(57)【要約】      （修正有）【課題】既存のグラファイト分離板に比べて薄膜化が可能で、出力密度を高めることができ、同時に適正水準の物理的強度を維持して外部衝撃による破壊の恐れがなく、流路形成が容易で、かつ値段が安価である高分子電解質型燃料電池用分離板の提供。【解決手段】高分子電解質燃料電池用分離板は、金属板（または合金板）両面にガス流路と必要に応じて冷却水流路を形成する；前記流路が形成された金属板２枚を接合する;接合された金属板の表面をTiNでコーティングする;ことで製造される。該分離板は上記効果に加え、既存の金属分離板に比べて電解質による腐食の恐れがないので耐久性に優れ、かつ寿命が長いという効果を達成する。また、大量生産の場合、流路をステンレス鋼板に形成する代わりに、金属薄板み流路をスタンピング形成した後、ろう付け工程とTiNコーティング工程を経ることにより、スタックの重さの減少にも寄与する。【選択図】図１ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用分離板において、その分離板の材質は、表面にTiNがコーティングされた金属であることを特徴とする、前記燃料電池用分離板。
【請求項２】
前記分離板は、冷却水流路及びガス流路がそれぞれ両面に形成されるか、またはガス流路が両面に形成される金属板の接合体で構成され、前記接合される金属板の表面がTiNでコーティングされていることを特徴とする、第１項に記載の燃料電池用分離板。
【請求項３】
前記金属は、ステンレス鋼であることを特徴とする、第２項に記載の燃料電池用分離板。
【請求項４】
高分子電解質燃料電池において、第１項乃至第３項のいずれかに記載の燃料電池用分離板を含むことを特徴とする、前記高分子電解質燃料電池。
【請求項５】
燃料電池用分離板の製造方法において、金属板両面にそれぞれガス流路と冷却水流路を形成するか、また金属板両面にそれぞれガス流路を形成する段階（Ｓ１）；
前記流路が形成された金属板２枚を接合する段階（Ｓ２）； 及び
前記接合された金属板の表面をTiNでコーティングする段階（Ｓ３）；を含むことを特徴とする、前記燃料電池用分離板の製造方法。
【請求項６】
前記金属板がステンレス鋼板により構成され、前記Ｓ１段階は、前記流路を該ステンレス鋼板に化学的エッチング法で形成することを特徴とする、第５項に記載の燃料電池用分離板の製造方法。
【請求項７】
前記Ｓ１段階は、前記流路を金属板にスタンピングして形成することを特徴とする、第５項に記載の燃料電池用分離板の製造方法。
【請求項８】
前記Ｓ２段階は、前記冷却水流路が形成された金属板２枚を前記冷却水流路が向かい合うようにしてろう付け法で接合することを特徴とする、第６項または第７項に記載の燃料電池用分離板の製造方法。
【請求項９】
前記Ｓ３段階は、前記TiNを前記表面にHCDイオンプレーティングを用いてコーティングすることを特徴とする、第６項または第７項に記載の燃料電池用分離板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、TiNでコーティングされた金属を用いた燃料電池用分離板、その製造方法及び前期分離板を含む高分子電解質燃料電池に関わり、さらに詳細には電気伝導性、耐腐食性、堅固性に優れ、特に、従来のグラファイト(graphite)を用いる方法とは異なり、薄くて軽く、加工性がよく、かつ経済的側面に優れ、従来の金属分離板を用いる方法とは異なり、電解質の腐食による寿命低下の問題点のない、TiNでコーティングされた金属を用いた燃料電池用分離板、その製造方法及び前記分離板を含む高分子電解質燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素イオン交換特性を有する高分子膜を電解質で用いる燃料電池としては、例えば、固体高分子電解質燃料電池(Solid Polymer Electrolyte Fuel Cell; SPEFC)と直接メタノール燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell; DMFC)がある。
このような高分子電解質燃料電池は、他の形態の燃料電池に比べて効率が高く、電流密度と出力密度が大きく、かつ始動時間が短いと同時に、負荷変化に対する応答特性がよいという長所がある。
特に、高分子電解質燃料電池は電解質で高分子膜を用いるので、電解質調節が不必要で、すでに確立された技術であるメタノール改質器の適用が可能で、かつ反応気体圧力変化に対して相対的にその敏感性が落ちるという長所がある。
【０００３】
