(57)【要約】  燃料電池用の高安定性で廉価なバイポーラ板が開示される。この高安定性バイポーラ板は、バイポーラ板基板およびバイポーラ板基板上に与えられる耐食性の被覆を含む。バイポーラ板の耐食性を向上させる方法も開示される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイポーラ板基板と、
前記バイポーラ板基板上にスパッタリングされた耐食性の被覆とを備える燃料電池用の高安定性バイポーラ板。
【請求項２】
前記バイポーラ板基板が３０４Ｌ、３１６Ｌまたは他の低耐食性等級のステンレス鋼を含む請求項１に記載の高安定性バイポーラ板。
【請求項３】
前記耐食性の被覆が９０４Ｌの等級のステンレス鋼を含む請求項１に記載の高安定性バイポーラ板。
【請求項４】
前記耐食性の被覆がＣ−２７６合金を含む請求項１に記載の高安定性バイポーラ板。
【請求項５】
前記耐食性の被覆が２５４ＳＭＯ合金を含む請求項１に記載の高安定性バイポーラ板。
【請求項６】
前記耐食性の被覆がＣａｒｐ−２０合金を含む請求項１に記載の高安定性バイポーラ板。
【請求項７】
前記耐食性の被覆がニオブを含む請求項１に記載の高安定性バイポーラ板。
【請求項８】
前記耐食性の被覆がＡＬ６ＸＮの等級のステンレス鋼を含む請求項１に記載の高安定性バイポーラ板。
【請求項９】
ステンレス鋼のバイポーラ板基板と、
前記バイポーラ板基板上に与えられて前記バイポーラ板基板より高い耐食性を有する耐食性の被覆と、
前記耐食性の被覆の接触抵抗を最小化するために前記耐食性の被覆上に与えられるカバー層とを備える燃料電池用の高安定性バイポーラ板。
【請求項１０】
前記バイポーラ板基板が３０４Ｌまたは３１６Ｌの等級のステンレス鋼を含む請求項９に記載の高安定性バイポーラ板。
【請求項１１】
前記耐食性の被覆が９０４−Ｌの等級のステンレス鋼およびＡＬ６ＸＮの等級のステンレス鋼のうち少なくとも１つを含む請求項９に記載の高安定性バイポーラ板。
【請求項１２】
前記耐食性の被覆がＣ−２７６合金、２５４ＳＭＯ合金、Ｃａｒｐ−２０合金、ニオブおよびニオブ合金のうち少なくとも１つを含む請求項９に記載の高安定性バイポーラ板。
【請求項１３】
前記カバー層が、金、有機材料、白金、白金合金、ロジウム、ルテニウム、ルテニウム合金、パラジウムおよびパラジウム合金のうち少なくとも１つを含む請求項９に記載の高安定性バイポーラ板。
【請求項１４】
前記バイポーラ板基板が３０４Ｌまたは３１６Ｌの等級のステンレス鋼を含む請求項１３に記載の高安定性バイポーラ板。
【請求項１５】
前記耐食性の被覆が９０４−Ｌの等級のステンレス鋼およびＡＬ６ＸＮの等級のステンレス鋼のうち少なくとも１つを含む請求項１４に記載の高安定性バイポーラ板。
【請求項１６】
前記耐食性の被覆がＣ−２７６合金、２５４ＳＭＯ合金、Ｃａｒｐ−２０合金、ニオブおよびニオブ合金、タンタルおよびその合金、およびモリブデン合金のうち少なくとも１つを含む請求項１４に記載の高安定性バイポーラ板。
【請求項１７】
バイポーラ板基板を供給するステップと、
前記バイポーラ板基板上に耐食性の被覆を与えるステップとを含む、バイポーラ板の耐食性を向上させる方法。
【請求項１８】
前記バイポーラ板基板が３１６Ｌの等級のステンレス鋼を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記耐食性の被覆が９０４−Ｌの等級のステンレス鋼およびＡＬ６ＸＮの等級のステンレス鋼のうち少なくとも１つを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記耐食性の被覆がＣ−２７６合金、２５４ＳＭＯ合金、Ｃａｒｐ−２０合金、ニオブおよびニオブ合金、タンタルおよびその合金、およびモリブデン合金のうち少なくとも１つを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記耐食性の層の