JP2020059282A - 導電部材、その製造方法、ならびにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池 - Google Patents
導電部材、その製造方法、ならびにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020059282A JP2020059282A JP2019214716A JP2019214716A JP2020059282A JP 2020059282 A JP2020059282 A JP 2020059282A JP 2019214716 A JP2019214716 A JP 2019214716A JP 2019214716 A JP2019214716 A JP 2019214716A JP 2020059282 A JP2020059282 A JP 2020059282A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- separator
- layer
- conductive member
- intermediate layer
- 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.)
- Pending
Links
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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
本発明の一形態によると、金属基材と、金属基材上に形成された少なくとも1層の中間層と、中間層上に形成されたカーボン層とを有する導電部材が提供される。そして、中間層は、MドープTiO2(Mは、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Ge、Sn、Bi、Al、Si、Zr、Co、Cr、Ni、V、Mn、PおよびBからなる群から選択される少なくとも1種のドーピング元素を表す)を含むことを特徴とする。このような構成であると、導電性能を向上させ、燃料電池の性能を維持しうる導電部材を提供することができる。
金属基材21は導電部材の主層であり、導電性および機械的強度の確保に寄与する。
中間層23は、導電部材において主に耐食性および導電性の確保に寄与する。
カーボン層25は炭素原子を含み、導電部材において主に導電性の確保に寄与する。特にカーボン層25が最表層に存在する場合は、他の部材の接触抵抗を低減させる機能を有する。また、カーボン層であれば、コストを抑えることができるという利点もある。
本形態の導電部材の製造方法は、特に制限されず、公知の知見を適宜参照して製造することができるが、好ましい製造方法の一例として、以下の方法が挙げられる。すなわち、本発明の一形態にかかる導電部材の製造方法は、金属基材上に、MドープTiO2(Mは、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Ge、Sn、Bi、Al、Si、Zr、Co、Cr、Ni、V、Mn、PおよびBからなる群から選択される少なくとも1種のドーピング元素を表す)を含む中間層を形成する工程と、前記中間層を、水素含有雰囲気中で還元処理する工程と、前記中間層上にカーボン層を形成する工程と、を有する。本形態の製造方法によれば、コストを低減し、効率よく、導電部材を製造することができる。
上述の導電性部材は、特に導電性が高いという特性を有しているため、燃料電池用(特に固体高分子形燃料電池用)のセパレータとして好適に使用される。すなわち、本発明の他の一実施形態によると、上記導電部材から構成される、燃料電池用セパレータが提供される。また、本発明のさらに他の一実施形態によると、膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する一対のアノードセパレータおよびカソードセパレータと、を有する固体高分子形燃料電池が提供される。すなわち、高分子電解質膜、これを挟持する一対のアノード触媒層およびカソード触媒層、ならびにこれらを挟持する一対のアノードガス拡散層およびカソードガス拡散層を含む膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟持する一対のアノードセパレータおよびカソードセパレータと、を有する固体高分子形燃料電池であって、前記アノードセパレータまたは前記カソードセパレータの少なくとも一方が、上記燃料電池用セパレータであり、この際、前記燃料電池用セパレータが凹凸状に形成されてなり、当該凸部が前記膜電極接合体と接触し、当該凹部が燃料ガスまたは酸化剤ガスを流通するためのガス流路とされてなる、固体高分子形燃料電池が提供される。ここで、アノードセパレータまたはカソードセパレータの少なくとも一方に、上記燃料電池用セパレータが適用される。膜電極接合体は、高分子電解質膜、これを挟持する一対のアノード触媒層およびカソード触媒層、ならびにこれらを挟持する一対のアノードガス拡散層およびカソードガス拡散層を含む。さらに、燃料電池用セパレータが凹凸状に形成されてなり、当該凸部が前記膜電極接合体と接触し、当該凹部が燃料ガスまたは酸化剤ガスを流通するためのガス流路とされてなる。本形態の燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池は、セパレータ材料として上述の導電部材を用いることにより、導電性能を向上させ、燃料電池の性能を維持しうる。そのため、長期間にわたって、優れた電池性能を発揮させることが可能となる。
電解質膜は、固体高分子電解質膜2から構成される。この固体高分子電解質膜2は、PEFC1の運転時にアノード触媒層3aで生成したプロトンを膜厚方向に沿ってカソード触媒層3cへと選択的に透過させる機能を有する。また、固体高分子電解質膜2は、アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとを混合させないための隔壁としての機能をも有する。
触媒層3(アノード触媒層3a、カソード触媒層3c)は、実際に電池反応が進行する層である。具体的には、アノード触媒層3aでは水素の酸化反応が進行し、カソード触媒層3cでは酸素の還元反応が進行する。
ガス拡散層4(アノードガス拡散層4a、カソードガス拡散層4c)は、セパレータ5(アノードセパレータ5a、カソードセパレータ5c)のガス流路6(燃料ガス流路6a、酸化剤ガス流路6c)を介して供給されたガス(燃料ガスまたは酸化剤ガス)の触媒層3(アノード触媒層3a、カソード触媒層3c)への拡散を促進する機能、および電子伝導パスとしての機能を有する。
セパレータ5(アノードセパレータ5a、カソードセパレータ5c)は、固体高分子形燃料電池の単セルを複数個直列に接続して燃料電池スタックを構成する際に、各セルを電気的に直列に接続する機能を有する。また、セパレータ5は、燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却剤を互に分離する隔壁としての機能も有する。これらの流路を確保するため、上述したように、セパレータ5のそれぞれにはガス流路6および冷却流路7が設けられていることが好ましい。
