(57)【要約】  本発明は、任意に表面仕上げシートの製造のためのＡ２８６合金グレードの使用に関し、燃料電池素子用のモノポーラ又はバイポーラ型の導電板を得ることを可能にする。また、本発明は、冷間圧延段階、続いて連続する酸化環境下におけるアニーリング段階、続いて、酸洗い段階を含むこの任意の表面処理方法に関する。
2009541962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池素子用のモノポーラ又はバイポーラ導電板の製造のための、少なくとも１つの
合金の使用であり、前記合金は、重量パーセントで表される、
２４．０〜２７．０％のニッケル；
１３．５〜１６．０％のクロム；
１．９０〜２．３５％のチタン；
１．０〜１．５％のモリブデン；
０．１０〜０．５０％のバナジウム；
最大０．０８％の炭素；
最大２．０％のマンガン；
最大１．０％のシリコン；
最大０．３５％のアルミニウム；
最大０．０３％の硫黄；及び、
最大０．０１％のホウ素、
を含み、その残りが、鉄及び不純物から構成される使用。
【請求項２】
前記合金が、
２４．０〜２５．５％のニッケル；
１４．０〜１６．０％のクロム；
２．００〜２．３０％のチタン；
１．２〜１．５％のモリブデン；
０．１０〜０．５０％のバナジウム；
最大０．０６％の炭素；
最大２．０％のマンガン；
最大０．３％のシリコン；
最大０．２５％のアルミニウム；
最大０．０１％の硫黄；及び、
最大０．０１％のホウ素、
を含み、その残りが、鉄及び不純物から構成されることを特徴とする請求項１に記載の使用。
【請求項３】
請求項１又は２に定義された少なくとも１つの合金を含むシートであって、
その表面の少なくとも１つ上において、０．１２μｍ又はそれ以上の算術平均粗さＳａ、４μｍ未満の最大高さ幅Ｓｔ、及び、好ましくは、０．２％以上の展開表面積Ｓｄｒを有することを特徴とするシート。
【請求項４】
請求項１又は２に定義された合金をベースとしたシートを表面仕上げする方法であって、以下の連続する段階：
（ａ）薄スラブ又は熱間圧延シートから選択された半仕上げ生成物が冷間圧延される段階；
（ｂ）９００から１２００℃の温度で、１０秒から３０分の範囲の時間の間、酸化環境下において、段階（ａ）で得られた前記シートが連続的にアニールされる段階；及び
（ｃ）段階（ｂ）で得られた前記アニールされたシートが、４０から１００℃の間の温度において、少なくとも１つの鉱酸と接触することにより、酸洗いされる段階
を含む方法。
【請求項５】
電解による酸洗い段階をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
好ましくは水を用いたすすぎ段階、及びその後の前記酸洗いされたシートの乾燥段階をさらに含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか一項に記載の方法によって製造されることが出来ることを特徴とするシート。
【請求項８】
燃料電池素子用の導電板の製造のための、請求項７に記載のシートの使用。
【請求項９】
燃料電池素子用の導電板を製造する方法であって、
請求項４から６に定義された方法に従って、請求項１又は２に定義された合金を含むシートを表面仕上げする段階を含み、
少なくとも以下の段階：
０．０５から０．５ｍｍ、特に０．１から０．２ｍｍの厚さを有する前記シートが、波形のブランクを得るために、第一ツールを用いて第一変形される段階；及び
前記波形のブランクが、第二ツールを用いて、第二の、接線変形される段階
をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記連続する第一及び第二変形により、前記シートが、前記シートの初期長さと比較して、少なくとも２５％から３５％だけ伸びることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記シートは、請求項３又は７に定義されたものであることを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法によって得られることを特徴とする燃料電池素子用導電板。
【請求項１３】
請求項１又は２に定義された少なくとも１つの合金を含む少なくとも１つのモノポーラ又はバイポーラ導電板を含む燃料電池素子。
【請求項１４】
請求項３又は７に記載のシートを含む少なくとも１つのモノポーラ又はバイポーラ導電板を含む燃料電池素子。
