JP2022030734A - Fuel cell separator and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料電池反応で発生する生成水が、セパレータの金属基材(金属製基板)に接触することを抑制することで、耐食性が向上された燃料電池用セパレータを提供する。【解決手段】金属製基板の表面に金属酸化物の含有量が8~25vol%の金属酸化物・導電性高分子複合膜を有する燃料電池用セパレータ。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator for a fuel cell having improved corrosion resistance by suppressing contact of generated water generated by a fuel cell reaction with a metal base material (metal substrate) of the separator. SOLUTION: A separator for a fuel cell having a metal oxide / conductive polymer composite film having a metal oxide content of 8 to 25 vol% on the surface of a metal substrate. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本願は、燃料電池用セパレータおよび燃料電池用セパレータの製造方法に関する。 The present application relates to a fuel cell separator and a method for manufacturing a fuel cell separator.
固体高分子型燃料電池の燃料電池セルは、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側触媒層(電極層)及びカソード側触媒層(電極層)とからなる膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)を備えている。MEAの両側には、通常、燃料ガスもしくは酸化剤ガスを提供するとともに電気化学反応によって生じた電気を集電するためのガス拡散層(GDL:Gas Diffusion Layer)が形成されている。GDLが両側に配置された膜電極接合体は、MEGA(Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly)と称され、MEGAは、一対のセパレータにより挟持されている。 A fuel cell of a solid polymer fuel cell is a membrane electrode assembly composed of an ion-permeable electrolyte membrane, an anode-side catalyst layer (electrode layer) and a cathode-side catalyst layer (electrode layer) sandwiching the electrolyte membrane. (MEA: Membrane Electrode Assembly) is provided. Gas diffusion layers (GDL: Gas Diffusion Layer) are usually formed on both sides of the MEA to provide a fuel gas or an oxidant gas and to collect electricity generated by an electrochemical reaction. The membrane electrode assembly in which the GDL is arranged on both sides is called MEGA (Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly), and the MEGA is sandwiched by a pair of separators.
固体高分子型燃料電池のセパレータには、燃料ガスと酸化剤ガスとを完全に分離した状態で電極に供給するために高度のガス不透過性が要求され、また、発電効率を高くするために高い導電性を有することが必要である。さらに、優れた耐食性を有することが求められる。 The separator of a polymer electrolyte fuel cell is required to have a high degree of gas impermeableness in order to supply the fuel gas and the oxidant gas to the electrodes in a completely separated state, and in order to increase the power generation efficiency. It is necessary to have high conductivity. Further, it is required to have excellent corrosion resistance.
従来のセパレータの例として、特許文献1には、金属基材と、金属基材の表面に設けられた酸化スズ膜と導電性高分子膜とを備えた燃料電池用セパレータが開示されている。
As an example of a conventional separator,
上記従来技術では、燃料電池反応で発生する水(生成水)が導電性高分子膜を浸透する可能性があり、その場合、金属基材が酸化し、セパレータの接触抵抗が高くなり、セル出力が低下する可能性があった。 In the above-mentioned conventional technique, water generated by the fuel cell reaction (generated water) may permeate the conductive polymer membrane, in which case the metal base material is oxidized, the contact resistance of the separator is increased, and the cell output is increased. Could decrease.
したがって、本願の目的は、上記実情を鑑み、燃料電池反応で発生する生成水が、セパレータの金属基材(金属製基板)に接触することを抑制することで、耐食性が向上された燃料電池用セパレータを提供することを課題とする。 Therefore, the purpose of the present application is to prevent the generated water generated by the fuel cell reaction from coming into contact with the metal substrate (metal substrate) of the separator in view of the above circumstances, so that the corrosion resistance is improved for the fuel cell. The subject is to provide a separator.
