JP6308330B2 - Titanium alloy, titanium material, separator, cell, and polymer electrolyte fuel cell - Google Patents

Titanium alloy, titanium material, separator, cell, and polymer electrolyte fuel cell Download PDF

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Description

本発明は、チタン合金、このチタン合金を備えるチタン材、このチタン材を備える固体高分子型燃料電池用セパレータ、このセパレータを備えるセル、およびこのセルを備える固体高分子型燃料電池に関する。   The present invention relates to a titanium alloy, a titanium material including the titanium alloy, a solid polymer fuel cell separator including the titanium material, a cell including the separator, and a solid polymer fuel cell including the cell.

燃料電池は、水素と酸素との結合反応の際に発生するエネルギーを利用する。そのため、省エネルギーと環境対策との両面から、燃料電池の導入および普及が期待されている。燃料電池には、固体電解質型、溶融炭酸塩型、リン酸型、固体高分子型などの種類がある。   A fuel cell uses energy generated during a binding reaction between hydrogen and oxygen. Therefore, introduction and spread of fuel cells are expected from both aspects of energy saving and environmental measures. There are various types of fuel cells such as a solid electrolyte type, a molten carbonate type, a phosphoric acid type, and a solid polymer type.

これらのうち、固体高分子型燃料電池は、出力密度が高く小型化が可能である。また、固体高分子型燃料電池は、他のタイプの燃料電池より低温で作動し、起動および停止が容易である。このような利点から、固体高分子型燃料電池は、自動車、家庭用の小型コジェネレーション等への利用が期待されており、近年、特に注目を集めている。   Among these, the polymer electrolyte fuel cell has a high output density and can be miniaturized. The polymer electrolyte fuel cell operates at a lower temperature than other types of fuel cells, and is easy to start and stop. Because of these advantages, the polymer electrolyte fuel cell is expected to be used for automobiles, small cogeneration for home use, and the like, and has attracted particular attention in recent years.

図1Aは、固体高分子型燃料電池(以下、単に「燃料電池」ともいう。)の斜視図であり、図1Bは、燃料電池に用いられる単セルの分解斜視図である。   FIG. 1A is a perspective view of a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter, also simply referred to as “fuel cell”), and FIG. 1B is an exploded perspective view of a single cell used in the fuel cell.

図1Aに示すように、燃料電池1は、単セルの集合体(スタック)である。単セルでは、図1Bに示すように、固体高分子電解質膜2の一面に、アノード側ガス拡散電極膜(「燃料電極膜」とも呼ばれる;以下、「アノード」という。)3が、他面に、カソード側ガス拡散電極膜(「酸化剤電極膜」とも呼ばれる;以下、「カソード」という。)4が、それぞれ積層されている。その積層体の両面に、セパレータ(バイポーラプレート)5a、5bが重ねられている。   As shown in FIG. 1A, the fuel cell 1 is an assembly (stack) of single cells. In the single cell, as shown in FIG. 1B, an anode-side gas diffusion electrode membrane (also referred to as “fuel electrode membrane”; hereinafter referred to as “anode”) 3 is formed on one surface of the solid polymer electrolyte membrane 2. , Cathode side gas diffusion electrode films (also referred to as “oxidant electrode films”; hereinafter referred to as “cathodes”) 4 are laminated. Separators (bipolar plates) 5a and 5b are stacked on both sides of the laminate.

燃料電池には、隣接する2つの単セルの間、または数個の単セルごとに、冷却水の流通路を持つセパレータを配したものがある。本発明は、そのような水冷型燃料電池のセパレータに用いるチタン材も対象とする。   Some fuel cells are provided with a separator having a cooling water flow path between two adjacent single cells or every several single cells. The present invention is also directed to a titanium material used for such a water-cooled fuel cell separator.

固体高分子電解質膜2としては、水素イオン(プロトン)交換基を有するふっ素系プロトン伝導膜が主として用いられている。   As the solid polymer electrolyte membrane 2, a fluorine-based proton conductive membrane having a hydrogen ion (proton) exchange group is mainly used.

アノード3、およびカソード4は、いずれも、導電性を有する炭素繊維をシート状にしたカーボンシートを主体とする。カーボンシートに代えて、カーボンシートより薄いカーボンペーパー、またはさらに薄いカーボンクロスが用いられることもある。アノード3およびカソード4には、粒子状の白金触媒、黒鉛粉、および必要に応じて水素イオン(プロトン)交換基を有するふっ素樹脂からなる触媒層が設けられている場合もある。   Both the anode 3 and the cathode 4 are mainly composed of a carbon sheet in which conductive carbon fibers are formed into a sheet shape. Instead of the carbon sheet, carbon paper thinner than the carbon sheet, or thinner carbon cloth may be used. The anode 3 and the cathode 4 may be provided with a catalyst layer made of a particulate platinum catalyst, graphite powder, and, if necessary, a fluorine resin having a hydrogen ion (proton) exchange group.

セパレータ5aには、アノード3側の面に、溝状の流路6aが形成されている。流路6aには、燃料ガス(水素または水素含有ガス)Aが流されて、アノード3に水素が供給される。また、セパレータ5bには、カソード4側の面に、溝状の流路6bが形成されている。流路6bには、空気等の酸化性ガスBが流され、カソード4に酸素が供給される。これらガスの供給により、電気化学反応が生じて直流電力が発生する。アノード3およびカソード4に触媒層が設けられている場合は、燃料ガスまたは酸化性ガスとこの触媒層とが接触して反応が促進される。   In the separator 5a, a groove-like flow path 6a is formed on the surface on the anode 3 side. A fuel gas (hydrogen or hydrogen-containing gas) A flows through the flow path 6a, and hydrogen is supplied to the anode 3. The separator 5b has a groove-like channel 6b formed on the surface on the cathode 4 side. An oxidizing gas B such as air flows through the flow path 6 b and oxygen is supplied to the cathode 4. By supplying these gases, an electrochemical reaction occurs and DC power is generated. When a catalyst layer is provided on the anode 3 and the cathode 4, the fuel gas or oxidizing gas and the catalyst layer come into contact with each other to promote the reaction.

固体高分子型燃料電池のセパレータに求められる主な機能は、次の通りである。
(1)燃料ガス、または酸化性ガスを、電池面内に均一に供給する「流路」としての機能(2)カソード側で生成した水を、反応後の空気、酸素等のキャリアガスとともに、燃料電池から効率的に系外に排出する「流路」としての機能
(3)電極膜(アノード3、カソード4)と接触して電気の通り道となり、さらに、隣接する2つの単セル間の電気的「コネクタ」となる機能
(4)隣り合うセル間で、一方のセルのアノード室と他方のセルのカソード室との「隔壁」としての機能
(5)水冷型燃料電池では、冷却水流路とこれに隣接するセルとの「隔壁」としての機能
The main functions required for a separator of a polymer electrolyte fuel cell are as follows.
(1) Function as a “flow path” for uniformly supplying fuel gas or oxidizing gas into the battery surface (2) Water generated on the cathode side together with a carrier gas such as air and oxygen after reaction, Function as a “flow path” for efficiently discharging from the fuel cell to the outside of the system (3) Contact with the electrode membrane (anode 3, cathode 4) to form an electrical path, and further, electricity between two adjacent single cells (4) Function as a “partition” between the anode chamber of one cell and the cathode chamber of the other cell between adjacent cells (5) In a water-cooled fuel cell, Function as a “partition wall” between adjacent cells

固体高分子型燃料電池に用いられるセパレータの基材材料は、このような機能を果たすことができるものである必要がある。基材材料には、大きく分けて、金属系材料と炭素系材料とがある。   The base material of the separator used in the polymer electrolyte fuel cell needs to be able to fulfill such a function. Substrate materials are roughly classified into metal materials and carbon materials.

炭素系材料は、比重が小さいことにより、セパレータの軽量化を図れるという利点があるが、ガス透過性を有するという問題、および機械的強度が低いといった問題がある。   The carbon-based material has an advantage that the weight of the separator can be reduced due to its small specific gravity, but has a problem that it has gas permeability and a low mechanical strength.

金属系材料としては、たとえば、チタンが用いられる。金属系材料からなるセパレータは、金属系材料の素材をプレス加工等により成形して得られる。金属系材料は、金属特有の性質として加工性に優れる。金属系材料からなるセパレータは、厚さを薄くすることができ、セパレータの軽量化が図れるという利点を有する。しかし、セパレータ表面の酸化によりセパレータの電気伝導性が低下し、セパレータと電極膜との接触抵抗が上昇し得るという問題がある。この問題に対して、以下の方策が提案されている。   For example, titanium is used as the metal material. A separator made of a metal material is obtained by molding a metal material by press working or the like. Metallic materials are excellent in workability as a characteristic property of metals. A separator made of a metal-based material has an advantage that the thickness can be reduced and the weight of the separator can be reduced. However, there is a problem that the electrical conductivity of the separator decreases due to oxidation of the separator surface, and the contact resistance between the separator and the electrode film can increase. The following measures have been proposed for this problem.

