TW200835034A - Bipolar plate member, bipolar plate layered body, cell structure, and solid polymer fuel cell - Google Patents

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200835034 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明乃有關固體高分子型燃料電池者，尤其是有關 雙極板（亦稱爲間隔件）用構件、雙極板層積體、單元層積 體及燃料電池者。 【先前技術】 固體高分子型燃料電池乃將膜電極接合體（ME A : Membrane Electrode Assembly)，以雙極板挾持而構成 者。膜電極接合體乃於高分子電解質膜之兩面，層積陽，極 電極及陰極側電極者，雙極板乃具備使氧化劑氣體或燃料 氣體流動的氣體流路。如此構仍之一單位則稱爲單元。雖 有單一單元之燃料電池，在實用上則使用多數層積單一單 元之燃料電池（燃料電池堆）。另一方面，於各單元之_， 爲抑制發熱，導入或排出冷卻水等之冷媒。以下，將此等 合倂稱爲「流通」。 因此，爲使燃料電池堆正常動作，在不洩漏氧化劑氣 體、燃料氣體及冷媒下，可快速流動則變得重要。例如， 於專利文獻1〜3中，有關於密封構造之各種提案。又，專 利文獻4中，對於均化電極內之反應氣體之流量的構成， 進行了提案。 於專利文獻6中，揭示有包含選自苯乙烯系嵌段聚合 彈性體、萜烯系樹脂及脂環族系樹脂之至少一種之膠粘劑 之固體高分子型燃料電池用密封材。 -5- 200835034 [專利文獻1]日本特開2000-156234號公報 [專利文獻2]日本特開2005-129343號公報 [專利文獻3]日本特表2005-5 03643號公報 [專利文獻4]WO2006-062242 A1號公報 [專利文獻5]日本特開2003-193206號公報 [專利文獻6]日本特開2006-236671號公報 【發明內容】 [發明欲解決之課題] 於氧化劑氣體、燃料氣體及冷媒之流路等之密封材構 造中，例如使用橡膠製之〇環、密合墊、單筆形狀之線 狀或帶狀之密封材。此乃在薄片狀（面狀）之密封材中，由 於相尬互擋接之面積爲廣之故，繫緊負荷一定之條件下， 每一單位面積之負荷加重會變小，使得繫緊機構會變得大 費周章。又，薄片狀（面狀）之密封材中，難以連續均勻擋 接之故，在氧化劑氣體及燃料氣體在高壓下流動的情形 下，易於從擋接不充分之處洩漏，結果，易於產生位置的 偏移。 但是，將密封材成爲薄片狀時，不但無需爲提升密封 材性能之橡膠製〇環嵌入用之嵌合溝，可進行做爲利用 密封材本身之厚度的構成部之積極性活用、做爲利用素材 強度的強度構件的活用、做爲設置流路用之溝之構造構件 之活用。對於位置偏移的問題，使在密封材具備黏著性能 而可加以解決。尤其，藉由密封材設置流路用之溝時，可 大幅提高流路設計之自由度。此乃在如雙極板用構件之基 200835034 材厚度爲薄之金屬箔或射出成形之薄狀物之碳製雙極板之 時，難以得到的好處。 本發明乃提供將密封材，藉由黏著層層積之塑膠薄膜 製面狀成形體所構成的同時，經由於此塑膠薄膜製面狀成 形體設置爲構成流路之溝，可使氧化劑氣體、燃料氣體及 冷媒不會洩漏地，快速加以流動的固體高分子型燃料電 池、以及該構成零件之雙極板用構件、雙極板層積體及單 兀構造體爲目的者。 [爲解決課題之手段] 本發明之要點爲下述（1)所示雙極板用構件、下述（2) 所示雙極板層積體、下述（3)所示單元構造體及下述（4)所 示燃料電池。 (1)固體高分子型燃料電池之雙極板用構件中，具有 使氧化劑氣體、燃料氣體及冷媒，流通於各流路內之貫通 孔、和爲流動氧化劑氣體或燃料氣體之第1之流路用溝、 和爲流動冷媒之第2之流路用溝；形成第1之流路用溝之 第1之面及形成第2之流路用溝之第2之面中，至少於第 2之面，塑膠薄膜製面狀成形體則藉由黏著層而貼付，於 此塑膠薄膜製面狀成形體中，至少形成使冷媒流通於流路 之貫通孔爲特徵之雙極板用構件。 上述雙極板用構件之基體乃由不鏽鋼、高合金剛、 鈦、鈦合金、鋁、鋁合金或此等之金屬包層所成爲佳。 又，不鏽鋼乃於表面露出導電性之M23C6型、M4C型、 200835034 M2c型及MC型之碳化物系金屬化合物以及M2B型之硼 化物系金屬化合物中之一種以上的不鏽鋼爲佳。惟’ Μ乃 形成碳化物或硼化物的金屬元素。 上述雙極板用構件之基體乃該最大厚度部之厚度爲 ' 0.2ΜΜ以下，且貫通孔、第1之流路用溝及第2之流路用 ‘ 溝則經由加壓成形加工、沖壓加工及射出成形加工之任一 _ 種加以形成者爲佳。又，上述塑膠薄膜製面狀成形體之基 # 體乃聚乙烯對苯二甲酸酯（PET)、聚萘二甲酸乙二酯 (PEN)、聚四氟乙烯（PTF)或聚醯亞胺爲佳。 塑膠薄膜製面狀成形體乃複數枚層積形成一個以上^貫 通孔，或貫通孔與第1之流路用溝及第2之流路用溝的塑 膠薄膜，形成於至少一枚之塑膠薄膜之貫通孔、第1之流 路用溝及第2之流路用溝的一個以上之形狀乃與形成於其 他之塑膠薄膜之貫通孔、第1之流路用溝及第2之流路用 溝的各個形狀不同者爲佳。 φ 在形成於塑膠薄膜面狀成形體之貫通孔與第2之流路 ^ 用溝之間，具備有複數之出口之流路用溝則更佳。於此流 路用溝之形狀中，例如開放在貫通孔之入口孔數較開放在 第2之流路用溝之出口孔數爲少者，即包含流路用溝被分 歧者，或入口孔數及出口孔數炭相同數者。又，經由塑膠 薄膜製面狀成形體形成之流路用溝之寬度爲l.2〇mml^T 爲佳。 上述第1之面中，平均厚度爲100nm以下，面積被 覆率爲10〜90%，施以金或金合金等之貴金屬電鑛者爲 200835034 佳。 在於第1之面及第2之面中之至少一方面，施以島狀 分散貴金屬電鍍’導電性金屬化合物所佔部分以外之鑄型 表面部分之島狀分散金屬電鍍厚度乃在下式所定義之平均 厚度下，爲l〇〇nm以下者爲佳。 平均厚度（nm)=每單位面積之貴金屬電鍍附著量 (g/cm2)xl07/電鍍貴金屬比重（g/cm2) 導電性金屬化合物之表面被覆率A及島狀分散貴金 屬電鍍之表面被覆率B乃滿足下式關係式者爲佳。又，島 狀分散貴金屬電鍍乃在0.1 S pH S 7.1之浴中，加以電鍍 者爲佳。 A(%)^40 • 5 ^B(%)^ 90 -0.7A(%) ， A(°/〇) + B(%) ^ 100% 黏著層乃含有選自芳香族碳氫樹脂、松脂系碳氫樹脂 或烯樹脂系碳氫樹脂之至少一種膠粘劑之爲佳。 (2)使用2枚記載於上述（1)之雙極板用構件’藉由黏 著層，擋接第2之面之彼此，形成冷媒之流路爲特徵之雙 極板層積體。 然而，上述2枚之雙極板乃同一形狀者爲佳。又’黏 200835034 著層乃含有選自芳香族碳氫樹脂、松脂系碳氫樹脂或嫌樹 脂系碳氫樹脂之至少一種膠粘劑之爲佳。 (3) 固體高分子型燃料電池之單元構造體中，藉由黏 著層，層積上述（2)所記載之雙極板層積體、和膜電極接 合體者爲特徵之單元構造體。 然而，單元構造體乃將上述（3)之單元構造體，加以 複數枚層積者爲佳。又，黏著層乃含有選自芳香族碳氫樹 脂、松脂系碳氫樹脂或烯樹脂系碳氫樹脂之至少一種膠粘 劑之爲佳。 (4) 以記載於上述（1)之雙極板用構件、記載於上述¢2) 之雙極板層積體、記載於上述（3 )之單元構造中之1種以 上所構成爲特徵之固體高分子型燃料電池。 然而，膜電極接合體乃稱之爲 MEA(Membrane Electrode Assembly)之膜-電極一體構造體者，通常乃於 氟系或芳香族系高分子膜之兩面，在碳微粉未，將載持白 金系觸媒之解媒層塗佈之後，貼合碳紙或碳編織物。一體 化密合墊之膜電極接合體亦被製品之，根據本發明之主旨 視之，適用密合墊一體型之膜電極接合體爲佳。 [發明之效果] 根據本發明時，，可提供在不洩漏氧化劑氣體、燃料 氣體及冷媒下，可快速使之流動之固體高分子型燃料電 池。又，根據本發明時，可確保量產性，可實現燃料電池 之輕量化及小型化。 -10- 200835034 【實施方式】 本發明乃有關使用膜電極接合體之固體高分子型燃料 電池、和該構成構件之雙極板用構件、雙極板層積體及單 ' 元構造體者。 ^ (1)有關雙極板用構件 ^ 圖1乃顯示關於本發明之雙極板用構件之一例的模式 # 圖，（a)乃顯示表面（第1之面）、（b)乃顯示背面（第2之 面）。如圖1所示，於關於本發明之雙極板用構件1中， 具有爲將氧化劑或燃料氣體流通於流路內之貫通孔2及爲 將冷媒流通於流路內之貫通孔3。然後，如圖1 (a)所示， 於表面（第1之面），形成爲流動氧化劑氣體或燃料氣體之 第1之流路用溝4，如圖1(b)所示，於背面（第2之面）， 形成爲流動冷媒之第2之流路用溝5。至少於第2之面， 於基板6貼合塑膠薄膜製面狀成形體7。 φ 圖2乃顯示基體與塑膠薄膜製面狀成形體之接合狀態 、 之例之模式圖。圖2所示例中，於雙極板用構件1之第2 之面，在基體6上，塑膠薄膜製面狀成形體7-1與塑膠薄 膜製面狀成形體7-2則藉由黏著層（未圖示）加以貼合。 在此’於塑膠薄膜製面狀成形體之一方或雙方之面， 預先塗佈黏著層。例如，於與塑膠薄膜製面狀成形體7-2 之基體6擋接之面、和塑膠薄膜製面狀成形體7-1之兩 面，塗佈黏著層，壓著基材6以及塑膠薄膜製面狀成形體 7-1及7-2，可形成雙極板用構件。 -11 - 200835034 於塑膠薄膜製面狀成形體7-1及7-2中，形成爲了將 冷媒流通於流路內之貫通孔7-3。又，於塑膠薄膜製面狀 成形體7-1中，形成至少爲了將冷媒流通於流路內之貫通 孔。又，依需要，形成至少爲了流動冷媒之第2之流路用 溝之一部分7-4。經由具有此等之構成，成爲共同確保流 動性與密封性之雙極板用構件。 於塑膠薄膜製面狀成形體7-2，形成與塑膠薄膜製面 狀成形體7-1同樣之流路用溝之一部亦可。惟’與基體接 觸之塑膠薄膜製面狀成形體7-2乃具有防止基體之腐餓之 效果之故，不形成流路用溝爲佳。塑膠薄膜製面狀成形體 7-1乃達成冷媒之密封材之功能的同時，構成冷媒之流 路。 塑膠薄膜製面狀成形體7-1及塑膠薄膜製面狀成形體 7-2之合計厚度乃與形成於基體6之流路高度幾近相同’ 擔負做爲間隔件之功能。圖2所示之例中，雖顯示構成第 2之流路用溝之一部分的情形’但於塑膠薄膜製面狀成形 體7-1及7-2構成第2之流路用溝之全部亦可。對此’在 後段加以說明。 塑膠薄膜製面狀成形體乃可爲單層之塑膨薄膜所成 者，亦可爲層積複數枚之塑膠薄膜者。 圖3及圖4乃顯示本發明之雙極板用構件之其他例的 模式圖。圖3所示例中’於雙極板用構件1之第2之面’ 在基體6上，塑膠薄膜製面狀成形體7-5與塑膠薄膜製面 狀成形體7-6則藉由黏著層（未圖示）加以貼合。此部分’ -12- 200835034 與前述圖2所不之情形相同。 於塑膠薄膜製面狀成形體7-5及7-6中，形成爲了將 冷媒流通於流路內之貫通孔7-3。又，於塑膠薄膜製面狀 成形體7-5中，形成至少爲了將冷媒流通於流路內之貫通 孔的同時，依需要，至少形成爲流動冷媒之第2之流路用 溝之一部分7-4。經由具有此等之構成，成爲共同確保流 動性與密封性之雙極板用構件。 又，圖4所示之例中，有使用3層之塑膠薄膜7-5、 7-6、7-7所構成之塑膠薄膜製面狀成形體之情形。如圖4 所示，於塑膠薄膜製面狀成形體7_ 5、7-6、7-2中，形成 爲了將冷媒流通於流路內之貫通孔7-3。又，於塑膠薄膜 製面狀成形體7-5及7-6中，形成流路用溝之一部分（以 下亦稱爲「補助流路用溝」。）7-4，各別之流路溝之方向 則分爲二路。即，於此例中，1個之塑膠薄膜之第2之流 路用溝之形狀則與形成於其他之塑膠薄膜之第2之流路用 溝不同。 圖5及圖6乃模式性表示貫通孔子第2之流路用溝之 形狀圖，（a)乃上面圖，（b)乃（a)之 A-A視野圖、（Ο乃（a) 之B-B剖面圖。如圖5所示，連接於貫通孔7-3之補助流 路用溝7-4乃例如使用入口雖爲一個（開放於貫通孔之 口），在中途會分歧，在出口 1 (開放於第2之流路用溝之 口），分爲2方向者。即，如（c)所示，於貫通孔內部之入 口，爲有一個孔者，而如（b)所示，於出口，則分爲2個 孔。於此例中，形成於塑膠薄膜面狀成形體之貫通孔與第 -13- 200835034 2之流路用溝間之流路用溝之形狀乃成爲開放於貫通孔之 入口孔數較開放於第2之流路用溝之出口孔數爲少地加以 構成。 如圖6所示，連接於貫通孔7-3之補助流路用溝7-4 乃例如使用入口雖爲一個（開放於貫通孔之口），在中途會 分歧，在出口 1(開放於第2之流路用溝之口），分爲2方 向者。於此例中，入口及出口爲同數者。 形成如此之流路溝時，從形成於接合雙極板彼此時之 補助流路，朝向各別之方向，冷媒等會流動之故，易於確 保流動性。圖5之例中，顯示補助流路分爲二路之情形-， 但補助流路之分支數乃不限定於2個，可爲3個以上。 又，圖6之例中，雖使用2條之補助流路，可使用3個以 上之補助流路。 圖3所示之例中，補助流路用溝7-4乃形成於與流.路 (形成於基體6之流路）平行之方向。形成如此之流路溝 時，如之後圖1 〇之說明，從接合雙極板彼此時，從補助 流路朝向各別之方向，冷媒等會流動之故，易於確保流動 性。 以上，雖對於主要之冷媒流動性加以描述，但此構成 亦賦予在燃料氣體之流動性。因此，在塑膠薄膜製面狀成 形體形成第1之流路用溝時，採用2與圖3〜圖6同樣之 構成亦可。又，上述例中，雖皆顯示貫通孔之形狀爲相同 者，但貫通孔之形狀爲不同者亦可。 尤其，爲確保基體之貫通孔之耐蝕性，相較於設於基 -14- 200835034 體之貫通孔之內徑，使設於塑膠薄膜製面狀成形體之貫通 孔之內徑設定爲小，層積此等之後，將塑膠薄膜製面狀成 形體之貫通孔周邊，經由折入至基體之貫通孔，可提升基 體之貫通孔內面之耐蝕性。 雙極板用構件之基體6乃由不鏽鋼、高合金剛、鈦、 鈦合金、鋁、鋁合金或此等之金屬包層所成爲佳。