上記問題を解決するために、本発明者が鋭意検討した結果、金属基材(金属製基板)の表面に、導電性高分子中に所定量の金属酸化物を混合させた膜を形成することにより、燃料電池反応で発生する生成水がセパレータの金属基材(金属製基板)に接触することを抑制し、燃料電池用セパレータの耐食性を向上させることができることを見出した。 As a result of diligent studies by the present inventor in order to solve the above problems, a film obtained by mixing a predetermined amount of metal oxide in a conductive polymer is formed on the surface of a metal base material (metal substrate). As a result, it has been found that the generated water generated by the fuel cell reaction can be suppressed from coming into contact with the metal base material (metal substrate) of the separator, and the corrosion resistance of the fuel cell separator can be improved.
以上のことより、本願は上記課題を解決するための一つの手段として、金属製基板の表面に金属酸化物の含有量が8~25vol%の金属酸化物・導電性高分子複合膜を有する燃料電池用セパレータを開示する。 Based on the above, the present application is a fuel having a metal oxide / conductive polymer composite film having a metal oxide content of 8 to 25 vol% on the surface of a metal substrate as one means for solving the above problems. Disclose the separator for a battery.
また、本願は、上記課題を解決するための他の手段として、pHが2~4のSi(シリコン)/PEDOT(ポリエチレンジオキシチオフェン)/PSS(ポリスチレンスルホン酸)硫酸溶液を用いてSiO2/PEDOT/PSS混合液を準備する工程と、該混合液を金属製基板に塗布する工程と、塗布した混合液を乾燥させる工程と、 を備える燃料電池用セパレータの製造方法を開示する。 Further, in the present application, as another means for solving the above-mentioned problems, SiO 2 / using a Si (silicon) / PEDOT (polystyrene dioxythiophene) / PSS (polystyrene sulfonic acid) sulfuric acid solution having a pH of 2 to 4 is used. Disclosed is a method for manufacturing a separator for a fuel cell, comprising a step of preparing a PEDOT / PSS mixed solution, a step of applying the mixed solution to a metal substrate, and a step of drying the applied mixed solution.
本開示の燃料電池用セパレータによれば、燃料電池反応で発生する生成水が、セパレータの金属基材(金属製基板)に接触することを抑制することで、燃料電池用セパレータの耐食性を向上できる。 According to the fuel cell separator of the present disclosure, the corrosion resistance of the fuel cell separator can be improved by suppressing the generated water generated by the fuel cell reaction from coming into contact with the metal substrate (metal substrate) of the separator. ..
<燃料電池用セパレータ100>
以下、本発明に係る一実施の形態における燃料電池用セパレータにつき、詳細に説明する。図1に、本開示の燃料電池用セパレータ100の層構成を示す。燃料電池用セパレータ100は、金属製基板10の表面に、金属酸化物・導電性高分子複合膜20を備えている。
<
Hereinafter, the fuel cell separator according to the embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 1 shows the layer structure of the
燃料電池用セパレータ100は、導電性やガス不透過性等に優れた板状の部材であって、例えば波形に形成され、燃料電池用セパレータ100の一面側は、燃料電池において、波の頂部がMEGAのガス拡散層に当接し、燃料電池用セパレータ100とガス拡散層との間に燃料ガス又は酸化剤ガスの反応ガス流路が形成される。また、燃料電池用セパレータ100の他面側は、隣接する他のセパレータの他面側と当接する。ここで、金属酸化物・導電性高分子複合膜20は、金属製基板10における反応ガス流路が形成される一面側のみに設けられていても良いし、金属製基板10の両面に設けられていても良い。少なくとも、反応ガス流路が形成される一面側に設けられることが好ましい。
The
(金属製基板10)
金属製基板10は、燃料電池用セパレータに使用され得る種々の金属製基板から適宜選択して用いることができる。耐強度性、耐食性等の特性を有していることが好ましい。金属製基板10を構成する材料としては、例えば、ステンレス鋼(SUS)、銅及び銅合金、チタン及びチタン合金、ニッケル系基材、アルミニウム及びアルミニウム合金、マグネシウム合金、鉄等が挙げられる。また、上記ステンレス鋼としては、オーステナイト系ステンレス鋼(鉄-クロム-ニッケル合金)、フェライト系ステンレス鋼(鉄-クロム合金)、マルテンサイト系ステンレス鋼(鉄-クロム合金)等、いずれも適用可能である。金属製基板10には、プレス成形等により上述の反応ガス流路や、冷却水の流路等を形成することができる。