特許文献1では、耐食性(耐酸化性)を向上させるために、チタン製のセパレータにおいて電極と接する面から不動態皮膜を除去し、その後、その面にめっき等により、金(Au)等の貴金属からなる薄膜層を形成することが提案されている。しかし、金等の貴金属を自動車等の移動体用燃料電池または定置用燃料電池に多量に使用することは、経済性、および資源量の観点から問題がある。このため、特許文献1で提案されるチタン製セパレータは普及していない。   In Patent Document 1, in order to improve corrosion resistance (oxidation resistance), a passive film is removed from a surface in contact with an electrode in a titanium separator, and then the surface is plated with a noble metal such as gold (Au). It has been proposed to form a thin film layer consisting of However, the use of a large amount of a noble metal such as gold in a fuel cell for a moving body such as an automobile or a stationary fuel cell is problematic from the viewpoint of economy and the amount of resources. For this reason, the titanium separator proposed in Patent Document 1 is not widespread.

特許文献2では、金等の貴金属を用いることなく、チタン製セパレータの耐食性(耐酸化性)を高くすることが試みられている。具体的には、特許文献2では、炭素からなる導電接点層が表面に形成されたチタン製セパレータが提案されている。導電接点層は、蒸着により形成される。しかし、蒸着により、このような導電接点層を形成するには、長時間を要するので、生産性が低下する。また、蒸着には、特殊な装置を要するため、設備コストが上昇する。このため、特許文献2で提案されるチタン製セパレータは、現状では、積極的には採用されていない。   In Patent Document 2, an attempt is made to increase the corrosion resistance (oxidation resistance) of a titanium separator without using a noble metal such as gold. Specifically, Patent Document 2 proposes a titanium separator having a conductive contact layer made of carbon formed on its surface. The conductive contact layer is formed by vapor deposition. However, since it takes a long time to form such a conductive contact layer by vapor deposition, productivity is lowered. Moreover, since a special apparatus is required for vapor deposition, the equipment cost increases. For this reason, the titanium separator proposed in Patent Document 2 is not actively employed at present.

特許文献3には、チタン製セパレータの表面に、導電性セラミックスが分散された金属被膜を形成することにより、表面の酸化による接触抵抗の上昇を低減することが提案されている。しかし、この金属被膜が形成された板材をプレス成形してセパレータを得ようとすると、金属被膜に分散されたセラミックスが成形を阻害し、加工時に、板材に割れまたは貫通孔が発生する場合がある。また、セラミックスがプレス金型を摩耗させるため、プレス金型を超硬合金のような高価な材質のものに変更する必要が生じる。このため、特許文献3で提案されるチタン製セパレータは、実用化には至っていない。   Patent Document 3 proposes to reduce an increase in contact resistance due to surface oxidation by forming a metal film in which conductive ceramics are dispersed on the surface of a titanium separator. However, when a plate material on which this metal film is formed is press-molded to obtain a separator, ceramics dispersed in the metal film may hinder molding, and cracks or through holes may occur in the plate material during processing. . In addition, since ceramics wear the press die, it is necessary to change the press die to an expensive material such as a cemented carbide. For this reason, the titanium separator proposed in Patent Document 3 has not been put into practical use.

特許文献4には、白金族元素を含有するチタン合金基材を、非酸化性酸および酸化性酸を含む溶液に浸漬して酸洗することにより、その表面に白金族元素を濃化させ、その後、低酸素濃度雰囲気での熱処理を施すプロセスにより、セパレータ用チタン材を製造する方法が開示されている。このプロセスにより、セパレータ用チタン材の表面に白金族元素とチタン酸化物との混合層が形成される。この混合層により、チタン材に、5kgf/cm(4.9×10Pa)の荷重を付加した状態で7.4mAの電流を流したときのチタン材の接触抵抗は、10mΩ・cm以下と低くなるとされている。この技術は、非特許文献1にも記載されている。In Patent Document 4, a titanium alloy base material containing a platinum group element is immersed in a solution containing a non-oxidizing acid and an oxidizing acid and pickled, thereby concentrating the platinum group element on its surface, Thereafter, a method of manufacturing a separator titanium material by a process of performing a heat treatment in a low oxygen concentration atmosphere is disclosed. By this process, a mixed layer of a platinum group element and titanium oxide is formed on the surface of the separator titanium material. With this mixed layer, the contact resistance of the titanium material when a current of 7.4 mA is passed with a load of 5 kgf / cm 2 (4.9 × 10 5 Pa) applied to the titanium material is 10 mΩ · cm 2. It is supposed to be lower as follows. This technique is also described in Non-Patent Document 1.

特許文献4では、酸洗のため基材を溶液に浸漬する時間は、実施例で10分または30分とされている。このように、特許文献4で提案されるセパレータ用チタン材の製造方法では、酸洗に時間を要するとともに、熱処理の雰囲気が所定の条件を満たすように調整するために時間を要することから、生産性が低くなる。   In Patent Document 4, the time for immersing the substrate in the solution for pickling is 10 minutes or 30 minutes in the examples. Thus, in the manufacturing method of the titanium material for separators proposed by patent document 4, since it takes time for pickling and it takes time to adjust so that the atmosphere of heat processing may satisfy predetermined conditions, it is produced. Low.

特許文献5には、白金族元素を含有するチタン合金基材を、非酸化性酸を含む酸に浸漬して酸洗することにより、その表面に白金族元素が濃化した層を形成したセパレータ用チタン材が提案されている。特許文献5では、酸洗のため基材を溶液に浸漬する時間は、実施例では、いずれも、5分以上とされている。このため、酸洗は、連続的に行うことは困難であり、バッチ式で行う必要がある。   In Patent Document 5, a titanium alloy substrate containing a platinum group element is immersed in an acid containing a non-oxidizing acid and pickled to form a separator in which a layer enriched with the platinum group element is formed on the surface thereof. Titanium materials have been proposed. In patent document 5, the time which immerses a base material in a solution for pickling is all made into 5 minutes or more in the Example. For this reason, it is difficult to perform pickling continuously, and it is necessary to perform it by a batch type.

また、特許文献5では、酸洗後に表面に濃化した白金族元素成分とマトリックスとの密着性向上を目的として、真空雰囲気(低酸素濃度雰囲気)で350〜600℃に加熱する熱処理を行うことが好ましいとされている。このように、特許文献5で提案されるセパレータ用チタン材は、酸洗に時間を要するとともに、熱処理の雰囲気が所定の条件を満たすように調整するのに時間を要することから、連続生産することは困難であり、生産性が低くなる。   Moreover, in patent document 5, the heat processing heated to 350-600 degreeC in a vacuum atmosphere (low oxygen concentration atmosphere) is performed for the purpose of the adhesive improvement of the platinum group element component concentrated on the surface after pickling, and a matrix. Is preferred. As described above, the titanium material for a separator proposed in Patent Document 5 requires time for pickling, and it takes time to adjust the heat treatment atmosphere so as to satisfy a predetermined condition. Is difficult and reduces productivity.

特許文献6には、白金族元素と希土類元素とを含有する、固体高分子型燃料電池のセパレータ用チタン材が開示されている。このチタン材は、希土類元素を含有することにより、短時間の酸洗処理で白金族元素が表面に濃化し、真空(低酸素濃度雰囲気)での熱処理を行わなくても、チタン材の初期の接触抵抗が低減するとされている。また、このチタン材では、白金族元素含有率が0.005質量%と極めて小さい場合でも、酸洗により白金族元素を表面に濃化させて、初期の接触抵抗を低減する効果が得られるとされている。   Patent Document 6 discloses a titanium material for a separator of a polymer electrolyte fuel cell, which contains a platinum group element and a rare earth element. Since this titanium material contains rare earth elements, platinum group elements are concentrated on the surface by a short pickling treatment, and the initial titanium material can be obtained without heat treatment in a vacuum (low oxygen concentration atmosphere). It is said that the contact resistance is reduced. Further, in this titanium material, even when the platinum group element content is as small as 0.005 mass%, the effect of reducing the initial contact resistance by concentrating the platinum group element on the surface by pickling can be obtained. Has been.

すなわち、特許文献1〜5の技術を基準として、特許文献6のチタン材では、下記(1)〜(3)の効果が得られる。
(1)表面処理時間の短縮
(2)チタン材の白金族元素含有率の低減
(3)真空(低酸素濃度雰囲気)での熱処理の省略を可能とすること
That is, the following effects (1) to (3) can be obtained with the titanium material of Patent Document 6 based on the techniques of Patent Documents 1 to 5.
(1) Reduction of surface treatment time (2) Reduction of platinum group element content of titanium material (3) Enabling heat treatment in vacuum (low oxygen concentration atmosphere) to be omitted

特開2003−105523号公報JP 2003-105523 A 特許第4367062号公報Japanese Patent No. 4367062 特開平11−162479号公報JP-A-11-162479 特許第4032068号公報Japanese Patent No. 4032068 特開2006−190643号公報JP 2006-190643 A 特開2013−109891号公報JP 2013-108991 A

佐藤俊樹外3名、R&D 神戸製鋼技報、vol.55、No.3(2005)、p.48-51Toshiki Sato, 3 people, R & D Kobe Steel Engineering Reports, vol.55, No.3 (2005), p.48-51

しかし、特許文献6のチタン材は、たとえば、20kgf/cm(1.96×10Pa)の荷重を加えて測定した初期の接触抵抗は低いものの、繰り返し荷重(加重)を与えると、接触抵抗が上昇するという問題が生ずる。However, the titanium material of Patent Document 6, for example, has a low initial contact resistance measured by applying a load of 20 kgf / cm 2 (1.96 × 10 6 Pa). The problem arises that the resistance increases.

