WO2017170066A1 - Cell for solid polymer fuel cell, and solid polymer fuel cell stack - Google Patents

Cell for solid polymer fuel cell, and solid polymer fuel cell stack Download PDF

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Abstract

A cell 10 for a solid polymer fuel cell and equipped with an anode-side cell constituent member 11 and a cathode-side cell constituent member 12, wherein: the anode-side cell constituent member 11 comprises a ferritic stainless steel material, and the cathode-side cell constituent member 12 comprises a stainless steel material; the ferritic stainless steel material which constitutes the anode-side cell constituent member 11 has a chemical composition in which the Sn content is 0.02-2.50%, by mass%, and has a precipitate therein which contains a finely dispersed and precipitated M2B boride; part of the precipitate projects from the surface of the ferritic stainless steel material; and the stainless steel material constituting the cathode-side cell constituent member 12 has a chemical composition in which the Sn content is less than 0.02%, by mass%.

Description

固体高分子形燃料電池用セルおよび固体高分子形燃料電池スタックPolymer polymer fuel cell and polymer electrolyte fuel cell stack
 本発明は、固体高分子形燃料電池用セルおよび固体高分子形燃料電池スタックに関する。 The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell and a polymer electrolyte fuel cell stack.
 燃料電池は、水素および酸素を利用して直流電流を発電する電池であり、固体電解質形、溶融炭酸塩形、リン酸形および固体高分子形に大別される。それぞれの形式は、燃料電池の根幹部分を構成する電解質部分の構成材料に由来する。 Fuel cells are cells that generate direct current using hydrogen and oxygen, and are roughly classified into solid electrolyte type, molten carbonate type, phosphoric acid type, and solid polymer type. Each type is derived from the constituent material of the electrolyte part constituting the basic part of the fuel cell.
 現在、商用段階に達している燃料電池としては、200℃付近で動作するリン酸形、および650℃付近で動作する溶融炭酸塩形がある。近年の技術開発の進展とともに、室温付近で動作する固体高分子形と、700℃以上で動作する固体電解質形が、自動車搭載用または家庭用小型電源として注目されている。 Currently, fuel cells that have reached the commercial stage include a phosphoric acid type operating near 200 ° C. and a molten carbonate type operating near 650 ° C. With the progress of recent technological development, solid polymer type that operates near room temperature and solid electrolyte type that operates at 700 ° C. or more are attracting attention as compact power supplies for automobiles or home use.
 図1は、固体高分子形燃料電池の構造を示す説明図であり、図1(a)は、燃料電池セル(単セル)の分解図、図1(b)は燃料電池スタックの斜視図である。 FIG. 1 is an explanatory view showing the structure of a solid polymer fuel cell, FIG. 1 (a) is an exploded view of a fuel cell (single cell), and FIG. 1 (b) is a perspective view of a fuel cell stack. is there.
 図1(a)および図1(b)に示すように、燃料電池スタック1は単セルの集合体である。単セルは、図1(a)に示すように固体高分子膜2の1面に燃料電極膜(アノード)3を、他面には酸化剤電極膜(カソード)4が積層され、その両面にセパレータ5a、5bが重ねられた構造を有する。 As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the fuel cell stack 1 is an assembly of single cells. In the single cell, as shown in FIG. 1A, a fuel electrode film (anode) 3 is laminated on one surface of a solid polymer film 2, and an oxidant electrode film (cathode) 4 is laminated on the other surface. The separators 5a and 5b are stacked.
 代表的な固体高分子膜2として、水素イオン(プロトン)交換基を有するフッ素系イオン交換樹脂膜がある。 As a typical solid polymer membrane 2, there is a fluorine ion exchange resin membrane having a hydrogen ion (proton) exchange group.
 燃料電極膜3および酸化剤電極膜4は、それぞれ、拡散層と、該拡散層の固体高分子膜2側の表面に設けられる触媒層とを備える。拡散層は、カーボン繊維で構成されるカーボンペーパまたはカーボンクロスからなり、触媒層は、粒子状の白金触媒、黒鉛粉、水素イオン(プロトン)交換基を有するフッ素樹脂からなる。そして、燃料電極膜3および酸化剤電極膜4が有する触媒層は、拡散層を透過した燃料ガスまたは酸化性ガスとそれぞれ接触する。 The fuel electrode film 3 and the oxidant electrode film 4 each include a diffusion layer and a catalyst layer provided on the surface of the diffusion layer on the solid polymer film 2 side. The diffusion layer is made of carbon paper or carbon cloth composed of carbon fibers, and the catalyst layer is made of a particulate platinum catalyst, graphite powder, and a fluororesin having hydrogen ion (proton) exchange groups. The catalyst layers of the fuel electrode film 3 and the oxidant electrode film 4 are in contact with the fuel gas or the oxidizing gas that has permeated the diffusion layer.
 セパレータ5aに設けられている流路6aから燃料ガス(水素または水素含有ガス)Aが流されて燃料電極膜3に水素が供給される。また、セパレータ5bに設けられている流路6bからは空気のような酸化性ガスBが流され、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。 A fuel gas (hydrogen or hydrogen-containing gas) A is flowed from a flow path 6 a provided in the separator 5 a and hydrogen is supplied to the fuel electrode film 3. Further, an oxidizing gas B such as air is flowed from the flow path 6b provided in the separator 5b, and oxygen is supplied. The supply of these gases causes an electrochemical reaction to generate DC power.
 固体高分子形燃料電池セパレータに求められる機能は、(1)燃料極側で、燃料ガスを面内均一に供給する“流路”としての機能、(2)カソード側で生成した水を、燃料電池より反応後の空気、酸素といったキャリアガスとともに効率的に系外に排出させる“流路”としての機能、(3)長時間にわたって電極として低電気的接触抵抗、良電導性を維持する単セル間の電気的“コネクタ”としての機能、および(4)隣り合うセルで一方のセルのアノード室と隣接するセルのカソード室との“隔壁”としての機能などである。 The functions required of the polymer electrolyte fuel cell separator are (1) a function as a “flow path” for uniformly supplying fuel gas in the surface on the fuel electrode side, and (2) water generated on the cathode side as fuel. Functions as a "flow path" that efficiently discharges the battery together with carrier gas such as air and oxygen after reaction from the battery, and (3) a single cell that maintains low electrical contact resistance and good electrical conductivity as an electrode over a long period of time A function as an electrical “connector” between them, and (4) a function as a “partition wall” between an anode chamber of one cell and a cathode chamber of an adjacent cell in adjacent cells.
 これまで上記の機能を発揮するセパレータの基材について、種々の研究がなされてきた。セパレータに用いられる材料は、金属系材料とカーボン系材料とに大別される。 So far, various studies have been made on the base material of the separator that exhibits the above functions. Materials used for the separator are roughly divided into metal-based materials and carbon-based materials.
 カーボン系材料として、カーボン板材のセパレータへの適用が、実験室レベルで鋭意検討されてきている。しかしながら、カーボン板材には割れ易いという問題があり、さらに表面を平坦にするための機械加工コストおよびガス流路形成のための機械加工コストが非常に嵩むという問題がある。それぞれが大きな問題であり、燃料電池の商用化そのものを難しくしてきたのが実情である。 As a carbon-based material, the application of carbon plate materials to separators has been intensively studied at the laboratory level. However, the carbon plate material has a problem that it is easily broken, and further has a problem that the machining cost for flattening the surface and the machining cost for forming the gas flow path are very high. Each of these is a major problem, and it has been difficult to commercialize fuel cells.
 カーボンの中でも、熱膨張性黒鉛加工品は格段に安価であることから、固体高分子形燃料電池セパレータ用素材として最も注目されている。しかし、ますます厳しくなる寸法精度への対応、燃料電池適用中に生じる経年的な結着用有機樹脂の劣化、電池運転条件の影響を受けて進行するカーボン腐食、および燃料電池組み立て時と使用中とに起こる予期せぬ割れ事故等の問題も、今後に解決すべき課題として残されている。 Among the carbons, the thermally expansive graphite processed product is remarkably inexpensive, and is thus attracting the most attention as a material for polymer electrolyte fuel cell separators. However, it is necessary to deal with stricter dimensional accuracy, deterioration of organic resin with age, which occurs during the application of fuel cells, carbon corrosion that progresses under the influence of battery operating conditions, and when fuel cells are assembled and in use. Problems such as unexpected cracking accidents that occur in Japan are still issues to be solved.
 こうした黒鉛系素材の適用の検討に対峙する動きとして、コスト削減を目的に、セパレータにステンレス鋼を適用する試みが開始されている。 As an attempt to examine the application of graphite-based materials, attempts have been made to apply stainless steel to separators for the purpose of cost reduction.
 例えば、特許文献1には、金属製部材からなり、単位電池の電極との接触面に直接金めっきを施した燃料電池用セパレータが開示されている。金属製部材として、ステンレス鋼、アルミニウムおよびニッケル-鉄合金が挙げられており、ステンレス鋼としては、SUS304が用いられている。 For example, Patent Document 1 discloses a fuel cell separator made of a metal member and directly plated with gold on a contact surface with an electrode of a unit cell. Examples of the metal member include stainless steel, aluminum, and nickel-iron alloy, and SUS304 is used as the stainless steel.
 特許文献1に記載の発明では、セパレータは金めっきを施されているので、セパレータと電極との接触抵抗が低下し、セパレータから電極への電子の導通が良好となるため、燃料電池の出力電圧が大きくなるとされている。 In the invention described in Patent Document 1, since the separator is gold-plated, the contact resistance between the separator and the electrode is reduced, and conduction of electrons from the separator to the electrode is improved. Is supposed to grow.
 また、特許文献2には、表面に形成される不動態皮膜が大気により容易に生成される金属材料からなるセパレータが用いられている固体高分子形燃料電池が開示されている。金属材料としてステンレス鋼とチタン合金が挙げられている。 Further, Patent Document 2 discloses a polymer electrolyte fuel cell in which a separator made of a metal material in which a passive film formed on the surface is easily generated by the atmosphere is used. Stainless steel and titanium alloy are mentioned as metal materials.
 特許文献2に記載の発明では、セパレータに用いられる金属の表面には、必ず不動態皮膜が存在しており、金属の表面が化学的に侵され難くなって燃料電池セルで生成された水がイオン化される度合いが低減され、燃料電池セルの電気化学反応度の低下が抑制されるとされている。また、セパレータの電極膜等に接触する部分の不動態皮膜を除去し、貴金属層を形成することにより、表面接触抵抗値が小さくなるとされている。 In the invention described in Patent Document 2, there is always a passive film on the surface of the metal used for the separator, and the water generated in the fuel cell is less likely to be chemically attacked by the metal surface. It is said that the degree of ionization is reduced and the decrease in the electrochemical reactivity of the fuel cell is suppressed. Further, it is said that the surface contact resistance value is reduced by removing the passive film at the portion in contact with the electrode film of the separator and forming a noble metal layer.
 しかし、特許文献1および2に開示された、表面に不動態皮膜を備えるステンレス鋼のような金属材料をそのままセパレータに用いても、耐食性が十分でなく金属の溶出が起こり、溶出金属イオンにより担持触媒性能が劣化する。また、溶出後に生成するCr-OHまたはFe-OHのような腐食生成物により、セパレータの接触抵抗が増加するため、金属材料からなるセパレータには、コストを度外視した金めっき等の貴金属めっきが施されているのが現状である。 However, even if a metal material such as stainless steel having a passive film on the surface as disclosed in Patent Documents 1 and 2 is used as it is for a separator, corrosion resistance is not sufficient and metal elution occurs and is supported by eluted metal ions. Catalyst performance deteriorates. In addition, since the contact resistance of the separator is increased by corrosion products such as Cr—OH or Fe—OH generated after elution, the separator made of a metal material is subjected to precious metal plating such as gold plating that is not costly. This is the current situation.
 このような状況の下、セパレータとして、高価な表面処理を施さずに無垢のままで適用できる、耐食性に優れたステンレス鋼も提案されている。 Under such circumstances, stainless steel having excellent corrosion resistance that can be applied as a separator without being subjected to expensive surface treatment has been proposed.
 特許文献3には、固体電解質型燃料電池のセパレータとして好適なステンレス鋼が開示されている。また、特許文献4および5には、フェライト系ステンレス鋼からなるセパレータを備えた固体高分子形燃料電池が開示されている。 Patent Document 3 discloses stainless steel suitable as a separator for a solid oxide fuel cell. Patent Documents 4 and 5 disclose a polymer electrolyte fuel cell including a separator made of ferritic stainless steel.
 特許文献6には、鋼中に0.01~0.15質量%のCを含有し、Cr系炭化物が析出した固体高分子形燃料電池のセパレータ用フェライト系ステンレス鋼およびこれを適用した固体高分子形燃料電池が開示されている。特許文献7には、鋼中に0.015~0.2%のCを含有し、Niを7~50%含有する、Cr系炭化物を析出する固体高分子形燃料電池のセパレータ用オーステナイト系ステンレス鋼が示されている。 Patent Document 6 discloses a ferritic stainless steel for a separator of a polymer electrolyte fuel cell containing 0.01 to 0.15% by mass of C in the steel and depositing Cr-based carbides, and a solid high A molecular fuel cell is disclosed. Patent Document 7 discloses an austenitic stainless steel for a separator of a polymer electrolyte fuel cell containing 0.015 to 0.2% C and 7 to 50% Ni and depositing Cr carbide in steel. Steel is shown.
 特許文献8には、ステンレス鋼表面に、導電性を有するM23型、MC型、MC型、MC型炭化物系金属介在物およびMB型硼化物系介在物のうちの1種以上が分散、露出している固体高分子形燃料電池のセパレータ用ステンレス鋼が開示されており、質量%で、C:0.15%以下、Si:0.01~1.5%、Mn:0.01~1.5%、P:0.04%以下、S:0.01%以下、Cr:15~36%、Al:0.001~6%、N:0.035%以下を含有し、かつCr、MoおよびB含有量が17%≦Cr+3×Mo-2.5×Bを満足し、残部Feおよび不可避不純物からなるフェライト系ステンレス鋼が記載されている。 Patent Document 8 discloses that among M 23 C 6 type, M 4 C type, M 2 C type, MC type carbide metal inclusions and M 2 B type boride inclusions having conductivity on a stainless steel surface. Stainless steel for separators of polymer electrolyte fuel cells in which one or more of the above are dispersed and exposed is disclosed, and by mass%, C: 0.15% or less, Si: 0.01 to 1.5% , Mn: 0.01 to 1.5%, P: 0.04% or less, S: 0.01% or less, Cr: 15 to 36%, Al: 0.001 to 6%, N: 0.035% A ferritic stainless steel is described that contains the following, the Cr, Mo, and B contents satisfying 17% ≦ Cr + 3 × Mo−2.5 × B, and the balance being Fe and inevitable impurities.
 特許文献9には、ステンレス鋼材の表面を酸性水溶液により腐食させて、その表面に導電性を有するM23型、MC型、MC型、MC型炭化物系金属介在物およびMB型硼化物系金属介在物のうちの1種以上を露出させる固体高分子形燃料電池のセパレータ用ステンレス鋼材の製造方法が示されており、質量%で、C:0.15%以下、Si:0.01~1.5%、Mn:0.01~1.5%、P:0.04%以下、S:0.01%以下、Cr:15~36%、Al:0.001~1%、B:0~3.5%、N:0.035%以下、Ni:0~5%、Mo:0~7%、Cu:0~1%、Ti:0~25×(C%+N%)、Nb:0~25×(C%+N%)を含有し、かつCr、MoおよびB含有量は17%≦Cr+3×Mo-2.5×Bを満足しており、残部Feおよび不純物からなるフェライト系ステンレス鋼材が開示されている。 Patent Document 9, the surface of the stainless steel by corrosion by the acidic aqueous solution, M 23 C 6 type having conductivity in its surface, M 4 C type, M 2 C type, MC type carbide-based metal inclusions and M 2 shows a method for producing a stainless steel material for a separator of a polymer electrolyte fuel cell in which one or more of B-type boride-based metal inclusions are exposed, and in mass%, C: 0.15% or less, Si: 0.01 to 1.5%, Mn: 0.01 to 1.5%, P: 0.04% or less, S: 0.01% or less, Cr: 15 to 36%, Al: 0.001 ~ 1%, B: 0 ~ 3.5%, N: 0.035% or less, Ni: 0 ~ 5%, Mo: 0 ~ 7%, Cu: 0 ~ 1%, Ti: 0 ~ 25 × (C % + N%), Nb: 0 to 25 × (C% + N%), and the content of Cr, Mo and B is 17% ≦ Cr + 3 × Mo− Has satisfied .5 × B, ferritic stainless steel is disclosed that the balance Fe and impurities.
 さらに、特許文献10には、表面にMB型の硼化物系金属化合物が露出しており、かつ、アノード面積およびカソード面積をそれぞれ1としたとき、アノードがセパレータと直接接触する面積、およびカソードがセパレータと直接接触する面積のいずれもが0.3から0.7までの割合である固体高分子形燃料電池が示されており、ステンレス鋼表面に、導電性を有するM23型、MC型、MC型、MC型炭化物系金属介在物およびMB型硼化物系介在物のうちの1種以上が露出しているステンレス鋼が開示されている。 Further, Patent Document 10 discloses that an M 2 B type boride-based metal compound is exposed on the surface, and when the anode area and the cathode area are each 1, the area where the anode is in direct contact with the separator, and A solid polymer fuel cell is shown in which the area where the cathode is in direct contact with the separator is from 0.3 to 0.7, and M 23 C 6 type having conductivity on the stainless steel surface. , M 4 C type, M 2 C type, MC type carbide based metal inclusions and M 2 B type boride type inclusions are disclosed.
 特許文献10には、セパレータを構成するステンレス鋼が、質量%で、C:0.15%以下、Si:0.01~1.5%、Mn:0.01~1.5%、P:0.04%以下、S:0.01%以下、Cr:15~36%、Al:0.2%以下、B:3.5%以下(ただし0%を除く)、N:0.035%以下、Ni:5%以下、Mo:7%以下、W:4%以下、V:0.2%以下、Cu:1%以下、Ti:25×(C%+N%)以下、Nb:25×(C%+N%)以下で、かつCr、MoおよびBの含有量が、17%≦Cr+3×Mo-2.5×Bを満足するフェライト系ステンレス鋼材であることが示されている。 In Patent Document 10, stainless steel constituting the separator is, by mass%, C: 0.15% or less, Si: 0.01 to 1.5%, Mn: 0.01 to 1.5%, P: 0.04% or less, S: 0.01% or less, Cr: 15 to 36%, Al: 0.2% or less, B: 3.5% or less (excluding 0%), N: 0.035% Hereinafter, Ni: 5% or less, Mo: 7% or less, W: 4% or less, V: 0.2% or less, Cu: 1% or less, Ti: 25 × (C% + N%) or less, Nb: 25 × It is shown that it is a ferritic stainless steel material that is (C% + N%) or less and the content of Cr, Mo, and B satisfies 17% ≦ Cr + 3 × Mo−2.5 × B.
 そして、特許文献11~15には、表面にMB型の硼化物系導電性金属析出物が露出するオーステナイト系ステンレスクラッド鋼材およびその製造方法が開示されている。 Patent Documents 11 to 15 disclose an austenitic stainless clad steel material in which M 2 B type boride conductive metal deposits are exposed on the surface and a method for manufacturing the same.
 特許文献16には、C:0.08%以下、Si:0.01~1.5%、Mn:0.01~1.5%、P:0.035%以下、S:0.01%以下、Cr:17~36%、Al:0.001~0.2%、B:0.0005~3.5%、N:0.035%以下、必要によりNi、Mo、Cuを含有し、かつCr、MoおよびB含有量は17%≦Cr+3Mo-2.5Bを満足し、残部Feおよび不純物からなる化学組成を有し、鋼中のBがMB型硼化物系金属介在物として析出しているフェライト系ステンレス鋼からなるセパレータを備える燃料電池が開示されている。 In Patent Document 16, C: 0.08% or less, Si: 0.01 to 1.5%, Mn: 0.01 to 1.5%, P: 0.035% or less, S: 0.01% Hereinafter, Cr: 17 to 36%, Al: 0.001 to 0.2%, B: 0.0005 to 3.5%, N: 0.035% or less, containing Ni, Mo, Cu if necessary, And the Cr, Mo, and B contents satisfy 17% ≦ Cr + 3Mo−2.5B, the chemical composition is composed of the balance Fe and impurities, and B in the steel precipitates as M 2 B type boride-based metal inclusions. A fuel cell comprising a separator made of ferritic stainless steel is disclosed.
 特許文献17には、例えば、C:0.2%以下、Si:2%以下、Mn:3%以下、Al:0.001%以上6%以下、P:0.06%以下、S:0.03%以下、N:0.4%以下、Cr:15%以上30%以下、Ni:6%以上50%以下、B:0.1%以上3.5%以下、残部Feおよび不純物を含有する化学組成を有し、MB型硼化物系金属介在物からなる導電性物質を備える固体高分子形燃料電池のセパレータ用オーステナイト系ステンレス鋼材が開示されている。 In Patent Document 17, for example, C: 0.2% or less, Si: 2% or less, Mn: 3% or less, Al: 0.001% or more and 6% or less, P: 0.06% or less, S: 0 0.03% or less, N: 0.4% or less, Cr: 15% to 30%, Ni: 6% to 50%, B: 0.1% to 3.5%, balance Fe and impurities An austenitic stainless steel material for a separator of a polymer electrolyte fuel cell having a chemical composition and having a conductive material made of M 2 B type boride metal inclusions is disclosed.
