CN101512807B - 燃料电池隔板及其制造方法 - Google Patents
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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。此时，以在周缘区域的一部分隔板基材露出的方式施加树脂涂层。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。此时，通过借助于在周缘区域的一部分中隔板的基材露出的部分进行通电而施加导电性涂层。
Description
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，燃料电池中采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有树脂涂层等。
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。例如，专利文献1(日本特开2006-80026号公报)中，公开了在燃料电池用的隔板的外周部分电沉积涂装用于粘合树脂等密封材料的底漆的技术。
发明内容
本申请的发明者根据专利文献1所述的划时代的技术，对于更新的涂覆技术继续进行了研究和开发。尤其是关于对施加树脂涂层后的燃料电池隔板的表面处理，继续进行了研究和开发。
本发明是基于这样的背景而完成的研究，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，作为本发明优选方案的燃料电池隔板，是在板状的隔板基材上施加有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，上述周缘区域以在其至少一部分隔板基材露出的方式施加有树脂涂层，作为歧管发挥功能的开口被树脂涂层被覆，上述发电区域，通过借助于上述周缘区域的隔板基材露出的部分进行通电而施加有导电性涂层。
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，而且在发电区域施加有导电性涂层的燃料电池隔板。另外，通过借助于周缘区域的隔板基材露出的部分进行通电而施加导电性涂层，用于导电性涂层的通电变得比较容易。此外，例如在发电区域难以发生电流集中等，可更均匀且致密地施加导电性涂层。
对于优选的方案而言，其特征在于，上述周缘区域的隔板基材露出的部分，是在使多个电池单元层叠而组装燃料电池时，被用于电池单元彼此定位的定位部。
另外，为了达到上述目的，作为本发明优选方案的制造方法，是在板状的隔板基材上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：对于含有作为歧管发挥功能的开口的隔板基材的周缘区域，以在周缘区域的至少一部分隔板基材露出的方式施加树脂涂层的第1涂覆工序；和通过从上述周缘区域中的隔板基材露出的部分对隔极基材进行通电，来对与发电层相对的隔板基材的发电区域施加导电性涂层的第2涂覆工序。
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金属镀层等作为导电性涂层的工序。
对于优选的方案而言，其特征在于，上述周缘区域中的隔板基材露出的部分，在使多个电池单元层叠而组装燃料电池时，被用于电池单元彼此的定位。
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，而且在发电区域施加有导电性涂层的燃料电池隔板。
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，可省略用于导电性涂层的掩蔽作业。
另外，通过借助于周缘区域的隔板基材露出的部分进行通电来施加导电性涂层，用于导电性涂层的通电变得比较容易。此外，例如在发电区域难以发生电流集中等，可更均匀且致密地施加导电性涂层。
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，对本发明的优选实施方式进行说明。
图1是用于说明本发明的优选实施方式的图，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构件。燃料电池隔板10，例如由SUS材料、碳等的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；膜电极组件)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，通过将由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，燃料电池隔板10，在大致长方形的面的边缘部，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和短边部分16。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，并且在其纵向的两端(左右端)分别具备短边部分16。再者，图1中表示的开口14和/或短边部分16的位置或形状只不过是一例。
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形成燃料电池的场合作为歧管发挥功能。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，施加有树脂涂层。