さらに、特許文献6のチタン材は、成形時に肌荒れ(表面粗さの増大)が生じやすい。チタン材を用いたセパレータと他の部材(たとえば、アノード、およびカソード)との密着性を確保するため、チタン材の表面は平坦であることが必要である。   Furthermore, the titanium material of Patent Document 6 tends to cause rough skin (increase in surface roughness) during molding. In order to secure adhesion between the separator using the titanium material and other members (for example, the anode and the cathode), the surface of the titanium material needs to be flat.

そこで、本発明の目的は、上記(1)〜(3)の効果を維持しつつ、繰り返し荷重を与えた後の接触抵抗が低く、かつ成形性に優れたチタン材を提供することである。本発明の他の目的は、酸洗により、上記チタン材を容易に得ることができるチタン合金を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a titanium material that has low contact resistance after repeated load application and excellent formability while maintaining the effects (1) to (3). Another object of the present invention is to provide a titanium alloy from which the titanium material can be easily obtained by pickling.

本発明のさらに他の目的は、上記チタン材を含む固体高分子型燃料電池用セパレータ、このセパレータを備えるセル、およびこのセルを備える固体高分子型燃料電池を提供することである。   Still another object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell separator containing the titanium material, a cell including the separator, and a polymer electrolyte fuel cell including the cell.

本発明の実施形態のチタン合金は、
質量%で、
白金族元素:0.005%〜0.15%、
希土類元素:0.0005%以上、0.0019%以下、
Ni:0〜1.0%、
Mo:0〜0.5%、
V:0〜0.5%、
Cr:0〜0.5%、および
W:0〜0.5%
を含有し、残部がTiおよび不純物からなり、
α相の平均結晶粒径が、2μm以上、300μm以下である。
The titanium alloy of the embodiment of the present invention is
% By mass
Platinum group elements: 0.005% to 0.15%,
Rare earth elements: 0.0005% or more, 0.0019% or less,
Ni: 0 to 1.0%,
Mo: 0 to 0.5%,
V: 0 to 0.5%
Cr: 0 to 0.5%, and W: 0 to 0.5%
And the balance consists of Ti and impurities,
The average crystal grain size of the α phase, 2 7 [mu] m or more and 300μm or less.

本発明の実施形態のチタン材は、
上記チタン合金からなる母材と、
前記母材の表面に形成され、チタン酸化物、および白金族元素を主体とし、厚さが50nm以下である皮膜とを備える。
The titanium material of the embodiment of the present invention is
A base material made of the above titanium alloy;
A film formed on the surface of the base material and mainly composed of titanium oxide and a platinum group element and having a thickness of 50 nm or less is provided.

本発明の実施形態の固体高分子型燃料電池用セパレータは、上記チタン材を備える。
本発明の実施形態の固体高分子型燃料電池用セルは、上記セパレータを備える。
本発明の実施形態の固体高分子型燃料電池は、上記セルを備える。
A separator for a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention includes the titanium material.
A cell for a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention includes the separator.
A polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention includes the cell.

本実施形態のチタン材では、初期の接触抵抗が低いとともに、繰り返し荷重による接触抵抗の上昇幅が小さい。このため、繰り返し荷重を与えた後の接触抵抗は低い。また、このチタン材は、上述の皮膜を備えていることにより、接触抵抗が低い。皮膜は、耐食性に優れるので、固体高分子型燃料電池内環境で、チタン材の接触抵抗は低く維持される。さらに、本実施形態のチタン材の成形性は良好であり、成形時に、チタン材の表面に肌荒れが生じ難い。このため、このチタン材は、固体高分子型燃料電池のセパレータに適用したときに、アノード、カソード等の他の部材との密着性が良好である。   In the titanium material of the present embodiment, the initial contact resistance is low, and the increase in contact resistance due to repeated load is small. For this reason, the contact resistance after repeatedly applying a load is low. Moreover, since this titanium material is provided with the above-described film, the contact resistance is low. Since the coating is excellent in corrosion resistance, the contact resistance of the titanium material is kept low in the environment inside the polymer electrolyte fuel cell. Furthermore, the formability of the titanium material of the present embodiment is good, and rough skin hardly occurs on the surface of the titanium material at the time of molding. For this reason, when this titanium material is applied to a separator of a polymer electrolyte fuel cell, it has good adhesion to other members such as an anode and a cathode.

本実施形態のチタン合金は、適切な条件で酸洗することによって、短時間で表面に白金族元素を濃化させて、上記皮膜を形成することができる。すなわち、このチタン合金を適切な条件で酸洗することより、このチタン材を容易に得ることができる。   The titanium alloy according to the present embodiment can be pickled under appropriate conditions to concentrate the platinum group element on the surface in a short time and form the film. That is, the titanium material can be easily obtained by pickling the titanium alloy under appropriate conditions.

本実施形態のセパレータは本実施形態のチタン材を含み、本発明のセルおよび固体高分子型燃料電池はこのセパレータを備えているので、これらのセパレータ、セル、および固体高分子型燃料電池では、上記チタン材による上記効果が得られる。   The separator of the present embodiment includes the titanium material of the present embodiment, and the cell and the polymer electrolyte fuel cell of the present invention include this separator. Therefore, in these separator, cell, and polymer electrolyte fuel cell, The said effect by the said titanium material is acquired.

図1Aは、固体高分子型燃料電池の構造を模式的に示す斜視図である。FIG. 1A is a perspective view schematically showing a structure of a polymer electrolyte fuel cell. 図1Bは、固体高分子型燃料電池を構成する単セルの構造を示す分解斜視図である。FIG. 1B is an exploded perspective view showing the structure of a single cell constituting the solid polymer fuel cell. 図2は、接触抵抗の測定方法を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a method of measuring contact resistance.

本発明者らは、特許文献6に示されるように、チタン合金に、白金族元素および希土類元素を含有させると、白金族元素を短時間にかつ高濃度で表面に濃化できることを確認した。このようにして得られたチタン材は、低い初期接触抵抗を有するが、繰り返し荷重を与えると、接触抵抗が上昇することが判明した。   As shown in Patent Document 6, the present inventors have confirmed that when a platinum group element and a rare earth element are contained in a titanium alloy, the platinum group element can be concentrated on the surface in a short time and at a high concentration. The titanium material thus obtained has a low initial contact resistance, but it has been found that the contact resistance increases when a repeated load is applied.

そこで、さらに鋭意検討を進めたところ、繰り返し荷重を与えた後の接触抵抗を低くするためには、希土類元素含有率に最適範囲があることを見出した。これは、繰り返し荷重を受けると、チタン材表面近傍の希土類元素が酸素と反応し酸化物を形成し、その結果、導電性が低下するためである。希土類元素含有率がチタンα相に対するその希土類元素の固溶限度内であっても、このような酸化は生じる。   Therefore, further investigations have been made, and it has been found that there is an optimum range for the rare earth element content in order to reduce the contact resistance after repeated loading. This is because when the load is repeatedly applied, the rare earth element near the surface of the titanium material reacts with oxygen to form an oxide, resulting in a decrease in conductivity. Such oxidation occurs even if the rare earth element content is within the solid solubility limit of the rare earth element with respect to the titanium α phase.

また、チタンα相の結晶粒径も接触抵抗に影響することが判明した。具体的には、結晶粒径が大きいほど接触抵抗が小さい。これは、結晶粒界が電子の易動度を低くするためと考えられる。   It has also been found that the crystal grain size of the titanium α phase affects the contact resistance. Specifically, the larger the crystal grain size, the smaller the contact resistance. This is presumably because the crystal grain boundaries lower the mobility of electrons.

さらに、希土類元素含有率が高く、かつ結晶粒径が2μm以上である場合、肌荒れが発生しやすく、加工後のチタン材表面の平坦性を実用的なレベルにすることが困難となることが判明した。これは、希土類元素が酸素と反応して形成された酸化物が加工時の不均一な変形を促進するばかりか、割れの起点となるためと考えられる。本発明者らは、白金族元素が短時間にかつ高濃度で表面に濃化する性質を損なうことなく、肌荒れを良好にするには、希土類元素含有率にさらなる最適範囲があることを見出した。 Furthermore, high rare earth element content, and if the crystal grain size is 2 7 [mu] m or more, surface roughening is likely to occur, it is difficult to the flatness of the titanium material surface after machining to a practical level There was found. This is presumably because the oxide formed by the reaction of the rare earth element with oxygen not only promotes non-uniform deformation during processing but also serves as a starting point for cracking. The present inventors have found that there is a further optimum range for the rare earth element content in order to improve the rough skin without impairing the property that the platinum group element is concentrated on the surface in a short time and at a high concentration. .

本発明は、以上の知見に基づいて完成したものである。以下、本発明の実施形態によるチタン合金、チタン材、セパレータ、セル、および固体高分子型燃料電池について詳細に説明する。以下の記載で、化学組成についての「%」は、質量%をいうものとする。   The present invention has been completed based on the above findings. Hereinafter, a titanium alloy, a titanium material, a separator, a cell, and a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail. In the following description, “%” for chemical composition means mass%.

1.チタン合金
1−1.化学組成
1-1-1.白金族元素
本明細書において、白金族元素とは、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、およびPtをいう。白金族元素は、Tiより低い電気抵抗率を有し、固体高分子型燃料電池の運転環境において酸化および腐食が生じず電気抵抗率が上昇しない元素である。
1. Titanium alloy 1-1. Chemical composition
1-1-1. Platinum group element In this specification, a platinum group element means Ru, Rh, Pd, Os, Ir, and Pt. The platinum group element is an element having an electric resistivity lower than that of Ti, and does not cause oxidation and corrosion in the operating environment of the polymer electrolyte fuel cell and does not increase the electric resistivity.

