JP2010045038A - Fuel cell and separator therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell and a separator therefor formed of titanium or a titanium alloy with excellent corrosion resistivity, high adherence to noble-metal layers, low contact resistance, and excellent productivity. <P>SOLUTION: The separator for the fuel cell includes a noble-metal layer with a thickness not smaller than 2 nm, containing more than one kind of rare metals selected from at least Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt and Au, on the surface of a substrate formed of titanium or the titanium alloy. A titanium-oxide layer containing at least either of a rutile-type crystal or a brookite-type crystal is formed at least in either of the portion between the noble-metal layer and the substrate, or on the exposed surface of the substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、携帯電話やパソコンなどの携帯機器、家庭用燃料電池、燃料電池自動車などに用いられる固体高分子型燃料電池用のTiまたはTi合金製の燃料電池用セパレータおよび燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell separator and a fuel cell made of Ti or Ti alloy for a polymer electrolyte fuel cell used for portable devices such as mobile phones and personal computers, household fuel cells, fuel cell vehicles and the like.

近年、燃料電池は、地球環境問題やエネルギ問題を解決するエネルギ源として期待されている。
特に、固体高分子型燃料電池は、低い温度で動作可能であることや小型化・軽量化が可能であることから、家庭用コジェネレーションシステムや携帯機器用の電源、燃料電池自動車への適用が検討されている。
In recent years, fuel cells are expected as an energy source for solving global environmental problems and energy problems.
In particular, polymer electrolyte fuel cells can be operated at low temperatures, and can be reduced in size and weight, so they can be applied to household cogeneration systems, power supplies for portable devices, and fuel cell vehicles. It is being considered.

ここで、一般的な固体高分子型燃料電池は、電解質である固体高分子膜の両側にアノードおよびカソードの役割を果たす触媒層、その外側にガス拡散層があり、さらにその外側に燃料ガス流路が形成されたセパレータが設けられた構造となっている。   Here, a general polymer electrolyte fuel cell has a catalyst layer serving as an anode and a cathode on both sides of a solid polymer membrane that is an electrolyte, a gas diffusion layer on the outer side, and a fuel gas flow on the outer side. The separator is provided with a path.

このセパレータは、ガスの流路の役割だけでなく、電流を取り出す役割も果たすため、導電性が高いことが要求される。従来は、カーボン製のセパレータが用いられていたが、強度の関係から、厚さ寸法を大きくしなければならないため、小型・軽量化を図る観点から好ましいとは言いがたい状況であった。   This separator is required not only to function as a gas flow path but also to take out a current, and therefore has high conductivity. Conventionally, carbon separators have been used. However, because the thickness dimension has to be increased due to strength, it is difficult to say that it is preferable from the viewpoint of reducing the size and weight.

セパレータは、小型・軽量化を図るため、薄肉化が可能な金属で形成されることが検討されている。しかし、燃料電池(固体高分子型燃料電池)の内部は酸性雰囲気であるため、金属にとっては腐食されやすい環境下であるといえる。そのため、燃料電池に用いられる金属製のセパレータには、耐食性と導電性が良好である必要がある。   In order to reduce the size and weight of the separator, it is considered that the separator is formed of a metal that can be thinned. However, since the inside of the fuel cell (solid polymer fuel cell) is in an acidic atmosphere, it can be said that the environment is easily corroded by metals. Therefore, a metal separator used in a fuel cell needs to have good corrosion resistance and conductivity.

また、ステンレス鋼やTiなどの金属は、表面に不動態皮膜を形成することによって良好な耐食性を得ているが、この不動態皮膜がガス拡散層との接触抵抗を高くするため、導電性を阻害し、燃料電池の発電効率を劣化させることが知られている。   Also, metals such as stainless steel and Ti have good corrosion resistance by forming a passive film on the surface, but this passive film increases the contact resistance with the gas diffusion layer, so that the conductivity is improved. It is known to inhibit the power generation efficiency of the fuel cell.

一方、鉄などの不動態皮膜を形成しない金属は、導電性が良好であるものの、腐食して溶出しやすく、溶出したイオンが触媒特性を劣化させたり、固体高分子膜のイオン伝導性を低下させたりするため、結果的に燃料電池の発電特性を劣化させることが知られている。   On the other hand, metals that do not form a passive film such as iron have good conductivity but are easily corroded and eluted, and the eluted ions deteriorate the catalytic properties and reduce the ionic conductivity of the solid polymer membrane. Therefore, it is known that the power generation characteristics of the fuel cell are deteriorated as a result.

このため、金属製のセパレータの表面に金をめっきしたもの(例えば、特許文献1参照)や、ステンレス鋼やTiのセパレータの表面に貴金属または貴金属の合金をイオン蒸着やめっきにより付着させたもの(例えば、特許文献2参照)、耐食性金属材料のセパレータの表面に貴金属層を形成したもの(例えば、特許文献3参照)が提案されている。
これらの発明は、表面に不動態皮膜を形成せず、かつ耐食性が高い貴金属を金属表面に形成することにより、高耐食性と低い接触抵抗を維持しようとするものである。
For this reason, the surface of a metal separator is plated with gold (for example, see Patent Document 1), or the surface of a stainless steel or Ti separator is adhered to a surface of a noble metal or a noble metal alloy by ion deposition or plating ( For example, refer to Patent Document 2), and a structure in which a noble metal layer is formed on the surface of a separator made of a corrosion-resistant metal material (for example, refer to Patent Document 3) has been proposed.
These inventions attempt to maintain high corrosion resistance and low contact resistance by forming a noble metal having high corrosion resistance on a metal surface without forming a passive film on the surface.

特開平10−228914号公報JP-A-10-228914 特開2001−6713号公報JP 2001-6713 A 特開2004−158437号公報JP 2004-158437 A

しかしながら、特許文献1に記載された発明は、表面の不動態皮膜を除去しないと金の密着性が悪くなるだけでなく、この不動態皮膜によって接触抵抗が高くなってしまう(すなわち、導電性が低くなる)。そのため、表面活性化工程を行うことで不動態皮膜を除去しているが、めっき工程の前に行う洗浄工程で不動態皮膜が形成されるため、十分な密着性を得ることができないという欠点や接触抵抗を低くすることができないという欠点がある。   However, the invention described in Patent Document 1 not only deteriorates the adhesion of gold unless the surface passive film is removed, but also increases the contact resistance due to this passive film (that is, the conductivity is low). Lower). Therefore, the passive film is removed by performing the surface activation process, but since the passive film is formed in the cleaning process performed before the plating process, there is a drawback that sufficient adhesion cannot be obtained. There is a disadvantage that the contact resistance cannot be lowered.

また、特許文献2に記載された発明は、ステンレス鋼やTiの表面を機械的に研磨しながら貴金属であるPtを腐食反応により析出させる処理を行っている。かかる処理を行うと、不動態皮膜が除去された部分にPtが析出するため接触抵抗は低下する(すなわち、導電性が高くなる)ものの、ピンホール(基板が部分的に表面に表れた箇所をいう)が形成されるなど、緻密な貴金属層が形成されないために、燃料電池のような酸性雰囲気での使用によって当該ピンホールからステンレス鋼やTiが溶出し、燃料電池の発電特性が劣化するという欠点がある。また、貴金属をめっきしたガラスビーズでブラスト処理する方法も提示されているが、セパレータは高い寸法精度が要求されるため、ブラスト処理によって発生し得る変形で使用することが困難になるという欠点がある。   Moreover, the invention described in Patent Document 2 performs a process of precipitating Pt as a noble metal by a corrosion reaction while mechanically polishing the surface of stainless steel or Ti. When such a treatment is performed, Pt is deposited on the portion where the passive film has been removed, so that the contact resistance decreases (that is, the conductivity increases), but the pinhole (where the substrate partially appears on the surface) In other words, stainless steel and Ti are eluted from the pinhole when used in an acidic atmosphere such as a fuel cell, and the power generation characteristics of the fuel cell deteriorate. There are drawbacks. In addition, although a method of blasting with glass beads plated with precious metal has been proposed, since the separator is required to have high dimensional accuracy, there is a drawback that it becomes difficult to use due to deformation that can occur by blasting. .

特許文献3に記載された発明も、貴金属層をめっきで形成しているので、不動態皮膜上に貴金属層が形成されていると考えられる。そのため、十分な密着性を得ることができないという欠点や接触抵抗を低くすることができないという欠点がある。   In the invention described in Patent Document 3, since the noble metal layer is formed by plating, it is considered that the noble metal layer is formed on the passive film. For this reason, there are drawbacks that sufficient adhesion cannot be obtained and contact resistance cannot be lowered.

本発明の課題は、耐食性に優れ、貴金属層の密着性が高く、かつ接触抵抗が低く、さらに生産性に優れたTiまたはTi合金製の燃料電池用セパレータ、および当該燃料電池用セパレータを用いた燃料電池を提供することにある。   An object of the present invention is to use a fuel cell separator made of Ti or Ti alloy having excellent corrosion resistance, high adhesion of a noble metal layer, low contact resistance, and excellent productivity, and the fuel cell separator. It is to provide a fuel cell.

前記した課題を解決するため、本発明に係る燃料電池用セパレータは、TiまたはTi合金製の基板の表面に、Ru,Rh,Pd,Os,Ir,PtおよびAuから選択される少なくとも1種以上の貴金属を含んでなる2nm以上の厚さの貴金属層が形成され、かつ前記貴金属層と前記基板の間、および前記基板が表面に露出した部分、の少なくとも一方に、ルチル型結晶およびブルッカイト型結晶の少なくとも一方を含有する酸化チタン層が形成されていることを特徴としている。また、燃料電池用セパレータは、基板の表面の少なくとも一部にガスを流通させるガス流路を形成するための凹部が形成されたもので、前記凹部を形成した前記基板の表面に前記貴金属層を形成したものでもよい。   In order to solve the above-described problems, the separator for a fuel cell according to the present invention has at least one selected from Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt and Au on the surface of a substrate made of Ti or Ti alloy. A rutile type crystal and a brookite type crystal are formed between at least one of the noble metal layer and the substrate, and a portion where the substrate is exposed on the surface. A titanium oxide layer containing at least one of the above is formed. The fuel cell separator is formed with a recess for forming a gas flow path through which gas flows in at least a part of the surface of the substrate, and the noble metal layer is formed on the surface of the substrate where the recess is formed. It may be formed.

本発明に係る燃料電池用セパレータは、貴金属層と基板の間、および基板が表面に露出した部分、の少なくとも一方に、ルチル型結晶およびブルッカイト型結晶の少なくとも一方を含有する酸化チタン層を形成しているので、接触抵抗を低くすることができる。つまり、導電性を向上させることができる。そして、貴金属の結晶格子と結晶化した不動態皮膜(酸化チタン層)との整合性を高めることで貴金属層との密着性が得られる。また、本発明の燃料電池用セパレータは、基板の表面の少なくとも一部に凹部が形成されていることによって、燃料電池において、2枚の燃料電池用セパレータの間に配置された固体高分子膜へのガス供給を効率よく行うことができる。   In the fuel cell separator according to the present invention, a titanium oxide layer containing at least one of a rutile type crystal and a brookite type crystal is formed between at least one of a noble metal layer and a substrate and a portion where the substrate is exposed on the surface. Therefore, the contact resistance can be lowered. That is, conductivity can be improved. Further, the adhesion between the noble metal crystal lattice and the crystallized passive film (titanium oxide layer) is enhanced to obtain adhesion with the noble metal layer. In the fuel cell separator of the present invention, the concave portion is formed on at least a part of the surface of the substrate, so that in the fuel cell, the solid polymer membrane disposed between the two fuel cell separators is formed. The gas can be efficiently supplied.

そして、本発明に係る燃料電池は、前記した燃料電池用セパレータを用いるのが好ましい。本発明の燃料電池は、前記した燃料電池用セパレータを用いているので、耐食性に優れ、貴金属層の密着性が高く、かつ接触抵抗が低く、さらに生産性に優れている。   The fuel cell according to the present invention preferably uses the above-described fuel cell separator. Since the fuel cell of the present invention uses the above-described fuel cell separator, it has excellent corrosion resistance, high adhesion of the noble metal layer, low contact resistance, and excellent productivity.

本発明に係る燃料電池用セパレータは、耐食性に優れ、貴金属層の密着性が高く、かつ接触抵抗が低く、さらに生産性に優れる。
そして、本発明に係る燃料電池は、耐食性に優れ、貴金属層の密着性が高く、かつ接触抵抗が低く、さらに生産性に優れている。
The fuel cell separator according to the present invention has excellent corrosion resistance, high adhesion of the noble metal layer, low contact resistance, and excellent productivity.
The fuel cell according to the present invention has excellent corrosion resistance, high adhesion of the noble metal layer, low contact resistance, and excellent productivity.