また、高分子電解質燃料電池はデザインが簡単で、製作しやすく、燃料電池本体に多様な材料を用いることができるし、作動原理が同一な燐酸燃料電池に比べて体積と重さが小さくて、かつ多様な範囲の出力を実現することができるという長所を有している。
従って、高分子電解質燃料電池は無公害車両の動力源、住宅用発電器、宇宙船用電源、移動端末用電源、軍事用電源等、極めて多様な分野に応用できる。
【０００４】
このような高分子電解質形燃料電池は、高分子電解質膜、これを中心として両側に設置される貴金属触媒が付された多孔質の空気極(陽極（cathode））側と燃料極(陰極（anode））側の電極及びその外部に開設される分離板を基本構造として有する。
前記電極は、撥水処理された多孔性の炭素紙の上部に触媒と高分子電解質、即ち、アイオノマ(ionomer)の混合物を薄く塗布して製造され、触媒層表面上に液相高分子電解質の皮膜を形成することにより、白金触媒と電解質との３界面を形成する方法が用いられる。
【０００５】
前記触媒層には、一般にその表面積を最大化するために粉末形態の白金または白金―ルテニウムが担持された炭素粉末が用いられる。前記触媒を塗布する方法としては、スプレーコーティング法、濾過方法(filtration and deposition)、スクリーンプリンティング法 (screen printing)等が用いられる。
このようにして製造された陽極と陰極の間に常用電解質膜を置いた後、電解質膜の遊離転移温度(Tg)以上、一定圧力化で加熱圧着してＭＥＡを製造する。
【０００６】
前記分離板は、電極を支持すると同時に、ガス流路を形成するもので、陽極板または流路板と呼ばれ、その一方面には燃料極側ガス流路が、その他方面には空気極側ガス流路が形成される。
前記燃料極側ガス流路には燃料の水素が入り、前記空気極側ガス流路には酸化剤の酸素または空気が流入され、電極表面において、流入された燃料ガスの電気化学的酸化と酸化剤の電気化学的還元によって電気エネルギーが発生することになる。
【０００７】
また、前記分離板は、燃料と酸化剤を供給する通路を提供すると同時に、燃料極側で生成された電子を空気極側に伝導する集電する役割を果たし、電池運転中に生じる水を除去する通路の役割を果たす。
また、前記分離板は、ＭＥＡを支持する本体として、スタックを形成することができ、スタックに用いられる分離板は、反応熱を除去してスタック温度を一定に保つための冷却水通路の役割も果たす。
【０００８】
前記冷却水通路は、スタックに用いられる全ての分離板に形成されてもよく、または一部の分離板にのみ形成されてもよいが、冷却水通路が形成される分離板の場合、一方には燃料が、反対側には酸化剤が供給され、分離板中間には冷却水が供給される。
この場合、一面にはガス流路が、他面には冷却水流路が形成された板２枚を冷却水流路側の面が向かい合うように接合することにより、分離板を完成することになる。
【０００９】
このように製造される分離板は、電気伝導性、耐腐食性、堅固性に優れていなければならないし、かつ、薄くて軽くなければならず、また、加工性がよく、安価でありながらも、寿命が長くなければならない。
即ち、前記分離板は、加湿された反応ガスの円滑な供給を行わなければならないし、電気化学反応により生成される水を必然的に除去しなければならないし、耐腐食性が要求され、強度を保ちながらも軽量でなければならないし、生成される電子を効率的に伝達しなければならないので、優れた電気伝導性を持たなければならない。
【００１０】
また、商業化のためには加工と取り扱いが容易でなければならないし、安価の材質が用いられなければならないし、さらに、高分子電解質燃料電池の実用化のためには、分離板加工費の節減を実現して経済性を向上させなければならないし、また分離板の厚さを減少させて単位体積に対する出力密度を向上させなければならない。
【００１１】
従来、一般に一番多く用いられる分離板の材質はグラファイトであるが、これは電気伝導性と耐腐食性の面で優れている。
しかし、グラファイトは壊れやすく、取り扱いが難しいので電池の組立が困難となるまた、グラファイトは内部に気孔が多いので、密度が低くて軽量のスタック製作は可能であるが、反応ガスの混合を防ぐため一定の厚さが要求され、結果的にスタックの体積が大きくなる短所を有している。
【００１２】
さらに、高分子電解質燃料電池を商用化するためには、現在の生産価格を１/100以下に下げなければならないが、生産価格の60％程度という大きな比重を占める分離板の製作にグラファイトを適用することは、材料費だけでなく加工費が付加的に増大することになるので、このようなグラファイトの適用は経済性の面で適していない。
