CN109390606A - 用于燃料电池的分离器、燃料电池及其分离器的制造方法 - Google Patents

用于燃料电池的分离器、燃料电池及其分离器的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于燃料电池的分离器、燃料电池及其分离器的制造方法。用于燃料电池的分离器包括：金属板；形成在金属板的第一表面侧上的第一导电树脂层；形成在金属板的与第一表面侧相反的第二表面侧上的第二导电树脂层；和限定流动通道的波形部分，其中金属板及第一和第二导电树脂层在截面中具有波形，其中波形部分包括：向第一表面侧突出的第一凸部；第二凸部，与第一凸部相比，其向第二表面侧突出；侧部，其位于第一和第二凸部之间；第一导电树脂层的与金属板相反的第一外表面；和第二导电树脂层的与金属板相反的第二外表面，与第一外表面相比，金属板的第一凸部更靠近第二外表面，且与第二外表面相比，金属板的第二凸部更靠近第一外表面。

Description

用于燃料电池的分离器、燃料电池及其分离器的制造方法
技术领域
本发明涉及用于燃料电池的分离器、燃料电池以及用于燃料电池的分离器的制造方法。
背景技术
已知一种燃料电池，该燃料电池包括夹有膜电极气体扩散层组件的一对分离器。这样的分离器被形成有在截面中具有波形的流动通道。反应气体在膜电极气体扩散层组件侧上沿着流动通道流动。冷却剂在与流动通道相反的一侧上流动。膜电极气体扩散层组件被分离器的流动通道夹持。另外，已知一种分离器，其包括金属板和设置在金属板的相应的表面上的导电树脂层。至于流动通道，金属板和导电树脂层被形成为在截面中具有波形(例如，参见日本未审专利申请公报No.2003-297383)。
至于流动通道，金属板也具有波形。因而，流动通道的深度在加工时可能部分地增大金属板的膨胀量并且可能减小其厚度，这可能减小其刚度。另外，如果流动通道的深度被形成为是浅的以便抑制金属板的刚度的这种减小，则沿着流动通道流动的反应气体和冷却剂的压力损失可能增大。此外，如果在确保其深度的同时增大流动通道的宽度以便抑制如上所述的金属板的刚度的减小，则膜电极气体扩散层组件可能不被以适当间隔夹持。这可能减少施加足够的夹持力的膜电极组件的区域，使得膜电极组件可能在施加小的加持力的区域中重复隆起和膨胀，并且其强度可能减小。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供用于燃料电池的分离器、具有分离器的燃料电池以及用于燃料电池的分离器的制造方法，其中在不影响流动通道的宽度和深度的情况下，抑制金属板的刚度的减小。
通过用于燃料电池的分离器来实现以上目的，该分离器包括：金属板；第一导电树脂层，所述第一导电树脂层形成在所述金属板的第一表面侧上；第二导电树脂层，所述第二导电树脂层形成在所述金属板的与所述第一表面侧相反的第二表面侧上；和限定流动通道的波形部分，在所述波形部分中，所述金属板以及所述第一导电树脂层和实施第二导电树脂层在截面中具有波形，其中，所述波形部分包括：第一凸部，所述第一凸部向所述第一表面侧突出；第二凸部，与所述第一凸部相比，所述第二凸部向所述第二表面侧突出；侧部，所述侧部位于所述第一凸部和所述第二凸部之间；所述第一导电树脂层的与所述金属板相反的第一外表面；和所述第二导电树脂层的与所述金属板相反的第二外表面，与所述第一外表面相比，所述金属板的所述第一凸部更靠近所述第二外表面，并且相与所述第二外表面相比，所述金属板的所述第二凸部更靠近所述第一外表面。
与第一外表面相比，第一凸部中的金属板更靠近第二外表面，并且，与第二外表面相比，第二凸部中的金属板更靠近第一外表面。这抑制了在第一凸部和第二凸部之间的侧部的膨胀量，这在不影响流动通道的宽度和深度的情况下抑制了金属板的刚度的减小。