燃料電池用セパレータの製造方法の工程を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the process of the manufacturing method of the separator for fuel cells. 本発明に係る燃料電池用セパレータの断面図である。It is sectional drawing of the separator for fuel cells which concerns on this invention. 接触抵抗の測定方法を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the measuring method of contact resistance. 基板の表面に形成したガス流路の形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the shape of the gas flow path formed in the surface of a board | substrate. 本発明の燃料電池用セパレータを用いた燃料電池の一部を展開した様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a part of fuel cell using the separator for fuel cells of this invention was expand | deployed. 熱処理時間(t)と熱処理温度(T)の関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between heat processing time (t) and heat processing temperature (T).

本発明に係る燃料電池用セパレータおよび燃料電池を実施するための形態について適宜図面を参照して説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments for carrying out a fuel cell separator and a fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.

本発明に係る燃料電池用セパレータ1について図2を参照して詳細に説明する。
図2に示すように、本発明に係る燃料電池用セパレータ1は、表面の少なくとも一部にガスを流通させるガス流路11(図4参照)を形成するための凹部が形成されたTiまたはTi合金製の基板2の表面に、Ru,Rh,Pd,Os,Ir,PtおよびAuから選択される少なくとも1種以上の貴金属を含んでなる貴金属層3を形成した構成となっている。なお、燃料電池用セパレータ1は、燃料電池20において2枚の燃料電池用セパレータ1、1の間に配置された固体高分子膜13にガス拡散層12、12を介してガスが供給できれば(図5参照)、基板2の表面に凹部を形成しなくてもよい。
The fuel cell separator 1 according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, the fuel cell separator 1 according to the present invention has Ti or Ti formed with a recess for forming a gas flow path 11 (see FIG. 4) through which gas flows at least at a part of the surface. A noble metal layer 3 containing at least one kind of noble metal selected from Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt and Au is formed on the surface of the alloy substrate 2. The fuel cell separator 1 can supply gas to the solid polymer membrane 13 disposed between the two fuel cell separators 1 and 1 in the fuel cell 20 via the gas diffusion layers 12 and 12 (FIG. 5), the concave portion may not be formed on the surface of the substrate 2.

より具体的には、本発明に係る燃料電池用セパレータ1は、基板2の表面に、Ru,Rh,Pd,Os,Ir,PtおよびAuから選択される少なくとも1種以上の貴金属を含んでなる2nm以上の厚さの貴金属層3をPVD法によって形成し、当該貴金属層3を、所定の熱処理温度および所定の酸素分圧下で熱処理を行い、貴金属層3を形成するとともに、貴金属層3と基板2の間、および基板2が表面に露出した部分、の少なくとも一方に、ルチル型結晶およびブルッカイト型結晶の少なくとも一方を含有する酸化チタン層5を形成した構成となっている。
なお、貴金属層3の厚さを前記の範囲とすること、PVD法を用いること、熱処理の熱処理温度および酸素分圧を規定することの意義については後記する。
More specifically, the fuel cell separator 1 according to the present invention includes at least one or more kinds of noble metals selected from Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt and Au on the surface of the substrate 2. A noble metal layer 3 having a thickness of 2 nm or more is formed by the PVD method, and the noble metal layer 3 is heat-treated at a predetermined heat treatment temperature and a predetermined oxygen partial pressure to form the noble metal layer 3, and the noble metal layer 3 and the substrate The titanium oxide layer 5 containing at least one of a rutile type crystal and a brookite type crystal is formed in at least one of a portion between the two and a portion where the substrate 2 is exposed on the surface.
The significance of setting the thickness of the noble metal layer 3 in the above range, using the PVD method, and defining the heat treatment temperature and oxygen partial pressure of the heat treatment will be described later.

基板2上に形成される貴金属層3の厚さは、1.5nm以上であるのが好ましい。
貴金属層3の厚さが1.5nm未満であると、貴金属層3のバリア効果が不十分となり、貴金属層3と基板2の酸化チタン層5直下の部分で不動態皮膜が形成されて接触抵抗が大きくなるおそれがある。
なお、貴金属層3の厚さの上限はないが、コストの観点から500nm以下であることが好ましい。
The thickness of the noble metal layer 3 formed on the substrate 2 is preferably 1.5 nm or more.
If the thickness of the noble metal layer 3 is less than 1.5 nm, the barrier effect of the noble metal layer 3 becomes insufficient, and a passive film is formed in the portion of the noble metal layer 3 and the substrate 2 immediately below the titanium oxide layer 5, resulting in contact resistance. May increase.
In addition, although there is no upper limit of the thickness of the noble metal layer 3, it is preferable that it is 500 nm or less from a viewpoint of cost.

また、本発明に係る燃料電池用セパレータ1が酸化チタン層5を含む場合は、例えば、図2に示すように、Ru,Rh,Pd,Os,Ir,PtおよびAuから選択される少なくとも1種以上の貴金属を含んでなる貴金属層3と基板2(つまり、母材)の間に当該酸化チタン層5が形成される。なお、貴金属層3にピンホールPなどが形成され、基板2が表面に露出した部分が存在する場合には、当該ピンホールPの直下にも酸化チタン層5が形成され得る。本発明においては、この酸化チタン層5を貴金属層3と基板2の間、および基板2が表面に露出した部分(ピンホールP)の少なくとも一方に形成すれば好適であるが、両方に形成するとより好適である。   When the fuel cell separator 1 according to the present invention includes the titanium oxide layer 5, for example, as shown in FIG. 2, at least one selected from Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt and Au is used. The titanium oxide layer 5 is formed between the noble metal layer 3 containing the above noble metal and the substrate 2 (that is, the base material). In addition, when the pinhole P etc. are formed in the noble metal layer 3, and the part which the board | substrate 2 exposed to the surface exists, the titanium oxide layer 5 can also be formed directly under the said pinhole P. FIG. In the present invention, it is preferable to form the titanium oxide layer 5 between the noble metal layer 3 and the substrate 2 and at least one of the portions where the substrate 2 is exposed on the surface (pinhole P). More preferred.

かかる酸化チタン層5は、0.5〜10nm程度の厚さであれば、水素吸収阻止効果と導電性とを兼備させることができる。なお、かかる酸化チタン層5は、貴金属層3で被覆されている、または低酸素分圧下で形成されるため、通常の不動態皮膜よりもルチル型結晶およびブルッカイト型結晶の少なくとも一方を多く含有し得る。   If the titanium oxide layer 5 has a thickness of about 0.5 to 10 nm, it can have both a hydrogen absorption preventing effect and conductivity. Since the titanium oxide layer 5 is covered with the noble metal layer 3 or formed under a low oxygen partial pressure, the titanium oxide layer 5 contains at least one of a rutile type crystal and a brookite type crystal more than a normal passive film. obtain.

次に、燃料電池用セパレータの製造方法について説明する。
図1に示すように、本発明の燃料電池用セパレータ1の製造方法は、貴金属層形成工程S2と、熱処理工程S3と、を含んでなる。また、本発明の燃料電池用セパレータの製造方法は、貴金属層形成工程S2の前に凹部形成工程S1を含んでもよい。
Next, a method for manufacturing a fuel cell separator will be described.
As shown in FIG. 1, the manufacturing method of the fuel cell separator 1 of the present invention includes a noble metal layer forming step S2 and a heat treatment step S3. Moreover, the manufacturing method of the separator for fuel cells of this invention may include recessed part formation process S1 before noble metal layer formation process S2.

凹部形成工程S1は、TiまたはTi合金製の燃料電池用セパレータとしての基板2の表面の少なくとも一部に、水素ガスや空気などのガスを流通させるガス流路11(図4、図5参照)を形成するための凹部を形成する。ここで、基板2の表面とは、基板2の外側をなす面をいい、いわゆる表面、裏面、側面が含まれる。
ここで、基板2の表面の少なくとも一部にガス流路を形成するための装置は、特に限定されるものではなく、所定の目的を果たすことのできる従来公知の装置を適宜に用いることができる。
なお、この形成工程S1に先立って、基板2の縦幅、横幅、厚さなどをあらかじめ設定した寸法や形状に形成しておくのが好ましい。
The recess forming step S1 is a gas flow path 11 for circulating a gas such as hydrogen gas or air over at least a part of the surface of the substrate 2 as a fuel cell separator made of Ti or Ti alloy (see FIGS. 4 and 5). A recess for forming the is formed. Here, the surface of the substrate 2 refers to a surface that forms the outside of the substrate 2, and includes a so-called front surface, back surface, and side surface.
Here, the apparatus for forming the gas flow path on at least a part of the surface of the substrate 2 is not particularly limited, and a conventionally known apparatus capable of achieving a predetermined purpose can be appropriately used. .
Prior to the formation step S1, it is preferable to form the substrate 2 in a predetermined size or shape, such as a vertical width, a horizontal width, and a thickness.

貴金属層形成工程S2は、TiまたはTi合金製の基板2の表面(基板2の表面全体または表面の一部)に、Ru,Rh,Pd,Os,Ir,PtおよびAuから選択される少なくとも1種以上の貴金属を含んでなる2nm以上の厚さの貴金属層3をPVD(物理気相堆積;Physical Vapor Deposition)法によって形成する。本発明で用いることのできるPVD法としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などがあるが、中でもスパッタリング法によれば貴金属層3の厚さを制御しやすく好適である。また、貴金属層形成工程S2は、凹部を形成したTiまたはTi合金製の基板の表面に貴金属層3を形成してもよい。   In the noble metal layer forming step S2, at least one selected from Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, and Au is formed on the surface of the substrate 2 made of Ti or Ti alloy (the entire surface of the substrate 2 or a part of the surface). A noble metal layer 3 having a thickness of 2 nm or more and containing a noble metal or more is formed by a PVD (Physical Vapor Deposition) method. Examples of the PVD method that can be used in the present invention include a sputtering method, a vacuum deposition method, and an ion plating method. Among them, the sputtering method is preferable because the thickness of the noble metal layer 3 can be easily controlled. Further, in the noble metal layer forming step S2, the noble metal layer 3 may be formed on the surface of the Ti or Ti alloy substrate in which the recesses are formed.

基板2としては、JIS H 4600に規定される1種〜4種の純Tiの基板や、Ti−Al、Ti−Ta、Ti−6Al−4V、Ti−PdなどのTi合金の基板を挙げることができる。しかし、本発明において用いることのできる基板2としては、これらに限定されることはなく、他の金属元素等を含有してなるTi合金であっても好適に用いることができる。   Examples of the substrate 2 include 1 to 4 types of pure Ti substrates stipulated in JIS H 4600, and substrates of Ti alloys such as Ti—Al, Ti—Ta, Ti-6Al-4V, and Ti—Pd. Can do. However, the substrate 2 that can be used in the present invention is not limited to these, and even Ti alloys containing other metal elements can be suitably used.

Ru,Rh,Pd,Os,Ir,PtおよびAuといった貴金属(Noble metal)は、不動態皮膜を形成しないにも拘らず耐食性に優れていること、遷移金属であるので導電性に優れていること、および、これらの貴金属元素は互いに似通った性質を有していることなどが知られている。したがって、これらの中から適宜に選択された貴金属を含んでなる貴金属層3を形成することによって、良好な耐食性と導電性を具備することができる。   Noble metals such as Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt and Au are excellent in corrosion resistance even though they do not form a passive film, and are excellent in conductivity because they are transition metals. It is known that these noble metal elements have properties similar to each other. Therefore, by forming the noble metal layer 3 containing a noble metal appropriately selected from these, it is possible to have good corrosion resistance and conductivity.

かかる貴金属層形成工程S2で形成する貴金属層3の厚さは2nm以上であることを要する。貴金属層3の厚さが2nm未満であるとピンホールが過度に多く形成されるために、後記する熱処理を行った際にTiやTi合金の酸化が貴金属層3の下側にまで回りこむため、接触抵抗を低くすることができない。なお、貴金属層形成工程S2で形成する貴金属層3の厚さは、3nm以上とするのがより好ましく、5nm以上とするのが最も好ましい。
なお、貴金属層3の厚さの上限値は特に限定されるものではないが、貴金属層3の形成に要する時間とコストを低く抑える観点から500nm以下とするのが好ましい。
The thickness of the noble metal layer 3 formed in the noble metal layer forming step S2 needs to be 2 nm or more. When the thickness of the noble metal layer 3 is less than 2 nm, an excessively large number of pinholes are formed. Therefore, when heat treatment described later is performed, oxidation of Ti or Ti alloy reaches below the noble metal layer 3. The contact resistance cannot be lowered. The thickness of the noble metal layer 3 formed in the noble metal layer forming step S2 is more preferably 3 nm or more, and most preferably 5 nm or more.
The upper limit value of the thickness of the noble metal layer 3 is not particularly limited, but is preferably 500 nm or less from the viewpoint of reducing the time and cost required for forming the noble metal layer 3.

