(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムあるいはマグネシウムからなる電極金属の表面に、下地のＮｉめっき層と、表面のＲｈめっき層と、Ｎｉめっき層とＲｈめっき層の間の、少なくともＰｄＮｉめっきで形成される電位差緩和めっき層とを形成して成ることを特徴とする燃料電池用電極。
【請求項２】
アルミニウムあるいはマグネシウムからなる電極金属の表面に、下地のＮｉめっき層と、表面のＲｈめっき層と、Ｎｉめっき層とＲｈめっき層の間の、少なくともＰｄめっきで形成される電位差緩和めっき層とを形成して成ることを特徴とする燃料電池用電極。
【請求項３】
アルミニウムあるいはマグネシウムからなる電極金属の表面に、下地のＮｉめっき層と、表面のＲｈめっき層と、Ｎｉめっき層とＲｈめっき層の間の、少なくともＳｎＮｉめっきで形成される電位差緩和めっき層とを形成して成ることを特徴とする燃料電池用電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、白金電極にかわる燃料電池用電極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、環境にやさしく、発電効率が高いなどの優れた性能を有しており、これからの発電システムとして注目されている。このような燃料電池としては、各種の型があるが、その電極には主として白金が用いられている。
【０００３】
しかし白金は非常に高価な金属であり、また比重も２１．５と大きい。従って、自動車用の燃料電池のように電極を何枚も使用する場合には、燃料電池のコストが非常に高くなると共に重量も重くなり、燃料電池を実用化する上で大きなネックとなるものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、アルミニウムあるいはマグネシウムを燃料電池用の電極として使用することが検討されている。アルミニウムやマグネシウムは資源が豊富で安価に入手することができ、しかもアルミニウムは比重２．７０、マグネシウムは比重１．７４と軽く、燃料電池をコスト安価にしかも軽量に作製することが可能になるのである。
【０００５】
しかし、アルミニウムやマグネシウムは耐食性が低いので、燃料電池の電解質に腐食され易く、使用可能な寿命が短く、実用化は困難なものであった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、アルミニウムやマグネシウムを用いた、長寿命で、コスト安価、軽量な燃料電池用電極を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池用電極は、アルミニウムあるいはマグネシウムからなる電極金属の表面に、下地のＮｉめっき層、表面のＲｈめっき層、Ｎｉめっき層とＲｈめっき層の間の電位差緩和めっき層を形成して成ることを特徴とするものである。
【０００８】
そして請求項１の発明は、電位差緩和めっき層が、少なくともＰｄＮｉめっきで形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また請求項２の発明は、電位差緩和めっき層が、少なくともＰｄめっきで形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項３の発明は、電位差緩和めっき層が、少なくともＳｎＮｉめっきで形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
本発明において電極金属としてアルミニウムあるいはマグネシウムを用いる。そしてこのアルミニウムあるいはマグネシウムの表面にＮｉをめっきして下地層としてのＮｉめっき層を設け、この上に電位差緩和めっき層を設けた後に、さらにこの上にＲｈをめっきして表面層としてのＲｈめっき層を設けることによって、燃料電池用の電極を作製することができるものである。アルミニウムあるいはマグネシウムの表面にＮｉめっきを施すにあたっては、アルミニウムあるいはマグネシウムの表面を前処理して、Ｎｉめっきの密着性を高めるようにするのが好ましい。
【００１３】
上記のようにアルミニウムやマグネシウムによる電極金属の最表面に形成される高耐食性のＲｈめっき層によって、アルミニウムやマグネシウムが燃料電池の電解質で腐食されることを防止することができるものであり、アルミニウムやマグネシウムを長寿命の電極として用いることを可能になるのである。このＲｈめっき層の厚みは、０．１〜３μｍ程度が好ましい。
【００１４】
そして、このＲｈめっき層をアルミニウムやマグネシウムの表面に直接形成すると、Ｒｈがアルミニウムやマグネシウムに拡散してしまう。この拡散を防止するために、アルミニウムやマグネシウムの表面にＮｉをめっきして下地層としてのＮｉめっき層を設けるようにしているのである。Ｎｉめっき層の厚みは、２〜１０μｍ程度が好ましい。
