CN105556720B - 燃料电池隔片、燃料电池、和燃料电池隔片的制造方法 - Google Patents

燃料电池隔片、燃料电池、和燃料电池隔片的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105556720B
CN105556720B CN201480051872.9A CN201480051872A CN105556720B CN 105556720 B CN105556720 B CN 105556720B CN 201480051872 A CN201480051872 A CN 201480051872A CN 105556720 B CN105556720 B CN 105556720B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
fuel cell
carbon
carbon film
base material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201480051872.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105556720A (zh
Inventor
小泉雅史
伊关崇
中西和之
小泽康弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN105556720A publication Critical patent/CN105556720A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105556720B publication Critical patent/CN105556720B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0213—Gas-impermeable carbon-containing materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1039—Polymeric electrolyte materials halogenated, e.g. sulfonated polyvinylidene fluorides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

燃料电池隔片(110)包含导电性基材和在基材上形成的碳膜(120)。碳膜(120)包括最接近基材形成的第一层(121)和最远离基材形成的第二层(122)。包含在第一层(121)中的碳颗粒的直径为19nm或更小，且小于包含在不同于第一层(121)的碳膜层中的碳颗粒的直径，且包含在第二层(122)中的碳颗粒的直径为40nm或更小。

Description

燃料电池隔片、燃料电池、和燃料电池隔片的制造方法
发明背景
1.发明领域
本发明涉及燃料电池隔片、燃料电池、和燃料电池隔片的制造方法。
2.相关技术描述
惯常地，已知日本专利申请公开No.2008-004540(JP 2008-004540 A)所述技术例如作为涉及燃料电池隔片的技术。在JP 2008-004540 A所述技术中，为改进隔片的耐腐蚀性和导电性，在隔片的基材上形成由微小碳颗粒构成的碳薄膜。
如果使待在基材表面上形成的碳颗粒为小的，则相对于基材的附着力改进。然而，沉积速率是缓慢的，这导致生产效率低的这类问题。同时，如果提高碳颗粒的直径以改进生产效率，则导致燃料电池的输出耐久性降低的这类问题。另外，对于常规燃料电池隔片和燃料电池，要求缩小尺寸、降低成本、节约资源、制造简化、可用性改进等。
发明概述
本发明一方面涉及燃料电池隔片。该燃料电池隔片包含导电性基材和在基材上形成的碳膜。碳膜包括最接近基材形成的第一层和最远离基材形成的第二层。包含在第一层中的碳颗粒的直径为19nm或更小，并且小于包含在不同于第一层的碳膜层中的碳颗粒的直径。包含在第二层中的碳颗粒的直径为40nm或更小。由于包含在第一层中的碳颗粒的直径为19nm或更小，则可改进基材与碳膜的第一层之间的附着力。另外，由于包含在第二层中的碳颗粒的直径为40nm或更小，与其中形成碳膜使得其整体碳颗粒的直径为19nm或更小的情况相比，可改进沉积速率并改进燃料电池隔片的生产效率。另外，可抑制水，包括通过燃料电池的发电和侵蚀基材而产生的物质(在下文中称为腐蚀性物质)通过第二层并渗透到基材中。因此，可抑制基材由于水，包括腐蚀性物质而被侵蚀，由此使得可抑制燃料电池输出量的降低。
根据以上方面的燃料电池隔片可进一步包含含有基材和碳膜二者组分的中间层，所述中间层提供于基材与碳膜之间。根据该构型，可通过中间层进一步改进基材与碳膜之间的附着力。
本发明第二方面涉及燃料电池。该燃料电池包含阳极、阴极、在阳极与阴极之间的电解质膜；第一方面的燃料电池隔片。根据第二方面，可改进基材与碳膜的第一层之间的附着力，并抑制燃料电池输出量的降低。
