JP2009235478A - 固体高分子形燃料電池セパレータ用ステンレス鋼およびそれを用いた固体高分子形燃料電池 - Google Patents
固体高分子形燃料電池セパレータ用ステンレス鋼およびそれを用いた固体高分子形燃料電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009235478A JP2009235478A JP2008082462A JP2008082462A JP2009235478A JP 2009235478 A JP2009235478 A JP 2009235478A JP 2008082462 A JP2008082462 A JP 2008082462A JP 2008082462 A JP2008082462 A JP 2008082462A JP 2009235478 A JP2009235478 A JP 2009235478A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mass
- separator
- stainless steel
- less
- fuel cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 76
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 claims description 21
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 11
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 claims description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 claims description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 41
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 24
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 19
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 19
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 16
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 15
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 239000010960 cold rolled steel Substances 0.000 description 9
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 9
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 8
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 6
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 6
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 4
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 229910001068 laves phase Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- QZPSXPBJTPJTSZ-UHFFFAOYSA-N aqua regia Chemical compound Cl.O[N+]([O-])=O QZPSXPBJTPJTSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【課 題】 長期間にわたって接触抵抗を低く保ち、起動停止の回数が増大しても優れた導電性を維持できる耐久性に優れた固体高分子形燃料電池、およびそのセパレータとして使用するのに好適なステンレス鋼を提供する。
【解決手段】 Cr:16〜45質量%,Si:3質量%以下,Mn:3質量%以下,Ti:2質量%以下,V:2質量%以下,Zr:2質量%以下,Nb:2質量%以下,Mo:7質量%以下およびW:7質量%以下のうちの1種以上を含有し、かつQ=[Cr]+[Si]+[Ti]+[V]+1.5([Zr]+[Nb]+[Mo])+0.5[W]で算出されるQ値が18を超える組成と、σ相を表面近傍に析出させて表面に露出したσ相の面積率が1%以上であり、かつ結晶粒径が5.0μm以上である組織と、を有する固体高分子形燃料電池セパレータ用ステンレス鋼である。
【選択図】 図1
Description
(a)発電温度が80℃程度であり、格段に低い温度で発電できる、
(b)燃料電池本体の軽量化,小型化が可能である、