(Metal substrate 10)
The
(金属酸化物・導電性高分子複合膜20)
金属製基板10の表面に形成される金属酸化物・導電性高分子複合膜20は、導電性高分子中に、金属酸化物を、8~25vol%の割合で含有する。金属酸化物・導電性高分子複合膜20が含有する金属酸化物の金属としては、Si、Al、Ti、Sn、In等を挙げることができ、中でも安価なSiが好適である。金属酸化物を導電性高分子膜に複合化させることにより、金属酸化物が水の浸透を抑制するので、燃料電池反応で発生する水(生成水)による金属製基板10の腐食(酸化)が少なくなる。その結果、燃料電池を所定期間作動させた場合であっても、セパレータの接触抵抗が高くならず、セル出力の低下が抑制される。
(Metal oxide / conductive polymer composite film 20)
The metal oxide / conductive polymer
金属酸化物・導電性高分子複合膜20中の金属酸化物の含有量は、金属酸化物・導電性高分子複合膜20を基準として、8~25vol%であり、11~17vol%がより好ましい。金属酸化物の含有量が上記範囲を外れて少なすぎると、水の浸透を抑制する効果が発揮されにくくなる。また、金属酸化物の含有量が上記範囲を外れて多すぎると、セパレータの接触抵抗が高くなってしまう。
The content of the metal oxide in the metal oxide / conductive
金属酸化物・導電性高分子複合膜20中の導電性高分子としては、比較的高い導電性を有し、金属製基板10の表面を被覆してFe等の溶出を低減できる材料であれば適用可能である。具体的には、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸(PEDOT/PSS、PEDOTとPSSとの混合物)等のポリチオフェン及びその誘導体、ドープされたポリアニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン、トリフェニルジアミン(TPD)等を挙げることができる。中でも、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸(PEDOT/PSS)が好ましく用いられる。
The conductive polymer in the metal oxide / conductive polymer
金属酸化物・導電性高分子複合膜20の厚みとしては、薄すぎると水の浸透を抑制する効果が発揮されず、また、Fe等の溶出を防ぐ効果が得られず、逆に、厚すぎると体積抵抗が大きくなる可能性があるため、これらを考慮して適宜設定される。具体的には、金属酸化物・導電性高分子複合膜20の材料の種類にもよるが、0.3nm~10μmの範囲内、好ましくは100nm~5μmの範囲内である。
If the thickness of the metal oxide / conductive polymer
また、金属酸化物・導電性高分子複合膜20は、表面硫黄濃度を指標として、2atm.%以上であることが好ましく、特に好ましくは5atm.%以上である。表面硫黄濃度が上記範囲内であると、金属酸化物・導電性高分子複合膜20による十分な被覆効果が得られ、水分の浸透抑制効果が発揮される。なお、金属酸化物・導電性高分子複合膜20の表面硫黄濃度は、例えば、X線光電子分光法(XPS)等の手段を用いて測定することができる。
Further, the metal oxide / conductive polymer
金属酸化物・導電性高分子複合膜20は、場合により、ヨウ素、パラトルエンスルホン酸等の酸化剤、架橋剤等の各種成分を含んでいても良い。これら導電性高分子以外の成分の含有量は、金属酸化物・導電性高分子複合膜20による腐食抑制効果を阻害しない程度の量とし、具体的には、金属酸化物・導電性高分子複合膜20中、合計して1重量%未満であることが好ましい。
The metal oxide / conductive
本願では、燃料電池用セパレータ100の耐食性については、作成した試験体(燃料電池用セパレータ)を、腐食試験に供し、腐食試験後の試験体について接触抵抗を測定することで評価することができる。
腐食試験としては、例えば、日本工業規格の金属材料の電気化学的高温腐食試験法(JIS Z2294)に準じた耐食性試験(定電位腐食試験)を採用することができる。該試験では、大気解放系の装置において、温調水により80℃に温度調整された硫酸水溶液(300ml・pH3)に試験体を浸し、この状態で、白金板からなる対極と試験体(試料極)とを電気的に接続することにより、対極と試料極との間に0.9Vの電位差を生じさせ、試験体を腐食させる。
In the present application, the corrosion resistance of the
As the corrosion test, for example, a corrosion resistance test (constant potential corrosion test) according to the electrochemical high temperature corrosion test method (JIS Z2294) of a metal material of Japanese Industrial Standards can be adopted. In the test, the test piece was immersed in a sulfuric acid aqueous solution (300 ml, pH3) whose temperature was adjusted to 80 ° C. by controlling the temperature in an air release system device, and in this state, a counter electrode made of a platinum plate and a test piece (sample electrode). ) Is electrically connected to generate a potential difference of 0.9V between the counter electrode and the sample electrode, which corrodes the test piece.
