TWI489679B - 燃料電池用分隔構件及其製造方法 - Google Patents

燃料電池用分隔構件及其製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI489679B
TWI489679B TW100137914A TW100137914A TWI489679B TW I489679 B TWI489679 B TW I489679B TW 100137914 A TW100137914 A TW 100137914A TW 100137914 A TW100137914 A TW 100137914A TW I489679 B TWI489679 B TW I489679B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
gold plating
layer
stainless steel
plating layer
fuel cell
Prior art date
Application number
TW100137914A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201232892A (en
Inventor
Masayuki Yokota
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
Publication of TW201232892A publication Critical patent/TW201232892A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI489679B publication Critical patent/TWI489679B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)

Description

燃料電池用分隔構件及其製造方法
本發明係關於一種燃料電池用分隔構件，特別是關於一種適用於汽車用電源、行動裝置用電源、分散式電源等所使用之固體高分子型燃料電池的分隔構件。
從發電效率較高、對環境的負擔較低等觀點來看，作為次世代的能源，關於燃料電池的研究正熱烈進行當中。
燃料電池，係使作為燃料的氫與氧進行電氣化學反應並取得電氣能源的發電裝置。燃料電池，根據所使用的電解質種類，可分為固體氧化物型燃料電池(SOFC)、熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)、磷酸型燃料電池(PAFC)、固體高分子型燃料電池(PEFC)、直接甲醇型燃料電池(DMFC)。其中PEFC以及DMFC，比起其他種類的燃料電池而言運作溫度較低約70～90℃，PEFC可高效率發電至1kW左右，DMFC可高效率發電至數百W左右，故特別適合應用於汽車或行動裝置等。尤其，DMFC比較小型，故吾人致力研究將其應用於行動裝置。
分隔構件應具備透氣性較小、導電性優異，接觸電阻低、耐蝕性優異等特點。尤其，對耐蝕性以及導電性的要求最近越來越嚴格，例如耐蝕性的評價基準為「將分隔構件浸漬在pH約1的硫酸溶液中1000小時也不會生鏽(或腐蝕)」。尤其，DMFC比較小型，故更要求其表面的導電性必須良好。
關於具備該等特性的分隔構件用材料，吾人多使用碳材料。然而，由於碳材料缺乏韌性而比較脆，故加工困難，加工成本比較高。因此，近年來吾人不斷研究，希望能夠找出一種加工容易且加工成本低廉的不銹鋼取代碳材料作為分隔構件用材料使用。