一方、グラファイトを適用する方法以外に、炭素と樹脂等を射出成形して得られる複合分離板を用いる方法がある。この方法は、純粋なグラファイトで分離板を製作する方法よりは経済的であるが、分離板の電気伝導度が落ちる問題点がある。
【００１３】
分離板を製作するもう一つの方法として、その材質を金属で製作する方法がある。金属は電気伝導度が高く、機械的特性に優れ、加工が容易で、かつ安価なので、この方法は前記したような分離板に要求される特性に適合する。
しかし、従来の金属分離板を用いる方法は、電解質による金属の腐食により、分離板の寿命が短いという問題点があった。
【００１４】
他方、 下記のような文献が知られている(非特許文献１〜１４)。
【非特許文献１】“Solid polymer fuel cells for transport and stationary applications”, Journal of Power Sources 61 (1996) 105-109.
【非特許文献２】“Stainless steel as a bipolar plate material for solid polymer fuel cells”, Journal of Power Sources 86 (2000) 237-242.
【非特許文献３】“Stainless steel as bipolar plate material for polymer electrolyte membrane fuel cells”, Journal of Power Sources 115 (2003) 243-251.
【非特許文献４】“Use of stainless steel for cost competitive bipolar plates in the SPFC”, Journal of Power Sources 86 (2000) 274-282.
【非特許文献５】“Effect of alloying elements on the contact resistance and the passivation behaviour of stainless steels”, Corrosion Science 44 (2002) 635-655.
【非特許文献６】“METALLIC BIPOLAR PLATES”, 2002 National Laboratory R&D Meeting DOE Fuel Cells for Transportation Program Golden, CO May 9, 2002.
【非特許文献７】“Bipolar plate materials development using Fe-based alloys for solid polymer fuel cells”, Journal of Power Sources 72 (1998) 20-21.
【非特許文献８】“Bipolar plate materials for solid polymer fuel cells”, Journal of Applied Electrochemistry 30: 101-105, 2000.
【非特許文献９】“Low-cost light weight high power density PEM fuel cell stack”, Electrochimica Acta, Vol 43, No. 24, pp. 3829-3840, 1998;
【非特許文献１０】“Metallic bipolar plates for PEM fuel cells”, Journal of Power Sources 105 (2002) 256-260.
【非特許文献１１】”Modeling of polymer electrolyte membrane fuel cell with metal foam in the flow-filed of the bipolar/end plates”, Journal of Power Sources 5042 (2002) 1-9.
【非特許文献１２】“New lightweight bipolar plate system for polymer electrolyte membrane fuel cells”, Journal of Power Sources 96 (2001) 233-235.
【非特許文献１３】“New Materials and Procedures to Protect Metallic PEM Fuel Cell Bipolar Plates”, Journal of The Eelctrochemical Society 149 (7) A905-A911 (2002).