 特許文献18には、C:0.02%以下、Si:0.15%以下、Mn:0.3~1%、P:0.04%以下、S:0.003%以下、Cr:20~25%、Mo:0.5~2%、Al:0.1%以下、N:0.02%以下、Nb:0.001~0.5%、かつ2.5<Mn/(Si+Al)<8.0を含有し、任意元素として、Ti:0.5%以下、V:0.5%以下、Ni:2%以下、Cu:1%以下、Sn:1%以下、B:0.005%以下、Mg:0.005%以下、Ca:0.005%以下、W:1%以下、Co:1%以下、Sb:0.5%以下の1種以上を含有し、残部Feおよび不純物からなる化学組成を有し、高温で良好な電気伝導性を有する酸化皮膜が形成されたフェライト系ステンレス鋼板が開示されている。 In Patent Document 18, C: 0.02% or less, Si: 0.15% or less, Mn: 0.3 to 1%, P: 0.04% or less, S: 0.003% or less, Cr: 20 -25%, Mo: 0.5-2%, Al: 0.1% or less, N: 0.02% or less, Nb: 0.001-0.5%, and 2.5 <Mn / (Si + Al) <8.0 is contained, and as optional elements, Ti: 0.5% or less, V: 0.5% or less, Ni: 2% or less, Cu: 1% or less, Sn: 1% or less, B: 0.0. 005% or less, Mg: 0.005% or less, Ca: 0.005% or less, W: 1% or less, Co: 1% or less, Sb: 0.5% or less, and the balance Fe and A ferritic stainless steel sheet having a chemical composition comprising impurities and having an oxide film having good electrical conductivity at high temperatures is disclosed.
 特許文献19には、C:0.001~0.03%、Si:0.01~2%、Mn:0.01~1.5%、P:0.005~0.05%、S:0.0001~0.01%、Cr:16~30%、N:0.001~0.03%、Al:0.8%超~3%、Sn:0.01~1%、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有し、微量のSnを添加して耐酸化性と高温強度を向上させたフェライト系ステンレス鋼板が開示されている。 In Patent Document 19, C: 0.001 to 0.03%, Si: 0.01 to 2%, Mn: 0.01 to 1.5%, P: 0.005 to 0.05%, S: 0.0001 to 0.01%, Cr: 16 to 30%, N: 0.001 to 0.03%, Al: more than 0.8% to 3%, Sn: 0.01 to 1%, the balance being Fe And a ferritic stainless steel sheet having a chemical composition comprising impurities and having a small amount of Sn added to improve oxidation resistance and high-temperature strength.
 特許文献20には、C:0.01%以下、Si:0.01~0.20%、Mn:0.01~0.30%、P:0.04%以下、S:0.01%以下、Cr:13~22%、N:0.001~0.020%、Ti:0.05~0.35%、Al:0.005~0.050%、Sn:0.001~1%、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有し、Snを含有することにより不動態皮膜を改質して耐食性を向上させたフェライト系ステンレス鋼が開示されている。 In Patent Document 20, C: 0.01% or less, Si: 0.01 to 0.20%, Mn: 0.01 to 0.30%, P: 0.04% or less, S: 0.01% Hereinafter, Cr: 13 to 22%, N: 0.001 to 0.020%, Ti: 0.05 to 0.35%, Al: 0.005 to 0.050%, Sn: 0.001 to 1% Also disclosed is a ferritic stainless steel having a chemical composition consisting of Fe and impurities in the balance and containing Sn to improve the corrosion resistance by modifying the passive film.
 しかし、これら多数の提案にもかかわらず、固体高分子形燃料電池セパレータ用素材としてステンレス鋼を適用することには、休止後の固体高分子形燃料電池を起動する際に生じるカソード極側触媒担持カーボンの腐食という大きな課題が残されている。 However, in spite of these many proposals, the application of stainless steel as the material for the polymer electrolyte fuel cell separator requires that the cathode electrode side catalyst support be generated when starting the polymer electrolyte fuel cell after the suspension. The major issue of carbon corrosion remains.
 具体的には、起動時に、酸化性ガス(空気)がアノード極側に充満している状態で燃料ガスである水素ガスをアノード極側に導入すると、アノード極側とカソード極側で非定常な過渡的現象が発生する。この過度的現象は、カソード極側に瞬間的なセルの電位上昇が発生してカソード極側触媒担持カーボンが消耗する現象である。カソード極側触媒担持カーボンの消耗は、不可避に触媒機能の低下を引き起こす。 Specifically, when hydrogen gas, which is a fuel gas, is introduced to the anode electrode side in a state where the oxidizing gas (air) is filled on the anode electrode side at the time of startup, the anode electrode side and the cathode electrode side are unsteady. Transient phenomena occur. This excessive phenomenon is a phenomenon in which an instantaneous cell potential rise occurs on the cathode electrode side, and the cathode electrode-supported carbon is consumed. Consumption of the cathode electrode side catalyst-supporting carbon inevitably causes a decrease in catalyst function.
 これまで、この対策として、アノード極側の内容積を小さくしてガス置換時間を短くしたり、短時間でガス置換が進行するように起動時の燃料ガス(水素)の流量を多めにしたり、流路設計を工夫することが行われてきた。また、燃料ガス(水素)を加圧した状態でアノード極側に導入することも行われている。 To date, as a countermeasure, the anode volume side volume is reduced to shorten the gas replacement time, or the fuel gas (hydrogen) flow rate at startup is increased so that the gas replacement proceeds in a short time. Devising the channel design has been done. Further, introduction of fuel gas (hydrogen) into the anode electrode side in a pressurized state is also performed.
 さらに、アノード極側とカソード極側を短絡する抵抗器をセル毎に設置することも行われているが、セル数が多くなるとシステム制御が大掛かりになり、燃料電池システムを高価なものにするとともに電池効率を落とす原因になる。 In addition, a resistor that short-circuits the anode and cathode sides is also installed for each cell. However, as the number of cells increases, system control becomes significant, making the fuel cell system expensive. It causes the battery efficiency to drop.
 このように、固体高分子形燃料電池の起動時におけるカソード極側触媒担持カーボンの消耗は、固体高分子形燃料電池の長期耐久性の確保と性能低下の軽減を図るために、大きな課題である。 As described above, the consumption of the cathode-supported catalyst-supporting carbon at the time of starting the polymer electrolyte fuel cell is a big issue in order to ensure the long-term durability of the polymer electrolyte fuel cell and reduce the performance degradation. .
 特許文献21には、固体高分子形燃料電池のセルの内部、アノード流れ場プレートとアノード触媒層との間にガス感知層を介挿する発明が開示されている。ガス感知層は、例えば、約30ナノメートル未満の半導体酸化物ナノ構造体を含む。半導体酸化物ナノ構造体は、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、およびこれらの組み合わせから構成される。ガス感知層は、水素ガスに接触するときには電気抵抗が減少し、酸素含有ガスに接触するときには電気抵抗が増加して、アノードチャンネル内にOが残留しているときの腐食からセルを保護する。 Patent Document 21 discloses an invention in which a gas sensing layer is interposed inside a cell of a polymer electrolyte fuel cell, between an anode flow field plate and an anode catalyst layer. The gas sensing layer includes, for example, semiconductor oxide nanostructures less than about 30 nanometers. The semiconductor oxide nanostructure is composed of titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, zirconium oxide, and combinations thereof. The gas sensing layer reduces electrical resistance when contacted with hydrogen gas and increases electrical resistance when contacted with oxygen-containing gas to protect the cell from corrosion when O 2 remains in the anode channel. .
 すなわち、固体高分子形燃料電池の起動時で、アノードにまだ酸素が残っているときには、酸素と接触するガス感知層の電気抵抗は高く、この部位の電池反応が抑制されて電極劣化をもたらす電気化学反応が抑制される。 That is, when oxygen is still present in the anode when the polymer electrolyte fuel cell is started, the electric resistance of the gas sensing layer in contact with oxygen is high, and the cell reaction at this site is suppressed, leading to electrode deterioration. Chemical reaction is suppressed.
 その後、水素が流れ続けてアノードから空気が追い出されると、ガス感知層が水素に接触して電気抵抗が低下して本来の電池反応が進行するようになる。換言すれば、ガス感知層が、ガス拡散層、高分子膜ならびに触媒層から構成されるMEA(Membrane Electrode Assembly)を介してのアノードおよびカソード間の誘導電圧により引き起こされる電池性能の低下をもたらす電気化学反応を抑制する。 After that, when hydrogen continues to flow and air is expelled from the anode, the gas sensing layer comes into contact with hydrogen and the electric resistance decreases, and the original cell reaction proceeds. In other words, the gas sensing layer has an electrical property that causes a decrease in battery performance caused by an induced voltage between the anode and the cathode through an MEA (Membrane Electrode Assembly) composed of a gas diffusion layer, a polymer film, and a catalyst layer. Suppress chemical reactions.
 特許文献21には、さらに、酸化スズとしてSnOが開示され、酸化チタンとしてTiOナノチューブが開示されている。ガス感知層を形成する方法としては、ガス拡散層またはバイポーラ板の上へのコーティングと付着力を改善するための200~400℃での熱処理、バイポーラ板への物理的気相成長法、化学的気相成長法などによる蒸着法、電着等が開示されている。また、これらの金属フィルムを電気化学エッチングまたは酸による腐食などの周知技術を用いて、ナノ構造化された半導体酸化物をガス感知層に変換することも開示されている。 Patent Document 21 further discloses SnO 2 as tin oxide and TiO 2 nanotubes as titanium oxide. The gas sensing layer can be formed by coating on a gas diffusion layer or bipolar plate and heat treatment at 200-400 ° C. to improve adhesion, physical vapor deposition on the bipolar plate, chemical Deposition methods such as vapor deposition and electrodeposition are disclosed. It is also disclosed to convert the nanostructured semiconductor oxide into a gas sensing layer using known techniques such as electrochemical etching or acid corrosion of these metal films.
特開平10-228914号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-228914 特開平08-180883号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-180883 特開2000-239806号公報JP 2000-239806 A 特開2000-294255号公報JP 2000-294255 A 特開2000-294256号公報JP 2000-294256 A 特開2000-303151号公報JP 2000-303151 A 特開2000-309854号公報JP 2000-309854 A 特開2003-193206号公報JP 2003-193206 A 特開2001-214286号公報JP 2001-214286 A 特開2002-151111号公報JP 2002-151111 A 特開2004-71319号公報JP 2004-71319 A 特開2004-156132号公報JP 2004-156132 A 特開2004-306128号公報JP 2004-306128 A 特開2007-118025号公報JP 2007-1118025 A 特開2009-215655号公報JP 2009-215655 A 特開2000-328205号公報JP 2000-328205 A 特開2010-140886号公報JP 2010-140886 A 特開2014-031572号公報JP 2014-031572 A 特開2012-172160号公報JP 2012-172160 A 特開2009-174036号公報JP 2009-174036 A 特開2015-128064号公報JP2015-128064A
 これまでの技術開発は以上のような状況にあるが、固体分子形燃料電池の起動時に、燃料電池のアノード極側内部に酸化性ガス(例えば、空気)が残留している状態で燃料ガス(水素)がアノード極側に導入される場合に生じるカソード極側でのカーボン(例えば、触媒担持カーボン)およびセパレータの腐食を十分に軽減することはできていない。 The technological development so far is in the above situation, but when starting the solid molecular fuel cell, the fuel gas (for example, air) remains in the anode electrode side inside the fuel cell (for example, air) Corrosion of carbon (for example, catalyst-supporting carbon) and separator on the cathode electrode side that occurs when hydrogen is introduced to the anode electrode side cannot be sufficiently reduced.
 本発明は、上記問題を解決し、固体分子形燃料電池の起動時に、燃料電池のアノード極側内部に酸化性ガスが残留している状態で燃料ガスがアノード極側に導入されることに起因するカソード極側でのカーボンおよびセパレータの腐食を軽減することができる固体高分子形燃料電池用セル、およびそれを備える固体高分子形燃料電池スタックを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problem, and at the time of starting the solid molecular fuel cell, the fuel gas is introduced into the anode electrode side while the oxidizing gas remains inside the anode electrode side of the fuel cell. It is an object of the present invention to provide a polymer electrolyte fuel cell, which can reduce corrosion of carbon and separator on the cathode electrode side, and a polymer electrolyte fuel cell stack including the same.
 本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、下記の固体高分子形燃料電池用セルおよび固体高分子形燃料電池スタックを要旨とする。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and has the following gist and a polymer electrolyte fuel cell stack and a polymer electrolyte fuel cell stack.
 (1)アノード極側セル構成部材およびカソード極側セル構成部材を備える固体高分子形燃料電池用セルであって、
 前記アノード極側セル構成部材はフェライト系ステンレス鋼材を含み、かつ、前記カソード極側セル構成部材はステンレス鋼材を含み、
 前記アノード極側セル構成部材に含まれる前記フェライト系ステンレス鋼材は、質量%で、Sn含有量が0.02~2.50%である化学組成を有し、かつ、
 前記フェライト系ステンレス鋼材中に、微細に分散析出したMB型硼化物を含む析出物を有し、
 該析出物は、その一部が前記フェライト系ステンレス鋼材の表面から突出しており、
 前記カソード極側セル構成部材に含まれる前記ステンレス鋼材は、質量%で、Sn含有量が0.02%未満である化学組成を有する、
 固体高分子形燃料電池用セル。
(1) A cell for a polymer electrolyte fuel cell comprising an anode electrode side cell constituent member and a cathode electrode side cell constituent member,
The anode electrode side cell constituent member includes a ferritic stainless steel material, and the cathode electrode side cell constituent member includes a stainless steel material,
The ferritic stainless steel material contained in the anode electrode side cell constituent member has a chemical composition of mass% and Sn content of 0.02 to 2.50%, and
In the ferritic stainless steel material, there are precipitates containing M 2 B type boride finely dispersed and precipitated,
A part of the precipitate protrudes from the surface of the ferritic stainless steel material,
The stainless steel material contained in the cathode electrode side cell constituent member has a chemical composition in which the Sn content is less than 0.02% by mass%.
Solid polymer fuel cell.
 (2)前記アノード極側セル構成部材に含まれる前記フェライト系ステンレス鋼材が有する前記析出物は、
 MB型硼化物を析出核として、その表面にM23型Cr系炭化物が析出した複合析出物をさらに含み、
 前記複合析出物は、その一部が前記フェライト系ステンレス鋼材の表面から突出している、
 上記(1)に記載の固体高分子形燃料電池用セル。
(2) The precipitate that the ferritic stainless steel material included in the anode electrode side cell constituent member has,
A composite precipitate in which M 2 B type boride is used as a precipitation nucleus and M 23 C 6 type Cr-based carbide is precipitated on the surface thereof;
A part of the composite precipitate protrudes from the surface of the ferritic stainless steel material,
The polymer electrolyte fuel cell according to (1) above.
 (3)前記カソード極側セル構成部材に含まれる前記ステンレス鋼材は、
 前記ステンレス鋼材中に、微細に分散析出したMB型硼化物を含む析出物を有し、
 該析出物は、その一部が前記ステンレス鋼材の表面から突出している、
 上記(1)または(2)に記載の固体高分子形燃料電池用セル。
(3) The stainless steel material included in the cathode electrode side cell constituent member is:
In the stainless steel material, having a precipitate containing M 2 B type boride finely dispersed and precipitated,
A part of the precipitate protrudes from the surface of the stainless steel material.
The polymer electrolyte fuel cell according to the above (1) or (2).
 (4)前記カソード極側セル構成部材に含まれる前記ステンレス鋼材が有する前記析出物は、
 MB型硼化物を析出核として、その表面にM23型Cr系炭化物が析出した複合析出物をさらに含み、
 前記複合析出物は、その一部が前記ステンレス鋼材の表面から突出している、
 上記(3)に記載の固体高分子形燃料電池用セル。
(4) The deposit that the stainless steel material included in the cathode electrode side cell constituent member has,
A composite precipitate in which M 2 B type boride is used as a precipitation nucleus and M 23 C 6 type Cr-based carbide is precipitated on the surface thereof;
A part of the composite precipitate protrudes from the surface of the stainless steel material.
The polymer electrolyte fuel cell according to (3) above.
 (5)前記カソード極側セル構成部材に含まれる前記ステンレス鋼材は、
 表面に導電性を有する耐食めっき層を有する、
 上記(1)または(2)に記載の固体高分子形燃料電池用セル。
(5) The stainless steel material included in the cathode electrode side cell constituent member is:
It has a corrosion-resistant plating layer with conductivity on the surface,
The polymer electrolyte fuel cell according to the above (1) or (2).
 (6)上記(1)から(5)までのいずれかに記載の固体高分子形燃料電池用セルを備える、
 固体高分子形燃料電池スタック。
(6) The polymer electrolyte fuel cell according to any one of (1) to (5) is provided.
Solid polymer fuel cell stack.
 本発明によれば、固体分子形燃料電池の起動時に、燃料電池のアノード極側内部に酸化性ガスが残留している状態で燃料ガスがアノード極側に導入されることに起因する、カソード極側でのカーボンおよびセパレータの腐食を軽減することができる、固体高分子形燃料電池用セル、およびそれを備える固体高分子形燃料電池スタックを得ることが可能となる。 According to the present invention, at the time of starting the solid molecular fuel cell, the cathode electrode is caused by the fuel gas being introduced into the anode electrode side while the oxidizing gas remains inside the anode electrode side of the fuel cell. It is possible to obtain a polymer electrolyte fuel cell, and a polymer electrolyte fuel cell stack including the same, which can reduce corrosion of carbon and separator on the side.
図1は、固体高分子型燃料電池の構造を示す説明図であり、図1(a)は、燃料電池セル(単セル)の分解図、図1(b)は燃料電池スタックの斜視図である。1A and 1B are explanatory views showing the structure of a solid polymer fuel cell. FIG. 1A is an exploded view of a fuel cell (single cell), and FIG. 1B is a perspective view of a fuel cell stack. is there. 図2は、固体高分子形燃料電池用セルの断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a polymer electrolyte fuel cell. 図3は、実施例で用いたセパレータの形状を示す写真である。FIG. 3 is a photograph showing the shape of the separator used in the example.
 本発明者は、長年に亘り、固体高分子形燃料電池のセパレータとして長時間使用しても、セパレータ表面からの金属溶出が少なく、拡散層、高分子膜および触媒層から構成されるMEAの金属イオン汚染の進行を抑制でき、触媒および高分子膜の性能の低下を起こし難いステンレス鋼材の開発に専念してきた。 The present inventor has found that the metal of MEA composed of a diffusion layer, a polymer membrane, and a catalyst layer has little metal elution from the separator surface even when used for a long time as a separator of a polymer electrolyte fuel cell for many years. We have been devoted to the development of stainless steel materials that can suppress the progress of ion contamination and hardly deteriorate the performance of the catalyst and polymer membrane.
 図2は、固体高分子形燃料電池用セル10の断面模式図である。固体高分子形燃料電池用セル10は、高分子膜19の両側にそれぞれ触媒層17,18および拡散層15,16が設けられたMEA20と、MEA20の両面にそれぞれ設けられたアノード極側セル構成部材11およびカソード極側セル構成部材12とを含む。そして、MEA20とアノード極側セル構成部材11およびカソード極側セル構成部材12との間には、それぞれアノード極側燃料ガス流路13およびカソード極側ガス流路14が設けられている。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the polymer electrolyte fuel cell 10. The polymer electrolyte fuel cell 10 includes an MEA 20 in which catalyst layers 17 and 18 and diffusion layers 15 and 16 are provided on both sides of a polymer membrane 19, respectively, and an anode electrode side cell configuration provided on both sides of the MEA 20 respectively. A member 11 and a cathode electrode side cell constituting member 12. Between the MEA 20 and the anode electrode side cell constituent member 11 and the cathode electrode side cell constituent member 12, an anode electrode side fuel gas channel 13 and a cathode electrode side gas channel 14 are provided, respectively.
 上述のように、固体高分子形燃料電池は、アノード極側燃料ガス流路13が空気で充満された状態で起動される。図2においては、起動時の固体高分子形燃料電池用セル10の内部で進行する化学反応を、模式的に説明している。図2を参照しながら、起動時に固体高分子形燃料電池用セル10の内部で発生する過渡的現象をさらに詳しく説明する。 As described above, the polymer electrolyte fuel cell is started in a state where the anode electrode side fuel gas passage 13 is filled with air. FIG. 2 schematically illustrates a chemical reaction that proceeds inside the solid polymer fuel cell 10 at the time of startup. With reference to FIG. 2, a transient phenomenon that occurs inside the polymer electrolyte fuel cell 10 at the time of startup will be described in more detail.
 空気雰囲気中にあるアノード極側燃料ガス流路13側に水素が導入されると、アノード極側燃料ガス流路13側の空気は、水素によって置換される。しかしながら、固体高分子形燃料電池用セル10内のアノード極側燃料ガス流路13側には、配管およびマニホールド部を含めて多大な容積が存在する。導入されるガス流量およびガス流速には制限があるため、空気が水素によって完全に追い出されるまでには、不可避にある程度の時間(例えば数秒間)を要する。 When hydrogen is introduced into the anode electrode side fuel gas channel 13 side in the air atmosphere, the air on the anode electrode side fuel gas channel 13 side is replaced with hydrogen. However, there is a large volume on the anode electrode side fuel gas flow path 13 side in the polymer electrolyte fuel cell 10 including the pipe and the manifold portion. Since the introduced gas flow rate and gas flow rate are limited, a certain amount of time (for example, several seconds) is unavoidably required until the air is completely expelled by hydrogen.
 すなわち、起動時には、アノード極側燃料ガス流路13に流れ込んだ水素と、残留する空気との間に境界部が生じることとなる。そして、この境界部付近のアノード極側の触媒層17の表面において、空気および水素による瞬間的触媒表面反応が進行するとともに、局部的なH欠乏が発生する。 That is, at the time of start-up, a boundary portion is generated between the hydrogen flowing into the anode electrode side fuel gas passage 13 and the remaining air. Then, on the surface of the catalyst layer 17 on the anode electrode side in the vicinity of the boundary portion, an instantaneous catalyst surface reaction with air and hydrogen proceeds, and local H + deficiency occurs.