本发明第三方面涉及燃料电池隔片的制造方法。该制造方法包括：制备导电性基材的步骤(a)，和通过等离子体CVD在基材上形成碳膜的步骤(b)。步骤(b)可包括形成碳膜的第一层作为最接近基材的层的步骤(b1)，和形成碳膜的第二层作为最远离基材的层的步骤(b2)。在步骤(b1)中形成第一层时的原料气体流速可以为在步骤(b2)中形成第二层时的原料气体流速的1/2-1/50。用这种构型，可改进基材与碳膜的第一层之间的附着力并改进燃料电池隔片的生产效率。
本发明可在不同于以上方面的各个方面中实现。例如，本发明可以在燃料电池的制造方法中，在包含燃料电池的车辆以及类似方面中实现。
附图简述
下面参考附图描述本发明示例实施方案的特征、优点以及技术和工业重要性，其中类似的数字表示类似的元件，且其中：
图1为描述根据本发明一个实施方案的燃料电池的示意性结构的解释性视图；
图2为阐述一段隔片的一部分的放大解释性视图；
图3为根据本发明一个实施方案的隔片的制造方法的工艺图；
图4为以图形式阐述包含在碳膜的第二层中的碳颗粒的直径与耐久性试验以后电阻值的提高量之间的关系的解释性视图；
图5为以表格形式阐述各试样的实验结果的解释性视图；
图6为阐述试样3的碳膜表面的SEM照片的解释性视图；
图7为阐述试样9的碳膜表面的SEM照片的解释性视图；
图8为阐述试样12的碳膜表面的SEM照片的解释性视图；
图9为阐述试样8的碳膜表面的SEM照片的解释性视图；
图10为阐述试样11的碳膜表面的SEM照片的解释性视图；和
图11为阐述试样12的碳膜表面的SEM照片的解释性视图。
实施方案详述
下面基于实施方案以以下顺序描述进行本发明的模式。
A.实施方案：
B.实施例：
C.改进方案：
A.实施方案：
图1为描述根据本发明一个实施方案的燃料电池10的示意性结构的解释性视图。燃料电池10为聚合物电解质燃料电池，且具有多个单电池14层压的堆栈结构。单电池14为在燃料电池10中产生电并通过氢气与空气中所含氧气之间的电化学反应而产生功率的单位模块。单电池14各自包含发电体20、将发电体20夹在其间的一对隔片100(阳极侧隔片100an和阴极侧隔片100ca)。
发电体20包含：其中催化剂电极层22(阳极22an和阴极22ca)在电解质膜21的两个表面上形成的膜电极组件(也称为MEA)23；和置于膜电极组件23两侧上的一对气体扩散层24(阳极侧扩散层24an和阴极侧扩散层24ca)。
电解质膜21为由氟基磺酸聚合物作为固体聚合物材料制成的聚合物电解质膜，并且在湿条件下具有良好的质子传导性。在本实施方案中，Nafion膜(NRE212，Nafion为注册商标)用作电解质膜21。然而，电解质膜21不限于Nafion(注册商标)，可例如使用其它氟基磺酸膜，例如Aciplex(注册商标)或Flemion(注册商标)。另外，作为电解质膜21，可使用氟基磷酸膜、氟基羧酸膜、氟基烃接枝膜、烃基接枝膜、芳族膜等。此外，可使用包含增强材料如PTFE或聚酰胺使得其机械特性增强的复合聚合物膜。
催化剂电极层22(阳极22an和阴极22ca)置于电解质膜21的两侧上，使得当使用燃料电池时，它们中的一个充当阳极，且它们中的另一个充当阴极。催化剂电极层22包含带有促进电化学反应的催化金属(在本实施方案中，铂)的碳颗粒(催化剂载体)和质子传导性聚合物电解质(在本实施方案中，氟基树脂)。碳材料，例如炭黑、碳纳米管或碳纳米纤维或者由碳化硅表示的碳化合物可代替碳颗粒用作导电催化剂载体。另外，铂合金、钯、铑、金、银、锇、铱等可代替铂用作催化金属。
气体扩散层24(阳极侧扩散层24an和阴极侧扩散层24ca)为用于使用于电极反应的反应物气体(阳极气体和阴极气体)沿着电解质膜21的表面方向扩散的层。在本实施方案中，碳纸用作气体扩散层24。应当指出，作为气体扩散层24，可例如使用碳多孔材料，例如碳布，或者金属多孔材料，例如金属网或泡沫金属代替碳纸。
隔片100(阳极侧隔片100an和阴极侧隔片100ca)由具有气体屏障性能和电子传导性的元素制成。在本实施方案中，隔片100由钛制成。然而，隔片100可由例如其它金属组分代替钛制成。稍后详细描述隔片100。
在隔片100的表面上形成构成通道的不均匀形状，气体和液体在那里流动。更具体而言，阳极侧隔片100an包含在阳极侧隔片100an与阳极侧扩散层24an之间的气体和液体可在其中流动的阳极气体通道AGC。阴极侧隔片100ca包含在阴极侧隔片100ca与阴极侧扩散层24ca之间的气体和液体可在其中流动的阴极气体通道CGC。
图2为阐述一段隔片100的一部分的放大解释性视图。隔片100包含金属基材110、在金属基材110上形成的中间层112和在中间层112上形成的碳膜120。应当指出，碳膜120在与气体扩散层24接触的中间层112的表面上形成。
金属基材110由导电金属组分制成，在本实施方案中，隔片100由钛制成。然而，金属基材110可由其它金属如不锈钢制成。
碳膜120在中间层112上形成，并改进隔片100的导电性和耐腐蚀性。碳膜120通过等离子体CVD将碳颗粒沉积而形成。碳膜120包括在金属基材110的表面上形成的第一层121和在第一层121的表面上形成的第二层122。如稍后描述的，包含在第一层121中的碳颗粒的直径与包含在第二层中的碳颗粒的直径不同。
中间层112包含金属基材110和碳膜120二者的组分。在本实施方案中，中间层112由碳化钛(TiC)制成。中间层112具有关于金属基材110的良好附着力，还具有关于碳膜120的良好附着力。鉴于这一点，根据本实施方案，可通过中间层112改进金属基材110与碳膜120之间的附着力。然而，碳膜120可直接在金属基材110上形成而不形成中间层112。