【請求項１５】
請求項１２に記載の少なくとも１つのモノポーラ又はバイポーラ導電板を含む燃料電池素子。
【請求項１６】
特に、ＰＥＭＦＣ（固体高分子型燃料電池）の燃料電池であって、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の前記電池素子を含む燃料電池。
【請求項１７】
自動車のような乗り物、若しくはリレーアンテナ又は携帯電話のような通信手段に電気を供給するための、請求項１６に記載された燃料電池の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池素子用導電板に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油備蓄の着実な減少に対抗し、同時に、汚染及び関連した気候変動に対抗する現在及び未来の要求を考慮した新規なエネルギー生成システムの開発を目的とし、長年にわたる研究が行われている。
【０００３】
この点において、燃料電池が、非−汚染電気源を構成する。これらは、電気化学型の電流発生器であり、その操作原理が、触媒（白金のような）の存在下において、プロトンを発生するように、通常水素である燃料が、アノード上を通り過ぎることにあり、これらが、高分子膜のような電解質を通り抜けた後、またアノードから発する電子と組み合わせて、水を生成するために、カソードにおいて生成される通常酸素である酸化剤と接触する。この水は、熱が発生するに従って、システムから排出される。アノードからカソードへの電子の循環が、電気を発生する。
【０００４】
燃料電池に使用される水素は、ほぼ無限の惑星規模の要素である。これは、例えば、水力発電、風力又は太陽エネルギーのような再生可能なエネルギー手段による水の電気分解、若しくは原子力源を用いて生成されることが出来る。あるいは、天然ガスの改質、又はバイオマスのガス化及びその後の熱化学改質によって生成されることが出来る。
【０００５】
燃料電池が、様々な用途を見いだしてよく、特に、“クリーン”自動車、すなわち、それらは二酸化炭素若しくは潜在的に環境又は人間の健康に対し害を与える他の汚染物質を発しない自動車の開発、又は携帯電話及びポータブルコンピューターのような低電力のポータブルシステムの開発におけるものである。
【０００６】
通常、燃料電池が、いくつかの電池素子のスタックを含み、これらのそれぞれが、アノードとカソードとの間に挟まれたプロトン交換膜又はＰＥＭのような電解質から構成され、全体のアセンブリが、それ自体が２つの導電板間に含まれた活性コア又はＭＥＡ（膜／電極アセンブリ）を構成する。電流コレクターが、電池素子のスタックの端部に提供される。
【０００７】
導電板が、チャンネルを含み、ここに供給気体流が入り、及びここから水が排出される。これらが、モノポーラ又はバイポーラ型のものでよい。“モノポーラ”という用語は、それぞれの電池素子が、隣接する電池素子のカソード及びアノード板のそれぞれと直接的に接触する（又は、波形導電金属板から構成されるセパレータを経由して接触する）アノード板及びカソード板を含むことを意味すると理解される。“バイポーラ”という用語は、それぞれの板が、アノード面及びカソード面を含み、それ自身によって、２つの隣接する電池素子間の接続を確保することを意味すると理解される。通常、冷却剤が、パイポーラ板内に形成された又は２つの隣接するモノポーラ板間に形成された、若しくは他に波形のセパレータ板に提供された通路内に形成されたチャンネル内に循環するようにされる。
【０００８】
導電ファイバーから構成されるガス拡散層又はＧＤＬが、原則として、それぞれの電極とそれに面する板との間に配置される。
【０００９】
導電板が、通常、グラファイト又は炭素／ポリマー複合材料、若しくは金属板から形成される。
【００１０】
グラファイトが、その高い電気及び熱伝導性、並びにその低い接触抵抗のため、良好な性能の獲得を可能にする。また、それは、容易に機械加工されることが出来、それを通り抜けるチャンネルの形状を最適化する可能性を提供する。最後に、その高い耐食性が、電池素子コアの寿命を保証する。しかしながら、グラファイトの機械加工は、その生成量によらず、長期間にわたるものであり、高価な操作であり、その使用は、研究室での電池素子及び少数のプロトタイプ向けである。
【００１１】
