JP3971267B2

JP3971267B2 - Material plate for metal separator for fuel cell and metal separator for fuel cell using the same

Info

Publication number: JP3971267B2
Application number: JP2002228156A
Authority: JP
Inventors: 輝幸大谷; 誠辻; 貴司桑山; 政男宇都宮
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: JP2004071319A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子燃料電池の構成要素であって、燃料電池のガス通路を形成する金属製セパレータに使用する素材板およびこの素材板を使用した燃料電池用金属製セパレータに係り、特に、優れた機械的特性を有する素材板および優れた接触抵抗性を有する燃料電池用金属製セパレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池は、平板状の電極構造体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）の両側にセパレータが積層された積層体が１ユニットとされ、複数のユニットが積層されて燃料電池スタックとして構成される。電極構造体は、カソードおよびアノードを構成する一対のガス拡散電極の間にイオン交換樹脂等からなる電解質膜が挟まれた三層構造である。ガス拡散電極は、電解質膜に接触する電極触媒層の外側にガス拡散層が形成されたものである。また、セパレータは、電極構造体のガス拡散電極に接触するように積層され、ガス拡散電極との間にガスを流通させるガス流路や冷媒流路が形成されている。このような燃料電池によると、例えば、アノード側のガス拡散電極に面するガス流路に燃料である水素を流し、カソード側のガス拡散電極に面するガス流路に酸素や空気等の酸化性ガスを流すと電気化学反応が起こり、電気が発生する。
【０００３】
上記セパレータは、アノード側の水素ガスの触媒反応により発生した電子を外部回路へ供給する一方、外部回路からの電子をカソード側に送給する機能を具備する必要がある。そこで、セパレータには黒鉛系材料や金属系材料からなる導電性材料が用いられており、特に金属系材料のものは、薄板化による軽量・コンパクト化が可能である点で有利であるとされている。またセパレータは、使用時に低ｐＨの電解質膜と接触するとともに、カソード・アノード間にて相当な電池発電電位がかかるため、優れた耐食性を有することが必要とされる。そこで、金属製のセパレータは、ステンレス鋼やチタン合金等の耐食性を有する金属材料からなる薄板をプレス成形して断面を凹凸状としたものが挙げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなセパレータは、電極構造体から発電された電気を取り出すための端子として使用されるため、ガス拡散電極との接触抵抗が低いことが必要とされる。ステンレス鋼からなるセパレータを用いた場合、黒鉛系のセパレータを用いた場合に比べて電極構造体との接触抵抗が大きい。接触抵抗の増大は発電性能の低下につながるので、接触抵抗を低減させるために、例えばその表面に金めっき等を施すことが提案されている。しかしながら、金めっき等を施した場合には、コストが割高となるため、金めっき等を施さずにガス拡散電極との間における優れた接触抵抗性が得られるセパレータの開発が要請されていた。
【０００５】
また、上記セパレータは素材板をプレス成形により得るものであり、このプレス成形時には、セパレータの厚さを０．０５〜０．３ｍｍと非常に薄いものとしなければならない。このため、素材板のプレス成形時に曲げ変形等が生じた場合には素材板に割れが生じ易く、特に曲げに関する曲率半径を小さくした際には割れの発生率が高くなる。万一割れが発生した場合、上記厚さにより割れの確認が困難であるという問題があった。割れが一旦発生すると、セパレータ本来の機能である燃料ガスと酸化材ガスとの分離機能が十分に発揮されなくなる。そこで、プレス成形時に割れを生じない優れた機械的特性を有する素材板の開発も要請されていた。
【０００６】