在本实施方案中，包含在第一层121中的碳颗粒的直径小于包含在第二层122中的碳颗粒的直径，且包含在第一层121中的碳颗粒的直径为19nm或更小。鉴于这一点，根据本实施方案，包含在第一层121中的碳颗粒容易进入金属基材110(当形成中间层112时，中间层112)表面上的微小不均匀间隙中。这使得可改进碳膜120的第一层121与金属基材110(当形成中间层112时，中间层112)之间的附着力。
另外，在本实施方案中，包含在第二层122中的碳颗粒的直径为40nm或更小。鉴于这一点，根据本实施方案，与其中形成碳膜120使得其整体碳颗粒的直径为19nm或更小的情况相比，可改进沉积速率并改进隔片100的生产效率。另外，根据本实施方案，由于包含在第二层122中的碳颗粒之间的间隙是小的，可抑制水，包括通过燃料电池的发电而产生的腐蚀性物质(侵蚀金属基材110和中间层112的物质)通过第二层122并渗透到金属基材110和中间层112中。因此，可抑制金属基材110和中间层112由于水，包括腐蚀性物质而被侵蚀，由此使得可抑制燃料电池输出量的降低。
应当指出，在本说明书中，“颗粒的直径”表示平均粒径，平均粒径通过对通过FE-SEM(场发射扫描电子显微镜)得到的图像进行图像分析而计算。
图3为根据本发明一个实施方案的隔片100的制造方法的工艺图。在步骤S100中，制备金属基材110。在本实施方案中，制备钛金属基材110。
在步骤S102中，在金属基材110上形成中间层112。在本实施方案中，在钛金属基材110上形成碳化钛层作为中间层112。
在步骤S104中，在中间层112形成碳膜120的第一层121。在本实施方案中，碳膜120的第一层121通过等离子体CVD使用烃基气体形成。在等离子体CVD时，调整气体的流速使得包含在碳膜120的第一层121中的碳颗粒的直径变成19nm或更小。
在步骤S106中，在碳膜120的第一层121上形成碳膜120的第二层122。在本实施方案中，碳膜120的第二层122通过等离子体CVD使用烃基气体形成。在等离子体CVD时，调整气体的流速使得包含在碳膜120的第二层122中的碳颗粒的直径变成40nm或更小。
在本实施方案中，将在步骤S104中形成第一层121时的原料气体流速设置为在步骤S106中形成第二层122时的原料气体流速的1/2-1/50。如在本实施方案中，当将在形成第一层121时的原料气体流速设置为在形成第二层122时的原料气体流速的1/2或更小时，可改进第一层121关于金属基材110(和中间层112)的附着力。当将在形成第一层121时的原料气体流速设置为在形成第二层122时的原料气体流速的1/50或更大时，可缩短形成第一层121所需的时间。因此，当原料气体的流速如上所述设置时，可改进隔片100的生产效率。
B.实施例：
在该实施例中，形成多个燃料电池隔片试样，并测量各试样的电阻值。然后使用燃料电池隔片试样形成燃料电池，并对其进行耐久性试验，其中进行发电预定的时间。在耐久性试验以后，测量各燃料电池隔片试样的电阻值，以测量耐久性试验以后电阻值的提高量。
图4为以图形式阐述包含在碳膜120的第二层122中的碳颗粒的直径与耐久性试验以后电阻值的提高量之间的关系的解释性视图。应当指出，该实施例中所用各试样中第一层121的碳颗粒的直径为19nm或更小。
根据图4，可以理解当包含在第二层122中的碳颗粒的直径变得较小时，耐久性试验以后电阻值的提高量降低。另外，可以理解如果包含在第二层122中的碳颗粒的直径为40nm或更小，则电阻值几乎不提高，且耐久性试验以后电阻值的提高量为5[mΩ·m2]或更小。原因如下：如上所述，如果包含在第二层122中的碳颗粒的直径为40nm或更小，则颗粒之间的间隙为小的，由此使得可抑制水，包括由燃料电池发电产生的腐蚀性物质通过第二层122并渗透到金属基材110和中间层112中。因此，可抑制金属基材110和中间层112由于水，包括腐蚀性物质而被侵蚀。鉴于这一点，优选包含在第二层122中的碳颗粒的直径为40nm或更小。
图5为以表格形式阐述各试样的实验结果的解释性视图。图6-11为各自阐述各试样的碳膜120表面的SEM照片的解释性视图。图与试样之间的对应如下。
图6：试样3的第一层121的表面
图7：试样9的第一层121的表面
图8：试样12的第一层121的表面
图9：试样8的第二层122的表面
图10：试样11的第二层122的表面
图11：试样12的第二层122的表面
在关于图5的评估中，在耐久性试验以后试样的电阻值的提高量大于5[mΩ·m2(mΩ为毫欧)]的情况下，确定它的耐久性是低的，且试样评估为“B”，在耐久性试验以后试样的电阻值的提高量不大于5[mΩ·m2]的情况下，确定它的耐久性是高的，且试样评估为“A”。
根据试样1和试样2，可以理解在碳膜120不是以两个层形成的情况下，即在不形成具有小粒径的第一层121的情况下，电阻值的提高量是大的而不管是否提供中间层112，且耐久性是低的。
根据试样3至试样5，可以理解当第一层121的碳颗粒的直径为19nm或更小且第二层122的碳颗粒的直径为40nm或更小时，耐久性是高的。
根据试样6至试样8，可以理解甚至在第一层121的碳颗粒的直径为5nm或更小的情况下，当第二层122的碳颗粒的直径大于40nm时，耐久性是低的。