炭素／ポリマー複合材料により、板がモールディングによって得られることが可能となり、大幅にコストを削減する。しかしながら、同じ寸法のグラファイト板よりも１０分の１から２０分の１に安くなるが、炭素／ポリマー複合材料板は、自動車市場のような大量市場に対しては、重すぎるままである。さらに、低い伝導性及び製造上の制限の結果としての有利でないチャンネル形状のため、この材料の性能は、グラファイトのそれよりも劣っている。
【００１２】
実際には、ステンレス鋼が、燃料電池の大量生産に最も適した材料を構成し、炭素／ポリマー複合材料のそれよりも５分の１から１０分の１のコストである。これにより、電池素子の満足な機械的強度と同時に、良好な電気及び熱伝導を提供する板の生成が可能となる。また、これは、軽量であり、わずかな空間を占め、多くの実績のあるアセンブリ技術に従うことが可能であるという利点を有する。
【００１３】
しかしながら、ステンレス鋼は、依然として克服されていない欠点を有する。すなわち：
−金属の表面上の酸化層（不動態皮膜）の存在により、本質的に、この材料の電気的な表面抵抗が、導電板とガス拡散層との間の界面において発生する抵抗損の結果として、電池素子の性能を低減する；
−カチオンを放出する燃料電池の酸還元性媒質下における、金属、特にクロムの腐食が、電池膜を汚染することによって、それらの寿命を制限する；及び、
−材料形成の困難さのため、板形状の最適化を制限する。
【００１４】
既に特許文献１において、高い伝導性及び良好な耐食性を有するバイポーラ板を製造するために、ニッケル−クロムオーステナイト系合金を使用することが提案されている。これらの合金が、少なくとも５０重量％のクロム及びニッケルを含み、好ましくは、ニッケルが支配的である。この使用のために通常推奨される３１６ステンレス鋼と比較して、これらの合金の最良の特性は、それらの高いニッケル含有量によるものである。
【００１５】
さらに、様々な化学組成を有するバイポーラ板の性能の比較が、Ｄ．Ｐ．Ｄａｖｉｅｓ等による非特許文献１に開示されている。１８〜２５％のクロム及び１２〜２５％のニッケルを含む、試験された３１６，３１０及び９０４Ｌステンレス鋼板の中でも、９０４Ｌステンレス鋼から形成されたものが、グラファイト板のそれに近く、３１６ステンレス鋼のそれよりも著しく優れた電力密度を供給することが証明された。この９０４Ｌ鋼の優れた性能は、それが含有するニッケル及びクロムの高い比率によるものであり、その性能は、薄い酸化膜、それ故に低い抵抗性を有する酸化膜に起因するものであると考えられる。
【００１６】
さらに、特許文献２では、モノポーラ板と、対応する拡散層との間における接触のための大きな表面積を得ることを可能にし、それ故に、所定の電流密度に対する電池の効率及び電力の両方を改善することを目的として、これら２つの素子間における電子接触抵抗を減らすことを可能にする燃料電池の構造が開示されている。これを行うために、板の表面が、拡散層のそれと適合する、又はさらにはマッチするように、サンドブラスティング、ファイリング又はアブレーションによって、粗面化される。この後処理は、本発明による“未変性（ｎａｔｉｖｅ）”処理よりも、潜在的に、さらに高価である。
【００１７】
しかしながら、機械加工されたグラファイト板を含む電池素子のそれらに匹敵する性能及び寿命を有するが、高価ではない燃料電池素子の製造を可能にするステンレス鋼導電板の必要性が残されている。
【００１８】
ここで、ＡＳＴＭ規格に従いＡ２８６と呼ばれる１つの特定の合金グレードが、この要件を満足させることが出来ることを、出願人は発見した。この要求を満足させるのと同様に、導電板を製造する方法もまた開発された。
【００１９】
この合金グレードＡ２８６が、特許文献３に記述されている。これは、クロム、ニッケル、チタンを含むオーステナイト型の合金鉄であり、高温において良好な延性及び高機械的強度を有するものとして記述されており、その特性が、高応力、特に熱応力にさらされた航空エンジンの製造用に生かされることが可能である。この合金が、９８０℃（１８００°Ｆ）に近い温度における固溶化熱処理にさらされることが出来、その後に焼き戻し（ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）操作が続き、時効硬化されることが出来る。最近になって、航空分野、自動車分野（ターボ部品、排気マニホルド）、エネルギー分野（タービン）及び石油産業における様々な用途にＡ２８６グレード合金を使用することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／０１７２８４９号明細書