よって本発明は、以上のような要請に鑑みてなされたものであり、ステンレス鋼の表面に金めっき等を施さないことを前提とした上で、プレス成形時に割れを生じない優れた機械的特性を確保した燃料電池用金属製セパレータ用素材板およびそれを使用し、ガス拡散電極との間における優れた接触抵抗性を実現した燃料電池用金属製セパレータを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池用金属製セパレータ用素材板は、表面に導電性介在物が露出する一対の鋼材の間に、上記鋼材よりも高い延性を有する金属材が接合されていることを特徴としている。本発明の素材板では、一対の鋼材の表面に露出した介在物が導電経路を形成する。このためこの素材板を使用して製造した燃料電池用金属製セパレータは、ガス拡散電極との間における優れた接触抵抗性を実現することができる。また、本発明の素材板は、上記一対の鋼材の間にこの鋼材よりも高い延性を有する金属材を接合する構造を採用している。このため、プレス成形によってこの素材板に曲げ変形が生じた場合、たとえ外側に位置する一対の鋼板の一方に割れが生じたとしても、内側に挟み込まれた金属材には割れは生じない。セパレータは、上述したとおり、燃料ガスと酸化材ガスとの分離機能を十分に発揮するものでなければならない。本発明によれば、この機能を十分に発揮するに好適な素材板の機械的特性を確保することができる。
【０００８】
なお、上記一対の鋼材に使用する金属材料としては、導電経路を形成する導電性介在物が金属組織中に分散するステンレス鋼板を用いることができる。具体的には、例えば次の組成を有するステンレス鋼板を用いることが好適である。すなわち、Ｃ：０．１５ｗｔ％以下、Ｓｉ：０．０１〜１．５ｗｔ％、Ｍｎ：０．０１〜２．５ｗｔ％、Ｐ：０．０３５ｗｔ％以下、Ｓ：０．０１ｗｔ％以下、Ａｌ：０．００１〜０．２ｗｔ％、Ｎ：０．３ｗｔ％以下、Ｃｕ：０〜３ｗｔ％、Ｎｉ：７〜５０ｗｔ％、Ｃｒ：１７〜３０ｗｔ％、Ｍｏ：０〜７ｗｔ％、残部がＦｅ，Ｂおよび不可避的不純物であり、かつ、Ｃｒ，ＭｏおよびＢが次式を満足するものである。
Ｃｒ（ｗｔ％）＋３×Ｍｏ（ｗｔ％）−２．５×Ｂ（ｗｔ％）≧１７
このステンレス鋼板を使用した場合には、Ｂが、Ｍ_２ＢおよびＭＢ型の硼化物、Ｍ_２３（Ｃ，Ｂ）_６型の硼化物として表面に析出し、これら硼化物が導電性介在物となる。
また、上記鋼材よりも高い延性を有する金属材に使用する金属材料としては、導電介在物を含まないステンレス鋼板またはアルミ材等を用いることができる。また上記鋼材よりも高い延性を有する金属材にステンレス鋼板を用いる場合には、上記一対の鋼板との密着性に鑑みて、これら一対の鋼板と同種のステンレス鋼板を用いることが望ましい。
【０００９】
次に、本発明の燃料電池用金属製セパレータは、上記素材板を塑性加工し、鋼材の表面を不動態化処理してなることを特徴としている。本発明のセパレータは上記素材板を使用したものであるため、上述したとおり、ガス拡散電極との間における優れた接触抵抗性を有し、しかも燃料ガスと酸化材ガスとの分離機能を十分に発揮することができる。
【００１０】
【実施例】
次に、本発明の実施例を説明する。
Ａ．セパレータの製造
［実施例］
表１に示す各成分と、残部であるＦｅおよび不可避的不純物とを含有するスラブＡ，Ｂを作成するとともに、ＳＵＳ３１６ＬからなるスラブＣを作成した。この際、スラブＡ，Ｂ，Ｃはすべて同じ厚さとした。このスラブＡ，Ｂ間にスラブＣを挟み込み、スラブＡ，Ｂ，Ｃを接合して厚板を作成した。次いで、この厚板を０．１８ｍｍまで圧延して圧延鋼を得た。さらにこの圧延鋼の両面に、４０℃に保持したボーメ度４０゜Ｂｅ（重液用ボーメ度）の塩化第二鉄溶液のシャワーを、吹き付け圧１ｋｇ／ｃｍ^２で３０秒間吹き付けて化学的エッチングを行った。上記のように圧延鋼の表面に導電介在物を露出させ、図１に示す三層構造の素材板を得た。
【００１１】
【表１】

【００１２】
次にこの素材板から１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形状の薄板を必要数切り出して得た。そしてこれら薄板をプレス成形して、図２に示すセパレータの成形板を得た。この成形板は、中央に断面凹凸状の発電部を有し、その周囲に平坦な縁部を有している。
【００１３】
次いで、成形板の両面を不動態化処理して母材表面の導電介在物が露出していない領域に強固な酸化被膜を形成した。不動態化処理は、成形板をアセトンで１０分間脱脂洗浄後、３０℃に保持した１０ｗｔ％硝酸液浴の中に１０分間浸漬することによって行った。不動態化処理後は常温水による１０分間の洗浄を２回行い、その後乾燥させた。以上のようにして実施例のセパレータを得た。
【００１４】
［比較例１］
ＳＵＳ３１６Ｌのみからなるスラブを圧延して一層構造の素材板を得た以外は、実施例と同様にして比較例１のセパレータを得た。なお、比較例１では素材板が導電性介在物を含有しないため、セパレータの製造時に上記化学的エッチングは施さなかった。
【００１５】
［比較例２］