また、貴金属層形成工程S2は、PVD法によって前記した貴金属の貴金属層3を形成する。PVD法は、常温でも基板2上に貴金属層3を形成できるため基板2に与えるダメージ(例えば、反りや強度の低下など)を少なくすることができるだけでなく、比較的広い面積に貴金属層3を形成することができるため生産性が向上する。   In the noble metal layer forming step S2, the above-described noble metal noble metal layer 3 is formed by the PVD method. In the PVD method, since the noble metal layer 3 can be formed on the substrate 2 even at room temperature, not only can the damage given to the substrate 2 (for example, warpage or strength reduction) be reduced, but the noble metal layer 3 can be formed over a relatively large area. Since it can form, productivity improves.

この貴金属層形成工程S2は、基板2を300〜800℃に加熱して貴金属層3を形成してもよい。後記する熱処理工程S3に速やかに移行できるため、燃料電池用セパレータ1の製造を容易化することができる。
また、この貴金属層形成工程S2を行うに当たって、あらかじめ基板2をアセトンなどの有機溶剤を用いて超音波洗浄等の洗浄を行うこともできる。このような洗浄を行うと、基板2表面の汚れに起因するピンホールの形成や密着性不良を低減化することができるので好適である。
In the noble metal layer forming step S2, the noble metal layer 3 may be formed by heating the substrate 2 to 300 to 800 ° C. Since it can transfer to heat treatment process S3 mentioned later quickly, manufacture of separator 1 for fuel cells can be made easy.
In performing the noble metal layer forming step S2, the substrate 2 can be cleaned in advance using an organic solvent such as acetone. Such cleaning is preferable because pinhole formation and poor adhesion due to contamination on the surface of the substrate 2 can be reduced.

次に、熱処理工程S3は、貴金属層形成工程S2で貴金属層3が形成された基板2を、所定の熱処理温度および所定の酸素分圧下で熱処理を行って貴金属層3を形成するとともに、貴金属層3と基板2の間、および基板2が表面に露出した部分、の少なくとも一方に、導電性の高い結晶化した不動態皮膜(酸化チタン層5(図2参照))のうちの少なくとも一方を形成させ、燃料電池用セパレータ1を製造する。   Next, in the heat treatment step S3, the substrate 2 on which the noble metal layer 3 is formed in the noble metal layer forming step S2 is heat-treated at a predetermined heat treatment temperature and a predetermined oxygen partial pressure to form the noble metal layer 3, and the noble metal layer At least one of a highly conductive crystallized passive film (titanium oxide layer 5 (see FIG. 2)) is formed between at least one of the substrate 3 and the substrate 2 and at a portion where the substrate 2 is exposed on the surface. Thus, the fuel cell separator 1 is manufactured.

つまり、この熱処理工程S3は、所定の条件で熱処理することで、一部または全部を結晶化した不動態皮膜(酸化チタン)を形成することができる。
ここで、熱処理前の基板2の表面に形成されている不動態皮膜は、熱処理によって一部または全部が結晶化する。この結晶化の際に、貴金属層3直下の不動態皮膜は、酸素の供給が貴金属層3によって遮断されるため、酸素がTi母材中に拡散して薄くなり、かつ酸素が欠乏した酸化チタン(酸素欠乏傾斜構造を有する酸化チタン)に変化する。この結晶化した酸化チタンは、化学量論比よりも酸素が欠乏すると導電性が高くなるn型半導体となる。つまり、熱処理によって基板2の表面に形成されている不動態皮膜の導電性を向上させることができる。このような酸化チタンの結晶構造としては、ルチル型結晶若しくはブルッカイト型結晶を挙げることができる。なお、ルチル型結晶とは、ルチル結晶と同じ結晶構造を有する結晶をいい、ブルッカイト型結晶とは、ブルッカイト結晶と同じ結晶構造を有する結晶をいう。なお、このような酸素欠乏型のルチル型結晶およびブルッカイト型結晶を有する酸化皮膜4は、酸素分圧をより低くして熱処理を行うほど得られやすく、貴金属層3で被覆された箇所などの、より酸素の少ない条件で熱処理を行うとさらに得やすい。
That is, in this heat treatment step S3, a passive film (titanium oxide) crystallized in part or in whole can be formed by heat treatment under predetermined conditions.
Here, a part or all of the passive film formed on the surface of the substrate 2 before the heat treatment is crystallized by the heat treatment. During the crystallization, the passive film immediately below the noble metal layer 3 is thinned by diffusion of oxygen into the Ti base material because the supply of oxygen is blocked by the noble metal layer 3, and the oxygen oxide-deficient titanium oxide. It changes to (titanium oxide having an oxygen-deficient gradient structure). This crystallized titanium oxide becomes an n-type semiconductor whose conductivity is increased when oxygen is deficient than the stoichiometric ratio. That is, the conductivity of the passive film formed on the surface of the substrate 2 by heat treatment can be improved. Examples of such a crystal structure of titanium oxide include a rutile type crystal and a brookite type crystal. Note that the rutile crystal refers to a crystal having the same crystal structure as the rutile crystal, and the brookite crystal refers to a crystal having the same crystal structure as the brookite crystal. The oxide film 4 having such an oxygen-deficient rutile crystal and brookite crystal is more easily obtained as the oxygen partial pressure is lowered and the heat treatment is performed, such as a portion covered with the noble metal layer 3. It is even easier to obtain heat treatment under conditions with less oxygen.

そして、このような熱処理を行うと、不動態皮膜が残存する場合であっても、不動態皮膜上に存在していたハイドロカーボンなどの汚れが熱で分解して貴金属層3内に拡散して清浄な表面となるとともに、貴金属層3が当該清浄な不動態皮膜の表面および/または結晶化した不動態皮膜(すなわち、酸素欠乏型の酸化チタン)と接触することになると考えられ、これにより結晶化した不動態皮膜と貴金属の結晶格子との整合性が良くなり、密着性が向上すると考えられる。   When such a heat treatment is performed, even if the passive film remains, dirt such as hydrocarbon existing on the passive film is decomposed by heat and diffused into the noble metal layer 3. It is considered that the noble metal layer 3 comes into contact with the surface of the clean passive film and / or the crystallized passive film (that is, oxygen-deficient titanium oxide) as well as a clean surface. It is considered that the consistency between the passivated film and the crystal lattice of the noble metal is improved, and the adhesion is improved.

したがって、本発明の燃料電池用セパレータの製造方法は、複雑な工程を行うことなくPVD法による貴金属層形成工程S2後に熱処理工程S3を行うだけで、不動態皮膜が残存している場合は不動態皮膜の一部または全部を、酸素欠乏型の導電性を有する結晶化した不動態皮膜(酸化チタン層5)とすることができので、貴金属との密着性が高く、かつ接触抵抗の低い燃料電池セパレータ1を容易に生産性良く製造することができる。   Therefore, the manufacturing method of the separator for a fuel cell according to the present invention can be performed when the passive film remains only by performing the heat treatment step S3 after the noble metal layer forming step S2 by the PVD method without performing complicated steps. Since part or all of the film can be a crystallized passive film (titanium oxide layer 5) having oxygen-deficient conductivity, the fuel cell has high adhesion to noble metals and low contact resistance. The separator 1 can be easily manufactured with high productivity.

熱処理工程S3における熱処理温度は、300〜800℃とするのが好ましい。貴金属層3の密着性を高く、かつ接触抵抗を低くするために不動態皮膜を結晶化させたり、不動態皮膜を除去したり、セパレータの耐食性を確保するためにピンホールに露出したTiを酸化させたりするためである。
熱処理温度が300℃未満であると不動態皮膜の結晶化や不動態皮膜の除去に時間がかかり実用的でない。また、貴金属元素と基板2のTiとが相互に十分に拡散しない場合もある。
また、熱処理温度が800℃を超えると拡散が速すぎるために貴金属元素と基板2のTiとが相互に拡散しすぎてしまい、貴金属層3の最表面にチタンが拡散してきて熱処理雰囲気中の酸素と結びついて、ルチル型結晶およびブルッカイト型結晶を含有する酸化チタン層(酸化皮膜)を形成するおそれがある。しかし、このような酸化皮膜は酸素を含む雰囲気と接触して形成されるため、酸素の欠乏が不十分な酸化皮膜となり、不動態皮膜(酸化チタン層5)よりも耐食性が高いものの、接触抵抗が高くなるため好ましくない。熱処理温度は、より好ましくは350〜750℃であり、最も好ましくは380〜730℃である。また、このような温度範囲であっても長時間熱処理をすると表面にチタンが拡散してきて酸化皮膜を形成することがあるため、熱処理時間を熱処理温度に対して適宜調整するのが好ましい。
The heat treatment temperature in the heat treatment step S3 is preferably 300 to 800 ° C. In order to increase the adhesion of the noble metal layer 3 and reduce the contact resistance, the passive film is crystallized, the passive film is removed, and the Ti exposed to the pinholes is oxidized to ensure the corrosion resistance of the separator. This is to make it happen.
If the heat treatment temperature is less than 300 ° C., it takes time to crystallize the passive film and remove the passive film, which is not practical. In addition, the noble metal element and Ti of the substrate 2 may not sufficiently diffuse to each other.
Further, when the heat treatment temperature exceeds 800 ° C., the diffusion is too fast, so that the noble metal element and the Ti of the substrate 2 diffuse too much, and titanium diffuses to the outermost surface of the noble metal layer 3 and oxygen in the heat treatment atmosphere. As a result, a titanium oxide layer (oxide film) containing a rutile crystal and a brookite crystal may be formed. However, since such an oxide film is formed in contact with an oxygen-containing atmosphere, it becomes an oxide film with insufficient oxygen deficiency and has higher corrosion resistance than the passive film (titanium oxide layer 5), but the contact resistance. Is unfavorable because of the high. The heat treatment temperature is more preferably 350 to 750 ° C, and most preferably 380 to 730 ° C. Even in such a temperature range, if heat treatment is performed for a long time, titanium may diffuse to the surface and an oxide film may be formed. Therefore, it is preferable to appropriately adjust the heat treatment time with respect to the heat treatment temperature.

熱処理工程S3における熱処理時間は、貴金属層3と基板2の間に存在する不動態皮膜を結晶化して接触抵抗を低減(つまり、導電性を向上)させたり、不動態皮膜を除去または十分に薄くさせたりするため、熱処理時間をt(分)、熱処理温度をT(℃)とすると、300≦T<800において、(420−T)/40≦t≦EXP〔(806.4−T)/109.2〕かつt≧0.5であることが好ましい。   The heat treatment time in the heat treatment step S3 is such that the passive film existing between the noble metal layer 3 and the substrate 2 is crystallized to reduce the contact resistance (that is, improve the conductivity), or the passive film is removed or sufficiently thin. When the heat treatment time is t (min) and the heat treatment temperature is T (° C.), (420−T) / 40 ≦ t ≦ EXP ((806.4−T) / 109.2] and t ≧ 0.5.

すなわち、300≦T≦400において(420−T)/40≦t≦EXP〔(806.4−T)/109.2〕であり、400≦T<800において0.5≦t≦EXP〔(806.4−T)/109.2〕であることが好ましい。
また、図6は、熱処理時間(t)と熱処理温度(T)の関係を示すグラフ図である。そして、図6に示すように、本発明は、直線ab(t=0.5)、直線bc(t=(420−T)/40)、直線cd(T=300)、曲線de(t=EXP〔(806.4−T)/109.2〕)および直線ea(T=800)によって囲まれた領域A(但し、T=800は含まない)の熱処理条件(熱処理時間(t)および熱処理温度(T))で熱処理を行うことが好ましい。
That is, (420−T) / 40 ≦ t ≦ EXP ((806.4−T) /109.2] at 300 ≦ T ≦ 400, and 0.5 ≦ t ≦ EXP [( 806.4-T) /109.2].
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the heat treatment time (t) and the heat treatment temperature (T). Then, as shown in FIG. 6, the present invention provides a straight line ab (t = 0.5), a straight line bc (t = (420−T) / 40), a straight line cd (T = 300), a curve de (t = Heat treatment conditions (heat treatment time (t) and heat treatment of region A (excluding T = 800) surrounded by EXP [(806.4-T) /109.2]) and straight line ea (T = 800) It is preferable to perform the heat treatment at a temperature (T).