接触抵抗を最小化するために前記耐食性の層上にカバー層を与えるステップをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記カバー層が、金、有機材料、白金、白金合金、ロジウム、ルテニウム、ルテニウム合金、パラジウムおよびパラジウム合金のうち少なくとも１つを含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記カバー層がスパッタ層を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記バイポーラ板基板が３１６Ｌの等級のステンレス鋼を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記耐食性の被覆が９０４−Ｌの等級のステンレス鋼およびＡＬ６ＸＮの等級のステンレス鋼のうち少なくとも１つを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記耐食性の被覆がＣ−２７６合金、２５４ＳＭＯ合金、Ｃａｒｐ−２０合金、ニオブおよびニオブ合金のうち少なくとも１つを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記バイポーラ板基板上に耐食性の被覆を与える前記ステップが、物理蒸着法プロセスを使用して前記バイポーラ板上に前記耐食性の被覆をスパッタリングするステップを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
カソード側面を有するバイポーラ板基板を供給するステップと、
前記バイポーラ板基板の前記カソード側面上に耐食性の被覆を与えるステップとを含む燃料電池内バイポーラ板のカソード側面の塩化物耐食性を向上させる方法。
【請求項２９】
前記バイポーラ板基板が３１６Ｌの等級のステンレス鋼を含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記耐食性の被覆が９０４−Ｌの等級のステンレス鋼およびＡＬ６ＸＮの等級のステンレス鋼のうち少なくとも１つを含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記耐食性の被覆がＣ−２７６合金、２５４ＳＭＯ合金、Ｃａｒｐ−２０合金、ニオブおよびニオブ合金、タンタルおよびその合金、およびモリブデン合金のうち少なくとも１つを含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記耐食性の層の接触抵抗を最小化するために前記耐食性の層上にカバー層を与えるステップをさらに含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記カバー層が、金、有機材料、白金、白金合金、ロジウム、ルテニウム、ルテニウム合金、パラジウムおよびパラジウム合金のうち少なくとも１つを含む請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
第１の耐食性を有するバイポーラ板基板を供給するステップと、
前記バイポーラ板基板上に、前記第１の耐食性より大きい第２の耐食性を有する耐食性の被覆をスパッタリングするステップとを含む、バイポーラ板の耐食性を向上させる方法。
【請求項３５】
前記バイポーラ基板が金属を含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記バイポーラ板基板が、第１の原子の元素を含む材料および前記第１の原子の元素を含む前記耐食性の被覆を含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記バイポーラ板基板が、第１、第２および第３の原子の元素を含む材料ならびに前記第１、第２および第３の原子の元素を含む前記耐食性の被覆を含む請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記スパッタリングが、第１の元素組成を有する材料を含む対象の物理蒸発を含み、前記耐食性の被覆が実質的に同じ第１の元素組成を有する請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