此乃經 由使用金屬，可得低成本，易於量產、性能安定的效果。 尤其，以不鏽鋼箔及不鏽鋼包層箔爲佳。鈦及鈦合金乃伴 隨輕量的同時，耐蝕性尤其傾異之故，爲適切者。又，鋁 及鋁合金乃可達輕量之故爲適切者。 將此等素材包層化時，可發揮各素材之長處。例如， 表面乃確保做爲鈦之優異耐飩性，心材爲便宜之鋁之時， 可達輕量化的同時，仍可礪保期望之諸性能。 上述不鏽鋼乃於記載在專利文獻5表面，露出導電性 之M23C6型、M4C型、Μα型及]^4(：型之碳化物系金屬化 合物以及M2B型之硼化物系金屬化合物中之一種以上的 不鏽鋼爲佳。在此「露出」乃如後所說明，稱穿破構成雙 極板之不鏽鋼之非動態皮膜地，突出表面至少一部分之狀 態。 惟，Μ乃形成碳化物或硼化物的金屬元素’例如 Cr、Fe、Mo及W之一種以上者。 一般而言，存在於不鏽鋼之碳化物等之金屬化合物乃 使耐蝕性下降的介入物之故，爲不喜好存在之物。本發明 中，積極利用在於以往欲排除之介入物之碳化物系或硼化 -15- 200835034 物系之化合物，成爲減少由於非動態皮膜而增大 阻的「電性通道」。 將碳化物系金屬化合物或硼化物系金屬化合 極板表面突出之狀態的方法則不特別加以限制。 之方法乃於不鏽鋼含有形成上述化合物之成分 Ci·、Mo、W等），以不鏽鋼之熔製、熱處理之工 合物的方法。於不鏽鋼之表面，露出碳化物或 時，具有做爲適用固體高分子型燃料電池雙極板 表面接觸阻抗。 碳化物或硼化物在於不鏽鋼之內部，該表面 態皮膜被覆之時，以酸洗等之適切手段，伴隨 膜，除去表層部之母材，將內部之碳化物或硼化 於表面即可。 除此之外，有將碳化物或硼化物之粒子，經 之手段，打在雙極板表面，貫通非動態皮膜而 法。又，於雙極板之表層部，浸透如上述之元素 切之熱處塌，可僅於表層部，生成碳化物或硼 子。 上述雙極板用構件之基體乃該最大厚度部 0.2mm以下，且貫通孔、第1之流路用溝及第2 溝則經由加壓成形加工、沖壓加工及射出成形加 種加以形成者爲佳。由此，可量產更輕量，且更 料電池堆。雙極板用構件之基體太厚時，熱容量 就燃料電池特性而言，所求低溫啓動性、開啓及 之接觸電 物，從雙 最爲實用 (C、B、 程析出化 硼化物之 ，充分之 已被非動 非動態皮 物，露出 由如珠擊 嵌入之方 ，經由適 化物之粒 之厚度爲 之流路用 工之任一 小型之燃 會變大’ 停止時之 -16- 200835034 溫度追隨性會有變差的傾向。雙極板用構件之基體乃維持 做爲燃料電池堆之構成、構造、強度時，則以薄者爲佳。 最大厚度部之厚度的期望上限爲乃〇.12mm。 上述塑膠薄膜製面狀成形體乃需要在固體高分子型燃 料電池內，樹脂成爲之溶出爲少，在長時間的使用下，塑 性變形之下降爲少，薄膜厚變化爲小者。又，需要爲易於 量產，取得容易者。更且，由於大量使用，需考量到易於 重製。因此，做爲上述塑膠薄膜製面狀成形體，例如有聚 乙烯對苯二甲酸酯（PET)、聚萘二甲酸乙二酯（PEN)、聚四 氟乙烯（PTF)或聚醯亞胺等。考量到易於量產時，期望以 捲曲成線圏狀之狀態，於有厚度之時，可爲薄片狀。又， 於此等之塑膠薄膜製面狀成形體中，可微細分散賦予導電 性之微細樹脂粉、碳粉等。 於上述第1之面，爲減低表面接觸阻抗，抑制雙極板 用構件之基體之腐蝕，可施以貴金屬電鍍。此時，金或金 合金等之貴金屬鍍層乃平均厚度爲lOOnm以下爲佳。尤 以50nm以下爲佳。 於雙極板用構件中，需要電鍍之面積爲廣之故，電鍍 成本爲過大。又，電鍍至鍍層無缺陷之狀態，就量產而言 並不適合。惟，伴隨電鍍之平均厚度的變薄，鍍層缺陷則 會變多。即，電偶腐鈾所造成缺陷部之雙極板用構件之基 體腐蝕會增加，易於產生至貫通腐蝕之事態。 由以上視之，本發明人等做爲有效活用在於表面接觸 阻抗改善可得大效果之貴金屬電鍍之方法，發現施以平均 -17- 200835034 厚度1 OOnm以下之電鍍，是爲極爲有效的方法。然而， 對於平均厚度之計算方法，於後段加以說明。 平均厚度爲l〇〇nm以下之貴金屬電鍍之欲滿足的要 件乃如下述之3點。 (1) 在掃猫電子顯微鏡所進行之表面觀察下，β M 2 貴金屬則以數nm至數十nm之大小之粒狀，微細地巨觀 地加均勻分散。 (2) 掃瞄電子顯微鏡所進行之表面正上方觀察下，就 表面佔有率評估之電鍍之貴金屬粒子所成面積被覆率爲 10〜90%，且電化學手法之循環伏安法（CV法）所成定量評 估之面積被覆率爲10〜90%。 (3) 在膠帶剝離試驗所進行之密著性評估下，電鍍之 貴金屬粒子不會脫落。 伴隨貴金屬粒子表面含有率之下降，電偶腐蝕之原因 之貴金屬表面電位與雙極板用構件之基體表面電位所成混 成電位會接近基體表面電位之故，由於貴金屬電鍍所造成 之電偶腐蝕之程度會變得輕微。以粒狀微細地巨觀地均勻 分散，亦爲減輕電偶腐飩之程度的有效方式。 貴金屬電鍍之面積被覆率乃10〜90%爲佳。面積被覆 率不足10%之時，進行貴金屬電鍍之目的之表面接觸阻抗 之減低效果會變得不安定，難認定有改善效果。另一方 面，超過面積被覆率90%時，露出之雙極板用構件之基體 成爲電鍍缺陷之相樣，有無法避免電偶腐飩之情形。 由耐蝕性之觀點視之，做爲貴金屬電鍍之材料，最期 -18· 200835034 望爲金。此乃是在於固體高分子型燃料電池內，貴金屬之 中，金爲唯一具耐蝕性者。惟，如眾所周知，純金爲軟 質，而且極爲高價。爲提高電鍍金屬之硬度，爲確保電鍍 液之安定性，或爲改善電鍍性，使添加於通常之電鍍液之 極微量之Fe、In、Ni、Co、Ag、Cu及Pd之一種以上， 含於電鍍金屬亦可。 在此，於第1之面及第2之面中之至少一方之面，施 以島狀分散貴金屬電鍍者爲佳。此時，導電性金屬化合物 所佔部分以外之鑄型表面之部分之島狀分散金屬電鍍厚度 乃在下式所定義之平均厚度下，爲l〇〇nm以下者爲佳。 平均厚度（nm)=每單位面積之貴金屬電鍍附著量 (g/cm2)xl07/電鍍貴金屬比重（g/cm2) 此乃當上述所表之表面厚度超過10 Onm時，即使是 島狀分散電鍍，亦會產生耐蝕性下降明顯化之問題。 又，導電性金屬化合物之表面被覆率A及島狀分散 貴金屬電鍍之表面被覆率B乃滿足下式關係式者爲佳。 A(%)^40 5 SB(%)‘ 90 -0.7A(%) A(%) + B(%) ^ 100% A之値不足5之時，會有無法安定得低表面接觸阻抗 -19- 200835034 値之情形。由接觸阻抗減低之觀點視之，A之値高者爲 佳，但A値超過40之材料的製造是爲困難之故，素材之 壓延亦變得困難。 B之値不足5之時，會有無法安定得低表面接觸阻抗 値之情形。另一方面，B之値超過90-0.7A之時，以貴金 屬被覆之基材表面，與未被覆貴金屬之基材表面之電偶腐 鈾則變得明顯，由未被覆貴金屬之基材表面產生開危狀之 貫通腐蝕亦會變得明顯。 島狀分散貴金屬電鍍乃在0.1 ‘pH $7.1之浴中，加 以電鍍者爲佳。pH之値不足0.1之時，電鍍時之基材之 腐蝕會有變大之情形。