[実施例1]
金属基材として、ステンレス鋼からなる薄板(SUS316、厚さ100μm)を準備した。
金属基材として、ステンレス鋼からなる薄板(SUS316、厚さ100μm)を、アルミニウムからなる薄板(A3004P、厚さ200μm)に変更した以外は、実施例1と同様にして、導電部材を得た。
なお、中間層の抵抗値を、2端子法によって以下のように測定した。
金属基材として、ステンレス鋼からなる薄板(SUS316、厚さ100μm)を準備した。当該基材を真空チャンバーに設置し、真空条件下(10−3Pa)でArガスを導入し、Arイオンを発生させ、基材表面を叩くことによって、表面の酸化被膜を除去した(イオンボンバード処理)。
上記導電部材について、4端子法にて、積層方向の接触抵抗を以下の方法で測定した。具体的には、図3に示すように、各導電部材(セパレータ5)の両側を1対のガス拡散基材(ガス拡散層4a、4c)で挟持し、得られた積層体の両側をさらに1対の電極(測定端子8)で挟持し、その両端に電源を接続し、電極を含む積層体全体を1MPaの荷重で保持して、測定装置を構成した。この測定装置に1Aの定電流を流し、1MPaの荷重をかけた時の通電量および電圧値から当該積層体の接触抵抗値を算出した。結果を下記表2に示す。なお、表2中の接触抵抗値(相対値)は、比較例1の値を1としたときの、実施例1、2の相対値である。
2 固体高分子電解質膜、
3 触媒層、
3a アノード触媒層、
3c カソード触媒層、
4a アノードガス拡散層、
4c カソードガス拡散層、
5 セパレータ、
5a アノードセパレータ、
5c カソードセパレータ、
6a アノードガス流路、
6c カソードガス流路、
7 冷媒流路、
8 測定端子、
10 膜電極接合体(MEA)、
20 導電部材、
21 金属基材、
23 中間層、
25 カーボン層。
上記導電部材について、2端子法にて、積層方向の接触抵抗を以下の方法で測定した。具体的には、図3に示すように、各導電部材(セパレータ5)の両側を1対のガス拡散基材(ガス拡散層4a、4c)で挟持し、得られた積層体の両側をさらに1対の電極(測定端子8)で挟持し、その両端に電源を接続し、電極を含む積層体全体を1MPaの荷重で保持して、測定装置を構成した。この測定装置に1Aの定電流を流し、1MPaの荷重をかけた時の通電量および電圧値から当該積層体の接触抵抗値を算出した。結果を下記表2に示す。なお、表2中の接触抵抗値(相対値)は、比較例1の値を1としたときの、実施例1、2の相対値である。
Claims (5)
- 金属基材と、
前記金属基材上に形成された少なくとも1層の中間層と、
前記中間層上に形成されたカーボン層と、
を有し、
前記中間層は、MドープTiO2を含み、この際、Mは、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Ge、Sn、Bi、Al、Si、Zr、Co、Cr、Ni、V、Mn、PおよびBからなる群から選択される少なくとも1種のドーピング元素を表す、導電部材。 - 前記Mは、Nb、Ta、MoおよびWからなる群から選択される少なくとも1種のドーピング元素を表す、請求項1に記載の導電部材。
- 金属基材上に、MドープTiO2(Mは、Nb、Ta、Mo、W、Fe、Ge、Sn、Bi、Al、Si、Zr、Co、Cr、Ni、V、Mn、PおよびBからなる群から選択される少なくとも1種のドーピング元素を表す)を含む中間層を形成する工程と、
前記中間層を、水素含有雰囲気中で還元処理する工程と、
前記中間層上にカーボン層を形成する工程と、
を有する、導電部材の製造方法。 - 請求項1または2に記載の導電部材から構成される、燃料電池用セパレータ。
- 高分子電解質膜、これを挟持する一対のアノード触媒層およびカソード触媒層、ならびにこれらを挟持する一対のアノードガス拡散層およびカソードガス拡散層を含む膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を挟持する一対のアノードセパレータおよびカソードセパレータと、を有する固体高分子形燃料電池であって、
前記アノードセパレータまたは前記カソードセパレータの少なくとも一方が、請求項4に記載の燃料電池用セパレータであり、
この際、前記燃料電池用セパレータが凹凸状に形成されてなり、当該凸部が前記膜電極接合体と接触し、当該凹部が燃料ガスまたは酸化剤ガスを流通するためのガス流路とされてなる、固体高分子形燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019214716A JP2020059282A (ja) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | 導電部材、その製造方法、ならびにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019214716A JP2020059282A (ja) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | 導電部材、その製造方法、ならびにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015197768A Division JP2017073218A (ja) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | 導電部材、その製造方法、ならびにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020059282A true JP2020059282A (ja) | 2020-04-16 |
Family
ID=70218649
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019214716A Pending JP2020059282A (ja) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | 導電部材、その製造方法、ならびにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020059282A (ja) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040058205A1 (en) * | 2002-08-21 | 2004-03-25 | Mantese Joseph V. | Metal alloys forming passivating conductive oxides for durable electrical contact surfaces |