【非特許文献１４】“New materials for polymer electrolyte membrane fuel cell current collectors”, Journal of Power Sources 80 (1999) 235-241.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためのもので、本発明の目的は、燃料電池用分離板に要求される電気伝導性、堅固性等の特性を満足させながら、従来用いられた金属分離板とは異なり、電解質による腐食の恐れがないためにその寿命が長い、TiNでコーティングされた金属を用いた燃料電池用分離板、その製造方法及び前記分離板を含む高分子電解質燃料電池を提供することである。
本発明の目的のもう一つの側面は、燃料電池用分離板の材質としてグラファイトを適用した従来の方法とは異なり、分離板の薄膜化が可能であり、その体積が小さくても出力密度を高めることができ、加工しやすく、生産単価が低く大量生産に適合した、TiNでコーティングされた金属を用いた燃料電池用分離板、その製造方法及び前記分離板を含む高分子電解質燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記本発明の目的は、燃料電池用分離板において、その分離板の材質は、その表面をTiNでコーティングした金属であることを特徴とする、前記燃料電池用分離板により達成される。
そして、前期分離板は、冷却水流路及びガス流路がそれぞれ両面に形成されるか、またはガス流路が両面に形成される金属板の接合板で構成され、前記接合される金属板の表面がTiNでコーティングされるのが好ましく、また、前記金属はステンレス鋼であることが好ましく、常用316ステンレス鋼であることがさらに好ましい。
【００１７】
前記本発明の目的はまた、高分子電解質燃料電池において、前記分離板を含むことを特徴とする高分子電解質燃料電池により達成される。
前記のような本発明の目的はまた、燃料電池用分離板の製造方法において、金属板両面にそれぞれガス流路と冷却水流路を形成するか、または金属板両面にそれぞれガス流路を形成する段階（Ｓ１）；前記流路が形成された金属板２枚を接合する段階（Ｓ２）；及び前記接合された金属板の表面にTiNでコーティングする段階（Ｓ３）；を含むことを特徴とする、前記燃料電池用分離板の製造方法により達成される。
【００１８】
そして、前記Ｓ１段階は、前記流路をステンレス鋼板に化学的エッチング法で形成するか、または前記流路を金属板にスタンピングして形成することが好ましく、前記Ｓ２段階は、前記冷却水流路が形成された金属板２枚を、前記冷却水流路が向かい合うようにしてろう付け（brazing）法で接合することが好ましく、前記Ｓ３段階は、前記TiNを前記表面にHCD(Hollow Cathode Discharge)イオンプレーティング(Ion Plating)を用いてコーティングすることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明によるTiNでコーティングされた金属を用いた燃料電池用分離板、その製造方法及び前記分離板を含む高分子電解質燃料電池について詳述する。
本発明による燃料電池用分離板、その製造方法及ぶ前記分離板を含む高分子電解質燃料電池は、従来と異なり、分離板の材質として、TiNでコーティングされた金属を用いることにより、既存のグラファイト材質の分離板に比べて機械的特性に優れ、体積出力密度を高めることができ、加工しやすく、生産単価が低くて大量生産しやすいことは勿論であり、既存の金属分離板に比べて耐久性が顕著に向上され、その寿命を伸ばす効果を達成することを技術的思想の基にする。
【００２０】
まず、本発明による燃料電池用分離板及びその製造方法を詳述する。
本発明による燃料電池用分離板は、分離板の材質として、従来の金属を適用した方法とは異なり、その金属にTiNをコーティングしたものを適用する。
前記TiNがコーティングされる金属としては、ステンレス鋼、例えば、常用の316ステンレス鋼を用いることができるが、特にこれに限定されることはなく、この以外にも、アルミニウム合金、タイタニウム合金、ニッケル合金等を使用することができる。
【００２１】
