(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学電池構造体を機械的に支持し、且つ電池内部の流体キャビティ及び流体通路を画定する傾斜金属製金属部材であって、
（ａ）基板と、
（ｂ）電気化学電池内の流体キャビティ及び通路を通過する流体に曝され、電気分解処理を受ける外面を有する表面層と、
（ｃ）前記基板及び前記表面層の間に隣接して接触している傾斜境界層とを有すことを特徴とし、
前記傾斜境界層が、前記基板と前記表面層の相互拡散部分であり、前記傾斜境界層が、基板を構成する材料０．５〜５．０重量％及び表面層を構成する材料９９．５〜９５．０重量％を含み、前記境界層の厚みが、前記基板と前記表面層の内面との最短距離の１０〜９０％であり、前記傾斜境界層が前記基板には接触するが、前記表面層の前記外面には接触せず、
前記表面層を構成する材料は、前記基板を構成する材料が前記電気化学電池内の前記流体キャビティ及び通路を通過する流体に接触するのを防止できる程度に前記流体に対して化学的に安定な金属材料を含むことを特徴とする傾斜金属製金属部材。
【請求項２】
前記傾斜境界層の厚みが、前記基板と前記表面層の前記外面との最短距離の約９０％であることを特徴とする請求項１に記載の傾斜金属製金属部材。
【請求項３】
前記表面層が、水銀より貴金属性が高い金属を含むことを特徴とする請求項１若しくは２に記載の傾斜金属製金属部材。
【請求項４】
前記表面層が、金を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の傾斜金属製金属部材。
【請求項５】
前記基板が、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の傾斜金属製金属部材。
【請求項６】
前記基板と前記表面層の前記外面との最短距離が、１．２７〜３．０４８マイクロメートル（５０〜１２０マイクロインチ）であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の傾斜金属製金属部材。
【請求項７】
前記表面層の硬さが、Knoop尺度で６０〜２００であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の傾斜金属製金属部材。
【請求項８】
前記基板と前記表面層の前記外面との最短距離が、１．９０５マイクロメートル（７５マイクロインチ）であることを特徴とする請求項６に記載の傾斜金属製金属部材。
【請求項９】
電気化学電池構造体を機械的に支持し、且つ前記電池内で流体キャビティ及び流体通路を画定する傾斜金属製金属部材の製造方法であって、
（ａ）基板に酸性金属ストライクを塗布する過程であって、前記金属が水銀より高い貴金属性のものである、該過程と、
（ｂ）一回被覆された基板に硬質金属の被膜を塗布し、前記基板に隣接する表面層を形成する過程であって、前記硬質金属が水銀より貴金属性が高いもので、０．１〜０．３重量％の遷移金属を更に含む、該過程と、
（ｃ）二回被覆された基板を、１〜２４時間、２００〜５００℃の温度で加熱処理し、前記基板と前記表面層との間に傾斜境界層を形成する加熱処理過程とを含むことを特徴とし、
前記傾斜境界層が、基板を構成する材料０．５〜５．０重量％及び表面層を構成する材料９９．５〜９５．０重量％を含み、前記傾斜境界層の厚みが前記基板と前記表面層の内面の最短距離の１０〜９０％で、前記傾斜境界層が基板には接触するが、前記表面層の前記外面には接触しないことを特徴とする傾斜金属製金属部材の製造方法。
【請求項１０】
