Research on corrosion problems of SUS 304 stainless steel used as bipolar plates for polymer electrolyte membrane fuel cells

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固体高分子形燃料電池（PEFC）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。本研究では、ステンレス鋼製セパレータを用いて発電したPEFCにおける膜電極接合体(MEA)の汚染状況を、蛍光エックス線分析するとともに、MEAの断面を飛行時間型二次イオン質量分析計(TOF SIMS)を用いて評価した。併せて、セパレータのアノード側のみに表面処理（TiN-SBR塗布）を行った場合、カソード側のみを表面処理した場合、両面表面処理した場合についても発電試験を実施した。表面処理を全く行わなかった場合、発電特性は最も早く劣化し、1000時間発電後のMEAにはFeやCrによる汚染が明瞭に認められた。MEAの断面をTOF SIMSで分析した結果、FeやCrの汚染は、もっぱらアノード側から生じていることが判明した。ステンレス鋼製セパレータのうち、アノード側だけに表面処理して発電した場合、セル性能の劣化は穏やかであったのに対し、カソード側だけを表面処理しても、セル性能の劣化は抑制できなかった。これらの結果は、ステンレス鋼に対する腐食性は、一般に評価対象とされているカソード側環境より、アノード側環境の方が問題となることを示している。アノード側では水素酸化反応が生じ、電位はカソード側より0.6 V以上低いが、ステンレス鋼にとっては十分な不動態化に至らず、酸化皮膜が不安定化して活性溶解しやすいものと考えられる。アノード側から侵入したステンレス鋼の溶解成分は、プロトン伝導膜に濃縮していることも、TOF SIMS分析から明らかとなった。