2016 Fiscal Year Research-status Report
ステンレス鋼表面へのナノ窒化物層導入と固体高分子形燃料電池用セパレータへの応用
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16K06789
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
八代 仁 岩手大学, 理工学部, 教授 (60174497)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 固体高分子形燃料電池 / セパレータ / ステンレス鋼 / 窒化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体高分子形燃料電池用セパレータ材料としてステンレス鋼が期待されていることから、実用への課題となるカーボンガス拡散層(GDL)との接触抵抗を改善するために、表面にナノ窒化物層を導入する方法とその効果について検討した。
硝酸－硝酸カリウム水溶液中でステンレス鋼（SUS310SおよびSUS316L）をカソードチャージした結果、鋼表面にナノ窒化物層が導入されていることをXPS測定により確認した。鋼表面において部分的に窒化クロムが生成していると推定された。カソードチャージ法について、従来の定電位法と定電流法を比べた結果、得られた性能にほとんど差がなかったことから、本研究では参照極を要しない定電流法を採用した。
窒化処理したステンレス鋼の模擬PEFC環境中における耐食性は、アノード分極時の電流密度がわずかに上昇したものの、一般的にPEFC用セパレータとして求められる電流密度基準を満足した。GDLとの接触抵抗は最適条件で処理した場合グラファイト並みの8.5 mΩcm2(at150 N/cm2)が得られた。模擬PEFC環境中でアノード分極した後も16mΩcm2までしか上昇せず、未処理の場合(570 mΩcm2)に比べて極めて低い値が維持された。
最適条件において電気化学的窒化したステンレス鋼をセパレータとして単セルを組み、発電試験を行った結果、未処理のステンレス鋼をセパレータとした場合に比べてiRドロップが小さくなり、0.5A/cm2の印加電流において数十mVの電圧上昇が実証された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の今年度目標はステンレス鋼の電気化学的窒化条件の探索とナノ窒化物導入の確認、窒化処理したステンレス鋼の耐食性評価とカーボンガス拡散層との接触抵抗評価および発電試験による改善効果の実証にあり、これらの全ての項目についてほぼ順調に研究を進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
窒化機構の解明に向け電気化学窒化に用いる溶液の影響を調べるとともに窒化条件の最適化を行う。窒化後のステンレス鋼の耐食性に及ぼす影響の観点から、ステンレス鋼種の影響を調べる。また電気化学的窒化が粒界で優先的に起こるのではないかとの仮定に基づき、窒化に及ぼす結晶粒サイズの影響を調べる。
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