接触抵抗については、例えば、試験体に燃料電池の拡散層に相当するカーボンペーパ(厚さ0.5mm)を載せ、測定治具により一定荷重(1MPa)を付与しながら測定する方法を採用できる。この状態で、電流計により試験体に流れる電流が1Aとなるように、電源からの電流を調整して流し、試験体に印加される電圧を電圧計で測定し、試験体とカーボンペーパーとの接触抵抗を算出する。 As for the contact resistance, for example, a method can be adopted in which carbon paper (thickness 0.5 mm) corresponding to the diffusion layer of the fuel cell is placed on the test piece and a constant load (1 MPa) is applied by a measuring jig to measure the contact resistance. In this state, adjust the current from the power supply so that the current flowing through the test piece is 1A with an ammeter, measure the voltage applied to the test piece with a voltmeter, and connect the test piece and carbon paper. Calculate the contact resistance.
<燃料電池用セパレータの製造方法>
以下、本発明に係る一実施の形態における燃料電池用セパレータの製造方法につき、詳細に説明する。本発明の燃料電池用セパレータの製造方法は、pHが2~4のSi(シリコン)/PEDOT(ポリエチレンジオキシチオフェン)/PSS(ポリスチレンスルホン酸)硫酸溶液を用いてSiO2/PEDOT/PSS混合液を準備する工程と、該混合液を金属製基板に塗布する工程と、塗布した混合液を乾燥させる工程と、を備える。
<Manufacturing method of separator for fuel cell>
Hereinafter, a method for manufacturing a fuel cell separator according to an embodiment of the present invention will be described in detail. In the method for producing a separator for a fuel cell of the present invention, a SiO 2 / PEDOT / PSS mixed solution using a Si (silicon) / PEDOT (polyethylene dioxythiophene) / PSS (polystyrene sulfonic acid) sulfuric acid solution having a pH of 2 to 4 is used. The step of preparing the above, the step of applying the mixed solution to the metal substrate, and the step of drying the applied mixed solution are provided.
(SiO2/PEDOT/PSS混合液を準備する工程)
SiO2/PEDOT/PSS混合液を準備する工程においては、pHが2~4のSi(シリコン)/PEDOT(ポリエチレンジオキシチオフェン)/PSS(ポリスチレンスルホン酸)硫酸溶液を用いて、SiO2/PEDOT/PSS混合液を準備する。つまり、SiO2/PEDOT/PSS混合液中のSiO2が分子レベルでPEDOT/PSSと混ざっていないと、塗布、乾燥後のSiO2/PEDOT/PSS膜がSiO2とPEDOT/PSSに分かれた構造になり、接触抵抗が高くなってしまう。したがって、SiO2/PEDOT/PSS混合液の製法としては、PEDOT/PSS水溶液中でSiO2を合成するのが好適であり、SiO2粒子を、をPEDOT/PSS液に混合する製法は上記の点から好ましくない。
(Step of preparing SiO 2 / PEDOT / PSS mixed solution)
In the step of preparing the SiO 2 / PEDOT / PSS mixed solution, a Si (silicon) / PEDOT (polystyrene dioxythiophene) / PSS (polystyrene sulfonic acid) sulfuric acid solution having a pH of 2 to 4 is used for SiO 2 / PEDOT. / Prepare the PSS mixture. That is, if SiO 2 in the SiO 2 / PEDOT / PSS mixed solution is not mixed with PEDOT / PSS at the molecular level, the SiO 2 / PEDOT / PSS film after coating and drying is divided into SiO 2 and PEDOT / PSS. And the contact resistance becomes high. Therefore, as a method for producing a SiO 2 / PEDOT / PSS mixed solution, it is preferable to synthesize SiO 2 in a PEDOT / PSS aqueous solution, and a method for mixing SiO 2 particles with a PEDOT / PSS solution has the above-mentioned points. It is not preferable.