金属板的第一凸部可以以金属板的厚度或更多地离开第一外表面，并且，金属板的第二凸部可以以金属板的厚度或更多地离开第二外表面。
波形部分可以包括：第一弯曲部，所述第一弯曲部在所述侧部和所述第一凸部之间弯曲；和第二弯曲部，所述第二弯曲部在所述侧部和所述第二凸部之间弯曲，在所述第一弯曲部中，所述金属板的曲率可以小于所述第一外表面的曲率，并且在所述第二弯曲部中，所述金属板的曲率可以小于所述第二外表面的曲率。
在所述第一凸部中的所述第一外表面的形状可以是平坦的，并且在所述第二凸部中的所述第二外表面的形状可以是平坦的。
在所述第一凸部中的所述第二导电树脂层的平均厚度可以等于或小于在所述第一凸部中的所述第一导电树脂层的平均厚度与在所述第一凸部中的所述第二导电树脂层的平均厚度的总值的40％，并且在所述第二凸部中的所述第一导电树脂层的平均厚度可以等于或小于在所述第二凸部中的所述第一导电树脂层的平均厚度与在所述第二凸部中的所述第二导电树脂层的平均厚度的总值的40％。
所述金属板的厚度对所述金属板与所述第一导电树脂层和所述第二导电树脂层的总厚度的比可以等于或小于50％。
在厚度方向上从所述第二凸部中的所述金属板到所述第一凸部中的所述金属板的距离对从所述第二凸部中的所述第一外表面到所述第一凸部中的所述第一外表面的距离的比可以等于或小于95％。
还通过一种燃料电池来实现以上目的，该燃料电池包括：第一分离器和第二分离器；和膜电极气体扩散层组件，所述膜电极气体扩散层组件位于所述第一分离器和所述第二分离器之间，其中，所述第一分离器和所述第二分离器中的至少一个分离器是上述的用于燃料电池的分离器。
还通过一种用于燃料电池的分离器的制造方法来实现以上目的，所述方法包括：制备金属板、第一导电树脂层和第二导电树脂层；通过挤压所述金属板以及所述第一导电树脂层和所述第二导电树脂层来形成上述的用于燃料电池的分离器的波形部分。
发明的效果
根据本发明，能够提供用于燃料电池的分离器、具有分离器的燃料电池以及用于燃料电池的分离器的制造方法，其中在不影响流动通道的宽度和深度的情况下，抑制金属板的刚度的减小。
附图说明
图1是燃料电池的单体电池的分解透视图；
图2是单体电池被堆叠的燃料电池的局部截面视图；
图3是分离器的局部放大视图；
图4是图示分离器的制造方法的流程图；
图5A和图5B是分离器的制造方法的解释图；
图6A和图6B是分离器的制造方法的解释图；
图7是图示分离器的制造方法的变型的流程图；并且
图8A和图8B是分离器的制造方法的变型的解释图。
具体实施方式
图1是燃料电池1的单体电池2的分解透视图。通过堆叠单体电池2来构造燃料电池1。图1图示了仅一个单体电池2并且省略其它单体电池。单体电池2在图1中所示的Z方向上与其它单体电池堆叠。单体电池2具有大体上矩形形状。单体电池2的纵向方向和短方向分别对应于图1中所示的Y方向和X方向。
燃料电池1是聚合物电解质燃料电池，其利用燃料气体(例如，氢)和氧化剂气体(例如，氧)作为反应气体来发电。单体电池2包括：膜电极气体扩散层组件10(下文称为MEGA(膜电极气体扩散层组件))；支撑框架18，其支撑MEGA 10；夹持MEGA 10的阴极分离器20和阳极分离器40(下文称为分离器)。MEGA 10具有阴极气体扩散层16c和阳极气体扩散层16a(下文称为扩散层)。支撑框架18具有大体框架形状，并且其内周侧被结合到MEGA 10的周围区域。
孔c1至c3沿着分离器20的两个短边中的一边形成，并且孔c4至c6沿着另一边形成。类似地，孔s1至s3沿着支撑框架18的两个短边中的一边形成，并且孔s4至s6沿着另一边形成。类似地，孔a1至a3沿着分离器40的两个短边中的一边形成，并且孔a4至a6沿着另一边形成。孔c1、s1和a1彼此连通以限定阴极入口歧管。类似地，孔c2、s2和a2限定冷却剂入口歧管。孔c3、s3和a3限定阳极出口歧管。孔c4、s4和a4限定阳极入口歧管。孔c5、s5和a5限定冷却剂出口歧管。孔c6、s6和a6限定阴极出口歧管。在根据本实施例的燃料电池1中，液体冷却水被用作冷却剂。