前記バイポーラ板基板が第１の等級のステンレス鋼を含み、前記耐食性の被覆が第２の等級のステンレス鋼を含む請求項３４に記載の方法。
【請求項４０】
前記バイポーラ板基板が３１６Ｌの等級のステンレス鋼を含む請求項３４に記載の方法。
【請求項４１】
前記耐食性の被覆が９０４−Ｌの等級のステンレス鋼およびＡＬ６ＸＮの等級のステンレス鋼のうち少なくとも１つを含む請求項３４に記載の方法。
【請求項４２】
前記耐食性の被覆がＣ−２７６合金、２５４ＳＭＯ合金、Ｃａｒｐ−２０合金、ニオブおよびニオブ合金、タンタルおよびその合金、およびモリブデン合金のうち少なくとも１つを含む請求項３４に記載の方法。
【請求項４３】
前記耐食性の層の接触抵抗を最小化するために前記耐食性の層上にカバー層を与えるステップをさらに含む請求項３４に記載の方法。
【請求項４４】
前記カバー層が、金、有機材料、白金、白金合金、ロジウム、ルテニウム、ルテニウム合金、パラジウムおよびパラジウム合金のうち少なくとも１つを含む請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記カバー層がスパッタ層を含む請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
前記バイポーラ板基板が３１６Ｌの等級のステンレス鋼を含む請求項４３に記載の方法。
【請求項４７】
前記耐食性の被覆が９０４−Ｌの等級のステンレス鋼およびＡＬ６ＸＮの等級のステンレス鋼のうち少なくとも１つを含む請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記耐食性の被覆がＣ−２７６合金、２５４ＳＭＯ合金、Ｃａｒｐ−２０合金、ニオブおよびニオブ合金のうち少なくとも１つを含む請求項４４に記載の方法。
【請求項４９】
耐食性の被覆の厚さが０．１〜２μｍの範囲にある請求項３４に記載の方法。
【請求項５０】
前記耐食性の被覆の厚さが０．１〜１０μｍの範囲にある請求項３４に記載の方法。
【請求項５１】
前記バイポーラ板基板が第１の等級のステンレス鋼を含み、前記耐食性の被覆が第２の等級のステンレス鋼を含み、前記耐食性の被覆の厚さが０．１〜２μｍの範囲にある請求項３４に記載の方法。
【請求項５２】
前記バイポーラ板基板が３０４Ｌの等級のステンレス鋼を含む請求項４３に記載の方法。
【請求項５３】
前記バイポーラ板基板がフェライトおよびオーステナイト系の材料のうち少なくとも１つを含む請求項３４に記載の方法。
【請求項５４】
前記バイポーラ板基板が低等級のフェライト材料および低等級のオーステナイト系材料のうち少なくとも１つを含む請求項３４に記載の方法。
【請求項５５】
前記バイポーラ板基板および前記耐食性の被覆が、どちらもそれぞれクロムを含み、前記耐食性の被覆中のクロムの元素重量パーセントが、前記バイポーラ板基板中のクロムの元素重量パーセントより大きい請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気を起こして車輌または他の機械類に電力を供給する燃料電池に関する。より詳細には、本発明はバイポーラ板に関し、高分子電解質膜（ＰＥＭ）燃料電池内で使用されたときにフッ化物に対する耐性を与えるために、バイポーラ板は、高等級ステンレス鋼または合金の耐食性被覆で被覆される。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池技術は、自動車産業で比較的最近発展したものである。燃料電池発電装置は、５５％もの高い効率を実現できることが知られている。その上、燃料電池発電装置は、副産物として熱と水しか排出しない。