根据试样9至试样13，可以理解当第一层121的碳颗粒的直径为10nm或更小且第二层122的碳颗粒的直径为30nm或更小时，电阻值的提高量为2[mΩ·m2]或更小，因此，耐久性是非常高的。
应当指出，根据试样4至试样13，可以理解当形成第一层121时的原料气体流速为形成第二层122时的原料气体流速的1/2-1/10时，第一层121的碳颗粒的直径变成19nm或更小。
因此，第一层121的碳颗粒的直径优选为19nm或更小，进一步优选10nm或更小，特别优选5nm或更小。另外，第二层122的碳颗粒的直径优选为40nm或更小，进一步优选30nm或更小。
在形成其中碳颗粒的直径为19nm或更小的第一层时的原料气体流速为1sccm至2000sccm每1m2加工元件如以上实施方案的金属基材110。在形成其中碳颗粒的直径为40nm或更小的第二层时的原料气体流速等于或小于50000sccm每1m2加工元件如以上实施方案的第一层121，并且大于形成第一层时的原料气体流速。例如，在试样11中，形成第一层121时的原料气体流速为500sccm每1m2金属基材110。形成第二层122时的原料气体流速为5000sccm每1m2第一层121。
C.改进方案：
应当指出，本发明不限于以上实施方案和以上实施例，并且在不偏离本发明要点的范围内可以以各种形式进行。例如，可使用以下改进方案。
-改进方案1：
在以上实施方案中，碳膜120可由3个或更多层构成。在这种情况下，优选在构成碳膜120的3个或更多层中，包含在最接近金属基材110形成的层中的碳颗粒的直径小于包含在碳膜120的其它层中的碳颗粒的直径。
另外，在构成碳膜120的3个或更多层中，包含在最远离金属基材110形成的层中的碳颗粒的直径优选为40nm或更小，且包含在最接近金属基材110形成的层中的碳颗粒的直径优选为19nm或更小。
-改进方案2：
在以上实施方案中，在金属基材110由钛制成的情况下，中间层112可例如由TiC2制成。另外，在金属基材110由不锈钢(SUS)制成的情况下，中间层112可例如由Fe3C、Cr23C6等制成。
本发明不限于以上实施方案、实施例和改进方案，并且在不偏离本发明要点的范围内可以以各种构型实现。例如，对应于发明概述中所述各方面的技术特征的实施方案、实施例和改进方案的那些技术特征可适当地替换或组合，以解决一些或所有上述问题或者以实现一些或所有以上效果。另外，如果技术特征在本说明书中未作为必要的描述，则可适当地删除该技术特征。

Claims (5)

1.燃料电池隔片，其包含：
导电性基材；和
在基材上形成的碳膜，其中：
碳膜包括最接近基材形成的第一层和最远离基材形成的第二层；
包含在第一层中的碳颗粒的平均直径为19nm或更小，并且小于包含在不同于第一层的碳膜层中的碳颗粒的平均直径；且
包含在第二层中的碳颗粒的平均直径为17nm或更大且40nm或更小。
2.根据权利要求1的燃料电池隔片，其进一步包含：
含有基材和碳膜二者组分的中间层，所述中间层提供于基材与碳膜之间。
3.燃料电池，其包含：
阳极；
阴极；
夹在阳极与阴极之间的电解质膜；和
根据权利要求1或2的燃料电池隔片。
4.制造根据权利要求1或2的燃料电池隔片的方法，其包括：
制备导电性基材的步骤；和
通过等离子体CVD在基材上形成碳膜的步骤(b)，其中：
步骤(b)包括：
形成碳膜的第一层作为最接近基材的层的步骤(b1)，和
形成碳膜的第二层作为最远离基材的层的步骤(b2)；且
在步骤(b1)中形成第一层时的原料气体流速为在步骤(b2)中形成第二层时的原料气体流速的1/2-1/50。
5.根据权利要求4的方法，其中：
在步骤(b1)中形成第一层时的原料气体流速为形成包含在第一层中的碳颗粒以具有19nm或更小的平均直径时的流速；且
在步骤(b2)中形成第二层时的原料气体流速为形成包含在第二层中的碳颗粒以具有17nm或更大且40nm或更小的平均直径时的流速。
CN201480051872.9A 2013-09-24 2014-09-18 燃料电池隔片、燃料电池、和燃料电池隔片的制造方法 Active CN105556720B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013197127A JP5890367B2 (ja) 2013-09-24 2013-09-24 燃料電池用セパレータ、燃料電池、及び、燃料電池用セパレータの製造方法
JP2013-197127 2013-09-24
PCT/IB2014/001863 WO2015044734A1 (en) 2013-09-24 2014-09-18 Fuel cell separator, fuel cell, and manufacturing method of fuel cell separator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105556720A CN105556720A (zh) 2016-05-04
CN105556720B true CN105556720B (zh) 2018-06-29

Family