在不銹鋼的表面上，鋼中所包含之Cr會與大氣中的氧結合而產生氧化皮膜(鈍態皮膜)，故耐蝕性優異，但是由於接觸電阻比較大，故就這樣並無法作為分隔構件用材料使用。然後，吾人考慮用耐蝕性以及導電性優異的貴金屬覆蓋不銹鋼的表面，然而鈍態皮膜與金屬膜的密合性非常差，故欲在不銹鋼的表面上直接形成金屬膜非常困難。因此，到目前為止，係採用先利用蝕刻等方式將鈍態皮膜完全除去，之後形成含有Ni等金屬的基底電鍍層，然後再電鍍貴金屬的方法。然而，用上述方法所製得的分隔構件若長時間使用，耐蝕性會降低，故燃料電池的性能也會跟著降低。吾人認為這是因為腐蝕液透過在貴金屬膜上所生成的針孔侵入內部，導致異種金屬接觸腐蝕(迦凡尼腐蝕)。因此，此等方法無法滿足上述耐蝕性的評價基準(將分隔構件浸漬在強酸性溶液中1000小時也不會生鏽)。
另一方面，專利文獻1以及2揭示了不將形成在不銹鋼表面上的鈍態層除去而係在其上直接形成貴金屬層的分隔構件。
根據專利文獻1，若在鈍態層之上直接形成的金層的覆蓋率為2.3%～94%，則能夠提高分隔構件的耐蝕性，同時大幅降低接觸電阻。
另外，根據專利文獻2，在鈍態層之上直接形成貴金屬層之後，於真空中或惰性氣體中以100℃以上600℃以下的溫度進行5分鐘以下的熱處理，使母材的金屬成分在貴金屬層中適度擴散，如是便可改善母材(例如不銹鋼)與貴金屬層之間的密合性。
[習知技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]　日本特開2004-296381號公報
[專利文獻2]　日本特開2007-323988號公報
然而，根據本發明人的研究，專利文獻1所記載的燃料電池用分隔構件其耐蝕性不足。另外，專利文獻2所記載的分隔構件，由於必須進行使貴金屬層與不銹鋼的密合性提高的熱處理，故其生產率較差，成本較高。
本發明之目的在於提供一種耐蝕性優異且能夠以較低成本製造的燃料電池用分隔構件及其製造方法。
本發明之燃料電池用分隔構件包含：不銹鋼基材；形成於該不銹鋼基材之上且存在針孔的鍍金層；以及形成於該針孔內的不銹鋼的鈍態層；且具有該鍍金層與該不銹鋼基材未隔著不銹鋼的鈍態層而互相接觸的區域。在該鍍金層與該不銹鋼基材之間宜不存在不銹鋼的鈍態層。該鍍金層的厚度宜至少超過0.01μm，更宜在0.05μm以上。
在某一實施態樣中，該鍍金層與該不銹鋼基材具有隔著實質上不含鉻的鐵氧化物層而互相接觸的區域。在該鍍金層與該不銹鋼基材之間存在實質上不含鉻的鐵氧化物層。
在某一實施態樣中，該鈍態層的厚度在4nm以上。
在某一實施態樣中，該鍍金層的厚度在0.3μm以下。
在某一實施態樣中，該鍍金層的接觸電阻在10mΩ‧cm2 以下。
本發明之燃料電池用分隔構件的製造方法包含：準備不銹鋼基材的步驟a；在該步驟a之後，於該不銹鋼基材的表面上，使用酸性的預鍍金電鍍液形成預鍍金層的步驟b；在該步驟b之後，於該預鍍金層之上，形成主鍍金層的步驟c；以及在該步驟c之後，當該鍍金層存在針孔時，以可在該針孔內形成不銹鋼的鈍態層的條件，進行鈍態化處理的步驟d。
在某一實施態樣中，鈍態化處理宜使用30%以上濃度的硝酸。
在某一實施態樣中，更包含在該步驟a之後且該步驟b之前對該不銹鋼基材的表面進行蝕刻的步驟。
在某一實施態樣中，於該步驟c所形成之鍍金層存在針孔，在該步驟d中於該針孔內形成不銹鋼的鈍態層。
本發明之燃料電池用分隔構件，與利用上述任一燃料電池用分隔構件的製造方法所製造的燃料電池用分隔構件具有實質上相同的構造即可。亦即，鍍金層與不銹鋼基材之間的鈍態層至少一份被除去的結果，可改善鍍金層與不銹鋼基材的密合性，再者，只要具有藉由在鍍金層的針孔內形成不銹鋼的鈍態層以提高耐蝕性的構造即可。
本發明提供一種耐蝕性優異且鍍金層的密合性較高的燃料電池用分隔構件及其製造方法。
以下，參照圖式，說明本發明之實施態樣的燃料電池用分隔構件及其製造方法。另外，本發明並非僅限於所例示之實施態樣而已。
圖1(a)～(e)係表示用來說明本發明之實施態樣的燃料電池用分隔構件20的製造方法的示意剖面圖。
