[发明专利]燃料电池的金属隔板用合金皮膜、其制造方法和溅射用靶材、以及金属隔板和燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及用于例如移动电话、个人电脑等移动设备、家用燃料电池、 燃料电池汽车等的燃料电池的金属隔板用合金皮膜、其制造方法和溅射用 靶材、以及金属隔板和燃料电池。

背景技术

燃料电池是以正电极和负电极夹着固体高分子电解质膜作为单体电 池，经由被称为隔板(或者双极板(bipolar plate))的电极而使多个单体 电池重合而构成。

对于构成该燃料电池用的隔板的材料，要求有低接触电阻，以及该低 接触电阻在作为隔板的使用中被长期维持的特性。因此，一直以来都结合 加工性和强度这两方面而研究铝合金、不锈钢、镍合金、钛合金等金属材 料的应用。

另外，一般认为燃料电池内是pH为2～4的酸性的腐蚀气氛，对于隔 板所使用的材料还要求具有在酸性气氛中也维持低接触电阻的耐腐蚀性 (耐酸性)。

不锈钢和钛等金属，由于会在表面形成惰态皮膜而显示出良好的耐腐 蚀性，因此作为燃料电池的隔板用材料而得到研究。然而，因为该惰态皮 膜电阻大，所以若将不锈钢和钛等金属直接作为燃料电池的隔板使用，则 在酸性气氛中由于其表面所形成的惰态皮膜，有可能导致导电性显著劣 化。因此，即使在使用之初的接触电阻很低，而其低接触电阻却不能在作 为隔板的使用中得到长期维持，仍存在接触电阻随时间推移而变高而招致 电流损失这样的问题。另外，也有因腐蚀导致从材料溶出的金属离子使电 解质膜劣化等的问题。

针对这样的问题，为了抑制接触电阻的增加而长期维持导电性，一直 以来提出有各种金属隔板。例如提出有在不锈钢和钛等金属隔板表示实施 镀金(专利文献1)；除去由不锈钢、钛等构成的基板的表面的氧化皮膜后， 使贵金属或贵金属合金附着(专利文献2)；在不锈钢基板表面形成耐酸性 金属皮膜，在其上形成贵金属皮膜(专利文献3)等。

专利文献1：特开平10-228914号公报

专利文献2：特开2001-6713号公报

专利文献3：特开2001-93538号公报

然而，特开平10-228914号公报、特开2001-6713号公报或特开 2001-93538号公报所记载的发明隔板材存在如下等缺点：其在作为隔板的 使用期间由于来自基板的皮膜的剥离和金属溶出，因而不能发挥出充分的 耐腐蚀性，不能降低接触电阻，此外即使在使用之初显示出低的接触电阻， 该低接触电阴谋在燃料电池内的腐蚀气氛中也不能长期维持。另外，在现 有的通过镀敷等而形成皮膜的情况下，为了除去惰态皮膜而花费时间，需 要复杂的工序，因此有生产性降低这样的缺点。

发明内容

因此，本发明的课题在于，提供一种耐腐蚀性优异，并且接触电阻低， 该低接触电阻即使在腐蚀气氛中也能够长期维持，此外生产性也优异的燃 料电池的金属隔板用合金皮膜、其制造方法和溅射用靶材、以及金属隔板 和燃料电池。

即，本发明涉及以下的(1)～(18)。

(1)一种燃料电池的金属隔板用合金皮膜，其中，含有Au和Pt之 中的至少1种贵金属元素和从Ti、Zr、Nb、Hf及Ta中选择的至少1种非 贵金属元素，所述贵金属元素/非贵金属元素的含有比例以原子比计为 35/65～95/5，膜厚为2nm以上。

(2)一种燃料电池的金属隔板用合金皮膜的制造方法，其中，包含 如下工序：

在溅射法实施装置的腔内设置金属基板的设置工序；

在由所述设置工序设置的所述金属基板的表面的至少一部分，通过溅 射法形成合金皮膜的成膜工序，该合金皮膜按照贵金属元素/非贵金属元素 的含有比例以原子比计为35/65～95/5的比例含有Au和Pt之中的至少1 种贵金属元素和从Ti、Zr、Nb、Hf及Ta中选择的至少1种非贵金属元素， 膜厚为2nm以上。

(3)根据所述(2)记载的燃料电池的金属隔板用合金皮膜的制造方 法，其中，包含在所述成膜工序后，再对形成有所述合金皮膜的金属基板 进行热处理的热处理工序。

(4)根据所述(3)记载的燃料电池的金属隔板用合金皮膜的制造方 法，其中，所述热处理工序中的热处理温度为150～800℃。

(5)根据所述(4)记载的燃料电池的金属隔板用合金皮膜的制造方 法，其中，在具有2.1×10⁴Pa以下的氧分压的气氛下进行所述热处理。