【０００３】
燃料電池は、カソード、アノード、およびカソードとアノードの間にはさまれて陽子だけを通す電解質の３つの構成要素を含む。各電極は、片側面を触媒で被覆される。作動中、アノード上の触媒が、水素を電子と陽子へ分離させる。電子は、アノードからの電流として駆動モータを通って次いでカソードに分配されるが、陽子は、アノードから電解質を通ってカソードまで移動する。カソード上の触媒は、陽子を駆動モータから戻る電子および大気からの酸素と組み合わせて水を形成する。個々の燃料電池は、直列に連続して積み重ねられ得て、より大きな電気量を生成する。
【０００４】
高分子電解質膜（ＰＥＭ）燃料電池では、高分子電極膜は、カソードとアノードの間の電解質として働く。燃料電池用途で現在使用されている高分子電極膜は、膜の導電性を助長するために一定レベルの湿度を必要とする。したがって、燃料電池が適切に機能するために、湿度／水分管理によって膜内に適切な湿度のレベルを維持することが非常に重要である。膜が乾燥してしまうと、復元不可能な被害が燃料電池に生じることになる。
【０００５】
ＰＥＭ燃料電池では、複数の燃料電池が直列にたびたび積み重ねられて燃料電池スタックを形成する。燃料電池スタックでは、流路板の片側面は１つの燃料電池用のアノードとしての働きをするが、流路板の反対側は、隣接した燃料電池用のカソードとしての働きをする。各流路板がアノードとカソードの両方の働きをするので、流路板はバイポーラ板としても知られている。アノード冷媒流路板など単極のプレートは、燃料電池スタック内に与えられ得る。アノード冷媒流路板の片側面は、アノード流路板としての働きをする。アノード冷媒流路板の反対側は、カソード冷媒流路板としての働きをする。アノード冷媒流路板およびカソード冷媒流路板の冷媒流路は、組み合わせられ得て、燃料電池スタックを冷却するための集合的な冷媒流路を形成する。
【０００６】
ＰＥＭ燃料電池用のバイポーラ板は、電気化学的に安定で、導電性で、かつ廉価でなければならない。燃料電池環境で金属バイポーラ板が腐食すると、膜の劣化によって腐食プロセスが加速する。膜の劣化の生成品はフッ化水素（ＨＦ）を含み、これが腐食プロセスを加速して、腐食プロセスが事実上自触媒作用になる原因になる。３１６Ｌおよび他の低等級のステンレス鋼が、廉価なバイポーラ板材料として使用されている。
【０００７】
３１６Ｌステンレス鋼は、フッ化物イオンにかなりの耐食性を示す一方で、フッ化物イオンの浸出速度の増加とともに腐食速度が増加する。この問題は、燃料電池環境からフッ化水素を取り除くことにより、または３１６Ｌステンレス鋼よりもフッ化物イオンによる腐食に強いより高等級のステンレス鋼を使用することによりいくらか緩和され得る。バイポーラ板用に、高等級のステンレス鋼を使用すると、バイポーラ板のコストが増加する傾向がある。
【０００８】
腐食しやすい基板の耐食性を向上させるための様々な方法が知られている。例えば、ＵＳ２００３０２２８５１２  Ａ１は、基板上に金の被覆を堆積させることにより、基板の最適の耐食性を維持する一方でステンレス鋼基板の表面の接触抵抗を改善する方法を開示している。ＵＳ２００４００９１７６８  Ａ１は、基板上に重合体の導電性被覆を与えることにより基板の耐食性を向上させる方法を開示している。米国特許第６，３７２，３７６号Ｂ１は、複数の導電性かつ耐食性の充填剤粒子を含む導電性かつ耐食性の重合体を基板上に与えることにより、基板の耐食性を向上させる方法を開示している。
【０００９】