表１に示す各成分と、残部であるＦｅおよび不可避的不純物とからなるスラブを圧延して一層構造の素材板を得た以外は、実施例と同様にして比較例２のセパレータを得た。
【００１６】
［比較例３］
比較例１のセパレータにさらに金めっきを施した。金めっきは３０℃に保持し、電流密度が０．１Ａ／ｄｍ^２に設定された青化金（３ｇ／Ｌ）のめっき浴に１０分浸漬することにより行った。以上のようにして比較例３のセパレータを得た。
【００１７】
Ｂ．セパレータ用素材板の曲げ試験による機械的特性の判定
ＪＩＳＺ２２４８に規定されているＶブロック法を採用して、各セパレータ用素材板の曲げ試験による機械的特性を判定した。試験片寸法を長さ５０ｍｍ、幅１０ｍｍとし、押金具先端の曲率半径を０．２ｍｍとし、Ｖブロックの角度（１８０−θ）゜を６０゜とし、押金具の押し下げ速度を０．０５ｍｍ／ｓとした。これの条件の下、湾曲部外側の峰中央５ｍｍ部に存在する長さ３０μｍ以上のクラックの個数をカウントした。なお、各例についてそれぞれ５本の試験片についての結果から得られたその最大値、最小値および平均値を図３に示す。同図によれば、実施例は、比較例１および比較例３と同程度の機械的特性を有することが判る。図４は、実施例のセパレータを製造する際に、素材板に曲げが生じた場合を示す。外側に位置する導電介在物を含む鋼板の一方（図中上側の鋼板）にたとえ割れが発生したとしても、内側に位置する金属材には外側に位置する鋼板に対するその優れた機械的特性（高延性）の故に割れは発生しない。このため、通常のプレス成形時に素材板全体としては割れが貫通することはない。したがって、実施例のセパレータ用素材板は、燃料ガスと酸化材ガスとの分離機能を十分に発揮することができる。また比較例１および３についてはセパレータ用素材板の構成材料が硼素を多量に含有しない高延性材料であるため、セパレータ用素材板として十分な機械的特性を有する。しかしながら、比較例２については、セパレータ用素材板の構成材料が硼素を多量に含有するため、セパレータ用素材板として優れた機械的特性が得られない。
【００１８】
C．初期の接触抵抗の測定
各セパレータにつき、次の方法で初期の接触抵抗を測定した。２枚のセパレータで電極構造体のガス拡散層の表面を構成するカーボンペーパーを挟み、これを２枚の電極板で挟み、さらに電極板に対するセパレータの面圧が５ｋｇ／ｃｍ^２になるように荷重をかけ、試験体をセットした。そして、２枚のセパレータ間に電流を流し、セパレータ間の電圧降下から接触抵抗を求めた。その結果を図５に示す。同図によれば、実施例は、比較例２および比較例３と同程度の優れた接触抵抗性を有することが判る。このため、実施例のセパレータは、ガス拡散電極との間における優れた接触抵抗性が得られる。これは外側に位置する鋼板の表面に導電介在物を露出させることで、この導電介在物に導電経路としての役割を担わせ、優れた接触抵抗性を実現するからである。また、比較例２については実施例と同様の理由で、さらに比較例３については金めっきを施したことで、優れた接触抵抗性を実現することができる。しかしながら、比較例１については、セパレータの構成材料をＳＵＳ３１６Ｌとしたのみで、その含有成分の中に導電介在物と成り得るものがないことから、セパレータとして優れた接触抵抗性を実現することができない。
【００１９】
Ｄ．１０００時間発電後の接触抵抗（耐食性）の測定
各セパレータを用いた燃料電池を１０００時間発電させた後に、電池からセパレータを分解して取り出し、上記した初期の接触抵抗の測定と同様にして、１０００時間発電後の接触抵抗を測定した。その結果を図６に示す。同図によれば、実施例は、比較例２と同程度の優れた耐食性を有することが判る。これは、素材板の表面を構成する一対のステンレス鋼材上の導電介在物が露出していない部分に酸化皮膜が形成されているからである。このため、実施例のセパレータは、使用時に低ｐＨの電解質膜と接触するとともに、カソード・アノード間にて相当な電池発電電位がかかる環境下においても好適なセパレータであるといえる。また比較例１については、もともと初期の接触抵抗が高いため、セパレータとして優れた集電性能を実現することはできない。比較例２については、素材板であるステンレス鋼材上の導電介在物が露出していない部分に酸化皮膜が形成されているため、セパレータとして優れた耐食性を実現することができる。比較例３については、母材であるステンレス鋼板と被覆された金との間で異種金属間接触腐食が生じ易く、このために実施例に比して耐食性が不良となっている。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、表面に導電性介在物が露出する一対の鋼材の間に、この鋼材よりも高い延性を有する金属材を接合したことにより、燃料電池用金属製セパレータ用素材板の優れた機械的特性を実現することができ、さらに、このセパレータ用素材板を用いることにより、優れた接触抵抗性を有する好適な燃料電池用金属製セパレータを製造することができる点で有望である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の素材板を示す断面図である。