(c)短時間で立上げができ、燃料効率,出力密度が高い、
等の利点を有している。このため、固体高分子形燃料電池は、電気自動車の搭載用電源,家庭用あるいは業務用の定置型発電機,携帯用の小型発電機として利用するべく、今日もっとも注目されている燃料電池である。
なお膜−電極接合体1は、MEA(すなわち Membrane-Electrode Assembly )と呼ばれており、高分子膜とその膜の表裏面に白金系触媒を担持したカーボンブラック等の電極材料を一体化したものであり、厚さは数10μm〜数100μmである。ガス拡散層2,3は、膜−電極接合体1と一体化される場合も多い。
セパレータ4,5には、
(A)単セル間を隔てる隔壁
としての役割に加え、
(B)発生した電子を運ぶ導電体、
(C)O2 (すなわち空気)とH2 が流れる空気流路,水素流路、
(D)生成した水やガスを排出する排出路
としての機能が求められる。さらに固体高分子形燃料電池を実用に供するためには、耐久性や電気伝導性に優れたセパレータ4,5を使用する必要がある。
現在までに、セパレータ4,5としてグラファイトを用いた固体高分子形燃料電池が実用化されている。このグラファイトからなるセパレータ4,5は、接触抵抗が比較的低く、しかも腐食しないという利点がある。しかしながら衝撃によって破損しやすいので、小型化が困難であり、しかも空気流路6,水素流路7を形成するための加工コストが高いという欠点がある。グラファイトからなるセパレータ4,5が有するこれらの欠点は、固体高分子形燃料電池の普及を妨げる原因になっている。
たとえば特許文献1には、ステンレス鋼またはチタン合金等の不動態皮膜を形成しやすい金属をセパレータとして用いる技術が開示されている。しかし不動態皮膜の形成は、接触抵抗の上昇を招くことになり、発電効率の低下につながる。このため、これらの金属素材は、グラファイト素材と比べて接触抵抗が大きく、しかも耐食性が劣る等の改善すべき問題点が指摘されていた。
また特許文献3には、フェライト系ステンレス鋼基材にカーボン粉末を分散させて、電気伝導性を改善(すなわち接触抵抗を低下)したセパレータを得る方法が開示されている。しかしながらカーボン粉末を用いた場合も、セパレータの表面処理には相応のコストがかかることから、依然としてコストの問題が残っている。 また、表面処理を施したセパレータは、組立て時にキズ等が生じた場合に、耐食性が著しく低下するという問題点も指摘されている。
本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、Cr:16〜45質量%,Si:3質量%以下,Mn:3質量%以下,Ti:2質量%以下,V:2質量%以下,Zr:2質量%以下,Nb:2質量%以下,Mo:7質量%以下およびW:7質量%以下のうちの1種以上を含有し、かつCr,Si,Ti,V,Zr,Nb,Mo,Wの含有量を用いて下記の(1)式で算出されるQ値が18を超える組成と、σ相を表面近傍に析出させて表面に露出したσ相の面積率が1%以上であり、かつ結晶粒径が5.0μm以上である組織と、を有する固体高分子形燃料電池セパレータ用ステンレス鋼である。
[Cr]:Cr含有量(質量%)
[Si]:Si含有量(質量%)
[Ti]:Ti含有量(質量%)
[V]:V含有量(質量%)
[Zr]:Zr含有量(質量%)
[Nb]:Nb含有量(質量%)
[Mo]:Mo含有量(質量%)
[W]:W含有量(質量%)
また本発明は、固体高分子膜,電極,ガス拡散層およびセパレータを有し、セパレータが上記した固体高分子形燃料電池セパレータ用ステンレス鋼からなる固体高分子形燃料電池である。
Cr:16〜45質量%
Crは、セパレータ用ステンレス鋼としての基本的な耐食性を確保するために必要な元素であるとともに、σ相を形成する元素である。Cr含有量が16質量%未満では、σ相の析出に長時間を要する。一方、45質量%を超えると、セパレータ用ステンレス鋼の製造過程でσ相が析出してしまうので、所定の形状を有するセパレータを製造するのが困難になる。したがって、Crは16〜45質量%の範囲内とする。好ましくは18〜40質量%であり、より好ましくは20〜35質量%である。
Siは、製鋼工程における脱酸のために有効な元素であり、その目的で添加されるが、過度に含有させるとセパレータ用ステンレス鋼の硬質化と延性低下を招く。したがって、Siの含有量は3質量%以下とする。また、Siはσ相の析出を促進する元素であるが、0.05質量%未満ではこの効果は得られない。そのため、Siは0.05〜3質量%の範囲内が好ましい。より好ましくは0.1〜1.5質量%である。
Mnは、Sと結合してMnSを生成し、固溶Sを低減することによってSの粒界偏析を抑制し、熱間圧延時の割れを防止するのに有効な元素である。ただし過度に含有させるとセパレータ用ステンレス鋼の硬質化と延性低下を招く。したがって、Mnの含有量は3質量%以下とする。また、Mnはσ相の析出を促進する元素であるが、0.05質量%未満ではこの効果は得られない。そのため、Mnは0.05〜3質量%の範囲内が好ましい。より好ましくは0.1〜2質量%である。