チタン合金は、上述の白金族元素を1種または2種以上含有する。チタン合金の白金族元素含有率は、0.005〜0.15%である。ここで、「白金族元素含有率」とは、母材が実質的に1種のみの白金族元素を含有する場合は、その含有率をいうものとし、母材が2種以上の白金族元素を含有する場合は、各白金族元素の含有率の合計をいうものとする。   The titanium alloy contains one or more of the above platinum group elements. The platinum group element content of the titanium alloy is 0.005 to 0.15%. Here, the “platinum group element content” refers to the content when the base material contains substantially only one type of platinum group element, and the base material contains two or more types of platinum group elements. When it contains, it shall mean the sum total of the content rate of each platinum group element.

白金族元素含有率が0.005%未満であると、耐食性を高くし接触抵抗を十分に低減することができない。一方、白金族元素含有率が0.15%より大きいと、原料コストが多大となる。経済性と耐食性とのバランスを考慮すると、白金族元素含有率は、0.01〜0.05%とすることが好ましい。   When the platinum group element content is less than 0.005%, the corrosion resistance cannot be increased and the contact resistance cannot be sufficiently reduced. On the other hand, when the platinum group element content is larger than 0.15%, the raw material cost becomes large. Considering the balance between economy and corrosion resistance, the platinum group element content is preferably 0.01 to 0.05%.

白金族元素の種類は、特に限定しないが、Pd、RuおよびIrは、他の白金族元素に比して、安価であり、かつ単位含有率あたりの接触抵抗低減効果が大きいため好ましい。一方、Rh、OsおよびPtは非常に高価であるため、経済性の観点から好ましくない。   The type of platinum group element is not particularly limited, but Pd, Ru, and Ir are preferable because they are cheaper and have a larger effect of reducing contact resistance per unit content than other platinum group elements. On the other hand, since Rh, Os and Pt are very expensive, they are not preferable from the viewpoint of economy.

1-1-2.希土類元素
本明細書において、希土類元素とは、Sc、Y、およびLn族(La〜Lu)をいう。上記の希土類元素のいずれか1種または2種以上を母材としてのチタン合金に含有させることによって、酸洗により母材の表面に白金族元素を濃化させて、チタン材の接触抵抗を低減することができる。2種以上の希土類元素を母材に含有させる場合は、分離精製前の混合希土類元素(ミッシュメタル;以下、「Mm」と記す。)、およびジジム合金(NdおよびPrからなる合金)のような希土類元素の混合物または合金を用いることができる。Mmおよびジジム合金は、市場で入手できるものであれば、本発明のチタン合金の材料として用いることができる。この場合、Mmおよびジジム合金に含有される希土類元素の種類、およびMmおよびジジム合金中の各希土類元素の含有比は問わない。
1-1-2. Rare Earth Element In this specification, the rare earth element refers to Sc, Y, and Ln group (La to Lu). By including any one or more of the above rare earth elements in the titanium alloy as a base material, the platinum group element is concentrated on the surface of the base material by pickling to reduce the contact resistance of the titanium material. can do. When two or more kinds of rare earth elements are contained in the base material, such as mixed rare earth elements (Misch metal; hereinafter referred to as “Mm”) before separation and purification, and didymium alloys (alloys composed of Nd and Pr) Mixtures or alloys of rare earth elements can be used. Mm and didymium alloys can be used as materials for the titanium alloy of the present invention as long as they are commercially available. In this case, the kind of rare earth elements contained in Mm and the didymium alloy and the content ratio of each rare earth element in the Mm and didymium alloy are not limited.

本発明のチタン合金の希土類元素含有率は、0.0005%以上、0.0019以下である。ここで、「希土類元素含有率」とは、チタン合金が実質的に1種のみの希土類元素を含有する場合は、その希土類元素の含有率をいうものとし、チタン合金が2種以上の希土類元素を含有する場合は、各希土類元素の含有率の合計をいうものとする。 Rare earth element content of the titanium alloy of the present invention, 0.0005% or more and 0.00 19% or less. Here, the “rare earth element content” refers to the rare earth element content when the titanium alloy substantially contains only one kind of rare earth element, and the titanium alloy contains two or more kinds of rare earth elements. When it contains, it shall mean the sum total of the content rate of each rare earth element.

チタン合金が白金族元素および希土類元素を含有することにより、このチタン合金の活性態域でTiと希土類元素とを同時に非酸化性酸を含む水溶液中に溶解させ、チタン合金表面への白金族元素の析出を促進させることができる。希土類元素含有率が0.0005%以上であれば、この効果が十分に得られる。   When the titanium alloy contains a platinum group element and a rare earth element, Ti and the rare earth element are simultaneously dissolved in an aqueous solution containing a non-oxidizing acid in the active state region of the titanium alloy, and the platinum group element on the titanium alloy surface is obtained. Precipitation can be promoted. This effect is sufficiently obtained when the rare earth element content is 0.0005% or more.

希土類元素を含有するチタン合金が繰り返し荷重を受けると、希土類元素は導電性に乏しい酸化物となる。希土類元素含有率が高すぎると、この酸化物による接触抵抗の増大が無視できなくなる。また、希土類元素含有率が高すぎると、この酸化物により、加工時に、肌荒れ、または割れを発生するなど、成形性が低下する。この傾向は、後述するα相の平均結晶粒径が2μm以上である場合に顕著になる。希土類元素含有率が0.0019%以下であることにより、繰り返し荷重によるチタン材の接触抵抗の上昇を抑制するとともに、成形性を良好にできる。繰り返し荷重による接触抵抗の増大を抑制し、かつ成形性を良好にする効果は、希土類元素のうちLn族を用いたときに顕著に得られる。したがって、希土類元素として、Ln族を用いることが好ましい。 When a titanium alloy containing a rare earth element is repeatedly subjected to a load, the rare earth element becomes an oxide having poor conductivity. If the rare earth element content is too high, an increase in contact resistance due to this oxide cannot be ignored. On the other hand, if the rare earth element content is too high, this oxide deteriorates the formability such as roughening or cracking during processing. This tendency becomes remarkable when the average crystal grain size of the α phase to be described later is 2 7 [mu] m or more. When the rare earth element content is 0.0019% or less, an increase in the contact resistance of the titanium material due to a repeated load can be suppressed, and the moldability can be improved. The effect of suppressing an increase in contact resistance due to repeated load and improving the moldability is significantly obtained when the Ln group is used among the rare earth elements. Therefore, it is preferable to use the Ln group as the rare earth element.

酸洗による白金族元素の表面への濃化を促進させるためには、希土類元素含有率の下限は、0.0006%とすることが好ましく、0.0008%とすることがより好ましい。また、繰り返し荷重による接触抵抗の上昇を抑えるとともに、成形性を良好にするためには、希土類元素含有率の上限は、0.0018%とすることが好ましい。 In order to promote concentration of platinum group elements on the surface by pickling, the lower limit of the rare earth element content is preferably 0.0006%, and more preferably 0.0008%. Further, in order to suppress an increase in contact resistance due to repeated loads and to improve moldability, the upper limit of the rare earth element content is 0 . It is good preferable to 0,018 percent.

1-1-3.任意元素
チタン合金は、Ni、Mo、V、CrおよびWからなる群から選択される1種または2種以上を含有してもよい。これらの元素を含有させることにより、希土類元素との相乗効果によって、チタン合金の表面に白金族元素を濃化させることができる。これにより、優れた耐隙間腐食性を有するチタン材を得ることができる。これらの元素を含有させる場合、その含有率は、Ni:1.0%以下、Mo:0.5%以下、V:0.5%以下、Cr:0.5%以下、W:0.5%以下である。Ni含有率の好ましい上限は0.7%であり、Ni含有率の好ましい下限は0.001%である。Mo含有率の好ましい上限は0.4%であり、Mo含有率の好ましい下限は0.001%である。V含有率の好ましい上限は0.4%であり、V含有率の好ましい下限は0.001%である。Cr含有率の好ましい上限は0.4%であり、Cr含有率の好ましい下限は0.001%である。W含有率の好ましい上限は0.4%であり、W含有率の好ましい下限は0.001%である。
1-1-3. Optional Element The titanium alloy may contain one or more selected from the group consisting of Ni, Mo, V, Cr and W. By containing these elements, a platinum group element can be concentrated on the surface of the titanium alloy by a synergistic effect with the rare earth elements. Thereby, a titanium material having excellent crevice corrosion resistance can be obtained. When these elements are contained, the contents are Ni: 1.0% or less, Mo: 0.5% or less, V: 0.5% or less, Cr: 0.5% or less, W: 0.5 % Or less. A preferable upper limit of the Ni content is 0.7%, and a preferable lower limit of the Ni content is 0.001%. A preferable upper limit of the Mo content is 0.4%, and a preferable lower limit of the Mo content is 0.001%. A preferable upper limit of the V content is 0.4%, and a preferable lower limit of the V content is 0.001%. A preferable upper limit of the Cr content is 0.4%, and a preferable lower limit of the Cr content is 0.001%. A preferable upper limit of the W content is 0.4%, and a preferable lower limit of the W content is 0.001%.