【図２】セパレータの成形板の一実施形態を示す図である。
【図３】実施例および比較例１〜３の各セパレータ用素材板についての機械的特性を示すグラフである。
【図４】実施例のセパレータを製造する際の、素材板の曲げ態様を示す図である。
【図５】実施例および比較例１〜３の各セパレータについての初期の接触抵抗を示すグラフである。
【図６】実施例および比較例１〜３の各セパレータについての１０００時間発電後の接触抵抗（耐食性）を示すグラフである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a component of a solid polymer fuel cell, and relates to a material plate used for a metal separator that forms a gas passage of a fuel cell, and a metal separator for a fuel cell using this material plate, about metal separator for a fuel cell having a blank and good contact resistance with an excellent opportunity械的characteristics.
[0002]
[Prior art]
In the polymer electrolyte fuel cell, a laminated body in which separators are laminated on both sides of a plate electrode assembly (MEA) is formed as one unit, and a plurality of units are laminated to form a fuel cell stack. The The electrode structure has a three-layer structure in which an electrolyte membrane made of an ion exchange resin or the like is sandwiched between a pair of gas diffusion electrodes constituting a cathode and an anode. In the gas diffusion electrode, a gas diffusion layer is formed on the outside of the electrode catalyst layer in contact with the electrolyte membrane. The separator is laminated so as to be in contact with the gas diffusion electrode of the electrode structure, and a gas flow path and a refrigerant flow path for allowing a gas to flow between the separator and the gas diffusion electrode are formed. According to such a fuel cell, for example, hydrogen, which is a fuel, is allowed to flow through the gas flow channel facing the gas diffusion electrode on the anode side, and oxidative properties such as oxygen and air are passed through the gas flow channel facing the gas diffusion electrode on the cathode side. When gas is flowed, an electrochemical reaction occurs and electricity is generated.