Tiは、セパレータ用ステンレス鋼中のC,Nを炭窒化物として固定し、プレス成形性を改善するのに有効な元素である。本発明では、この効果に加えて、σ相の析出を促進するために添加する。ただし、Ti含有量が2質量%を超えると、セパレータ用ステンレス鋼が著しく脆化して加工性が劣化し、生産が困難になる。したがって、Tiは2質量%以下とする。一方、Ti含有量が0.1質量%未満では、プレス成形性を改善する効果,σ相の析出を促進する効果が得られない。そのため、0.1〜2質量%の範囲内が好ましい。
Nbは、セパレータ用ステンレス鋼中のC,Nを炭窒化物として固定し、プレス成形性を改善するのに有効な元素である。本発明では、この効果に加えて、σ相の析出を促進するために添加する。ただし、Nb含有量が2質量%を超えると、セパレータ用ステンレス鋼が著しく脆化して加工性が劣化し、生産が困難になる。したがって、Nbは2質量%以下とする。一方、Nb含有量が0.1質量%未満では、プレス成形性を改善する効果,σ相の析出を促進する効果が得られない。そのため、0.1〜2質量%の範囲内が好ましい。
Zrは、セパレータ用ステンレス鋼中のC,Nを炭窒化物として固定し、プレス成形性を改善するのに有効な元素である。本発明では、この効果に加えて、σ相の析出を促進するために添加する。ただし、Zr含有量が2質量%を超えると、セパレータ用ステンレス鋼が著しく脆化して加工性が劣化し、生産が困難になる。したがって、Zrは2質量%以下とする。一方、Zr含有量が0.1質量%未満では、プレス成形性を改善する効果,σ相の析出を促進する効果が得られない。そのため、0.1〜2質量%の範囲内が好ましい。
Vは、セパレータ用ステンレス鋼中のC,Nを炭窒化物として固定し、プレス成形性を改善するのに有効な元素である。本発明では、この効果に加えて、σ相の析出を促進するために添加する。ただし、V含有量が2質量%を超えると、セパレータ用ステンレス鋼が著しく脆化して加工性が劣化し、生産が困難になる。したがって、Vは2質量%以下とする。一方、V含有量が0.1質量%未満では、プレス成形性を改善する効果,σ相の析出を促進する効果が得られない。そのため、0.1〜2質量%の範囲内が好ましい。
Moは、セパレータ用ステンレス鋼の耐食性を改善するのに有効な元素である。本発明では、その効果に加えて、σ相の析出を促進するために添加する。ただし、Mo含有量が7質量%を超えると、セパレータ用ステンレス鋼が著しく脆化して加工性が劣化し、生産が困難になる。したがって、Moは7質量%以下とする。一方、Mo含有量が0.2質量%未満では、σ相の析出を促進する効果が得られない。そのため、0.2〜7質量%の範囲内が好ましい。
Wは、セパレータ用ステンレス鋼の耐食性を改善するのに有効な元素である。本発明では、これらの効果に加えて、σ相の析出を促進するために添加する。ただし、W含有量が7質量%を超えると、セパレータ用ステンレス鋼が著しく脆化して生産が困難になる。したがって、Wは7質量%以下とする。一方、W含有量が0.2質量%未満では、σ相の析出を促進する効果が得られない。そのため、0.2〜7質量%の範囲内が好ましい。
Q=[Cr]+[Si]+[Ti]+[V]+1.5([Zr]+[Nb]+[Mo])+0.5[W] ・・・(1)
[Cr]:Cr含有量(質量%)
[Si]:Si含有量(質量%)
[Ti]:Ti含有量(質量%)
[V]:V含有量(質量%)
[Zr]:Zr含有量(質量%)
[Nb]:Nb含有量(質量%)
[Mo]:Mo含有量(質量%)
[W]:W含有量(質量%)
また本発明のセパレータ用ステンレス鋼は、上記した元素に加えて、C,N,Niを含有しても良い。
Cは、セパレータ用ステンレス鋼中のCrと結合してCr炭化物を形成して粒界に析出し、耐食性の低下をもたらす。しかもCは、σ相の析出を抑制する作用も有する。このため、Cの含有量は小さいほど好ましく、C:0.03質量%以下であれば、セパレータ用ステンレス鋼の耐食性の低下を抑制できる。したがって、Cは0.03質量%以下が好ましい。より好ましくは0.015質量%以下である。
Nは、セパレータ用オーステナイト系ステンレス鋼の耐食性を改善するのに有効な元素である。ところがN含有量が0.4質量%を超えると、σ相の析出が抑制される。したがって、セパレータ用ステンレス鋼がオーステナイト系ステンレス鋼である場合のN含有量は、0.4質量%以下が好ましい。また、セパレータ用ステンレス鋼がフェライト系ステンレス鋼である場合は、Crと結合してCr窒化物を形成して粒界に析出し、耐食性の低下をもたらす。N含有量が0.03質量%以下であれば、十分な耐食性が得られる。そのためセパレータ用ステンレス鋼がフェライト系ステンレス鋼である場合のN含有量は、0.03質量%以下がより好ましく、0.015質量%以下が一層好ましい。
Niは、セパレータ用ステンレス鋼の耐食性を向上する元素である。ところがNi含有量が40質量%を超えると、セパレータ用ステンレス鋼の製造コストの上昇を招く。したがって、Niは40質量%以下が好ましい。ただし、セパレータ用ステンレス鋼がオーステナイト系ステンレス鋼である場合は、Ni含有量が7質量%未満では、オーステナイト相が不安定になる。そのためセパレータ用ステンレス鋼がオーステナイト系ステンレス鋼である場合のNi含有量は、7〜40質量%の範囲内がより好ましい。また、セパレータ用ステンレス鋼がフェライト系ステンレス鋼である場合は、Ni含有量が4質量%以下であれば、フェライト相を安定化しつつ、かつ十分な耐食性が得られる。そのためセパレータ用ステンレス鋼がフェライト系ステンレス鋼である場合のNi含有量は、4質量%以下がより好ましい。