另一方面，pH超過7.1時，基材 表面之非動態皮膜於電鍍之時，不可避免會殘留於表面， 有無法得電鍍之密著性之情形。 經由塑膠薄膜製面狀成形體形成之流路用溝之寬度爲 1.20mm以下爲佳。此乃當超過1 · 2nm時，雙極板用構件 之基體在塑膠薄膜製面狀成形體之貼合麿，會變形下垂， 難以維持基體之平坦度。如此無法維持平坦度時，成爲雙 極板層積體、單元構造體或燃料電池之時，會成爲氧化劑 氣體、燃料氣體及冷媒之洩漏的原因。期望値爲1.00mm 以下。 形成於雙極板用構件之基體之第1之流路用溝及第2 之流路用溝之寬度過寬之時，膜電極接合體會有下垂至流 路用溝之疑慮。結果’流路之剖面形狀不能成爲一個式 樣，氣體流動會有變得不均的情形。另一方面，過狹之 -20- 200835034 時，會有由於燃料電池內所生成之水等而造成閉塞之危險 性。因此，形成於雙極板用構件之基體之第1之流路用溝 及第2之流路用溝之寬度之下限爲〇.5mm爲佳。又，上 限爲3 m m爲佳。 黏著層乃含有選自芳香族碳氫樹脂、松脂系碳氫樹脂 或烯樹脂系碳氫樹脂之至少一種膠粘劑之爲佳。此等乃在 燃料電池內不反應，做爲具有溶出成分少之黏著性能的樹 脂系之少數樹脂系者。依需要，可含聚矽氧系樹脂等之其 他樹脂，但膠粘劑以外之樹脂之含有率爲低者爲佳。 (2)有關雙極板用構件之製造方法 雙極板用構件之製造方法乃未特別加以限定。例如， 可以下述之方法加以製造。以下，將關於本發明之雙極板 用構件之製造方法，使用圖2、圖7以及圖8加以說明。 如圖2所示，例如準備經由加壓加工法等所製作之基 體6、和於塗佈黏著層後經由沖壓加工等製造之塑膠薄膜 製面狀成形體7 -1及7 - 2，將此等重合之後，加壓，製造 本發明之雙極板用構件。 又，如圖7所示例如於基體6，黏著塑膠薄膜製面狀 成形體7之後（參照圖7(a))，將此等經由湯姆森沖膜等加 以沖壓加工，於基體6與塑膠薄膜製面狀成形體7之層積 體8，形成流路用溝（參照圖7(b))，之後，如圖8所示， 將層積體8，經由貼合預先形成貫通孔之支持體9，製造 本發明之雙極板用構件。然而，合倂支持體9與基體6, 統稱爲基體。 -21 - 200835034 經由此方法所製造之雙極板用構件中’將爲供給冷媒 之第2之流路溝之全部’以塑膠薄膜製面狀成形體7加以 構成。又，圖8中，顯示於基體之單面，貼合塑膠薄膜製 面狀成形體之情形，但是當然地，於相反之面，形成氣體 用之第1之流路用溝。做爲第1之流路用溝之形成方法， 與圖7所示之方法相同，於基體6與塑膠薄膜製面狀成形 體7之層積體8，形成第1之流路用溝之後，貼合於支持 體9之方法亦可。又，將形成第1之流路用溝之基體6, 貼合於支持體9之方法亦可。 (3)有關雙極板層積體 雙極板乃使用其單體亦可，層積多數之雙極板加以使 用亦可。於層積之時，儘可能減少零件之數量，則對於組 裝廠商爲有利的。爲此，有將2枚上述（1)所說明之雙極 板用構件加以層積者（以下稱雙極板層積體）爲一體加以處 理的情形。 圖9乃顯示關於本發明之雙極板層積體之例的模式 圖。如圖9所示，關於本發明之之雙極板層積體，乃藉由 黏著層，擋接2枚之雙極板用構件1-1，1-2之第2之面 之彼此，形成冷媒之流路加以製造。此黏著層亦含有選自 芳香族碳氫樹脂、松脂系碳氫樹脂或烯樹脂系碳氫樹脂之 至少一種膠粘劑之爲佳。 上述2枚之雙極板用構件1-1，1-2乃如圖9所示，爲 同一形狀者爲佳。如此構成之時，可減低雙極板用構件之 製造成本的同時，可劇減組裝時之麻煩。 -22- 200835034 於如圖9所示雙極板層積體中，於上面及下面，各流 有氧化劑氣體及燃料氣體，在中間層（塑膠薄膜製面狀成 形體之層）之內部，流有冷媒。具體而言，於雙極板層積 體之上面，貼合膜電極接合體（未圖示），更於其上面，經 由貼合雙極板層積體、或圖1所示雙極板用構件1，完成 一個燃料電池。 圖10乃顯示關於本發明之雙極板層積體之其他例的 模式圖。如圖1 0所示，關於本發明之之雙極板層積體， 乃藉由黏著層，擋接2枚之雙極板用構件1-3，1-4之第2 之面之彼此，形成冷媒之流路加以製造。此時，冷媒之流 路乃如前圖5所示，在第2之流路內，一分爲二。爲此， 從補助流路朝向各別之方法，流動冷媒等之故，有利於流 動性之確保。 然而，圖10所示之例中，與圖9所示之例相同，上 述2枚之雙極板用構件1 -3、1 -4乃同一形狀之故，可減 低雙極板用構件之製造成本的同時，可劇減組裝時之麻 煩。 (4)有關單元構造體 與上述（3)所示同樣之理由，準備將膜電極接合體於 上述雙極板層積體1〇，藉由黏著層加以層積之單元構造 體亦可。由此，可大幅提升組裝廠商之作業效率。上述單 元構造體乃做爲以複數之單元構成之燃料電池用之單元構 造，複數枚層積上述單元構造體者爲佳。又，上述黏著層 亦含有選自芳香族碳氫樹脂、松脂系碳氫樹脂或烯樹脂系 -23- 200835034 碳氫樹脂之至少一種膠粘劑之爲佳。 (5)有關固體高分子型燃料電池 關於本發明之固體高分子型燃料電池乃適切組合上述 之任一之雙極板用構件、雙極板層積體、單元構造體中之 一種以上而構成。 例如’單一單元之固體高分子型燃料電池時，準備3 枚上述雙極板用構件、和1枚密合墊一體型雙極板用構 件’貼合2枚之雙極板用構件之第2面之彼此，構成冷媒 用之流路的同時，在該第1之面、與另一枚之雙極板用構 件之第1之面間，挾入膜電極接合體，經由貼合，形成燃 料氣體用之流路、和氧化劑氣體之流路。 同時，適切組合上述之任一之雙極板用構件、雙極板 層積體、單元構造體中之一種以上時，可製造複數單元之 固體高分子型燃料電池。 # [實施例1] /將雙極板用構件以如下之方法加以製作，構成燃料電 f 池單元，評估氣體封閉性能，緊閉性能及電池性能。 首先’於表1，準備厚30〜200μιη、板寬130mm之各 素材線圈或薄片，經由使用最大荷重80噸之AM ADA製 單動式回轉加壓機的加壓成形或使用湯姆森脫膜之脫膜加 工，製作有效流路部面積 80mmx60mm、外形尺寸 100mm X 1 00mm之雙極板用構件之基體。加壓成形品之流路峰高 乃 〇.360mm±0.〇l〇mm。基體之流路寬度乃成爲 1.6mm， -24- 200835034 及塑膠薄膜製面狀成形體之流路寬度乃l 〇mm。基體乃依 要實施除去潤滑油之洗淨、與驗脫脂、爲表面調整之酸 洗。 沖壓加工中，在於表1所示供試材料，黏著具有黏著 層之塑膠薄片後，以湯姆森沖膜加以脫膜，製作接觸於膜 電極接合體之成形體後，更將此黏著於金屬製或含有射出 成形之樹脂部分之碳製支持體上，形成流路。

-25- 200835034