前記分離板は、冷却水流路とガス流路とがそれぞれ両面に形成された金属板の接合体により構成され、この際、前記接合体は、冷却水流路が向かい合うようにして接合される。
また、冷却水流路が形成される必要がない場合、前記分離板は、ガス流路が両面に形成された金属板の接合体で構成されることができる。
【００２２】
本発明によるTiNでコーティングされた金属、例えば、ステンレス鋼を用いた燃料電池用分離板の製造方法は次の通りである。
図１は、本発明の一実施例によるTiNでコーティングされたステンレス鋼を用いる燃料電池用分離板を提供するための各段階を示す写真図として、図１ａは、ガス流路が形成されたステンレス鋼板の表面を図示した写真図で、図１ｂは、冷却水流路が形成されたステンレス鋼板の表面を図示した写真図で、図１ｃは、前期製作されたステンレス鋼板２枚を冷却水流路が向かい合うようにしてろう付け法で接合した後、その接合されたステンレス鋼板２枚の表面にTiNをコーティングして製作された分離板を図示する写真図である。
【００２３】
本発明によるTiNでコーティングされたステンレス鋼を用いた燃料電池用分離板の製造方法は、まず、ステンレス鋼板の一面に、図１ａに図示されるように、ガス流路を形成し、前記ステンレス鋼板の他方の面に、図１ｂに図示されるように、冷却水流路を形成する（Ｓ１）。
また、前述したように、冷却水流路を形成する必要がない場合には、ステンレス鋼板の両面にそれぞれガス流路を形成することができる。
この際、前記ガス流路または冷却水流路を前記ステンレス鋼板に形成する場合には、化学的エッチング法を利用する。
【００２４】
前記ガス流路は、図１ａに示されるように蛇行形状をなす形態で製作され、またはジグザグ状や直線状の形態として製作されてもよい。反応ガスの流入口と流出口は対角線方向に位置し、反応ガスである水素と酸素は、互いに向流となるように供給される。
一方、前記分離板の流路は、薄い金属薄板をスタンピングして形成することもできる。
【００２５】
次に、図１ｃに図示されるように、前記流路が形成されたステンレス鋼板２枚は、ろう付け法によって接合されるが、前述したように、冷却水が形成された場合にはステンレス鋼板２枚を冷却水流路が向かい合うようにしてろう付け法で接合する（Ｓ２）。
【００２６】
次に、前記接合された鋼板の表面にTiNをHCD(Hollow Cathode Discharge)イオンプレーティング(Ion Plating)を用いてコーティングする（Ｓ３）。
前述したように、流路を薄い金属薄板をスタンピングして形成する場合、流路形成後の前記ろう付けとTiNコーティングは、ステンレス鋼板を使用した場合と同一の工程で行うことができる。
【００２７】
次に、本発明によるTiNでコーティングされた金属を用いた分離板を含む高分子電解質燃料電池について詳述する。
本発明による分離板を含む高分子電解質燃料電池は、その分離板として、前述したようなTiNでコーティングされた金属板を備えた燃料電池用分離板を使用する。
【００２８】
即ち、冷却水流路とガス流路がそれぞれ両面に形成されるか、またはガス流路が両面に形成された金属、例えば、ステンレス鋼板、その他アルミニウム合金板、タイタニウム合金板、ニッケル合金板等の接合体の表面にTiNでコーティングされた分離板と、ＭＥＡ及びガスケットを合体して高分子電解質燃料電池の単位電池を構成する。
以下、本発明の実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。
実施例
【００２９】
＜TiNでコーティングされたステンレス鋼を用いた分離板の製造＞
TiNでコーティングされたステンレス鋼を用いた分離板は、ステンレス鋼板(AISI 316, 1.5mm)の両面のうち、一面にはガス流路を、他面には冷却水流路を化学的エッチング法で形成し、冷却水流路が向かい合うように分離板２枚をろう付け法で接合させた後、HCDイオンプレーティングを利用して１μｍ以上の厚さのTiNコーティングを施して製作した。
【００３０】
＜単位燃料電池の製作＞
１：高分子電解質膜の洗浄
高分子電解質膜としてはデュポン社のナフィオン（Nafion）（登録商標）115が用いられた。ナフィオン（登録商標）は、パーフルオロスルホン酸（Perfluorosulfonic acid）系列の高分子物質で、運転及び保管時において安定状態を保つために、SO3-にNa+を結合させた状態で販売されている。