分离器40的面对MEGA 10的表面形成有阳极流动通道40A(下文称为流动通道)，阳极流动通道40A将阳极入口歧管与阳极出口歧管连通，并且燃料气体沿着阳极流动通道40A流动。分离器20的面对MEGA 10的表面形成有阴极流动通道20A(下文称为流动通道)，阴极流动通道20A将阴极入口歧管与阴极出口歧管连通，并且氧化剂气体沿着阴极流动通道20A流动。分离器40的与流动通道40A相反的表面和分离器20的与流动通道20A相反的表面分别形成有冷却剂流动通道20B和40B(下文称为流动通道)，冷却剂流动通道20B和40B将冷却剂入口歧管与冷却剂出口歧管连通，并且冷却剂沿着冷却剂流动通道20B和40B流动。流动通道20A和20B在分离器20的纵向方向(Y方向)上延伸。同样，流动通道40A和40B在分离器40的纵向方向(Y方向)上延伸。
图2是单体电池2被堆叠的燃料电池1的局部截面视图。图2图示了仅一个单体电池2，并且省略其它单体电池。图2示出与Y方向正交的截面。
MEGA 10包括扩散层16a和16c以及膜电极组件(下文称为MEA(膜电极组件))11。MEA 11包括电解质膜12以及分别形成在电解质膜12的一个表面和另一表面上的阳极催化剂层14a和阴极催化剂层14c(下文称为催化剂层)。电解质膜12是固体聚合物薄膜，诸如氟基离子交换膜，其在湿态中具有高的质子传导性。通过将包含携带铂(Pt)等的碳载体的催化剂墨和具有质子传导性的离聚物涂覆在电解质膜12上来制成催化剂层14a和14c。扩散层16a和16c由具有气体渗透性和传导性的材料制成，例如，多孔纤维基材料，诸如碳纤维或石墨纤维。扩散层16a和16c分别被结合到催化剂层14a和14c。
分离器20包括：金属板20c；形成在金属板20c的扩散层16c侧上的导电树脂层20a(下文简称为树脂层)；和形成在金属板20c的与扩散层16c相反的一侧上的导电树脂层20b(下文简称为树脂层)。金属板20c的材料不被特别限制，而是能够是不锈钢、钛、铝、铁、铜等。树脂层20a和20b通过将导电颗粒分散在树脂粘结剂中来制成。导电颗粒能够从例如碳、具有导电性的金属颗粒诸如不锈钢、钛和金以及它们的组合适当选择。树脂粘结剂能够从热固性树脂诸如环氧树脂和苯酚、热塑性树脂诸如聚丙烯、聚乙烯、酸乙二酯以及它们的组合适当选择。树脂层20a和20b中的至少一个能够进一步包含促硬剂或者脱模剂诸如氟。金属板20c被覆盖有这样的树脂层20a和20b。这确保了分离器20的整体传导性并且抑制金属板20c的耐蚀性的降低。并且，金属板20c的使用确保了分离器20的整体刚度。树脂层20a是形成在金属板20c的第一表面侧上的第一导电树脂层的示例。树脂层20b是形成在金属板20c的与第一表面相反的第二表面侧上的第二导电树脂层的示例。
同样，分离器40包括：金属板40c；形成在金属板40c的扩散层16a侧上的导电树脂层40a(下文简称为树脂层)；和形成在金属板40c的与扩散层16a相反的一侧上的导电树脂层40b(下文简称为树脂层)。树脂层40a和40b也是分别形成在金属板40c的第一和第二表面侧上的第一和第二导电树脂层的示例。下面将详细描述分离器20。分离器40的详细描述将被省略，因为分离器40大体上与分离器20相同。
当在Y方向上观看时，流动通道20A、20B、40A和40B在截面中具有波形。并且，树脂层20a、20b、40a和40b以及金属板20c和40c也在截面中具有波形。流动通道20A和20B由在X方向上(即，在流动通道20A和20B沿其布置的方向上)连续重复的凸部21、侧部23、凸部25、侧部27和凸部21…限定。凸部21向扩散层16c突出以便接触扩散层16c。凸部25不接触扩散层16c并且向与扩散层16c相反的一侧突出。侧部23在凸部21和在+X方向上从凸部21离开的凸部25之间连续并且倾斜。侧部27在凸部25和在+X方向上从凸部25离开的凸部21之间连续并且倾斜。