熱処理時間(t)が(420−T)/40分間未満(熱処理温度が300≦T≦400(℃))または0.5分間未満(熱処理温度が400≦T<800(℃))であると、不動態皮膜の結晶化(導電性の向上)や不動態皮膜の除去が十分に行えないおそれがある。そのため、貴金属層3の密着性を高くすることができないばかりか、接触抵抗を低くすることができない。   The heat treatment time (t) is less than (420-T) / 40 minutes (heat treatment temperature is 300 ≦ T ≦ 400 (° C.)) or less than 0.5 minutes (heat treatment temperature is 400 ≦ T <800 (° C.)). There is a possibility that crystallization of the passive film (improvement of conductivity) and removal of the passive film cannot be performed sufficiently. For this reason, not only the adhesion of the noble metal layer 3 cannot be increased, but also the contact resistance cannot be decreased.

一方、熱処理時間が〔EXP(806.4−T)/109.2〕分間を超えると(熱処理温度が300≦T<800(℃))、貴金属層3の厚さにもよるが、貴金属元素と基板2のTiとが相互に拡散しすぎることがあり、最表面に酸化皮膜が形成されやすくなる。前記したように、酸化皮膜が形成されると接触抵抗が高くなる傾向がある。また、熱処理温度にもよるが、貴金属元素と基板2のTiとが相互に拡散しすぎてしまう場合もある。   On the other hand, when the heat treatment time exceeds [EXP (806.4-T) /109.2] minutes (heat treatment temperature is 300 ≦ T <800 (° C.)), depending on the thickness of the noble metal layer 3, the noble metal element And Ti of the substrate 2 may diffuse excessively, and an oxide film is likely to be formed on the outermost surface. As described above, when an oxide film is formed, the contact resistance tends to increase. Further, although depending on the heat treatment temperature, the noble metal element and Ti of the substrate 2 may diffuse too much.

熱処理工程S3における酸素分圧は、用いる貴金属の種類によって適宜設定するのが好ましい。先に挙げた貴金属のうち、Pd、Ru、Rh、Os、Irは酸素分圧が高いと酸化して接触抵抗が高くなる。
なお、本発明において酸素分圧とは、熱処理工程S3を行う熱処理炉内における酸素の占める圧力(なお、本発明において大気の組成は、窒素:酸素がおおよそ4:1で構成されていることとする。)をいう。
The oxygen partial pressure in the heat treatment step S3 is preferably set as appropriate depending on the type of noble metal used. Among the noble metals mentioned above, Pd, Ru, Rh, Os, and Ir are oxidized and the contact resistance is increased when the oxygen partial pressure is high.
In the present invention, the oxygen partial pressure is the pressure occupied by oxygen in the heat treatment furnace in which the heat treatment step S3 is performed (in the present invention, the composition of the atmosphere is that nitrogen: oxygen is approximately 4: 1). ).

具体的には、貴金属がRu,Rh,Pd,Os,およびIrから選択される少なくとも1種以上である場合は、酸素分圧を1.33Pa(1×10-2Torr)以下とするのが好ましい。
熱処理工程S3における酸素分圧が1.33Pa(1×10-2Torr)を超えると、熱処理を行う雰囲気中の酸素が多すぎるので、これらの貴金属が酸化しやすくなり、接触抵抗が高くなりやすい。なお、酸素分圧は低いほど好ましく、より好ましくは0.665Pa(5×10-3Torr以下)、さらに好ましくは0.133Pa(1×10-3Torr以下)である。
More specifically, the noble metal is Ru, Rh, Pd, Os, and optionally at least one member selected from Ir, the oxygen partial pressure 1.33Pa (1 × 10 -2 Torr) not more than preferable.
When the oxygen partial pressure in the heat treatment step S3 is greater than 1.33Pa (1 × 10 -2 Torr) , the oxygen in the atmosphere in which the heat treatment is too large, easy these noble metals is easily oxidized, contact resistance is increased . The oxygen partial pressure is preferably as low as possible, more preferably 0.665 Pa (5 × 10 −3 Torr or less), and still more preferably 0.133 Pa (1 × 10 −3 Torr or less).

なお、低い酸素分圧条件下であっても、雰囲気中に酸素が存在する限りピンホールなどに露出したTiは酸化される。しかし、低い酸素分圧条件下であればTiの酸化が進みすぎることはないので、仮に基板2上に貴金属層3が形成されない箇所があったとしても、当該箇所には適度な酸化皮膜が形成されることになる。
つまり、酸性雰囲気下で使用されるような場合であっても、貴金属層3が形成された箇所は良好な導電性を有しつつ、当該貴金属層3によって良好な耐食性を具備し、ピンホールなどで貴金属層3が形成されなかった箇所は酸化チタン層5(図2参照)が形成されることになるので、耐食性が悪くなることはない。
PVD法で貴金属層3を形成した基板2の熱処理は、炉内を減圧できる電気炉やガス炉などの従来公知の熱処理炉を用いることにより行うことができる。
Even under low oxygen partial pressure conditions, Ti exposed to pinholes and the like is oxidized as long as oxygen is present in the atmosphere. However, since the oxidation of Ti does not proceed excessively under low oxygen partial pressure conditions, even if there is a portion where the noble metal layer 3 is not formed on the substrate 2, an appropriate oxide film is formed in the portion. Will be.
That is, even if it is used in an acidic atmosphere, the portion where the noble metal layer 3 is formed has good conductivity, and the noble metal layer 3 has good corrosion resistance, such as pinholes. In this case, the titanium oxide layer 5 (see FIG. 2) is formed at the location where the noble metal layer 3 is not formed, so that the corrosion resistance is not deteriorated.
The heat treatment of the substrate 2 on which the noble metal layer 3 is formed by the PVD method can be performed by using a conventionally known heat treatment furnace such as an electric furnace or a gas furnace that can depressurize the inside of the furnace.

これに対し、AuやPtは酸化しないため、大気雰囲気で熱処理することができる。したがって、貴金属がPtおよびAuから選択される少なくとも1種以上である場合は、酸素分圧を大気圧における酸素分圧以下とすることができる。
なお、前記したように、貴金属層形成工程S2を300〜800℃で行うと、PVD法を終えた後に、放置するだけで低酸素雰囲気のチャンバー内で当該熱処理工程S3を行うことができるので、燃料電池用セパレータ1の製造を容易化することができる。
On the other hand, since Au and Pt are not oxidized, they can be heat-treated in an air atmosphere. Therefore, when the noble metal is at least one selected from Pt and Au, the oxygen partial pressure can be made equal to or lower than the oxygen partial pressure at atmospheric pressure.
As described above, when the noble metal layer forming step S2 is performed at 300 to 800 ° C., the heat treatment step S3 can be performed in a low-oxygen atmosphere chamber by simply leaving it after the PVD method is finished. Manufacturing of the fuel cell separator 1 can be facilitated.

ここで、Tiを母材とする通常の製品は、その表面に非晶質の不動態皮膜が形成されていること、および、かかる不動態皮膜によって、母材中のTiが水素と結合して脆化するのを防止していることが知られている。そのため、例えば、25℃、0.1MPa(1気圧)程度の使用条件であれば、前記した不動態皮膜が水素の吸収を阻止することにより母材中のTiと水素とが結合するのを阻止することができ、これにより脆化しにくくなっている。
しかしながら、燃料電池用のセパレータのように、高温高圧(例えば、80〜120℃、0.2〜0.3MPa)の使用条件で水素に曝されると、前記した不動態皮膜は非晶質であるので、水素の吸収を十分に阻止することが困難であり、母材中のTiが、吸収した水素と結合して脆化するおそれがある。また、PVD法(スパッタリング法)により基板2上に貴金属層3を形成した場合でも、ピンホール等の基板2が表面に露出してしまう部分が存在するため、当該ピンホールから水素が吸収され、基板2の母材中のTiと結合して基板2を脆化するおそれがある。
Here, a normal product using Ti as a base material has an amorphous passive film formed on the surface thereof, and Ti in the base material is bonded to hydrogen by the passive film. It is known to prevent embrittlement. Therefore, for example, under the use conditions of about 25 ° C. and about 0.1 MPa (1 atm), the above-described passive film prevents hydrogen from being absorbed, thereby preventing Ti and hydrogen in the base material from being combined. This makes it difficult to become brittle.
However, when exposed to hydrogen at high temperature and high pressure (eg, 80 to 120 ° C., 0.2 to 0.3 MPa) like a separator for a fuel cell, the above-described passive film is amorphous. Therefore, it is difficult to sufficiently prevent hydrogen absorption, and Ti in the base material may be combined with the absorbed hydrogen to be embrittled. Further, even when the noble metal layer 3 is formed on the substrate 2 by the PVD method (sputtering method), there is a portion where the substrate 2 such as a pinhole is exposed on the surface, so that hydrogen is absorbed from the pinhole, There is a possibility that the substrate 2 is embrittled by bonding with Ti in the base material of the substrate 2.

これに対し、本発明では、熱処理工程S3で300〜800℃の熱処理を行うことで、貴金属層3と基板2の間の不働態皮膜を結晶化したり、ピンホールに露出している基板2のTiを酸化し、ルチル型結晶およびブルッカイト型結晶のうち少なくとも一方を含む酸化チタン層5(図2参照)を形成する。かかる酸化チタン層5は、水素の吸収を阻止する効果(単に「水素吸収阻止効果」という。)が、非晶質の不動態皮膜よりも高いので、前記したような高温高圧下で水素に曝された場合であっても、基板2のTiが水素と結合せず、基板2の脆化が起こりにくい。なお、前記した水素吸収阻止効果は、大気圧条件のような高酸素分圧下での熱処理でも得ることができるが、前記した貴金属のうち、Pd、Ru、Rh、Os、Irは、酸素分圧が高いと酸化皮膜を形成してしまうため、前記した水素吸収阻止効果と導電性とを兼備させるためには、本発明の熱処理工程S3の酸素分圧を1.33Pa(1×10-2Torr)以下にするのが好ましい。なお、AuやPtのように酸化しない貴金属の場合は、熱処理工程S3を大気圧条件化で行っても、水素吸収阻止効果と導電性とを兼備させることが可能である。 On the other hand, in the present invention, the heat treatment at 300 to 800 ° C. is performed in the heat treatment step S3, so that the passive film between the noble metal layer 3 and the substrate 2 is crystallized or the substrate 2 exposed to the pinholes. Ti is oxidized to form a titanium oxide layer 5 (see FIG. 2) containing at least one of a rutile type crystal and a brookite type crystal. Such a titanium oxide layer 5 has an effect of blocking hydrogen absorption (simply referred to as “hydrogen absorption blocking effect”) higher than that of an amorphous passive film. Therefore, the titanium oxide layer 5 is exposed to hydrogen under high temperature and high pressure as described above. Even in such a case, Ti of the substrate 2 does not bond with hydrogen and the substrate 2 is not easily embrittled. In addition, although the above-mentioned hydrogen absorption inhibition effect can be obtained by heat treatment under a high oxygen partial pressure such as atmospheric pressure conditions, among the above-mentioned noble metals, Pd, Ru, Rh, Os, and Ir are oxygen partial pressures. If it is high, an oxide film is formed. Therefore, in order to combine the above-described hydrogen absorption preventing effect and conductivity, the oxygen partial pressure in the heat treatment step S3 of the present invention is set to 1.33 Pa (1 × 10 −2 Torr). It is preferable that In the case of a noble metal such as Au or Pt that is not oxidized, even if the heat treatment step S3 is performed under atmospheric pressure conditions, it is possible to have both a hydrogen absorption preventing effect and conductivity.