1-1-4.不純物元素
チタン合金の不純物元素としては、原料、溶解電極、および環境から導入されるFe、O、C、H、N等、およびスクラップ等を原料とする場合に、その原料から導入されるAl、Zr、Nb、Si、Sn、Mn、Cu等が挙げられる。これらの不純物元素は、本発明の効果を阻害しない含有率である限り、チタン合金に含有されてもよい。本発明の効果を阻害しない含有率とは、具体的には、Fe:0.3%以下、O:0.35%以下、C:0.18%以下、H:0.015%以下、N:0.03%以下、Al:0.3%以下、Zr:0.2%以下、Nb:0.2%以下、Si:0.02%以下、Sn:0.2%以下、Mn:0.01%以下、Cu:0.1%以下であり、これらの元素の含有率の合計で0.6%以下である。
1-1-4. Impurity elements The impurity elements of titanium alloys include raw materials, melting electrodes, and Fe, O, C, H, N, etc. introduced from the environment, and scraps as raw materials. Al, Zr, Nb, Si, Sn, Mn, Cu and the like introduced from the above. These impurity elements may be contained in the titanium alloy as long as the content does not hinder the effects of the present invention. Specifically, the contents not inhibiting the effects of the present invention include Fe: 0.3% or less, O: 0.35% or less, C: 0.18% or less, H: 0.015% or less, N : 0.03% or less, Al: 0.3% or less, Zr: 0.2% or less, Nb: 0.2% or less, Si: 0.02% or less, Sn: 0.2% or less, Mn: 0 0.01% or less, Cu: 0.1% or less, and the total content of these elements is 0.6% or less.

1−2.α相の平均結晶粒径
チタン合金のα相(母相)の結晶粒径が大きいほど、このチタン合金の導電性は高くなる。α相の平均結晶粒径が2μm以上であると、導電性を十分に高くすることができる。一方、α相の平均結晶粒径が300μmを超えると、希土類元素含有率を最適化しても、このチタン合金を含むチタン材の延性が低下して、プレス成形時に割れやすくなる。このため、α相の平均結晶粒径は、2μm以上、300μm以下であるものとし、好ましくは、2〜200μmであり、より好ましくは、30〜120μmである。
1-2. Average crystal grain size of the α phase The larger the crystal grain size of the α phase (parent phase) of the titanium alloy, the higher the conductivity of the titanium alloy. If the average crystal grain size of the α phase is in 2 7 [mu] m or more, conductivity can be sufficiently high. On the other hand, if the average crystal grain size of the α phase exceeds 300 μm, even if the rare earth element content is optimized, the ductility of the titanium material containing the titanium alloy is lowered, and it becomes easy to crack during press molding. Therefore, the average crystal grain size of the α-phase, 2 7 [mu] m or more, shall be 300μm or less, preferably a 2 7 ~200μm, more preferably 30 to 120 [mu] m.

後述のように、α相の平均結晶粒径は、熱処理(焼鈍)条件等により制御することができる。チタン合金に焼鈍を施す場合は、α相の平均結晶粒径は、焼鈍後のチタン合金の表面を研磨することなく、JIS−G 0551(2013年版)に規定される方法により測定する。α相の平均結晶粒径は、このチタン合金(チタン材)の切断面で測定してもよい。この場合でも、焼鈍後のチタン合金の表面を研磨することなく測定した場合と、実質的に同じ値が得られる。α相とβ相とが混在する場合は、β相を測定対象から除外して、平均結晶粒径を求める。   As will be described later, the average crystal grain size of the α phase can be controlled by heat treatment (annealing) conditions and the like. When the titanium alloy is annealed, the average crystal grain size of the α phase is measured by a method defined in JIS-G 0551 (2013 edition) without polishing the surface of the titanium alloy after annealing. The average crystal grain size of the α phase may be measured on the cut surface of the titanium alloy (titanium material). Even in this case, substantially the same value as that obtained when the surface of the titanium alloy after annealing is measured without polishing is obtained. When the α phase and the β phase coexist, the β phase is excluded from the measurement target and the average crystal grain size is obtained.

2.チタン材
本発明のチタン材は、上記チタン合金からなる母材と、この母材の表面に形成された皮膜とを含む。皮膜は、チタン酸化物、および白金族元素を主体とする。ここで、「チタン酸化物、および白金族元素を主体とする」とは、皮膜に占めるチタン酸化物および白金族元素の割合が、90%質量以上であることをいう。皮膜中の白金族元素は、金属として存在して、母材と皮膜の表面との間の通電経路を形成していると考えられる。
2. Titanium material The titanium material of the present invention includes a base material made of the titanium alloy and a film formed on the surface of the base material. The film is mainly composed of titanium oxide and a platinum group element. Here, “mainly composed of titanium oxide and platinum group element” means that the ratio of titanium oxide and platinum group element in the film is 90% by mass or more. It is considered that the platinum group element in the film exists as a metal and forms an energization path between the base material and the surface of the film.

皮膜の厚さが50nmを超える場合は、固体高分子型燃料電池内の環境で、酸化物(白金族元素の酸化物を含む。)等の腐食生成物が多く形成されて、表面接触抵抗が低下するおそれがある。このため、皮膜の厚さは、50nm以下とし、好ましくは、20nm以下とし、より好ましくは10nm以下とする。一方、皮膜が薄過ぎると、耐食性が低下するおそれがある。このため、皮膜の厚さは、0.1nm以上とし、好ましくは、0.15nm以上とし、より好ましくは、0.2nm以上とする。   When the film thickness exceeds 50 nm, many corrosion products such as oxides (including oxides of platinum group elements) are formed in the environment inside the polymer electrolyte fuel cell, and the surface contact resistance is low. May decrease. For this reason, the thickness of the film is 50 nm or less, preferably 20 nm or less, more preferably 10 nm or less. On the other hand, if the film is too thin, the corrosion resistance may decrease. For this reason, the thickness of the film is set to 0.1 nm or more, preferably 0.15 nm or more, and more preferably 0.2 nm or more.

皮膜の厚さは、以下のようにして求める。まず、チタン材を厚さ方向に切断する。その切断面を電子顕微鏡(たとえば、TEM)により観察して、任意の10箇所の厚さ(母材と皮膜との境界から皮膜の表面までの距離)を測定する。その測定値を平均して、皮膜の厚さとする。電子顕微鏡像でコントラストにより、皮膜は母材から識別することができる。   The thickness of the film is obtained as follows. First, the titanium material is cut in the thickness direction. The cut surface is observed with an electron microscope (for example, TEM), and the thickness (the distance from the boundary between the base material and the coating to the surface of the coating) is measured at any 10 locations. The measured values are averaged to obtain the film thickness. The film can be distinguished from the base material by contrast in the electron microscope image.

3.本発明のチタン材を製造する方法
所望の形状を有するチタン材は、たとえば、溶解、鋳造、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍、酸洗等の工程を実施して、得ることができる。
3. Method for Producing Titanium Material of the Present Invention A titanium material having a desired shape can be obtained by carrying out processes such as melting, casting, hot rolling, cold rolling, annealing, and pickling.

皮膜の形成方法は、特に限定されないが、たとえば、母材を非酸化性酸で酸洗または電解処理し、母材表面に白金族元素を濃化させることにより形成することができる。白金族元素は、母材から溶出し、母材の表面に再析出することにより濃化する。非酸化性酸として、たとえば、塩酸、硫酸等を採用できる。ふっ酸は、非酸化性酸であるが、母材に対する溶解力が強く、白金族元素の再析出効率が、塩酸、硫酸等に比して劣る。また、ふっ酸を用いると、酸洗時の水素の発生量が多く、母材に水素が吸収されやすくなる。このため、ふっ酸を用いて酸洗する場合は、ふっ酸の濃度、処理時間、処理温度等を十分に管理する必要がある。酸洗には、塩酸、硫酸、ふっ酸、スルフォミン酸等、複数種類の酸を混合して使用してもよい。電解処理の条件も特に限定されないが、たとえば、電流密度が0.1〜30mA/cmの範囲で処理することで、母材表面に白金族元素を均一に濃化させることができる。The method for forming the film is not particularly limited, but for example, the film can be formed by pickling or electrolytically treating the base material with a non-oxidizing acid and concentrating the platinum group element on the surface of the base material. The platinum group elements are concentrated by eluting from the base material and reprecipitating on the surface of the base material. As the non-oxidizing acid, for example, hydrochloric acid, sulfuric acid and the like can be employed. Although hydrofluoric acid is a non-oxidizing acid, it has a strong dissolving power in the base material, and the reprecipitation efficiency of the platinum group element is inferior to hydrochloric acid, sulfuric acid and the like. Further, when hydrofluoric acid is used, the amount of hydrogen generated during pickling is large, and hydrogen is easily absorbed by the base material. For this reason, when pickling using hydrofluoric acid, it is necessary to sufficiently control the concentration of hydrofluoric acid, the treatment time, the treatment temperature, and the like. For pickling, a plurality of types of acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, and sulfamic acid may be mixed and used. Although the conditions for the electrolytic treatment are not particularly limited, for example, the platinum group element can be uniformly concentrated on the surface of the base material by performing treatment at a current density in the range of 0.1 to 30 mA / cm 2 .