[0003]
The separator needs to have a function of supplying electrons generated by the catalytic reaction of hydrogen gas on the anode side to the external circuit, and supplying electrons from the external circuit to the cathode side. Therefore, the separator is made of a conductive material such as a graphite-based material or a metal-based material. In particular, a metal-based material is considered advantageous in that it can be made lighter and more compact by making it thinner. Yes. In addition, the separator is required to have excellent corrosion resistance because it is in contact with a low pH electrolyte membrane during use and a considerable battery power generation potential is applied between the cathode and the anode. Therefore, examples of the metal separator include those in which a thin plate made of a corrosion-resistant metal material such as stainless steel or a titanium alloy is press-molded to have an uneven cross section.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Since such a separator is used as a terminal for taking out the electricity generated from the electrode structure, the contact resistance with the gas diffusion electrode is required to be low. When a stainless steel separator is used, the contact resistance with the electrode structure is greater than when a graphite separator is used. Since an increase in contact resistance leads to a decrease in power generation performance, it has been proposed to perform gold plating or the like on the surface, for example, in order to reduce the contact resistance. However, when subjected to gold plating or the like, since the cost is expensive, development of a separator excellent contact resistance between the gas diffusion electrode without being subjected to gold plating or the like is obtained has been requested.
[0005]
The separator is obtained by press forming a material plate. At the time of press forming, the thickness of the separator must be as very thin as 0.05 to 0.3 mm. For this reason, if bending deformation or the like occurs during press forming of the material plate, the material plate is likely to crack, and particularly when the radius of curvature related to bending is reduced, the occurrence rate of cracking increases. If a crack occurs, there is a problem that it is difficult to confirm the crack due to the thickness. Once cracking occurs, the function of separating the fuel gas and the oxidant gas, which is the original function of the separator, cannot be fully exhibited. Therefore, there has been a demand for the development of a material plate having excellent mechanical characteristics that does not crack during press molding.
[0006]
Thus, the present invention has been made in view of the requirements described above, the mechanical properties on the assumption that not subjected to gold plating or the like on the surface of stainless steel, which is excellent not cracked during press molding An object of the present invention is to provide a metal plate for a fuel cell metal separator that secures the above and a metal separator for a fuel cell that uses the same and realizes excellent contact resistance with a gas diffusion electrode .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The metal separator blank for a fuel cell according to the present invention is characterized in that a metal material having higher ductility than the above steel material is joined between a pair of steel materials whose conductive inclusions are exposed on the surface. . The blank of the present invention, inclusions exposed on the surface of a pair of steel material to form a conductive path. For this reason, the metal separator for fuel cells manufactured using this material plate can realize excellent contact resistance with the gas diffusion electrode. Moreover, the raw material board of this invention employ | adopts the structure which joins the metal material which has ductility higher than this steel material between said pair of steel materials. For this reason, when bending deformation occurs in the material plate by press molding, even if a crack occurs in one of the pair of steel plates positioned on the outside, the metal material sandwiched on the inside does not crack. As described above, the separator must sufficiently exhibit the function of separating the fuel gas and the oxidant gas. According to the present invention, it is possible to ensure the mechanical characteristics of a material plate suitable for sufficiently exhibiting this function.
[0008]
As the metal material used for the pair of steel materials, a stainless steel plate in which conductive inclusions that form a conductive path are dispersed in a metal structure can be used. Specifically, for example, a stainless steel plate having the following composition is preferably used. That is, C: 0.15 wt% or less, Si: 0.01 to 1.5 wt%, Mn: 0.01 to 2.5 wt%, P: 0.035 wt% or less, S: 0.01 wt% or less, Al: 0.001-0.2 wt%, N: 0.3 wt% or less, Cu: 0-3 wt%, Ni: 7-50 wt%, Cr: 17-30 wt%, Mo: 0-7 wt%, balance is Fe, B And inevitable impurities, and Cr, Mo and B satisfy the following formula.
Cr (wt%) + 3 × Mo (wt%) − 2.5 × B (wt%) ≧ 17
When this stainless steel plate is used, B precipitates on the surface as M ₂ B and MB type borides and M ₂₃ (C, B) ₆ type borides, and these borides are separated from conductive inclusions. Become.