このように、貴金属元素と基板2の間に不働態皮膜があっても、適度な熱処理を行って、不働態皮膜を酸化チタン層(結晶を含む)に変えることによって、導電性、密着性、耐食性、水素吸収阻止効果を兼備させることができるので、基板2と貴金属元素の間に導電性があり、耐食性が高く、水素吸収を阻止する層があれば、同様の効果が得られる。そのような層としては、Zr、Hf、Nb、Ta、Tiから選ばれる1種以上の元素を含む酸化物、窒化物、炭化物、酸窒化物、酸炭化物、炭窒化物、酸炭窒化物、酸化物と窒化物と炭化物から選ばれる2種類以上の混合物、これらの化合物とZr,Hf,Nb,Ta,Tiから選ばれる1種以上の元素を含む金属との混合物、これらの化合物や混合物の積層体などが挙げられる。すなわち、これらの化合物、混合物、積層体をスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などのPVD法により成膜した後に、貴金属層を引き続きPVD法で成膜して熱処理を行うことによっても、同様の効果が得られる。   Thus, even if there is a passive film between the noble metal element and the substrate 2, by conducting an appropriate heat treatment and changing the passive film to a titanium oxide layer (including crystals), conductivity, adhesion, Since both the corrosion resistance and the hydrogen absorption preventing effect can be provided, the same effect can be obtained if there is a conductive layer between the substrate 2 and the noble metal element, the corrosion resistance is high, and there is a layer that prevents hydrogen absorption. As such a layer, an oxide, nitride, carbide, oxynitride, oxycarbide, carbonitride, oxycarbonitride containing one or more elements selected from Zr, Hf, Nb, Ta, Ti, A mixture of two or more kinds selected from oxides, nitrides and carbides, a mixture of these compounds and a metal containing one or more elements selected from Zr, Hf, Nb, Ta, and Ti; A laminated body etc. are mentioned. That is, by depositing these compounds, mixtures, and laminates by a PVD method such as a sputtering method, a vacuum deposition method, an ion plating method, etc., and then forming a noble metal layer by a PVD method and performing a heat treatment, Similar effects can be obtained.

また、TiまたはTi合金基板の表面を酸洗して不働態皮膜を形成する方法、陽極酸化によって陽極酸化皮膜を形成する方法、大気中や酸素が存在する雰囲気で熱処理する方法によって、TiまたはTi合金表面にTiの酸化皮膜を形成した後に、貴金属層を引き続きPVD法で成膜して熱処理を行うことによっても同様の効果が得られる。   Further, Ti or Ti alloy substrate by pickling the surface of Ti or Ti alloy substrate, forming a passive film by anodizing, forming an anodized film by anodic oxidation, or heat-treating in the atmosphere or in an atmosphere with oxygen, Ti or Ti The same effect can be obtained by forming a noble metal layer by the PVD method after the Ti oxide film is formed on the alloy surface and then performing a heat treatment.

以上、本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法の一実施形態を説明したが、以下に説明するような実施形態であっても好適に実施することが可能である。
例えば、TiまたはTi合金製の基板2の表面に、Ru,Rh,Pd,Os,Ir,PtおよびAuから選択される少なくとも1種以上の貴金属を含んでなる2nm以上の厚さの貴金属層3をPVD法によって形成する貴金属層形成工程と、貴金属層3を形成した基板2の表面の少なくとも一部に、例えば、プレス加工等によって、ガスを流通させるガス流路を形成するための凹部を形成する凹部形成工程と、凹部を形成した基板2を、前記した所定の熱処理温度および所定の酸素分圧下で熱処理する熱処理工程と、を含む燃料電池用セパレータの製造方法とすることができる。
As mentioned above, although one Embodiment of the manufacturing method of the separator for fuel cells which concerns on this invention was described, even if it is embodiment described below, it can implement suitably.
For example, a noble metal layer 3 having a thickness of 2 nm or more comprising at least one kind of noble metal selected from Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt and Au on the surface of a substrate 2 made of Ti or Ti alloy. Forming a recess for forming a gas flow path through which gas flows, for example, by pressing or the like, on at least a part of the surface of the substrate 2 on which the noble metal layer 3 is formed. And a heat treatment step of heat-treating the substrate 2 on which the recess is formed at a predetermined heat treatment temperature and a predetermined partial pressure of oxygen.

また、例えば、TiまたはTi合金製の基板2の表面に、Ru,Rh,Pd,Os,Ir,PtおよびAuから選択される少なくとも1種以上の貴金属を含んでなる2nm以上の厚さの貴金属層3をPVD法によって形成する貴金属層形成工程と、貴金属層3を形成した基板2を、前記した所定の熱処理温度および所定の酸素分圧下で熱処理する熱処理工程と、熱処理した基板2の表面の少なくとも一部に、例えば、プレス加工等によって、ガスを流通させるガス流路を形成するための凹部を形成する凹部形成工程と、を含む燃料電池用セパレータの製造方法とすることもできる。   Further, for example, a noble metal having a thickness of 2 nm or more comprising at least one kind of noble metal selected from Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt and Au on the surface of the substrate 2 made of Ti or Ti alloy. A noble metal layer forming step for forming the layer 3 by the PVD method, a heat treatment step for heat-treating the substrate 2 on which the noble metal layer 3 is formed under the predetermined heat treatment temperature and a predetermined oxygen partial pressure, and the surface of the heat treated substrate 2 A method of manufacturing a separator for a fuel cell may include a recess forming step for forming a recess for forming a gas flow path through which gas flows, for example, by pressing or the like at least partially.

次に、前記した本発明に係る燃料電池について適宜図面を参照して説明する。
図5に示すように、本発明に係る燃料電池20は、前記した本発明に係る燃料電池用セパレータ1を用いて作製したものであり、以下のようにして作製することができる。
例えば、TiまたはTi合金製の基板2を所定数用意し、この所定数用意した基板2を縦幅95.2mm×横幅95.2mm×厚さ19mmといった所定の寸法とするとともに、その基板2の表面の中央部に機械加工やエッチング等によって、例えば、溝幅0.6mm、溝深さ0.5mmの凹部を形成して、図4に示すような形状のガス流路11を形成する。
Next, the fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
As shown in FIG. 5, the fuel cell 20 according to the present invention is manufactured using the above-described fuel cell separator 1 according to the present invention, and can be manufactured as follows.
For example, a predetermined number of substrates 2 made of Ti or Ti alloy is prepared, and the predetermined number of substrates 2 is set to a predetermined size of 95.2 mm in length × 95.2 mm in width × 19 mm in thickness, and For example, a recess having a groove width of 0.6 mm and a groove depth of 0.5 mm is formed in the center portion of the surface by machining or etching to form a gas flow path 11 having a shape as shown in FIG.

そして、凹部を形成した基板2をアセトン等の有機溶剤で超音波洗浄した後に、当該基板2を、例えば、スパッタリング装置などのPVD法を実施するための装置のチャンバー内にセットする。そして、当該チャンバー内を真空に引き、アルゴンガスを導入後、貴金属のターゲット(例えば、Au)に電圧を印加してアルゴンガスを励起させてプラズマを発生させ、基板2上にAuの貴金属層3を形成する。このようにして貴金属層3を形成した基板2を熱処理炉に入れ、所定の真空度まで引いた後、500℃で5分間加熱する熱処理を行い、燃料電池用セパレータ1を所定数製造する。   Then, after ultrasonically cleaning the substrate 2 in which the recesses are formed with an organic solvent such as acetone, the substrate 2 is set in a chamber of an apparatus for performing a PVD method such as a sputtering apparatus, for example. Then, the inside of the chamber is evacuated, and after introducing argon gas, a voltage is applied to a noble metal target (for example, Au) to excite the argon gas to generate plasma, and an Au noble metal layer 3 is formed on the substrate 2. Form. The substrate 2 on which the noble metal layer 3 is formed in this manner is put in a heat treatment furnace, pulled to a predetermined degree of vacuum, and then subjected to a heat treatment that is heated at 500 ° C. for 5 minutes to produce a predetermined number of fuel cell separators 1.

なお、このように予め多数の基板2を用意しておき、これらをまとめて貴金属層3の形成および熱処理を行えば、生産性を向上させることができる。また、本発明によれば、従来公知の方法のように、貴金属層3を形成する前に不動態皮膜をアルゴンイオンビーム等で物理的に取り去る必要がないので、従来と比較して生産性が向上する。特に、AuやPtの場合は、真空に引く必要が無く、大気圧における酸素分圧で熱処理を行うことが可能なため、さらに生産性を向上させることができる。   Note that productivity can be improved by preparing a large number of substrates 2 in advance and collectively forming the noble metal layer 3 and performing heat treatment. In addition, according to the present invention, it is not necessary to physically remove the passive film with an argon ion beam or the like before forming the noble metal layer 3 as in a conventionally known method. improves. In particular, in the case of Au or Pt, it is not necessary to draw a vacuum, and heat treatment can be performed with an oxygen partial pressure at atmospheric pressure, so that productivity can be further improved.

次いで、図5に示すように、所定数製造した燃料電池用セパレータ1を、例えば、2枚用いてガス流路11が形成された面を対面させて配置し、ガス流路11が形成されたそれぞれの面に、ガスを膜上に均一に拡散させるためのカーボンクロスCなどのガス拡散層12を配置し、一方のガス拡散層12と他方のガス拡散層12の間に白金触媒を表面に塗布した固体高分子膜13を挟んで単セル10を作製する。同様にして複数作成した単セル10を複数積層してセルスタック(不図示)とし、これに燃料電池に必要なその他の部品の取付け、および接続等を行うことにより、良好な耐食性および導電性を有する本発明に係る燃料電池(固体高分子型燃料電池)20を作製することができる。また、前記したように、燃料電池20は、燃料電池用セパレータ1からガス拡散層12を介して固体高分子膜13にガスを供給できれば、基板2(燃料電池用セパレータ1)の表面にガス流路11を形成するための凹部の形成を行わなくてもよい。   Next, as shown in FIG. 5, for example, two fuel cell separators 1 that are manufactured in a predetermined number are disposed so that the surfaces on which the gas flow paths 11 are formed face each other, and the gas flow paths 11 are formed. A gas diffusion layer 12 such as carbon cloth C for uniformly diffusing the gas on the film is disposed on each surface, and a platinum catalyst is placed on the surface between one gas diffusion layer 12 and the other gas diffusion layer 12. The single cell 10 is produced with the solid polymer film 13 applied therebetween. In the same manner, a plurality of single cells 10 created in a similar manner are stacked to form a cell stack (not shown), and other components necessary for the fuel cell are attached and connected to provide good corrosion resistance and conductivity. The fuel cell (solid polymer fuel cell) 20 according to the present invention can be produced. Further, as described above, if the fuel cell 20 can supply gas from the fuel cell separator 1 to the solid polymer film 13 via the gas diffusion layer 12, the gas flow is generated on the surface of the substrate 2 (fuel cell separator 1). It is not necessary to form a recess for forming the path 11.

なお、燃料電池20に用いられる固体高分子膜13は、カソード極で生成したプロトンをアノード極へと移動する働きを有する膜であれば特に限定されることなく使用することができ、例えば、スルホン基をもったフッ素系の高分子膜を好適に用いることができる。   The solid polymer membrane 13 used in the fuel cell 20 can be used without particular limitation as long as it has a function of moving protons generated at the cathode electrode to the anode electrode. A fluorine-based polymer film having a group can be preferably used.

このようにして作製された燃料電池20は、アノード極として配置された燃料電池用セパレータ1に、ガス流路11を介して燃料ガス(例えば、純度99.999%の水素ガス)を導入し、カソード極として配置された燃料電池用セパレータ1に、ガス流路11を介して空気を導入する。このとき燃料電池20は、全体を80℃程度に加熱保温して、前記した水素ガスおよび空気を加温された水中を通すことにより露点温度を80℃に調整するのが好ましい。また、燃料ガス(水素ガス)および空気は、例えば、2026hPa(2気圧)の圧力で導入するとよい。   The fuel cell 20 thus manufactured introduces fuel gas (for example, hydrogen gas with a purity of 99.999%) into the fuel cell separator 1 arranged as an anode electrode through the gas flow path 11. Air is introduced into the fuel cell separator 1 arranged as the cathode electrode through the gas flow path 11. At this time, the fuel cell 20 is preferably heated and kept at about 80 ° C., and the dew point temperature is preferably adjusted to 80 ° C. by passing the hydrogen gas and air through the heated water. The fuel gas (hydrogen gas) and air may be introduced at a pressure of 2026 hPa (2 atm), for example.

燃料電池20は、このようにしてアノード極に水素ガスを導入することによって、ガス拡散層12により固体高分子膜13に対して均一に供給され、当該固体高分子膜13で下記式(1)の反応が生じる。
2→2H++2e-・・・(1)
一方、燃料電池20は、カソード極に空気を導入することによって、ガス拡散層12により固体高分子膜13に対して均一に供給され、当該固体高分子膜13で下記式(2)の反応が生じる。
4H++O2+4e-→H2O・・・(2)
このように、固体高分子膜13で前記式(1)、(2)の反応が起こることにより、理論的には約1.2Vの電圧が得られる。
The fuel cell 20 is uniformly supplied to the solid polymer film 13 by the gas diffusion layer 12 by introducing hydrogen gas into the anode electrode in this way, and the solid polymer film 13 uses the following formula (1). Reaction occurs.
H 2 → 2H + + 2e - ··· (1)
On the other hand, the fuel cell 20 is uniformly supplied to the solid polymer film 13 by the gas diffusion layer 12 by introducing air into the cathode electrode, and the reaction of the following formula (2) is performed in the solid polymer film 13. Arise.
4H + + O 2 + 4e - → H 2 O ··· (2)
As described above, the reaction of the above formulas (1) and (2) occurs in the solid polymer film 13, so that a voltage of about 1.2V is theoretically obtained.

