JP2015064968A - 燃料電池用セパレータ、燃料電池、及び、燃料電池用セパレータの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この形態によれば、第1層に含まれる炭素の粒子径が19nm以下なので、基材と炭素膜の第1層との密着性を向上させることができる。さらに、炭素膜の第2層に含まれる炭素の粒子径が40nm以下なので、炭素膜の全てを、炭素の粒子径が19nm以下となるように形成する場合に比べて、成膜速度を向上させることができ、燃料電池用セパレータの生産効率を向上させることができる。さらに、燃料電池の発電によって生成される腐食物質を含む水が、第2層を透過して基材まで浸透することを抑制することができる。この結果、腐食物質を含む水によって基材が腐食してしまうことを抑制することができ、燃料電池の出力の低下を抑制することができる。
この形態によれば、中間層によって、基材と、炭素膜との密着性をさらに向上させることができる。
この形態によれば、基材と炭素膜の第1層との密着性を向上させることができるとともに、燃料電池の出力の低下を抑制することができる。
この形態によれば、基材と炭素膜の第1層との密着性を向上させることができるとともに、燃料電池用セパレータの生産効率を向上させることができる。
A.実施形態:
B.実験例:
C.変形例:
図1は、本発明の一実施形態における燃料電池10の概略構成を説明する説明図である。燃料電池10は、固体高分子型燃料電池であり、複数の単セル14が積層されたスタック構造を有している。単セル14は、燃料電池10における発電を行う単位モジュールであり、水素ガスと空気に含まれる酸素との電気化学反応により発電を行う。各単セル14は、発電体20と、発電体20を挟持する一対のセパレータ100(アノード側セパレータ100anおよびカソード側セパレータ100ca)とを備えている。
本実験例では、複数の燃料電池用セパレータのサンプルを作製し、各サンプルの抵抗値を測定した。そして、燃料電池用セパレータのサンプルを用いて燃料電池を作製し、所定時間発電を行なう耐久試験を行なった。耐久試験後に、各燃料電池用セパレータのサンプルの抵抗値を測定し、耐久試験後における抵抗値の増加量を測定した。
図6:サンプル3の第1層121の表面
図7:サンプル9の第1層121の表面
図8:サンプル12の第1層121の表面
図9:サンプル8の第2層122の表面
図10:サンプル11の第2層122の表面
図11:サンプル12の第2層122の表面
なお、この発明は上記の実施形態や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施形態において、炭素膜120は、3つ以上の層によって構成されていてもよい。この場合には、炭素膜120を構成する3つ以上の層のうち、金属基材110の最も近い位置に形成された層に含まれる炭素の粒子径は、炭素膜120の他の層に含まれる炭素の粒子径よりも小さいことが好ましい。
上記実施形態において、金属基材110がチタンによって形成されている場合には、中間層112は、例えば、TiC2によって形成されていてもよい。また、金属基材110がステンレス鋼(SUS)によって形成されている場合には、中間層112は、例えば、Fe3C、Cr23C6によって形成されていてもよい。
14…単セル
20…発電体
21…電解質膜
22…触媒電極層
22ca…カソード
22an…アノード
23…膜電極接合体
24…ガス拡散層
24ca…カソード側拡散層
24an…アノード側拡散層
100…セパレータ
100ca…カソード側セパレータ
100an…アノード側セパレータ
110…金属基材
112…中間層
120…炭素膜
121…第1層
122…第2層
AGC…アノードガス流路
CGC…カソードガス流路
Claims (4)
- 燃料電池用セパレータであって、
導電性の基材と、
前記基材の上に形成された炭素膜と
を備え、
前記炭素膜は、前記基材の最も近い位置に形成された第1層と、前記基材から最も離れた位置に形成された第2層とを含む少なくとも2層からなり、
前記第1層に含まれる炭素の粒子径は、19nm以下であって、前記炭素膜の他の層に含まれる炭素の粒子径よりも小さく、
前記第2層に含まれる炭素の粒子径は、40nm以下である、
セパレータ。 - 請求項1に記載の燃料電池用セパレータであって、さらに、
前記基材と、前記炭素膜との間に、前記基材及び前記炭素膜の両方の成分を含有する中間層を備える、
燃料電池用セパレータ。 - 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備える燃料電池。
- 燃料電池用セパレータの製造方法であって、
(a)導電性の基材を準備する工程と、
(b)プラズマCVDによって、前記基材の上に炭素膜を形成する工程と
を備え、
前記工程(b)は、
(b1)前記基材に最も近い層として、前記炭素膜の第1層を形成する工程と、
(b2)前記基材から最も離れた層として、前記炭素膜の第2層を形成する工程と
を含み、
前記工程(b1)において前記第1層を形成する際の原料ガスの流量は、前記工程(b2)において前記第2層を形成する際の原料ガスの流量の1/2から1/50である、
燃料電池用セパレータの製造方法。
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