 その結果、セルの内部で局部電池が形成され、MEA20を介してアノード極側セル構成部材11とカソード極側セル構成部材12との間で瞬間的に1.4Vを超える誘導電圧が発生する。局部電池形成に関与する化学反応は、以下のとおりである。 As a result, a local battery is formed inside the cell, and an induced voltage exceeding 1.4 V is instantaneously generated between the anode electrode side cell constituent member 11 and the cathode electrode side cell constituent member 12 via the MEA 20. The chemical reactions involved in local battery formation are as follows.
 (I)アノード極側の触媒層17での反応(瞬間的触媒表面反応)
   O+4H+4e→2HO     ・・・・・(i)
 (II)カソード極側の触媒層18での反応
   C+2HO→4H+4e+CO  ・・・・・(ii)
   2HO→4H+4e+O     ・・・・・(iii)
(I) Reaction at the catalyst layer 17 on the anode side (instantaneous catalyst surface reaction)
O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (i)
(II) Reaction at the catalyst layer 18 on the cathode side C + 2H 2 O → 4H + + 4e + CO 2 (ii)
2H 2 O → 4H + + 4e + O 2 (iii)
 反応(i)は、残留する空気がH欠乏を発生させる反応であり、アノード極側の触媒層17で進行する、起動時の過渡的な反応である。また、反応(ii)は、カソード極側の触媒層18側で進行するC消耗反応である。さらに、反応(iii)は、カソード極側の触媒層18側で進行するH欠乏を補うための水分解反応(酸化反応)である。 Reaction (i) is a reaction in which the remaining air generates H + deficiency, and is a transient reaction at the time of start-up that proceeds in the catalyst layer 17 on the anode electrode side. Reaction (ii) is a C exhaustion reaction that proceeds on the catalyst layer 18 side on the cathode side. Furthermore, the reaction (iii) is a water splitting reaction (oxidation reaction) for compensating for the H + deficiency that proceeds on the catalyst layer 18 side on the cathode side.
 これらの反応(i)~(iii)の進行に伴って、カソード極側の触媒層18で触媒担持カーボンの消耗(腐食)が生じるとともに、カソード極側セル構成部材12の腐食が進行する。特に、触媒担持カーボンの腐食は、燃料電池性能の低下に直結する。しかも、この触媒担持カーボンの腐食は不可逆反応であるため、燃料電池性能の累積的な低下をもたらすこととなる。 As these reactions (i) to (iii) progress, the catalyst-carrying carbon is consumed (corroded) in the cathode-side catalyst layer 18 and the cathode-electrode-side cell component 12 is further corroded. In particular, the corrosion of the catalyst-carrying carbon directly leads to a decrease in fuel cell performance. In addition, since the corrosion of the catalyst-supporting carbon is an irreversible reaction, it causes a cumulative decrease in fuel cell performance.
 燃料電池システムの内容積が大きいほど、アノード極側燃料ガス流路13でのH欠乏状態はより長い時間に亘って発生し、カソード極側の触媒層18での触媒担持カーボンの腐食が顕在化し易くなる。 As the internal volume of the fuel cell system increases, the H + deficiency state in the anode electrode side fuel gas passage 13 occurs for a longer time, and the corrosion of the catalyst-supporting carbon in the catalyst layer 18 on the cathode electrode side becomes apparent. It becomes easy to change.
 このように、固体高分子形燃料電池用セル10の起動時に生じる局部電池の形成を抑制することによって、触媒担持カーボンおよびセル構成部材の腐食量を低減することが重要となる。 As described above, it is important to reduce the corrosion amount of the catalyst-supporting carbon and the cell constituent members by suppressing the formation of the local battery that occurs when the solid polymer fuel cell 10 is started.
 ところで、従来の固体高分子形燃料電池においては、アノード極側セル構成部材と、カソード極側セル構成部材とに同材質のものを用いることが前提となっている。異なる材質のものを用いると製造コストの上昇が予見されるし、そもそも異なる材質を用いる必要性がないと考えられてきたためである。 By the way, in the conventional polymer electrolyte fuel cell, it is assumed that the same material is used for the anode electrode side cell constituent member and the cathode electrode side cell constituent member. This is because the use of different materials is expected to increase the manufacturing cost, and it has been considered that there is no need to use different materials in the first place.
 しかし、本発明者は、このような前提にとらわれることなく鋭意検討を重ねた。すなわち、アノード極側セル構成部材とカソード極側セル構成部材とで、それぞれの環境下において要求される性能を発揮する材料を適用することを検討した。 However, the present inventor has intensively studied without being bound by such premise. That is, it was examined to apply a material that exhibits the performance required in each environment for the anode electrode side cell constituent member and the cathode electrode side cell constituent member.
 特に、アノード極側セル構成部材には、優れた耐食性を有することに加えて、通常運転時には表面接触抵抗値が低く、導電性(接触電気抵抗)に優れ、一方、起動時には表面接触抵抗値が高く、局部電池の形成を抑制できることが望まれる。そこで、本発明者は、このような性能を有する鋼材について検討を行い、その結果、以下の知見を得るに至った。 In particular, the anode-side cell component member has excellent surface corrosion resistance in addition to low surface contact resistance during normal operation and excellent electrical conductivity (contact electrical resistance). It is desirable to be high and to suppress the formation of local batteries. Then, this inventor examined the steel material which has such performance, As a result, it came to obtain the following knowledge.
 (a)鋼材中に微細に分散し表面に突出したMB型硼化物(以下、単に「MB」ということもある)は、不動態皮膜で覆われたステンレス鋼表面で「電気の通り道(導電性パス)」として機能することにより、鋼材表面の接触電気抵抗を顕著に改善する。 (A) M 2 B type boride finely dispersed in the steel material and projecting on the surface (hereinafter sometimes simply referred to as “M 2 B”) is formed on the surface of the stainless steel covered with a passive film. By functioning as a “passage (conductive path)”, the contact electric resistance of the steel surface is remarkably improved.
 (b)鋼中にSnを含有させることにより、母相中に固溶しているSnが、事前に行う酸液処理または燃料電池の運転中に生じる緩やかな母相溶解によって、母相の表面のみならず、MBの表面にも金属スズまたは酸化スズとして濃化する。このことにより、母相およびMBからの金属イオンの溶出が顕著に抑制される。 (B) By including Sn in the steel, Sn dissolved in the mother phase is subjected to acid solution treatment that is performed in advance or gentle mother phase dissolution that occurs during operation of the fuel cell. In addition, the surface of M 2 B is concentrated as metallic tin or tin oxide. This significantly suppresses the elution of metal ions from the parent phase and M 2 B.
 (c)母相およびMBの表面に濃化する金属スズおよび酸化スズは、半導体的性質を有している。そして、金属スズまたは酸化スズが有する電気伝導性は、曝されるガス雰囲気の酸素ポテンシャル(以下、「酸素濃度」と記述する)により変化し、具体的には酸素濃度が低いほど電気伝導性が良好になる。そのため、鋼材表面の接触電気抵抗は、当該鋼材表面が曝されている雰囲気の酸素濃度が空気のように高い場合には上昇し、水素雰囲気のように極めて低い場合には低下する。 (C) Metal tin and tin oxide concentrated on the surface of the parent phase and M 2 B have semiconducting properties. The electrical conductivity of metal tin or tin oxide varies depending on the oxygen potential of the gas atmosphere to be exposed (hereinafter referred to as “oxygen concentration”). Specifically, the lower the oxygen concentration, the more the electrical conductivity. Become good. Therefore, the contact electrical resistance of the steel material surface increases when the oxygen concentration of the atmosphere to which the steel material surface is exposed is high as in air, and decreases when the oxygen concentration is extremely low as in a hydrogen atmosphere.
 (d)すなわち、MBを覆う金属スズまたは酸化スズは、固体高分子形燃料電池の起動時には、酸素濃度が高い雰囲気に曝されているため、電気伝導性が低下しており、MBの導電性パスとしての機能が抑えられる。その結果、起動時のみ鋼材の表面接触抵抗値が高くなり、過渡的に発生する局部電池反応が抑制される。 (D) That is, the metal tin or tin oxide covering the M 2 B, upon startup of a solid polymer fuel cell, the oxygen concentration is subjected to high ambient electrical conductivity has decreased, M 2 The function of B as a conductive path is suppressed. As a result, the surface contact resistance value of the steel material is increased only at the time of start-up, and the local battery reaction that occurs transiently is suppressed.
 (e)一方、カソード極側セル構成部材は、通常運転中でも酸化性雰囲気で使用される。そのため、Snを含有するステンレス鋼材をカソード極側セル構成部材に適用すると、運転中に極めて緩やかに進行する母相溶解(腐食)によって、母相の表面等に導電性に劣る酸化スズが厚膜化するようになる。これにより、接触電気抵抗の上昇が起き、電池出力が低下するようになる。 (E) On the other hand, the cathode electrode side cell constituent member is used in an oxidizing atmosphere even during normal operation. Therefore, when a stainless steel material containing Sn is applied to the cathode electrode side cell constituent member, the surface of the mother phase is inferior in conductivity due to the dissolution of the mother phase (corrosion) that proceeds extremely slowly during operation. To become. As a result, the contact electrical resistance increases and the battery output decreases.
 (f)以上の結果、本発明者は、所定量のSnを含有し、かつMBを含む析出物が表面から突出しているステンレス鋼材をアノード極側セル構成部材として適用し、Sn含有量を低減したステンレス鋼材をカソード極側セル構成部材として適用した固体高分子形燃料電池用セルを開発するに至った。そして、それを備える固体高分子形燃料電池は、アノード極側が酸化性雰囲気(空気)の状態から起動しても、カソード極側触媒担持カーボンの消耗による電池性能の低下を抑制できることを知見した。 (F) As a result of the above, the present inventors applied a stainless steel material containing a predetermined amount of Sn and a precipitate containing M 2 B protruding from the surface as the anode electrode side cell constituent member, and the Sn content As a result, we have developed a polymer electrolyte fuel cell using a stainless steel material with reduced carbon as a cathode component. And it has been found that the polymer electrolyte fuel cell including the same can suppress a decrease in battery performance due to consumption of the cathode electrode-side catalyst-supporting carbon even when the anode electrode side is started from an oxidizing atmosphere (air).
 本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。 The present invention has been made based on the above findings. Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail.
 図2を参照して、固体高分子形燃料電池用セル10は、アノード極側セル構成部材11およびカソード極側セル構成部材12を備える。それぞれについて詳しく説明する。 Referring to FIG. 2, the polymer electrolyte fuel cell 10 includes an anode electrode-side cell component 11 and a cathode electrode-side cell component 12. Each will be described in detail.
 なお、本発明において、「セル構成部材」とは、セパレータまたは整流板である。セパレータはバイポーラプレートと呼ばれることもある。整流板は、燃料ガスまたは酸化性ガスを、整流または配流するための部材であり、多孔質板、フィンまたはメッシュと呼ばれることもある。 In the present invention, the “cell constituent member” is a separator or a current plate. The separator is sometimes called a bipolar plate. The rectifying plate is a member for rectifying or distributing fuel gas or oxidizing gas, and is sometimes referred to as a porous plate, fin, or mesh.
 1.アノード極側セル構成部材
 アノード極側セル構成部材11は以下に説明するフェライト系ステンレス鋼材を含む。なお、アノード極側セル構成部材11のうち、少なくともガス流路の表面部分に使用される部材が後述するフェライト系ステンレス鋼材で構成されることが好ましい。
1. Anode electrode side cell constituent member The anode electrode side cell constituent member 11 includes a ferritic stainless steel material described below. In addition, it is preferable that the member used for the surface part of a gas flow path at least among the anode electrode side cell structural members 11 is comprised by the ferritic stainless steel material mentioned later.
 1-1.フェライト系ステンレス鋼材の化学組成
 各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
1-1. Chemical composition of ferritic stainless steel material The reasons for limitation of each element are as follows. In the following description, “%” for the content means “% by mass”.
 アノード極側セル構成部材11に含まれるフェライト系ステンレス鋼材は、Sn含有量が0.02~2.50%である。Sn含有量を上記の範囲に限定する理由については後述する。 The ferritic stainless steel material contained in the anode electrode side cell constituent member 11 has an Sn content of 0.02 to 2.50%. The reason why the Sn content is limited to the above range will be described later.
 また、上記のフェライト系ステンレス鋼材の化学組成は、C:0.001~0.15%、Si:0.01~1.5%、Mn:0.01~1.5%、P:0.035%以下、S:0.01%以下、Cr:22.5~35.0%、Mo:0.01~6.0%、Ni:0.01~6.0%、Cu:0.01~1.0%、N:0.035%以下、V:0.01~0.35%、B:0.5~1.0%、Al:0.001~6.0%、Sn:0.02~2.50%、REM:0~0.1%、Nb:0~0.35%、Ti:0~0.35%、および、残部:Feおよび不純物であり、下記(iv)式を満足することが好ましい。
 20.0≦Cr+3×Mo-2.5×B-17×C≦45.0 ・・・(iv)
 但し、式中の各元素記号は、鋼材中に含まれる各元素の含有量(質量%)を意味する。
The chemical composition of the ferritic stainless steel material is as follows: C: 0.001 to 0.15%, Si: 0.01 to 1.5%, Mn: 0.01 to 1.5%, P: 0.00. 035% or less, S: 0.01% or less, Cr: 22.5-35.0%, Mo: 0.01-6.0%, Ni: 0.01-6.0%, Cu: 0.01 -1.0%, N: 0.035% or less, V: 0.01-0.35%, B: 0.5-1.0%, Al: 0.001-6.0%, Sn: 0 0.02 to 2.50%, REM: 0 to 0.1%, Nb: 0 to 0.35%, Ti: 0 to 0.35%, and the balance: Fe and impurities, represented by the following formula (iv) Is preferably satisfied.
20.0 ≦ Cr + 3 × Mo−2.5 × B-17 × C ≦ 45.0 (iv)
However, each element symbol in a formula means content (mass%) of each element contained in steel materials.
 ここで「不純物」とは、鋼材を工業的に製造する際に用いる溶解原料、添加元素、スクラップ、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 Here, “impurities” are components mixed by various factors such as melting raw materials, additive elements, scraps, and manufacturing processes used when industrially producing steel materials, and are allowed within a range that does not adversely affect the present invention. Means what will be done.
 さらに上記のフェライト系ステンレス鋼材として、以下の2種のフェライト系ステンレス鋼材が挙げられる。 Further, the above-mentioned ferritic stainless steel materials include the following two types of ferritic stainless steel materials.
 (a)C:0.001%以上0.020%未満、Si:0.01~1.5%、Mn:0.01~1.5%、P:0.035%以下、S:0.01%以下、Cr:22.5~35.0%、Mo:0.01~6.0%、Ni:0.01~6.0%、Cu:0.01~1.0%、N:0.035%以下、V:0.01~0.35%、B:0.5~1.0%、Al:0.001~6.0%、Sn:0.02~2.50%、REM:0~0.1%、Nb:0~0.35%、Ti:0~0.35%、および、残部:Feおよび不純物であり、下記(v)式を満足する、フェライト系ステンレス鋼材。
 20.0≦Cr+3×Mo-2.5×B≦45.0 ・・・(v)
(A) C: 0.001% or more and less than 0.020%, Si: 0.01 to 1.5%, Mn: 0.01 to 1.5%, P: 0.035% or less, S: 0.0. 01% or less, Cr: 22.5 to 35.0%, Mo: 0.01 to 6.0%, Ni: 0.01 to 6.0%, Cu: 0.01 to 1.0%, N: 0.035% or less, V: 0.01 to 0.35%, B: 0.5 to 1.0%, Al: 0.001 to 6.0%, Sn: 0.02 to 2.50%, REM: 0 to 0.1%, Nb: 0 to 0.35%, Ti: 0 to 0.35%, and the balance: Fe and impurities, satisfying the following formula (v): Ferritic stainless steel material .
20.0 ≦ Cr + 3 × Mo−2.5 × B ≦ 45.0 (v)
 (b)C:0.020~0.15%、Si:0.01~1.5%、Mn:0.01~1.5%、P:0.035%以下、S:0.01%以下、Cr:22.5~35.0%、Mo:0.01~6.0%、Ni:0.01~6.0%、Cu:0.01~1.0%、N:0.035%以下、V:0.01~0.35%、B:0.5~1.0%、Al:0.001~6.0%、Sn:0.02~2.50%、REM:0~0.1%、および、残部:Feおよび不純物であり、下記(iv)式を満足する、フェライト系ステンレス鋼材。
 20.0≦Cr+3×Mo-2.5×B-17×C≦45.0 ・・・(iv)
(B) C: 0.020 to 0.15%, Si: 0.01 to 1.5%, Mn: 0.01 to 1.5%, P: 0.035% or less, S: 0.01% Hereinafter, Cr: 22.5-35.0%, Mo: 0.01-6.0%, Ni: 0.01-6.0%, Cu: 0.01-1.0%, N: 0.00. 035% or less, V: 0.01 to 0.35%, B: 0.5 to 1.0%, Al: 0.001 to 6.0%, Sn: 0.02 to 2.50%, REM: A ferritic stainless steel material that is 0 to 0.1%, and the balance is Fe and impurities, and satisfies the following formula (iv).
20.0 ≦ Cr + 3 × Mo−2.5 × B-17 × C ≦ 45.0 (iv)
 C:0.001~0.15%
 Cは、母相の組織および組成、特に鋼中のCr含有量にもよるが、Cr主体のM23型Cr系炭化物(以下、単に「M23」ということもある)として鋼中に析出することがある。C含有量を0.001%以上とすることによって、M23が析出して接触抵抗特性が向上するようになる。一方、Cを過度に含有させると製造性が著しく悪化する。そのため、C含有量は0.001~0.15%とする。
C: 0.001 to 0.15%
C depends on the structure and composition of the parent phase, particularly the Cr content in the steel, but steel as Cr-based M 23 C 6 type Cr-based carbide (hereinafter sometimes simply referred to as “M 23 C 6 ”). May precipitate out. By setting the C content to 0.001% or more, M 23 C 6 is precipitated and the contact resistance characteristics are improved. On the other hand, if C is contained excessively, the productivity is remarkably deteriorated. Therefore, the C content is set to 0.001 to 0.15%.
 なお、M23等のCr系炭化物を活用しない場合には、C含有量を低く抑えることによって、鋭敏化による耐食性の低下を防止し、常温靱性を向上させ製造性を改善することが可能になる。鋭敏化はJIS G 0575に規定される硫酸―硫酸銅腐食試験により容易に確認できる。粒界腐食性が生じると、固体高分子形燃料電池中での耐食性を維持できなくなるため、鋭敏化は抑制することが好ましい。一方、極端にC含有量を低減すると、精練時間が長くなり精練コストが嵩む。このため、C含有量は0.001%以上0.020%未満としてもよい。この場合、C含有量は0.0015%以上であるのが好ましく、0.010%未満であるのが好ましい。 When Cr-based carbides such as M 23 C 6 are not used, by suppressing the C content low, it is possible to prevent deterioration of corrosion resistance due to sensitization, improve room temperature toughness, and improve productivity. become. Sensitization can be easily confirmed by a sulfuric acid-copper sulfate corrosion test specified in JIS G 0575. When intergranular corrosion occurs, it becomes impossible to maintain the corrosion resistance in the polymer electrolyte fuel cell, so it is preferable to suppress sensitization. On the other hand, if the C content is extremely reduced, the scouring time becomes longer and the scouring cost increases. For this reason, C content is good also as 0.001% or more and less than 0.020%. In this case, the C content is preferably 0.0015% or more, and preferably less than 0.010%.
 また、M23等のCr系炭化物を積極的に活用する場合には、C含有量は0.020~0.15%としてもよい。この場合、C含有量は0.030%以上であるのが好ましく、0.14%以下であるのが好ましい。 In addition, when a Cr-based carbide such as M 23 C 6 is actively used, the C content may be 0.020 to 0.15%. In this case, the C content is preferably 0.030% or more, and preferably 0.14% or less.
 Si:0.01~1.5%
 Siは、量産鋼においてはAlと同様に有効な脱酸元素である。Si含有量が0.01%未満では脱酸が不安定となるばかりでなく、Al添加量が多くなり製造コストが嵩むようになる。また、鋼材表面疵も発生しやすくなる。一方、Si含有量が1.5%を超えると成形性が低下する。そのため、Si含有量は0.01~1.5%とする。Si含有量は0.05%以上であるのが好ましく、0.1%以上であるのがより好ましい。また、Si含有量は1.2%以下であるのが好ましく、1.0%以下であるのがより好ましい。
Si: 0.01 to 1.5%
Si is a deoxidizing element as effective as Al in mass-produced steel. When the Si content is less than 0.01%, not only deoxidation becomes unstable, but also the amount of Al added increases and the production cost increases. Also, steel surface flaws are likely to occur. On the other hand, if the Si content exceeds 1.5%, the moldability deteriorates. Therefore, the Si content is set to 0.01 to 1.5%. The Si content is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.1% or more. Moreover, it is preferable that Si content is 1.2% or less, and it is more preferable that it is 1.0% or less.