ここで、本発明に係る燃料電池20は、前記したように、少なくとも貴金属層3が形成された本発明に係る燃料電池用セパレータ1を用いているので、従来の金属製のセパレータを使用した燃料電池と比較して良好な耐食性および導電性を有せしめることが可能となる。   Here, as described above, since the fuel cell 20 according to the present invention uses the fuel cell separator 1 according to the present invention in which at least the noble metal layer 3 is formed, the fuel using the conventional metal separator is used. It becomes possible to have good corrosion resistance and conductivity as compared with the battery.

次に、本発明の燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータおよび燃料電池について、本発明の要件を満たす実施例と本発明の要件を満たさない比較例とを対比して具体的に説明する。
<実施例A>
Ti−6Al−4V合金製の2枚の基板(幅2cm×5cm、厚さ1mm)をアセトンで超音波洗浄した後、PVD法を実施する装置であるマグネトロンスパッタリング装置のチャンバー内の基板台に取り付けた。そして、貴金属のターゲットとしてAuおよびPtをチャンバー内の電極に取り付けた後、当該チャンバー内を0.00133Pa(1×10-5Torr)以下の真空に排気した。
アルゴンガスをチャンバー内に導入し、圧力が0.266Pa(2×10-3Torr)となるように調整した。その後、貴金属のターゲットであるAuおよびPtを取り付けた電極にRF(高周波)を印加してアルゴンガスを励起し、アルゴンプラズマを発生させることによりAuおよびPtのスパッタリングを行い、基板の表面にAuおよびPtの貴金属層(以下、「貴金属層(AuおよびPt)」という。)を、それぞれ厚さ10nm、30nmで形成した。さらに、Ti合金製基板を裏返しにして、同様の方法で基板の他の表面にも同様の厚さの貴金属層(AuおよびPt)を形成した。
その後、貴金属層を形成したTi−6Al−4V合金板を大気圧下で500℃に加熱した熱処理炉内に入れて1分間の熱処理を行い、炉内を冷却して、100℃になったところで、貴金属層(AuおよびPt)を形成した試験板(燃料電池用セパレータに相当する)を取り出し、貴金属層(Au)を形成したものを試験板1,3、貴金属層(Pt)を形成したものを試験板2,4とした。
Next, the fuel cell separator manufacturing method, fuel cell separator, and fuel cell of the present invention will be described in detail by comparing an example that satisfies the requirements of the present invention with a comparative example that does not satisfy the requirements of the present invention. To do.
<Example A>
Two substrates (width 2cm x 5cm, thickness 1mm) made of Ti-6Al-4V alloy were ultrasonically cleaned with acetone, and then mounted on a substrate stand in a chamber of a magnetron sputtering apparatus which is an apparatus for performing the PVD method. It was. Then, Au and Pt were attached to the electrodes in the chamber as noble metal targets, and then the inside of the chamber was evacuated to a vacuum of 0.00133 Pa (1 × 10 −5 Torr) or less.
Argon gas was introduced into the chamber and the pressure was adjusted to 0.266 Pa (2 × 10 −3 Torr). Thereafter, RF (radio frequency) is applied to an electrode on which Au and Pt, which are noble metal targets, are attached to excite argon gas, and argon plasma is generated to perform sputtering of Au and Pt. Pt noble metal layers (hereinafter referred to as “noble metal layers (Au and Pt)”) were formed with thicknesses of 10 nm and 30 nm, respectively. Further, the Ti alloy substrate was turned upside down, and a noble metal layer (Au and Pt) having the same thickness was formed on the other surface of the substrate by the same method.
Thereafter, the Ti-6Al-4V alloy plate on which the noble metal layer is formed is placed in a heat treatment furnace heated to 500 ° C. under atmospheric pressure, heat treated for 1 minute, and the furnace is cooled to 100 ° C. A test plate (corresponding to a fuel cell separator) on which a noble metal layer (Au and Pt) is formed is taken out, and a test plate 1 and 3 on which a noble metal layer (Au) is formed and a noble metal layer (Pt) are formed Were used as test plates 2 and 4.

(1)これらの試験板1〜4について、図3に示す接触抵抗測定装置30を用いて荷重98N(10kgf)で熱処理前後の接触抵抗を測定した。つまり、試験板1〜4のそれぞれについて、その両面をAu箔(図3ではカーボンクロスC,Cに相当する。)ではさみ、さらにその外側を接触面積1cm2の銅電極31,31を用いて98Nで加圧し、直流電流電源32を用いて7.4mAの電気を通電し、当該Au箔間に印加される電圧を電圧計33で測定し、接触抵抗を算出した。
(2)さらに、試験板1〜4のそれぞれを80℃の硫酸水溶液(pH2)に1000時間浸漬した後に、前記と同様にして再び接触抵抗を測定した。なお、(1)の熱処理後および(2)の接触抵抗は、0.5mΩ・cm2以下を合格とした。
(3)また、熱処理前後の貴金属層(AuおよびPt)の密着性試験を碁盤目テープ剥離試験により評価した。なお、碁盤目テープ剥離試験は、JIS H8504に規定されるめっき密着性試験方法に記載されている方法に準拠して行った。
(1)熱処理前後の接触抵抗、(2)80℃の硫酸水溶液(pH2)に1000時間浸漬した後の接触抵抗、および(3)碁盤目テープ剥離試験の結果を表1に示す。
(1) About these test plates 1-4, the contact resistance before and behind heat processing was measured with the load 98N (10 kgf) using the contact resistance measuring apparatus 30 shown in FIG. That is, for each of the test plates 1 to 4, both surfaces thereof are sandwiched with Au foil (corresponding to carbon cloth C and C in FIG. 3), and the outside is further used with copper electrodes 31 and 31 having a contact area of 1 cm 2. A pressure of 98 N was applied, 7.4 mA electricity was applied using the direct current power source 32, the voltage applied between the Au foils was measured with the voltmeter 33, and the contact resistance was calculated.
(2) Further, each of the test plates 1 to 4 was immersed in an aqueous sulfuric acid solution (pH 2) at 80 ° C. for 1000 hours, and then contact resistance was measured again in the same manner as described above. The contact resistance after the heat treatment and (2) (1) was evaluated as acceptable 0.5mΩ · cm 2 or less.
(3) Further, the adhesion test of the noble metal layers (Au and Pt) before and after the heat treatment was evaluated by a cross-cut tape peeling test. The cross-cut tape peel test was performed in accordance with the method described in the plating adhesion test method defined in JIS H8504.
Table 1 shows the results of (1) contact resistance before and after heat treatment, (2) contact resistance after being immersed in an aqueous sulfuric acid solution (pH 2) at 80 ° C. for 1000 hours, and (3) cross-cut tape peeling test.

また、貴金属薄膜とTi−6Al−4V基板との界面構造を調べるため、試験板1の断面を透過電子顕微鏡(TEM)により観察した。なお、TEMの観察条件は、試料厚さ約100nm、加速電圧200kV、倍率150万倍とした。   Further, in order to examine the interface structure between the noble metal thin film and the Ti-6Al-4V substrate, the cross section of the test plate 1 was observed with a transmission electron microscope (TEM). The TEM observation conditions were a sample thickness of about 100 nm, an acceleration voltage of 200 kV, and a magnification of 1.5 million times.

さらに、基板としてJIS H 4600に規定される1種の純TiでなるTi製基板、貴金属のターゲットとしてPdを用いて、前記と同様のPVD法により、貴金属層(Pd)の厚さを1nmで形成した基板を作製した。次いで、貴金属層を形成した基板を熱処理炉に入れて、炉内を0.133Pa(1×10−3Torr)まで真空排気し、500℃で15分間加熱する熱処理を行った後、炉内を冷却して、100℃になったところで、貴金属層(Pd)を形成した試験板5を取り出した。そして、試験板5についても、試験板1〜4と同様にして、接触抵抗測定および碁盤目テープ剥離試験を行い、その結果を表1に示す。 Furthermore, using a Ti substrate made of one kind of pure Ti as defined in JIS H 4600 as a substrate and Pd as a noble metal target, the thickness of the noble metal layer (Pd) is 1 nm by the PVD method similar to the above. The formed substrate was produced. Next, the substrate on which the noble metal layer is formed is placed in a heat treatment furnace, the inside of the furnace is evacuated to 0.133 Pa (1 × 10 −3 Torr), and after heat treatment is performed at 500 ° C. for 15 minutes, When the temperature reached 100 ° C., the test plate 5 on which the noble metal layer (Pd) was formed was taken out. The test plate 5 was subjected to contact resistance measurement and a cross-cut tape peeling test in the same manner as the test plates 1 to 4, and the results are shown in Table 1.

Figure 2010045038
Figure 2010045038

表1に示す結果から、試験板1〜4は、大気圧による酸素分圧条件下での熱処理により接触抵抗が低下し、密着性も向上することがわかった。さらに、80℃の硫酸水溶液(pH2)に1000時間浸漬した後であっても接触抵抗の上昇が認められないことから、耐食性にも優れていることがわかった。また、TEMによる観察の結果から、貴金属層(Au)と基板の間に厚さ約5nmの酸化チタン層があることを確認することができた。さらに、ビーム径を約1nmに絞って行った電子線回折(ナノディフラクション)により酸化チタン層の結晶構造を調べたところ、ルチル型結晶が含まれていることがわかった。   From the results shown in Table 1, it was found that in the test plates 1 to 4, the contact resistance was lowered and the adhesion was improved by heat treatment under oxygen partial pressure under atmospheric pressure. Furthermore, even after being immersed in an aqueous sulfuric acid solution (pH 2) at 80 ° C. for 1000 hours, no increase in contact resistance was observed, indicating that the corrosion resistance was also excellent. Moreover, from the result of observation by TEM, it was confirmed that there was a titanium oxide layer having a thickness of about 5 nm between the noble metal layer (Au) and the substrate. Furthermore, when the crystal structure of the titanium oxide layer was examined by electron diffraction (nano-diffraction) performed with the beam diameter reduced to about 1 nm, it was found that rutile crystals were included.

一方、貴金属層(Pd)の厚さが1nmの試験板5は、熱処理後に行った碁盤目テープ剥離試験の結果は、熱処理後の剥離が無く、貴金属層と基板との密着性が高いものの、熱処理による接触抵抗の低下が少なく、導電性に劣ることがわかった。また、80℃の硫酸水溶液(pH2)に1000時間浸漬した後の接触抵抗が大きく上昇し、耐食性に劣ることがわかった(比較例)。   On the other hand, the test plate 5 having a thickness of 1 nm of the noble metal layer (Pd) is a cross-cut tape peeling test performed after the heat treatment, but there is no peeling after the heat treatment, and the adhesion between the noble metal layer and the substrate is high. It was found that there was little decrease in contact resistance due to heat treatment and the conductivity was inferior. In addition, it was found that the contact resistance after 1000 hours of immersion in an aqueous sulfuric acid solution (pH 2) at 80 ° C. greatly increased and the corrosion resistance was poor (Comparative Example).