由侧部23、凸部25和侧部27包围的空间被限定为分离器20的在扩散层16c侧上的流动通道20A。此外，凸部25接触与图2中所示的单体电池2的上侧相邻的未示出的另一单体电池的阳极分离器。在该未示出的阳极分离器侧上，由凸部21以及侧部23和27包围的空间被限定为分离器20的流动通道20B。以此方式，流动通道20A和20B分别被一体地形成在分离器20的一侧和另一侧上。流动通道20A和20B是通过挤压金属板20c和树脂层20a和20b形成的流动通道的示例。
同样，流动通道40A和40B由在X方向上连续重复的凸部41、侧部43、凸部45、侧部47和凸部41…限定。凸部41向扩散层16a突出以便接触扩散层16a。凸部45不接触扩散层16a并且向与扩散层16a相反的一侧突出。侧部43在凸部41和在+X方向上从凸部41离开的凸部45之间连续并且倾斜。侧部47在凸部45和在+X方向上从凸部45离开的凸部41之间连续并且倾斜。
由侧部43、凸部45和侧部47包围的空间被限定为在扩散层16a侧上的分离器40的流动通道40A。此外，凸部45接触与图2中所示的单体电池2的下侧相邻的未示出的另一单体电池的阴极分离器。在该未示出的阴极分离器侧上，由凸部41以及侧部43和47包围的空间被限定为分离器40的流动通道40B。以此方式，流动通道40A和40B分别被一体地形成在分离器40的一侧和另一侧上。流动通道40A和40B是通过挤压金属板40c和树脂层40a和40b形成的流动通道的示例。
图3是分离器20的局部放大视图。金属板20c具有表面20c1和与其相反的表面20c2。表面20c1和20c2分别涂覆有树脂层20a和20b。表面20c1和表面20c2分别是第一表面和第二表面的示例。凸部21和凸部25分别是向金属板20c的表面20c1侧和表面20c2侧突出的第一凸部和第二凸部的示例。另外，分离器20具有在图2中没有附图标记的弯曲部22、24、26和28。弯曲部22在凸部21和侧部23之间弯曲。同样，弯曲部24在侧部23和凸部25之间弯曲。弯曲部26在凸部25和侧部27之间弯曲。弯曲部28在侧部27和凸部21之间弯曲。弯曲部22是在侧部23和凸部21之间弯曲的第一弯曲部的示例。弯曲部28是在侧部27和凸部21之间弯曲的第一弯曲部的示例。弯曲部24是在侧部23和凸部25之间弯曲的第二弯曲部的示例。弯曲部26是在侧部27和凸部25之间弯曲的第二弯曲部的示例。分离器20的整体厚度在每个位置处大体上一致。凸部21和25在X方向上大体上彼此平行并且每个均具有大体上线性形状。侧部23在+X方向上从凸部21在+X方向和+Z方向之间倾斜，并且具有大体上线性形状。侧部27在+X方向上从凸部25在+X方向和-Z方向之间倾斜并且具有大体上线性形状。
这里，树脂层20a和20b的在凸部21处、在弯曲部22处、在侧部23处、在弯曲部24处、在凸部25处、在弯曲部26处、在侧部27处以及在弯曲部28处的外表面分别被限定为凸表面21a和凹表面21b、弯曲表面22a和22b、侧表面23a和23b、弯曲表面24a和24b、凹表面25a和凸表面25b、弯曲表面26a和26b、侧表面27a和27b以及弯曲表面28a和28b。凸表面21a、弯曲表面22a、侧表面23a、弯曲表面24a、凹表面25a、弯曲表面26a、侧表面27a和弯曲表面28a是树脂层20a的与金属板20c相反的第一外表面的示例。凹表面21b、弯曲表面22b、侧表面23b、弯曲表面24b、凸表面25b、弯曲表面26b、侧表面27b和弯曲表面28b是树脂层20b的与金属板20c相反的第二外表面的示例。金属板20c的在凸部21处、在弯曲部22处、在侧部23处、在弯曲部24处、在凸部25处、在弯曲部26处、在侧部27处以及在弯曲部28处的区域分别被限定为凸区域21c、弯曲区域22c、侧区域23c、弯曲区域24c、凸区域25c、弯曲区域26c、侧区域27c和弯曲区域28c。