關於本發明之實施態樣的燃料電池用分隔構件的製造方法，首先，如圖1(a)所示的，準備不銹鋼基材12。不銹鋼基材12具備由不銹鋼所構成的本體部12a以及在本體部12a的表面上所形成之鈍態層(鈍態皮膜)14。鈍態層14，如吾人所知的，係將不銹鋼放置於大氣中所自然形成，包含鉻的氧化物以及鉻與鐵的氫氧化物，耐蝕性優異。可在本體部12a側形成鉻的氧化物層，並在表面側形成鉻與鐵的氫氧化物層。鈍態層14的厚度雖然會因為條件而有所差異，惟僅在數nm左右。不銹鋼可採用例如沃斯田鐵系不銹鋼(例如SUS304、SUS316)或沃斯田鐵-肥粒鐵系不銹鋼(例如SUS329J1)。在下一步驟之前，亦可根據需要，將鈍態層14的表面洗淨及/或脫脂。
接著，如圖1(b)所示的，對不銹鋼基材12的表面進行蝕刻。蝕刻液可使用例如鹽酸，或鹽酸與硝酸的混合酸，便能夠將鈍態層14除去。另外，除了蝕刻之外，使用電解液為硫酸水溶液的陰極電解法也可將鈍態層14除去。像這樣，在接下來的使用酸性的預鍍金電鍍液形成預鍍金層22s的步驟之前，先將鈍態層14暫時除去，便可提高最終所完成之鍍金層的均勻度。使吾人能夠以目視便可輕易確認所完成之鍍金層的均勻度。
另外，在除去鈍態層14之後，形成預鍍金層之前，宜將不銹鋼基材12(本體部12a)的表面所附著之蝕刻液用例如水洗淨除去。此時，鈍態層可能會再次形成。亦即，根據鈍態層14除去後的保存環境不同，鈍態層可能會再次形成。由於若使用上述方法，將鈍態層14暫時除去，便可提高不銹鋼基材的表面的均勻度，故即使之後鈍態層再次形成，仍可提高最終所完成之鍍金層的均勻度。
另外，由於在用酸性的預鍍金電鍍液形成預鍍金層的過程中，不銹鋼基材12的表面的鈍態層14至少會有一部分被除去，故即使在預鍍金電鍍步驟之前不預先除去鈍態層14，也能夠得到耐蝕性或密合性優異的鍍金層。藉由進行參照圖1(b)所說明之蝕刻步驟，便可提高最終所完成之鍍金層的均勻度。吾人認為：自然形成的氧化層，因為履歷(壓延條件、保管環境、處理前加工狀況等)的關係，其氧化程度、氧化層厚度或氧化層組成並不均勻，若以蝕刻處理將不均勻的氧化層除去，便可提高表面的均勻度。
接著，如圖1(c)所示的，在鈍態層14除去之後所露出的本體部12a的表面上，用酸性的預鍍金電鍍液(例如小島化學藥品股份有限公司製K-770)形成預鍍金層22s。酸性的預鍍金電鍍液，可使用常用的習知電鍍液。例如，宜使用pH在0.4以上1.0以下(液溫20℃以上40℃以下)者。電流密度在例如0.5A/dm2 以上8.0A/dm2 以下，電鍍時間在例如30秒以上90秒以下。預鍍金層22s的厚度宜為例如0.005μm以上0.05μm以下。預鍍金層22s由於非常薄故會有針孔22sa。另外，如上所述，即使省略參照圖1(b)所說明之除去鈍態層14的步驟，由於鈍態層14被除去的情況也會發生在預鍍金的電鍍步驟中，故還是可以得到圖1(c)所示的構造。
接著，如圖1(d)所示的，在預鍍金層22s之上形成主鍍金層22m。主鍍金層22m可使用例如氰化金電鍍液形成。含有氰化合物的金電鍍液可使用常用的習知金電鍍液(例如，日本高純度化學股份有限公司製Temperesist BL)。例如，宜使用pH在6.0以上6.5以下(液溫60℃以上70℃以下)者。電流密度在例如0.02A/dm2 以上0.3A/dm2 以下，電鍍時間在例如100秒以上300秒以下。
主鍍金層22m無須形成得很厚，預鍍金層22s與主鍍金層22m合起來的鍍金層22有針孔22a也沒有關係。根據本發明人的研究，欲形成沒有針孔的鍍金層22，鍍金層22的整體厚度必須在大約1.2μm以上。如後述實驗例所示的，鍍金層22整體的厚度，只要能夠使接觸電阻夠低即可，宜至少超過0.01μm，更宜在0.05μm以上。另外，鍍金層22的厚度無須超過0.3μm，0.3μm以下的厚度便可使接觸電阻充分降低。鍍金層22的接觸電阻宜在10mΩ‧cm2 以下。