前記基板に酸性金属ストライクを塗布する前記過程が、基板に酸性金ストライクを塗布する過程を含み、前記基板に硬質金属の被膜を塗布する前記過程が、一回被覆された基板に硬質金の被膜を塗布する過程を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板に前記酸性金属ストライクを塗布する前記過程が、酸性溶液からの電気めっきによる被着によって前記金属を塗布する過程を含むことを特徴とし、前記基板に硬質金属の被膜を塗布する前記過程が、pH約４．５で１００〜１５０0Ｆの温度を有する溶液から電気めっき被着によって硬質金属を塗布する過程であって、前記基板から前記表面層の前記外面までの最短距離が５０〜１２０マイクロインチとなるまで行われる、該過程を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板に前記酸性金属ストライクを塗布する前記過程が、前記基板に酸性金ストライクを塗布する過程を含み、前記硬質金属の被膜を塗布する前記過程が、一回被覆された基板に硬質金の被膜を塗布する過程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板に前記酸性金属ストライクを塗布する前記過程が、ステンレス鋼基板に酸性金ストライクを塗布する過程を含み、前記硬質金属の被膜を塗布する前記過程が、一回被覆されたステンレス鋼基板に硬質金の被膜を塗布する過程を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記加熱処理過程が、２回被覆された基板を、３〜５時間２５０〜３５０℃の温度で加熱処理する過程を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、電解性物質用の電気化学電池スタックに関するものであり、特に、飛行機や宇宙船で使用するための水から酸素及び水素ガスを製造する高圧電気化学電池スタックに関するものである。
発明の背景
電気化学電池は、一般に水のような供給物流体から生成物ガスを生成するために用いられ、また「燃料電池」型の構成では、供給燃料から電気エネルギーを生成する。生成物ガスのよく知られた用途には、空気及び宇宙船用酸素ストレージ、エネルギー変換及び宇宙船推進用のガスストレージが含まれる。特定の用途の必要性を満たすために、通常複数の平坦な電気化学電池が、垂直方向に積層されたスタックとして配置される。このようなスタックでは、電池群が、スタックを機能的システムとして一体化するための共通の部材を有している。例えば、各電池は、流体の流入、処理、及びスタックからの流体の排出のための流体キャビティ及び流体通路を画定し；電気を伝え；及び電解液及びシール等のような電池構造の機械的支持体となる金属部材を有している。
水から酸素及び水素ガスを生成するために用いられる電気化学電池スタックは、様々な特殊かつ困難な要求を受ける。第１に、このような電気化学電池スタックの動作効率及びスタックによって生成されるガスの貯蔵効率は、内部動作圧力が高くなるほど上昇する。このため、内部動作圧力は、多くの場合約６０００ｐｓｉもの高い圧力まで高められる。従って、個々の電気化学電池の金属部材は、この大きな圧力差に確実に耐えられるものでなければならない。
第２に、最近の電気化学電池は、高い酸性の官能基を有している固体ポリマー電解質膜を使用していることが多い。供給物流体としての水を酸素及び水素ガスに電気分解する電池においてこのような膜が使用される場合、膜表面に接触する水溶液は高い酸性となる。従って、電池の金属部材の表面は、このような酸性水溶液に曝されたとき化学的に安定でなければならない。第３に、電気化学電池の動作時に電気が流れる電池の導電性金属部材は、陽極及び陰極分極にさらされる。第４に、水の電気分解により、高圧水素ガスが発生し、これは「水素ぜい性」としてよく知られたプロセスにより多くの金属を劣化させる。従って、金属部材を形成するために用いられる材料は、前述した圧力差、低いpH、陽極または陰極分極、及び水素ぜい性問題に曝された時に満足できる程度の化学的安定性と機械的強度を示さなければならない。例えば、多くのステンレス鋼は満足できる機械的強度特性を示すが、残念ながら陽極分極及び酸性溶液に暴露された状態のもとでは、ステンレス鋼は許容され得ない溶解度で溶解し、従って電気化学電池の金属部材を構成するための満足できる材料にはなり得ない。