ID=51844766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480051872.9A Active CN105556720B (zh) 2013-09-24 2014-09-18 燃料电池隔片、燃料电池、和燃料电池隔片的制造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20160233523A1 (zh)
JP (1) JP5890367B2 (zh)
CN (1) CN105556720B (zh)
DE (1) DE112014004364B4 (zh)
WO (1) WO2015044734A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6014807B2 (ja) 2014-11-20 2016-10-26 株式会社プラズマイオンアシスト 燃料電池用セパレータ又は燃料電池用集電部材、及びその製造方法
US10003089B2 (en) 2015-02-11 2018-06-19 Ford Global Technologies, Llc Multilayer coating for corrosion resistant metal bipolar plate for a PEMFC
US10135077B2 (en) * 2015-02-12 2018-11-20 Ford Global Technologies, Llc Corrosion resistant metal bipolar plate for a PEMFC including a radical scavenger
CN105428676B (zh) * 2015-08-07 2017-10-31 杭州电子科技大学 用于原位拉曼光谱测试的质子交换膜燃料电池阴极结构及测试方法
US10276878B2 (en) * 2016-07-08 2019-04-30 GM Global Technology Operations LLC Coated aluminum bipolar plate for fuel cell applications

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7628974B2 (en) * 2003-10-22 2009-12-08 International Business Machines Corporation Control of carbon nanotube diameter using CVD or PECVD growth
JP4607474B2 (ja) * 2004-02-12 2011-01-05 東京エレクトロン株式会社 成膜装置
US8227117B2 (en) * 2004-03-15 2012-07-24 Cabot Corporation Modified carbon products, their use in electrocatalysts and electrode layers and similar devices and methods relating to the same
JP2007207718A (ja) * 2006-02-06 2007-08-16 Tokai Univ 燃料電池用セパレータおよびその製造方法
JP5217243B2 (ja) 2006-05-22 2013-06-19 株式会社豊田中央研究所 非晶質炭素膜、非晶質炭素膜の形成方法、非晶質炭素膜を備えた導電性部材および燃料電池用セパレータ
JP4702304B2 (ja) * 2007-02-22 2011-06-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池
JP2010027262A (ja) 2008-07-16 2010-02-04 Toyota Motor Corp 燃料電池用セパレータ及び燃料電池
TW201035359A (en) * 2009-03-20 2010-10-01 Univ Feng Chia Metal material coated with carbon film
WO2010128676A1 (ja) * 2009-05-08 2010-11-11 日本軽金属株式会社 燃料電池用セパレータ及びその製造方法
JP2010272490A (ja) * 2009-05-25 2010-12-02 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池構成部品用表面処理部材ならびにその製造方法
ES2655073T3 (es) * 2009-06-09 2018-02-16 Ramesh Sivarajan Revestimientos basados en soluciones de materiales de carbono nanoestructurados (NCM) sobre placas bipolares en celdas de combustible
US9130201B2 (en) * 2009-07-20 2015-09-08 GM Global Technology Operations LLC Conductive and hydrophilic surface modification of fuel cell bipolar plate
