JP7006481B2 - 燃料電池セパレータ - Google Patents
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Description
また、セパレータは、膜電極接合体で生じるフッ酸系の酸等に対する耐食性が求められている。
アンチモンドープ酸化スズと、スズドープ酸化インジウムとを含有する複合膜を有し、
前記複合膜における、スズとインジウムの元素比(Sn/In)が1.4以下である。
アンチモンドープ酸化スズと、スズドープ酸化インジウムとを含有する複合膜と、
スズドープ酸化インジウム膜と、をこの順に有し、
前記複合膜における、スズとインジウムの元素比(Sn/In)が1.4以下である。
アンチモンドープ酸化スズ膜と、スズドープ酸化インジウム膜と、をこの順に有する。
本実施の燃料電池セパレータ10は、図2の例に示されるように、膜電極接合体20が有するガス拡散層にガス面4側が対向するように配置され、ガス流路を形成すると共に、膜電極接合体20から得られた電力を取り出すための導電性を有する。
燃料電池は必要とする電圧を得るために、通常、前記膜電極接合体20を積層したスタックして用いる。図3の例に示されるように膜電極接合体20をスタックする場合、燃料電池セパレータ10は、冷却面5の少なくとも一部が接触し、接触部6を構成する。
なお、アンチモンドープ酸化スズ中のアンチモンの割合は特に限定されないが、例えば0.2~10原子%(atm.%)とすることができる。
また、スズドープ酸化インジウム中のスズの割合は特に限定されないが、例えば0.2~10原子%とすることができる。
ATO膜又は複合膜の厚みは特に限定されないが、導電性、及び耐食性の点から、0.1μm程度とすることが好ましい。
ITO膜の厚みは特に限定されないが、インジウムの使用量を削減しながら耐食性を向上する観点から、1~10nm程度であればよく、5nm程度とすることが好ましい。
基材としてステンレス(SUS447)板(厚さ0.1mm)を準備した。
前記基材を真空容器中に設置し、真空条件下でアルゴンガスを導入し、電圧を印加してアルゴンイオンを発生させ、基材表面を叩くことによって、表面の酸化皮膜を除去した。
次に真空容器中にターゲットとして酸化インジウム・酸化スズ・酸化アンチモン混合焼結体を配置し、真空容器内を排気した。次いで、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを真空容器内へ導入し、電圧を印加してアルゴンガスをターゲットに衝突させることによりターゲットの原子を飛びださせ、前記基材上に堆積させることにより成膜した。
得られた膜は、アンチモンが3atm.%ドープされたアンチモンドープ酸化スズと、スズが4atm.%ドープされたスズドープ酸化インジウムとの複合膜であった。
ターゲット中の各成分の比率を変えて、ATOの比率が、30、40、50、60、70、80および100体積%となる複合膜乃至ATO膜をそれぞれ成膜した。
実施例1で得られた複合膜乃至ATO膜を有する基材を真空容器中に設置し、ターゲットとして酸化インジウム・酸化スズ混合焼結体を配置し、上記実施例1と同様のスパッタリング法により、複合膜乃至ATO膜上にITO膜を形成した。ITO膜の膜厚は5nmであった。
耐食試験は、日本工業規格の金属材料の電気化学的高温腐食試験法(JIS Z2294)に準じた定電位腐食試験により行った。
80℃の硫酸水溶液中に、前記実施例1及び2で得られた基材を浸漬し、この状態で、0.9V vs SHE(標準電極電位)の電位を一定に保持させた。硫酸水溶液には、フッ化物イオン濃度が3000ppmとなるようにフッ化ナトリウム(FNa)を溶解させた。試験時間は100時間とした。
耐食試験前後の基材のアンチモンドープ酸化スズ膜側の面に、金メッキした銅板を重ね、基材と銅板との間にカーボンペーパー(東レ製TGP-H-120)を挟み、0.98MPaの圧力をかけながら、基材と銅板との間に定電流を印加したときのンチモンドープ酸化スズ膜面と、カーボンペーパーとの間の電圧値を測定し、抵抗値を算出した。
実施例の複合膜について、それぞれX線光電子分光法(XPS)で測定し、スズとインジウムの元素比(Sn/In)を算出した。当該元素比と、耐食試験後の接触抵抗との関係を図4に示す。
図6に、複合膜中のATOの比率と耐食試験前の接触抵抗との関係を示す。ATOの比率が70体積%以上となると接触抵抗が悪化する傾向が見られたが、ATOの含有率が60体積%以下の範囲では、導電性の低下が抑制されており、インジウムを削減しながら導電性に優れたセパレータが得られることが明らかとなった。
図4には、複合膜中のスズとインジウムの元素比(Sn/In)と、耐食試験前の接触抵抗との関係を示す。図4に示されるようにSn/Inが1.4以下の範囲で導電性に優れたセパレータとなることが示された。
また、図5に複合膜中のATOの比率、及び複合膜上のITO膜の有無と、耐食試験後の接触抵抗との関係を示す。図5に示されるように、複合膜又はATO膜上に、ITO膜を形成することにより、耐食性に優れたセパレータが得られることが示された。
2 被膜
3 被膜
4 ガス面
5 冷却面
6 接触部
10 セパレータ
20 膜電極接合体
Claims (2)
- 基材上に、
アンチモンドープ酸化スズと、スズドープ酸化インジウムとを含有する複合膜を有し、
前記スズドープ酸化インジウム中のスズの割合が、0.2~10原子%であり、
前記複合膜における、スズとインジウムの元素比(Sn/In)が1.4以下であり、
前記複合膜中のアンチモンドープ酸化スズが30~60体積%である、
燃料電池セパレータ。 - 基材上に、
アンチモンドープ酸化スズと、スズドープ酸化インジウムとを含有する複合膜と、
スズドープ酸化インジウム膜と、をこの順に有し、
前記各スズドープ酸化インジウム中のスズの割合が、0.2~10原子%であり、
前記複合膜における、スズとインジウムの元素比(Sn/In)が1.4以下であり、
前記複合膜中のアンチモンドープ酸化スズが30~60体積%である、
燃料電池セパレータ。
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