このような電池の金属部材に対する第５の要求は、この金属部材が個々の電池の組立、電池の電気化学スタックへの組立、及びスタックの動作時での加工や動作によって生ずる応力に耐えられるだけの十分な硬さを有していることである。通常、この金属部材は、部材間を通る流体通路を画定し、従って極めて高い動作圧力において流体が通路から不適切に排出することを規制するべく平滑なシール面を有していなければならない。このような電気化学スタックの組立てでは、通常複数のナット、ボルト、ワッシャ等が用いられ、これらは電池の周りに取り付けられて、十分な予圧シールとなるように端部プレート間を貫通しており、また、様々なダクト、配管、調節弁、及び測定装置も同様にスタックにあるいはその内部に固定されなければならない。
スタック内のこのようなシールの完全性の維持は、協働して内部動作圧力に対抗する周知の圧縮部材によって達成される。一方同じ圧縮部材が、電池及び各電池の特定の金属部材を通しての一様で連続的な電流の流れを確保する。このような電池スタックの金属部材を通しての電流の導通状態及び均一な電流分布は、隣接する金属部材の金属−金属間接触によって達成される。圧縮部材は、最大６０００ｐｓｉである内部動作圧力より大きい、それに対抗する圧縮負荷を電池アセンブリの全面積に亘って維持し、これによって電池の機械的な完全性及び適切な電流の流れを確保する。上述した５種の特定の動作及び組立て時における要求があるため、たいていの金属部材は、例えばニオブ、ジリコニウム、チタンもしくはそれらの合金のような、化学的に安定で機械的に強度が高く、且つ硬い表面を有する特定の金属で作られる。電気化学電池スタックが、例えば潜水艦や宇宙船のような限定された製品の用途において用いられる場合には、このような特殊な金属材料の要求が、大きなコスト上の問題にはならない。
しかし、最近になって、民間航空機にて酸素ガスを生成するという目的で電気化学電池スタックを使用する必要性が生じてきた。例えば、高い高度において予期しない圧力低下が生じた場合のような非常時に、乗客に酸素を供給するために酸素マスクが自動的に準備される。通常この酸素は航空機内で金属のボトルに保存されており、その航空機が使用されている間、このボトルは定期的に充填される。航空機に積まれた電気化学電池スタックは、ボトルを充填するために用いることができ、これによって時間が節約され、地上でのサービスにかかるコストが低下する。また、このような電池スタックは、他の様々な状況においても酸素を供給することができる。しかし、既存の電気化学電池スタックは、前述のような特殊金属製の金属部材を使用しており、このような特殊金属の法外なコストのために、民間の航空機上での酸素生成の要求を満たすためにこれを使用できる可能性が制約されてしまう。
第２の金属表面層をめっき又は被覆された第１金属基板を有する既存のバイメタルは、金属部材としての用いるのは表面の硬さが足りない。このようなバイメタルは、化学的な安定性、電気伝導性、または外見上の問題を解決するべく選択された材料を塗布された表面層を有するからである。一般にバイメタルを用いる目的は、チタンのような基板にプラチナ群の金属のような表面層を被覆して電気分解による電極の溶解に対抗する化学的安定性を強化することによって、電池の電極の寿命を延ばすためである。このようなバイメタルを、上述の高圧電気化学電池の金属部材として実用的な使用に供するのは困難である。このような電池における機械的強度、化学的安定性、及び表面硬さについての厳しい要求のためである。例えば、バイメタル共通の問題点は、表面層と基板との間の境界層の耐久性である。十分なシール等のために必要な電気化学電池の通常の機械的応力の存在の下、特に電気的な導通状態及び均一な電流分布が隣接する金属部材間の金属−金属接続部を通しての導通状態によって決まる場合、基板と表面層との間の境界の遮断は、非効率的な電池動作につながり、更にはこのような動作環境での基板の化学的な不安定性を主な原因とする電池の破壊につながる。既存のバイメタルは、電気化学電池スタックの金属部材の厳しい要求を満たすように設計されてはいないことから、このバイメタルでは、表面層と基板との間の境界の許容されない遮断を生じさせることなくスタックの巨大な圧縮負荷を表面層から基板に伝達することができない。