Moreover, as a metal material used for the metal material having higher ductility than the steel material, a stainless steel plate or an aluminum material that does not include conductive inclusions can be used. Moreover, when using a stainless steel plate for the metal material which has higher ductility than the said steel material, it is desirable to use the same kind of stainless steel plate as these pair of steel plates in view of the adhesiveness with the above-mentioned pair of steel plates.
[0009]
Next, the metal separator for a fuel cell according to the present invention is characterized in that the material plate is plastically processed and the surface of the steel material is passivated . Since the separator of the present invention uses the material plate, as described above, it has excellent contact resistance with the gas diffusion electrode, and also has a sufficient function of separating the fuel gas and the oxidizing gas. It can be demonstrated.
[0010]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described.
A. Production of separator [Example]
Slabs A and B containing each component shown in Table 1, the balance Fe and unavoidable impurities were prepared, and a slab C made of SUS316L was prepared. At this time, the slabs A, B, and C all have the same thickness. A slab C was sandwiched between the slabs A and B, and slabs A, B, and C were joined to form a thick plate. Next, this thick plate was rolled to 0.18 mm to obtain rolled steel. Further, chemical etching is performed by spraying a shower of ferric chloride solution with a baume degree of 40 ° Be (heavy liquid baume degree) maintained at 40 ° C for 30 seconds at a spraying pressure of 1 kg / cm ² on both sides of the rolled steel. went. As described above, conductive inclusions were exposed on the surface of the rolled steel to obtain a three-layer structure material plate shown in FIG.
[0011]
[Table 1]

[0012]
Next, a necessary number of square thin plates of 100 mm × 100 mm were cut out from the material plate. Then, these thin plates were press-molded to obtain a separator molded plate shown in FIG. This molded plate has a power generation part having a concave-convex cross section at the center and a flat edge around the power generation part.
[0013]
Next, both surfaces of the molded plate were passivated to form a strong oxide film in a region where the conductive inclusions on the surface of the base material were not exposed. The passivation treatment was performed by immersing the molded plate in a 10 wt% nitric acid bath maintained at 30 ° C. for 10 minutes after degreasing and washing with acetone for 10 minutes. After the passivation treatment, it was washed twice with normal temperature water for 10 minutes and then dried. The separator of the example was obtained as described above.
[0014]
[Comparative Example 1]
A separator of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in the Example, except that a slab composed only of SUS316L was rolled to obtain a single-layer material plate. In Comparative Example 1, since the material plate does not contain conductive inclusions, the chemical etching was not performed during the manufacture of the separator.
[0015]
[Comparative Example 2]
A separator of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in the Example, except that a slab composed of each component shown in Table 1 and the balance Fe and unavoidable impurities was rolled to obtain a single-layer material plate.
[0016]
[Comparative Example 3]
The separator of Comparative Example 1 was further subjected to gold plating. Gold plating was carried out by immersing in a plating bath of gold bromide (3 g / L) having a current density of 0.1 A / dm ² while maintaining at 30 ° C. for 10 minutes. The separator of Comparative Example 3 was obtained as described above.
[0017]
B. Determination of Mechanical Properties by Bending Test of Separator Material Plate Using the V-block method specified in JIS Z 2248, mechanical properties by bending test of each separator material plate were determined. The test piece size is 50 mm long, 10 mm wide, the radius of curvature of the metal clamp tip is 0.2 mm, the angle of the V block (180-θ) is 60 °, and the metal metal push-down speed is 0.05 mm / s. It was. Under these conditions, the number of cracks having a length of 30 μm or more existing in the 5 mm portion of the ridge center outside the curved portion was counted. In addition, the maximum value, the minimum value, and the average value which were obtained from the result about each of five test pieces about each example are shown in FIG. According to the figure, it can be seen that the example has the same mechanical characteristics as those of Comparative Example 1 and Comparative Example 3. FIG. 4 shows a case where the material plate is bent when the separator of the example is manufactured. Even if one side of the steel sheet containing conductive inclusions on the outside (the upper steel sheet in the figure) is cracked, the metal material located on the inner side has its excellent mechanical properties (high No cracking occurs due to (ductility). For this reason, cracks do not penetrate through the entire material plate during normal press molding. Therefore, the separator material plate of the embodiment can sufficiently exhibit the function of separating the fuel gas and the oxidant gas. In Comparative Examples 1 and 3, since the constituent material of the separator material plate is a highly ductile material that does not contain a large amount of boron, it has sufficient mechanical characteristics as a separator material plate . However, in Comparative Example 2, since the material constituting the separator material sheet contains a large amount of boron, not excellent mechanical properties as a material plate separator can be obtained.