板厚 (um) t1 "4 \ < I1"11 1 1 < » 1 τ—i 1 i f r t r 1 〇 CO o C<l 匕學組成(質量％) 其他 1 I ! 1 1 1 1 1 1 Bal.Ti Bal.Ti 1 Bal.Al Bal.Al 1 1 1 1 ! 1 I 1 1 0.013H 0.013H O.OlMg 1.5Mg 13 PQ li PQ 13 PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ C<1 c5 0.31 0.48 PQ 0.0006 0.0003 0.0004 0.43 0.62 0.83 o 0.0004 0.0003 1 1 1 1 2 0.0210 0.0018 0.1830 0.0190 0.0200 0.0180 0.0210 0.0071 0.0026 0.03 0.03 I 〇 0.0030! 0.0032 0.0028 0.0026 0.0025 0.0028 0.0032 0.0056 0.0036 0.18 0.15 1 1 〇 2.03 4.52 6.22 2.23 2.20 2.22 2.18 2.35 4.10 1 1 ΰ 17.60 20.40 20.20 23.00 23.40 23.95 25.25 21.20 29.30 0.10 — 12.15 25.13 18.18 10.30 10.90 11.20 12.90 0.24 2.10 1 1 0.20 CN| 1 \ 0.65 0.12 0.12 0.13 0.12 0.08 0.08 0.02 4.10 CO 0.0010 0.0006 0.0004 0.0001 0.000! 0.0001 0.0002 0.0010 0.0010 1 » Oh 0.026 0.022 0.023 0.018 0.02 0.018 0.02 0.028 0.026 1 1 d S 0.96 VO 1 < 0.97 1.02 1 1 < 0.96 0.99 0.34 034 0.01 vq 0.58 0.48 0.47 0.45 0.46 0.45 0.45 0.26 0.15 t 0.15 U 0.022 j 0.018 0.019 0.021 0.018 0.022 0.02 0.003 0.003 0.08 0.08 1 1 合金 No. | i—4 CN cn 寸 MD 卜 OO o\ 〇 1 1 i 4 1 < CO r1 ( m r i -26- 200835034 對於經由加壓成形法所成形之基體，對於該氣體流路 面（第1之面））而言，在背側之面（第2之面），層積表2所 示種種之塑膠薄膜製面狀成形體，構成密合墊。在於經由 加壓成形法所成形之基體，沿使用於第2之面之冷媒之流 動的第2之流路用溝，形成突起。因此，塑膠薄膜製面狀 成形體之總厚度乃使此突起之高度成±30 μπι地加以調整。 黏著層乃皆使用膠粘劑。 [表2] 薄膜 基材薄膜材質 基材薄膜厚度(㈣ 黏著厚度㈣ F1 聚乙烯對苯二甲酸酯(PET) 50 3〇(單面） F2 聚乙烯對苯二甲酸酯(PET) 75 25(單面） F3 聚乙烯對苯二甲酸酯(PET) 125 25(單面） F4 聚乙烯對苯二甲酸酯(PET) 125 30/30(兩面） F5 聚乙烯對苯二甲酸酯(PET) 188 60/20(兩面） F6 聚萘二甲酸乙二酯(PEN) 75 25(單面） F7 聚萘二甲酸乙二酯(PEN) 125 30/30(兩面） F8 聚萘二甲酸乙二酯(PEN) 188 60/20(兩面） F9 聚萘二甲酸乙二酯(PEN) 500 60/30(兩面） F10 聚四氟乙烯(PTF) 188 60/20(兩面） F1I 聚醯亞胺(PI) 300 60/60(兩面） F12 聚醯亞胺(PI) 500 60/60(兩面）

將如上述製作之雙極板用構件，各準備2枚，於第1 之面間，插入密合墊一體型膜電極接合體，於該兩側，配 置鍍金之銅製厚5mm之集電板。於雙極板用構件之第2 之面，藉由塑膠薄膜製面狀成形體，黏著集電板。更且， 從該集電板之兩側，從該集電板之兩側配置鋁製厚40mm -27- 200835034 之2枚板材，經由1 2根螺絲加以鎖緊，構成燃料電池單 一^單兀。經由同樣之方法’構成3單元堆、5單元堆及1 〇 單元堆之燃料電池。 對於如此製作之燃料電池，調查下述之性能。 <面壓均勻性> 爲評估燃料電池單元之緊閉性能，於單元內伴隨膜電 極接合體，插入感壓薄膜（富士軟片製PERSCALE)，緊閉 單元，之後解體單元，由感壓薄膜之發色，確認單元內部 之面壓分布是玻均勻。將結果亦一倂記於表3。然而，表 3中之1 0爲良好，8爲略爲不佳，但在實用上可被容許的 程度，5以下爲不佳，難以被適用。實施例中，無5以下 之評斷。 <密封性> 經由燃料電池單元之燃料氣體或氧化劑氣體氣體入 口，做爲指標，導入易於進行洩漏檢查之氫氣，封閉氣體 出口，將單元內部之氫氣氣壓保持在O.IMpa(標準壓）之狀 態下，將對單元外之氫氣洩漏，經由氣體檢測器加以確 認。將結果不於表3。然而，表3中之10爲良好’ 8爲略 爲不佳，於一部分雖有氫氣洩漏，但可發電，5以下爲不 佳，難以被適用。實施例中，無5以下之評斷。 (電池輸出） -28- 200835034 於單一單元燃料電池，流通燃料氣體及氧化劑氣體， 在連接電子負荷裝置之狀態下，運轉燃料電池，測定輸 出。將結果亦一倂記於表3。然而，於任一例中，電流値 乃呈一定爲〇.5A/Cm2。顯示運轉初期之輸出電壓（V)與運 轉開始經過1 00小時後之輸出電壓（V)。輸出電壓愈高 者，性能則良好，輸出下降爲少者，電池性能爲優。 將製作之雙極板用構件之條件及該性質試驗結果，示 於表3。然而，除了合金No .4、5、6及7之外，對於各 素材，進行爲表面接觸阻抗減低之平均厚度40nm之金鍍 層處理。

-29- 200835034 略 m IK 鏢 Μ U m m u _ m 爱 If h IR 鰣 I 100小時經過後輸 出電壓(V) 1—4 vq ___0.59 0.59 _ 0.56 0.55 0.59 —_ 0.62 0.57 1 0.62 0.62 r 4 vq § 0.61 0.62 0.61 1 S丨 ^*4 vq 0.60 0.60 初期輸出 丨電壓(V) 0.62 0.60 ! 