例えば３１６Ｌまたは３０４Ｌなど低等級ステンレス鋼バイポーラ板の表面を高等級ステンレス鋼または合金の薄層で被覆すると、バイポーラ板のコストを容認できる程度内に維持する一方で、バイポーラ板に高度の対フッ化物イオン耐食性を与えることが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、一般に、高安定性および燃料電池内のフッ化物腐食に対する強化された耐性によって特徴付けられる斬新なバイポーラ板を対象とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のバイポーラ板は、例えば３１６Ｌなど一般に低等級ステンレス鋼であるステンレス鋼バイポーラ板基板およびこのバイポーラ板基板上に与えられる高等級のステンレス鋼または合金の耐食性被覆である。耐食性の被覆は、例えば９０４ＬまたはＡＬ６ＸＮステンレス鋼などの高等級ステンレス鋼でよい。あるいは、耐食性の被覆は、Ｃ−２７６、２５４ＳＭＯ、Ｃａｒｐ−２０、ニオブおよびその合金、タンタルおよびその合金、またはモリブデン合金などの合金でよい。したがって、ステンレス鋼または合金の被覆が、低等級ステンレス鋼バイポーラ板基板を燃料電池環境中のフッ化物イオンに対して実質的に耐性にし、それによってバイポーラ板の寿命を大幅に延ばす。
【００１２】
本発明は、バイポーラ板の耐食性を向上させる斬新な方法をさらに対象とする。この方法は、例えば一般に３１６Ｌまたは３０４Ｌステンレス鋼などの低等級ステンレス鋼であるバイポーラ板基板を供給し、このバイポーラ板基板上に耐食性の被覆を与えることを含む。耐食性の被覆は、例えば９０４ＬまたはＡＬ６ＸＮステンレス鋼などの高等級ステンレス鋼でよい。あるいは、耐食性の被覆は、例えばＣ−２７６、２５４ＳＭＯ、Ｃａｒｐ−２０、ニオブおよびその合金、タンタルおよびその合金、またはモリブデン合金などの合金でよい。
【００１３】
例として、添付図面を参照して、本発明が今や説明されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明によれば、フッ化水素に対して改善された耐食性を有するバイポーラ板を製造するために、３１６Ｌステンレス鋼などの低等級ステンレス鋼であるバイポーラ板基板が、より高い等級のステンレス鋼でスパッタ被覆される。好ましくは、燃料電池の動作中に塩化物による腐食に対するバイポーラ板のカソード側の耐性を向上させるために、バイポーラ板基板のカソード側は、耐食性の被覆で被覆される。例えば、高等級のステンレス鋼である９０４−ＬまたはＡＬ６ＸＮの薄い（０．１〜２μｍ）耐食性の被覆で３１６Ｌステンレス鋼バイポーラ板基板の表面をスパッタリングすると、バイポーラ板の顕著なコスト増加なしで、フッ化物イオン環境中のバイポーラ板の腐食速度を著しく引き下げる。耐食性の被覆としてバイポーラ板基板上に被覆されてよい合金は、例えばＣ−２７６、２５４ＳＭＯ、Ｃａｒｐ−２０、ニオブおよびその合金、モリブデン合金、またはタンタルおよびその合金を含む。スパッタリングされたステンレス鋼被覆の接触抵抗は、ステンレス鋼被覆上にカバー層を与えることにより最小化され得る。例えば、カバー層は、金（Ａｕ）または有機被覆の薄層（＜１０ｎｍ）でよい。他のカバー層に適する材料は、白金およびその合金、ロジウム、ルテニウムおよびその合金、ならびにパラジウムおよびその合金を含む。高等級のステンレス鋼または材料を使用してバイポーラ板を製作するとコストが法外に高くつくので、本発明によって、高等級のステンレス鋼または材料で低等級ステンレス鋼または材料を被覆すると費用対効果が大きい。
【００１５】
図１は、本発明による高安定性バイポーラ板（以後バイポーラ板）１０の断面図である。バイポーラ板１０は、例えば、一般に３１６Ｌステンレス鋼などの低等級ステンレス鋼であるバイポーラ板基板１２を含む。バイポーラ板基板１２より等級の高いステンレス鋼でよい耐食性の被覆１４が、バイポーラ板基板１２の外側表面１３上に与えられる。耐食性の被覆１４は、好ましくは一般に約０．１〜２μｍの厚さを有する。耐食性の被覆１４用に適切な等級のステンレス鋼は、例えば９０４Ｌステンレス鋼およびＡＬ６ＸＮステンレス鋼を含む。あるいは、耐食性の被覆１４は、例えばＣ−２７６、２５４ＳＭＯ、Ｃａｒｐ−２０またはニオブおよびその合金などの合金でよい。耐食性の被覆１４の接触抵抗を低く保つために、例えば金（Ａｕ）または有機材料でよいカバー層１６が、一般に耐食性の被覆１４上に与えられる。カバー層１６の厚さは、金被覆の場合には好ましくは一般に約１０ｎｍ未満であり、また重合体の被覆の場合には一般に約１０〜２８マイクロメートルである。