接著，如圖1(e)所示的，對形成了鍍金層22的不銹鋼基材的本體部12a進行鈍態化處理，以製得燃料電池用分隔構件20。鈍態化處理係在鍍金層具有針孔時可於針孔內形成不銹鋼的鈍態層的條件下進行。例如，如實驗例所示的，可在30℃的30質量%的硝酸水溶液中浸漬5分鐘以進行之。當然並非僅限於該條件，例如，亦可在50℃的30質量%的硝酸水溶液中浸漬約10秒鐘。硝酸水溶液的濃度宜在30質量%以上。藉由進行鈍態化處理，使針孔22a內部所露出之不銹鋼基材的本體部12a鈍態化，在針孔22a內形成不銹鋼的鈍態層16。鈍態層16的厚度，與一般鈍態層的厚度相同，在數nm(例如4nm)以上即可。
如上所述，若根據本發明之實施態樣的燃料電池用分隔構件的製造方法，由於係使用酸性的預鍍金電鍍液形成預鍍金層22s，故在鍍金層22與不銹鋼基材12a之間幾乎不存在不銹鋼的鈍態層14，因此可提高鍍金層22與不銹鋼基材12a的密合性。再者，由於在形成鍍金層22之後，會進行鈍態化處理，故即使在鍍金層22上存在針孔22a，因為在針孔22a內部所露出之不銹鋼基材12a受到鈍態化，進而在針孔22a內形成了不銹鋼的鈍態層16的關係，故可使耐蝕性提高。由於即使鍍金層22具有針孔也無所謂，故無須形成得很厚，因此可提高鍍金步驟的生產效率，材料費也比較低廉。另外，只要在預鍍金電鍍步驟之前，先對不銹鋼基材的表面進行蝕刻或陰極電解，以除去鈍態層，便可提高最終所完成之鍍金層的均勻度。
以下，揭示實驗例，詳細說明本發明之實施態樣的燃料電池用分隔構件及其製造方法。
準備由沃斯田鐵系不銹鋼(SUS304)所形成之基材(縱80mm×橫80mm×厚度1.0mm)，作為圖1(a)所示之不銹鋼基材12。圖2(a)表示將該基材表面以輝光放電發光分光分析法分析之後所得到的濃度分布的例子。横軸表示距離基材表面的深度，縱軸則以原子%(at%)表示各原子的濃度。另外，圖2省略碳、鎳、銅、矽、錳的結果。以下的輝光放電發光分光分析結果也是一樣。
由圖2(a)可知，在該基材12的表面上，確認了Fe(鐵)、Cr(鉻)以及O(氧)的存在，且形成了氧化物層。該氧化物層，明顯可知其為鈍態層14。鈍態層14的厚度，若以氧原子濃度為峰值一半時的深度來評價，約為4.4nm。
接著，將上述基材12在30℃的蝕刻液(鹽酸與硝酸的混合酸)中浸漬5分鐘，使基材12的表面受到蝕刻，之後將其浸漬於容器所儲存的自來水中2次，以將蝕刻液清洗沖掉。圖2(b)表示將該基材表面以輝光放電發光分光分析法分析的結果範例。除了最接近表面附近的氧原子濃度比圖2(a)更低一些，且深度方向的變化比較平緩之外，其他與圖2(a)的濃度分布相同。據此，吾人認為即使利用蝕刻除去鈍態層14，在經過水洗及/或之後保存於空氣中，鈍態層14會再次形成。另外，根據圖2(b)的濃度分布，以與上述相同的方式所求得之鈍態層14的厚度約為6.1nm。
另外，對實施過蝕刻以及水洗的基材用硝酸進行鈍態化處理，將所得到的基材的表面以輝光放電發光分光分析法分析，其結果顯示於圖3(a)以及(b)。圖3(a)係使用10%硝酸水溶液時的結果，圖3(b)係使用30%硝酸水溶液時的結果。圖3(a)以及(b)的濃度分布，均與圖2(a)的濃度分布幾乎相同，經過硝酸的鈍態化處理，表面的鈍態層的組成以及厚度並無變化。另外，根據圖3(a)以及(b)的濃度分布，以與上述相同方式所求得之鈍態層14的厚度分別約為4.5nm以及4.3nm。根據圖2～圖3的結果，形成於本實驗所使用之基材表面上的鈍態層14的厚度，約在4nm～約6nm的範圍內。
金的電鍍包含使用酸性預鍍金電鍍液的預鍍金層電鍍以及使用氰化金電鍍液的主鍍金層電鍍。預鍍金層電鍍，使用氰系、pH0.8、溫度35℃的預鍍金電鍍液[小島化學藥品股份有限公司製K-770，500ml/L(2倍稀釋)]，以電流密度1A/dm2 進行40秒鐘的電解電鍍。該條件所製得之預鍍金層的厚度約為0.01μm。電鍍層的厚度，係在無明顯斷層的情況下，用螢光X射線膜厚計測量的厚度。