0.60 0.56 0.56 0.60 0.62 0.58 0.62 0.62 0.62 0.62 0.62 1 0.62 0.62 0.62 1 0.62 0.62 0.62 0.62 0.62 0.62 氣體 密封， ___ 〇 〇 〇 〇〇 〇〇 〇 ο 〇〇 〇 〇 〇 ο ο ο ο ο ο ο 〇 〇 〇 〇 1面壓 均勻性j 〇 〇〇 〇〇 〇 〇 〇〇 ο 〇 〇 〇 〇 ο ο ο ο ο ο ο 〇 〇 〇 〇 集中板與 雙極構件 之黏著 樣 你 " 試驗條祥 薄膜條件 si 运P •N 2 鄭·· 實施 m 實施 實施 實施 實施 實施 實施 實施 實施 實施 實施 實施 實施 實施 實施 實施 實施 實施 實施 實施 實施 合計 厚度 348pm 348um j 368um 330um 335um ε =1 oo CO 348pm 335um 348μηι 348μπχ 348um 348μπι 348μιη 348ym 348um 348ym 348um 690μηι 500μιη 100m 500μιη 700um 構成 F1+F5 F1+F5 j F2+F5 F1+F2+F3 F3+F4 F2+F2+F4 F1+F8 F3+F7 | F1+F10 1 F1+F5 F1+F5 F1+F8 F1+F8 1 F1+F5 1 F1+F5 F1+F5 F1+F5 F6+F9 F1+F11 | F1+F12 F1+F11 F1+F12 &金基體製作方法 1 加壓成形 1 ~加壓成形 1 加壓成形 1 加壓成形 1 加壓成形 1 加壓成形 1 加壓成形 1 1 加壓成形 2 加壓成形」 |3 加壓成形 4 加壓成形 5 加壓成形 6 加壓成形 7 加壓成形 8 加壓成形 9 加壓成形 10 沖壓加工 10 沖壓加工 11 沖壓加工 11 沖壓加工 12 沖壓加工 13 沖壓加工 r—1 〇1 CO 寸 VO 卜 〇〇 σ\ 〇 CO r-H τ—ί VO 〇〇 〇\ 〇3 -30 ~ 200835034 面壓均勻性：10良好、8略爲不良、但可實用之容許fM 度、5以下不良、適用困難 氣體密封性：1〇良好、8略爲不良、雖有洩漏但可發電 、5以下不良、適用困難 一單元電池輸出：運轉開始1 00小時後之單元胃g (V)、在高電壓下輸出下降少者爲佳。 如表3所示，雖在一部分之製作例，會有燃料氣體浅 漏所造成判斷上些微之輸出下降，製作之雙極板、燃料電 池乃皆顯示良好之密封性及電池輸出。 [實施例2] 示於表1之素材中，準備將合金No .1、5及1〇，做 爲基體進行電鍍處理者。於合金No.10中所析出之導電性 金屬析出物乃M2B型硼化物。 電鍍處理乃以下述a〜c所示3種方法加以進行。 a.做爲電鍍液，使用含Cu之Au電鍍液。將鋼材之表 面脫脂、酸洗後，進行電解電鍍。電鍍乃在室溫下，攪拌 溶液加以進行。對向電極則使用Pt，電流密度2A/dm2、 通電時間乃0.3〜45 00秒。 a·做爲電鍍液，使用含Pd之Au電鍍液。將鋼材電解 脫脂後，實施氟酸洗淨、接著硫酸洗淨、水洗淨之前述處 理，將除去表面氧化物之鋼材，供予電解電鍍電鍍乃在室 溫下，攪拌溶液加以進行。對向電極則使用Pt，電流密 -31 - 200835034 度1 OA/dm2、通電時間乃7〜75秒。 c·做爲電鍍液，使用高純度之Αιι電鍍液。將鋼材之 表面脫脂、酸洗後，進行電解電鍍。電鍍乃在50°C下， 攪拌溶液加以進行。對向電極則使用 Pt，電流密度 0.2A/dm2、通電時間乃12〜36秒。 對於各雙極板用構件，調查貴金屬電鍍之平均厚度及 面積被覆率、和貫通阻抗及鹽水噴霧試驗後之生鏽之有 te 〇 <電鍍之平均厚度> 將雙極板用構件表面，以螢光X線膜厚計加以測 定，求5點之平均値。 <電鍍之面積被覆率> 測定循環伏安（CV) ’從氧化-還原強度算出。 <貫通阻抗> 從碳紙所挾試料之阻抗算出。 <鹽水噴霧試驗> 根據JIS Z 237 1，噴霧35°C、5%NaCl ’試驗時間爲 24小時。 將基體及電鍍液之條件以及試驗結果，示於表4 °然 爲，做爲參考，將純Au2評估結果’一倂記於Νο·35° -32- 200835034 [表4]

No. 基體 電鍍條件 貫通阻抗 (m Ω · cm2) 鹽水噴霧試 驗後之生鏽 之有無 合金No. 方法 平均厚度 (nm) 面積被覆率 (%) 23 1 _ 46.6 迦 JVW 24 1 a 0.2 17 9.6 fc j\\\ 25 1 a 0.7 43 10.3 無 26 1 a 89 94 8.4 有 27 1 a 2500 100 8.1 Μ j\\\ 28 10 一 垂 24.6 無 29 10 b 3.6 37 11.7 無 30 10 b 16 87 8.2 無 31 10 b 100 電鍍剝養 瓱之故無法評估 32 5* • 讀 讎 25.3 赫 j\\\ 33 5* c 98 18 9 34 5* c 294 30 14.5 有 35 Au - - 100 8 Μ *表面有導電性金屬化合物者。

如表4所示，被覆率超過90 %之No.26中，會產生耐 蝕性之劣化，做爲雙極板用構件之性能而言爲劣化的。 又，使電鍍變厚，平均電鍍厚度成爲2500nm之No.27 中，雖不產生耐蝕性之劣化，Au使用量非常多，成本會 變高。電鍍厚度過厚之No.31中，則鍍層被剝離。平均厚 度爲294nm之Ν〇·34中，雖面積被覆率未超過90%，亦 產生耐蝕性之劣化，做爲雙極板用構件之性能而言爲劣化 的〇 [實施例3] -33- 200835034 準備具有表1之合金No.1、5及l〇之化學組成，厚 度100 μιη之薄片狀之雙極板用構件之基體，於此等，貼 合使用表2之F1+F2 + F3之構成（合計厚度3 3 0mm)之塑膠 薄膜製面狀成形體。於此等之貼合構件，實施使用湯姆森 沖膜具之沖壓加工。此時，變更種種塑膠薄膜製面狀成形 體所形成之流路寬度。然後，層積3種各種雙極板用構 件，構成燃料電池單一單元。對於此燃料電池單一單元， 與上述同樣之方法，調查流路寬度所造成之洩漏的影響 (密封性）。將結果示於表5。 [表5] ^ 試驗條件 No. 合金 No. 設於塑膠薄膜製面狀成形 體之流路寬度（mm) 氣體密封性 36 1 0.8 10 37 1 1.0 10 38 1 1.2 8 39 1 1.4 5 40 5 1.0 10 41 5 1.2 8 4 2 5 1.4 4 43 10 1.0 · 10 44 10 1.2 6 45 10 1 .4 5

如表5所示，於任一材料中，形成於塑膠薄膜製面狀 成形體之流路寬度爲1.4 mm之No .39、42及45中，皆無 法得充分的密封性。此等之例中，於金屬箔與塑膠薄膜製 -34- 200835034 面狀成形體之黏著時，在金屬箔會產生下垂，此成爲洩漏 的原因。No.44中，雖在容許範圍，較其他材料的同樣流 路寬度之No.38及41，洩漏較多。此乃由於第1種鈦之 合金No.10之強度較不鏽鋼之合金No.1及5爲低之緣 故。 [實施例4] 表1所示之素材中，導電性金屬析出物乃將析出M2B 型硼化物之合金No. 1、4〜7做爲素材，進行製作各種雙極 板用構件之實驗。 電鍍處理乃以下述d〜f所示3種方法加以進行。 d.將素材之表面，在有機溶劑之脫脂洗淨、鹼脫脂洗 淨、水洗淨後，在金直接電鍍液（pHO.6)中，處理第1段 之電鍍處理後，在含C〇之Au電鍍液（PH4.3)中，進行第 2段之電鍍處理。第2段之電鍍處理乃控制電位而進行。 電鍍乃在室溫〜60 °C之溫度範圍下，攪拌液體加以進行。 對向電極則使用Pt，第2段之設定電流密度乃2A/dm2以 下、通電時間乃0.5〜25秒。 c.做爲電鍍液，使用高純度之Au電鍍液（pH6.8)。將 鋼材之1表面，以有機溶劑脫脂洗淨、鹼脫脂、水洗淨 後，進行存在於表面之非動態皮睽調整之酸洗後，控制電 位下，進行電解電鍍。電鍍乃在50°C下，攪拌溶液加以 進行。對向電極則使用Pt，電流密度0.2A/dm2、通電時 間乃2.5〜25秒。 -35- 200835034 f.做爲電鍍液，使用含Pd之Au電鍍液（ρΗ6·9)。將 鋼材之表面，以有機溶劑脫脂洗淨、鹼脫脂、水洗淨後， 進行存在於表面之非動態皮睽調整之酸洗後，控制電位 下，進行電解電鍍。電鍍乃在5 5 °C下，攪拌溶液加以進 行。對向電極則使用Pt，電流密度〇.2A/dm2、通電時間 乃10〜20秒。