 Mn:0.01~1.5%
 Mnは、鋼中のSをMn系硫化物として固定する作用があり、熱間加工性を改善する効果がある。一方、Mn含有量が1.5%を超えると、製造の際の加熱時に表面に生成する高温酸化スケールの密着性が低下し、表面肌荒れの原因となるスケール剥離を起こし易くなる。そのため、Mn含有量は0.01~1.5%とする。Mn含有量は0.05%以上であるのが好ましく、0.1%以上であるのがより好ましい。また、Mn含有量は1.2%以下であるのが好ましく、1.0%以下であるのがより好ましい。
Mn: 0.01 to 1.5%
Mn has an effect of fixing S in steel as a Mn-based sulfide, and has an effect of improving hot workability. On the other hand, if the Mn content exceeds 1.5%, the adhesion of the high-temperature oxide scale formed on the surface during heating during production is reduced, and scale peeling that causes surface roughness is likely to occur. Therefore, the Mn content is set to 0.01 to 1.5%. The Mn content is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.1% or more. Further, the Mn content is preferably 1.2% or less, and more preferably 1.0% or less.
 P:0.035%以下
 Pは、Sと並んで有害な不純物元素である。P含有量が0.035%を超えると、製造性が低下する。そのため、P含有量は0.035%以下とする。
P: 0.035% or less P is a harmful impurity element along with S. If the P content exceeds 0.035%, the productivity decreases. Therefore, the P content is 0.035% or less.
 S:0.01%以下
 Sは、耐食性にとって極めて有害な不純物元素である。このため、S含有量は0.01%以下とする。Sは、鋼中共存元素および鋼中のS量に応じて、Mn系硫化物、Fe系硫化物、または、これらの複合硫化物および酸化物との複合非金属析出物として、そのほとんどが析出している。
S: 0.01% or less S is an impurity element extremely harmful to corrosion resistance. For this reason, S content shall be 0.01% or less. Depending on the coexisting elements in steel and the amount of S in steel, S is mostly precipitated as Mn-based sulfides, Fe-based sulfides, or composite non-metallic precipitates with these composite sulfides and oxides. is doing.
 固体高分子型燃料電池のセパレータ環境においては、いずれの組成の硫化物系非金属析出物であっても、程度の差はあるものの腐食の起点として作用し、不動態皮膜の維持、金属イオン溶出抑制にとって有害である。通常の量産鋼のS含有量は、0.005%超~0.008%前後であるが、上記の有害な影響を抑制するためには、S含有量は0.003%以下であるのが好ましく、0.002%以下であるのがより好ましく、0.001%未満であるのがさらに好ましい。S含有量は低ければ低い程、望ましい。工業的量産レベルで、S含有量を0.001%未満とすることは、現状の精錬技術をもってすれば、わずかな製造コストの上昇で可能である。 In the polymer electrolyte fuel cell separator environment, any non-sulfide sulfide precipitate of any composition will act as a starting point for corrosion to some extent, but it will maintain the passive film and elute metal ions. Harmful to suppression. The S content of ordinary mass-produced steel is more than 0.005% to around 0.008%, but in order to suppress the harmful effects described above, the S content should be 0.003% or less. Preferably, it is 0.002% or less, more preferably less than 0.001%. The lower the S content, the better. It is possible to make the S content less than 0.001% at an industrial mass production level with a slight increase in production cost if the current refining technology is used.
 Cr:22.5~35.0%
 Crは、母材の耐食性を確保する作用を有する元素である。Cr含有量は高いほど高耐食性を示す。また、鋼材中にMBを析出させるためにも、Crを含有させる必要がある。一方、Cr含有量が35.0%を超えると量産規模での生産が難しくなる。そのため、Cr含有量は22.5~35.0%とする。
Cr: 22.5-35.0%
Cr is an element having an action of ensuring the corrosion resistance of the base material. The higher the Cr content, the higher the corrosion resistance. Also, in order to precipitate M 2 B in the steel material, it is necessary to include Cr. On the other hand, if the Cr content exceeds 35.0%, production on a mass production scale becomes difficult. Therefore, the Cr content is 22.5 to 35.0%.
 なお、MBが析出することにより、母相中で耐食性向上に寄与するCr濃度が、溶鋼段階でのCr濃度に比べて低下して耐食性が低下する場合がある。C含有量が0.001%以上0.020%未満であって、固体高分子形燃料電池内部での耐食性を確保するためには、下記(v)式を満足することが好ましい。
 20.0≦Cr+3×Mo-2.5×B≦45.0 ・・・(v)
In addition, by precipitation of M 2 B, the Cr concentration that contributes to the improvement of the corrosion resistance in the matrix phase may be lower than the Cr concentration in the molten steel stage, and the corrosion resistance may be lowered. In order to ensure corrosion resistance inside the polymer electrolyte fuel cell with a C content of 0.001% or more and less than 0.020%, it is preferable to satisfy the following formula (v).
20.0 ≦ Cr + 3 × Mo−2.5 × B ≦ 45.0 (v)
 また、M23を析出させる場合にも、Crは必要な元素である。MBおよびM23が析出することにより、母相中で耐食性向上に寄与するCr濃度が、溶鋼段階でのCr濃度に比べて低下して耐食性が低下する場合がある。C含有量が0.020~0.15%であって、固体高分子形燃料電池内部での耐食性を確保するためには、下記(iv)式を満足することが好ましい。
 20.0≦Cr+3×Mo-2.5×B-17×C≦45.0 ・・・(iv)
Also, Cr is a necessary element when M 23 C 6 is deposited. By precipitation of M 2 B and M 23 C 6 , the Cr concentration that contributes to improving the corrosion resistance in the matrix may be lower than the Cr concentration at the molten steel stage, and the corrosion resistance may be lowered. The C content is 0.020 to 0.15%, and in order to ensure the corrosion resistance inside the polymer electrolyte fuel cell, it is preferable to satisfy the following formula (iv).
20.0 ≦ Cr + 3 × Mo−2.5 × B-17 × C ≦ 45.0 (iv)
 Mo:0.01~6.0%
 Moは、Crに比べて少量で耐食性を改善する効果がある。また、Moは溶出したとしても、アノードおよびカソード部に担持されている触媒の性能に対する影響が比較的軽微である。このことは、溶出したMoが、陰イオンであるモリブデン酸イオンとして存在するため、水素イオン(プロトン)交換基を有するフッ素系イオン交換樹脂膜のプロトン伝導性を阻害する影響が小さいためと考えられる。
Mo: 0.01 to 6.0%
Mo has an effect of improving the corrosion resistance in a small amount as compared with Cr. Further, even if Mo is eluted, the influence on the performance of the catalyst supported on the anode and cathode is relatively small. This is thought to be because the eluted Mo exists as molybdate ions, which are anions, so that the influence of inhibiting the proton conductivity of the fluorine-based ion exchange resin membrane having a hydrogen ion (proton) exchange group is small. .
 しかし、6.0%を超える量のMoを含有させると、製造途中でシグマ相等の金属間化合物の析出回避が困難となり、鋼の脆化の問題から生産が困難となる。また、Moは高価な添加元素である。そのため、Mo含有量は0.01~6.0%とする。Mo含有量は0.05%以上であるのが好ましく、5.0%未満であるのが好ましい。 However, if Mo is contained in an amount exceeding 6.0%, it is difficult to avoid precipitation of intermetallic compounds such as sigma phase during the production, and production is difficult due to the problem of steel embrittlement. Mo is an expensive additive element. Therefore, the Mo content is set to 0.01 to 6.0%. The Mo content is preferably 0.05% or more, and preferably less than 5.0%.
 Ni:0.01~6.0%
 Niは、耐食性、靭性を改善する元素である。しかし、Ni含有量が6.0%を超えると、工業的に熱処理を施してもフェライト単相組織とすることが困難となる。そのため、Ni含有量は0.01~6.0%とする。Ni含有量は0.03%以上であるのが好ましい。
Ni: 0.01 to 6.0%
Ni is an element that improves corrosion resistance and toughness. However, if the Ni content exceeds 6.0%, it becomes difficult to obtain a ferrite single phase structure even if heat treatment is applied industrially. Therefore, the Ni content is set to 0.01 to 6.0%. The Ni content is preferably 0.03% or more.
 Cu:0.01~1.0%
 Cuは溶解原料より不可避に0.01%以上混入する。0.01%未満で溶解することは可能であるが、製造コストが嵩む。Cu含有量が1.0%を超えると、熱間での加工性を減ずることとなり、量産性の確保が難しくなる。そのため、Cu含有量は0.01~1.0%とする。なお、Cuは母相に固溶していることが必要である。金属系析出物として分散すると燃料電池内での腐食起点となり電池性能低下をもたらす。Cu含有量は0.02%以上であるのが好ましく、0.8%以下であるのが好ましい。
Cu: 0.01 to 1.0%
Cu is inevitably mixed in by 0.01% or more from the melting raw material. Although it is possible to dissolve at less than 0.01%, the production cost increases. If the Cu content exceeds 1.0%, hot workability will be reduced, and it will be difficult to ensure mass productivity. Therefore, the Cu content is set to 0.01 to 1.0%. Cu needs to be dissolved in the matrix. When dispersed as a metal-based precipitate, it becomes a starting point for corrosion in the fuel cell, resulting in a decrease in cell performance. The Cu content is preferably 0.02% or more, and preferably 0.8% or less.
 N:0.035%以下
 Nは、不純物として鋼材中に含まれ、常温靭性を劣化させる元素である。そのため、N含有量は0.035%以下とする。工業的にはN含有量は0.007%以下とすることが望ましい。しかし、N含有量を過剰に低下することは、溶製コストの著しい上昇をもたらす。このため、N含有量は0.001%以上であるのが好ましく、0.002%以上であるのがより好ましい。
N: 0.035% or less N is an element that is contained in steel as an impurity and deteriorates room temperature toughness. Therefore, the N content is 0.035% or less. Industrially, the N content is desirably 0.007% or less. However, excessively reducing the N content results in a significant increase in melting costs. For this reason, it is preferable that N content is 0.001% or more, and it is more preferable that it is 0.002% or more.
 V:0.01~0.35%
 Vは、意図的に添加する元素ではないが、量産時に溶解原料として用いるCr源中に不可避に含有されている。Vは、僅かではあるものの、フェライト系ステンレス鋼の常温靭性を改善する。このため、V含有量は0.01~0.35%とする。V含有量は0.03%以上であるのが好ましく、0.30%以下であるのが好ましい。
V: 0.01 to 0.35%
V is not an intentionally added element, but is unavoidably contained in a Cr source used as a melting raw material during mass production. V improves the room temperature toughness of ferritic stainless steel, albeit slightly. For this reason, the V content is set to 0.01 to 0.35%. The V content is preferably 0.03% or more, and preferably 0.30% or less.
 B:0.5~1.0%
 Bは、溶鋼段階で添加すると、凝固時点で共晶反応により、ほぼ全量がMBとして析出する。鋼材中に析出、分散し、表面に露出したMBは、表面の導電性を改善するとともに、M23を析出制御するための析出核としての役割も果たす。B含有量が0.5%未満では、MBの析出量が少なく表面の導電性確保が難しい。一方、1.0%を超えて含有させると延性が著しく低下して鋼材の製造が困難となる。そのため、B含有量は0.5~1.0%とする。B含有量は0.5%以上であるのが好ましく、0.85%以下であるのが好ましい。
B: 0.5 to 1.0%
When B is added at the molten steel stage, almost all of it precipitates as M 2 B due to the eutectic reaction at the time of solidification. M 2 B precipitated and dispersed in the steel material and exposed to the surface improves the surface conductivity and also serves as a precipitation nucleus for controlling the precipitation of M 23 C 6 . If the B content is less than 0.5%, the amount of M 2 B deposited is small and it is difficult to ensure the surface conductivity. On the other hand, if the content exceeds 1.0%, the ductility is remarkably lowered and it becomes difficult to produce a steel material. Therefore, the B content is 0.5 to 1.0%. The B content is preferably 0.5% or more, and preferably 0.85% or less.
 Al:0.001~6.0%
 Alはフェライト形成元素であることに加えて、有効な脱酸元素である。必須で含有させるBは溶鋼中酸素との結合力が強い元素であるため、Al脱酸により溶鋼中の酸素濃度を十分に下げておく必要がある。そのため、Alを0.001%以上含有させる必要がある。一方、6.0%を超える量のAlを含有させると、鋼材表面に導電性に劣るアルミ酸化皮膜が生成しやすくなるとともに、製造コストが嵩む。そのため、Al含有量は0.001~6.0%とする。Al含有量は0.01%以上であるのが好ましく、5.5%以下であるのが好ましい。
Al: 0.001 to 6.0%
In addition to being a ferrite forming element, Al is an effective deoxidizing element. Since B, which is essential, is an element having a strong binding force with oxygen in the molten steel, it is necessary to sufficiently reduce the oxygen concentration in the molten steel by Al deoxidation. Therefore, it is necessary to contain 0.001% or more of Al. On the other hand, when an amount of Al exceeding 6.0% is contained, an aluminum oxide film having poor conductivity is easily generated on the steel material surface, and the manufacturing cost increases. Therefore, the Al content is made 0.001 to 6.0%. The Al content is preferably 0.01% or more, and preferably 5.5% or less.
 Sn:0.02~2.50%
 Snは、溶鋼段階で合金元素として添加することにより母相中に固溶する。そして、上述のように、母相中に固溶しているSnが、事前に行う酸液処理または燃料電池の運転中に生じる緩やかな母相溶解によって、母相の表面のみならず、MBの表面にも金属スズまたは酸化スズとして濃化する。そして、金属スズおよび酸化スズは半導体的性質を有し、酸化性雰囲気中での表面接触抵抗値は、非酸化性雰囲気中での表面接触抵抗値に比べて、2倍から3倍程度にまで高くなる。この作用により、固体高分子形燃料電池の起動時における過渡的に発生する局部電池反応を抑制する作用を発揮する。
Sn: 0.02 to 2.50%
Sn is dissolved in the matrix phase by adding it as an alloy element in the molten steel stage. As described above, Sn dissolved in the mother phase is not only the surface of the mother phase but also M 2 due to the acid solution treatment performed in advance or the gentle mother phase dissolution that occurs during the operation of the fuel cell. The surface of B is also concentrated as metallic tin or tin oxide. Metal tin and tin oxide have semiconducting properties, and the surface contact resistance value in an oxidizing atmosphere is about 2 to 3 times the surface contact resistance value in a non-oxidizing atmosphere. Get higher. This action exerts an action of suppressing a local cell reaction that occurs transiently at the time of starting the polymer electrolyte fuel cell.
 Sn含有量が0.02%未満ではこのような効果を安定して得られないおそれがある。一方、Sn含有量が2.50%を超えると製造性が低下するおそれがある。このため、Sn含有量は0.02~2.50%とする。Sn含有量は0.05%以上であるのが好ましく、1.0%以下であるのが好ましい。 If the Sn content is less than 0.02%, such an effect may not be stably obtained. On the other hand, if the Sn content exceeds 2.50%, the productivity may decrease. Therefore, the Sn content is 0.02 to 2.50%. The Sn content is preferably 0.05% or more, and preferably 1.0% or less.
 REM:0~0.1%
 REM(希土類元素)は、熱間製造性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかし、過度の含有は、製造コストの増加につながる。そのため、REM含有量は0.1%以下とする。REM含有量は0.05%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、REM含有量は0.001%以上であることが好ましく、0.005%以上であるのがより好ましい。
REM: 0 to 0.1%
Since REM (rare earth element) has an effect of improving hot manufacturability, it may be contained as necessary. However, excessive inclusion leads to an increase in manufacturing cost. Therefore, the REM content is 0.1% or less. The REM content is preferably 0.05% or less. In order to obtain the above effect, the REM content is preferably 0.001% or more, and more preferably 0.005% or more.
 ここで、本発明において、REMはSc、Yおよびランタノイドの合計17元素を指し、前記REMの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。なお、ランタノイドは、工業的には、ミッシュメタルの形で添加される。 Here, in the present invention, REM refers to a total of 17 elements of Sc, Y and lanthanoid, and the content of REM means the total content of these elements. The lanthanoid is industrially added in the form of misch metal.
 Nb:0~0.35%
 Ti:0~0.35%
 NbおよびTiは、鋼中のCおよびNの安定化元素である。すなわち、NbおよびTiは、鋼中では炭化物および窒化物を形成する。そのため、特に、C含有量が0.001%以上0.020%未満である場合に、これらの1種または2種を必要に応じて含有させてもよい。TiおよびNbの含有量は、いずれも0.35%以下とする。NbおよびTiの含有量は0.30%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、NbおよびTiの1種または2種を0.001%以上含有させることが好ましい。また、Nbは(Nb/C)値が3.0~25.0となるように、Tiは{Ti/(C+N)}値が3.0~25.0となるように含有することが好ましい。
Nb: 0 to 0.35%
Ti: 0 to 0.35%
Nb and Ti are C and N stabilizing elements in steel. That is, Nb and Ti form carbides and nitrides in the steel. Therefore, in particular, when the C content is 0.001% or more and less than 0.020%, one or two of these may be contained as necessary. The contents of Ti and Nb are both 0.35% or less. The Nb and Ti contents are preferably 0.30% or less. In order to acquire said effect, it is preferable to contain 0.001% or more of 1 type or 2 types of Nb and Ti. Further, Nb is preferably contained so that the (Nb / C) value is 3.0 to 25.0, and Ti is contained so that the {Ti / (C + N)} value is 3.0 to 25.0. .
 1-2.フェライト系ステンレス鋼材中の析出物
 アノード極側セル構成部材11に含まれるフェライト系ステンレス鋼材は、鋼材中に、微細に分散析出したMBを含む析出物を有する。この析出物は、MBを析出核として、その表面にM23が析出した複合析出物をさらに含んでいてもよい。なお、M23中のMは、Cr、またはCrおよびFe等であり、Cの一部は、Bに置換されていてもよい。また、MB中のMは、Cr、またはCrおよびFe等であり、Bの一部は、Cに置換されていてもよい。
1-2. Precipitate in Ferritic Stainless Steel Material Ferritic stainless steel material included in anode electrode side cell constituting member 11 has a precipitate containing M 2 B finely dispersed and precipitated in the steel material. This precipitate may further include a composite precipitate in which M 23 C 6 is precipitated on the surface using M 2 B as a precipitation nucleus. Note that M in M 23 C 6 is Cr, Cr, Fe, or the like, and a part of C may be substituted with B. M in M 2 B is Cr, Cr, Fe, or the like, and a part of B may be substituted with C.
 そして、上記の析出物は、その一部が鋼材の表面から突出している。鋼材の表面から突出したMBまたはM23が導電性パスとしての機能を発揮し、接触抵抗を低減させる効果を有する。 A part of the precipitate protrudes from the surface of the steel material. M 2 B or M 23 C 6 protruding from the surface of the steel material functions as a conductive path and has an effect of reducing contact resistance.
 MBおよびM23を鋼材の表面から突出させた場合であっても、これら析出物の表面には、不動態皮膜(酸化物皮膜)は形成される。しかし、MB中およびM23中のCr濃度は、マトリクス中のCr濃度よりも高い。そのことに加え、MBまたはM23の表面に形成される不動態皮膜の厚さは、マトリクス表面を覆っている不動態皮膜よりも薄い。そのため、これらの析出物は電子伝導性に優れ、導電性パスとして機能する。 Even when M 2 B and M 23 C 6 are projected from the surface of the steel material, a passive film (oxide film) is formed on the surface of these precipitates. However, the Cr concentration in M 2 B and M 23 C 6 is higher than the Cr concentration in the matrix. In addition, the thickness of the passive film formed on the surface of M 2 B or M 23 C 6 is thinner than the passive film covering the matrix surface. Therefore, these deposits are excellent in electronic conductivity and function as a conductive path.
 鋼材の表面から突出したMBは、脱落することが懸念される。しかしながら、MBは金属析出物であることにより、母相と金属結合しており、脱落することはない。また、MBは、大型であり、かつ、非常に硬質な析出物である。そのため、熱間鍛造、熱間圧延、冷間圧延の各工程において機械的に破砕され、均一に分散するようになる。 There is a concern that M 2 B protruding from the surface of the steel material may fall off. However, since M 2 B is a metal precipitate, it is metal-bonded to the parent phase and does not fall off. Moreover, M 2 B is a large and very hard precipitate. Therefore, it is mechanically crushed in each process of hot forging, hot rolling, and cold rolling, and is uniformly dispersed.
 MBは導電性を有し、破砕されたとしても非常に大型の金属析出物である。そのため、MB単体であっても導電性パスとしての十分な機能は得られる。しかし、M23は、MBよりもさらに導電性に優れる。そのため、大型で多量に分散しているMBの表面に、導電性に優れるM23を析出させることで、大型かつ導電性に優れる複合析出物が分散して存在する状態となり、アノード極側セル構成部材に用いられる鋼材としてより望ましい表面状態が得られる。 M 2 B has electrical conductivity and is a very large metal precipitate even when crushed. Therefore, a sufficient function as a conductive path can be obtained even with M 2 B alone. However, M 23 C 6 is more excellent in conductivity than M 2 B. Therefore, by depositing M 23 C 6 excellent in conductivity on the surface of M 2 B which is large and dispersed in a large amount, a composite precipitate having large and excellent conductivity is dispersed and exists. A more desirable surface state can be obtained as a steel material used for the pole-side cell constituent member.
 ここで、MBは、凝固末期に進行する共晶反応により析出する。そのため、組成が均一であるとともに、熱的にも極めて安定である特長を有している。鋼材の製造工程における熱履歴によって、再固溶も、再析出も、成分変化もすることはない。 Here, M 2 B is precipitated by a eutectic reaction that proceeds at the end of solidification. Therefore, it has the characteristics that the composition is uniform and is extremely stable thermally. There is no re-dissolution, re-precipitation, or component change due to the thermal history in the manufacturing process of the steel material.
 一方、M23は、鋼中のC含有量にもよるが、加熱過程でその一部または全てが固溶し、その後の冷却過程でMBの表面に再析出する。すなわち、適切な加熱、冷却条件を設定した熱処理を行うことにより、MBを析出核としてその表面に、M23が析出した複合析出物とすることができる。 On the other hand, although M 23 C 6 depends on the C content in the steel, a part or all of it is dissolved in the heating process and re-precipitated on the surface of M 2 B in the subsequent cooling process. That is, by performing a heat treatment in which appropriate heating and cooling conditions are set, it is possible to obtain a composite precipitate in which M 23 C 6 is precipitated on the surface using M 2 B as a precipitation nucleus.