[0018]
C. Measurement of initial contact resistance For each separator, initial contact resistance was measured by the following method. The carbon paper that forms the surface of the gas diffusion layer of the electrode structure is sandwiched between two separators, which is sandwiched between two electrode plates, and further loaded so that the surface pressure of the separator against the electrode plates is 5 kg / cm ² The test specimen was set. A current was passed between the two separators, and the contact resistance was determined from the voltage drop between the separators. The result is shown in FIG. According to the figure, it can be seen that the example has the same excellent contact resistance as Comparative Example 2 and Comparative Example 3. For this reason, the separator of an Example has the outstanding contact resistance between gas diffusion electrodes. This is because by exposing the conductive inclusions on the surface of the steel sheet located outside, the conductive inclusions play a role as a conductive path and realize excellent contact resistance. Moreover, the comparative example 2 can implement | achieve the outstanding contact resistance by having performed gold plating about the reason similar to an Example, and also about the comparative example 3. However, in Comparative Example 1, only SUS316L is used as a constituent material of the separator, and there is no component that can be a conductive inclusion, and therefore, excellent contact resistance as a separator cannot be realized. .
[0019]
D. Measurement of contact resistance (corrosion resistance) after 1000 hours of power generation After a fuel cell using each separator generates power for 1000 hours, the separator is disassembled and taken out from the battery, and in the same manner as the measurement of the initial contact resistance described above, 1000 The contact resistance after power generation was measured. The result is shown in FIG. According to the figure, it can be seen that the example has excellent corrosion resistance comparable to that of Comparative Example 2. This is because an oxide film is formed on a portion where the conductive inclusions on the pair of stainless steel materials constituting the surface of the material plate are not exposed. For this reason, it can be said that the separator of an Example is a suitable separator also in the environment where a considerable battery power generation potential is applied between a cathode and an anode while being in contact with a low pH electrolyte membrane in use. Moreover, about the comparative example 1, since the initial contact resistance is high originally, the outstanding current collection performance as a separator cannot be implement | achieved. About the comparative example 2, since the oxide film is formed in the part which the conductive inclusion on the stainless steel material which is a raw material board is not exposed, the corrosion resistance outstanding as a separator is realizable. About the comparative example 3, the corrosion corrosion between different metals tends to arise between the stainless steel plate which is a base material, and the gold | metal | money covered, For this reason, corrosion resistance is inferior compared with an Example.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a metal separator for a fuel cell is obtained by joining a metal material having ductility higher than that of a steel material between a pair of steel materials whose conductive inclusions are exposed on the surface. excellent mechanical properties of use blank can be realized, further, by using the separator material plate, that can be produced a metal separator for a suitable fuel cell having excellent contact resistance Promising.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a material plate of the present invention.
FIG. 2 is a view showing an embodiment of a separator forming plate.
3 is a graph showing the mechanical characteristics of the material plate for each of the separators of Examples and Comparative Examples 1 to 3.
FIG. 4 is a diagram showing a bending mode of a material plate when manufacturing a separator of an example.
FIG. 5 is a graph showing initial contact resistance for each separator in Examples and Comparative Examples 1 to 3.
6 is a graph showing contact resistance (corrosion resistance) after 1000 hours of power generation for each separator of Examples and Comparative Examples 1 to 3. FIG.

Claims

2. A metal separator material plate for a fuel cell, wherein a metal material having ductility higher than that of the steel material is joined between a pair of steel materials whose conductive inclusions are exposed on the surface.

A metal separator for a fuel cell, wherein the metal plate for a metal separator for a fuel cell according to claim 1 is plastically processed and the surface of the steel material is passivated.