對於各雙極板用構件，調查貴金屬電鍍之平均厚度、 面積被覆率、與TORAY製碳紙之初期接觸阻抗及促進劣 化耐久試驗後之接觸阻抗，以及鹽水噴霧試驗後之生鏽之 有並〇 Γ3 y\\\ <電鍍之平均厚度> 將雙極板用構件表面，以螢光X線膜厚計加以測 定，求5點之平均値。 <電鍍之面積被覆率> 進行掃瞄電子顯微鏡之觀察，將電鍍部分之面積，經 由畫像解析加以測定。 <初期接觸阻抗及促進劣化耐久試驗後接觸阻抗> 初期阻抗乃使用電鍍後之狀態，促進劣化耐久試驗後 之阻抗乃使用做爲燃料電池內環境模擬條件，於設定70 °C、pH 3硫酸調整水洽液中，以1 V(vs.RHE)保持24小時 後之狀態的測定結果。皆從TORAY製市售碳紙所挾試料 -36- 200835034 之阻抗算出。 然而，顯示相當於金之阻抗値時爲〇，顯示與施以鍍 金前相同程度之阻抗値時爲▲，導電性化合物未露出於鋼 表面相當於通常Type3 1 6L時，則爲X地加以評估。表中之 ()內之數字乃負荷加重15kg f / c m 2之實測値（m Ω c m2)。 <鹽水噴霧試驗> 根據JIS Z 23 7 1，噴霧35°c、5%NaCl，試驗時間爲 24小時。以赤鏽之產生程度，比較評估。在不進行鍍金 之狀態下，基體乃在不產生赤鏽之腐蝕環境。 然而，表6之中，將赤鏽之產生狀態以1 〇階段表 之，數字愈大，狀況則愈惡化而評估之。即’ 1乃完全不 產生赤鏽者，2乃於表面雖可辨識到變色，但未產生赤 鏽，3乃起於電鍍之缺陷，產生流動赤鏽者，5以上乃:從 不特定處所產生流動赤鏽者。 將試驗結果示於表6。 -37- 200835034

[表6] No, 合金 電鍍條件 表面被覆率(％) 觸阻抗性能 鹽水噴 備考 No. 方法 平均厚 導電性 貴金屬 合計 初期 促進劣化 備考 霧試驗 度(nm) 金屬化 電鍍B A+B 試驗後 (潰測値爲mQcm2 46 1 - 無 0 0 0 x(120) x(170) 電鑛 5 比較 脫落 47 1 d 14 0 31 31 〇⑺ x(165) 電鍍 6 比較 脫落 48 1 e 15 0 33 33 〇⑹ x(176) 電鍍 7 比較 脫落 49 1 f 13 0 28 28 x(150) 7 比較 50 4 - 16 0 16 ▲(36) ▲(42) 2 比較 51 4 d 15 16 28 44 〇⑷ 〇⑹ 2 本發明 52 4 d 34 16 65 81 〇⑷ ◦⑹ 2 本發明 53 4 e 14 16 26 42 〇⑹ 2 本發明 54 4 e 33 16 60 76 0(5) 1 本發明 55 4 f 16 16 32 48 ◦⑷ 〇⑹ 2 本發明 56 4 f 31 16 58 74 〇⑷ 1 本發明 57 5 - 無 23 0 23 ▲(26) ▲(33) 2 比較 58 5 d 15 23 29 52 〇⑷ 〇⑹ 2 本發明 59 5 d 30 23 59 82 〇⑷ 〇⑹ 2 本發明 60 5 e δ 23 18 41 〇W 〇⑹ 2 本發明 61 5 e 10 23 21 44 〇⑷ 〇⑹ 2 本發明 62 5 e 14 23 31 54 2 本發明 63 5 e 23 23 55 78 0(4) 〇⑹ 1 本發明 64 5 e 31 23 68 91 〇⑶ 〇⑹ 2 本發明 65 5 e 62 23 77 100 〇⑹ 2 本發明 66 5 e 88 23 79 102 〇⑷ 〇⑹ 2 本發明 67 5 e 112 23 81 104 〇⑷ ▲(32) 赤鏽 3 比較 產生 68 5 f 14 23 30 53 2 本發明 69 5 f 32 23 70 93 〇⑷ 2 本發明 70 6 - SE J\\\ 31 0 31 ▲G3) ▲(31) 2 比較 71 6 d 16 31 31 62 〇⑹ 2 本發明 72 6 d 31 31 67 98 0(4) 2 本發明 73 6 e 12 31 23 54 〇⑷ ◦⑹ 2 本發明 74 6 e 3! 31 64 95 〇⑷ 〇⑹ 1 本發明 75 6 f 14 31 28 59 0(4) 〇⑹ 2 本發明 76 6 f 36 31 71 102 〇w 〇⑹ 1 本發明 77 7 - Ant II1 ιζ J\\\ 37 0 37 ▲(18) ▲(28) 2 比較 78 7 d 14 37 26 63 〇⑹ 2 本發明 79 7 e 9 37 14 51 ◦⑷ ◦⑹ 2 本發明 80 7 f 10 37 20 57 〇⑷ 〇⑹ 2 本發明 -38- 200835034 如表6所示，本發明中，皆可得良好之接觸阻抗性能 及鹽水噴霧試驗結果。使用導電性金屬化合物未存在於表 面之汎用兌鋼之合金Νο·1之例中，伴隨初期接觸阻抗爲 高，促進劣化耐久試驗後之接觸阻抗亦明顯不佳。促進劣 化試驗前後之接觸阻抗之變化乃判斷爲附著於表面之腐蝕 性生成物所造成之劣化。於此例中，鹽水噴霧試驗中，亦 有包含赤鏽之劣化。 然而，合金No.l乃從市售取得之Type316L之光輝燒 鈍材（BA式樣），使用於酸洗處理後。施以鍍金或金合金 電鍍之No. 47〜49中，初期之接觸阻抗雖有改善，促進劣 化試驗後電鍍則消失，而且表面接觸阻抗値上昇，與 No.l呈相等或更差。 電鍍之消失（脫落）乃電鍍正下之鑄型被金或金合金粒 子與異種金屬接觸腐蝕（電偶腐蝕）加以腐蝕。以目視觀察 時，亦可明顯確認到脫落。於鹽水噴霧試驗中，可辨識刑 由於電鍍缺陷所產生之流動鏽，在局部的部分，較電鍍前 之素材之合金No.l可明顯觀察到赤鏽。 另一方面，導電性金屬化合物露出於表面之Νο·50〜 80中，可確認到明顯優異之狀態，尤其本發明例中更爲 明顯。合金No.4〜7之素材中，露出之導電性金屬化合物 之耐蝕性乃較鑄型爲優異之部分雖已部確認，但經由金或 金合金被覆之鑄型表面之耐飩性被明顯改善，可兼顧耐飩 性與優異之接觸阻抗（參照實施例Νο·50、57、70、77)。 在此，就無Νο.2〜4所視得之電偶腐蝕之理由而言， -39 - 200835034 可列舉如下。 (1) 露出之導電性金屬化合物本身之耐蝕性良好。 (2) 導電性金屬析出物之電位與鑄型幾近相同。 (3) 貴金屬電鍍呈島狀微緇分散之形態。