従って、本発明の主な目的は、従来技術におけるコスト、機械的強度及び耐久性の欠如の問題を解決する、電気化学電池用の傾斜金属製金属部材を提供することである。
本発明の更に特定の目的は電池の動作条件において化学的に安定な電気化学電池用の傾斜金属製金属部材を提供することである。
本発明の別の特定の目的は、高圧動作条件に曝される電池構造の支持のための十分な機械的強度を有する、電気化学電池用の傾斜金属製金属部材を提供することである。
本発明の更に別の目的は、電池の組立時、及び電気化学電池スタックへの電池の組立時及びスタックの動作中において損傷を受けない十分な表面硬さを有する、電気化学電池用の傾斜金属製金属部材（graded metal hardware component）を提供することである。
本発明の更に別の目的は、表面層と基板との間の境界を遮断することなく電池の通常の圧縮負荷を表面層から基板へ伝達する、電気化学電池用の傾斜金属製金属部材を提供することである。
本発明のこれらの及び他の利点は、以下の発明の説明を添付の図面とともに参照した時に一層明らかとなろう。
発明の要約
固体ポリマー電解質膜を用いた高圧電気化学電池において電気化学電池構造体を機械的に支持し、流体の流入、電気分解処理及び流体の排出のための流体キャビティ及び通路を画定する、電気化学電池用傾斜金属製金属部品が開示される。特定の実施例では、この電気化学電池用傾斜金属製金属部材は、ステンレス鋼のような基板と、金のような貴金属性の表面層と、基板と表面層との間に隣接している傾斜境界層とを有する。傾斜境界層は、基板と表面層との相互拡散部を含み、傾斜境界層は、基板を構成する材料を０．５〜５．０重量％、表面層を構成する材料を９９．５〜９５．０重量％含み、且つ基板と表面層外面との間の最短距離の１０〜９０％の厚みを有する。好適実施例では、基板と表面層の外面との最短距離が５０〜１２０マイクロインチであり、表面層の外面の硬度が、Knoop尺度で１５０〜２００である。
傾斜金属製金属部材の好適な製造方法は、初めに基板に酸性の金（acid gold）の皮膜を塗布する過程と、次に一度被覆された基板に硬質の金の被膜（hard gold coating）を塗布する過程と、最後に２回被覆された基板を１〜２４時間、２００〜５００℃の温度で加熱処理する過程とを含む。酸性の金及び硬質の金の被覆または被膜の塗布のための好適な方法は、電気めっきである。
初めに酸性の金で基板を被覆することにより、基板と金との間の接着性が高められる。次に効率の金で酸性の金を被覆し、被覆された基板を加熱処理することにより、得られた表面層が高圧電気化学電池の金属部材での要求を満たすに十分な硬さを示すとともに、表面と傾斜境界層が結合して、基板が酸性水溶液に曝された際に基板を陽極分極の悪影響からシールドされることになる。表面層の硬さによって、ひっかき傷やクラック等のような組立て時の応力によって表面層に損傷が生ずる可能性が最小限となり、且つ基板の酸性及び硬質の金の相互拡散によって形成された傾斜境界層によって、表面及び傾斜境界層の基板への接着性がかなり高められる。本発明の傾斜金属製金属部材により、低コストで必要な機械的強度を有する、ステンレス鋼のような比較的安価な基板を使用することが可能となり、且つ表面と傾斜境界層が結合して、固体ポリマー電解質膜を用いる高圧電気化学電池の金属部材に必要な硬い表面及び化学的安定性が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明により構成された傾斜金属製金属部材を用いた電気化学電池の模式的な拡大図である。