PEDOT/PSS水溶液中でSiO2を合成する反応としては、安価なシラン化合物の加水分解、脱水縮合反応が好適である。加水分解の触媒としては、酸触媒が好適であり、塩基触媒は、酸性のPSSが凝集するので不適である。酸触媒としては、PSSのスルホ基と類似の化学構造を持つ硫酸が好適であり、スルホ基と異なる構造の酸は、PSSのスルホ基が酸性水溶液中に解離するので不適である。酸触媒としては、例えば、硫酸を挙げることができる。また、シラン化合物としては、テトラエトキシシランを挙げることができる。 As a reaction for synthesizing SiO 2 in a PEDOT / PSS aqueous solution, an inexpensive silane compound hydrolysis or dehydration condensation reaction is preferable. As the hydrolysis catalyst, an acid catalyst is suitable, and a base catalyst is unsuitable because acidic PSS aggregates. As the acid catalyst, sulfuric acid having a chemical structure similar to that of the sulfo group of PSS is suitable, and an acid having a structure different from that of the sulfo group is unsuitable because the sulfo group of PSS dissociates into an acidic aqueous solution. Examples of the acid catalyst include sulfuric acid. Moreover, as a silane compound, tetraethoxysilane can be mentioned.
Si/PEDOT/PSS硫酸溶液の硫酸濃度を高くするとpHが低下するが、pHが2よりも小さくなると、シラノールの脱水縮合反応が進み難くなるので不適である。pHが高い方が脱水縮合反応は進み易いが、pHが4よりも大きくなると、脱水縮合反応が液内で均一に進み難くなり、得られるSiO2/PEDOT/PSS混合液中のSiO2が分子レベルでPEDOT/PSSと混ざらない状態になり易くなるので不適である。 Increasing the sulfuric acid concentration of the Si / PEDOT / PSS sulfuric acid solution lowers the pH, but if the pH is less than 2, the dehydration condensation reaction of silanol becomes difficult to proceed, which is unsuitable. The higher the pH, the easier the dehydration condensation reaction to proceed, but when the pH is higher than 4, it becomes difficult for the dehydration condensation reaction to proceed uniformly in the liquid, and SiO 2 in the obtained SiO 2 / PEDOT / PSS mixed liquid is a molecule. It is not suitable because it tends to be in a state where it does not mix with PEDOT / PSS at the level.
上記においては、PEDOT/PSS水溶液中でSiO2を合成する方法を例示したが、溶媒は、導電性高分子の種類等に応じて適宜選択することができ、例えば、水、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、t-ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、アセトン、メチルエチルケトン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等を挙げることができる。これらの溶媒は、単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。中でも、水、アルコール、水とエタノールの混合溶媒を用いることが好ましい。 In the above, the method of synthesizing SiO 2 in a PEDOT / PSS aqueous solution has been exemplified, but the solvent can be appropriately selected depending on the type of the conductive polymer and the like, and for example, water, methanol, ethanol, 1 -Propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, t-butanol, ethylene glycol, propylene glycol, acetone, methyl ethyl ketone, acetonitrile, tetrahydrofuran, dioxane and the like can be mentioned. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Above all, it is preferable to use water, alcohol, or a mixed solvent of water and ethanol.