 2.カソード極側セル構成部材
 カソード極側セル構成部材12は以下に説明するステンレス鋼材を含む。なお、カソード極側セル構成部材12のうち、少なくともガス流路の表面部分に使用される部材が後述するステンレス鋼材で構成されることが好ましい。
2. Cathode pole side cell constituent member The cathode pole side cell constituent member 12 includes a stainless steel material described below. In addition, it is preferable that the member used for at least the surface part of a gas flow path among the cathode electrode side cell structural members 12 is comprised by the stainless steel material mentioned later.
 2-1.ステンレス鋼材の化学組成
 カソード極側セル構成部材12に含まれるステンレス鋼材は、Sn含有量を0.02%未満に制限する。Sn含有量を上記の範囲に限定する理由については後述する。
2-1. Chemical composition of stainless steel material The stainless steel material contained in the cathode electrode side cell constituent member 12 limits the Sn content to less than 0.02%. The reason why the Sn content is limited to the above range will be described later.
 また、上記のステンレス鋼材の化学組成は、C:0.001~0.2%、Si:0.01~1.5%、Mn:0.01~2.5%、P:0.035%以下、S:0.01%以下、Cr:16.0~35.0%、Mo:0~7.0%、Ni:0.01~50.0%、Cu:0.01~3.0%、N:0.001~0.4%、V:0~0.35%、B:0.5~1.0%、Al:0.001~6.0%、W:0~4.0%、Sn:0.02%未満、REM:0~0.1%、Nb:0~0.35%、Ti:0~0.35%、および、残部:Feおよび不純物であり、下記(iv)式を満足することが好ましい。
 20.0≦Cr+3×Mo-2.5×B-17×C≦45.0 ・・・(iv)
The chemical composition of the above stainless steel material is as follows: C: 0.001 to 0.2%, Si: 0.01 to 1.5%, Mn: 0.01 to 2.5%, P: 0.035% Hereinafter, S: 0.01% or less, Cr: 16.0-35.0%, Mo: 0-7.0%, Ni: 0.01-50.0%, Cu: 0.01-3.0 %, N: 0.001 to 0.4%, V: 0 to 0.35%, B: 0.5 to 1.0%, Al: 0.001 to 6.0%, W: 0 to 4. 0%, Sn: less than 0.02%, REM: 0 to 0.1%, Nb: 0 to 0.35%, Ti: 0 to 0.35%, and the balance: Fe and impurities. iv) It is preferable to satisfy the formula.
20.0 ≦ Cr + 3 × Mo−2.5 × B-17 × C ≦ 45.0 (iv)
 上記のステンレス鋼材は、フェライト系ステンレス鋼材であってもよいし、オーステナイト系ステンレス鋼材であってもよい。上記のフェライト系ステンレス鋼材として、以下の2種のフェライト系ステンレス鋼材が挙げられ、上記のオーステナイト系ステンレス鋼材として、以下の1種のオーステナイト系ステンレス鋼材が挙げられる。それぞれの化学組成について詳しく説明する。 The above stainless steel material may be a ferritic stainless steel material or an austenitic stainless steel material. Examples of the ferritic stainless steel material include the following two types of ferritic stainless steel materials, and examples of the austenitic stainless steel material include the following one type of austenitic stainless steel material. Each chemical composition will be described in detail.
 なお、フェライト相とオーステナイト相との二相組織であると、圧延材である鋼材の成形性に方向性が認められるようになるため、二相系ステンレス鋼材は固体高分子形燃料電池用のセル構成部材としては適さない。 In addition, since the directivity is recognized in the formability of the steel material that is a rolled material when it has a two-phase structure of a ferrite phase and an austenite phase, a duplex stainless steel material is a cell for a polymer electrolyte fuel cell. It is not suitable as a component.
 (c)C:0.001%以上0.020%未満、Si:0.01~1.5%、Mn:0.01~1.5%、P:0.035%以下、S:0.01%以下、Cr:22.5~35.0%、Mo:0.01~6.0%、Ni:0.01~6.0%、Cu:0.01~1.0%、N:0.035%以下、V:0.01~0.35%、B:0.5~1.0%、Al:0.001~6.0%、Sn:0.02%未満、REM:0~0.1%、Nb:0~0.35%、Ti:0~0.35%、および、残部:Feおよび不純物であり、下記(v)式を満足する、フェライト系ステンレス鋼材。
 20.0≦Cr+3×Mo-2.5×B≦45.0 ・・・(v)
(C) C: 0.001% or more and less than 0.020%, Si: 0.01 to 1.5%, Mn: 0.01 to 1.5%, P: 0.035% or less, S: 0.0. 01% or less, Cr: 22.5 to 35.0%, Mo: 0.01 to 6.0%, Ni: 0.01 to 6.0%, Cu: 0.01 to 1.0%, N: 0.035% or less, V: 0.01 to 0.35%, B: 0.5 to 1.0%, Al: 0.001 to 6.0%, Sn: less than 0.02%, REM: 0 A ferritic stainless steel material that is 0.1%, Nb: 0-0.35%, Ti: 0-0.35%, and the balance: Fe and impurities, satisfying the following formula (v).
20.0 ≦ Cr + 3 × Mo−2.5 × B ≦ 45.0 (v)
 (d)C:0.020~0.15%、Si:0.01~1.5%、Mn:0.01~1.5%、P:0.035%以下、S:0.01%以下、Cr:22.5~35.0%、Mo:0.01~6.0%、Ni:0.01~6.0%、Cu:0.01~1.0%、N:0.035%以下、V:0.01~0.35%、B:0.5~1.0%、Al:0.001~6.0%、Sn:0.02%未満、REM:0~0.1%、および、残部:Feおよび不純物であり、下記(iv)式を満足する、フェライト系ステンレス鋼材。
 20.0≦Cr+3×Mo-2.5×B-17×C≦45.0 ・・・(iv)
(D) C: 0.020 to 0.15%, Si: 0.01 to 1.5%, Mn: 0.01 to 1.5%, P: 0.035% or less, S: 0.01% Hereinafter, Cr: 22.5-35.0%, Mo: 0.01-6.0%, Ni: 0.01-6.0%, Cu: 0.01-1.0%, N: 0.00. 035% or less, V: 0.01 to 0.35%, B: 0.5 to 1.0%, Al: 0.001 to 6.0%, Sn: less than 0.02%, REM: 0 to 0 1% and the balance: ferritic stainless steel material that is Fe and impurities and satisfies the following formula (iv).
20.0 ≦ Cr + 3 × Mo−2.5 × B-17 × C ≦ 45.0 (iv)
 (e)C:0.005~0.20%、Si:0.01~1.5%、Mn:0.01~2.5%、P:0.035%以下、S:0.01%以下、Cr:16.0~30.0%、Mo:0~7.0%、Ni:7.0~50.0%、Cu:0.01~3.0%、N:0.001~0.4%、V:0.3%以下、B:0.5~1.0%、Al:0.001~0.2%、Sn:0.02%未満、残部:Feおよび不純物であり、下記(vi)式を満足する、オーステナイト系ステンレス鋼材。
 24.0≦Cr+3×Mo-2.5×B-17×C≦45.0 ・・・(vi)
(E) C: 0.005 to 0.20%, Si: 0.01 to 1.5%, Mn: 0.01 to 2.5%, P: 0.035% or less, S: 0.01% Hereinafter, Cr: 16.0 to 30.0%, Mo: 0 to 7.0%, Ni: 7.0 to 50.0%, Cu: 0.01 to 3.0%, N: 0.001 to 0.4%, V: 0.3% or less, B: 0.5 to 1.0%, Al: 0.001 to 0.2%, Sn: less than 0.02%, balance: Fe and impurities An austenitic stainless steel material that satisfies the following formula (vi).
24.0 ≦ Cr + 3 × Mo−2.5 × B−17 × C ≦ 45.0 (vi)
 2-2.フェライト系ステンレス鋼材の化学組成
 C:0.001~0.15%
 Cは、母相の組織および組成、特に鋼中のCr含有量にもよるが、Cr主体のM23として鋼中に析出することがある。C含有量を0.001%以上とすることによって、M23が析出して接触抵抗特性が向上するようになる。一方、Cを過度に含有させると製造性が著しく悪化する。そのため、C含有量は0.001~0.15%とする。
2-2. Chemical composition of ferritic stainless steel C: 0.001 to 0.15%
C may precipitate in steel as M 23 C 6 mainly composed of Cr, although it depends on the structure and composition of the parent phase, particularly the Cr content in the steel. By setting the C content to 0.001% or more, M 23 C 6 is precipitated and the contact resistance characteristics are improved. On the other hand, if C is contained excessively, the productivity is remarkably deteriorated. Therefore, the C content is set to 0.001 to 0.15%.
 なお、M23等のCr系炭化物を活用しない場合には、C含有量を低く抑えることによって、鋭敏化による耐食性の低下を防止し、常温靱性を向上させ製造性を改善することが可能になる。一方、極端にC含有量を低減すると、精練時間が長くなり精練コストが嵩む。このため、C含有量は0.001%以上0.020%未満としてもよい。この場合、C含有量は0.0015%以上であるのが好ましく、0.010%未満であるのが好ましい。 When Cr-based carbides such as M 23 C 6 are not used, by suppressing the C content low, it is possible to prevent deterioration of corrosion resistance due to sensitization, improve room temperature toughness, and improve productivity. become. On the other hand, if the C content is extremely reduced, the scouring time becomes longer and the scouring cost increases. For this reason, C content is good also as 0.001% or more and less than 0.020%. In this case, the C content is preferably 0.0015% or more, and preferably less than 0.010%.
 また、M23等のCr系炭化物を積極的に活用する場合には、C含有量は0.020~0.15%としてもよい。この場合、C含有量は0.030%以上であるのが好ましく、0.14%以下であるのが好ましい。 In addition, when a Cr-based carbide such as M 23 C 6 is actively used, the C content may be 0.020 to 0.15%. In this case, the C content is preferably 0.030% or more, and preferably 0.14% or less.
 Si:0.01~1.5%
 Siは、量産鋼においてはAlと同様に有効な脱酸元素である。Si含有量が0.01%未満では脱酸が不安定となるばかりでなく、Al添加量が多くなり製造コストが嵩むようになる。また、鋼材表面疵も発生しやすくなる。一方、Si含有量が1.5%を超えると成形性が低下する。そのため、Si含有量は0.01~1.5%とする。Si含有量は0.05%以上であるのが好ましく、0.1%以上であるのがより好ましい。また、Si含有量は1.2%以下であるのが好ましく、1.0%以下であるのがより好ましい。
Si: 0.01 to 1.5%
Si is a deoxidizing element as effective as Al in mass-produced steel. When the Si content is less than 0.01%, not only deoxidation becomes unstable, but also the amount of Al added increases and the production cost increases. Also, steel surface flaws are likely to occur. On the other hand, if the Si content exceeds 1.5%, the moldability deteriorates. Therefore, the Si content is set to 0.01 to 1.5%. The Si content is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.1% or more. Moreover, it is preferable that Si content is 1.2% or less, and it is more preferable that it is 1.0% or less.
 Mn:0.01~1.5%
 Mnは、鋼中のSをMn系硫化物として固定する作用があり、熱間加工性を改善する効果がある。一方、Mn含有量が1.5%を超えると、製造の際の加熱時に表面に生成する高温酸化スケールの密着性が低下し、表面肌荒れの原因となるスケール剥離を起こし易くなる。そのため、Mn含有量は0.01~1.5%とする。Mn含有量は0.05%以上であるのが好ましく、0.1%以上であるのがより好ましい。また、Mn含有量は1.2%以下であるのが好ましく、1.0%以下であるのがより好ましい。
Mn: 0.01 to 1.5%
Mn has an effect of fixing S in steel as a Mn-based sulfide, and has an effect of improving hot workability. On the other hand, if the Mn content exceeds 1.5%, the adhesion of the high-temperature oxide scale formed on the surface during heating during production is reduced, and scale peeling that causes surface roughness is likely to occur. Therefore, the Mn content is set to 0.01 to 1.5%. The Mn content is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.1% or more. Further, the Mn content is preferably 1.2% or less, and more preferably 1.0% or less.
 P:0.035%以下
 Pは、Sと並んで有害な不純物元素である。P含有量が0.035%を超えると、製造性が低下する。そのため、P含有量は0.035%以下とする。
P: 0.035% or less P is a harmful impurity element along with S. If the P content exceeds 0.035%, the productivity decreases. Therefore, the P content is 0.035% or less.
 S:0.01%以下
 Sは、耐食性にとって極めて有害な不純物元素である。このため、S含有量は0.01%以下とする。Sは、鋼中共存元素および鋼中のS量に応じて、Mn系硫化物、Fe系硫化物、または、これらの複合硫化物および酸化物との複合非金属析出物として、そのほとんどが析出している。
S: 0.01% or less S is an impurity element extremely harmful to corrosion resistance. For this reason, S content shall be 0.01% or less. Depending on the coexisting elements in steel and the amount of S in steel, S is mostly precipitated as Mn-based sulfides, Fe-based sulfides, or composite non-metallic precipitates with these composite sulfides and oxides. is doing.
 固体高分子型燃料電池のセパレータ環境においては、いずれの組成の硫化物系非金属析出物であっても、程度の差はあるものの腐食の起点として作用し、不動態皮膜の維持、金属イオン溶出抑制にとって有害である。通常の量産鋼のS含有量は、0.005%超~0.008%前後であるが、上記の有害な影響を抑制するためには、S含有量は0.003%以下であるのが好ましく、0.002%以下であるのがより好ましく、0.001%未満であるのがさらに好ましい。S含有量は低ければ低い程、望ましい。工業的量産レベルで、S含有量を0.001%未満とすることは、現状の精錬技術をもってすれば、わずかな製造コストの上昇で可能である。 In the polymer electrolyte fuel cell separator environment, any non-sulfide sulfide precipitate of any composition will act as a starting point for corrosion to some extent, but it will maintain the passive film and elute metal ions. Harmful to suppression. The S content of ordinary mass-produced steel is more than 0.005% to around 0.008%, but in order to suppress the harmful effects described above, the S content should be 0.003% or less. Preferably, it is 0.002% or less, more preferably less than 0.001%. The lower the S content, the better. It is possible to make the S content less than 0.001% at an industrial mass production level with a slight increase in production cost if the current refining technology is used.
 Cr:22.5~35.0%
 Crは、母材の耐食性を確保する作用を有する元素である。Cr含有量は高いほど高耐食性を示す。また、鋼材中にMBを析出させるためにも、Crを含有させる必要がある。一方、Cr含有量が35.0%を超えると量産規模での生産が難しくなる。そのため、Cr含有量は22.5~35.0%とする。
Cr: 22.5-35.0%
Cr is an element having an action of ensuring the corrosion resistance of the base material. The higher the Cr content, the higher the corrosion resistance. Also, in order to precipitate M 2 B in the steel material, it is necessary to include Cr. On the other hand, if the Cr content exceeds 35.0%, production on a mass production scale becomes difficult. Therefore, the Cr content is 22.5 to 35.0%.
 なお、MBが析出することにより、母相中で耐食性向上に寄与するCr濃度が、溶鋼段階でのCr濃度に比べて低下して耐食性が低下する場合がある。C含有量が0.001%以上0.020%未満であって、固体高分子形燃料電池内部での耐食性を確保するためには、下記(v)式を満足することが好ましい。
 20.0≦Cr+3×Mo-2.5×B≦45.0 ・・・(v)
In addition, by precipitation of M 2 B, the Cr concentration that contributes to the improvement of the corrosion resistance in the matrix phase may be lower than the Cr concentration in the molten steel stage, and the corrosion resistance may be lowered. In order to ensure corrosion resistance inside the polymer electrolyte fuel cell with a C content of 0.001% or more and less than 0.020%, it is preferable to satisfy the following formula (v).
20.0 ≦ Cr + 3 × Mo−2.5 × B ≦ 45.0 (v)
 また、M23を析出させる場合にも、Crは必要な元素である。MBおよびM23が析出することにより、母相中で耐食性向上に寄与するCr濃度が、溶鋼段階でのCr濃度に比べて低下して耐食性が低下する場合がある。C含有量が0.020~0.15%であって、固体高分子形燃料電池内部での耐食性を確保するためには、下記(iv)式を満足することが好ましい。
 20.0≦Cr+3×Mo-2.5×B-17×C≦45.0 ・・・(iv)
Also, Cr is a necessary element when M 23 C 6 is deposited. By precipitation of M 2 B and M 23 C 6 , the Cr concentration that contributes to improving the corrosion resistance in the matrix may be lower than the Cr concentration at the molten steel stage, and the corrosion resistance may be lowered. The C content is 0.020 to 0.15%, and in order to ensure the corrosion resistance inside the polymer electrolyte fuel cell, it is preferable to satisfy the following formula (iv).
20.0 ≦ Cr + 3 × Mo−2.5 × B-17 × C ≦ 45.0 (iv)
 Mo:0.01~6.0%
 Moは、Crに比べて少量で耐食性を改善する効果がある。また、Moは溶出したとしても、アノードおよびカソード部に担持されている触媒の性能に対する影響が比較的軽微である。このことは、溶出したMoが、陰イオンであるモリブデン酸イオンとして存在するため、水素イオン(プロトン)交換基を有するフッ素系イオン交換樹脂膜のプロトン伝導性を阻害する影響が小さいためと考えられる。
Mo: 0.01 to 6.0%
Mo has an effect of improving the corrosion resistance in a small amount as compared with Cr. Further, even if Mo is eluted, the influence on the performance of the catalyst supported on the anode and cathode is relatively small. This is thought to be because the eluted Mo exists as molybdate ions, which are anions, so that the influence of inhibiting the proton conductivity of the fluorine-based ion exchange resin membrane having a hydrogen ion (proton) exchange group is small. .
 しかし、6.0%を超える量のMoを含有させると、製造途中でシグマ相等の金属間化合物の析出回避が困難となり、鋼の脆化の問題から生産が困難となる。また、Moは高価な添加元素である。そのため、Mo含有量は0.01~6.0%とする。Mo含有量は0.05%以上であるのが好ましく、5.0%未満であるのが好ましい。 However, if Mo is contained in an amount exceeding 6.0%, it is difficult to avoid precipitation of intermetallic compounds such as sigma phase during the production, and production is difficult due to the problem of steel embrittlement. Mo is an expensive additive element. Therefore, the Mo content is set to 0.01 to 6.0%. The Mo content is preferably 0.05% or more, and preferably less than 5.0%.
 Ni:0.01~6.0%
 Niは、耐食性、靭性を改善する元素である。しかし、Ni含有量が6.0%を超えると、工業的に熱処理を施してもフェライト単相組織とすることが困難となる。そのため、Ni含有量は0.01~6.0%とする。Ni含有量は0.03%以上であるのが好ましい。
Ni: 0.01 to 6.0%
Ni is an element that improves corrosion resistance and toughness. However, if the Ni content exceeds 6.0%, it becomes difficult to obtain a ferrite single phase structure even if heat treatment is applied industrially. Therefore, the Ni content is set to 0.01 to 6.0%. The Ni content is preferably 0.03% or more.
 Cu:0.01~1.0%
 Cuは溶解原料より不可避に0.01%以上混入する。0.01%未満で溶解することは可能であるが、製造コストが嵩む。Cu含有量が1.0%を超えると、熱間での加工性を減ずることとなり、量産性の確保が難しくなる。そのため、Cu含有量は0.01~1.0%とする。なお、Cuは母相に固溶していることが必要である。金属系析出物として分散すると燃料電池内での腐食起点となり電池性能低下をもたらす。Cu含有量は0.02%以上であるのが好ましく、0.8%以下であるのが好ましい。
Cu: 0.01 to 1.0%
Cu is inevitably mixed in by 0.01% or more from the melting raw material. Although it is possible to dissolve at less than 0.01%, the production cost increases. If the Cu content exceeds 1.0%, hot workability will be reduced, and it will be difficult to ensure mass productivity. Therefore, the Cu content is set to 0.01 to 1.0%. Cu needs to be dissolved in the matrix. When dispersed as a metal-based precipitate, it becomes a starting point for corrosion in the fuel cell, resulting in a decrease in cell performance. The Cu content is preferably 0.02% or more, and preferably 0.8% or less.
 N:0.035%以下
 Nは、不純物として鋼材中に含まれ、常温靭性を劣化させる元素である。そのため、N含有量は0.035%以下とする。工業的にはN含有量は0.007%以下とすることが望ましい。しかし、N含有量を過剰に低下することは、溶製コストの著しい上昇をもたらす。このため、N含有量は0.001%以上であるのが好ましく、0.002%以上であるのがより好ましい。
N: 0.035% or less N is an element that is contained in steel as an impurity and deteriorates room temperature toughness. Therefore, the N content is 0.035% or less. Industrially, the N content is desirably 0.007% or less. However, excessively reducing the N content results in a significant increase in melting costs. For this reason, it is preferable that N content is 0.001% or more, and it is more preferable that it is 0.002% or more.
 V:0.01~0.35%
 Vは、意図的に添加する元素ではないが、量産時溶解原料として用いるCr源中に不可避に含有されている。Vは、僅かではあるものの、フェライト系ステンレス鋼の常温靭性を改善する。このため、V含有量は0.01~0.35%とする。V含有量は0.03%以上であるのが好ましく、0.30%以下であるのが好ましい。
V: 0.01 to 0.35%
V is not an element intentionally added, but is unavoidably contained in a Cr source used as a melting raw material during mass production. V improves the room temperature toughness of ferritic stainless steel, albeit slightly. For this reason, the V content is set to 0.01 to 0.35%. The V content is preferably 0.03% or more, and preferably 0.30% or less.