【００１５】
しかし、アルミニウムやマグネシウムの表面に設けたＮｉめっき層の上に直接、ＲｈをめっきしてＲｈめっき層を形成すると、ＮｉとＲｈが接触して約０．２Ｖの電位差が発生し、この電位差によってＮｉめっき層とＲｈめっき層の界面に腐食が発生し易い。そこで、Ｎｉめっき層とＲｈめっき層の間に電位差緩和めっき層を設け、Ｎｉめっき層とＲｈめっき層の間の電位差を電位差緩和めっき層で緩和し、電位差による腐食の発生を防止するようにしてある。すなわちＮｉめっき層とＲｈめっき層の間に電位差緩和めっき層を介在させることによって、例えばＮｉめっき層とＲｈめっき層が接触していると層間に０．２Ｖの電位差が発生するのに対して、Ｎｉめっき層と電位差緩和めっき層の間の電位差が０．１Ｖ、電位差緩和めっき層とＲｈめっき層の間の電位差が０．１Ｖとなり、層間の電位差が小さくなるのである。
【００１６】
ＮｉとＲｈの間の電位差を緩和する金属や合金としては、ＰｄＮｉ、Ｐｄ、ＳｎＮｉやＡｇを用いることができるものであり、これらの金属や合金を下地層のＮｉめっき層の上にめっきして電位差緩和めっき層を形成し、さらにこの上にＲｈめっき層を形成するものである。ＰｄＮｉ、Ｐｄ、ＳｎＮｉ、Ａｇはそれぞれ単独で用いて電位差緩和めっき層を形成するようにしてもよいが、これらのうち複数を組み合わせて電位差緩和めっき層を形成するようにしてもよい。例えば、厚み１〜５μｍのＰｄＮｉめっきと厚み０．０５〜５μｍのＰｄめっきの２層で電位差緩和めっき層を形成することができる。また厚み０．１〜１．５μｍのＳｎＮｉと厚み１〜５μｍのＰｄＮｉめっきと厚み０．０５〜２μｍのＰｄめっきの３層で電位差緩和めっき層を形成することができ、さらに厚み０．１〜１．５μｍのＳｎＮｉと厚み１〜５μｍのＰｄＮｉめっきの２層で電位差緩和めっき層を形成することができる。
【００１７】
【実施例】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００１８】
（実施例１）
アルミニウムの表面を奥野製薬社製「トップアルクリーン１６１」でアルカリ脱脂して表面に付着する油やほこりを除去した。この際の処理は、「トップアルクリーン１６１」を２０〜５０ｇ／Ｌの濃度で水で希釈して用い、温度４０〜６０℃、時間２〜１０分の条件で浸漬して行なうことができる。
【００１９】
次に水洗した後、アルミニウムの表面を奥野製薬社製「トップアルソフト１０８」でエッチング処理して、表面の酸化皮膜を除去した。この際の処理は、「トップアルソフト１０８」を５０〜１００ｇ／Ｌの濃度で水で希釈して用い、温度４５〜６０℃、時間３０秒〜２分の条件で浸漬して行なうことができる。
【００２０】
次に水洗した後、アルミニウムの表面を奥野製薬社製「トップデスマットＮ−２０」で脱スマット処理した。この際の処理は、「トップデスマットＮ−２０」を７０〜１５０ｍＬ／Ｌの濃度で水で希釈して用い、温度１０〜３０℃、時間１０〜６０秒の条件で浸漬して行なうことができる。
【００２１】
次に水洗した後、アルミニウムの表面を奥野製薬社製「サブスターＺＮ−１」で第一ジンケート処理し、表面に薄いジンケート皮膜を形成した。この際の処理は、「サブスターＺＮ−１」を１５０〜４００ｍＬ／Ｌの濃度で水で希釈して用い、温度２０〜２７℃、時間２０〜６０秒の条件で浸漬して行なうことができる。
【００２２】
次に水洗した後、アルミニウムの表面を奥野製薬社製「６２％硝酸」でジンケート皮膜剥離処理した。この際の処理は、「６２％硝酸」を５００〜６００ｍＬ／Ｌの濃度で水で希釈して用い、温度１５〜３０℃、時間２０〜６０秒の条件で浸漬して行なうことができる。
【００２３】
次に水洗した後、アルミニウムの表面を第二ジンケート処理し、表面に薄いジンケート皮膜を形成した。この第二ジンケート処理は、上記の第一ジンケート処理と同様にして行なうことができる。
【００２４】
次に水洗した後、アルミニウムの表面のジンケート皮膜にストライク銅めっきした。この際の処理は、青化第一銅の２０〜３０ｇ／Ｌ水溶液を用い、温度４０〜５０℃、ｐＨ１０．０〜１１．０、電流密度１〜３Ａ／ｄｍ2の条件で行なうことができる。
【００２５】
上記のようにしてアルミニウムの表面を表面処理した後、アルミニウムの表面にＮｉめっきを施して厚み２μｍのＮｉめっき層を形成し、その上にＰｄＮｉめっきを施して厚み１μｍの電位差緩和めっき層を形成し、さらにその上にＲｈめっきを施して厚み０．５μｍのＲｈめっき層を形成して、燃料電池用電極を得た。
【００２６】
（実施例２）