【００１６】
図２は、本発明による高安定性バイポーラ板の製造のために行われる逐次プロセスステップを説明する流れ図である。第１ステップでは、バイポーラ板基板が供給される。バイポーラ板基板は、例えば一般に３１６Ｌなどの低等級ステンレス鋼であり、燃料電池の燃料電池スタックで使用されるのに適切な寸法および構成を有する。
【００１７】
第２ステップでは、耐食性の被覆が、バイポーラ板基板の外側表面上に与えられる。耐食性の被覆の厚さは、好ましくは一般に約０．１〜２μｍの範囲である。耐食性の被覆は、例えば９０４ＬまたはＡＬ６ＸＮステンレス鋼を含む高等級ステンレス鋼でよい。あるいは、耐食性の被覆は、例えばＣ−２７６、２５４ＳＭＯ、Ｃａｒｐ−２０またはニオブおよびその合金など耐食性の合金でよい。耐食性の層は、従来のマグネトロンスパッタリングプロセスを使用して、一般にバイポーラ板基板の外側表面上にスパッタリングされる。
【００１８】
第３ステップでは、耐食性の層の接触抵抗を最小化するために、耐食性の被覆上にカバー層が堆積される。カバー層は、好ましくは一般に約１０ｎｍ未満の厚さを有する。カバー層は、例えば金（Ａｕ）または有機材料でよい。
【００１９】
下の表（Ｉ）は、様々な等級のステンレス鋼、合金およびチタンの実際の腐食速度および正規化された腐食速度を示す。各供試体の腐食速度および正規化された腐食速度は、エッチング液（１Ｍ  Ｈ２ＳＯ４＋０．１Ｍ  ＨＦ）に供試体を８０゜Ｃで１時間浸漬することにより得られたものである。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
上の表１は、ステンレス鋼／合金の等級が高ければ高いほど、硫酸／フッ化水素混合液中でのステンレス鋼／合金の耐食性が優れていることを示す。同じ溶液中でのチタンの耐食性は、３０４Ｌステンレス鋼のそれに匹敵する。図３の棒グラフは、様々な等級のステンレス鋼および様々な合金の腐食速度の視覚的な比較を示す。
【００２２】
本発明は、以下の例を参照することによって一層よく理解されるであろう。
例−ステンレス鋼上のＡＬ６ＸＮ被覆
マグネトロンスパッタリングを使用して、１ミクロンのＡＬ６ＸＮステンレス鋼合金被覆が３１６Ｌステンレス鋼の供試体上にスパッタリングされた。被覆の組成は電子プローブ微量分析（ＥＰＭ）を使用して分析され、その結果が下の表（ＩＩ）に示される。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
表２の考察から、スパッタリングされたＡＬ６ＸＮ合金の組成が元のＡＬ６ＸＮ合金とほとんど同一であったことが理解され得る。そういうものであるので、本発明の一実施形態では、（対象として）同じ相の、高価で高等級の、耐腐食性の高いステンレス鋼が、低等級で、高くつかず、耐腐食性の低いステンレス鋼上へ非常に薄い層としてスパッタリングされ得る。同じ相が堆積されるのを可能にするのに加えて、スパッタリングは、めっきに関連した環境問題の発生も防止する。スパッタリングは、バイポーラ板基板に、耐食性被覆の優れた付着性も与える。等級の高いステンレス鋼が等級の低いステンレス鋼のバイポーラ板基板上にスパッタリングされるとき、付着性が特に優れている。
【００２５】
図４のグラフは、ｐＨ＝３で８０゜Ｃの非曝気ＨＦ溶液中で、塊状ＡＬ６ＸＮ合金の腐食作用を３１６Ｌステンレス鋼のそれと比較して示す。グラフは、腐食特性に関して、ＡＬ６ＸＮ合金が３１６Ｌステンレス鋼より同じ電位の範囲ではるかに優れていることを示す。
【００２６】