凸表面21a和25b以及凹表面21b和25a在X方向上大体上彼此平行。侧表面23a和23b大体上彼此平行。凸表面21a和25b分别被定位成靠近金属板20c的表面20c1和20c2侧。此外，凹表面21b被定位成与凹表面25a相比更靠近金属板20c的表面20c1侧，这确保了稍后描述的流动通道20A和20B的每个深度。侧表面27a和27b大体上彼此平行。侧表面23a和23b与侧表面27a和27b大体上关于与穿过凸部25的X轴线垂直的平面对称。凸表面21a和25b以及凹表面21b和25b是平坦的。然而，定位在凸表面21a和凹表面21b之间的凸区域21c被弯曲以便在-Z方向上(换言之，朝向表面20c1)稍微突出。另一方面，位于凹表面25a和凸表面25b之间的凸区域25c被弯曲以在+Z方向上(换言之，朝向表面20c2)稍微突出。
侧表面23a、23b、27a和27b也是平坦的，但不限于此。分离器20的在凸表面21a和侧表面23a之间的外角、分离器20的在侧表面23b和凸表面25b之间的外角、分离器20的在凸表面25b和侧表面27b之间的外角、以及分离器20的在侧表面27a和凸表面21a之间的外角中的每一个外角均被设定为大于180度且不大于270度。分离器20的在凹表面21b和侧表面23b之间的外角、分离器20的在侧表面23a和凹表面25a之间的外角、分离器20的在凹表面25a和侧表面27a之间的外角、以及分离器20的在侧表面27b和凹表面21b之间的外角中的每一个外角均被设定为90度或更大并且小于180度。
金属板20c的凸区域21c被定位成以凸区域21c的厚度或更多地离开凸表面21a，并且与凸表面21a相比更靠近凹表面21b。并且，金属板20c的凸区域25c被定位成以凸区域25c的厚度或更多地离开凸表面25b，并且与凸表面25b相比更靠近凹表面25a。换言之，在凸部21处，树脂层20b比树脂层20a薄。在凸部25中，树脂层20a比树脂层20b薄。因此，与对应于流动通道20A的深度的在Z方向上从凸表面21a到凹表面25a的距离D1相比，对应于金属板20c的深度的在Z方向上从凸区域21c到凸区域25c的距离D2是短的。另外，距离D2具体是在Z方向上从凸区域21c在X方向上的中心到凸区域25c在X方向上的中心的距离。距离D1大体上与对应于流动通道20B的深度的在Z方向上从凹表面21b到凸表面25b的距离相同。另外，在凹表面21b和凸表面25b中的至少一个是平坦的情形中，距离D1是在Z方向上从凹表面21b到凸表面25b的距离的平均值。
这里，分离器20如上所述通过挤压形成，并且图3中所示的金属板20c也通过挤压形成，如稍后将描述的。在挤压中，使凸区域21c和25c变形以便在大体上彼此平行的同时在Z方向上彼此分离。因此，凸区域21c和25c之间在Z方向上的大距离可增大侧区域23c和27c每个的膨胀量并且减小侧区域23c和27c每个的厚度，这可减小金属板20c的刚度。然而，在该实施例中，与凸表面21a相比，凸区域21c更靠近凹表面21b，并且与凸表面25b相比，凸区域25c更靠近凹表面25a。这抑制了侧区域23c和27c每个的膨胀量的增大。这还抑制了侧区域23c和27c每个的厚度的减小，由此抑制了金属板20c的刚度的减小。
此外，这消除了使流动通道20A和20B是浅的以便抑制侧区域23c和27c每个的膨胀量的需要。这抑制了分别沿着流动通道20A和20B流动的氧化剂气体和冷却剂的压力损失的增大。这还抑制了燃料电池1的发电效率的降低，并且抑制了冷却效率的降低。此外，这消除了在确保流动通道20A和20B的深度的同时使流动通道20A和20B变宽以便抑制侧区域23c和27c每个的膨胀量的需要。这因此能够以适当的间隔夹持MEGA 10。这还抑制了由于MEA 11的隆起、膨胀和收缩的重复而导致的MEA 11的强度的减小。