次に、本発明のセパレータ用ステンレス鋼の組織を説明する。
表面に露出したσ相の面積率:1%以上
σ相は、FeとCrがほぼ1:1の組成比である金属間化合物であり、セパレータ用ステンレス鋼の表面近傍に析出して、表面に露出することによって接触抵抗を低減する効果が発揮される。セパレータ用ステンレス鋼をセパレータとして使用すると空気極側の不動態皮膜が著しく成長するが、表面に占めるσ相の面積率が1%以上であれば、導電性を確保できる。好ましくは5%以上である。
σ相は結晶粒の粒界に優先的に析出する。セパレータ用ステンレス鋼の結晶粒が小さすぎると、σ相も小さくなり、セパレータ用ステンレス鋼の十分な耐久性が得られない。したがって、セパレータ用ステンレス鋼の結晶粒径は5.0μm以上とする。
次に、本発明のセパレータ用ステンレス鋼の製造方法について説明する。
また、熱延鋼板をセパレータの素材とする場合には、熱間圧延の圧下率と熱延板焼鈍の温度を調整して、結晶粒径を5.0〜200μmとする。冷延鋼板をセパレータの素材とする場合には、熱間圧延の圧下率と熱延板焼鈍の温度に加えて、冷間圧延の圧下率と冷延板焼鈍の温度を調整して、結晶粒径を5.0〜200μmとする。
なお時効熱処理によって酸化スケールが発生するので、その酸化スケールを除去するために酸洗を行なう。
次に、各セパレータを王水でエッチングした後、光学顕微鏡で観察し、100個以上の結晶粒が占める面積から円相当径を算出し、さらにその平均値を求めて結晶粒径とした。その結果を表2に示す。
各冷延鋼板から切り出した6枚の試験片をセパレータの形状に加工し、時効熱処理と酸洗を施した。高分子膜,電極,ガス拡散層が一体化された有効面積50cm2 の膜−電極接合体(すなわちMEA,エレクトロケム社製FC50-MEA)を用いて図1に示す形状の単セルを作成した。空気流路6,水素流路7の溝は、高さ0.5mm,幅2mmの矩形として17列設けた。
なお、ここではプレス加工の後で時効熱処理を行なってσ相を析出させたが、セパレータの加工前に時効熱処理を行なっても良い。また所定の形状に加工する際には、切削加工やコイニング等を採用しても良い。
2 ガス拡散層
3 ガス拡散層
4 セパレータ
5 セパレータ
6 空気流路
7 水素流路
8 試験片
9 カーボンペーパ
10 電極
Claims (2)
- Cr:16〜45質量%、Si:3質量%以下、Mn:3質量%以下、Ti:2質量%以下、V:2質量%以下、Zr:2質量%以下、Nb:2質量%以下、Mo:7質量%以下およびW:7質量%以下のうちの1種以上を含有し、かつCr,Si,Ti,V,Zr,Nb,Mo,Wの含有量を用いて下記の(1)式で算出されるQ値が18を超える組成と、σ相を表面近傍に析出させて表面に露出した前記σ相の面積率が1%以上であり、かつ結晶粒径が5.0μm以上である組織と、を有することを特徴とする固体高分子形燃料電池セパレータ用ステンレス鋼。
Q=[Cr]+[Si]+[Ti]+[V]+1.5([Zr]+[Nb]+[Mo])+0.5[W] ・・・(1)
[Cr]:Cr含有量(質量%)
[Si]:Si含有量(質量%)
[Ti]:Ti含有量(質量%)
[V]:V含有量(質量%)
[Zr]:Zr含有量(質量%)
[Nb]:Nb含有量(質量%)
[Mo]:Mo含有量(質量%)
[W]:W含有量(質量%) - 固体高分子膜、電極、ガス拡散層およびセパレータを有し、前記セパレータが請求項1に記載の固体高分子形燃料電池セパレータ用ステンレス鋼からなることを特徴とする固体高分子形燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008082462A JP5560533B2 (ja) | 2008-03-27 | 2008-03-27 | 固体高分子形燃料電池セパレータ用ステンレス鋼およびそれを用いた固体高分子形燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008082462A JP5560533B2 (ja) | 2008-03-27 | 2008-03-27 | 固体高分子形燃料電池セパレータ用ステンレス鋼およびそれを用いた固体高分子形燃料電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009235478A true JP2009235478A (ja) | 2009-10-15 |
JP5560533B2 JP5560533B2 (ja) | 2014-07-30 |
Family
ID=41249795
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008082462A Active JP5560533B2 (ja) | 2008-03-27 | 2008-03-27 | 固体高分子形燃料電池セパレータ用ステンレス鋼およびそれを用いた固体高分子形燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5560533B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101356954B1 (ko) | 2011-12-26 | 2014-01-28 | 주식회사 포스코 | 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강 및 그 제조방법 |