【特許文献２】仏国特許出願公開第２８６０１０４号明細書
【特許文献３】カナダ特許出願公開第５１８１８１号明細書
【非特許文献】
【００２１】
【非特許文献１】“Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  ｓｔｅｅｌ  ａｓ  ａ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｐｌａｔｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ  ｆｏｒ  ｓｏｌｉｄ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌｓ”，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅｓ  ８６（２０００）  ２３７−２４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、出願人の知る限りでは、この合金グレードを燃料電池の製造のために使用することは提案されていない。この材料が、良好な耐食性と想定される使用に経済的に適応するコストを兼ね備えた低い電気的な表面抵抗を有することは出願人には明らかである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
従って、第一実施形態による本発明の対象は、燃料電池素子用の少なくとも１つの合金のモノポーラ又はバイポーラ導電板の製造のための使用であり、この合金は、重量パーセントで表され、：
２４．０〜２７．０％のニッケル；
１３．５〜１６．０％のクロム；
１．９０〜２．３５％のチタン；
１．０〜１．５％のモリブデン；
０．１０〜０．５０％のバナジウム；
最大０．０８％の炭素；
最大２．０％のマンガン；
最大１．０％のシリコン；
最大０．３５％のアルミニウム；
最大０．０３％の硫黄；及び、
最大０．０１％のホウ素、
を含み、その残りが、鉄及び不純物から構成される。
【００２４】
上記の合金は、ＡＳＴＭ規格を参照することにより定義されるＡ２８６グレードのステンレス鋼に対応し、これはまた、ＵＮＳ規格によるリファレンスＳ６６２８６及びＷＮｒ規格による１．４９４３で識別される。
【００２５】
“不純物”という用語は、本発明の目的において、不可避の存在であり、合金を製造する方法の結果生じる要素を意味すると理解される。これらは、特に、窒素、リン、セレン、銅、ジルコニウム、セリウム及び／又はランタンである。
【００２６】
本発明において使用される好ましい合金は、
２４．０〜２５．５％のニッケル；
１４．０〜１６．０％のクロム；
２．００〜２．３０％のチタン；
１．２〜１．５％のモリブデン；
０．１０〜０．５０％のバナジウム；
最大０．０６％の炭素；
最大２．０％のマンガン；
最大０．３％のシリコン；
最大０．２５％のアルミニウム；
最大０．０１％の硫黄；及び、
最大０．０１％のホウ素、
を含み、その残りが、鉄及び不純物から構成される。
【００２７】
第二実施形態による本発明の他の対象は、上記に定義した少なくとも１つの合金を含むシートであり、これは、少なくともその１つの表面上において、０．１２μｍ又はそれ以上の算術平均粗さ（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  ｍｅａｎ  ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）Ｓａ、４μｍ未満の最大高さ幅（ｍａｘｉｍｕｍ  ｈｅｉｇｈｔ  ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）Ｓｔ、及び好ましくは０．２％以上の展開面積（ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ  ａｒｅａ）Ｓｄｒを有することを特徴とする。
【００２８】
“シート”という用語は、本発明内において、実質的に平面及び実質的に長方形の断面を備えたシート状の圧延生成物を意味すると理解される。
【００２９】
これらの特徴を有するシートが、本願明細書において後に、“表面仕上げシート（ｓｕｒｆａｃｅｄ  ｓｈｅｅｔ）”によって定義される。
【００３０】