与金属板20c的其它区域相比，弯曲区域22c、24c、26c和28c每个均具有相对大的曲率。如在图3中所示，于弯曲表面22a相比，弯曲区域22c更靠近弯曲表面22b。与弯曲表面24b相比，弯曲区域24c更靠近弯曲表面24a。与弯曲表面26b相比，弯曲区域26c更靠近弯曲表面26a。与弯曲表面28a相比，弯曲区域28c更靠近弯曲表面28b。因此，关于X方向的坡度在侧区域23c中比在侧表面23a和23b中的每个中更缓和。同样，关于X方向的坡度在侧区域27c中比在表面27a和27b中的每个中更缓和。因此，弯曲区域22c的曲率小于弯曲表面22a和22b每个的曲率。类似地，弯曲区域24c的曲率小于弯曲表面24a和24b每个的曲率，并且弯曲区域26c的曲率小于弯曲表面26a和26b每个的曲率。弯曲区域28c的曲率小于弯曲表面28a和28b每个的曲率。如上所述，抑制了倾向于比金属板20c的其它区域的曲率相对大的区域的曲率。这里，金属板的每个区域的大曲率可减小它的刚度。另一方面，根据本实施例的金属板20c的曲率如上所述被抑制。这抑制了金属板20c的刚度的减小。
凸表面25b如上所述是平坦的，由此确保了分离器20的凸表面25b和与该分离器20相邻的其它单体电池的分离器之间的接触面积。这抑制了在分离器20与其它相邻的单体电池的分离器之间的电阻的增大。此外，与凸表面25b相邻的弯曲表面24b和26b每个的曲率均大于弯曲区域24c和26c每个的曲率。这里，当与凸表面25b相邻的弯曲表面24b和26b每个的曲率较小时，弯曲表面24b和26b缓和地弯曲。因而，在凸表面25b处的平面积相应地被减少。在本实施例中，与凸表面25b相邻的弯曲表面24b和26b每个的曲率均大于弯曲区域24c和26c每个的曲率。因此，确保了在凸表面25b处的平坦区域。这还确保与相邻的单体电池的分离器的接触面积并且抑制了分离器之间的电阻的增大。
同样，凸表面21a也是平坦的，并且与凸表面21a相邻的弯曲表面22a和28a每个的曲率均大于弯曲区域22c和28c的曲率。这能够确保在分离器20的凸表面21a与扩散层16c之间的接触面积。因此能够稳定地将MEGA 10保持在分离器20和40之间。这能够利用足够的夹持力来保持MEA 11。因而，能够抑制由于在MEA 11的未施加足够夹持力的区域中重复的隆起、膨胀和收缩而引起的MEA 11的强度的减小。
尽管未特别地限制，但是树脂层20b的在凸部21处的平均厚度是树脂层20a的在凸部21处的平均厚度与树脂层20b的在凸部21处的平均厚度的总值的40％或之下，并且优选地30％或之下。树脂层20a的在凸部25处的平均厚度是树脂层20a的在凸部25处的平均厚度与树脂层20b的在凸部25处的平均厚度的总值的40％或之下，并且优选地30％或之下。这是因为当凸区域21c更靠近凹表面21b并且凸区域25c更靠近凹表面25a时，侧区域23c的膨胀量的增大能够被抑制。
这里，树脂层20a的在凸部21处的平均厚度具体是在Z方向上在凸部21内从凸区域21c的表面20c1到凸表面21a的距离的平均值。类似地，树脂层20b的在凸部21处的平均厚度是在Z方向上在凸部21内从凸区域21c的表面20c2到凹表面21b的距离的平均值。树脂层20a的在凸部25处的平均厚度是在Z方向上在凸部25内从凸区域25c的表面20c1到凹表面25a的距离的平均值。树脂层20b的在凸部25处的平均厚度是在Z方向上在凸部25内从凸区域25c的表面20c2到凸表面25b的距离的平均值。