KR20170129154A (ko) * | 2015-03-20 | 2017-11-24 | 아뻬랑 | 금속 스트립, 양극판 및 관련 제조방법 |
KR20170129763A (ko) * | 2015-03-20 | 2017-11-27 | 아뻬랑 | 크롬-질화물 피막을 갖는 금속 스트립 또는 시트, 양극판 및 관련 제조방법 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001006694A (ja) * | 1999-06-16 | 2001-01-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池用セパレータ |
JP2004339569A (ja) * | 2003-05-15 | 2004-12-02 | Nippon Steel Corp | 固体高分子型燃料電池セパレータ用ステンレス鋼板並びにその製造方法及び成形方法 |
JP2007254795A (ja) * | 2006-03-22 | 2007-10-04 | Jfe Steel Kk | 固体高分子形燃料電池およびそのセパレータに好適なステンレス鋼 |
JP2007254794A (ja) * | 2006-03-22 | 2007-10-04 | Jfe Steel Kk | 固体高分子形燃料電池およびそのセパレータに好適なステンレス鋼 |
-
2008
- 2008-03-27 JP JP2008082462A patent/JP5560533B2/ja active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001006694A (ja) * | 1999-06-16 | 2001-01-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池用セパレータ |
JP2004339569A (ja) * | 2003-05-15 | 2004-12-02 | Nippon Steel Corp | 固体高分子型燃料電池セパレータ用ステンレス鋼板並びにその製造方法及び成形方法 |
JP2007254795A (ja) * | 2006-03-22 | 2007-10-04 | Jfe Steel Kk | 固体高分子形燃料電池およびそのセパレータに好適なステンレス鋼 |
JP2007254794A (ja) * | 2006-03-22 | 2007-10-04 | Jfe Steel Kk | 固体高分子形燃料電池およびそのセパレータに好適なステンレス鋼 |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101356954B1 (ko) | 2011-12-26 | 2014-01-28 | 주식회사 포스코 | 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강 및 그 제조방법 |
KR20170129154A (ko) * | 2015-03-20 | 2017-11-24 | 아뻬랑 | 금속 스트립, 양극판 및 관련 제조방법 |
KR20170129763A (ko) * | 2015-03-20 | 2017-11-27 | 아뻬랑 | 크롬-질화물 피막을 갖는 금속 스트립 또는 시트, 양극판 및 관련 제조방법 |
JP2018514647A (ja) * | 2015-03-20 | 2018-06-07 | アペラン | 窒化クロムコーティングを有する金属ストリップ又はシート、バイポーラプレート及び関連する製造方法 |
KR102336207B1 (ko) | 2015-03-20 | 2021-12-08 | 아뻬랑 | 크롬-질화물 피막을 갖는 금속 스트립 또는 시트, 양극판 및 관련 제조방법 |
KR102336208B1 (ko) | 2015-03-20 | 2021-12-08 | 아뻬랑 | 금속 스트립, 양극판 및 관련 제조방법 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5560533B2 (ja) | 2014-07-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102165049B1 (ko) | 연료 전지의 세퍼레이터용 스테인리스 강판 및 그의 제조 방법 | |
JP5434807B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池用ステンレス鋼の表面粗さ調整処理方法 | |
JP4798298B2 (ja) | 導電性と延性に優れた燃料電池セパレータ用ステンレス鋼およびその製造方法 | |
US6835487B2 (en) | Stainless steel separator for fuel cells, method for making the same, and solid polymer fuel cell including the same | |