 B:0.5~1.0%
 Bは、溶鋼段階で添加すると、凝固時点で共晶反応により、ほぼ全量がMBとして析出する。鋼材中に析出、分散し、表面に露出したMBは、表面の導電性を改善するとともに、M23を析出制御するための析出核としての役割も果たす。B含有量が0.5%未満では、MBの析出量が少なく表面の導電性確保が難しい。一方、1.0%を超えて含有させると延性が著しく低下して鋼材の製造が困難となる。そのため、B含有量は0.5~1.0%とする。B含有量は0.5%以上であるのが好ましく、0.85%以下であるのが好ましい。
B: 0.5 to 1.0%
When B is added at the molten steel stage, almost all of it precipitates as M 2 B due to the eutectic reaction at the time of solidification. M 2 B precipitated and dispersed in the steel material and exposed to the surface improves the surface conductivity and also serves as a precipitation nucleus for controlling the precipitation of M 23 C 6 . If the B content is less than 0.5%, the amount of M 2 B deposited is small and it is difficult to ensure the surface conductivity. On the other hand, if the content exceeds 1.0%, the ductility is remarkably lowered and it becomes difficult to produce a steel material. Therefore, the B content is 0.5 to 1.0%. The B content is preferably 0.5% or more, and preferably 0.85% or less.
 Al:0.001~6.0%
 Alはフェライト形成元素であることに加えて、有効な脱酸元素である。必須で含有させるBは溶鋼中酸素との結合力が強い元素であるため、Al脱酸により溶鋼中の酸素濃度を十分に下げておく必要がある。そのため、Alを0.001%以上含有させる必要がある。一方、6.0%を超える量のAlを含有させると、鋼材表面に導電性に劣るアルミ酸化皮膜が生成しやすくなるとともに、製造コストが嵩む。そのため、Al含有量は0.001~6.0%とする。Al含有量は0.01%以上であるのが好ましく、5.5%以下であるのが好ましい。
Al: 0.001 to 6.0%
In addition to being a ferrite forming element, Al is an effective deoxidizing element. Since B, which is essential, is an element having a strong binding force with oxygen in the molten steel, it is necessary to sufficiently reduce the oxygen concentration in the molten steel by Al deoxidation. Therefore, it is necessary to contain 0.001% or more of Al. On the other hand, when an amount of Al exceeding 6.0% is contained, an aluminum oxide film having poor conductivity is easily generated on the steel material surface, and the manufacturing cost increases. Therefore, the Al content is made 0.001 to 6.0%. The Al content is preferably 0.01% or more, and preferably 5.5% or less.
 Sn:0.02%未満
 上述のように、カソード極側セル構成部材は、通常運転中でも酸化性雰囲気で使用される。そのため、Snを含有するステンレス鋼材をカソード極側セル構成部材に適用すると、母相の表面等に導電性に劣る酸化スズが厚膜化するようになる。Sn含有量が0.02%以上であると、接触電気抵抗の上昇が顕著になり、電池出力が低下するようになる。このため、Sn含有量は0.02%未満とする。Sn含有量は0.015%以下であるのが好ましい。Sn含有量は不純物レベルであってもよい。
Sn: Less than 0.02% As described above, the cathode electrode side cell constituent member is used in an oxidizing atmosphere even during normal operation. Therefore, when a stainless steel material containing Sn is applied to the cathode electrode side cell constituent member, tin oxide having poor conductivity becomes thicker on the surface of the parent phase and the like. When the Sn content is 0.02% or more, the increase in the contact electric resistance becomes remarkable, and the battery output decreases. For this reason, Sn content shall be less than 0.02%. The Sn content is preferably 0.015% or less. The Sn content may be at the impurity level.
 REM:0~0.1%
 REM(希土類元素)は、熱間製造性を改善する効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかし、過度の含有は、製造コストの増加につながる。そのため、REM含有量は0.1%以下とする。REM含有量は0.05%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、REM含有量は0.001%以上であることが好ましく、0.005%以上であるのがより好ましい。
REM: 0 to 0.1%
Since REM (rare earth element) has an effect of improving hot manufacturability, it may be contained as necessary. However, excessive inclusion leads to an increase in manufacturing cost. Therefore, the REM content is 0.1% or less. The REM content is preferably 0.05% or less. In order to obtain the above effect, the REM content is preferably 0.001% or more, and more preferably 0.005% or more.
 ここで、本発明において、REMはSc、Yおよびランタノイドの合計17元素を指し、前記REMの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。なお、ランタノイドは、工業的には、ミッシュメタルの形で添加される。 Here, in the present invention, REM refers to a total of 17 elements of Sc, Y and lanthanoid, and the content of REM means the total content of these elements. The lanthanoid is industrially added in the form of misch metal.
 Nb:0~0.35%
 Ti:0~0.35%
 NbおよびTiは、鋼中のCおよびNの安定化元素である。すなわち、NbおよびTiは、鋼中では炭化物および窒化物を形成する。そのため、特に、C含有量が0.001%以上0.020%未満である場合に、これらの1種または2種を必要に応じて含有させてもよい。TiおよびNbの含有量は、いずれも0.35%以下とする。NbおよびTiの含有量は0.30%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、NbおよびTiの1種または2種を0.001%以上含有させることが好ましい。また、Nbは(Nb/C)値が3.0~25.0となるように、Tiは{Ti/(C+N)}値が3.0~25.0となるように含有することが好ましい。
Nb: 0 to 0.35%
Ti: 0 to 0.35%
Nb and Ti are C and N stabilizing elements in steel. That is, Nb and Ti form carbides and nitrides in the steel. Therefore, in particular, when the C content is 0.001% or more and less than 0.020%, one or two of these may be contained as necessary. The contents of Ti and Nb are both 0.35% or less. The Nb and Ti contents are preferably 0.30% or less. In order to acquire said effect, it is preferable to contain 0.001% or more of 1 type or 2 types of Nb and Ti. Further, Nb is preferably contained so that the (Nb / C) value is 3.0 to 25.0, and Ti is contained so that the {Ti / (C + N)} value is 3.0 to 25.0. .
 2-3.オーステナイト系ステンレス鋼材の化学組成
 C:0.005~0.20%
 Cは、オーステナイト相安定化元素である。C含有量が0.005%未満であると、オーステナイト相が不安定になり鋭敏化を起こし、鋭敏化による耐食性低下を起こし易くなるとともに、常温靭性が低下して製造性が低下する。一方、Cを過度に含有させると製造性が著しく悪化する。そのため、C含有量は0.005~0.20%とする。C含有量は0.015%以上であるのが好ましい。C含有量は0.15%以下であるのが好ましく、0.025%以下であるのがより好ましい。
2-3. Chemical composition of austenitic stainless steel C: 0.005 to 0.20%
C is an austenite phase stabilizing element. If the C content is less than 0.005%, the austenite phase becomes unstable and sensitization is likely to occur, and the corrosion resistance due to sensitization is liable to be lowered, and the normal temperature toughness is lowered and productivity is lowered. On the other hand, if C is contained excessively, the productivity is remarkably deteriorated. Therefore, the C content is set to 0.005 to 0.20%. The C content is preferably 0.015% or more. The C content is preferably 0.15% or less, and more preferably 0.025% or less.
 Si:0.01~1.5%
 Siは、量産鋼においてはAlと同様に有効な脱酸元素である。Si含有量が0.01%未満では脱酸が不安定となるばかりでなく、Al添加量が多くなり製造コストが嵩むようになる。鋼材表面疵も発生しやすくなる。一方、Si含有量が1.5%を超えると成形性が低下する。そのため、Si含有量は0.01~1.5%とする。Si含有量は0.05%以上であるのが好ましく、0.1%以上であるのがより好ましい。また、Si含有量は1.2%以下であるのが好ましく、1.0%以下であるのがより好ましい。
Si: 0.01 to 1.5%
Si is a deoxidizing element as effective as Al in mass-produced steel. When the Si content is less than 0.01%, not only deoxidation becomes unstable, but also the amount of Al added increases and the production cost increases. Steel surface flaws are also likely to occur. On the other hand, if the Si content exceeds 1.5%, the moldability deteriorates. Therefore, the Si content is set to 0.01 to 1.5%. The Si content is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.1% or more. Moreover, it is preferable that Si content is 1.2% or less, and it is more preferable that it is 1.0% or less.
 Mn:0.01~2.5%
 Mnは、鋼中のSをMn系硫化物として固定する作用があり、熱間加工性を改善する効果がある。Mn含有量が0.01%未満では上記効果は得られない。一方、Mn含有量が2.5%を超えると、製造の際の加熱時に表面に生成する高温酸化スケールの密着性が低下し、表面肌荒れの原因となるスケール剥離を起こし易くなる。そのため、Mn含有量は0.01~2.5%とする。Mn含有量は0.05%以上であるのが好ましく、0.1%以上であるのがより好ましい。また、Mn含有量は1.0%以下であるのが好ましく、0.6%以下であるのがより好ましい。
Mn: 0.01 to 2.5%
Mn has an effect of fixing S in steel as a Mn-based sulfide, and has an effect of improving hot workability. If the Mn content is less than 0.01%, the above effect cannot be obtained. On the other hand, when the Mn content exceeds 2.5%, the adhesion of the high-temperature oxide scale formed on the surface during heating during production is reduced, and scale peeling that causes surface roughness is likely to occur. Therefore, the Mn content is set to 0.01 to 2.5%. The Mn content is preferably 0.05% or more, and more preferably 0.1% or more. Moreover, it is preferable that Mn content is 1.0% or less, and it is more preferable that it is 0.6% or less.
 P:0.035%以下
 Pは、Sと並んで有害な不純物元素である。P含有量が0.035%を超えると、製造性が低下する。そのため、P含有量は0.035%以下とする。製造性の観点より、P含有量は、0.030%以下であることが好ましい。
P: 0.035% or less P is a harmful impurity element along with S. If the P content exceeds 0.035%, the productivity decreases. Therefore, the P content is 0.035% or less. From the viewpoint of manufacturability, the P content is preferably 0.030% or less.
 S:0.01%以下
 Sは、耐食性にとって極めて有害な不純物元素である。このため、S含有量は0.01%以下とする。Sは、鋼中共存元素および鋼中のS量に応じて、Mn系硫化物、Fe系硫化物、または、これらの複合硫化物および酸化物との複合非金属析出物として、そのほとんどが析出している。
S: 0.01% or less S is an impurity element extremely harmful to corrosion resistance. For this reason, S content shall be 0.01% or less. Depending on the coexisting elements in steel and the amount of S in steel, S is mostly precipitated as Mn-based sulfides, Fe-based sulfides, or composite non-metallic precipitates with these composite sulfides and oxides. is doing.
 固体高分子型燃料電池のセパレータ環境においては、いずれの組成の硫化物系非金属析出物であっても、程度の差はあるものの腐食の起点として作用し、不動態皮膜の維持、金属イオン溶出抑制にとって有害である。通常の量産鋼のS含有量は、0.005%超~0.008%前後であるが、上記の有害な影響を抑制するためには、S含有量は0.003%以下であるのが好ましく、0.002%以下であるのがより好ましく、0.001%未満であるのがさらに好ましい。S含有量は低ければ低い程、望ましい。工業的量産レベルで、S含有量を0.001%未満とすることは、現状の精錬技術をもってすれば、わずかな製造コストの上昇で可能である。 In the polymer electrolyte fuel cell separator environment, any non-sulfide sulfide precipitate of any composition will act as a starting point for corrosion to some extent, but it will maintain the passive film and elute metal ions. Harmful to suppression. The S content of ordinary mass-produced steel is more than 0.005% to around 0.008%, but in order to suppress the harmful effects described above, the S content should be 0.003% or less. Preferably, it is 0.002% or less, more preferably less than 0.001%. The lower the S content, the better. It is possible to make the S content less than 0.001% at an industrial mass production level with a slight increase in production cost if the current refining technology is used.
 Cr:16.0~30.0%
 Crは、母材の耐食性を確保する作用を有する元素である。Cr含有量は高いほど高耐食性を示す。また、鋼材中にMBを析出させるためにも、Crを含有させる必要がある。一方、Crはフェライト形成元素であるため、Cr含有量が30.0%を超えると、オーステナイト形成元素であるNiをオーステナイト相安定化のために多量に含有することが必要になり、成形性の低下が顕著になる。そのため、Cr含有量は16.0~30.0%とする。
Cr: 16.0-30.0%
Cr is an element having an action of ensuring the corrosion resistance of the base material. The higher the Cr content, the higher the corrosion resistance. Also, in order to precipitate M 2 B in the steel material, it is necessary to include Cr. On the other hand, since Cr is a ferrite-forming element, if the Cr content exceeds 30.0%, it is necessary to contain a large amount of Ni, which is an austenite-forming element, in order to stabilize the austenite phase. The decrease becomes noticeable. Therefore, the Cr content is 16.0 to 30.0%.
 なお、M23を析出させる場合にも、Crは必要な元素である。MBおよびM23が析出することにより、母相中で耐食性向上に寄与するCr濃度が、溶鋼段階でのCr濃度に比べて低下して耐食性が低下する場合がある。固体高分子形燃料電池内部での耐食性を確保するためには、下記(vi)式を満足することが好ましい。
 24.0≦Cr+3×Mo-2.5×B-17×C≦45.0 ・・・(vi)
In addition, Cr is a necessary element also when M 23 C 6 is deposited. By precipitation of M 2 B and M 23 C 6 , the Cr concentration that contributes to improving the corrosion resistance in the matrix may be lower than the Cr concentration at the molten steel stage, and the corrosion resistance may be lowered. In order to ensure corrosion resistance inside the polymer electrolyte fuel cell, it is preferable to satisfy the following formula (vi).
24.0 ≦ Cr + 3 × Mo−2.5 × B−17 × C ≦ 45.0 (vi)
 Mo:0~7.0%
 Moは、Crに比べて少量で耐食性を改善する効果がある。固体高分子形燃料電池内は腐食環境として厳しい環境であるので、必要に応じてMoを含有させてもよい。また、Moは溶出したとしても、アノードおよびカソード部に担持されている触媒の性能に対する影響が比較的軽微である。このことは、溶出したMoが、陰イオンであるモリブデン酸イオンとして存在するため、水素イオン(プロトン)交換基を有するフッ素系イオン交換樹脂膜のプロトン伝導性を阻害する影響が小さいためと考えられる。
Mo: 0 to 7.0%
Mo has an effect of improving the corrosion resistance in a small amount as compared with Cr. Since the inside of the polymer electrolyte fuel cell is a severe environment as a corrosive environment, Mo may be contained if necessary. Further, even if Mo is eluted, the influence on the performance of the catalyst supported on the anode and cathode is relatively small. This is thought to be because the eluted Mo exists as molybdate ions, which are anions, so that the influence of inhibiting the proton conductivity of the fluorine-based ion exchange resin membrane having a hydrogen ion (proton) exchange group is small. .
 しかし、7.0%を超える量のMoを含有させると、製造途中でシグマ相等の金属間化合物の析出回避が困難となり、鋼の脆化の問題から生産が困難となる。また、Moは高価な添加元素である。そのため、Mo含有量は7.0%以下とする。Mo含有量は6.5%以下であるのが好ましい。上記効果を得るためには、Mo含有量は、0.5%以上であるのが好ましい。 However, if Mo is contained in an amount exceeding 7.0%, it is difficult to avoid precipitation of intermetallic compounds such as sigma phase during the production, and production is difficult due to the problem of steel embrittlement. Mo is an expensive additive element. Therefore, the Mo content is 7.0% or less. The Mo content is preferably 6.5% or less. In order to acquire the said effect, it is preferable that Mo content is 0.5% or more.
 Ni:7.0~50.0%
 Niは、オーステナイト形成元素であるため、7.0%以上含有させる。しかし、Niは高価な元素であるため、50.0%を超えて含有させると、成形性が低下して構造部材としての加工に適さなくなるとともに、製造コストが上昇して固体高分子形燃料電池用のセル構造部材として適用が難しくなる。そのため、Ni含有量は7.0~50.0%とする。
Ni: 7.0 to 50.0%
Since Ni is an austenite forming element, it is contained by 7.0% or more. However, since Ni is an expensive element, if it is contained in excess of 50.0%, the moldability deteriorates and it becomes unsuitable for processing as a structural member, and the production cost increases, so that the polymer electrolyte fuel cell It becomes difficult to apply as a cell structure member. Therefore, the Ni content is 7.0 to 50.0%.
 Cu:0.01~3.0%
 Cuはオーステナイト形成元素であるため、0.01%以上含有させる。しかし、Cu含有量が3.0%を超えると耐食性が低下する場合がある。そのため、Cu含有量は0.01~3.0%とする。なお、Cuは母相に固溶していることが必要である。金属系析出物として分散すると燃料電池内での腐食起点となり電池性能低下をもたらす。Cu含有量は0.02%以上であるのが好ましく、0.8%未満であるのが好ましい。
Cu: 0.01 to 3.0%
Since Cu is an austenite forming element, it is contained in an amount of 0.01% or more. However, if the Cu content exceeds 3.0%, the corrosion resistance may decrease. Therefore, the Cu content is set to 0.01 to 3.0%. Cu needs to be dissolved in the matrix. When dispersed as a metal-based precipitate, it becomes a starting point for corrosion in the fuel cell, resulting in a decrease in cell performance. The Cu content is preferably 0.02% or more, and preferably less than 0.8%.
 N:0.001~0.4%
 Nは、最も安価なオーステナイト形成元素であるため、0.001%以上含有させる。しかし、N含有量が0.4%を超えると、製造性が顕著に低下するとともに、薄板加工性も著しく低下する。そのため、N含有量は0.001~0.4%とする。N含有量は0.002%以上であるのが好ましく、0.1%以下であるのが好ましい。
N: 0.001 to 0.4%
Since N is the cheapest austenite forming element, 0.001% or more is contained. However, when the N content exceeds 0.4%, the manufacturability is remarkably lowered and the thin plate workability is also remarkably lowered. Therefore, the N content is set to 0.001 to 0.4%. The N content is preferably 0.002% or more, and preferably 0.1% or less.
 V:0.3%以下
 Vは、量産時に用いる溶解原料として添加するCr源中に不可避に含有されている。Vは意図的に添加する必要はないが、含有量の過度の低減はコストの増大を招く。そのため、V含有量は0.3%以下とする。
V: 0.3% or less V is inevitably contained in a Cr source added as a melting raw material used in mass production. V does not need to be added intentionally, but excessive reduction of the content causes an increase in cost. Therefore, the V content is 0.3% or less.
 B:0.5~1.0%
 Bは、溶鋼段階で添加すると、凝固時点で共晶反応により、ほぼ全量がMBとして析出する。鋼材中に析出、分散し、表面に露出したMBは、表面の導電性を改善するとともに、M23を析出制御するための析出核としての役割も果たす。B含有量が0.5%未満では、MBの析出量が少なく表面の導電性確保が難しい。一方、1.0%を超えて含有させると延性が著しく低下して鋼材の製造が困難となる。そのため、B含有量は0.5~1.0%とする。B含有量は0.5%以上であるのが好ましく、0.85%以下であるのが好ましい。
B: 0.5 to 1.0%
When B is added at the molten steel stage, almost all of it precipitates as M 2 B due to the eutectic reaction at the time of solidification. M 2 B precipitated and dispersed in the steel material and exposed to the surface improves the surface conductivity and also serves as a precipitation nucleus for controlling the precipitation of M 23 C 6 . If the B content is less than 0.5%, the amount of M 2 B deposited is small and it is difficult to ensure the surface conductivity. On the other hand, if the content exceeds 1.0%, the ductility is remarkably lowered and it becomes difficult to produce a steel material. Therefore, the B content is 0.5 to 1.0%. The B content is preferably 0.5% or more, and preferably 0.85% or less.
 Al:0.001~0.2%
 Alは、脱酸元素として溶鋼段階で添加する。必須で含有させるBは溶鋼中酸素との結合力が強い元素であるので、Al脱酸により溶鋼中酸素濃度を十分に下げておく必要がある。そのため、Al含有量は0.001~0.2%とする。
Al: 0.001 to 0.2%
Al is added at the molten steel stage as a deoxidizing element. Since B, which is essential, is an element having a strong binding force with oxygen in the molten steel, it is necessary to sufficiently reduce the oxygen concentration in the molten steel by Al deoxidation. Therefore, the Al content is set to 0.001 to 0.2%.
 Sn:0.02%未満
 上述のように、カソード極側セル構成部材は、通常運転中でも酸化性雰囲気で使用される。そのため、Snを含有するステンレス鋼材をカソード極側セル構成部材に適用すると、母相の表面等に導電性に劣る酸化スズが厚膜化するようになる。Sn含有量が0.02%以上であると、接触電気抵抗の上昇が顕著になり、電池出力が低下するようになる。このため、Sn含有量は0.02%未満とする。Sn含有量は0.015%以下であるのが好ましい。Sn含有量は不純物レベルであってもよい。
Sn: Less than 0.02% As described above, the cathode electrode side cell constituent member is used in an oxidizing atmosphere even during normal operation. Therefore, when a stainless steel material containing Sn is applied to the cathode electrode side cell constituent member, tin oxide having poor conductivity becomes thicker on the surface of the parent phase and the like. When the Sn content is 0.02% or more, the increase in the contact electric resistance becomes remarkable, and the battery output decreases. For this reason, Sn content shall be less than 0.02%. The Sn content is preferably 0.015% or less. The Sn content may be at the impurity level.