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的除发电区域12以外的区域(除短边部分16以外)。另一方面，在发电区域12，导电性涂层被施加在其大致全部区域内。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，从表面和背面两面夹住板状的燃料电池隔板10，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)示出燃料电池隔板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，而且，在框架54上层叠有掩蔽材料56。
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的纵向的两端侧(左右)即短边侧插入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被2个紧固夹具60固定。
图3是用于说明掩蔽夹具50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的中央部设置有框状的掩蔽材料56a。掩蔽材料56a包围掩蔽夹具50的中央的区域设置。由该掩蔽材料56a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56a沿着燃料电池隔板的发电区域的外周密着。掩蔽材料56a遍及全周无间隙地设置，通过掩蔽材料56a沿着发电区域的外周密着，发电区域全区被掩蔽。
再者，在掩蔽夹具50的被掩蔽材料56a包围的区域内具备通电部58。通电部58在掩蔽材料56a沿着发电区域的外周密着时与燃料电子隔板接触。并且，在由掩蔽材料56a掩蔽时，由通电部58对燃料电池隔板施加电压。如以后所说明，通过由通电部58施加的电压，树脂被电沉积在燃料电池隔板的表面。
另外，在掩蔽夹具50的纵向的两端(左右端)，沿短边设置有棒状的掩蔽材料56b。并且，在掩蔽夹具50夹住燃料电池隔板时，掩蔽材料56b沿着燃料电池隔板的短边与燃料电池隔板的纵向的两端密着。
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应的燃料电池隔板10的表面部分。图4(A)～(D)各自从燃烧电池隔板10的侧面侧(长边侧)表示出燃烧电池隔板10。再者，图4表示出燃料电池隔板10的只一面(上面)的涂覆处理，但对于燃料电池隔板10的另一面(下面)，也与该面同样地实施涂覆。
图4(A)表示对燃料电池隔板10的表面实施了掩蔽的状态。即，表示出在燃料电池隔板10的表面层叠有掩蔽夹具(图3的符号50)，掩蔽夹具的掩蔽材料56a、56b与燃料电池隔板10的表面密着的状态。
如先前说明的那样(参照图2、图3)，掩蔽材料56a通过沿着燃料电池隔板10的发电区域的外周密着，掩蔽发电区域全区。即，在图4(A)中，燃料电池隔板10的与掩蔽材料56a接触的面被掩蔽。另外，掩蔽材料56b沿着燃料电池隔板10的短边与燃料电池隔板10的纵向的两端(左右端)密着。即，在图4(A)中，燃料电池隔板10的与掩蔽材料56b接触的部分(图4(D)的短边部分16)被掩蔽。
接着，如图4(B)所示，在被掩蔽材料56a、56b掩蔽的状态下，树脂膜70被涂覆在燃料电池隔板10的表面上。
树脂膜70的涂覆可利用电沉积处理(例如聚酰亚胺或聚酰胺酰亚胺电沉积)，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于燃料电池隔板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，对燃料电池隔板10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到燃料电池隔板10侧，使阳离子性树脂附着在燃料电池隔板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56a、56b掩蔽的区域，即，燃料电池隔板10的周缘区域的大致全区域。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的除了发电区域和短边部分16以外的区域(参照图1)。
再者，使树脂电沉积时，从掩蔽夹具的通电部(图3的符号58)对燃料电池隔板10施加负极电压。如先前所说明(参照图3)，通电部在被掩蔽材料56a掩蔽的发电区域内与燃料电池隔板10接触。即，从没有电沉积树脂的发电区域，施加用于使树脂电沉积的电压。
另外，当在电沉积树脂的区域内施加用于使树脂电沉积的电压时，在施加电压的部分容易发生电流集中等，有时树脂不能均匀地电沉积。与此相对，在本实施方式时，由于从没有电沉积树脂的发电区域施加电压，因此在使树脂电沉积的区域中难以发生电流集中等，能够使树脂更均匀且致密地电沉积。
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。并且，通过将附着于燃料电池隔板10表面的树脂粉末熔融，使树脂涂层更均匀且致密后，使树脂固化，在燃料电池隔板10的表面上形成树脂膜70。
即使只是电沉积处理，也能形成树脂的致密涂层，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，可形成极致密、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的周缘区域的大致全区域形成树脂膜70，作为歧管发挥功能的开口(图1的符号14)被树脂膜70涂覆。