これを電解質で用いるためには膜表面の有機物質を除去してＨ+形態でイオン交換をしなければならない。その過程は次の通りである。
【００３１】
まず、電解質膜を超純水に漬けて85℃で１時間の間に2回処理した後、5wt%過酸化水素水溶液で85℃で１時間洗浄して不純物を除去した。以後、再び超純水で85℃で30分の間2回処理し、85℃で0.5M硫酸水溶液で一時間の間置いて SO3-に結合しているNa+をＨ+に置換した。
電解質膜に残存する硫酸を除去するために85℃の超純水で3回洗浄し、このように処理された電解質膜を蒸留水に保管して使用した。
【００３２】
２：ＭＥＡ製造
電極で触媒物質としては、カーボンブラック担体(Vulcan XC-72R, Cabot)に20wt% Ptが担持されたPt/C粉末(ElectrocamまたはＥ−テック)を使用し、触媒支持体としては撥水性を与えるためにPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)を20wt%含んだ炭素紙(TGPH-060)を使用した。
電極製造用インクは、Pt/Cとナフィオン（登録商標）溶液をＩＰＡ(isopropyl alcohol)で分散させて製造され、均一に分散させるために超音波処理を施した。このようにして製造された触媒インクをエアブラシ銃(air brush gun)を用いて炭素紙の上にコーティングし、その上にＩＰＡで希釈させたアイオノマをさらに触媒表面の上に塗布して酸化極と還元極の触媒層を形成させ、ここで、触媒のPt含有量は酸化極0.4mg/cm2、還元極0.7mg/cm2にした。
【００３３】
製造された酸化極、還元極電極をすでに前処理されたナフィオン（登録商標）115高分子電解質膜の両側に配置した後、加熱圧着してＭＥＡを製造した。この際、温度は140℃、圧力は200atm、接合時間は90秒にした。
単位電池運転時、反応ガスで使用される水素と酸素はそれぞれの指定された通路を通してのみ流れなければならないし、電池の外に流出されるか、電池内部で互いの通路を外れて他の所に流れるか、また互いに混合されてはならない。
【００３４】
このようにガスが指定された通路を除外した所に流れることを防止するためにガスケット(Gasket)を使用した。
ガスケットは通常、ゴムや伸縮性材料を薄い板型で製作し使用されるが、この場合、シーリング(sealing)面積が広くなるか、また積層数が多くなると、ガスケットが不均一に圧着されることにより、ガスが漏洩する傾向がある。
このような短所を補完するために、本発明においては、厚さの偏差がなくて耐熱度及び機械的物性、尺の安定性に優れたシリコンガスケットを使用した。
【００３５】
３：単位電池製造
ＭＥＡ、ガスケット及び上記のとおり準備されたTiNでコーティングされたステンレス鋼を用いた分離板を組み立てて単位電池を完成させた。
＜燃料電池スタック製作＞
前記ＭＥＡとガスケット、TiNでコーティングされたステンレス鋼を準備して12cellスタックを製作した。スタックには冷却水通路が形成された分離板及び冷却水通路なしに両面にガス流路のみ形成された分離板を交替に用いられた。
【００３６】
実験例1
上記のように製造された単位電池及びスタックの性能を測定するための実験を実施した。
単位電池の運転温度は80℃、反応ガスの流量は化学量論(stoicometry)的に水素1.5、酸素3にし、80℃の加湿気を通過させた後、燃料電池に供給し、運転圧力は常圧にした。
スタックの運転温度は60℃、反応ガスの流量は化学量論(stoicometry)的に水素1.5、酸素3にし、60℃の加湿気を通過させた後、燃料電池に供給し、運転圧力は常圧にした。
【００３７】
スタックは冷却水を流して温度を調節した。電池の性能はエレクトロニックローダー(electronic loader)（Deagil electronics, EL 500P）を用いて電池の電圧と電流測定を通して評価した。
図２は、前記のようにTiNでコーティングされたステンレス鋼で製作された分離板を用いた単位電池の性能と、商用316ステンレス鋼で製作された分離板を用いた単位電池の性能とを比較したグラフである。