パラメータＳａ、Ｓｔ及びＳｄｒは、調整によって、測定された表面の平均平方の平面によって、及び次にその平均について高さをセンタリングすることによって得られた平均平面に関して定義された３Ｄ表面仕上げパラメータである。これらが、特に接触センサーによって得ることが出来る表面トポグラフィーの記録から決定されてよい。３Ｄの表面トポグラフィーの構造が、長方形表面を覆うように均一に離隔したＭ点で構成されている一連のＮ平行プロファイルを測定することによって得られる。プロファイルにおける位置ｘ、及び表面におけるプロファイルの位置ｙの関数としての高さｚの記録が得られる。
【００３１】
“算術平均粗さＳａ”という表現は、この平均からの偏差の算術平均であると理解される。
【００３２】
【数１】
2009541962.tif 000003
【００３３】
本発明によるシートの算術平均粗さは、好ましくは０．１２μｍ以上、通常、０．３６μｍ未満である。
【００３４】
“最大高さ幅Ｓｔ“という表現は、最も高いピークの高さと最も深い谷の深さとの間の差によって定義される表面の全高であると理解される。このパラメータが、２Ｄパラメータに関しての補外法によって決定される。本発明によるシートの最大高さ幅Ｓｔは、好ましくは、４μｍ未満、通常１．５μｍ以上である。
【００３５】
“展開表面積Ｓｄｒ”の表現は、試験領域に対する表面の界面領域における増分の比であると理解される。
【００３６】
【数２】
2009541962.tif 000004
【００３７】
ここで、Ｍは、プロファイルごとの点の数であり、Ｎは、プロファイルの数であり、Ａｉ，ｊは、界面領域を表し、以下によって定義される。
【００３８】
【数３】
2009541962.tif 000005
【００３９】
完全な平面が、０％のＳｄｒを有するであろう。本発明によるシートの展開表面積Ｓｄｒは、好ましくは０．２％以上、通常１％未満である。
【００４０】
有利に、上記の表面仕上げシートが、連続する以下の段階を含む方法によって製造されることが出来る。：
（ａ）薄スラブ又は熱間圧延シートから選択された半仕上げ生成物が冷間圧延される段階；
（ｂ）９００から１２００℃の温度で、１０秒から３０分の範囲の時間の間、酸化環境下において、段階（ａ）で得られたシートが連続的にアニールされる段階；
（ｃ）段階（ｂ）で得られたアニールされたシートが、４０から１００℃の間の温度において、少なくとも１つの鉱酸と接触することにより、酸洗いされる段階。
【００４１】
従って、また、本発明の対象は、上記のような前述の合金をベースとしたシートを表面仕上げする方法である。
【００４２】
この方法が、驚いたことに、表面トポグラフィー及びまた新規な不動態層を形成する結果となり、これらは、還元環境下（Ｈ２又はＨ２／Ｎ２）における光輝焼なましのような他の標準的な仕上げ手段によって得られたそれとは異なり、材料の低い表面抵抗を得るために有利であり、想定される用途に望ましいことが明らかにされている。
【００４３】
上記の圧延、アニーリング及び酸洗い段階が、当業者に周知である冶金の処理を構成する。例えば、燃焼炉が、酸化環境下においてアニーリングを実行するために使用されてよい。特に、８％に近い酸素容量を維持することが好ましい。
【００４４】
冷間圧延が、例えば２から５ｍｍの間の厚さを有するステンレス鋼ストリップ上において実行されてよい。タンディッシュから、ノズルを通し、冷却表面を有するモールドに溶融合金を鋳込みすることによって得られたスラブからのものでよく、ここで、金属生成物が凝固し始める。モールドの壁が、固定された銅又は銅合金壁、互いに反対の方向に回転させたロール、若しくはエンドレスベルトでよい。改良形として、上記方法において使用されるストリップが、上記スラブを熱間圧延した結果生じるものであってよい。冷間圧延ストリップが、例えば０．０５ｍｍから１．５ｍｍの厚さを有してよい。
【００４５】
酸洗い段階で使用される酸が、特に、硫酸、硝酸、フッ化水素酸、及びこれらの混合物から選択されてよく、好ましくは、どちらかといえば、２と等しい又はそれ未満のｐＨの溶液を有する。特に、吹き付け、若しくはストリップを酸溶液の容器を通す又は同一又は異なる酸溶液を含む容器（好ましくは、タンクのような３つの容器）に連続して通すことによって、この酸が、アニールされたシートと接触してよい。
【００４６】
上記の表面仕上げ方法が、上記の段階以外の、上記段階のいずれか１つの前又は後に実行される段階、特に、追加的な電解による酸洗い段階を含んでよい。通常、それは、好ましくは水を用いた洗浄段階、及びその後の酸洗いされたシートの乾燥段階をさらに含む。