第２図は、第１図の電気化学電池の傾斜金属製金属部材の平面図である。
第３図は、第２図の傾斜金属製金属部材の一部を示す、第２図の線３−３で切った拡大部分断面図である。
第４図は、本発明により構成された傾斜金属製金属部材の分極時の挙動を、基準となる金属部材と比較して示すグラフである。
好適実施例の詳細な説明
第２図及び第３図において、本発明の傾斜金属製金属部材が符号１０を付して示されている。第１図に示すように、傾斜金属製金属部材のための適切な動作環境は、Titterington等に付与された、”High-Pressure Electrochemical Cell Structure”なる名称の米国特許第５，３１６，６４４号に記載されている電気化学電池のような電気化学電池である。上述の特許明細書はここで引用することにより本明細書と一体にされたものとする。当分野において良く知られているように、このような電気化学電池は、電気分解によって水を酸素及び水素ガスに分解するための電気分解電池１２（第１図に模式的に示されているもの）であり得る。電気分解電池１２は通常、固体ポリマー電解質膜１８の両側に酸素（または”Ｏ2”）側アセンブリ１４と水素（または”Ｈ2”）側アセンブリ１２とを有し、これら全てが上側プレート２０と下側プレート２２との間にスタック状に（積層して）配置される。両プレートは、例えばボルト及びナット（図示せず）のような複数の固定要素と協働して電池１２に圧縮力を与え、かつ他の電池（図示せず）とその電池とを位置合わせし、電気化学電池スタックを構成している。当分野において良く知られているように、各電池１２は、例えば上側プレート２０に隣接する絶縁体２４や、絶縁体２４と酸素側アセンブリ１４との間のプラス端子２６（或いは、下側プレート２２と水素側アセンブリ１６との間に位置しているプレートカバー２８）のような、様々な共通の協働する機能的構造体も有している。
第１図に示されているように、電気分解電池１２の酸素側アセンブリ１４は、酸素側圧カパッド３０と固体ポリマー電解質膜１８との間に複数の傾斜金属部材を有する。この電池１２の酸素側１４における傾斜金属部材は、酸素多孔性プレートフレーム３２、上側分離器３４、第１、第２及び第３酸素スクリーンフレーム３６、３８、４０、酸素膜スクリーン４２、及び固体ポリマー電解質膜１８に隣接する酸素グリッププロテクタリング（oxygen grip protector ring）４４をこの順に有している。同様に、電池１２の水素側アセンブリ１６は、水素側圧力パッド４６と固体ポリマー電解質膜１８との間に複数の傾斜金属部材を有する。電池１２の水素側１６に設けられたこの複数の傾斜金属部材は、第１水素多孔性プレートフレーム４８（水素圧力パッド４６とプレートカバー２８との間に位置する）、下側分離器４９、及び順１、第２、及び第３水素スクリーンフレーム５０、５２、５４、第２水素多孔性プレートフレーム５６、及び固体ポリマー電解質膜１８に隣接する水素グリッププロテクタリング５８をこの順に有する。この水素側アセンブリ１６は第２水素多孔性プレートフレーム５６と水素グリッププロテクタリング５８との間に多孔性プレート６０も有している。
