embodiment of this invention, it is a figure which shows the measuring method of contact resistance. 本発明の実施の形態において、セパレータ供試体における接触抵抗の測定結果を示すグラフである。In embodiment of this invention, it is a graph which shows the measurement result of the contact resistance in a separator test piece. 本発明の実施の形態において、セパレータ供試体における接触抵抗の測定結果を示すグラフである。In embodiment of this invention, it is a graph which shows the measurement result of the contact resistance in a separator test piece. 本発明の実施の形態において、セパレータ供試体における断面の透過電子顕微鏡像を示す写真である。In embodiment of this invention, it is a photograph which shows the transmission electron microscope image of the cross section in a separator specimen. 本発明の実施の形態において、セパレータの密着性試験結果を示すグラフである。In embodiment of this invention, it is a graph which shows the adhesive test result of a separator. 本発明の実施の形態において、電気化学的高温腐食試験で使用した試験装置を示す図である。In embodiment of this invention, it is a figure which shows the test apparatus used by the electrochemical high temperature corrosion test. 本発明の実施の形態において、セパレータにおける腐食試験後の接触抵抗測定結果を示すグラフである。In embodiment of this invention, it is a graph which shows the contact resistance measurement result after the corrosion test in a separator.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃料電池用セル、12 電解質膜、14 触媒層、16 ガス拡散層、18 膜電極接合体、20 エキスパンド成形体、22 セパレータ、24 セパレータ基体、26 酸化物層、28 導電層、30 金属治具、32 ガス拡散層材、34 試験片。   10 Fuel Cell, 12 Electrolyte Membrane, 14 Catalyst Layer, 16 Gas Diffusion Layer, 18 Membrane Electrode Assembly, 20 Expanded Molded Body, 22 Separator, 24 Separator Base, 26 Oxide Layer, 28 Conductive Layer, 30 Metal Jig , 32 Gas diffusion layer material, 34 test pieces.

Claims (9)

隣設する燃料電池用セル間のガスを分離する燃料電池用セパレータであって、
チタン材料またはステンレス鋼で成形されたセパレータ基体と、
セパレータ基体に形成された酸化物層と、
酸化物層の上に形成された導電層と、
を有することを特徴とする燃料電池用セパレータ。
A fuel cell separator for separating gas between adjacent fuel cell cells,
A separator substrate formed of titanium material or stainless steel;
An oxide layer formed on the separator substrate;
A conductive layer formed on the oxide layer;
A fuel cell separator characterized by comprising:
請求項1に記載の燃料電池用セパレータであって、
酸化物層は、セパレータ基体の表面を酸化して形成されることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
The fuel cell separator according to claim 1,
The fuel cell separator, wherein the oxide layer is formed by oxidizing the surface of the separator substrate.
請求項1または2に記載の燃料電池用セパレータであって、
セパレータ基体はチタン材料で成形され、酸化物層はチタン酸化物で形成されることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
The fuel cell separator according to claim 1 or 2,
A separator for a fuel cell, wherein the separator substrate is formed of a titanium material, and the oxide layer is formed of titanium oxide.
請求項3に記載の燃料電池用セパレータであって、
チタン酸化物で形成された酸化物層の厚みは、2nm以上400nm以下であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
The fuel cell separator according to claim 3, wherein
A fuel cell separator, wherein the oxide layer formed of titanium oxide has a thickness of 2 nm to 400 nm.
請求項1または2に記載の燃料電池用セパレータであって、
セパレータ基体はステンレス鋼で成形され、酸化物層はクロム酸化物で形成されることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
The fuel cell separator according to claim 1 or 2,
A separator for a fuel cell, wherein the separator substrate is formed of stainless steel and the oxide layer is formed of chromium oxide.
請求項1から5のいずれか1つに記載の燃料電池用セパレータであって、
導電層は、金で形成されることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
A fuel cell separator according to any one of claims 1 to 5,
The separator for a fuel cell, wherein the conductive layer is made of gold.
請求項6に記載の燃料電池用セパレータであって、
金で形成された導電層の厚みは、2nm以上100nm以下であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
The fuel cell separator according to claim 6,
A fuel cell separator, wherein the conductive layer formed of gold has a thickness of 2 nm to 100 nm.
隣設する燃料電池用セル間のガスを分離する燃料電池用セパレータの製造方法であって、
チタン材料またはステンレス鋼でセパレータ基体を成形するセパレータ基体成形工程と、
セパレータ基体に酸化物層を形成する酸化物層形成工程と、
酸化物層の上に導電層を形成する導電層形成工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
A method for manufacturing a fuel cell separator for separating gas between adjacent fuel cell cells,
A separator substrate forming step of forming a separator substrate with titanium material or stainless steel;
An oxide layer forming step of forming an oxide layer on the separator substrate;
A conductive layer forming step of forming a conductive layer on the oxide layer;
The manufacturing method of the separator for fuel cells characterized by having.
請求項8に記載の燃料電池用セパレータの製造方法であって、
酸化物層形成工程は、セパレータ基体の表面を酸化させて酸化物層を形成することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
It is a manufacturing method of the separator for fuel cells according to claim 8,
The oxide layer forming step oxidizes the surface of the separator substrate to form an oxide layer.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109841862A (en) * 2017-11-29 2019-06-04 流慧株式会社 Layer structure, the electronic device including layer structure, the system including electronic device and the method for manufacturing layer structure

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06146006A (en) * 1992-11-04 1994-05-27 Sumitomo Metal Ind Ltd Ferrite stainless steel material and its manufacture
JP2002367434A (en) * 2001-06-08 2002-12-20 Daido Steel Co Ltd Corrosion resistant metal member and metal separator for fuel cell using the member
JP2004185998A (en) * 2002-12-04 2004-07-02 Toyota Motor Corp Separator for fuel cell
JP2007257883A (en) * 2006-03-20 2007-10-04 Aisin Takaoka Ltd Fuel cell separator and its manufacturing method
JP2008153082A (en) * 2006-12-18 2008-07-03 Nikko Kinzoku Kk Material for fuel cell separator
JP2008210773A (en) * 2006-09-29 2008-09-11 Kobe Steel Ltd Manufacturing method for separator of fuel cell, separator of fuel cell, and fuel cell

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06146006A (en) * 1992-11-04 1994-05-27 Sumitomo Metal Ind Ltd Ferrite stainless steel material and its manufacture
JP2002367434A (en) * 2001-06-08 2002-12-20 Daido Steel Co Ltd Corrosion resistant metal member and metal separator for fuel cell using the member
JP2004185998A (en) * 2002-12-04 2004-07-02 Toyota Motor Corp Separator for fuel cell
JP2007257883A (en) * 2006-03-20 2007-10-04 Aisin Takaoka Ltd Fuel cell separator and its manufacturing method
JP2008210773A (en) * 2006-09-29 2008-09-11 Kobe Steel Ltd Manufacturing method for separator of fuel cell, separator of fuel cell, and fuel cell
JP2008153082A (en) * 2006-12-18 2008-07-03 Nikko Kinzoku Kk Material for fuel cell separator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109841862A (en) * 2017-11-29 2019-06-04 流慧株式会社 Layer structure, the electronic device including layer structure, the system including electronic device and the method for manufacturing layer structure
JP2019099918A (en) * 2017-11-29 2019-06-24 株式会社Flosfia Method of manufacturing lamination structure, and lamination structure, and conductive member

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