<実施例B>
表2に示す各種貴金属を真空蒸着法により、Ti−5Ta製の基板上に、5nmの厚さで貴金属層を形成した。
真空蒸着法を実施する真空蒸着装置のチャンバーのるつぼ(カーボンるつぼ)内に貴金属を入れて、その上方にTi−5Ta製の基板をセットし、チャンバー内を0.000133Pa(1×10-6Torr)まで真空排気した後に、電子ビームを加速電圧5kV、エミッション電流50mAの条件で、るつぼ内の貴金属に照射することにより貴金属を溶解蒸発させてTi−5Ta製の基板上に貴金属層を形成した。貴金属層の厚さは、水晶振動子膜厚計の周波数の変化によって測定し、その厚さが5nmとなった時点で貴金属層の形成を終了した。その後、同様にして裏面にも貴金属層を形成することで両面に貴金属層を形成した。
その後、熱処理炉に貴金属層を形成したTi−5Ta製の基板を入れて、0.00133Pa(1×10-5Torr)になるまで真空排気し、表2に示す所定の温度に加熱した後、表2に示す所定の酸素分圧になるように炉内を排気しながら酸素を導入して熱処理を行い、試験板6〜14を製造した。
<Example B>
A noble metal layer having a thickness of 5 nm was formed on a Ti-5Ta substrate by vacuum deposition of various noble metals shown in Table 2.
A noble metal is put in a crucible (carbon crucible) of a chamber of a vacuum deposition apparatus that performs vacuum deposition, and a Ti-5Ta substrate is set above the chamber, and the inside of the chamber is 0.000133 Pa (1 × 10 −6 Torr). The precious metal was dissolved and evaporated by irradiating the precious metal in the crucible with an electron beam under conditions of an acceleration voltage of 5 kV and an emission current of 50 mA to form a precious metal layer on the Ti-5Ta substrate. The thickness of the noble metal layer was measured by a change in the frequency of the quartz oscillator film thickness meter, and the formation of the noble metal layer was completed when the thickness reached 5 nm. Thereafter, a noble metal layer was also formed on both sides by similarly forming a noble metal layer on the back side.
Thereafter, a substrate made of Ti-5Ta having a noble metal layer formed therein is put in a heat treatment furnace, evacuated to 0.00133 Pa (1 × 10 −5 Torr), and heated to a predetermined temperature shown in Table 2, Test plates 6 to 14 were manufactured by introducing oxygen while evacuating the furnace so that the predetermined oxygen partial pressure shown in Table 2 was obtained, and performing heat treatment.

これら試験板6〜14を用いて、(1)熱処理前後の接触抵抗を測定した。接触抵抗は、<実施例A>に準じて行った。なお、<実施例B>では、カーボンクロスを用いて測定した。
(2)さらに、試験板6〜14のそれぞれを80℃の硫酸水溶液(pH2)に1000時間浸漬した後に、前記と同様にして再び接触抵抗を測定した。なお、(1)の熱処理後および(2)の接触抵抗は、12mΩ・cm2以下を合格とした。
(1)熱処理前後の接触抵抗、および(2)80℃の硫酸水溶液(pH2)に1000時間浸漬した後の接触抵抗の結果を表2に示す。
Using these test plates 6 to 14, (1) contact resistance before and after heat treatment was measured. The contact resistance was measured according to <Example A>. In <Example B>, measurement was performed using a carbon cloth.
(2) Furthermore, after immersing each of the test plates 6 to 14 in an aqueous sulfuric acid solution (pH 2) at 80 ° C. for 1000 hours, the contact resistance was measured again in the same manner as described above. In addition, after the heat treatment of (1) and the contact resistance of (2), 12 mΩ · cm 2 or less was accepted.
Table 2 shows the results of (1) contact resistance before and after heat treatment, and (2) contact resistance after dipping in an aqueous sulfuric acid solution (pH 2) at 80 ° C. for 1000 hours.

Figure 2010045038
Figure 2010045038

表2に示す結果から、酸素分圧が1.33Pa(1×10-2Torr)以下、かつ300℃から800℃の熱処理を行った試験板6〜11のうち、試験板6〜10は、低い接触抵抗が得られることがわかった。 From the results shown in Table 2, among the test plates 6 to 11 in which the oxygen partial pressure was 1.33 Pa (1 × 10 −2 Torr) or less and heat treatment was performed at 300 ° C. to 800 ° C., the test plates 6 to 10 were It has been found that low contact resistance can be obtained.

これに対し、試験板11は、処理時間が長すぎたため、PdとTiの拡散層が成長しすぎてしまい、Tiが最表面まで拡散してチタン酸化物を最表面に形成したために接触抵抗が低下しなかった。
試験板12は、酸素分圧が高いためにPdが酸化して接触抵抗が下がらなかった。
試験板13は、熱処理温度が高いために、AuとTiの拡散層が成長しすぎてしまい、Tiが最表面まで拡散してチタン酸化物を最表面に形成したために接触抵抗が低下しなかった。
試験板14は、熱処理温度が低いために、不動態皮膜の結晶化が図れず、また厚みも殆ど変化しなかったので接触抵抗の低下が殆ど認められず、硫酸浸漬後の接触抵抗は低いものの、直径1mm程度の円形の剥離が認められた。
On the other hand, because the processing time of test plate 11 was too long, the diffusion layer of Pd and Ti grew too much, and Ti diffused to the outermost surface to form titanium oxide on the outermost surface, so that the contact resistance was low. It did not drop.
In the test plate 12, since the oxygen partial pressure was high, Pd was oxidized and the contact resistance did not decrease.
In the test plate 13, since the heat treatment temperature is high, the diffusion layer of Au and Ti grows too much, and Ti diffuses to the outermost surface and titanium oxide is formed on the outermost surface, so the contact resistance does not decrease. .
Since the test plate 14 had a low heat treatment temperature, the passive film could not be crystallized, and the thickness was hardly changed, so there was almost no decrease in contact resistance, although the contact resistance after immersion in sulfuric acid was low. In addition, circular peeling with a diameter of about 1 mm was observed.

<実施例C>
まず、JIS H 4600に規定される1種の純TiでなるTi基板(幅2cm×5cm、厚さ0.2mm)を8枚用意した。これらのTi基板の表面上に、<実施例A>に記載した条件と同じ条件でPVD法(スパッタリング法)を行うことによって、それぞれのTi基板にAuおよびPtの貴金属層を厚さ10nmで形成した(試験板15〜22)。
その後、貴金属層を形成した試験板16、20を大気圧条件下(酸素分圧2.13×104Pa)にて500℃、1分間の条件で熱処理を行った。
<Example C>
First, eight Ti substrates (width 2 cm × 5 cm, thickness 0.2 mm) made of one kind of pure Ti specified in JIS H 4600 were prepared. By performing the PVD method (sputtering method) on the surface of these Ti substrates under the same conditions as described in <Example A>, a noble metal layer of Au and Pt is formed with a thickness of 10 nm on each Ti substrate. (Test plates 15 to 22).
Thereafter, 500 ° C. The test plates 16, 20 forming a noble metal layer under conditions atmospheric pressure (oxygen partial pressure 2.13 × 10 4 Pa), heat treatment was performed under conditions of 1 minute.

また、貴金属層を形成した試験板17、18、21、22を真空熱処理炉に入れ、炉内の圧力を0.00133Pa(1×10-5Torr)まで真空排気した後、500℃まで加熱し、乾燥空気を導入して炉内の酸素分圧を下記表4に示すように、0.133Pa(1×10-3Torr)または0.00133Pa(1×10-5Torr)、となるように調整し、かかる酸素分圧下、500℃で5分間の熱処理を行った。
なお、試験板16〜18、20〜22と比較するため、試験板15、19の2枚のTi基板については、AuおよびPtの貴金属層を厚さ10nmで形成した後、表3に示す熱処理条件で熱処理を行わなかった。
Further, the test plates 17, 18, 21, and 22 on which the noble metal layer is formed are put into a vacuum heat treatment furnace, the pressure in the furnace is evacuated to 0.00133 Pa (1 × 10 −5 Torr), and then heated to 500 ° C. As shown in Table 4 below, the oxygen partial pressure in the furnace is 0.133 Pa (1 × 10 −3 Torr) or 0.00133 Pa (1 × 10 −5 Torr) by introducing dry air. Then, heat treatment was performed at 500 ° C. for 5 minutes under such partial pressure of oxygen.
For comparison with the test plates 16 to 18 and 20 to 22, the two Ti substrates of the test plates 15 and 19 were formed with a noble metal layer of Au and Pt with a thickness of 10 nm, and then heat treatment shown in Table 3 No heat treatment was performed under the conditions.

前記した試験板15〜22の接触抵抗を<実施例A>に記載した条件と同じ条件で測定して算出した。
また、これら試験板15〜22を、水と、0.3MPa(3atm)の水素と、が入った密閉容器の気相部に入れ、これを120℃で加熱することにより、湿度約100%に加湿した純水素(純度99.99%)雰囲気中(以下、単に「加湿した純水素雰囲気中」という。)で500時間暴露した後、不活性ガス(Ar)気流中で、黒鉛るつぼ中に入れた試料をすずと共に黒鉛抵抗加熱方式によって加熱融解することで水素を他のガスと共に抽出し、抽出したガスを分離カラムに通して水素を他のガスと分離し、分離した水素を熱伝導度検出器に搬送して水素による熱伝導度の変化を測定する(不活性ガス溶融−ガスクロマトグラフ法)ことにより、試験板15〜22中の水素濃度(ppm)を測定した。
接触抵抗および試験板15〜22中の水素濃度(表4において「試験板中の水素濃度」と示す。)を前記した熱処理条件等とともに下記表3に示す。なお、接触抵抗は0.5mΩ・cm2以下を合格とし、Ti基板中の水素濃度は70ppm以下を合格とした。
The contact resistance of the test plates 15 to 22 described above was measured and calculated under the same conditions as described in <Example A>.
Moreover, these test plates 15-22 are put into the gas phase part of the airtight container containing water and 0.3 MPa (3 atm) hydrogen, and this is heated at 120 degreeC, and it becomes about 100% of humidity. After exposure for 500 hours in a humidified pure hydrogen (purity 99.99%) atmosphere (hereinafter simply referred to as “humidified pure hydrogen atmosphere”), it is placed in a graphite crucible in an inert gas (Ar) stream. The sample is heated and melted together with tin by the graphite resistance heating method, hydrogen is extracted together with other gases, the extracted gas is passed through a separation column to separate hydrogen from other gases, and the separated hydrogen is detected for thermal conductivity. The hydrogen concentration (ppm) in the test plates 15 to 22 was measured by conveying to a vessel and measuring the change in thermal conductivity due to hydrogen (inert gas melting-gas chromatograph method).
The contact resistance and the hydrogen concentration in the test plates 15 to 22 (shown as “hydrogen concentration in the test plate” in Table 4) are shown in Table 3 below together with the heat treatment conditions described above. The contact resistance was as acceptable 0.5mΩ · cm 2 or less, the concentration of hydrogen in the Ti substrate was passed below 70 ppm.

Figure 2010045038
Figure 2010045038

ここで、JIS H 4600に規定される1種の純Ti材に含まれている水素の濃度は、通常およそ20〜40ppmである。
表3に示すように、表3に示す熱処理条件で熱処理を行わなかった試験板15、19は、接触抵抗がやや高い値となり、また、試験板中の水素濃度も高い値となった。つまり、良好な結果を得ることができなかった。なお、試験板中の水素濃度が高い値であったことから、加湿した純水素雰囲気中に500時間暴露したことによってTi基板の母材中に水素が吸収されたことがわかった。
また、表3に示すように、表3に示す熱処理条件で熱処理を行った試験板16〜18、20〜22は、接触抵抗が低い値となり、また、試験板中の水素濃度も低い値となった。つまり、良好な結果を得ることができた。
Here, the concentration of hydrogen contained in one kind of pure Ti material specified in JIS H 4600 is usually about 20 to 40 ppm.
As shown in Table 3, the test plates 15 and 19 that were not heat-treated under the heat treatment conditions shown in Table 3 had a slightly high contact resistance, and the hydrogen concentration in the test plate was also a high value. That is, good results could not be obtained. Since the hydrogen concentration in the test plate was a high value, it was found that hydrogen was absorbed into the base material of the Ti substrate by exposure to a humidified pure hydrogen atmosphere for 500 hours.
Moreover, as shown in Table 3, the test plates 16 to 18 and 20 to 22 subjected to the heat treatment under the heat treatment conditions shown in Table 3 have low contact resistance, and the hydrogen concentration in the test plate is also low. became. That is, good results could be obtained.

<実施例C>の結果から、試験板16〜18、20〜22は、熱処理によって接触抵抗を低くすることができたこと、および、加湿した純水素雰囲気中に500時間暴露した場合であっても、水素を吸収しないことが確認された。   From the results of <Example C>, the test plates 16 to 18 and 20 to 22 were able to reduce the contact resistance by heat treatment and were exposed to a humidified pure hydrogen atmosphere for 500 hours. It was also confirmed that hydrogen was not absorbed.