在形成比約0.01μm更厚的鍍金層時，於預鍍金層電鍍之後接著進行主鍍金層電鍍。主鍍金層電鍍，使用pH6.3、溫度65℃的氰化金電鍍液(日本高純度化學股份有限公司製Temperesist BL，200g/L，氰化金鉀8.0g/L)，在電流密度0.1A/dm2 下，調整通電時間，以調節主鍍金層的厚度。通電時間4分鐘，便可製得厚度約0.1μm的主鍍金層。
改變上述的條件，製作試料，評價耐蝕性與接觸電阻。各試料的製作條件與評價結果一併列於下述表1。
耐蝕性，係在pH1的硫酸水溶液(80℃)中浸漬1000小時之後以目視觀察表面進行評價。確認鍍金層受到腐蝕的打×，未到腐蝕程度但有變色的打△，未觀察到變色的打○。另外，○係指具有耐得住實際運用的耐蝕性。
接觸電阻，係在將各試料(分隔構件)隔著碳紙用鍍過金的銅板(集電板)以10kgf/cm2 的面壓挾持的狀態下，使用毫歐姆計測量1A的電流流過時的電阻值以進行評價。另外，在使用1W左右的PEFC用燃料電池的情況下，鍍金層的接觸電阻宜在10mΩ‧cm2 以下，更宜在5mΩ‧cm2 以下。
[表1]
若觀察耐蝕實驗前的電阻值，會發現全部的試料的接觸電阻均在5mΩ‧cm2 以下，相當良好。亦即，可知只要鍍金層的厚度至少有0.01μm，便可充分降低接觸電阻。
若觀察耐蝕性，會發現進行過蝕刻之後再實施鍍金的試料2的耐蝕性，比未進行過蝕刻而實施鍍金的試料1的耐蝕性更差。試料1的耐蝕性不夠充分是因為鈍態層與鍍金層的密合性太低的關係。試料2的耐蝕性比試料1低，吾人認為是因為以蝕刻除去鈍態層之後再度生成的鈍態層[圖2(b)]的耐蝕性比在基材表面上預先形成之鈍態層[圖2(a)]的耐蝕性更低的關係。亦即，如參照圖2(a)、(b)所說明的，即使以蝕刻除去鈍態層，經過水洗或在保存中鈍態層會再次形成，該鈍態層的化學安定性，比原本在基材表面上所形成的鈍態層(一般的不銹鋼基材的表面會經過鈍態化處理)更差，該鈍態層的耐蝕性的差異，會從對鍍金層的針孔的腐蝕的耐性差異表現出來。
比較試料4與試料2。試料4的製造步驟，包含在試料2的製造程序中的蝕刻步驟之後，在預鍍金電鍍之前，利用10%硝酸進行的鈍態化處理。亦即，對實施過鍍金的表面實施鈍態化處理。結果，試料4的耐蝕性比試料2更好，但與試料1相同，尚未到達充分的程度。另外，試料4的製造程序係模擬專利文獻2所記載的製造程序者。
另外，試料3與試料2比較可知，當鍍金層的厚度為0.2μm時，其耐蝕性比起試料2(鍍金層的厚度0.1μm)有所改善，但仍無法獲得充分的耐蝕性。
相對於此，試料7～9(實施例)具有充分的耐蝕性，從試料7的結果可知，鍍金層的厚度只要有0.05μm就足夠了。可知該等試料的接觸電阻在耐蝕實驗後幾乎並未增加，具有非常優異的耐蝕性。
另外，根據試料6的結果，可知若鍍金層的厚度在0.01μm以下，耐蝕性較低，鍍金層的厚度宜超過0.01μm。另外，根據試料5的結果可知，10質量%的硝酸水溶液，無法在針孔內部形成不銹鋼的鈍態層，為了用硝酸水溶液在針孔內形成鈍態層，宜使用30質量%以上的硝酸水溶液。測量針孔內的組成的表面分布很困難，無法得到直接的分析結果，然而根據上述的實驗結果，可知若調整鈍態化處理的條件，便可在鍍金層的針孔內，形成十分安定的不銹鋼的鈍態層。
在此，圖4(a)以及(b)分別顯示出用輝光放電發光分光分析法分析試料4與試料8的表面的結果。