第１図に示すように、電気分解電池１２の酸素側１４の傾斜金属部材は、協働して固体ポリマー電解質膜１８と上側分離器３４との間の酸素側流体キャビティ６１を画定し、電池１２の水素側１６の金属部材は、協働して固体ポリマー電解質膜１８と下側分離器４９との間の水素側流体キャビティ６２を画定している。第２図に示すのは、スクリーン６６を外囲するフレーム６４を有する傾斜金属部材１０の非模式的な図である。フレーム６４は、第１流体通孔６８、第２流体通孔７０、第１流体流入通路７２、及び第２流体流入通路７４を画定している。当分野においてよく知られており、また前述の米国特許第５，３１６，６４４号にもより詳細に記載されているように、複数の金属部材１０が協働するようにスタック化されている場合、このような部材のスクリーンは流体キャビティ内に配置される。この時このキャビティは、部材のフレームによって画定される両側部を有し、従って水のような供給物流体は、第１流体流入通路７２を通してキャビティに入り、フレーム６４の第２流体流入通路７４を通して水素ガスを連行しつつキャビティから排出され、同時に酸素ガスのような生成物流体は、フレーム６４の第１及び／または第２流体通孔６８、７０を、そのフレーム６４によって画定された流体キャビティに入ることなく通過していくことになる。金属部材のフレーム６４はまた、傾斜金属部材１０が電気分解電池１２のような電池内に固定される場合に、そのための留め具（図示せず）を固定する複数の固定用ノッチ７８Ａ、７８Ｂ、７８Ｃ、７８Ｄ、７８Ｅ、７８Ｆ、７８Ｇ、７８Ｈ、７８Ｉ、７８Ｊ、７８Ｋ、７８Ｌ、７８Ｍ、７８Ｎ、７８Ｏ及び７８Ｐや、複数の位置合わせ用ノッチ７６Ａ、７６Ｂ、７６Ｃ、及び７６Ｄも画定している。
第１図及び第２図から明らかなように、傾斜金属部材は、電気化学電池の動作中に流体に曝される。個体ポリマー電解質膜を用いた高圧電池の動作では、従来型の金属部材は、約６０００ｐｓｉの圧力差；金属部材の表面に接触する流体の低いpH；陽極及び陰極電極；水素ぜい性；及び電池の動作及び組立ての際の加工応力に耐えるだけの十分に硬い表面を含む二種類の動作及び組立て時の要求に耐えることができるものでなければならなかった。上述の要求については前により詳細に説明した。この結果従来型の金属部材は通常ニオブ、ジルコニウム、チタン、またはそれらの合金のような化学的に安定で機械的な強度が高く、十分に硬い表面を有する特殊金属製のものであった。傾斜金属部材としての特徴を有していない、電気分解電池１２のような電気化学電池の部材は、従来より周知の標準的な材料で形成される。
第３図に示す本発明の傾斜金属部材１０は、ステンレス鋼のような基板７６、金のような貴金属製の表面層７８、及び傾斜境界層８０から構成されている。傾斜境界層８０は、基板の構成材料を０．５〜５．０重量％、表面層の構成材料を９９．５〜９５．０重量％含み、また傾斜境界層８０の厚みは、基板７６と表面層７８の外面８２の最短距離の１０〜９０％で、従って傾斜境界層は、基板に接触するが、表面層７８の外面８２には接触しない。好適実施例では、基板と表面層の外面８２との間の最短距離は５０〜１２０マイクロインチであり、傾斜境界層の厚みは、基板７６と表面層７８の外面８２との最短距離の約９０％であり、且つ表面層の外面の硬さは、Knoop尺度で１５０〜２００である。表面層用の好適な金属は金又は金の合金であるが、水銀より貴金属性の高い任意の金属または合金ならば、傾斜金属材料が上述の濃度及び寸法の傾斜境界層を有している場合、酸性水溶液内において基板に十分な保護を与えることができる。更に、この基板７６は周知の３００シリーズステンレス鋼のようなステンレス鋼であり得、または基板７６は既存の電気化学電池の周知の強度及び化学的適合性の要求を満たす任意の標準的な工学材料であり得る。
傾斜金属部材１０の好適な製造方法は、初めに基板７６に酸性金ストライクを被覆または塗布する過程と、次に１回被覆された基板に硬質の金の被膜を塗布する過程と、２回被覆された基板を、１〜２４時間２００〜５００℃の温度で加熱処理する過程とを含む。傾斜金属製金属部材のより好適な製造方法は、上述の第１及び第２の塗布過程と、２回被覆された基板を３〜５時間２５０〜３５０℃の温度で加熱処理する過程とを含む。この加熱処理過程によって、基板、傾斜境界層及び表面層の間の欠陥が修復されるとともに冶金学上の結合が強化されることが分かった。酸性の金及び硬質金の被膜を塗布するための好適な方法は電気めっきである。金以外の貴金属が表面層に用いられる場合、傾斜金属部材１０の上述の製造方法は、基板に酸性金属のストライクを塗布する第１の過程の後に、硬質金属を塗布して表面層を形成する過程が含まれる。傾斜金属製金属部材の最も好適な実施例は、３１６Ｌステンレス鋼を使用するものであり、この場合基板から表面層の外面への最短距離は、約７５マイクロインチである。