(混合液を金属製基板に塗布する工程)
混合液を金属製基板10に塗布する方法としては、金属酸化物・導電性高分子複合膜20を所定の膜厚で均一に形成することができる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、溶液中に金属製基板10を浸漬することにより塗布する方法(ディップコート法)、ダイコート法、スピンコート法、ロールコート法、スプレーコート法、バーコート法、グラビアコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等を挙げることができる。
(Process of applying mixed liquid to metal substrate)
The method of applying the mixed solution to the
(塗布した混合液を乾燥させる工程)
塗布した混合液は、乾燥させ、必要に応じて硬化処理(加熱処理、紫外線処理等)を行うことにより、金属酸化物・導電性高分子複合膜20を形成し、燃料電池用セパレータ100を得ることができる。乾燥方法としては、特に限定されず、通常の方法を採用することができる。乾燥の際に、加熱してもよいし、熱風を吹きかけてもかまわない。
なお、導電性高分子モノマー溶液中において、SiO2粒子を合成し、該混合溶液を金属製基板10に塗布し、所定の温度に加熱することにより、金属製基板10上において、モノマーを重合して導電性高分子を合成して、金属酸化物・導電性高分子複合膜20を形成することも可能である。
(Step to dry the applied mixed liquid)
The applied mixed solution is dried and subjected to curing treatment (heat treatment, ultraviolet treatment, etc.) as necessary to form a metal oxide / conductive
In the conductive polymer monomer solution, SiO 2 particles are synthesized, the mixed solution is applied to the
以下実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
以下のように、金属酸化物・導電性高分子複合膜(SiO2/PEDOT/PSS膜)付きチタン板を作製し、腐食試験後の接触抵抗を測定した。 A titanium plate with a metal oxide / conductive polymer composite film (SiO 2 / PEDOT / PSS film) was prepared as follows, and the contact resistance after the corrosion test was measured.
(SiO2/PEDOT/PSS膜付きチタン板の作製方法)
成膜用の金属板として、チタン薄板(厚さ0.1mm)を準備した。
テトラエトキシシラン(TEOS)にエタノールを加えて撹拌し、TEOSエタノール溶液を準備した。
PEDOT/PSS含有水(SIGMA-ALDORICH,655201)に水酸化ナトリウムを加えてpHを5に調整した後、上記で作製したTEOSエタノール溶液を加えて撹拌した。その後、硫酸を加えて撹拌して、SiO2/PEDOT/PSS混合液を作製した。
(Method of manufacturing a titanium plate with SiO 2 / PEDOT / PSS film)
A titanium thin plate (thickness 0.1 mm) was prepared as a metal plate for film formation.
Ethanol was added to tetraethoxysilane (TEOS) and stirred to prepare a TEOS ethanol solution.
Sodium hydroxide was added to PEDOT / PSS-containing water (SIGMA-ALDORICH, 655201) to adjust the pH to 5, and then the TEOS ethanol solution prepared above was added and stirred. Then, sulfuric acid was added and stirred to prepare a SiO 2 / PEDOT / PSS mixture.
上記SiO2/PEDOT/PSS混合液をチタン薄板に塗布し、乾燥する事で、SiO2/PEDOT/PSS膜(膜厚:1μm)付きチタン板(試験体)を作製した。なお、SiO2/PEDOT/PSS膜中のSiO2のvol%、Si/PEDOT/PSS溶液のpHを変更して、複数の試験体を作成した。 The above SiO 2 / PEDOT / PSS mixed solution was applied to a titanium thin plate and dried to prepare a titanium plate (test piece) with a SiO 2 / PEDOT / PSS film (thickness: 1 μm). A plurality of test specimens were prepared by changing the vol% of SiO 2 in the SiO 2 / PEDOT / PSS film and the pH of the Si / PEDOT / PSS solution.