若觀察圖4(a)以及(b)的Fe與Cr的濃度分布，可發現在Fe的濃度開始增加之後，Cr才開始增加。亦即，可知在接近表面的地方，形成了實質上不含鉻的鐵氧化物層。此為形成於圖2以及圖3所示之基材表面上的鈍態層在最表層存在含鐵以及鉻的氧化物層的對照。亦即，試料4以及試料8存在鍍金層與不銹鋼基材未隔著不銹鋼的鈍態層而互相接觸的區域。從密合性的觀點來看，鍍金層與不銹鋼基材之間，不存在不銹鋼的鈍態層比較好，至少在部分區域未隔著鈍態層而使鍍金層與不銹鋼基材直接接觸，這樣可以改善密合性。
尤其，如圖4(b)所示的，在進行過蝕刻之後，未進行鈍態化處理，而實施鍍金的試料8，比起如圖4(a)所示的，在進行過蝕刻之後，進行鈍態化處理，並在其後進行鍍金的試料4而言，實質上不含鉻的鐵氧化物層的厚度更厚。這是因為，比起鈍態化處理所形成的鈍態層而言，將鈍態層暫時除去後，經過水洗或在空氣中保存所形成的鈍態層，更容易在酸性的預鍍金電鍍步驟中被除去。另外，在酸性的預鍍金電鍍步驟中，鈍態層不會整個被除去，而是在鈍態層內富含鉻氧化物的部分被除去。
根據以上所述，若進行酸性的預鍍金電鍍，不銹鋼基材表面的鈍態層的富含鉻氧化物的部分至少一部分會被除去。由於鉻氧化物會使其與鍍金層的密合性降低，故藉由將富含鉻氧化物的部分除去，便可改善鍍金層與不銹鋼基材的密合性。尤其，藉由進行蝕刻，將預先形成之鈍態層除去後，再進行預鍍金電鍍，可更有效地除去鉻氧化物。另外，根據各種實驗的結果，亦可知藉由進行蝕刻，便能夠提高基材表面的均勻度，並提高最終所完成之鍍金層的均勻度。
另外，即使鍍金層的厚度在0.3μm以下這麼薄而存在針孔的情況下，由於在鍍金後以既定的條件進行鈍態化處理，而在針孔內所露出之不銹鋼基材的表面上形成鈍態層，故可提高耐蝕性。為了獲得較高的耐蝕性，宜使用30質量%以上的硝酸水溶液。
另外，預鍍金層電鍍以及主鍍金層電鍍亦可用無電解電鍍，惟如在此所例示的，宜使用電解電鍍。尤其，酸性預鍍金層電鍍，除了形成預鍍金層之外，更有除去基底鈍態層之富含鉻部分的作用、效果，因此宜使用電解電鍍。
[產業利用性]
本發明可廣泛運用於燃料電池用分隔構件及其製造方法。
12‧‧‧不銹鋼基材
12a‧‧‧不銹鋼基材的本體部(亦稱不銹鋼基材)
14‧‧‧鈍態層(自然形成者)
16‧‧‧形成於針孔內的鈍態層
20‧‧‧燃料電池用分隔構件
22‧‧‧鍍金層
22a‧‧‧針孔
22s‧‧‧預鍍金層
22sa‧‧‧預鍍金層的針孔
22m‧‧‧主鍍金層
圖1(a)～(e)係用來說明本發明之實施態樣的燃料電池用分隔構件20的製造方法的示意剖面圖。
圖2係不銹鋼基材的濃度分布圖，(a)係市售之不銹鋼(SUS304)基材的濃度分布圖，(b)係表面經過蝕刻以及水洗之後的濃度分布圖。
圖3(a)係經過蝕刻以及水洗之後再用10%硝酸水溶液進行鈍態化處理之後的濃度分布圖，(b)係經過蝕刻以及水洗之後再用30%硝酸水溶液進行鈍態化處理之後的濃度分布圖。
圖4(a)、(b)係分別對應係試料4、試料8的樣本濃度分布圖。
12．．．不銹鋼基材
12a．．．不銹鋼基材的本體部(亦稱不銹鋼基材)
14．．．鈍態層(自然形成者)
16．．．形成於針孔內的鈍態層
20．．．燃料電池用分隔構件
22．．．鍍金層
22a．．．針孔
22s．．．預鍍金層
22sa．．．預鍍金層的針孔
22m．．．主鍍金層

Claims (10)

  1. 一種燃料電池用分隔構件，包含：不銹鋼基材；形成於該不銹鋼基材上且存在針孔的鍍金層；以及形成於該針孔內的不銹鋼的鈍態層；且具有該鍍金層與該不銹鋼基材未隔著不銹鋼的鈍態層而互相接觸的區域。
  2. 如申請專利範圍第1項之燃料電池用分隔構件，其中，該鍍金層與該不銹鋼基材具有隔著實質上不含鉻的鐵氧化物層而互相接觸的區域。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之燃料電池用分隔構件，其中，該鈍態層的厚度在4nm以上。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之燃料電池用分隔構件，其中，該鍍金層的厚度在0.3μm以下。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之燃料電池用分隔構件，其中，該鍍金層的接觸電阻在10mΩ‧cm2 以下。