 2-4.ステンレス鋼材中の析出物
 カソード極側セル構成部材12に含まれるステンレス鋼材は、必要に応じて、鋼材中に、微細に分散析出したMBを含む析出物を有してもよい。また、この析出物は、MBを析出核として、その表面にM23が析出した複合析出物をさらに含んでいてもよい。そして、上記の析出物を有している場合には、その一部が鋼材の表面から突出している。鋼材の表面から突出したMBまたはM23が導電性パスとしての機能を発揮し、接触抵抗を低減させる効果を有する。
2-4. Precipitate in stainless steel material The stainless steel material contained in the cathode electrode side cell constituting member 12 may have a precipitate containing M 2 B finely dispersed and precipitated in the steel material, if necessary. Further, this precipitate may further include a composite precipitate in which M 23 C 6 is precipitated on its surface with M 2 B as a precipitation nucleus. And when it has said precipitate, the one part protrudes from the surface of steel materials. M 2 B or M 23 C 6 protruding from the surface of the steel material functions as a conductive path and has an effect of reducing contact resistance.
 2-5.ステンレス鋼材表面の耐食めっき層
 カソード極側セル構成部材12に含まれるステンレス鋼材は、必要に応じて、鋼材表面に導電性を有する耐食めっき層を有してもよい。鋼材表面に耐食めっき層を有することにより、接触抵抗が大幅に低減される。耐食めっき層としては、例えば、金めっき層が挙げられる。
2-5. Corrosion-resistant plating layer on the surface of the stainless steel material The stainless steel material included in the cathode electrode side cell constituting member 12 may have a corrosion-resistant plating layer having conductivity on the surface of the steel material, if necessary. By having a corrosion-resistant plating layer on the steel material surface, the contact resistance is greatly reduced. Examples of the corrosion resistant plating layer include a gold plating layer.
 3.製造方法
 アノード極側セル構成部材11に含まれるフェライト系ステンレス鋼材およびカソード極側セル構成部材12に含まれるステンレス鋼材の製造条件について特に制限はない。例えば、上記の化学組成を有する鋼に対して、熱延工程、焼鈍工程、冷延工程および最終焼鈍工程を順に行うことによって製造することができる。
3. Manufacturing Method There are no particular restrictions on the manufacturing conditions of the ferritic stainless steel material included in the anode electrode side cell constituent member 11 and the stainless steel material included in the cathode electrode side cell constituent member 12. For example, it can manufacture by performing a hot rolling process, an annealing process, a cold rolling process, and a final annealing process in order with respect to steel which has said chemical composition.
 なお、熱延工程においては、高温でのα相とγ相の相変態を活用して、結晶粒度調整を行うとともに、M23の析出制御を行うことが好ましい。具体的には、圧延途中でα-γの二相組織となるように制御することによって、結晶粒径および粒内析出物の制御が可能となる。 In the hot rolling process, it is preferable to adjust the crystal grain size and control the precipitation of M 23 C 6 by utilizing the phase transformation of α phase and γ phase at high temperature. Specifically, the crystal grain size and the intragranular precipitates can be controlled by controlling so as to have an α-γ two-phase structure during rolling.
 続いて、必要に応じて、析出物が鋼材表面から突出するよう、表面を粗面化する処理を施すことが望ましい。粗面化処理方法について特に限定は設けないが、酸洗(エッチング)処理が最も量産性に優れている。特に、塩化第二鉄水溶液をスプレー処理するエッチング処理が好ましい。 Subsequently, it is desirable to roughen the surface so that precipitates protrude from the steel surface as necessary. Although there is no particular limitation on the roughening treatment method, pickling (etching) treatment is most excellent in mass productivity. In particular, an etching process in which an aqueous ferric chloride solution is sprayed is preferable.
 高濃度の塩化第二鉄水溶液を用いるスプレーエッチング処理は、ステンレス鋼のエッチング処理法として広く用いられており、使用後の処理液の再利用も可能である。高濃度の塩化第二鉄水溶液を用いるスプレーエッチング処理は、一般に、マスキング処理を行なった後の局所的な減肉処理または貫通穴開け処理として行なわれることが多いが、本発明においては表面粗化のための溶削処理に用いる。 The spray etching process using a high-concentration ferric chloride aqueous solution is widely used as an etching process for stainless steel, and the processing liquid after use can be reused. In general, the spray etching process using a high concentration ferric chloride aqueous solution is often performed as a local thinning process or a through-drilling process after the masking process. Used in the cutting process for
 スプレーエッチング処理について、さらに詳しく説明する。使用する塩化第二鉄溶液は非常に高濃度の酸溶液である。塩化第二鉄溶液濃度は、ボーメ比重計で測定される示度であるボーメ度で定量が行なわれている。表面粗面化のためのエッチング処理は、静置状態または流れのある塩化第二鉄溶液中に浸漬することで行なってもよいが、スプレーエッチングにより表面粗化することが望ましい。これは、工業的規模での生産を行なうに当たって、効率よくかつ精度よく、エッチング深さ、エッチング速度、表面粗化の程度を制御することが可能なためである。スプレーエッチング処理は、ノズルから吐出する圧力、液量、エッチング素材表面での液流速(線流速)、スプレーの当たり角度、液温により制御できる。 The spray etching process will be described in more detail. The ferric chloride solution used is a very concentrated acid solution. The ferric chloride solution concentration is quantified by the Baume degree, which is an indication measured with a Baume hydrometer. The etching treatment for surface roughening may be performed by dipping in a stationary state or flowing ferric chloride solution, but it is desirable to roughen the surface by spray etching. This is because it is possible to control the etching depth, the etching rate, and the degree of surface roughening efficiently and accurately in production on an industrial scale. The spray etching process can be controlled by the pressure discharged from the nozzle, the amount of liquid, the liquid flow velocity (linear flow velocity) on the surface of the etching material, the spray hit angle, and the liquid temperature.
 適用する塩化第二鉄溶液は、液中の銅イオン濃度、Ni濃度が低いことが望ましいが、国内で一般流通している工業品を購入して用いることで問題はない。用いる塩化第二鉄溶液濃度は、ボーメ度にて40~51°の溶液である。40°未満の濃度では、穴あき腐食傾向が強くなり、表面粗化には不向きである。一方、51°を超えるとエッチング速度が著しく遅くなり、液の劣化速度も速くなる。大量生産を行なう必要がある固体高分子形燃料電池セパレータのコア材表面の粗化処理液としては不向きである。 It is desirable that the ferric chloride solution to be applied has a low copper ion concentration and Ni concentration in the liquid, but there is no problem in purchasing and using industrial products that are generally distributed in Japan. The concentration of the ferric chloride solution used is 40 to 51 ° in terms of Baume degree. If the concentration is less than 40 °, the tendency to perforate corrosion becomes strong and is not suitable for surface roughening. On the other hand, if it exceeds 51 °, the etching rate is remarkably slow, and the deterioration rate of the liquid is also fast. It is not suitable as a roughening solution for the surface of the core material of a polymer electrolyte fuel cell separator that needs to be mass-produced.
 塩化第二鉄溶液濃度は、ボーメ度で、42~46°とすることがより好ましい。塩化第二鉄溶液の温度は20~60℃とするのが好ましい。温度が低下するとエッチング速度が低下し、温度が高くなるとエッチング速度が速くなる。温度が高いと、液劣化も短時間で進行するようになる。 The ferric chloride solution concentration is more preferably 42 to 46 ° in terms of Baume degree. The temperature of the ferric chloride solution is preferably 20 to 60 ° C. When the temperature decreases, the etching rate decreases, and when the temperature increases, the etching rate increases. When the temperature is high, the liquid deterioration proceeds in a short time.
 液劣化の程度は塩化第二鉄溶液中に浸漬した白金板の自然電位を測定することで連続的に定量評価が可能である。液が劣化した場合の液能力回復法の簡便な方法としては、新液注ぎ足し、または新液による全液交換がある。また、塩素ガスを吹き込んでもよい。 The degree of liquid deterioration can be continuously quantitatively evaluated by measuring the natural potential of a platinum plate immersed in a ferric chloride solution. As a simple method of recovering the liquid capacity when the liquid deteriorates, there is a method of adding a new liquid or exchanging the whole liquid with a new liquid. Further, chlorine gas may be blown.
 塩化第二鉄溶液によるエッチング処理後は、すぐに多量の清浄な水で表面を強制的に洗浄する。洗浄水で希釈された塩化鉄第二鉄溶液由来の表面付着物(沈殿物)を洗い流すためである。素材表面における流速が上げられるスプレー洗浄が望ましく、また、スプレー洗浄後も流水中にしばらく浸漬する洗浄を併用することが望ましい。 After etching with ferric chloride solution, immediately clean the surface with a large amount of clean water. This is because the surface deposit (precipitate) derived from the ferric chloride solution diluted with the washing water is washed away. Spray cleaning that increases the flow velocity on the surface of the material is desirable, and it is also desirable to use cleaning that immerses in running water for a while after spray cleaning.
 上述のように、アノード極側セル構成部材11に含まれるフェライト系ステンレス鋼材においては、母相中に固溶しているSnを、事前に母相の表面および析出物の表面に金属スズまたは酸化スズとして濃化させておくことが望ましい。 As described above, in the ferritic stainless steel material included in the anode electrode side cell constituting member 11, Sn dissolved in the matrix phase is preliminarily metal tin or oxidized on the surface of the matrix phase and the surface of the precipitate. It is desirable to concentrate it as tin.
 洗浄中およびその後の乾燥過程において、表面に付着している各種金属塩化物、水酸化物は、大気中でより安定な金属またはその酸化物に変化する。Snは、金属スズまたは酸化スズとして、鋼材表面および鋼材表面から突出した析出物表面に濃化する。いずれも、導電性を有しており、表面に濃化して存在することで半導体的な特性を発揮する。 During cleaning and the subsequent drying process, various metal chlorides and hydroxides adhering to the surface change to a more stable metal or its oxide in the atmosphere. Sn is concentrated as metal tin or tin oxide on the steel material surface and the precipitate surface protruding from the steel material surface. All of them have electrical conductivity and exhibit semiconductor characteristics by being concentrated on the surface.
 塩化第二鉄水溶液による表面粗化処理の後に、さらに硫酸水溶液を用いるスプレー洗浄、または浸漬処理を行なってもよい。前工程で用いる塩化第二鉄溶液はpHが非常に低く、流速もあるため、金属スズおよび酸化スズはどちらかといえば表面濃化し難い状態にある。しかし、例えば、20%未満の硫酸水溶液を用いるスプレー洗浄または浸漬処理を、塩化第二鉄溶液によるスプレー洗浄でのエッチング素材表面における液流速(線流速)よりも遅い液流速、または静置に近い状態で行なうと、酸化スズの表面濃化が促進される。 After the surface roughening treatment with the ferric chloride aqueous solution, spray washing using a sulfuric acid aqueous solution or immersion treatment may be further performed. Since the ferric chloride solution used in the previous step has a very low pH and a high flow rate, metallic tin and tin oxide are in a state where surface concentration is difficult. However, for example, spray cleaning or immersion treatment using a sulfuric acid aqueous solution of less than 20% is slower than the liquid flow rate (linear flow rate) on the etching material surface in spray cleaning with ferric chloride solution, or close to standing. When carried out in the state, surface enrichment of tin oxide is promoted.
 適用する硫酸水溶液の濃度は、処理を行なう素材の耐食性により異なる。浸漬した際に、表面に気泡発生が認められ始める程度の腐食性に濃度調整する。腐食を伴いながら激しく気泡が発生するような濃度条件は望ましくない。前述の金属またはその酸化物が表面で濃化するのに支障をきたし、固体高分子形燃料電池適用直後の接触抵抗を下げる働きを低下するおそれがあるためである。 The concentration of sulfuric acid solution to be applied varies depending on the corrosion resistance of the material to be treated. When soaked, the concentration is adjusted so as to be corrosive enough to start to generate bubbles on the surface. Concentration conditions that generate violent bubbles with corrosion are undesirable. This is because the above-mentioned metal or its oxide may interfere with concentration on the surface, and there is a possibility that the function of lowering the contact resistance immediately after application of the polymer electrolyte fuel cell may be reduced.
 以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. However, the present invention is not limited to these examples.
 アノード極側セパレータおよびカソード極側セパレータに用いた素材(鋼材)は、化学組成を表1に示す鋼材1~6のいずれかである。鋼材1~6は、全て、光輝焼鈍仕様(BA仕様)冷間圧延ステンレスコイル材であり、板厚は0.126mm、コイル幅は240mmである。成形加工は、専用の順送り金型および汎用の250トンプレス機を用いて行った。 The material (steel material) used for the anode electrode side separator and the cathode electrode side separator is any one of steel materials 1 to 6 shown in Table 1. Steel materials 1 to 6 are all bright annealing specification (BA specification) cold rolled stainless steel coil materials, with a plate thickness of 0.126 mm and a coil width of 240 mm. The molding process was performed using a dedicated progressive die and a general-purpose 250-ton press.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
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 図3は、実施例で用いたセパレータの形状を示す写真である。セパレータの流路は、並行3本流路のサーペンタイン型であり、流路幅は1mmであり、深さは0.7mmである。カソード側、アノード側に同じ形状のセパレータを反転させて配置し、固体高分子形燃料電池セルを構成した。セルとしての有効反応面積は100cmである。 FIG. 3 is a photograph showing the shape of the separator used in the example. The separator channel is a serpentine type with three parallel channels, the channel width is 1 mm, and the depth is 0.7 mm. A separator having the same shape was inverted and arranged on the cathode side and the anode side to constitute a polymer electrolyte fuel cell. The effective reaction area as a cell is 100 cm 2 .
 MEAとしては、高分子膜の両側に触媒層を設け、拡散層としてカーボンペーパを適用した市販の一体型MEAを用いた。白金触媒担持量は、アノード側0.05mg/cm、カソード側0.4mg/cmである。 As the MEA, a commercially available integrated MEA in which a catalyst layer was provided on both sides of a polymer membrane and carbon paper was applied as a diffusion layer was used. Platinum catalyst supported amount of anode side 0.05 mg / cm 2, a cathode-side 0.4 mg / cm 2.
 鋼材1~5では、鋼中にMBが分散していた。鋼材2および4では、さらに、分散しているMBの表面にM23が析出していた。鋼材2および4においては、単独で析出しているMBはほとんど存在せず、単独で析出しているM23も容易には確認できない程度の析出量であった。 In steel materials 1 to 5, M 2 B was dispersed in the steel. In the steel materials 2 and 4, M 23 C 6 was further deposited on the surface of the dispersed M 2 B. In steel materials 2 and 4, there was almost no M 2 B precipitated alone, and M 23 C 6 precipitated alone was an amount that could not be easily confirmed.
 その後、上記の鋼材1~6に対して、表面粗さの調整のための塩化第二鉄水溶液スプレーエッチング処理を行った。溶削量は片面それぞれ8μmであり、スプレーエッチング処理後の板厚は0.11mmである。 Thereafter, ferrous chloride aqueous solution spray etching treatment for adjusting the surface roughness was performed on the steel materials 1 to 6 described above. The amount of welding is 8 μm on each side, and the plate thickness after spray etching is 0.11 mm.
 さらに、鋼材6については、シアン浴中での金めっき処理により、平均目付量20nm厚の導電性耐食めっきを付与した。 Furthermore, the steel material 6 was provided with conductive corrosion-resistant plating having an average weight per unit area of 20 nm by gold plating in a cyan bath.
 表面粗さの調整により、鋼材1、3および5では、鋼中に析出しているMBが、鋼材2および4では、MBを析出核としてその表面にM23が析出している複合析出物、M23それぞれの一部が、鋼材表面から突出した。 By adjusting the surface roughness, M 2 B precipitated in the steel in steel materials 1, 3 and 5, and M 23 C 6 was precipitated on the surface in steel materials 2 and 4 with M 2 B as a precipitation nucleus. A part of each of the composite precipitates, M 23 C 6 , protruded from the steel surface.
 スプレーエッチング処理の直後には、清浄な酸溶液および水により洗浄した。これにより、鋼中にSnを含有する鋼材1および2では、母相表面、ならびにMB、MBを析出核としてその表面にM23が析出している複合析出物、およびM23の表面のいずれにも、金属スズおよび酸化スズが表面を薄く覆う状態となった。 Immediately after spray etching, the substrate was washed with a clean acid solution and water. Thereby, in the steel materials 1 and 2 containing Sn in the steel, a composite precipitate in which M 23 C 6 is precipitated on the surface of the parent phase and M 2 B and M 2 B as precipitation nuclei, and M None of the surface of 23 C 6, metallic tin and tin oxide is in a state of covering thin surface.
 表面の粗さは、塩化第二鉄溶液の濃度、液温、スプレー速度(板表面での線流速)、スプレー処理時間により調整した。具体的には、ボーメ度43度、35℃の塩化第二鉄水溶液を用いてスプレー処理した。スプレーの吐出圧は2kg/cmであり、スプレー時間は約40秒間であった。 The surface roughness was adjusted by the concentration of the ferric chloride solution, the liquid temperature, the spray speed (linear flow velocity on the plate surface), and the spray treatment time. Specifically, spray treatment was performed using a ferric chloride aqueous solution having a Baume degree of 43 degrees and a temperature of 35 ° C. The spray discharge pressure was 2 kg / cm 2 and the spray time was about 40 seconds.
 セルを構成するために、EPDM製のガスケットとタック性を有するPENフィルムとを用いた。セルとしての一体化後には、水素ガスおよび冷却水の漏れのないことを燃料電池として組み付け後に確認した。 In order to construct the cell, an EPDM gasket and a PEN film having tackiness were used. After integration as a cell, it was confirmed after assembly as a fuel cell that there was no leakage of hydrogen gas and cooling water.
 実施例で用いた燃料電池評価用運転設備は、市販の機器を組み合わせて製作した。燃料電池評価用運転設備では、燃料電池スタックのアノード極側ガス入口およびアノード極側ガス出口に直結してガス温度の低下が起きないように保温した内容積50mlのガス滞留タンクを設けた。起動時の設定水素ガス流量の10倍の容量に相当する。 The fuel cell evaluation operation equipment used in the examples was manufactured by combining commercially available equipment. In the fuel cell evaluation operation facility, a gas retention tank having an internal volume of 50 ml was provided which was directly connected to the anode electrode side gas inlet and the anode electrode side gas outlet of the fuel cell stack to keep the gas temperature from decreasing. This corresponds to a capacity 10 times the set hydrogen gas flow rate at startup.
 さらに、入り側タンク手前の配管に三方電磁弁を設けて、燃料電池へのアノード側供給ガスの空気から水素、水素から空気へガス切り替えが瞬時に行われるようにした。これにより、燃料電池起動時のアノード極側で発生するH欠乏状態を再現することが可能になる。 In addition, a three-way solenoid valve is provided in the piping in front of the entry side tank so that the gas can be instantaneously switched from air to hydrogen and from hydrogen to air in the anode side supply gas to the fuel cell. This makes it possible to reproduce the H + deficiency state that occurs on the anode electrode side when the fuel cell is activated.
 三方電磁弁切り替え直後のアノード極側ガス入口設置のガス滞留タンク内の空気は、10~20秒間前後をかけて水素ガスにより置換されるが、その間にセル内のアノード極側に流入するアノード極側ガス中の水素濃度もアノード極側ガス入口設置の滞留タンク内の空気で希釈された状態で流入するために低下しており、滞留タンク内の水素ガス置換の進行状況とともに次第に濃化することとなる。 Immediately after switching the three-way solenoid valve, the air in the gas retention tank installed at the anode electrode side gas inlet is replaced with hydrogen gas over a period of 10 to 20 seconds. During this time, the anode electrode flows into the anode electrode side in the cell. The hydrogen concentration in the side gas also decreases because it flows in diluted with the air in the residence tank installed at the anode electrode side gas inlet, and gradually increases with the progress of the hydrogen gas replacement in the residence tank. It becomes.
 一方、セルのアノード極側出口側は、出口側に設置のガス滞留タンク内の空気により、電池内反応後のアノード極側ガスがさらに希釈されることになる。本実施例で用いるセルの反応面積は小さく、流路内の内容積も小さいが、ガス滞留タンクをアノードガス極側ガス入口およびアノードガス極側ガス出口に直結して設置することにより20秒間前後にわたって電池起動時の過渡的なセル内条件を再現することができる。 On the other hand, on the anode electrode side outlet side of the cell, the anode electrode side gas after the reaction in the battery is further diluted by the air in the gas retention tank installed on the outlet side. Although the reaction area of the cell used in this example is small and the internal volume in the flow path is small, the gas retention tank is connected to the anode gas electrode side gas inlet and the anode gas electrode side gas outlet for about 20 seconds. It is possible to reproduce the transient in-cell conditions at the time of starting the battery.
 燃料電池の組み付けは単セル構成とし、起動に際しては、アノード極側、カソード極側ともに配管内も含めて窒素ガス置換を行った後に、アノード極側に空気を導入するとともにカソード極側に水素を導入して、電池反応を始動させた。 The fuel cell is assembled in a single-cell configuration. When starting up, nitrogen gas replacement is performed on both the anode and cathode sides, including the inside of the piping, and then air is introduced into the anode and hydrogen is introduced into the cathode. Introduced and started the battery reaction.
 ガス流量は、水素が300cc/min、空気が600cc/minで一定として、電流密度が0.1A/cmで一定となるように保持した。 The gas flow rate was kept constant such that hydrogen was 300 cc / min and air was constant at 600 cc / min and the current density was constant at 0.1 A / cm 2 .
 性能評価は、セル電圧低下およびセル抵抗上昇の度合い、ならびに運転終了後のMEA膜金属汚染量の測定により行った。MEA膜金属汚染量はセパレータの腐食程度を示す。具体的には、Fe、Cr、Ni、SnおよびPtの量を定量した。しかし、Cr、Ni、SnおよびPtの量は僅かであったため、Fe量をセパレータの腐食程度の指標とした。 Performance evaluation was performed by measuring the degree of cell voltage decrease and cell resistance increase, and the amount of MEA film metal contamination after the end of operation. The amount of MEA film metal contamination indicates the degree of corrosion of the separator. Specifically, the amounts of Fe, Cr, Ni, Sn and Pt were quantified. However, since the amounts of Cr, Ni, Sn, and Pt were small, the amount of Fe was used as an indicator of the degree of corrosion of the separator.
 MEA膜汚染のFe量が多くなると、過酸化水素生成を伴うフェントン反応により高分子膜の膜分解劣化が進行するとともに、Pt触媒の溶出が進行してMEA膜性能が低下する。運転時間が長くなり高分子膜に穴あきが発生すると、燃料電池の運転継続が困難になる。なお、本実施例では穴あきは発生しなかった。 When the amount of Fe contaminated with the MEA film increases, the film degradation of the polymer film progresses due to the Fenton reaction accompanied by the generation of hydrogen peroxide, and the elution of the Pt catalyst progresses to deteriorate the MEA film performance. If the operation time becomes longer and the polymer membrane is perforated, it becomes difficult to continue the operation of the fuel cell. In this example, no perforation occurred.
 電池として運転中の電気的なセル抵抗値は、鶴賀電機株式会社製抵抗計(MODEL3565)により測定した。表示されるセル抵抗値は、四端子法による周波数1kHzでの交流インピーダンス値である。 The electric cell resistance value during operation as a battery was measured with a resistance meter (MODEL 3565) manufactured by Tsuruga Electric Co., Ltd. The displayed cell resistance value is an AC impedance value at a frequency of 1 kHz according to the four-terminal method.
 セル抵抗値の上昇は、高分子膜抵抗値の上昇を示しており、電池運転中のMEAの乾燥および濡れ状態、ならびにMEA膜性能の低下を確認できる指標である。セル抵抗値が2mΩ超えて大きく上昇し始めることは、MEAの劣化が進行していることを示す。 The increase in the cell resistance value indicates an increase in the polymer film resistance value, and is an index for confirming the dry and wet state of the MEA during battery operation and the decrease in MEA film performance. When the cell resistance value starts to increase greatly exceeding 2 mΩ, it indicates that the deterioration of MEA is progressing.
 各セルのアノード極側およびカソード極側のセパレータに用いた鋼材の種類および上記の測定結果を表2にまとめて示す。 Table 2 summarizes the types of steel materials used for the anode-side and cathode-side separators of each cell and the measurement results described above.
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 表2に示すように、本実施例では、運転後のセル抵抗値は、いずれも1mΩ未満であり、高分子膜そのものの劣化はほとんど問題ないと判断できる。 As shown in Table 2, in this example, the cell resistance value after the operation is less than 1 mΩ, and it can be judged that the deterioration of the polymer film itself is hardly a problem.
 また、セル電圧を詳細に比較検討すると、運転開始後100時間後と、2000時間後のセル電圧値に実施例および比較例の間で性能差はなく、かつ、燃料電池運転では不可避な程度のセル電圧性能の低下範囲にあることが確認された。 In addition, when the cell voltage is compared and examined in detail, there is no difference in performance between the example and the comparative example in the cell voltage values after 100 hours and 2000 hours after the start of operation, and it is inevitable in the fuel cell operation. It was confirmed that the cell voltage performance was in the range of deterioration.
 このことから、アノード極側に水素が充満している状態でアノード極側に空気を導入することなく、かつ、運転中の設定電流値が一定であり、電池の休止および起動も行わない本実施例の環境では、セパレータの材質による性能劣化に差が生じないことが分かる。すなわち、アノード極側に空気が入ることがない定電流運転の環境下では、本発明に係る固体高分子形燃料電池用セルの効果は確認できなかった。運転終了後のMEA中のFeイオン量定量結果においても運転に伴うFeイオン量増加も確認できなかった。 For this reason, the present embodiment does not introduce air to the anode electrode side while hydrogen is filled on the anode electrode side, and the set current value during operation is constant, and the battery is not paused or started. In the example environment, it can be seen that there is no difference in performance degradation due to the separator material. That is, the effect of the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention could not be confirmed under the constant current operation environment in which air does not enter the anode side. In the result of quantitative determination of the amount of Fe ions in MEA after the operation was completed, an increase in the amount of Fe ions accompanying the operation could not be confirmed.
 実施例2では、モード運転(一定条件での繰り返し運転)を行った。初回起動時には、アノード極側およびカソード極側ともに、配管内も含めて窒素ガス置換を行った後に、アノード極側に水素を導入するとともにカソード極側に空気を導入し、電池運転を開始した。全評価時間を通じて、運転中は、アノード極側への空気導入は行っていない。 In Example 2, mode operation (repeated operation under a certain condition) was performed. At the first start-up, both the anode electrode side and the cathode electrode side were replaced with nitrogen gas, including the inside of the pipe, and then hydrogen was introduced into the anode electrode side and air was introduced into the cathode electrode side to start battery operation. During the entire evaluation time, air is not introduced to the anode side during operation.
 ただし、本実施例では、実際の固体高分子形燃料電池の起動時に発生する電位上昇を実験室的に再現するために、アノード極側が水素雰囲気ままで外部から1.0Vのセル電圧(一定)を、電子負荷装置を用いてセルに電圧負荷する条件をモード中に設定した。 However, in this example, in order to experimentally reproduce the potential increase that occurs at the time of starting the actual polymer electrolyte fuel cell, the cell voltage (constant) is 1.0 V from the outside while the anode side remains in the hydrogen atmosphere. Was set in the mode for voltage loading on the cell using the electronic load device.
 具体的な運転モードは、(s1)セル電圧1.0V(一定)20秒間保持運転、(s2)電流密度0.1A/cmでの5分間保持運転、(s3)電流密度0.2A/cmでの3分間保持運転、(s4)電流密度0.3A/cmでの3分間保持運転、(s5)電流密度0.4A/cmでの5分間保持運転、および(s6)開路状態での20秒間保持(外部電源により電池に負荷をかけていない状態)の、6つのステップの繰り返しである。 Specific operation modes are: (s1) cell voltage 1.0 V (constant) holding operation for 20 seconds, (s2) holding operation for 5 minutes at a current density of 0.1 A / cm 2 , (s3) current density of 0.2 A / cm 3 min holding operation at cm 2 , (s4) 3 min holding operation at a current density of 0.3 A / cm 2 , (s5) 5 min holding operation at a current density of 0.4 A / cm 2 , and (s6) open circuit It is a repetition of 6 steps of holding for 20 seconds in a state (a state where no load is applied to the battery by an external power source).
 なお、ガス流量は、電流密度0.1A/cm当たり水素300cc/min、空気600cc/minを流した。設定電流密度が0.4A/cmでは、水素1200cc/min、空気2400cc/minの設定流量となる。本セパレータを適用するにあたって、最も安定した動作が補償できると判断される最適流量である。 The gas flow rate was 300 cc / min of hydrogen and 600 cc / min of air per current density of 0.1 A / cm 2 . When the set current density is 0.4 A / cm 2 , the set flow rates are 1200 cc / min for hydrogen and 2400 cc / min for air. In applying this separator, the optimum flow rate is determined to compensate for the most stable operation.
 開路状態保持およびセル電圧1.0V(一定)保持運転時のステップでは、流速300cc/minで水素ガスを流した。電池運転温度は68℃とした。セル電圧1.0Vは、アノード極側に空気が充満している状態で水素ガスを導入した際に本スタックとして確認されたセル電圧上昇値である。ステンレス鋼では、過不動態域と呼ばれる電位域であり、ステンレス鋼表面に生成している不動態皮膜が、過不動態域で安定な過不動態皮膜に変化する電位環境である。表面皮膜変化による金属溶出が進行し易い環境と見做せる。評価運転時間は1000時間であり、モード繰り返し数は、3600サイクルである。 In the step of maintaining the open circuit state and maintaining the cell voltage of 1.0 V (constant), hydrogen gas was flowed at a flow rate of 300 cc / min. The battery operating temperature was 68 ° C. The cell voltage of 1.0 V is a cell voltage increase value confirmed as the main stack when hydrogen gas is introduced in a state where the anode electrode is filled with air. In stainless steel, it is an electric potential range called a overpassive region, and is a potential environment in which the passive film formed on the stainless steel surface changes into a stable overpassive film in the overpassive region. It can be regarded as an environment in which metal elution is likely to proceed due to surface coating changes. The evaluation operation time is 1000 hours, and the number of mode repetitions is 3600 cycles.
 各セルのアノード極側およびカソード極側のセパレータに用いた鋼材の種類および測定結果を表3にまとめて示す。 Table 3 summarizes the types of steel materials used for the anode and cathode electrode separators of each cell and the measurement results.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 実施例1で示した0.1A/cmでの定電流保持運転での運転開始後100時間後のセル電圧に比較してセル電圧低下が大きいことから、本モード運転条件では、MEA性能低下が大きいことが確認できる。 Since the cell voltage drop is larger than the cell voltage 100 hours after the start of operation in the constant current holding operation at 0.1 A / cm 2 shown in Example 1, the MEA performance drop is caused under this mode operation condition. Can be confirmed.
 ただし、1000時間後のセル電圧は100時間経過後とほぼ同等であり、大きなセル電圧低下は発生していない。セル性能としては安定していると判断できる。運転終了後のMEA中のFeイオン濃度も100ppb未満であり、性能低下を促すようなFeイオン濃度には至っていないと判断された。 However, the cell voltage after 1000 hours is almost the same as after 100 hours, and no significant cell voltage drop has occurred. It can be determined that the cell performance is stable. The Fe ion concentration in the MEA after the operation was also less than 100 ppb, and it was judged that the Fe ion concentration was not reached so as to promote performance degradation.
 実施例3では、実施例2と類似パターンでのモード運転(一定条件での繰り返し運転)を行った。ただし、初回起動時には、アノード極側およびカソード極側ともに、配管内も含めて窒素ガス置換を行った後に、アノード極側ならびにカソード極側双方に空気を導入した後に電池運転を開始した。 In Example 3, mode operation (repeated operation under a certain condition) was performed in a pattern similar to Example 2. However, at the first start-up, after performing nitrogen gas substitution on both the anode electrode side and the cathode electrode side including the inside of the pipe, the battery operation was started after introducing air into both the anode electrode side and the cathode electrode side.
 さらに、実際の固体高分子形燃料電池の起動時に発生する電位上昇を実験室的に再現するために、開路状態保持のモードの際に、三方電磁弁を切り替えてアノード極側水素雰囲気に空気を導入して水素から空気へのガス置換(流速2400cc/min、20秒間保持)を行なうとともに、その後に、三方電磁弁を切り替えてアノード極側に水素ガスを流速300cc/minで導入した。外部からの電子負荷装置による1.0V(一定)負荷は、条件設定の再現性を高めるための操作である。 In addition, in order to reproduce the potential increase that occurs at the start of an actual polymer electrolyte fuel cell in the laboratory, the three-way solenoid valve is switched during the open circuit maintenance mode so that air is supplied to the anode-side hydrogen atmosphere. The gas was replaced by hydrogen to air (flow rate 2400 cc / min, held for 20 seconds), and then the three-way solenoid valve was switched to introduce hydrogen gas to the anode electrode side at a flow rate of 300 cc / min. The 1.0 V (constant) load by the electronic load device from the outside is an operation for improving the reproducibility of the condition setting.
 具体的な運転モードは、(s1)セル電圧1.0V(一定)保持運転(20秒間)、(s2)電流密度0.1A/cmでの5分間保持運転、(s3)電流密度0.2A/cmでの3分間保持運転、(s4)電流密度0.3A/cmでの3分間保持運転、(s5)電流密度0.4A/cmでの5分間保持運転、および(s6)開路状態での20秒間保持(外部電源により電池に負荷をかけていない状態)の繰り返しである。評価運転時間は1000時間であり、モード繰り返し数は3600サイクルである。 Specific operation modes are: (s1) cell voltage 1.0 V (constant) holding operation (20 seconds), (s2) holding operation at a current density of 0.1 A / cm 2 for 5 minutes, (s3) current density 0. 3 min holding operation at 2 A / cm 2 , (s4) 3 min holding operation at a current density of 0.3 A / cm 2 , (s5) 5 min holding operation at a current density of 0.4 A / cm 2 , and (s6 ) Repetition of holding for 20 seconds in an open circuit state (a state where no load is applied to the battery by an external power source). The evaluation operation time is 1000 hours, and the number of mode repetitions is 3600 cycles.
 各セルのアノード極側およびカソード極側のセパレータに用いた鋼材の種類および測定結果を表4にまとめて示す。 Table 4 summarizes the types of steel materials used for the anode-side and cathode-side separators of each cell and the measurement results.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 運転開始後100時間では性能差が明瞭ではないが、1000時間後のセル電圧、セル抵抗値では明瞭である。セル電圧が0.75V以上であれば性能良好と判断される。アノード極側のセパレータのみにSn含有のフェライト系ステンレス鋼材を用いた本発明例の試験No.75~78および81~84においては、性能低下が小さく、セパレータ材質の組み合わせとして好ましいと判断できる。 The performance difference is not clear at 100 hours after the start of operation, but is clear at the cell voltage and cell resistance value after 1000 hours. If the cell voltage is 0.75 V or higher, it is judged that the performance is good. Test No. of the present invention example using a ferritic stainless steel material containing Sn only for the separator on the anode side. In 75-78 and 81-84, the performance degradation is small, and it can be judged that it is preferable as a combination of separator materials.
 一方、アノード極側およびカソード極側の双方のセパレータにSn含有のフェライト系ステンレス鋼材を用いた比較例の試験No.73、74、79および80では、セル抵抗値の上昇が明瞭である。酸化性雰囲気であるカソード極側で不可避に進行するステンレス基材の溶出(腐食)と酸化スズの生成が顕著となり、表面の接触抵抗上昇をもたらしていると判断される。評価終了後の解体においても、MEA表面(拡散層)含めて、カソード極側セパレータ表面で、酸化スズ付着が顕著であった。 On the other hand, test No. of a comparative example using Sn-containing ferritic stainless steel material for both the anode electrode side and cathode electrode side separators. In 73, 74, 79 and 80, the increase in cell resistance is clear. It is judged that the elution (corrosion) of the stainless steel substrate and the generation of tin oxide that inevitably proceed on the cathode electrode side, which is an oxidizing atmosphere, are remarkable, and the surface contact resistance is increased. Even in the disassembly after the evaluation, tin oxide adhesion was significant on the cathode electrode separator surface including the MEA surface (diffusion layer).
 また、アノード極側のセパレータにSnを含有していないステンレス鋼材を用いた比較例の試験No.85~101では、明瞭なセル電圧低下が確認された。 Also, test No. of a comparative example using a stainless steel material not containing Sn for the separator on the anode electrode side. From 85 to 101, a clear cell voltage drop was confirmed.
 比較例の試験No.102は、アノード極側のセパレータ素材がSnを含有しない場合に比べて性能が劣っているが、セル電圧低下は比較的軽微であった。セル電圧低下が相対的に小さいのは、カソード極側に適用している金めっき処理の効果によると判断できる。 Comparative test No. Although the performance of 102 was inferior to that in the case where the anode side separator material did not contain Sn, the cell voltage drop was relatively small. It can be determined that the cell voltage drop is relatively small due to the effect of gold plating applied to the cathode side.
 一方、比較例の試験No.103~108では、試験No.102に比較すると、セル電圧低下が大きくなっている。金めっき処理では不可避に残留するめっき欠陥からの母相腐食の影響があるためと判断される。めっき欠陥からのガルバニック腐食が進行したと判断できる。 On the other hand, test No. of the comparative example. 103-108, test no. Compared to 102, the cell voltage drop is larger. In the gold plating process, it is judged that there is an influence of the matrix corrosion from the plating defects that inevitably remain. It can be judged that galvanic corrosion from plating defects has progressed.
 評価終了後のMEA分析結果からも、優劣が確認できる。ただし、高分子膜劣化に伴う電池性能劣化が顕在化するには至っておらず、カソード極側のカーボン腐食に伴う触媒性能劣化によるセル電圧低下が主体であると判断された。 The superiority or inferiority can also be confirmed from the MEA analysis results after the evaluation. However, the battery performance deterioration due to the polymer film deterioration has not yet become apparent, and it has been determined that the cell voltage decrease due to the catalyst performance deterioration due to the carbon corrosion on the cathode side is the main.
 本実施例により、アノード極側に空気が入るサイクル運転の環境下では、セパレータの材質による性能劣化に差が生じ、本発明の効果が確認された。 According to this example, under the environment of the cycle operation in which air enters the anode electrode side, there is a difference in performance deterioration due to the separator material, and the effect of the present invention was confirmed.
1 燃料電池スタック
2 固体高分子電解質膜
3 燃料電極膜(アノード)
4 酸化剤電極膜(カソード)
5a,5b セパレータ
6a,6b 流路
10 固体高分子形燃料電池セル
11 アノード極側セル構成部材
12 カソード極側セル構成部材
13 アノード極側燃料ガス流路
14 カソード極側ガス流路
15,16 拡散層
17,18 触媒層
19 高分子膜
20 MEA

 
1 Fuel Cell Stack 2 Solid Polymer Electrolyte Membrane 3 Fuel Electrode Membrane (Anode)
4 Oxidant electrode membrane (cathode)
5a, 5b Separator 6a, 6b Channel 10 Solid polymer fuel cell 11 Anode electrode side cell component 12 Cathode electrode side cell component 13 Anode electrode side fuel gas channel 14 Cathode electrode side gas channel 15, 16 Diffusion Layers 17 and 18 Catalyst layer 19 Polymer membrane 20 MEA

Claims (6)

  1.  アノード極側セル構成部材およびカソード極側セル構成部材を備える固体高分子形燃料電池用セルであって、
     前記アノード極側セル構成部材はフェライト系ステンレス鋼材で構成され、かつ、前記カソード極側セル構成部材はステンレス鋼材で構成され、
     前記アノード極側セル構成部材を構成する前記フェライト系ステンレス鋼材は、質量%で、Sn含有量が0.02~2.50%である化学組成を有し、かつ、
     前記フェライト系ステンレス鋼材中に、微細に分散析出したMB型硼化物を含む析出物を有し、
     該析出物は、その一部が前記フェライト系ステンレス鋼材の表面から突出しており、
     前記カソード極側セル構成部材を構成する前記ステンレス鋼材は、質量%で、Sn含有量が0.02%未満である化学組成を有する、
     固体高分子形燃料電池用セル。
    A polymer electrolyte fuel cell cell comprising an anode electrode side cell component and a cathode electrode cell component,
    The anode electrode side cell component is made of a ferritic stainless steel material, and the cathode electrode side cell component is made of a stainless steel material,
    The ferritic stainless steel material constituting the anode electrode side cell constituent member has a chemical composition in mass% and Sn content of 0.02 to 2.50%, and
    In the ferritic stainless steel material, there are precipitates containing M 2 B type boride finely dispersed and precipitated,
    A part of the precipitate protrudes from the surface of the ferritic stainless steel material,
    The stainless steel material constituting the cathode electrode side cell constituting member has a chemical composition in which the Sn content is less than 0.02% by mass%.
    Solid polymer fuel cell.
  2.  前記アノード極側セル構成部材を構成する前記フェライト系ステンレス鋼材が有する前記析出物は、
     MB型硼化物を析出核として、その表面にM23型Cr系炭化物が析出した複合析出物をさらに含み、
     前記複合析出物は、その一部が前記フェライト系ステンレス鋼材の表面から突出している、
     請求項1に記載の固体高分子形燃料電池用セル。
    The precipitate that the ferritic stainless steel material constituting the anode electrode side cell constituent member has,
    A composite precipitate in which M 2 B type boride is used as a precipitation nucleus and M 23 C 6 type Cr-based carbide is precipitated on the surface thereof;
    A part of the composite precipitate protrudes from the surface of the ferritic stainless steel material,
    The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1.
  3.  前記カソード極側セル構成部材を構成する前記ステンレス鋼材は、
     前記ステンレス鋼材中に、微細に分散析出したMB型硼化物を含む析出物を有し、
     該析出物は、その一部が前記ステンレス鋼材の表面から突出している、
     請求項1または請求項2に記載の固体高分子形燃料電池用セル。
    The stainless steel material constituting the cathode electrode side cell constituting member is:
    In the stainless steel material, having a precipitate containing M 2 B type boride finely dispersed and precipitated,
    A part of the precipitate protrudes from the surface of the stainless steel material.
    The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1 or 2.
  4.  前記カソード極側セル構成部材を構成する前記ステンレス鋼材が有する前記析出物は、
     MB型硼化物を析出核として、その表面にM23型Cr系炭化物が析出した複合析出物をさらに含み、
     前記複合析出物は、その一部が前記ステンレス鋼材の表面から突出している、
     請求項3に記載の固体高分子形燃料電池用セル。
    The precipitate that the stainless steel material constituting the cathode electrode side cell constituting member has,
    A composite precipitate in which M 2 B type boride is used as a precipitation nucleus and M 23 C 6 type Cr-based carbide is precipitated on the surface thereof;
    A part of the composite precipitate protrudes from the surface of the stainless steel material.
    The polymer electrolyte fuel cell according to claim 3.
  5.  前記カソード極側セル構成部材を構成する前記ステンレス鋼材は、
     表面に導電性を有する耐食めっき層を有する、
     請求項1または請求項2に記載の固体高分子形燃料電池用セル。
    The stainless steel material constituting the cathode electrode side cell constituting member is:
    It has a corrosion-resistant plating layer with conductivity on the surface,
    The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1 or 2.
  6.  請求項1から請求項5までのいずれかに記載の固体高分子形燃料電池用セルを備える、
     固体高分子形燃料電池スタック。

     
    The solid polymer fuel cell is provided with the cell according to any one of claims 1 to 5.
    Solid polymer fuel cell stack.

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