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，以燃料电池隔板10为阴极侧通电流，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。并且，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，从而形成镀膜80。
再者，在使金属的络离子电沉积时，阴极电流从燃料电池隔板10的短边部分16施加到燃料电池隔板10上。短边部分16在树脂电沉积时，由于被掩蔽材料56b掩蔽，因此树脂没有电沉积于短边部分上。因此，在短边部分16，由具有导电性的材料形成的燃料电池隔板10(隔板的基材)露出，用于使金属的络离子电沉积的电流从该露出的短边部分16施加。
另外，当在进行金属镀覆的区域，即隔板10的发电区域施加电流时，容易发生电流集中等，有时金属的络离子不能均匀地电沉积。与此相对，在本实施方式中，由于从与发电区域隔离的短边部分16施加电流，因此在发电区域难以发生电流集中等，能够使金属的络离子更均匀且致密地电沉积于发电区域。
这样，如图4(D)所示，在燃料电池隔板10的周缘区域(除短边部分16以外)形成有树脂膜70，在燃料电池隔板10的发电区域形成有镀膜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没有介于燃料电池隔板10与树脂膜70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作为掩模发挥功能从而形成镀膜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发挥掩蔽功能，因此可省去用于形成镀膜80的掩蔽作业。
再者，燃料电池隔板10(隔板的基材)露出的短边部分16，在使由该燃料电池隔板10形成的多个电池单元层叠而组装燃料电池时，也起到作为用于电池单元彼此定位的定位部的功能。
关于组装燃料电池时的定位，例如，可以应用日本特开2005-243355号公报所记载的技术。该公报所记载的定位技术的概要如下。再者，以下说明中的括弧内的符号是该公报所记载的符号。
在第1金属隔板(符号14)的外周设置金属露出部(符号46a、46b、46c)，在第2金属隔板(符号16)的外周设置金属露出部(符号56a、56b、56c)。并且，由第1金属隔板和第2金属隔板夹持电解质膜·电极结构体(符号12)而形成燃料电池(符号10)。在用于层叠多个燃料电池(符号10)而组装燃料电池组(符号60)的组装装置(符号80)中设置有支撑杆(符号106a、106b、108)。并且，通过各燃料电池(符号10)的金属露出部分与沿隔板的层叠方向延伸的支撑杆抵接，多个燃料电池(符号10)被准确地定位。
在本实施方式中，燃料电池隔板10露出的短边部分16(定位部)，起到上述公报中的金属露出部的功能。即，由2片燃料电池隔板10夹持MEA而形成电池单元，将多个该电池单元层叠时，燃料电池隔板10的短边部分16(定位部)被用于电池单元彼此的定位，例如，通过使用用于使电池单元层叠的组装装置，由该组装装置支撑短边部分16(定位部)，可确定各电池单元的位置，多个电池单元被准确地定位。再者，不仅电池单元彼此的层叠，将由一对隔板夹持膜电极接合体而制造电池电源时的隔板彼此的定位也可使用金属露出部。在任一种情况下，由于金属露出部在隔板的端面(侧面)没有附着树脂，因此定位夹具的定位精度较高。
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，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，也可以采用铜、银、铂、钯、碳等实现。
另外，在上述的实施方式中，虽然如图4所示，利用掩蔽材料56b实施掩蔽并使短边部分16露出，但也可以不利用掩蔽材料56b而在短边部分16上也形成树脂膜70，然后通过部分地除去短边部分16的树脂膜70，而使短边部分16露出。另外，在上述的实施方式中，虽然如图1和图4(D)所示，使燃料电池隔板10的短边部分16露出，但也可以使燃料电池隔板10的长边部分的至少一部分露出。另外，在上述实施方式中，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 (3)
1.一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，对于含有作为歧管发挥功能的开口的隔板基材的周缘区域，以在周缘区域的至少一部分隔板基材露出的方式施加树脂涂层；和
第2涂覆工序，通过从所述周缘区域中的隔板基材露出的部分对隔板基材进行通电，来对与发电层相对的所述隔板基材的发电区域施加导电性涂层。
2.根据权利要求1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。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池隔板的制造方法，其特征在于，所述周缘区域中的隔板基材露出的部分，在使多个电池单元层叠从而组装燃料电池时被用于电池单元彼此的定位。
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