酸洗に酸化性酸を用いる場合は、酸洗により発生した水素が母材の内部へ進入して吸収されることを防止できる。一方、酸洗に酸化性酸を使用すると、母材の表層部に酸化層が厚く形成され、皮膜を形成し難くなる。このため、母材内部への水素の吸収を防止する目的で酸洗に酸化性酸を使用する場合であっても、酸化性酸は可能な限り低濃度で使用することが好ましい。   When an oxidizing acid is used for pickling, it is possible to prevent hydrogen generated by pickling from entering the base material and being absorbed. On the other hand, when an oxidizing acid is used for pickling, a thick oxide layer is formed on the surface layer of the base material, making it difficult to form a film. For this reason, even if it is a case where an oxidizing acid is used for pickling for the purpose of preventing the absorption of hydrogen into the base material, it is preferable to use the oxidizing acid at the lowest possible concentration.

皮膜を形成した後、母材と皮膜との密着性を向上させるために、熱処理を施すことが好ましい。皮膜は、チタン酸化物、および白金族元素を主体とするため、このチタン材を、酸化性雰囲気中で熱処理しても、表層部の酸化はほとんど進行しない。したがって、本実施形態のチタン材の製造時に、真空(低酸素濃度雰囲気)での熱処理を省略することができる。熱処理には、たとえば、オンラインの光輝焼鈍設備、またはバッチ式焼鈍炉を用いることができる。   After forming the film, it is preferable to perform heat treatment in order to improve the adhesion between the base material and the film. Since the film is mainly composed of titanium oxide and a platinum group element, even when this titanium material is heat-treated in an oxidizing atmosphere, the oxidation of the surface layer hardly proceeds. Therefore, heat treatment in a vacuum (low oxygen concentration atmosphere) can be omitted when manufacturing the titanium material of the present embodiment. For the heat treatment, for example, an on-line bright annealing facility or a batch annealing furnace can be used.

熱処理温度を適切に設定することにより、α相の平均結晶粒径が2μm以上、300μm以下の範囲内に入るようにすることができる。 By appropriately setting the heat treatment temperature, average crystal grain size of α phase 2 7 [mu] m or more, it can be made to fall within the following 300 [mu] m.

熱処理を施した後、必要に応じて表面を洗浄する目的で軽酸洗(たとえば、pH2〜3の水溶液による10分以内の酸洗)を施すことは可能である。軽酸洗は、チタン材の接触抵抗および成形性に影響を及ぼさない。   After the heat treatment, it is possible to carry out a light pickling (for example, pickling within 10 minutes with an aqueous solution of pH 2 to 3) for the purpose of washing the surface as necessary. Light pickling does not affect the contact resistance and formability of the titanium material.

4.セパレータ、セル、および固体高分子型燃料電池
固体高分子型燃料電池用セパレータは、上記したチタン材を備える。固体高分子型燃料電池用セル(単位電池)は、上記したセパレータを備える。固体高分子型燃料電池は、上記したセルを備える。各セルは、固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の一方表面に重ね合わされたアノード(燃料電極膜)と、固体高分子電解質膜の他方表面に重ね合わされたカソード(酸化剤電極膜)とを含むものとすることができる。固体高分子型燃料電池は、セパレータを介して積層された複数のセルを含むものとすることができる。各セルのアノードおよびカソードに、それぞれ、燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給することにより、固体高分子型燃料電池は、直流電力を発生する。
4). Separator, Cell, and Polymer Electrolyte Fuel Cell The polymer electrolyte fuel cell separator includes the titanium material described above. A cell for a polymer electrolyte fuel cell (unit battery) includes the separator described above. The polymer electrolyte fuel cell includes the above-described cell. Each cell has a solid polymer electrolyte membrane, an anode (fuel electrode membrane) superimposed on one surface of the solid polymer electrolyte membrane, and a cathode (oxidant electrode membrane) superimposed on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane. Can be included. The polymer electrolyte fuel cell may include a plurality of cells stacked via separators. The polymer electrolyte fuel cell generates DC power by supplying a fuel gas and an oxidant gas to the anode and cathode of each cell, respectively.

本発明のチタン材は、上述のとおり、繰り返し荷重による接触抵抗の増大が抑制される。したがって、本発明の固体高分子型燃料電池において、セパレータと、アノード、およびカソードとの接触抵抗の増大は抑制される。   As described above, the titanium material of the present invention is suppressed from increasing in contact resistance due to repeated loads. Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, an increase in contact resistance between the separator, the anode, and the cathode is suppressed.

さらに、本発明のチタン材は、上述のとおり、成形性が良好であるので、セパレータの形状に成形したときに、肌荒れが生じ難い。したがって、本発明の固体高分子型燃料電池において、セパレータと、他の部材(たとえば、アノードおよびカソード)との密着性を高くすることができる。   Furthermore, since the titanium material of the present invention has good moldability as described above, rough skin hardly occurs when it is formed into the shape of a separator. Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, the adhesion between the separator and other members (for example, the anode and the cathode) can be increased.

また、チタン材の表面に上記した皮膜が設けられているので、このチタン材を用いたセパレータは、初期の接触抵抗が低いとともに、固体高分子型燃料電池内環境において、優れた耐食性を示す。そのため、固体高分子型燃料電池内で、このセパレータの低い接触抵抗が維持される。したがって、このセパレータを用いた固体高分子型燃料電池は、初期電圧が高く、かつ、電圧の経時的な低下が小さい。   In addition, since the above-described film is provided on the surface of the titanium material, the separator using this titanium material has low initial contact resistance and excellent corrosion resistance in the environment inside the polymer electrolyte fuel cell. Therefore, the low contact resistance of this separator is maintained in the polymer electrolyte fuel cell. Therefore, the polymer electrolyte fuel cell using this separator has a high initial voltage and a small voltage drop with time.

本発明の効果を確認するため、以下の方法によりチタン材の試料を作製し、評価した。
1.チタン材の作製
チタン材の素材とするチタンインゴットを用意した。表1に、チタンインゴット(素材)の化学組成を示す。これらのチタンインゴットは、実験室レベルで原料を融解および凝固して得た。素材1は、白金族元素、および希土類元素を実質的に含有していなかった。素材2の希土類元素含有率は、本発明の母材として規定される範囲より低かった。素材3、5、8、10、11、15および52の希土類元素含有率は、本発明の母材として規定される範囲より高かった。素材51の白金族元素含有率は、本発明の母材として規定される範囲より低かった。これらの点で、素材1〜3、5、8、10、11、15、51および52は、本発明の母材の化学組成の要件を満たしていなかった。素材4、6、7、9、12〜14および53〜60は、本発明の母材の化学組成の要件を満たしていた。
In order to confirm the effect of the present invention, a titanium material sample was prepared and evaluated by the following method.
1. Production of Titanium Material A titanium ingot was prepared as a titanium material. Table 1 shows the chemical composition of the titanium ingot (material). These titanium ingots were obtained by melting and solidifying the raw material at the laboratory level. Material 1 contained substantially no platinum group elements and rare earth elements. The rare earth element content of the material 2 was lower than the range defined as the base material of the present invention. The rare earth element contents of the materials 3, 5, 8, 10, 11, 15, and 52 were higher than the range defined as the base material of the present invention. The platinum group element content of the material 51 was lower than the range defined as the base material of the present invention. In these respects, the materials 1 to 3, 5, 8, 10, 11, 15, 51, and 52 did not satisfy the chemical composition requirements of the base material of the present invention. The raw materials 4, 6, 7, 9, 12-14, and 53-60 satisfied the chemical composition requirements of the base material of the present invention.

Figure 0006308330
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これらのインゴットに対して、熱間圧延、冷間圧延、および700〜850℃の温度範囲での熱処理(焼鈍)を施し、0.2mmの厚さを有するチタン板に仕上げた。これらのチタン板について、焼鈍後の表面を研磨することなく、JIS−G 0551(2013年版)に規定される方法により、平均結晶粒径を測定した。   These ingots were subjected to hot rolling, cold rolling, and heat treatment (annealing) in a temperature range of 700 to 850 ° C. to finish a titanium plate having a thickness of 0.2 mm. For these titanium plates, the average crystal grain size was measured by the method defined in JIS-G 0551 (2013 edition) without polishing the surface after annealing.

次に、酸液として、下記(a)〜(d)のいずれかの水溶液に、上記チタン板を浸漬することにより、酸洗を行った。
(a)塩酸濃度が7.5質量%である水溶液
(b)硫酸濃度が25質量%である水溶液
(c)硝酸濃度が4質量%で、ふっ酸濃度が1.5質量%である水溶液
(d)硫酸濃度が25質量%で、ふっ酸濃度が0.1質量%である水溶液
Next, pickling was performed by immersing the titanium plate in an aqueous solution of any of the following (a) to (d) as an acid solution.
(A) An aqueous solution having a hydrochloric acid concentration of 7.5% by mass (b) An aqueous solution having a sulfuric acid concentration of 25% by mass (c) An aqueous solution having a nitric acid concentration of 4% by mass and a hydrofluoric acid concentration of 1.5% by mass ( d) An aqueous solution having a sulfuric acid concentration of 25% by mass and a hydrofluoric acid concentration of 0.1% by mass.

酸洗の際、酸液の温度は45〜70℃とし、チタン板の酸液への浸漬時間は0.3〜20分とした。これにより、チタン板の表面に酸化皮膜が形成された。この酸化皮膜が、チタン酸化物、および白金族元素を主体とするもの(本発明のチタン材における皮膜)であることを、TEM−EDXで分析することにより確認した。以下、単に、「皮膜」というときは、この酸化皮膜をいうものとする。また、この酸化皮膜の厚さを、TEM像より求めた。   During pickling, the temperature of the acid solution was 45 to 70 ° C., and the immersion time of the titanium plate in the acid solution was 0.3 to 20 minutes. As a result, an oxide film was formed on the surface of the titanium plate. It was confirmed by analyzing with TEM-EDX that this oxide film was mainly composed of titanium oxide and a platinum group element (film in the titanium material of the present invention). Hereinafter, the term “film” simply refers to this oxide film. Moreover, the thickness of this oxide film was calculated | required from the TEM image.