JP2007048753A (ja) * | 2005-08-11 | 2007-02-22 | Gm Global Technology Operations Inc | TiO2層及び伝導層が形成された接触要素を有する燃料電池 |
JP2010236083A (ja) * | 2009-03-11 | 2010-10-21 | Kobe Steel Ltd | 電極用チタン材および電極用チタン材の表面処理方法 |
JP2015515538A (ja) * | 2012-02-23 | 2015-05-28 | トレードストーン テクノロジーズ インク | 金属基板表面の被覆方法、電気化学的装置および燃料電池用プレート |
JP2015138696A (ja) * | 2014-01-23 | 2015-07-30 | 新日鐵住金株式会社 | 固体高分子形燃料電池のセパレータ用チタン材 |
-
2019
- 2019-11-27 JP JP2019214716A patent/JP2020059282A/ja active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040058205A1 (en) * | 2002-08-21 | 2004-03-25 | Mantese Joseph V. | Metal alloys forming passivating conductive oxides for durable electrical contact surfaces |
JP2007048753A (ja) * | 2005-08-11 | 2007-02-22 | Gm Global Technology Operations Inc | TiO2層及び伝導層が形成された接触要素を有する燃料電池 |
JP2010236083A (ja) * | 2009-03-11 | 2010-10-21 | Kobe Steel Ltd | 電極用チタン材および電極用チタン材の表面処理方法 |
JP2015515538A (ja) * | 2012-02-23 | 2015-05-28 | トレードストーン テクノロジーズ インク | 金属基板表面の被覆方法、電気化学的装置および燃料電池用プレート |
JP2015138696A (ja) * | 2014-01-23 | 2015-07-30 | 新日鐵住金株式会社 | 固体高分子形燃料電池のセパレータ用チタン材 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2604717B1 (en) | Conductive member, manufacturing method therefor, separator for fuel cell, and solid polymer fuel cell | |
US8974983B2 (en) | Electrical conductive member and polymer electrolyte fuel cell using the same | |
CN105895927B (zh) | 用于pemfc的包括自由基捕获剂的耐腐蚀金属双极板 | |
JP5391855B2 (ja) | 導電部材、その製造方法、並びにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池 | |
JP6649675B2 (ja) | 導電部材、その製造方法、並びにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池 | |
KR20060058918A (ko) | 연료전지용 전극, 이를 포함하는 연료전지 및 연료전지용전극의 제조방법 | |
JP5353205B2 (ja) | 導電部材、その製造方法、ならびにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池 | |
CA2579634A1 (en) | Fuel cell separator and method for manufacturing the same | |
JP5332554B2 (ja) | 燃料電池用ガス拡散層及びその製造方法、並びにこれを用いた燃料電池 | |
JP5439965B2 (ja) | 導電部材、その製造方法、並びにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池 | |
JP5493341B2 (ja) | 導電部材、その製造方法、ならびにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池 | |
JP2017073218A (ja) | 導電部材、その製造方法、ならびにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池 | |
JP5332550B2 (ja) | 導電部材、その製造方法、ならびにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池 | |
JP2013143325A (ja) | 燃料電池及び燃料電池用セパレータ | |
JP5369497B2 (ja) | 燃料電池用セパレータ | |
WO2009118991A1 (en) | Fuel cell separator | |
JP6628122B2 (ja) | 導電部材、その製造方法、ならびにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池 | |
JP2020059282A (ja) | 導電部材、その製造方法、ならびにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池 | |
JP6512577B2 (ja) | 燃料電池構成部品用表面処理部材 | |
WO2013042429A1 (ja) | 固体高分子形燃料電池 | |
JP2010033969A (ja) | 燃料電池用セパレータ | |
JP2010129396A (ja) | 導電部材、その製造方法、並びにこれを用いた燃料電池用セパレータおよび固体高分子形燃料電池 | |
JP5287180B2 (ja) | 積層構造体、その製造方法、ならびにこれを用いた燃料電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191225 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191225 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191212 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191216 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210126 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20210803 |