図２で分るように、コーティングをしない分離板を用いた単位電池は0.6Vで796mA/cm2  であったが、TiNコーティングを施したステンレス鋼分離板を用いた単位電池は0.6Vで896mA/cm2の高い性能を示した。
【００３８】
図３は、TiNでコーティングされたステンレス鋼で製作された分離板を用いたスタックの性能を示すグラフである。
図３で分るように、スタックの電圧が６Ｖであるときに199.5A(831.2 mA/cm2)で1.2kWの出力を示した。
図４は48A(200 mA/cm2)の電流を一定に加えながら、1,028時間の間、スタック電圧の変化を測定したグラフである。
図４で分るように、スタックの電圧減少速度は11%/1,000時間で商用化目標３％/1,000時間より高かった。
【００３９】
図５は、スタックを構成している各単位電池の運転初期電圧と1,028時間の間運転した後の電圧を比較したグラフである。
図５で分るように、性能が一番多く低下した12番単位電池の場合、性能減少速度が30%/1,000時間で極めて高かったが、性能が一番少なく減少した1番単位電池の場合、性能減少速度が1.2%/1,000時間で商用化目標値より低かった。
【００４０】
本発明によるTiNでコーティングされた金属を用いた燃料電池用分離板、その製造方法及びこれを含む高分子電解質燃料電池は、既存のグラファイト分離板に比べて薄膜化が可能で、出力密度を高めることができ、同時に適正水準の物理的強度を維持して外部衝撃による破壊の恐れがなく、流路形成が容易で、かつ値段が安価であるという効果を達成する。
また、本発明によるTiNでコーティングされた金属を用いた燃料電池用分離板、その製造方法及びこれを含む高分子電解質燃料電池は、既存の金属分離板に比べて電解質による腐食の恐れがないので耐久性に優れ、かつ寿命が長いという効果を達成する。
【００４１】
また、本発明によるTiNでコーティングされた金属を用いた燃料電池用分離板、その製造方法及びこれを含む高分子電解質燃料電池は、大量生産体制を備える場合、流路をステンレス鋼板に形成する代わりに、金属薄板をスタンピングして製作した後、ろう付けとTiNコーティング工程とを行うことにより、スタックの重さを減少させる効果を達成する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１ａ】本発明の一実施例によるステンレス鋼表面にガス流路が化学的エッチング法で形成されたことを示す写真図である。
【図１ｂ】本発明の一実施例によるステンレス鋼表面に冷却水流路が化学的エッチング法で形成されたことを示す写真図である。
【図１ｃ】本発明の一実施例により、図１ａ、図１ｂのような流路が両面にそれぞれ形成されたステンレス鋼２枚を、その冷却水流路面が向かい合うようにしてろう付け法で接合した後、表面をTiNでコーティングして完成させた分離板を示す写真図である。
【図２】本発明の一実施例により製造されたTiNでコーティングされたステンレス鋼を適用した分離板を含む高分子電解質燃料電池の単位電池及びTiNで表面をコーティングされていない常用ステンレス鋼で製造された分離板を含む高分子電解質燃料電池の単位電池の性能を比較したグラフである。
【図３】本発明の一実施例により製造されたTiNでコーティングされたステンレス鋼を適用した分離板を用いて製作した1kW級高分子電解質燃料電池スタックの性能を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施例により製造されたTiNでコーティングされたステンレス鋼分離板を用いて製作した1kW級高分子電解質燃料電池スタックの長時間の使用に対する性能を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施例により製造されたTiNでコーティングされたステンレス鋼分離板を用いて製作した1kW級高分子電解質燃料電池スタックの各単位電池の初期電圧及び1,028時間の間、48Ａで運転した後の電圧を比較したグラフである。
【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１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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