JP2011134653A (ja) * 2009-12-25 2011-07-07 Toyota Motor Corp 燃料電池用セパレータ、燃料電池用ガス流路層とこれらの製造方法
JP5507495B2 (ja) * 2010-07-20 2014-05-28 株式会社神戸製鋼所 チタン製燃料電池セパレータの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015064968A (ja) 2015-04-09
JP5890367B2 (ja) 2016-03-22
CN105556720A (zh) 2016-05-04
WO2015044734A1 (en) 2015-04-02
US20160233523A1 (en) 2016-08-11
DE112014004364T5 (de) 2016-06-16
DE112014004364B4 (de) 2023-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105556720B (zh) 燃料电池隔片、燃料电池、和燃料电池隔片的制造方法
JP5069927B2 (ja) 燃料電池用膜電極接合体およびその製造方法
US7601454B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
Jung et al. Investigation of porous carbon and carbon nanotube layer for proton exchange membrane fuel cells
Lin et al. Optimizing the structural design of cathode catalyst layer for PEM fuel cells for improving mass-specific power density
US20060257717A1 (en) Gas diffusion electrode and method for making same
EP2882017A1 (en) Fuel cell electrode, as well as method for manufacturing fuel cell electrode, membrane electrode assembly, and fuel cell
US10249898B2 (en) Membrane electrode assembly and electrochemical cell
US20150024301A1 (en) Electrolyte film - electrode assembly
Cho et al. Effect of an electrospray-generated ionomer morphology on polymer electrolyte fuel cell performance
CN106104884A (zh) 用于燃料电池的催化剂层及其制备方法
JP2012133917A5 (zh)
CN110024193A (zh) 气体扩散电极及其制造方法
US20110236791A1 (en) Anode catalyst layer for polymer electrolyte fuel cell
US20090117450A1 (en) Method for evaluating performance of electrode catalyst for cell, search method, electrode catalyst for cell and fuel cell using same
JP6382277B2 (ja) 耐食触媒を形成するための方法、及びインク組成物
US20110318668A1 (en) Membrane-electrode assembly for fuel cell, fuel cell and manufacturing the method thereof
JP2013127865A (ja) 燃料電池用電極触媒、電極触媒に用いられるアイオノマーの製造方法、膜電極接合体の製造方法、膜電極接合体、および燃料電池
Watanabe et al. Development and Analysis of an Innovative Flat-Metal Separator Integrating the GDL with Gas-Flow Channels as PEFC Components
CN104854744A (zh) 用于燃料电池的铂单层
JP2011243315A (ja) 燃料電池の診断方法
JP2008300133A (ja) 燃料電池の製造方法
JP2019128976A (ja) 燃料電池のエージング方法
JP2008198437A (ja) 燃料電池用膜−電極接合体およびその製造方法ならびにそれを用いた燃料電池
KR102686557B1 (ko) 연료전지 촉매층 성능평가용 셀 및 이를 이용한 연료전지 촉매층 성능평가 방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant