JP2018195516A - 燃料電池用セパレータ - Google Patents
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Abstract
Description
以下に示すようにして、セパレータに相当する試験片を作製した。まず、セパレータの金属基材として、厚さ0.1mmの純チタン板を準備した。次に、金属基材を真空容器内に設置し、真空条件下でアルゴンガスを真空容器内に導入し、電圧を印加してアルゴンイオンを発生させ、このアルゴンイオンで、金属基材の表面の酸化被膜を除去した。
実施例1と同じように、試験片を作製した。実施例2〜5が実施例1と相違する点は、実施例2〜5では、酸化スズ皮膜に対するアルミニウムの含有量が、順次、2原子%、3原子%、5原子%、10原子%となるように、ターゲットとなる焼結体に含まれる酸化アルミニウムの量を変更し、酸化スズ皮膜を成膜した点である。なお、実施例1と同じように、実施例2〜5の酸化スズ皮膜に対するアルミニウムの含有量を測定した。この結果を表1に示す。
実施例1と同じように、試験片を作製した。比較例1が実施例1と相違する点は、酸化スズ皮膜のアルミニウムの含有量が、0原子%となるように(アルミニウムを含有しないように)、ターゲットとなる焼結体に酸化アルミニウムを含めず、酸化スズ皮膜を成膜した点である。なお、実施例1と同じように、比較例1の酸化スズ皮膜に対するアルミニウムの含有量を、測定した。この結果を表1に示す。
実施例1と同じように、試験片を作製した。比較例2が実施例1と相違する点は、酸化スズ皮膜のアルミニウムの含有量が、0.5原子%となるように、ターゲットとなる焼結体に含まれる酸化アルミニウムの量を変更し、酸化スズ皮膜を成膜した点である。なお、実施例1と同じように、比較例2の酸化スズ皮膜に対するアルミニウムの含有量を、測定した。この結果を表1に示す。
実施例1と同じように、試験片を作製した。比較例3が実施例1と相違する点は、ターゲットとして、酸化スズ粒子と酸化アンチモン粒子とを混合して焼結した焼結体を用いて、酸化スズにアンチモン(Sb)を含有した酸化スズ皮膜を成膜した。なお、実施例1と同じように、比較例3の酸化スズ皮膜に対するアンチモンの含有量を測定した。この結果を表1に示す。
実施例1〜5および比較例1〜3の試験片の酸化スズ皮膜の表面に、燃料電池の発電部の拡散層に相当するカーボンペーパ(東レ(株)TGP−H120、厚さ0.5mm)を載せ、その上に、金めっきした銅板を重ねて、試験片と銅板との間にカーボンペーパを挟み込んだ。なお、酸化スズ皮膜とカーボンペーパとの接触抵抗のみを測定するために、試験片の他方の面(成膜していない面)にも、金めっきした銅板を接触させ、これら部材間の接触抵抗が発生しないようにした。次に、測定治具により、試験片の表面に、一定荷重(0.98MPa)の圧力を付与した。この状態で、電流計により試験片に流れる電流が一定となるように、電源からの電流を調整して流し、試験片に印加される電圧を電圧計で測定し、試験片の酸化スズ皮膜とカーボンペーパとの接触抵抗(耐食試験前の接触抵抗)を算出した。この結果を、表1に示す。
実施例1〜3および比較例1〜3の試験片に対して、日本工業規格の金属材料の電気化学的高温腐食試験法(JIS Z2294)に準じた耐食試験(定電位腐食試験)を行った。大気解放系の装置において、80℃に温度調整された硫酸溶液に、各試験片を浸漬した。この状態で、白金板からなる対極と試験片(試料極)とを電気的に接続することにより、対極と試料極との間に0.9Vの電位差を生じさせ、試験片を腐食させた。なお、参照電極によって試験片の電位を一定に保持した。また、試験時間は100時間とした。耐食試験後の各試験片に対して、上述した接触抵抗試験と同じ方法で、接触抵抗を測定した。この結果を、表1および図4に示す。
表1に示すように、比較例1に係る試験片の接触抵抗は大きく、試験片とカーボンペーパとの間に電流を通電することができなかった。このことから、比較例1の如く、アルミニウムを含有しない酸化スズ皮膜は、絶縁性が高い(導電性が低い)ことがわかる。
上述した比較例3と同じように、試験片を作製した。参考例1、3が、実施例1と相違する点は、成膜時の金属基材の温度(成膜温度)をそれぞれ350℃、550℃にした点である。なお、参考例2は、比較例3と同じである。
参考例1〜3に係る試験片の酸化スズ皮膜に対して、銅管球としてX線源にCuKα線(波長0.154nm)を用いたX線解析装置を使用して、X線回折パターンにおける酸化スズの(110)面の回折ピーク角度を検出した。各試験片の酸化スズの回折ピーク角度は、ブラッグ角2θ=26.6°付近にあり、この回折ピークの半値幅を測定した。この結果を、表2に示す。また、参考例1〜3の試験片に対して、実施例1と同様にして、接触抵抗を測定した。この結果を表2に示す。
表2に示すように、参考例2および3の試験片では、参考例1のものよりも、酸化スズ皮膜の酸化スズの(110)面に対する回折ピークの半値幅が小さいことから、参考例2および3の酸化スズ皮膜の酸化スズの結晶性が、参考例1のものよりも高いと考えられる。参考例2および3の試験片の接触抵抗は、参考例1のものよりも小さかった。
Claims (3)
- 膜電極接合体を含む発電部を区画するように、前記発電部に接触する燃料電池用セパレータであって、
前記燃料電池用セパレータは、金属からなる金属基材と、
前記金属基材の表面のうち、少なくとも前記発電部に接触する表面に被覆された酸化スズ皮膜と、を備えており、
前記酸化スズ皮膜は、アルミニウムが1〜10原子%含有された酸化スズからなることを特徴とする燃料電池用セパレータ。 - CuKα線を用いたX線回折において、2θ=26.6°付近の前記酸化スズ皮膜の酸化スズの(110)面に対する回折ピークの半値幅が、1°以下である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。
- 前記酸化スズの膜厚は、10〜300nmの範囲にあることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池用セパレータ。
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