<実施例D>
JIS H 4600に規定される1種の純TiでなるTi製の基板(幅2cm×5cm、厚さ1mm)をアセトンで超音波洗浄した後、PVD法を実施する装置であるマグネトロンスパッタリング装置のチャンバー内の基板台に取り付けた。そして、貴金属のターゲットとしてAuをチャンバー内の電極に取り付けた後、当該チャンバー内を0.00133Pa(1×10−5Torr)以下の真空に排気した。
<Example D>
A chamber of a magnetron sputtering apparatus which is an apparatus for performing a PVD method after ultrasonically cleaning a Ti substrate (width 2 cm × 5 cm, thickness 1 mm) made of one kind of pure Ti specified in JIS H 4600 with acetone. It was attached to the substrate board inside. And after attaching Au to the electrode in a chamber as a noble metal target, the inside of the chamber was evacuated to a vacuum of 0.00133 Pa (1 × 10 −5 Torr) or less.

アルゴンガスをチャンバー内に導入し、圧力が0.266Pa(2×10−3Torr)となるように調整した。その後、貴金属のターゲットであるAuを取り付けた電極にDC(直流)電圧を印加してアルゴンガスを励起し、アルゴンプラズマを発生させることによりAuのスパッタリングを行い、基板の表面にAuの貴金属層(以下、「貴金属層(Au)」という。)を20nmの厚さ形成した。さらに、チタン基板を裏返しにして、同様の方法で基板の他の表面にも20nmの厚さの貴金属層(Au)を形成した。 Argon gas was introduced into the chamber, the pressure was adjusted to 0.266Pa (2 × 10 -3 Torr) . Thereafter, a DC (direct current) voltage is applied to an electrode on which Au, which is a noble metal target, is attached to excite argon gas, and argon plasma is generated to perform sputtering of Au. Hereinafter, a “noble metal layer (Au)”) was formed to a thickness of 20 nm. Further, the titanium substrate was turned over, and a noble metal layer (Au) having a thickness of 20 nm was formed on the other surface of the substrate by the same method.

その後、熱処理炉に貴金属層(Au)を形成したTi製の基板を入れて、0.00133Pa(1×10−5Torr)になるまで真空排気し、表5に示す所定の温度に加熱した後、酸素分圧が0.00665Pa(5×10-5Torr)になるように炉内を排気しながら酸素を導入して熱処理を行い、試験板23〜35を製造した。 Thereafter, a Ti substrate on which a noble metal layer (Au) is formed is placed in a heat treatment furnace, evacuated to 0.00133 Pa (1 × 10 −5 Torr), and heated to a predetermined temperature shown in Table 5 Then, heat treatment was performed by introducing oxygen while exhausting the inside of the furnace so that the oxygen partial pressure was 0.00665 Pa (5 × 10 −5 Torr), and the test plates 23 to 35 were manufactured.

これら試験板23〜35を用いて、(1)熱処理前後の接触抵抗を測定した。接触抵抗は、<実施例A>に準じて行った。
(2)さらに、試験板23〜35のそれぞれを80℃の硫酸水溶液(pH2)に1000時間浸漬した後に、前記と同様にして再び接触抵抗を測定した。なお、(1)の熱処理後および(2)の接触抵抗は、0.5mΩ・cm以下を合格とした。
(1)熱処理前後の接触抵抗、および(2)80℃の硫酸水溶液(pH2)に1000時間浸漬した後の接触抵抗の結果を表4に示す。
Using these test plates 23 to 35, (1) contact resistance before and after heat treatment was measured. The contact resistance was measured according to <Example A>.
(2) Furthermore, after immersing each of the test plates 23 to 35 in an 80 ° C. sulfuric acid aqueous solution (pH 2) for 1000 hours, the contact resistance was measured again in the same manner as described above. In addition, after the heat treatment of (1) and the contact resistance of (2), 0.5 mΩ · cm 2 or less was accepted.
Table 4 shows the results of (1) contact resistance before and after heat treatment, and (2) contact resistance after being immersed in an aqueous sulfuric acid solution (pH 2) at 80 ° C. for 1000 hours.

Figure 2010045038
Figure 2010045038

表4に示す結果から、試験板23〜29は、熱処理時間をt(分)、熱処理温度をT(℃)とすると、(420−T)/40≦t≦EXP〔(806.4−T)/109.2〕かつt≧0.5(300≦T<800)で示される範囲で熱処理を行ったため、低い接触抵抗が得られることがわかった。   From the results shown in Table 4, when the heat treatment time is t (minutes) and the heat treatment temperature is T (° C.), the test plates 23 to 29 are (420−T) / 40 ≦ t ≦ EXP [(806.4−T ) /109.2] and t ≧ 0.5 (300 ≦ T <800), it was found that low contact resistance was obtained because the heat treatment was performed.

これに対し、試験板30、31は、(420−T)/40≦tを満足せず、処理時間が短すぎた。試験板32は、t≧0.5を満足せず、処理時間が短すぎた。そのため、試験板30〜32は、Auと基板の間に存在する不動態皮膜を結晶化して導電性を向上させることが不十分で、接触抵抗が低下しなかった。
試験板33〜35は、処理時間が長すぎたため、AuとTiの拡散層が成長しすぎてしまい、Tiが最表面まで拡散してチタン酸化物を最表面に形成し、接触抵抗が低下しなかった。
On the other hand, the test plates 30 and 31 did not satisfy (420−T) / 40 ≦ t, and the processing time was too short. The test plate 32 did not satisfy t ≧ 0.5, and the processing time was too short. Therefore, the test plates 30 to 32 were insufficient to crystallize the passive film existing between Au and the substrate to improve the conductivity, and the contact resistance did not decrease.
In the test plates 33 to 35, since the processing time was too long, the diffusion layer of Au and Ti grew too much, Ti diffused to the outermost surface and titanium oxide was formed on the outermost surface, and the contact resistance decreased. There wasn't.

<実施例E>
次に、<実施例E>では、前記した試験板1のTi合金基板を用いて作製したセパレータを使用した場合における発電試験を行った。
まず、縦幅95.2mm×横幅95.2mm×厚さ19mmのサイズのTi合金基板を2枚用意し、その表面の中央部に機械加工によって溝幅0.6mm、溝深さ0.5mmのガス流路を図4に示す形状に作製した。そして、ガス流路を形成したTi合金基板の面上に、<実施例A>と同様の方法・条件でAuの成膜と、熱処理とを行ってセパレータを作製した。
<Example E>
Next, in <Example E>, a power generation test was performed in the case where a separator manufactured using the Ti alloy substrate of the test plate 1 described above was used.
First, two Ti alloy substrates having a size of 95.2 mm in length, 95.2 mm in width, and 19 mm in thickness are prepared, and the center of the surface is machined to have a groove width of 0.6 mm and a groove depth of 0.5 mm. The gas flow path was produced in the shape shown in FIG. Then, on the surface of the Ti alloy substrate on which the gas flow path was formed, a separator was prepared by performing Au film formation and heat treatment under the same method and conditions as in <Example A>.

そして、作製した2枚のセパレータを固体高分子型の燃料電池(Electrochem社製、燃料電池セルEFC−05−01SP)に、以下のようにして組み込んで発電試験を行った。
まず、図5に示すように、作製した2枚のセパレータを、ガス流路が形成された面を対面させて配置し、ガス流路が形成されたそれぞれの面にカーボンクロスを配置し、これらのカーボンクロスの間に固体高分子膜を挟んで発電試験用の燃料電池を作製した。
Then, the produced separator was incorporated into a solid polymer fuel cell (manufactured by Electrochem, fuel cell EFC-05-01SP) as follows, and a power generation test was performed.
First, as shown in FIG. 5, the two separators prepared were placed with the surfaces on which the gas flow paths were formed facing each other, and the carbon cloth was placed on each surface on which the gas flow paths were formed. A fuel cell for power generation test was fabricated by sandwiching a solid polymer film between the carbon cloths.

前記のようにして作製した燃料電池のアノード極側に導入する燃料ガスとして純度99.999%の水素ガスを用い、カソード極側に導入するガスとして空気を用いた。
燃料電池は全体を80℃に加熱保温して、水素ガスおよび空気を、加温された水中を通すことにより露点温度を80℃に調整して、2026hPa(2気圧)の圧力で前記の燃料電池に導入した。
Hydrogen gas having a purity of 99.999% was used as the fuel gas introduced into the anode electrode side of the fuel cell produced as described above, and air was used as the gas introduced into the cathode electrode side.
The fuel cell is heated and kept at 80 ° C., and the dew point temperature is adjusted to 80 ° C. by passing hydrogen gas and air through heated water, and the fuel cell is operated at a pressure of 2026 hPa (2 atm). Introduced.

そして、セル性能測定用システム(スクリブナ社製890CL)を用いて、セパレータに流れる電流を300mA/cm2とし100時間発電させて電圧の変化を測定した。
その結果、試験板7のTi基板のセパレータの発電初期の電圧および100時間発電させた後の電圧は、ともに0.61Vであり、電圧の変化は認められなかった。
Then, using a cell performance measurement system (890CL manufactured by Scribner), the current flowing through the separator was set to 300 mA / cm 2 and power was generated for 100 hours to measure the change in voltage.
As a result, the initial voltage of the separator of the Ti substrate of the test plate 7 and the voltage after 100 hours of power generation were both 0.61 V, and no change in voltage was observed.

また、比較対象として、試験板1のTi合金基板のセパレータに換えて、従来から用いられているグラファイトセパレータ(Electrochem社製、FC−05MP)を配置して燃料電池を作製し、前記と同じ条件で発電試験を行った。
その結果、発電初期の電圧および100時間発電させた後の電圧は、ともに0.61Vであり、試験板1のTi合金基板のセパレータと全く同様の結果となった。
In addition, as a comparison object, instead of the Ti alloy substrate separator of the test plate 1, a fuel cell was manufactured by arranging a conventional graphite separator (manufactured by Electrochem, FC-05MP), under the same conditions as above. A power generation test was conducted.
As a result, the voltage at the initial stage of power generation and the voltage after power generation for 100 hours were both 0.61 V, and the result was exactly the same as that of the separator of the Ti alloy substrate of the test plate 1.

以上の結果から、本発明の燃料電池用セパレータの製造方法によって製造された燃料電池用セパレータは、金属製のセパレータであるにも関わらず、グラファイトセパレータと同等の性能を示すことが分かった。   From the above results, it has been found that the fuel cell separator produced by the method for producing a fuel cell separator of the present invention exhibits the same performance as a graphite separator even though it is a metallic separator.

以上、本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池用セパレータおよび燃料電池について最良の実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することができることはいうまでもない。   The fuel cell separator manufacturing method, the fuel cell separator and the fuel cell according to the present invention have been described in detail with reference to the preferred embodiments and examples. However, the gist of the present invention is limited to the contents described above. The scope of rights should be broadly interpreted based on the claims. Needless to say, the contents of the present invention can be widely modified and changed based on the above description.

S1 凹部形成工程
S2 貴金属層形成工程
S3 熱処理工程
1 燃料電池用セパレータ
2 基板
3 貴金属層
5 酸化チタン層
10 単セル
11 ガス流路
12 ガス拡散層
13 固体高分子膜
20 燃料電池
S1 Concave formation step S2 Noble metal layer formation step S3 Heat treatment step 1 Fuel cell separator 2 Substrate 3 Noble metal layer 5 Titanium oxide layer 10 Single cell 11 Gas flow path 12 Gas diffusion layer 13 Solid polymer membrane 20 Fuel cell

Claims (3)

TiまたはTi合金製の基板の表面に、Ru,Rh,Pd,Os,Ir,PtおよびAuから選択される少なくとも1種以上の貴金属を含んでなる2nm以上の厚さの貴金属層が形成され、かつ前記貴金属層と前記基板の間、および前記基板が表面に露出した部分、の少なくとも一方に、ルチル型結晶およびブルッカイト型結晶の少なくとも一方を含有する酸化チタン層が形成されていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。   A noble metal layer having a thickness of 2 nm or more comprising at least one kind of noble metal selected from Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt and Au is formed on the surface of a substrate made of Ti or Ti alloy, In addition, a titanium oxide layer containing at least one of a rutile crystal and a brookite crystal is formed between at least one of the noble metal layer and the substrate and a portion where the substrate is exposed on the surface. Fuel cell separator. 前記基板が、その表面の少なくとも一部にガスを流通させるガス流路を形成するための凹部が形成されたもので、前記凹部を形成した前記基板の表面に前記貴金属層を形成したことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用セパレータ。   The substrate is formed with a recess for forming a gas flow path for allowing a gas to flow through at least a part of the surface of the substrate, and the noble metal layer is formed on the surface of the substrate on which the recess is formed. The fuel cell separator according to claim 1. 請求項1または請求項2に記載の燃料電池用セパレータを用いたことを特徴とする燃料電池。   A fuel cell comprising the fuel cell separator according to claim 1.
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