このチタン板の両面(図1Bのセパレータ5a、5bのアノード側、およびカソード側に対応)に、幅2mm、深さ1mmの溝状のガス流路を、プレス加工により形成し、セパレータとして用いることができる形態にした。   A groove-like gas flow path having a width of 2 mm and a depth of 1 mm is formed on both surfaces of the titanium plate (corresponding to the anode side and the cathode side of the separators 5a and 5b in FIG. 1B) and used as a separator. In a form that can be.

2.接触抵抗の測定
(1)初期接触抵抗
図2は、接触抵抗の測定方法を説明するための図である。セパレータ形状に加工したチタン材(以下、「セパレータ」という。)21を、1対のカーボンペーパー(東レ(株)製 TGP−H−90)22で狭持し、これを1対の金めっきした電極23で挟んだ。カーボンペーパー22は、ガス拡散層(図1Bのアノード3、およびカソード4)に使用されるものであり、その面積は1cmであった。
2. Measurement of Contact Resistance (1) Initial Contact Resistance FIG. 2 is a diagram for explaining a contact resistance measurement method. A titanium material (hereinafter referred to as “separator”) 21 processed into a separator shape is sandwiched between a pair of carbon papers (TGP-H-90 manufactured by Toray Industries, Inc.) 22 and this is plated with a pair of gold. It was sandwiched between electrodes 23. The carbon paper 22 was used for the gas diffusion layer (the anode 3 and the cathode 4 in FIG. 1B), and the area thereof was 1 cm 2 .

次に、1対の金めっき電極23の間に荷重を加え、この状態で、この1対の金めっき電極23間に一定の電流を流して、このとき生じるカーボンペーパー22とセパレータ21との間の電圧降下を測定し、この結果に基づいて抵抗値を求めた。荷重は、20kgf/cm(1.96×10Pa)とした。得られた抵抗値は、セパレータ21の両面の接触抵抗を合算した値となるため、これを2で除して、セパレータ21の片面あたりの接触抵抗値(初期接触抵抗)とした。Next, a load is applied between the pair of gold-plated electrodes 23, and in this state, a constant current is passed between the pair of gold-plated electrodes 23. The voltage drop was measured and the resistance value was determined based on this result. The load was 20 kgf / cm 2 (1.96 × 10 6 Pa). Since the obtained resistance value is a sum of the contact resistances on both sides of the separator 21, this is divided by 2 to obtain a contact resistance value (initial contact resistance) per one side of the separator 21.

(2)繰り返し荷重を与えた後の接触抵抗
初期接触抵抗を測定した後、荷重を除き、その後、上記の荷重(20kgf/cm)を加えて除くことを4サイクル繰り返した。4サイクル目の荷重を加えているときに、初期接触抵抗の測定と同様にして、接触抵抗を測定し、繰り返し荷重を与えた後の接触抵抗とした。
(2) Contact resistance after applying repeated load After measuring the initial contact resistance, the load was removed, and then the above load (20 kgf / cm 2 ) was added and removed for 4 cycles. When the load of the fourth cycle was applied, the contact resistance was measured in the same manner as the measurement of the initial contact resistance, and the contact resistance after repeatedly applying the load was obtained.

(3)燃料電池運転後の接触抵抗
次に、初期接触抵抗を測定済みのセパレータを用いて、単セルの固体高分子型燃料電池を作製した。セルには、固体高分子電解質膜を含む膜電極接合体(MEA)として、(株)東陽テクニカ製PFEC用スタンダードMEAであるFC50−MEA(イオン交換膜として、ナフィオン(登録商標)−1135を使用)を用いた。セパレータと、アノードおよびカソードとの間には、締め付け圧として、荷重が加えられていた。この燃料電池の運転後の接触抵抗を測定した。
(3) Contact resistance after operation of fuel cell Next, a single-cell solid polymer fuel cell was prepared using a separator whose initial contact resistance had been measured. The cell uses FC50-MEA, which is a standard MEA for PFEC manufactured by Toyo Corporation, as a membrane electrode assembly (MEA) including a solid polymer electrolyte membrane (Nafion (registered trademark) -1135 as an ion exchange membrane) ) Was used. A load was applied as a clamping pressure between the separator and the anode and the cathode. The contact resistance after operation of this fuel cell was measured.

セパレータを組み込んで運転する燃料電池は、単セルを積層した多セルの燃料電池とはしなかった。その理由は、単セルを積層した状態では、積層状態の差異が評価結果に反映され、測定値の再現性が低くなるためである。   A fuel cell operated by incorporating a separator was not a multi-cell fuel cell in which single cells were stacked. The reason is that in the state where the single cells are stacked, the difference in the stacked state is reflected in the evaluation result, and the reproducibility of the measured value is lowered.

この燃料電池に、アノード側燃料用ガスとして、純度が99.9999%の水素ガスを流し、カソード側ガスとして、空気を流した。水素ガス、および空気の燃料電池への導入ガス圧は0.04〜0.20bar(4000〜20000Pa)とした。燃料電池本体は、全体を70±2℃に保温するとともに、燃料電池内部の湿度制御は、入り側露点を70℃とすることで調整した。電池内部の圧力は、約1気圧(約1.01×10Pa)であった。To this fuel cell, hydrogen gas having a purity of 99.9999% was flowed as the anode side fuel gas, and air was flowed as the cathode side gas. The gas pressure for introducing hydrogen gas and air into the fuel cell was 0.04 to 0.20 bar (4000 to 20000 Pa). The temperature of the fuel cell main body was kept at 70 ± 2 ° C., and the humidity control inside the fuel cell was adjusted by setting the inlet dew point to 70 ° C. The pressure inside the battery was about 1 atmosphere (about 1.01 × 10 5 Pa).

この燃料電池を、0.5A/cmの定電流密度で運転した。出力電圧は、運転開始から20〜50時間で最も高くなった。この最も高い電圧に達した後に、250時間運転を続け、その後、燃料電池の運転を、一旦停止した。その後、荷重、すなわち、締め付け圧を除いて再度加え、燃料電池の運転を再開した。そして、最も高い電圧に達した後に、250時間運転を続けた。その後、セルを解体してセパレータを取り出し、上述した方法により接触抵抗を測定し、発電運転後の接触抵抗とした。This fuel cell was operated at a constant current density of 0.5 A / cm 2 . The output voltage was highest in 20 to 50 hours from the start of operation. After reaching this highest voltage, the operation was continued for 250 hours, and then the operation of the fuel cell was temporarily stopped. Thereafter, the load, that is, the tightening pressure was removed and the load was applied again to restart the operation of the fuel cell. Then, after reaching the highest voltage, the operation was continued for 250 hours. Thereafter, the cell was disassembled, the separator was taken out, and the contact resistance was measured by the method described above to obtain the contact resistance after the power generation operation.

接触抵抗の測定、ならびに燃料電池の運転時における電流および電圧の測定には、デジタルマルチメータ((株)東陽テクニカ製 KEITHLEY 2001)を使用した。   A digital multimeter (KEITLEY 2001 manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.) was used for measurement of contact resistance and measurement of current and voltage during operation of the fuel cell.

3.成形加工性評価
以下、評価対象のチタン板(酸洗を施したチタン板、および意図的に酸洗を施さなかったチタン板)を「チタン材」という。上記プレス加工とは別に、チタン材について、JIS Z 2247(2006年版)に規定されるエリクセン試験を行い、そのチタン材の側面を50倍に拡大して観察し、皺(凹凸)の有無を確認した。これを、加工による肌荒れの評価とした。肌荒れは、観察した視野に、皺が認められなかった場合を、「無」とし、1つでも皺が認められた場合を、「有」とした。
3. Formability Evaluation Hereinafter, the titanium plate to be evaluated (a titanium plate that has been pickled and a titanium plate that has not been intentionally pickled) is referred to as a “titanium material”. Separately from the above pressing, the Eriksen test specified in JIS Z 2247 (2006 edition) is performed on the titanium material, and the side surface of the titanium material is magnified 50 times to confirm the presence or absence of wrinkles (unevenness). did. This was evaluated as rough skin by processing. For rough skin, “no” was given when no wrinkles were observed in the observed visual field, and “yes” was given when at least one wrinkle was found.

4.評価結果
表2Aおよび表2Bに、以上の評価結果を、母材の平均結晶粒径、酸洗条件、および酸化皮膜(皮膜)の厚さとともに示す。チタン材6および7に用いたチタン合金(母材)は本発明のチタン合金の要件を満たしたが、チタン材6および7は、本発明のチタン材の要件を満たさなかった。このため、表2Aおよび表2Bの区分の欄には、チタン材6および7について、「参考例」と記している。
4). Evaluation Results Table 2A and Table 2B show the above evaluation results together with the average crystal grain size of the base material, pickling conditions, and the thickness of the oxide film (film). The titanium alloys (base materials) used for the titanium materials 6 and 7 satisfied the requirements of the titanium alloy of the present invention, but the titanium materials 6 and 7 did not satisfy the requirements of the titanium material of the present invention. For this reason, in the column of Table 2A and Table 2B, the titanium materials 6 and 7 are described as “reference examples”.