本発明における、「酸性金ストライク」または「酸性金属ストライク」の塗布とは、例えば電気めっきにて一般に用いられる塩酸のような既存の酸性溶液から被着することによって、金または金属を塗布することを意味する。同様に、本発明では、「硬質金」または「硬質金属」は、例えばニッケル、コバルト、または鉄のような遷移金属を０．１〜０．３重量％の濃度で含む金または金属を意味する。硬質金または硬質金属の塗布のための好適な方法は、一回被覆された基板上に硬質金または硬質金属をpHが約４．５で、温度が１００〜１５０°Ｆの溶液から被着する方法であり、この被着は表面及び傾斜境界層が約５０〜１２０マイクロインチの厚みとなるまで、つまり基板から表面層の外面までの最短距離が５０〜１２０マイクロインチとなるまで行う。
電気化学電池の動作中、電解液を通して電圧を印加された導電性金属部材は、上述のような陽極分極及び陰極分極を生ずる。このような分極の結果、同時に酸性溶液に曝される金属部材に損傷が生ずることがあり得るため、従来型の固体ポリマー電解質膜を利用する電気化学電池では、ニオブ、ジリコニウム、チタン、銅のような特殊金属で作られた金属部材を利用して、このような分極の悪影響を最小限に押さえるようにしていた。本発明による傾斜金属製金属部材の、このような厳しい条件に対する反応を決定するため、固体金属で作られた基準部材の電極の挙動と、傾斜金属部材の分極時の挙動を比較することによって、傾斜金属製金属部材の基板の陽極及び陰極分極に対する電気化学的な耐性を測定する実験を行った。この実験では、固体金属の基準材料と主として金からなる表面層によって完全に外囲された３１６Ｌステンレス鋼基板を有する傾斜金属製金属部材を、０．１ＮのＨ2ＳＯ4溶液に浸漬し、水性電解質に対して０．２〜＋２Ｖの直流電流を傾斜金属部材及び基準部材に加えた。第４図は、上述のような、−２〜＋２Ｖの範囲における傾斜金属製金属部材の挙動を破線８４で示し、固体の金からなる基準金属部材の挙動を実線８６で示すグラフである。第４図から明らかなように、傾斜金属製金属部材と基準部材に対する腐食電流はグラフのＸ軸に沿って（１×１０-10アンペア”Ａ”（第４図では”１Ｅ−１０”として表されている）の間で）プロットされており、全電圧範囲にわたって概ね同一の電流応答を示している。この実験における腐食電流は、２つの部材についての腐食度の直接の測定値であり、従って、この実験によれば、傾斜金属製金属部材の腐食度は、純粋な金と概ね同一であり、従って酸性水溶液に曝される電気化学電池における使用にこの部材が適していることが分かる。同様に、本発明により構成された傾斜金属製金属部材の表面層は、電気化学電池の動作条件に曝された時、純粋な金と同程度の貴金属性を示すという結論も下し得る。従ってステンレス鋼基板は、固体ポリマー電解質膜を用いる電気化学電池の動作時に基板を外囲する表面層が酸性水溶液に曝されて陽極分極する時、許容できない程度の溶解が生ずるような悪影響を受けずにすむことになる。
本発明の特定の構成について説明してきたが、当業者は、本発明がこの特定の実施例に限定されないことを理解されよう。例えば、傾斜金属製金属部材１０を電気分解電池１２において使用するケースについてのみ説明してきたが、燃料電池型の電気化学電池で使用することも可能である。つまり、本発明の真の範囲を規定するものは上述の明細書の説明ではなく添付の請求項のみである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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