【００４７】
また、本発明の対象は、上記の、好ましくは、燃料電池素子用の（モノポーラ又はバイポーラ型の）導電板の製造のための上記方法によって得られた、表面仕上げシートの使用である。
【００４８】
導電板の製造において本発明に従って使用された（表面仕上げされている又はされていない）シートが、特定の冷間成形方法にさらされ、この冷間成形方法は、有利に、板の耐食性及び電気的な伝導特性を損なうことなく、意図する使用、及び、特に、所望のチャンネルプロファイルを目的とした最適な板形状を得ることを可能にする。
【００４９】
従って、また、本発明の対象は、上記に定義された合金を含むシートの上記方法による表面仕上げを含む燃料電池素子用の導電板を製造する方法であり、前記方法が少なくとも以下の段階をさらに含む。
０．０５から０．５ｍｍ、特に０．１から０．２ｍｍの厚さを有する前記シートが、波形のブランクを得るために、第一ツールを用いて第一変形される段階；及び
前記波形のブランクが、第二ツールを用いて、第二の、接線変形（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）される段階。
【００５０】
好ましくは、連続する第一及び第二の変形により、シートが、シートの初期長さと比較して、少なくとも２５％から３５％だけ伸びる。
【００５１】
また、本発明の対象は、上記で得られた板である。
【００５２】
この方法が、少なくとも２つの異なる形状のツールを使用する水圧プレス又は機械プレスにおいて実行されてよい。改良形として、これが、例えば１０×２０ｃｍのサイズのシートに少なくとも２つの連続する接触圧をかける（後者が、前者の上部にかけられる）いわゆる“フォロイング（ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ）”ツールと呼ばれるものを使用して実行されてよい。
【００５３】
この方法においてシート上に与えられる伸びが、シートの初期展開長さに関して表現され、その中心部に沿って測定される。シートの特定の領域が、他の領域よりも変形される限りにおいて、これは、平均の伸びである。
【００５４】
金属の伸縮性を最大限に使用するために、この冷間成形方法によって、全方向及び初期シートの最大範囲に渡って、金属により受ける変形を分配することが可能となる。これは、燃料電池の操作に適合する（特に、寿命及びコンパクトさを満足する）流入ガスチャンネルのためのプロファイルを結果として生じる。さらに、この方法により、シートをアセンブリに適合することが可能となり、その後に、それに取付けられるガス注入口及び排気口のためのシーリング及び接続手段となる。この方法が、シートの表面形態、すなわちそれが有する特定の粗さを損傷せず、またその低い電気抵抗も損なわないことに注目すべきである。最後に、これは、ハイドロフォーミング法よりも、単純であり、安価な方法である。
【００５５】
本発明のさらなる対象は、上記に定義された少なくとも合金を含む少なくとも１つのモノポーラ又はバイポーラ導電板、好ましくは、上記のような表面仕上げシート又は導電板を含む燃料電池素子である。このような電池素子が、通常、前記板から離れたアノード、カソード及び電解質を含み、有利には、少なくとも１つの拡散層を共に含む。電極は、通常、例えば１０から１５μｍの厚さを有する炭素、白金又はポリマー層から形成されてよい。好ましい電極は、例えば２０から５０μｍの厚さを有しうるプロトン交換高分子膜から構成される。特に、Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ＆Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓから販売されるＣＡＲＢＥＬ  ＣＬモデルのような、“織物”型の拡散層、又はＳＧＬによって販売される３０ＢＣモデルのような“フェルト”型の拡散層を使用することが可能である。通常、これは、５から４０μｍの直径を有する炭素ファイバーを含む多孔質材料である。
【００５６】
本発明のさらに他の対象は、上記の電池素子を含む燃料電池、特にＰＥＭＦＣ型（固体高分子型燃料電池）の燃料電池である。
【００５７】
本発明による燃料電池が、自動車のような乗り物、若しくはリレーアンテナ又は携帯電話のような通信手段に電気を供給するために使用されてよい。
【００５８】