Figure 0006308330
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Figure 0006308330
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本発明例のチタン材(チタン材4、9〜11、14、18〜20、51、53、56および58〜65)の接触抵抗は、初期、繰り返し荷重を与えた後、および燃料電池運転後のいずれも、10mΩ・cm以下と十分に低かった。The contact resistance of the titanium material of the present invention (titanium materials 4, 9-11, 14, 18-20, 51, 53, 56 and 58-65) is initially, after repeatedly applying a load, and after operation of the fuel cell. All of these were sufficiently low at 10 mΩ · cm 2 or less.

さらに、本発明例のチタン材は、いずれもエリクセン試験で肌荒れを生じなかった。   Furthermore, none of the titanium materials according to the examples of the present invention produced rough skin in the Eriksen test.

比較例であるチタン材1および2では、初期、繰り返し荷重を与えた後、および発電運転後のいずれの接触抵抗も大きかった。チタン材1で接触抵抗が大きかったのは、母材が白金族元素および希土類元素のいずれも実質的に含有していなかったことにより、酸洗によって表面に白金族元素を実質的に含有しない皮膜が形成されたためと考えられる。チタン材2で接触抵抗が大きかったのは、母材の希土類元素含有率が低かったことにより、酸洗によって表面に十分に白金族元素が濃化した皮膜が形成されなかったためと考えられる。   In the titanium materials 1 and 2 which are comparative examples, the contact resistance was large at the initial stage, after repeatedly applying a load, and after the power generation operation. The contact resistance of the titanium material 1 was large because the base material contained substantially neither a platinum group element nor a rare earth element. This is thought to be due to the formation of The reason why the contact resistance of the titanium material 2 was large is considered to be that a film in which the platinum group element was sufficiently concentrated on the surface was not formed by pickling because the rare earth element content of the base material was low.

比較例であるチタン材3では、初期接触抵抗は小さかったが、繰り返し荷重を与えた後、および発電運転後の接触抵抗が大きかった。これは、母材の希土類元素含有率が高かったため、繰り返し荷重、および燃料電池の運転により、希土類元素が酸化したためと考えられる。さらに、チタン材3では、加工により肌荒れが生じた。これは、母材の希土類元素含有率が高かったことにより、希土類元素が不均一変形を助長したためと考えられる。   In the titanium material 3 as a comparative example, the initial contact resistance was small, but the contact resistance after repeated load application and after power generation operation was large. This is presumably because the rare earth element content in the base material was high, so that the rare earth element was oxidized by repeated loading and fuel cell operation. Further, the titanium material 3 was roughened by processing. This is probably because the rare earth element promoted non-uniform deformation due to the high rare earth element content of the base material.

比較例であるチタン材5および57では、初期接触抵抗は小さかったが、繰り返し荷重を与えた後、および発電運転後の接触抵抗が大きかった。また、これらのチタン材の初期の接触抵抗は、本発明例のチタン材の平均的な初期接触抵抗より大きかった。これは、チタン材5および57では、母材のα相の平均結晶粒径が、25μm以下と小さかったことと関係していると考えられる。   In the titanium materials 5 and 57 which are comparative examples, the initial contact resistance was small, but the contact resistance after applying the load repeatedly and after the power generation operation was large. Further, the initial contact resistance of these titanium materials was larger than the average initial contact resistance of the titanium materials of the present invention examples. This is considered to be related to the fact that in the titanium materials 5 and 57, the average crystal grain size of the α phase of the base material was as small as 25 μm or less.

参考例であるチタン材6では、初期、繰り返し荷重を与えた後、および発電運転後のいずれの接触抵抗も大きかった。これは、チタン材6では、酸洗処理を行っていないことから、皮膜が形成されていなかったためと考えられる。   In the titanium material 6 as a reference example, the contact resistance was high at the initial stage, after repeatedly applying a load, and after the power generation operation. This is probably because the titanium material 6 was not subjected to the pickling treatment, and therefore no film was formed.

参考例であるチタン材7では、初期、繰り返し荷重を与えた後、および発電運転後のいずれの接触抵抗も大きかった。これは、チタン材7では、酸洗処理により得られた皮膜の厚さが厚すぎた結果、接触抵抗が上昇したと考えられる。   In the titanium material 7 as a reference example, the contact resistance was large at the initial stage, after repeatedly applying a load, and after the power generation operation. This is probably because the titanium material 7 has an increased contact resistance as a result of the film thickness obtained by the pickling treatment being too thick.

比較例であるチタン材8、12、15〜17、21および55では、初期、繰り返し荷重を与えた後、および発電運転後のいずれも接触抵抗が10mΩ・cm以下と十分に低かった。しかし、チタン材8、12、15〜17、21および55では、加工により肌荒れを生じた。これは、母材の希土類元素含有率が高かったことにより、希土類元素が不均一変形を助長したためと考えられる。In the titanium materials 8, 12, 15-17, 21, and 55, which are comparative examples, the contact resistance was sufficiently low at 10 mΩ · cm 2 or less at the initial stage, after applying the repeated load and after the power generation operation. However, the titanium materials 8, 12, 15-17, 21, and 55 were roughened by processing. This is probably because the rare earth element promoted non-uniform deformation due to the high rare earth element content of the base material.

比較例であるチタン材13では、初期接触抵抗は小さかったが、繰り返し荷重を与えた後、および発電運転後の接触抵抗が大きかった。また、チタン材13の初期の接触抵抗は、本発明例のチタン材の平均的な初期接触抵抗より大きかった。これは、チタン材13では、母材のα相の平均結晶粒径が25μm以下と小さかったことと関係していると考えられる。さらに、チタン材13では、加工により肌荒れを生じた。これは、母材の希土類元素含有率が高かったことにより、希土類元素が不均一変形を助長したためと考えられる。   In the titanium material 13 as a comparative example, the initial contact resistance was small, but the contact resistance after repeatedly applying a load and after the power generation operation was large. Moreover, the initial contact resistance of the titanium material 13 was larger than the average initial contact resistance of the titanium material of the present invention example. This is considered to be related to the fact that in the titanium material 13, the average crystal grain size of the α phase of the base material was as small as 25 μm or less. Further, the titanium material 13 was roughened by processing. This is probably because the rare earth element promoted non-uniform deformation due to the high rare earth element content of the base material.

比較例であるチタン材52では、初期、繰り返し荷重を与えた後、および発電運転後のいずれの接触抵抗も10mΩ・cm以下と十分に低かった。しかし、加工により肌荒れを生じた。これは、チタン材52では、母材のα相の平均結晶粒径が300μmを超えたことにより、延性が著しく低下したためと考えられる。In the titanium material 52 as a comparative example, the contact resistance at the initial stage, after repeatedly applying a load, and after the power generation operation, was sufficiently low at 10 mΩ · cm 2 or less. However, rough skin was caused by processing. This is presumably because, in the titanium material 52, the ductility was remarkably reduced because the average crystal grain size of the α phase of the base material exceeded 300 μm.

比較例であるチタン材54では、初期、繰り返し荷重を与えた後、および発電運転後のいずれも接触抵抗が大きかった。これは、チタン材54では、母材の白金族元素含有率が低かったため、酸洗によって表面に十分に白金族元素が濃化した皮膜が形成されなかったためと考えられる。   In the titanium material 54 as a comparative example, the contact resistance was large both initially, after repeatedly applying a load, and after the power generation operation. This is presumably because, in the titanium material 54, the platinum group element content of the base material was low, so that a film in which the platinum group element was sufficiently concentrated on the surface was not formed by pickling.

1:固体高分子型燃料電池、 5a、5b、21:セパレータ     1: Solid polymer fuel cell, 5a, 5b, 21: Separator

Claims (5)

質量%で、
白金族元素:0.005%〜0.15%、
希土類元素:0.0005%以上、0.0019%以下、
Ni:0〜1.0%、
Mo:0〜0.5%、
V:0〜0.5%、
Cr:0〜0.5%、および
W:0〜0.5%
を含有し、残部がTiおよび不純物からなり、
α相の平均結晶粒径が、2μm以上、300μm以下である、チタン合金。
% By mass
Platinum group elements: 0.005% to 0.15%,
Rare earth elements: 0.0005% or more, 0.0019% or less,
Ni: 0 to 1.0%,
Mo: 0 to 0.5%,
V: 0 to 0.5%
Cr: 0 to 0.5%, and W: 0 to 0.5%
And the balance consists of Ti and impurities,
The average crystal grain size of the α phase, 2 7 [mu] m or more and 300μm or less, a titanium alloy.
請求項1に記載のチタン合金からなる母材と、
前記母材の表面に形成され、チタン酸化物、および白金族元素を主体とし、厚さが50nm以下である皮膜とを備えた、チタン材。
A base material comprising the titanium alloy according to claim 1;
A titanium material formed on the surface of the base material and comprising a titanium oxide and a film mainly composed of a platinum group element and having a thickness of 50 nm or less.
請求項2に記載のチタン材を備える、固体高分子型燃料電池用セパレータ。   A separator for a polymer electrolyte fuel cell, comprising the titanium material according to claim 2. 請求項3に記載のセパレータを備える、固体高分子型燃料電池用セル。   A polymer electrolyte fuel cell, comprising the separator according to claim 3. 請求項4に記載のセルを備える、固体高分子型燃料電池。   A polymer electrolyte fuel cell comprising the cell according to claim 4.
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