３１６Ｌステンレス鋼供試体上にスパッタリングされたＡＬ６ＸＮ合金の腐食作用が、図５のグラフに示される。図５は、５０ｐｐｍのＨＦで、スパッタリングされた合金が塊状合金の腐食作用に類似の作用を見せることを示す。供試体の腐食速度は、ＨＦ濃度の低下とともに低下する。
【００２７】
図６のグラフは、３１６Ｌステンレス鋼とスパッタリングされた供試体の間の比較を示す。このグラフによれば、ステンレス鋼上のＡＬ６ＸＮ合金のスパッタリングは、基板の腐食特性を著しく向上させる。スパッタリングされた供試体の寿命を向上させるために、より厚い被覆が望まれる。
【００２８】
ニオブおよびその合金、タンタルおよびその合金およびモリブデン合金の群からの被覆が、攻撃的な環境で優れた耐食性を有することは当業者に周知である。これらの被覆は、低等級ステンレス鋼の表面にスパッタリングされ得て、燃料電池環境で必要な電気化学安定性を与える。
【００２９】
図７のグラフは、８０゜ＣでｐＨ＝３の５０ｐｐｍＨＦの非曝気溶液中でのニオブおよび３１６Ｌステンレス鋼上で得られた動電位分極曲線を示す。同じ電位の条件下で、ニオブは、３１６Ｌステンレス鋼よりはるかに低い電流を示す。ニオブは、塩化物ピッチングに対しても優れた耐食性を示す。
【００３０】
図８は、３．５％のＮａＣｌ溶液中で、３１６Ｌステンレス鋼上およびニオブ上で得られた２つの動電位分極曲線を示す。３１６Ｌのピッチング電圧は約０．４Ｖ（Ａｇ／ＡｇＣｌ）であり、その一方で、はるかに高い電圧がニオブ供試体の場合に見られる。実験後に、３１６Ｌステンレス鋼供試体上で激しいピッチングが見られたが、そのようなピッチングは、実験後のニオブ供試体上では認められなかった。これらのデータは、ニオブが被覆としてフッ化物耐食性および塩化物耐食性の両方を兼ね備えることを示し、この特性はバイポーラ板に必要とされるものである。というのは、膜の劣化中にフッ化物イオンが放出され、また、燃料電池スタック内の加湿空気流の中には塩化物イオンが存在するからである。
【００３１】
上記に本発明の好ましい実施形態が説明されてきたが、本発明内で様々な変更を作成することができることが認識、理解されるであろう。また、添付の特許請求の範囲は、そのような変更をすべて本発明の趣旨および範囲内に包含するように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるバイポーラ板の一部の断面図である。
【図２】本発明のバイポーラ板を製作する方法に従って実行される逐次プロセスステップを説明する流れ図である。
【図３】様々なステンレス鋼合金（Ｘ軸に沿ってプロットされている）の腐食速度（Ｙ軸に沿ってプロットされている）を比較する棒グラフである。
【図４】ｐＨ＝３の非曝気５０ｐｐｍ  ＨＦ溶液中の３１６ＬおよびＡＬ６ＸＮの供試体上で、８０゜Ｃ（走査速度０．１ｍＶ／ｓ）で得られた動電位分極曲線がプロットされたグラフである。
【図５】ｐＨ＝３の非曝気溶液中の３１６Ｌステンレス鋼上にスパッタリングされたＡＬ６ＸＮ合金被覆で、８０゜Ｃで異なるフッ化物イオン濃度における分極曲線がプロットされたグラフである。
【図６】図４の分極曲線を、ｐＨ＝３の５０ｐｐｍ  ＨＦ溶液中の３１６Ｌステンレス鋼上で、８０゜Ｃで得られた分極曲線と比較するグラフである。
【図７】ｐＨ＝３の非曝気ＨＦ溶液中の３１６Ｌステンレス鋼およびＮｂ上で、８０゜Ｃで得られた動電位分極曲線がプロットされたグラフである。
【図８】非曝気３．５％のＮａＣｌ溶液中の３１６Ｌステンレス鋼およびＮｂ上で、走査速度１ｍＶ／ｓかつ室温で得られた分極曲線がプロットされたグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008507824.tif 000010
【図７】
2008507824.tif 000011
【図８】
2008507824.tif 000012
【国際調査報告】
2008507824.tif 000013
2008507824.tif 000014