(腐食試験の方法)
日本工業規格の金属材料の電気化学的高温腐食試験法(JIS Z2294)に準じた耐食性試験(定電位腐食試験)を行った。大気解放系の装置において、温調水により80℃に温度調整された硫酸水溶液(300ml・pH3)に試験体を浸した。この状態で、白金板からなる対極と試験体(試料極)とを電気的に接続することにより、対極と試料極との間に0.9Vの電位差を生じさせ、試験体を腐食させた。なお、参照電極によって試験体の電位を一定に保持した。また、試験時間は50時間程度とした。
(Corrosion test method)
A corrosion resistance test (constant potential corrosion test) was performed according to the electrochemical high temperature corrosion test method (JIS Z2294) of Japanese Industrial Standards for metal materials. In the air release system device, the test piece was immersed in a sulfuric acid aqueous solution (300 ml, pH 3) whose temperature was adjusted to 80 ° C. by temperature control water. In this state, by electrically connecting the counter electrode made of the platinum plate and the test body (sample electrode), a potential difference of 0.9 V was generated between the counter electrode and the sample electrode, and the test body was corroded. The potential of the test piece was kept constant by the reference electrode. The test time was about 50 hours.
(接触抵抗の測定方法)
上記腐食試験を行った試験体に、燃料電池の拡散層に相当するカーボンペーパ(厚さ0.5mm)を載せ、測定治具により一定荷重(1MPa)を付与しながら測定した。この状態で、電流計により試験体に流れる電流が1Aとなるように、電源からの電流を調整して流し、試験体に印加される電圧を電圧計で測定し、試験体とカーボンペーパーとの接触抵抗を算出した。具体的には、実施例(SiO2=11vol%、pH=3)の接触抵抗値を1として、各接触抵抗比を算出した。
(Measurement method of contact resistance)
A carbon paper (thickness 0.5 mm) corresponding to the diffusion layer of the fuel cell was placed on the test piece subjected to the corrosion test, and the measurement was performed while applying a constant load (1 MPa) with a measuring jig. In this state, adjust the current from the power supply so that the current flowing through the test piece is 1A with an ammeter, measure the voltage applied to the test piece with a voltmeter, and connect the test piece and carbon paper. The contact resistance was calculated. Specifically, each contact resistance ratio was calculated with the contact resistance value of Example (SiO 2 = 11 vol%, pH = 3) as 1.
SiO2/PEDOT/PSS膜中のSiO2含有量に対する腐食試験後の接触抵抗比を、図2に示し、Si/PEDOT/PSS硫酸溶液のpHに対する腐食試験後の接触抵抗比を、図3に示した。 The contact resistance ratio after the corrosion test to the SiO 2 content in the SiO 2 / PEDOT / PSS film is shown in FIG. 2, and the contact resistance ratio after the corrosion test to the pH of the Si / PEDOT / PSS sulfuric acid solution is shown in FIG. Indicated.
(評価結果)
図2の結果より、SiO2含有量が8~25vol%の範囲内では接触抵抗の比率が目標の3以下であることが分かった。
図3の結果より、pHが2~4の範囲内では接触抵抗の比率が目標の3以下であることが分かった。
(Evaluation results)
From the results of FIG. 2, it was found that the ratio of contact resistance was 3 or less, which is the target, when the SiO 2 content was in the range of 8 to 25 vol%.
From the results of FIG. 3, it was found that the ratio of contact resistance was 3 or less, which was the target, when the pH was in the range of 2 to 4.
100 燃料電池用セパレータ
10 金属製基板
20 金属酸化物・導電性高分子複合膜
100 Separator for
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2020134932A JP2022030734A (en) | 2020-08-07 | 2020-08-07 | Fuel cell separator and manufacturing method thereof |
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| JP2020134932A JP2022030734A (en) | 2020-08-07 | 2020-08-07 | Fuel cell separator and manufacturing method thereof |
Publications (1)
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| JP2022030734A true JP2022030734A (en) | 2022-02-18 |
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ID=80324277
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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-
2020
- 2020-08-07 JP JP2020134932A patent/JP2022030734A/en active Pending
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