[发明专利]耐腐蚀性优良的燃料电池用不锈钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在燃料电池(fuel cell)的使用环境中呈现出优良的耐腐 蚀性(corrosion resistance)的燃料电池用不锈钢及其制造方法。

背景技术

近年来，从保护地球环境(global environment)的观点出发，正在推 进发电效率(power generation efficiency)优良、且不排放二氧化碳的燃 料电池的开发。这种燃料电池通过使氢气与氧气反应而产生电，其基 本结构如下：具有类似三明治(sandwich)的结构，由电解质膜(electrolyte  membrane)(即离子交换膜(ion exchange membrane))、两个电极(即燃料 极(a fuel electrode)和空气极(an air electrode))、氢气和氧气(空气)的扩散 层(diffusion layer)以及两个隔膜(separator)构成。而且，根据所使用的 电解质的种类，正在开发磷酸燃料电池(phosphoric-acid fuel cell)、熔融 碳酸盐燃料电池(molten carbonate fuel cell)、固体氧化物燃料电池 (solid-oxide fuel cell)、碱性燃料电池(alkaline fuel cells)及固体高分子燃 料电池(proton-exchange membrane fuel cell)等。

在这些燃料电池中，特别是固体高分子燃料电池，与熔融碳酸盐 燃料电池和磷酸燃料电池等相比，具有下述优点：

(a)运转温度为80℃左右，非常低；

(b)可实现燃料电池本身的轻量化、小型化；

(c)能在短时间内启动，且燃料效率(fuel efficiency)、输出密度 (output density)高；等。

因此，固体高分子燃料电池作为电动车(electric vehicle)的车载电 源(onboard power supply)及家庭用(household use)或携带用的小型分散 型电源(portable and compact dispersed power system)(固定式小型发电 机(stationary type compact electric generator))，是目前最受关注的燃料 电池之一。

固体高分子燃料电池根据通过高分子膜(polymer membrane)由氢 气和氧气获取电的原理而制成，其结构如图1所示，将膜-电极接合体 (Membrane-Electrode Assembly)1利用碳布(carbon cloth)等的气体扩散 层(gas diffusion layer)2、3及隔膜4、5夹持，并将其作为单独的构成 要件(所谓单电池(single cell))，使隔膜4及隔膜5之间产生电动势 (electro motive force)。

需要说明的是，膜-电极接合体1被称为MEA(Membrane-Electrode  Assembly)，使高分子膜与该膜的内外表面上的负载了铂系催化剂 (platinum catalyst)的碳黑(carbon black)等电极材料一体化而得到，其厚 度为数十微米至数百微米。此外，气体扩散层2、3多数情况下也与膜 -电极接合体1成为一体。

将固体高分子燃料电池应用于上述用途时，将数十至数百个如上 所述的单电池串联构成燃料电池堆(stack)来使用。

在此，对于隔膜4、5而言，在谋求作为(A)将单电池之间隔开的 隔板(separator)的作用的基础上，还谋求作为(B)运送产生的电子的导电 体(electric conductor)、(C)氧气(空气)及氢气的流路(图1中的空气流路 6、氢气流路7)、(D)排出生成的水和气体的排出流路(兼具空气流路6、 氢气流路7)的功能。

进而，为了将固体高分子燃料电池供于实际应用，需要使用耐久 性(durability)和导电性(conductivity)优良的隔膜。

关于耐久性，设想为：电动车的燃料电池的情况下为约5000小时， 作为家庭用的小型分散型电源等使用的固定式发电机等的情况下为约 40000小时。