No. 67乃平均厚度超過1〇〇 nm之例。此例中，雖然貴 " 金屬電鍍之表面比率非常高，由於殘留微觀之電鍍缺陷之 腐飩傾向很明顯之故，因而產生赤鏽。 [產業上之可利用性] 根據本發明時，可提供在不洩漏氧化劑氣體、燃料氣 體及冷媒下，可快速使之流動之使用膜電極接合體之固體 高分子型燃料電池。又，根據本發明時，則易於量產，可 實現燃料電池之輕量化及小型化。 【圖式簡單說明】 • [圖1 ]顯示關於本發明之雙極板用構件之一例的模式 . 圖，（a)乃顯示表面（第1之面）、（b)乃顯示背面（第2之 面）。 [圖2]顯示基體與塑膠薄膜製面狀成形體之接合狀態 之例之模式圖。 [圖3]顯示本發明之雙極板用構件之其他例的模式 圖。 [圖4]顯示本發明之雙極板用構件之其他例的模式 圖。 -40- 200835034 [圖5]模式性表示貫通孔子第2之流路用溝之形狀 圖’（a)乃上面圖，(b)乃（a)之A-A視野圖、（c)乃（a)之B- B剖面圖。 [圖6]模式性表示貫通孔子第2之流路用溝之形狀其 他圖，U)乃上面圖，（b)乃（a)之A-A視野圖、（〇乃（a)之 B-B剖面圖。 [圖7]顯示關於本發明之雙極板用構件之製造方法之 例的模式圖。 [圖8]顯示關於本發明之雙極板用構件之製造方法之 例的模式圖。 [圖9]顯示關於本發明之雙極板層積體之例的模式 圖。 [圖10]顯示關於本發明之雙極板層積體之其他例的模 式圖。 【主要元件符號說明】 1、1-1、1-2、1-3、1-4 :雙極板用構件 2 :氣體用貫通孔 3 :冷媒用貫通孔 4 :第1之流路用溝 5 :第2之流路用溝 6 :基體 7、7-1、7-2、7-5、7-6 :塑膠薄膜製面狀成形體 7 · 3 :貫通孔 -41 - 200835034

7-4 :第2之流路用溝之一部分（補助流路溝） 8 :層積體 9 :支持體 -42-

Claims (1)

1. 200835034 十、申請專利範園 1 · 一種雙極板用構件，屬於固體高分子型燃料電池 之雙極板用構件中，其特徵乃具有使氧化劑氣體、燃料氣 體及冷媒，流通於各流路內之貫通孔、和爲流動氧化劑氣 體或燃料氣體之第1之流路用溝、和爲流動冷媒之第2之 流路用溝；形成第1之流路用溝之第1之面及形成第2之 流路甩溝之第2之面中，至少於第2之面，塑膠薄膜製面 狀成形體則藉由黏著層而貼付，於此塑膠薄膜製面狀成形 體中，至少形成使冷媒流通於流路之貫通孔爲特徵之雙極 板用構件。 2 ·如申請專利範圍第1項之雙極板用構件，其中， 雙極板用構件之基體乃由不鏽鋼、高合金剛、鈦、鈦合 金、鋁、鋁合金或此等之金屬包層所成者。 3 ·如申請專利範圍第2項之雙極板用構件，其中， 不鏽鋼乃於表面露出導電性之M23C6型、M4C型、M2C型 及MC型之碳化物系金屬化合物以及M2B型之硼化物系 金屬化合物中之一種以上的不鏽鋼者， 惟，Μ乃形成碳化物或硼化物的金屬元素。 4.如申請專利範圍第1項至第3項之雙極板用構 件，其中，雙極板用構件之基體乃該最大厚度部之厚度爲 0 · 2 mm以下，且貫通孔、第1之流路用溝及第2之流路用 溝則經由加壓成形加工、沖壓加工及射出成形加工之任~ 種加以形成者。 5 ·如申請專利範圍第1項至第4項之任一項之雙極 -43- 200835034 板用構件，其中，塑膠薄膜製面狀成形體之基體乃聚乙烯 對苯二甲酸酯（PET)、聚萘二甲酸乙二酯（pen)、聚四氟乙 烯（PTF)或聚醯亞胺者。 6.如申請專利範圍第1項至第5項之任一項之雙極 板用構件，其中，塑膠薄膜製面狀成形體乃形成第1或第 2之流路用溝之全部或一部分者。 7·如申請專利範圍第1項至第6項之任一項之雙極 板用構件，其中’塑膠薄膜製面狀成形體乃複數枚層積形 成一個以上貫通孔，或貫通孔與第1之流路用溝及第2之 流路用溝的塑膠薄膜，形成於至少一枚之塑膠薄膜之貫通 孔、第1之流路用溝及第2之流路用溝的一個以上之形狀 乃與形成於其他之塑膠薄膜之貫通孔、第1之流路用溝及 第2之流路用溝的各個形狀不同者。 8 ·如申請專利範圍第6項或第7項之雙極板用構 件’其中，在形成於塑膠薄膜面狀成形體之貫通孔與第2 之流路用溝之間，具備有複數之出口之流路用溝。 9·如申請專利範圍第1項至第8項之任一項之雙極 板用構件，其中，第1之面中，施以平均厚度爲10 〇nm 以下，面積被覆率爲10〜90%之貴金屬電鍍者。 1 〇.如申請專利範圍第1項至第8項之任一項之雙極 板用構件，其中，在於第1之面及第2之面中之至少一方 面，施以島狀分散貴金屬電鍍，導電性金屬化合物所佔部 分以外之鑄型表面部分之島狀分散金屬電鍍厚度乃在下式 所定義之平均厚度下，爲l〇〇nm以下者， -44 - 200835034 平均厚度（nm)=每單位面積之貴金屬電鍍附著量 (g/cm2)xl〇7/電鑛貴金屬比重（g/cm ) 1 1.如申請專利範圍第9項或第1 〇項之雙極板用構 件，其中，貴金屬乃金或金合金。 1 2.如申請專利範圍第1 0項或第1 1項之雙極板用構 件，其中，導電性金屬化合物之表面被覆率A及島狀分 散貴金屬電鍍之表面被覆率B乃滿足下式關係式者， 5 ^ A(% ) ^ 40 5 g B(% ) ‘ 90 - 0·7Α(% ) A(% )+ B(% 100% 1 3 .如申請專利範圍第9項至第1 2項之雙極板用構 件，其中，島狀分散貴金屬電鍍乃在、0.1^ pH‘7.1之電 鍍浴中，進行電鍍者。 1 4.如申請專利範圍第1項至第1 3項之任一項之雙 極板用構件，其中，經由塑膠薄膜製面狀成形體形成之流 路用溝之寬度爲1.2〇mm以下。 1 5 .如申請專利範圍第1項至第1 4項之任一項之雙 極板用構件，其中，黏著層乃含有選自芳香族碳氫樹脂' 松脂系碳氫樹脂或烯樹脂系碳氫樹脂之至少一種膠粘劑° 1 6. —種雙極板層積體，其特徵乃使用如申請專利範 圍第1項至第15項之任一項之2枚雙極板用構件’藉由 黏著層，經由擋接第2之面之彼此，形成冷媒之流路° 17.如申請專利範圍第16項之雙極板層積體’其 中，2枚之雙極板乃同一形狀者。 -45- 200835034 1 8 ·如申請專利範圍第1 6項或第1 7項之雙極板層積 體’其中，黏著層乃含有選自芳香族碳氫樹脂、松脂系碳 氫樹脂或烯樹脂系碳氫樹脂之至少一種膠粘劑。 19· 一種單元構造體，屬於固體高分子型燃料電池之 單元構造體中，其特徵乃藉由黏著層，層積如申請專利範 圍第1 6項至第1 8項之任一項之之雙極板層積體、和膜電 極接合體。 2〇· —種單元構造體，其特徵乃藉由黏著層，複數枚 層積如申請專利範圍第1 9項之單元構造體。 21·如申請專利範圍第19項或第20項之單元構造 體’其中，黏著層乃含有選自芳香族碳氫樹脂、松脂系碳 氫樹脂或烯樹脂系碳氫樹脂之至少一種膠粘劑。 2 2 · —種固體高分子型燃料電池，其特徵乃（1 )以如 申請專利範圍第1項至第15項之任一項之雙極板用構 件、如申請專利範圍第1 6至第1 8項之任一項之之雙極板 層積體、如申請專利範圍第19項至第21項之任一項之之 單元構造體中之1種以上所構成者。 -46-