KR102177522B1 (ko) | 연료 전지의 세퍼레이터용 스테인리스 강판의 제조 방법 | |
JP4496750B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池セパレータ用ステンレス鋼とそのステンレス鋼を用いた固体高分子型燃料電池 | |
KR100858572B1 (ko) | 연료전지용 금속재료, 그것을 사용한 연료전지 및, 그재료의 제조방법 | |
JP2012177157A (ja) | 固体高分子形燃料電池セパレータ用ステンレス鋼およびその製造方法 | |
WO2013018320A1 (ja) | 燃料電池セパレータ用ステンレス鋼 | |
JP2006233282A (ja) | 電気伝導性および耐食性に優れた通電電気部品用ステンレス鋼及びその製造方法 | |
JP5152193B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池セパレータ用ステンレス鋼材および固体高分子型燃料電池 | |
JP2003223904A (ja) | 燃料電池用セパレータとその製造方法および固体高分子型燃料電池 | |
JP5972877B2 (ja) | 燃料電池セパレータ用ステンレス鋼の製造方法 | |
JP4967398B2 (ja) | 固体高分子形燃料電池およびそのセパレータに好適なステンレス鋼 | |
JP3922154B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池セパレータ用ステンレス鋼とその製造方法および固体高分子型燃料電池 | |
US8900379B2 (en) | Stainless steel for solid polymer fuel cell separator and solid polymer typefuel cell using the stainless steel | |
JP4930222B2 (ja) | 固体高分子形燃料電池セパレータ用オーステナイト系ステンレス鋼およびそれを用いた固体高分子形燃料電池 | |
JP4967831B2 (ja) | 固体高分子形燃料電池セパレータ用フェライト系ステンレス鋼およびそれを用いた固体高分子形燃料電池 | |
JP4967397B2 (ja) | 固体高分子形燃料電池およびそのセパレータに好適なステンレス鋼 | |
JP5573039B2 (ja) | 固体高分子形燃料電池セパレータ用ステンレス鋼およびその製造方法 | |
JP5560533B2 (ja) | 固体高分子形燃料電池セパレータ用ステンレス鋼およびそれを用いた固体高分子形燃料電池 | |
JP2004269969A (ja) | 固体高分子型燃料電池用セパレータおよびその製造方法 | |
JP2005166276A (ja) | 固体高分子型燃料電池セパレータ用ステンレス鋼,それを用いた固体高分子型燃料電池セパレータおよび固体高分子型燃料電池 | |
JP2005089800A (ja) | 固体高分子型燃料電池セパレータ用ステンレス鋼およびそれを用いた固体高分子型燃料電池 | |
JP2005298939A (ja) | 耐食性および電気伝導性に優れるステンレス鋼板 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110222 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130130 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130219 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130325 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20130710 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130806 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140121 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140226 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20140407 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20140409 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140513 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140526 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5560533 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |