CN101512806A - 燃料电池隔板及其制造方法和燃料电池 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池隔板(10)，具有作为歧管发挥功能的开口(14)。在发电区域被掩蔽夹具掩蔽的状态下，在燃料电池隔板(10)的周缘区域施加树脂涂层。然后，卸掉掩蔽夹具，对于周缘区域被树脂涂层掩蔽的燃料电池隔板(10)，在其发电区域施加导电性涂层。

Description

燃料电池隔板及其制造方法和燃料电池

技术领域

本发明涉及燃料电池隔板，尤其是涉及燃料电池隔板的涂覆技术。

背景技术

已知将使含有氢的燃料气体与含有氧的氧化气体反应而得到的化学能转化成电能的燃料电池。燃料电池，例如被装载在车辆等上，作为车辆驱动用的电动机的电源等使用。

为了防止化学反应后产生的生成水等引起的腐蚀，燃料电池中使用需有耐腐蚀性的部件。例如，燃料电池所使用的隔板(燃料电池隔板)，为了提高耐腐蚀性而施加树脂涂层等。

因此，迄今提出了有关燃料电池隔板的涂覆的各种各样的技术方案。专利文献1(日本特开2000-353532号公报)公开了在燃料电池所使用的板的表面形成涂布树脂而成的涂层，除去在板的外表面形成的涂层而使板的表面露出，在其露出部分由金属材料形成镀层的技术。

另外，专利文献2(日本特开2005-166576号公报)，公开了采用嵌入成型在隔板的周缘部形成橡校状弹性体薄膜的技术。专利文献3(日本特开2005-5137号公报)公开了由含有导电材料的树脂等在隔板的导电面上形成导电性的被覆层的技术。

发明内容

然而，迄今已知的燃料电池隔板的涂覆技术，还存在几个应该改善的问题。

例如，专利文献1所记载的技术，除去涂层的工序繁杂，并且没有提供由树脂被覆歧管部分的技术。此外，专利文献2，虽然利用橡胶状弹性体薄膜防止周缘部的腐蚀，但没有提供与施加导电性涂层的区域等相关的具体的技术。另外，专利文献3，并不是在与MEA(膜电极接合体；膜电极组件)相对的区域的全部区域形成导电性的被覆层。

本发明是鉴于这样的现有技术而完成的研究，其目的在于提供有关燃料电池隔板的新的涂覆(被覆；coating)技术。

为了达到上述目的，作为本发明的优选方案的燃料电池隔板，是对板状的隔板基材施加了导电性涂层和树脂涂层的燃料电池隔板，其特征在于，上述隔板基材，具有与发电层相对的发电区域和含有作为歧管发挥功能的开口的周缘区域，在上述发电区域的大致全部区域施加有导电性涂层，在上述周缘区域施加有树脂涂层，作为歧管发挥功能的开口被树脂涂层被覆。

在上述方案中，导电性涂层，例如由导电性和耐腐蚀性中的至少一方比隔板基材的表面良好的材料形成。导电性涂层的具体例是金属镀层等。另外，导电性涂层和树脂涂层，例如可通过电沉积处理来实现。根据上述方案，可提供作为歧管发挥功能的开口被树脂涂层被覆，并且在发电区域的大致全部区域施加有导电性涂层的燃料电池隔板。

在优选的方案中，上述燃料电池隔板，其特征在于，在上述隔板基材与上述树脂涂层的接触面内不介有上述导电性涂层。由此，例如能够防止在导电性涂层上形成树脂涂层后树脂涂层容易剥离的现象。

对于优选的方案而言，其特征在于，上述树脂涂层和上述导电性涂层使边界相互接触而形成连续的涂层。由此，例如，以树脂涂层与导电性涂层的边界部分为起点而发生腐蚀的可能性变得极低。

另外，作为本发明优选方案的燃料电池，是具有上述燃料电池隔板的燃料电池，其特征在于，对于上述燃料电池隔板，以与其发电区域相对的方式层叠有发电层，而且，由燃料电池隔板和发电层形成的多个燃料电池单元被层叠，由设置于燃料电池隔板的周缘区域的开口形成歧管。

另外，为了达到上述目的，作为本发明优选方案的制造方法，是对板状的隔板基材施加导电性涂层和树脂涂层来制造燃料电池隔板的方法，其特征在于，包括：第1涂覆工序，在含有作为歧管发挥功能的开口的隔板基材的周缘区域施加树脂涂层；和第2涂覆工序，在与发电层相对的隔板基材的发电区域施加导电性涂层。

对于优选的方案而言，其特征在于，上述第2涂覆工序是对于含有开口的周缘区域被上述第1涂覆工序的树脂涂层掩蔽的隔板基材施加作为导电性涂层的金属镀层的工序。

根据本发明，可提供有关燃料电池隔板的新的涂覆技术。由此，例如可以提供作为歧管发挥功能的开口被树脂涂层被覆，并且在发电区域的大致全部区域施加有导电性涂层的燃料电池隔板。

另外，例如通过使隔板基材与树脂涂层的接触面内不介有导电性涂层，能够提高隔板基材与树脂涂层之间的密着耐久性。另外，例如，通过使树脂涂层与导电性涂层的边界相互接触而形成连续的涂层，能够极为降低以树脂涂层与导电性涂层的边界部分为起点而发生腐蚀的可能性。

另外，通过在隔板基材的周缘区域施加树脂涂层后，在发电区域施加导电性涂层，树脂涂层作为施加导电性涂层时的掩模发挥功能，能够省去用于导电性涂层的掩蔽作业。

附图说明

图1是本发明涉及的燃料电池隔板10的模式图。

图2是用于说明燃料电池隔板被掩蔽夹具掩蔽的情形的图。

图3是用于说明掩蔽夹具结构的图。

图4是用于说明燃料电池隔板的涂覆处理的图。

具体实施方式

以下，对本发明优选的实施方式进行说明。

图1是用于说明本发明优选实施方式的图。图1中示出了本发明涉及的燃料电池隔板10的模式图。

燃料电池隔板10是表面和背面大致为长方形的板状的构件。燃料电池隔板10，例如由SUS材料、碳等具有导电性的材料形成。

燃料电池隔板10在大致长方形的面的中央部具有与发电层相对的发电区域12。例如，在由2片燃料电池隔板10夹持作为发电层发挥功能的MEA(膜电极接合体)而形成电池单元的场合，以与燃料电池隔板10的发电区域12相对的方式层叠MEA。

另外，通过由2片燃料电池隔板10夹持MEA的多个电池单元层叠，可形成燃料电池。

另外，燃料电池10在大致长方形的面的周缘部，即在包围发电区域12的发电区域12以外的周缘区域，具有多个开口14。在图1中，燃料电池隔板10，在其纵向的两端侧分别具有3个开口14。再者，图1中表示的开口14的位置、形状只不过是一例。

设置于燃料电池隔板10上的开口14，在由该燃料电池隔板10形成燃料电池时，作为歧管发挥功能。燃料气体与氧化气体化学反应后产生的生成水等在歧管内流动。因此，形成歧管的开口14，为了防止生成水等引起的腐蚀，被施加树脂涂层。

树脂涂层被施加在燃料电池隔板10的周缘区域的大致全部区域。即，在图1中，树脂涂层被施加在燃料电池隔板10的除了发电区域12以外的区域。另一方面，对于发电区域12，在其大致全部区域施加有导电性涂层。并且，在本实施方式中，在燃料电池隔板10的周缘区域施加树脂涂层时，可利用用于掩蔽不需要树脂涂层的区域的掩蔽夹具。

图2和图3是用于说明本实施方式中所利用的掩蔽夹具50的图。掩蔽夹具50将从板状的燃料电池隔板10从表面和背面夹住，掩蔽燃料电池隔板10的表面和背面的不需要树脂涂层的区域。

图2是用于说明燃料电池隔板10被掩蔽夹具50掩蔽的情形的图。图2从燃料电池隔板10的侧面侧(长边侧)表示燃料电池隔板10被2个掩蔽夹具50夹住的情形。

如图2所示，在掩蔽处理时，可利用与燃料电池隔板10的表背(上下)两面相对应的2个掩蔽夹具50。各掩蔽夹具50是使框状的框架54层叠在板状的树脂制保护材料52上的结构，此外，框状的掩蔽材料56被层叠在框架54上。

当2个掩蔽夹具50夹住燃料电池隔板10而与燃料电池隔板10密着时，从燃料电池隔板10的短边侧(左右)插入2个紧固夹具60。由此，在2个掩蔽夹具50夹持燃料电池隔板10的状态下，掩蔽夹具50由2个紧固夹具60固定。

图3是用于说明掩蔽夹具50的结构的图，图3表示出从与燃料电池隔板10接触的面侧看到的掩蔽夹具50。

在掩蔽夹具50上设置有掩蔽材料56。掩蔽材料56以包围掩蔽夹具50外周的区域的方式设置。由该掩蔽材料56包围的区域，与燃料电池隔板的发电区域(图1的符号12)相对应。

在掩蔽夹具50夹住燃料电池隔板时，掩蔽材料56沿着燃料电池隔板的发电区域的外周密着。掩蔽材料56遍及全周无间隙地设置，通过掩蔽材料56沿着发电区域的外周密着，发电区域的全部区域被掩蔽。

在本实施方式中，利用掩蔽夹具50在燃料电池隔板上施加树脂涂层。而且，施加树脂涂层后，在燃料电池隔板上施加导电性涂层。因此，以下对本实施方式中的涂覆处理进行说明。

图4是用于说明燃料电池隔板10的涂覆处理的图。图4(A)～(D)中，表示出与涂覆处理的各工序的每个相对应的燃料电池隔板10的表面部分。图4(A)～(D)的各个图从燃料电池隔板10的侧面侧(长边侧)表示燃料电池隔板10。再者，图4表示出燃料电池隔板10的只一个面(上面)的涂覆处理，但对于燃料电池隔板10的另一面(下面)，也可与上述的一个面同样地实施涂覆处理。

图4(A)表示出对燃料电池隔板10的表面实施了掩蔽的状态。即，表示出掩蔽夹具(图3的符号50)层叠在燃料电池10的表面上，掩蔽夹具的掩蔽材料56与燃料电池隔板10的表面密着的状态。

如前面所说明(参照图2、图3)，掩蔽材料56通过沿着燃料电池隔板10的发电区域的外周密着，来掩蔽发电区域的全部区域。即，在图4(A)中，燃料电池隔板10的与掩蔽材料56接触的面被掩蔽。

接着，如图4(B)所示，在由掩蔽材料56掩蔽的状态下，在燃料电池隔板10的表面涂覆树脂膜70。

树脂膜70的涂覆，可利用电沉积处理(例如使用聚酰亚胺或将聚酰亚胺改性的涂料的电沉积)，使将树脂粉末的一部分离子化而得到的阳离子性树脂电沉积在燃料电池隔板10的表面。在电沉积处理时，通过在存在阳离子性树脂的溶液中，使端子与燃料电池隔板10接触而施加负极电压，对对电极施加正极电压，将阳离子性树脂吸引至燃料电极隔板10侧，使阳离子性树脂附着于燃料电池隔板10的表面，此时，由于对燃料电池隔板10实施了掩蔽，因此阳离子性树脂附着在没有被掩蔽材料56掩蔽的区域，即燃料电池隔板10的周缘区域。通过电沉积处理，树脂粉末被均匀且致密地涂覆在燃料电池隔板10的周缘区域的表面。

在本实施方式中，树脂粉末被涂覆在燃料电池隔板10的表面后，从该燃料电池隔板10卸掉掩蔽夹具，实行在燃料电池隔板10的表面烘烤树脂粉末的烘烤处理。然后，通过使附着在燃料电池隔板10的表面的树脂粉末熔融，使树脂的涂层更均匀且致密后，使树脂固化，在燃料电池隔板10的表面形成树脂膜70。

即使只是电沉积处理也可以形成树脂的致密的涂层，但通过采用烘烤处理将树脂熔融，存在于树脂与树脂之间的极少的孔被完全堵塞，形成极致密、均匀的树脂膜70。

这样，如图4(C)所示，通过在燃料电池隔板10的周缘区域形成树脂膜70，作为歧管发挥功能的开口(图1的符号14)被树脂膜70被覆。

接着，如图4(D)所示，在形成有树脂膜70的燃料电池隔板10的表面被覆镀膜80。

镀膜80的被覆也可利用电沉积处理，使离子化了的金属(例如，金的络离子)电沉积在燃料电池隔板10的表面。在电沉积处理时，通过在存在络离子的溶液中，使端子与燃料电池隔板10接触，使燃料电池隔板10为阴极侧，流通电流，将络离子吸引到燃料电池隔板10侧，使络离子中的金属附着在燃料电池隔板10的表面。此时，由于在燃料电池隔板10上形成有树脂膜70，因此具有绝缘性的树脂膜70作为掩模发挥功能。然后，络离子中的金属附着在没有形成树脂膜70的区域，即燃料电池隔板10的发电区域，形成了镀膜80。

这样，如图4(D)所示，在燃料电池隔板10的周缘区域形成树脂膜70，在燃料电池隔板10的发电区域形成镀膜80。

在本实施方式中，在燃料电池隔板10上形成树脂膜70后，形成镀膜80，镀膜80不介于燃料电池隔板10与树脂膜之间。因此，燃料电池隔板10与树脂膜70之间的密着耐久性极高。

另外，树脂膜70作为掩模发挥功能而形成镀膜80，形成了使树脂膜70与镀膜80的边界相互接触的连续的涂层。因此，难以发生以树脂膜70与镀膜80的边界部分为起点的腐蚀。并且，由于树脂膜70作为掩模发挥功能，因此可以省去用于形成镀膜80的掩蔽作业。

以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但上述的实施方式在所有的方面只不过是简单的举例，并不限定本发明的范围。例如，在上述的实施方式中，虽然在树脂涂覆时利用了电沉积处理，但也可以利用注射成型等实现树脂涂层来代替电沉积处理。另外，关于导电性涂层，也可以利用涂布、蒸镀、溅射、离子镀等的涂覆(coating)处理来代替电沉积处理。另外，导电性涂层，除了金(An)以外，也可以利用铜、银、铂、钯、碳等实现。

另外，在上述的实施方式中，虽然如图3所示，将掩蔽材料56形成为框状，但也可以将掩蔽材料56形成为中实体，还可以将掩蔽材料56形成为中空体。在上述的实施方式中，虽然如图2所示，从燃料电池隔板10的短边侧插入紧固夹具60，但也可以从燃料电池隔板10的长边侧插入紧固夹具60。

Claims (6)

1、一种燃料电池隔板，是对板状的隔板基材施加了导电性涂层和树脂涂层的燃料电池隔板，其特征在于，

所述隔板基材，具有与发电层相对的发电区域和含有作为歧管发挥功能的开口的周缘区域，

在所述发电区域的大致全部区域施加有导电性涂层，

在所述周缘区域施加有树脂涂层，作为歧管发挥功能的开口被树脂涂层涂覆。

2、根据权利要求1所述的燃料电池隔板，其特征在于，在所述隔板基材与所述树脂涂层的接触面内不介有所述导电性涂层。

3、根据权利要求1或2所述的燃料电池隔板，其特征在于，所述树脂涂层和所述导电性涂层使边界相互接触从而形成连续的涂层。

4、一种燃料电池，是具备权利要求1～3中的任一项所述的燃料电池隔板的燃料电池，其特征在于，

对于所述燃料电池隔板，以与其发电区域相对的方式层叠有发电层，

而且，由燃料电池隔板和发电层形成的多个燃料电池单元被层叠，由设置于燃料电池隔板的周缘区域的开口形成歧管。

5、一种燃料电池隔板的制造方法，是对板状的隔板基材施加导电性涂层和树脂涂层来制造燃料电池隔板的方法，其特征在于，包括：

第1涂覆工序，在含有作为歧管发挥功能的开口的隔板基材的周缘区域施加树脂涂层；和

第2涂覆工序，在与发电层相对的隔板基材的发电区域施加导电性涂层。

6、根据权利要求5所述的燃料电池隔板的制造方法，其特征在于，所述第2涂覆工序是对于含有开口的周缘区域被所述第1涂覆工序的树脂涂层掩蔽的隔板基材施加作为导电性涂层的金属镀层的工序。

Images