実施例１と同様にしてアルミニウムを表面処理した。そしてこのアルミニウムの表面にＮｉめっきを施して厚み２μｍのＮｉめっき層を形成し、その上にＰｄＮｉめっきを厚み１μｍで、Ｐｄめっきを厚み１μｍでこの順に施して電位差緩和めっき層を形成し、さらにその上にＲｈめっきを施して厚み０．５μｍのＲｈめっき層を形成して、燃料電池用電極を得た。
【００２７】
（実施例３）
マグネシウムの表面を奥野製薬社製「エースクリーンＡ−２２０」でアルカリ脱脂して表面に付着する油やほこりを除去した。この際の処理は、「エースクリーンＡ−２２０」を５０ｇ／Ｌの濃度で水で希釈して用い、温度５０℃、時間５分の条件で浸漬して行なうことができる。
【００２８】
次に水洗した後、マグネシウムの表面を奥野製薬社製「トップマグロックＥ−１０」でエッチング処理して、表面の酸化皮膜を除去した。この際の処理は、「トップマグロックＥ−１０」の１００ｍＬ／Ｌの濃度の希釈水と無水クロム酸の１８０ｇ／Ｌの混合液を調製し、温度２５℃、時間３分の条件で浸漬すると共にゆるい揺動を与えて攪拌することによって行なうことができる。
【００２９】
次に水洗した後、マグネシウムの表面を奥野製薬社製「トップマグロックＡ−２０」で活性化処理した。この際の処理は、「トップマグロックＡ−２０」の５００ｍＬ／Ｌの濃度の希釈水と８９％リン酸１００ｍＬ／Ｌの混合液を調製し、温度２５℃、時間２分の条件で浸漬すると共にゆるい揺動を与えて攪拌することによって行なうことができる。
【００３０】
次に水洗した後、マグネシウムの表面を奥野製薬社製「トップマグロックＺ−４０」でジンケート処理し、表面に薄いジンケート皮膜を形成した。この際の処理は、「トップマグロックＺ−４０」を原液で用い、温度６０℃、時間５分の条件で浸漬すると共に揺動を与えて攪拌することによって行なうことができる。
【００３１】
次に水洗した後、マグネシウムの表面のジンケート皮膜にストライク銅めっきした。この際の処理は、青化第一銅の３０ｇ／Ｌ水溶液を用い、温度６０℃、時間３０分の条件で浸漬すると共に空気攪拌しながら３Ａ／ｄｍ2の陰極電流密度で通電することによって行なうことができる。
【００３２】
上記のようにしてマグネシウムの表面を表面処理した後、マグネシウムの表面にＮｉめっきを施して厚み２μｍのＮｉめっき層を形成し、その上にＳｎＮｉめっきを厚み２μｍで、ＰｄＮｉめっきを厚み１μｍで、Ｐｄめっきを厚み１μｍでこの順に施して電位差緩和めっき層を形成し、さらにその上にＲｈめっきを施して厚み０．５μｍのＲｈめっき層を形成して、燃料電池用電極を得た。
【００３３】
上記のようにして実施例１及び３で得た燃料電池用電極について、その耐久性を測定した。すなわち、電解液としてＪＩＳ  Ｌ  ０８６８に規定される酸性の人工汗中で、上記の電極と、ブランクとしてのアルミニウム板あるいはマグネシウム板を用いて、電解電圧５Ｖで耐食性試験を行なった。結果は、アルミニウム板やマグネシウム板は腐食して電極としての用をなさなかったが、上記の実施例１〜３のものは、１時間の電解に対しても表面状態は安定で腐食は生じず、燃料用電池として使用可能であることが確認された。
【００３４】
【発明の効果】
上記のように本発明に係る燃料電池用電極は、アルミニウムあるいはマグネシウムからなる電極金属の表面に、下地のＮｉめっき層、表面のＲｈめっき層、Ｎｉめっき層とＲｈめっき層の間の電位差緩和めっき層を形成して作製するようにしたので、高耐食性のＲｈめっき層によって、アルミニウムやマグネシウムが燃料電池の電解質で腐食されることを防止することができるものであり、またＲｈの拡散をＮｉめっき層で防止することができると共に、電位差緩和めっき層でＮｉめっき層とＲｈめっき層の間の電位差を緩和して電位差による腐食の発生を防止することができ、長寿命の燃料用電極として使用することができるものである。しかもアルミニウムやマグネシウムは安価に入手することができると共に比重が小さく、コスト安価で、軽量な燃料電池用電極を作製することができるものである。
【００３５】
そして請求項１の発明は、電位差緩和めっき層が、少なくともＰｄＮｉめっきで形成されているので、ＰｄＮｉめっきによる電位差緩和めっき層によってＮｉめっき層とＲｈめっき層の間の電位差を緩和することができ、電位差による腐食の発生を防止することができるものである。
【００３６】
また請求項２の発明は、電位差緩和めっき層が、少なくともＰｄめっきで形成されているので、Ｐｄめっきによる電位差緩和めっき層によってＮｉめっき層とＲｈめっき層の間の電位差を緩和することができ、電位差による腐食の発生を防止することができるものである。
【００３７】
また請求項３の発明は、電位差緩和めっき層が、少なくともＳｎＮｉめっきで形成されているので、ＳｎＮｉめっきによる電位差緩和めっき層によってＮｉめっき層とＲｈめっき層の間の電位差を緩和することができ、電位差による腐食の発生を防止することができるものである。