従って、本発明の他の対象は、自動車のような乗り物、若しくはリレーアンテナ又は携帯電話のような通信手段に電気を供給するための、上記に定義された燃料電池の使用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】燃料電池の操作原理を示すものである。
【図２】本発明による方法によって製造されたステンレス鋼シート表面のラティス表示である。
【図３】還元環境下におけるアニーリングを含む方法によって製造されたステンレス鋼シートのラティス表示である。
【図４】本発明による方法によって製造されたステンレス鋼シートの、走査電子顕微鏡法によって表示された表面トポグラフィーを示すものである。
【図５】還元環境下におけるアニーリングを含む方法によって製造されたステンレス鋼シートの、走査電子顕微鏡法によって表示された表面トポグラフィーを示すものである。
【図６】板／ＧＤＬ接触領域に与えられた圧力の関数として、様々な化学組成を有するステンレス鋼から形成された導電板の接触抵抗を示す曲線である。
【図７】板／ＧＤＬ接触領域に与えられた圧力の関数として、様々な化学組成を有するステンレス鋼から形成された導電板の接触抵抗を示す曲線である。
【図８】板／ＧＤＬ接触領域に与えられた圧力の関数として、様々な方法によって得られたステンレス鋼シートの接触抵抗を示す曲線である。
【図９】様々なタイプの導電板を含む燃料電池素子に対する分極曲線を示すものである。
【図１０】異なる化学組成のステンレス鋼から形成された板を含む燃料電池素子に対する分極曲線を示すものである。
【図１１】本発明による燃料電池素子の“携帯用発電機”−型サイクリング耐久性を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
本発明が、添付した図１から１４を参照し、以下記述される。
【００６１】
図１は、従来の燃料電池素子を示す。示された電池素子１が、それぞれがアノード板５及びカソード板６と接触するアノード３及びカソード４の間に配置された電解質２を含む。電池が、図１に示されたような、２つの電流コレクターの間に共に結合される電池素子１のスタックから構成され、この内の１つである電流コレクター７が、この図に示されている。
【００６２】
本発明が、目安として提供され、なんら制限を意味するものではない以下の実施例を読むことにより、より明確に理解されるだろう。
【００６３】
（実施例１）本発明による表面仕上げされた合金シートの製造
表面仕上げシートが、Ｉｍｐｈｙ  Ａｌｌｏｙｓからの合金ＳＵＰＥＲＩＭＰＨＹ（登録商標）ＳＹ２８６から製造された。この正確な組成は、
２４．４３％のニッケル
１４．７９％のクロム
２．１４％のチタン
１．４６％のモリブデン
０．３０６％のバナジウム
０．０３７％の炭素
１．７１％のマンガン
０．０８５％のシリコン
０．１６８％のアルミニウム
最大０．０００５％の硫黄
０．０１５％のリン
である。
【００６４】
そうするために、約０．２ｍｍのストリップ厚さを得るように、４ｍｍの厚さを有する熱間圧延シートが使用され、それぞれの圧延パス（ｐａｓｓ）の間の中間アニーリング処理を含むいくつかのパスにおいて冷間圧延された。最後の圧延パスの後、本発明に従い、ストリップが、還元環境下における酸素容量が約８％であり、長さ２７ｍの開放燃料式連続加熱炉内において２０ｍ／分の運転速度で、１０８０℃においてアニールされた。次に、得られたストリップが、３つの連続するバス（ｂａｔｈ）を通して酸洗いされた。：
−バス１：７５℃の温度、１５０ｇ／ｌの硫酸ナトリウムバスにおける直流分極（ｄｉｒｅｃｔ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）による電解による酸洗い；
−バス２：４０℃の温度、７０ｇ／ｌの硝酸バスにおける電解による酸洗い；及び
−バス３：５０℃の温度、１００ｇ／ｌの硝酸及び２０ｇ／ｌのフッ化水素酸の混合物。
【００６５】
得られたシートが、０．２ｍｍの厚さ、０．２３μｍの算術平均粗さＳａを有した。計算されたＳｔ及びＳｄｒ値は、それぞれ、２．１６μｍ及び０．３４４％であった。
【００６６】
（実施例２）シート製造方法に応じた表面仕上げの評価