  6. 一種燃料電池用分隔構件的製造方法，包含：準備不銹鋼基材的步驟a；在該步驟a之後，於該不銹鋼基材的表面上，使用酸性的預鍍金電鍍液形成預鍍金層的步驟b；在該步驟b之後，於該預鍍金層之上形成鍍金層的步驟c；以及在該步驟c之後，當該鍍金層存在針孔時，以可在該針孔內形成不銹鋼的鈍態層的條件，進行鈍態化處理的步驟d。
  7. 如申請專利範圍第6項之燃料電池用分隔構件的製造方法，其中，該步驟d係使用30%以上濃度的硝酸進行。
  8. 如申請專利範圍第6或7項之燃料電池用分隔構件的製造方法，其中，更包含在該步驟a之後且該步驟b之前對該不銹鋼基材的表 面進行蝕刻的步驟。
  9. 如申請專利範圍第6或7項之燃料電池用分隔構件的製造方法，其中，在該步驟c中所形成之鍍金層存在針孔，在該步驟d中於該針孔內形成不銹鋼的鈍態層。
  10. 一種燃料電池用分隔構件，其係利用申請專利範圍第6至9項中任一項之燃料電池用分隔構件的製造方法所製造。
TW100137914A 2010-10-20 2011-10-19 燃料電池用分隔構件及其製造方法 TWI489679B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010235262 2010-10-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201232892A TW201232892A (en) 2012-08-01
TWI489679B true TWI489679B (zh) 2015-06-21

Family

ID=45975146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100137914A TWI489679B (zh) 2010-10-20 2011-10-19 燃料電池用分隔構件及其製造方法

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP5133466B2 (zh)
KR (1) KR101266096B1 (zh)
CN (1) CN103069629B (zh)
TW (1) TWI489679B (zh)
WO (1) WO2012053431A1 (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160380275A1 (en) * 2014-12-11 2016-12-29 Hamilton Sundstrand Space Systems International, Inc. Multi-voltage fuel cell
JP6574568B2 (ja) * 2014-12-12 2019-09-11 東洋鋼鈑株式会社 金属めっき被覆ステンレス材の製造方法
JP6628585B2 (ja) * 2014-12-12 2020-01-08 東洋鋼鈑株式会社 金属めっき被覆ステンレス材の製造方法
WO2016093145A1 (ja) 2014-12-12 2016-06-16 東洋鋼鈑株式会社 金属めっき被覆ステンレス材の製造方法
MX2017013061A (es) * 2015-04-14 2017-12-08 Jfe Steel Corp Lamina de metal para separadores de celdas de combustible de electrolito de polimero.
JP6587848B2 (ja) * 2015-07-09 2019-10-09 東洋鋼鈑株式会社 燃料電池用通電部材、燃料電池セル、燃料電池スタック、及び燃料電池用通電部材の製造方法
CN105436645A (zh) * 2015-12-07 2016-03-30 天津平高智能电气有限公司 一种用于真空开关装配的钎焊方法
CN108456900B (zh) * 2017-01-23 2022-03-04 日东电工株式会社 配线电路基板的制造方法
KR102326043B1 (ko) * 2019-12-19 2021-11-15 주식회사 포스코 내식성이 우수한 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강
JP7484760B2 (ja) * 2021-02-10 2024-05-16 トヨタ自動車株式会社 セパレータの製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007323988A (ja) * 2006-06-01 2007-12-13 Daido Steel Co Ltd 燃料電池用金属セパレータ、燃料電池用金属セパレータの製造方法及び燃料電池
JP2009140789A (ja) * 2007-12-07 2009-06-25 Toyota Motor Corp 燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータ

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4093743B2 (ja) * 2001-10-17 2008-06-04 日新製鋼株式会社 低温型燃料電池用セパレータ
JP2005302669A (ja) * 2004-04-16 2005-10-27 Nippon Light Metal Co Ltd 燃料電池用アルミ製セパレータの製造方法
JP5292578B2 (ja) * 2007-09-04 2013-09-18 国立大学法人山梨大学 燃料電池用金属セパレータ、燃料電池用金属セパレータの製造方法、及び燃料電池

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007323988A (ja) * 2006-06-01 2007-12-13 Daido Steel Co Ltd 燃料電池用金属セパレータ、燃料電池用金属セパレータの製造方法及び燃料電池
JP2009140789A (ja) * 2007-12-07 2009-06-25 Toyota Motor Corp 燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータ

Also Published As

Publication number Publication date
TW201232892A (en) 2012-08-01
KR20130032403A (ko) 2013-04-01
WO2012053431A1 (ja) 2012-04-26
CN103069629B (zh) 2014-02-26
JPWO2012053431A1 (ja) 2014-02-24
CN103069629A (zh) 2013-04-24
KR101266096B1 (ko) 2013-05-27
JP5133466B2 (ja) 2013-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI489679B (zh) 燃料電池用分隔構件及其製造方法
TWI515336B (zh) 燃料電池隔板用不鏽鋼的製造方法、燃料電池隔板用不鏽鋼、燃料電池隔板以及燃料電池
US8815471B2 (en) Method of manufacturing fuel cell separator, fuel cell separator and fuel cell, including gold plating
US20100151358A1 (en) Method for manufacturing fuel cell separator, fuel cell separator and fuel cell
KR20140034181A (ko) 스테인레스 강의 판 또는 시트의 표면 콘디셔닝 및 표면 상에 층의 도포 방법, 그 방법에 의해 만들어진 인터커넥트 판 및 연료 전지 스택에서의 인터커넥트 판의 사용
Wang et al. The study of electroplating trivalent CrC alloy coatings with different current densities on stainless steel 304 as bipolar plate of proton exchange membrane fuel cells
KR102102608B1 (ko) 고분자 연료전지 분리판용 스테인리스강 제조 방법
JPWO2005124910A1 (ja) オーステナイト系ステンレス鋼を基材とする燃料電池用セパレータ
JP5192908B2 (ja) 燃料電池セパレータ用チタン基材、および、燃料電池セパレータ、ならびに燃料電池セパレータの製造方法
JP2011038166A (ja) 燃料電池用通電部材およびその製造方法
CA2652497C (en) Metal member having precious metal plating and manufacturing method of that metal member
CN103931034A (zh) 燃料电池用集电板及其制造方法
KR101320740B1 (ko) 연료 전지용 세퍼레이터 재료, 그것을 사용한 연료 전지 스택
JP2004139951A (ja) 燃料電池用セパレータおよびその製造方法
CN102817033B (zh) 不锈钢的表面合金化
JP5419816B2 (ja) 燃料電池用セパレータ材料、それを用いた燃料電池用セパレータ及び燃料電池スタック
JP2011243327A (ja) セパレータの製造方法およびその製造方法によって製造されたセパレータを用いた固体高分子型燃料電池
US7985487B2 (en) Corrosion resistant conductive parts
US10256478B2 (en) Stainless steel sheet for separator of polymer electrolyte fuel cell
JP6102414B2 (ja) 燃料電池用セパレータおよびその製造方法
KR20110018058A (ko) 연료 전지용 분리판 및 그 제조 방법
JP5277048B2 (ja) 燃料電池用セパレータの製造方法
JP2003272653A (ja) 燃料電池用金属製セパレータ及びその製造方法
JP2023122178A (ja) 燃料電池用セパレータの製造方法
JP2024121037A (ja) 電極部材とその製造方法