図２が、実施例１のそれらと同様な条件下において製造されたシートの表面仕上げを示し、多数の隆起から構成されることを表す。その表面が、算術平均粗さＳａが０．１８６μｍであり、最大高さ幅Ｓｔが２．１６μｍであり、及び展開表面積Ｓｄｒが０．３４４％であるという特徴を有する。比較として、図３が、還元環境下におけるアニーリング段階を含む方法によって、同一のＳＵＰＥＲＩＭＰＨＹ（登録商標）ＳＹ２８６合金から製造されたシートを示し、その表面が、連続する突起を有する。このシートの表面は、さらに、算術平均粗さＳａが０．１０６μｍであり、最大高さ幅Ｓｔが１．０４μｍであり、及び展開表面積Ｓｄｒが０．０７６７％であるという特徴を有する。
【００６７】
さらに、図４及び５から明らかなように、走査電子顕微鏡法によって表示された、本発明によるシート及び還元環境下（Ｈ２）においてアニールされたシートの表面トポグラフィーは、それぞれ、大きく異なる。
【００６８】
従って、本発明による方法によって表面仕上げされたＳＹ２８６合金シートが、還元環境下においてアニーリングを行う従来の方法によっては得ることができない、特有の粗い表面を有すると考えられる。
【００６９】
（実施例３）合金の性質に応じた電気的な表面抵抗の評価
それぞれ、合金グレードＦ１７ＴＮｂ、Ａ２８６（合金ＳＹ２８６）及び３１６Ｌから構成される、同じ表面処理を施された３つの表面仕上げ合金シートの電気的な接触抵抗が、同一の拡散層にこれらを結合するために、これらのシートのそれぞれに加えられるアセンブリの圧力（ａｓｓｅｍｂｌｙ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の関数として比較された。
【００７０】
図６に示された結果は、本発明に従って使用されたＡ２８６合金シートが、最も低い接触抵抗、従って最良の導電性能を表すことを示す。
【００７１】
表面仕上げされていない、同様なニッケル量を含むＳＹ２８６合金及び９０４Ｌ合金のシートを使用し、同様な測定が実行された。
【００７２】
図７は、２つの異なるタイプのガス拡散層（ＧＤＬ）に対し、合金ＳＹ２８６で得られた接触抵抗が、ここで再び、最も低いことを示す。
【００７３】
これらの実験から、燃料電池用の導電板を製造において、本発明に従って使用された合金が、従来技術の合金よりも優れた候補であることは明らかである。
【００７４】
（実施例４）シート製造方法に応じた電気的な表面抵抗の評価
実施例２に記述された２つのＳＹ２８６合金シートの電気的な接触抵抗が、これらを同一の拡散層に結合するために、これらのシートのそれぞれに加えられるアセンブリの圧力の関数として比較された。図８に示されるように、本発明による表面仕上げ方法により、水素下におけるアニーリングを行う従来の方法に従って準備されたシートよりも良好な伝導性を有するシートを得ることが可能になる。
【００７５】
（実施例５）様々な合金をベースとした電池の性能の比較
性能、すなわち電流密度の機能としての電池電圧が比較され、その燃料電池は、それらの導電板を形成する材料の化学的性質によって互いに異なった。この実験が、１．１ｂａｒの空気圧、１．２５ｂａｒの水素ガス圧、６０℃の電池温度おいて実行された。
【００７６】
図９から明らかなように、少なくとも２つの冷間成形段階を含む方法によって外形が造られた、本発明による表面仕上げされたＳＹ２８６合金板により、機械加工されたグラファイトをベースとした電池のそれに近く（大差がない）、及び炭素／ポリマー複合材料をベースとした電池のそれよりも良好な電気的な性能を有する燃料電池を得ることが可能になる。
【００７７】
さらに、図１０は、上記条件下において試験された、本発明による燃料電池の電気的な性能が、参照物である３１６Ｌ合金から形成された板から製造された電池のそれよりも良好であることを示す。
【００７８】
（実施例６）長期間のサイクリング試験
携帯用発電機としてのそれの使用の代表とする、本発明による燃料電池にストレスを与える１つの方法をシミュレートするために（実施例６の条件下、且つ０．６Ａ／ｃｍ２の電流密度において）、長期にわたるサイクリング試験が、５００時間以上にわたって実行された。
【００７９】
図１１に示されたこの試験の結果は、燃料電池媒体における酸化に対する本発明による導電板の化学安定性を示す。測定の精度内において、単位時間毎の性能の低減は、グラファイト板又は炭素／ポリマー複合材料板の場合に観察されたそれと同一であった。
【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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