例如，当树脂层20b的在凸部21处的平均厚度是40μm并且当树脂层20a的在凸部21处的平均厚度是60μm时，树脂层20b的平均厚度是树脂层20a的平均厚度与树脂层20b的平均厚度的总值的40％。作为另一示例，当树脂层20b的在凸部21处的平均厚度是30μm并且当树脂层20a的在凸部21处的平均厚度是70μm时，树脂层20b的平均厚度是树脂层20a的平均厚度与树脂层20b的平均厚度的总值的30％。只要其覆盖金属板20c，则树脂层20b的在凸部21处的平均厚度就可以是足够的。例如，这是树脂层20a的平均厚度与树脂层20b的平均厚度的总值的5％。这对树脂层20a的在凸部25处的平均厚度也适用。
金属板20c的厚度对树脂层20a和20b与金属板C的总厚度的比不被特别限制，但是优选地被设定为50％或之下，更优选35％或之下。由于金属板20c的厚度相对于树脂层20a和20b与金属板20c的总厚度是较小的，所以树脂层20a和20b的厚度相对较大，使得弯曲区域22c和弯曲区域24c每个的曲率的增大能够被抑制。例如，当树脂层20a和20b与金属板20c的总厚度是200μm并且当金属板20c的厚度是100μm时，金属板20c的厚度对树脂层20a和20b与金属板20c的总厚度的比是50％。作为另一示例，当树脂层20a和20b与金属板20c的总厚度是150μm并且当金属板20c的厚度是50μm时，金属板20c的厚度对树脂层20a和20b与金属板20c的总厚度的比是33.3％。，只要其确保分离器的两个表面之间的气体密封，则金属板20c的厚度就可以是足够的。金属板20c的厚度对树脂层20a和20b与金属板20c的总厚度的比可以是例如15％。
距离D2不被特别地限制，优选是距离D1的95％或之下，并且更优选是90％或之下。这是因为这能够确保流动通道20A和20B每个的深度并且抑制侧区域23c和27c每个的膨胀量的增大。作为示例，当距离D1是400μm并且距离D2是380μm时，距离D2是距离D1的95％。作为另一示例，当距离D1是300μm并且距离D2是270μm时，距离D2是距离D1的90％。
此外，对于金属板20c，凸区域21c被弯曲以便稍微向表面20c1突出，并且凸区域25c被弯曲以便稍微向表面20c2突出。这抑制了弯曲区域22c、24c、26c和28c每个的曲率的增大。
接下来，将描述分离器20的制造方法。图4是图示分离器20的制造方法的流程图。图5A至图6B是分离器20的制造方法的解释图。如上所述通过挤压来制造分离器20。图5A至图6B图示用于挤压的模具的局部放大截面。首先，制备具有扁平形状的金属板20c'(步骤10)。金属板20c'对应于完成的分离器20的金属板20c。接着，如在图5A和图5B中所示，通过模具50和60对金属板20c'挤压(步骤S20)。图5A和5B仅图示模具50和60的部分，但实际上，在图5A和图5B中图示的形状在X方向上连续形成。
在模具50的金属板20c'侧处，凹表面51、侧表面53、凸表面55、侧表面57、凹表面51…在X方向上以此顺序形成。凸表面55从凹表面51朝向金属板20c'突出，并且凹表面51相对于凸表面55从金属板20c'退避。凹表面51被弯曲以与金属板20c'反向地稍微突出。凸表面55被弯曲以便稍微向金属板20c'突出。在Z方向上在凹表面51和凸表面55之间的距离D2与图3中图示的距离D2相同。侧表面53在凹表面51和在+X方向上离开该凹表面51的凸表面55之间倾斜并且被定位在其间。侧表面57在凸表面55和在+X方向上离开该凸表面55的凹表面51之间倾斜并且被定位在其间。
在模具60的金属板20c'侧处，凸表面61、侧表面63、凹表面65、侧表面67、凸表面61…在X方向上以此顺序形成。凹表面65相对于凸表面61从金属板20c'退避，并且凸表面61相对于凹表面65向金属板20c'突出。凸表面61被弯曲以便向金属板20c'侧稍微突出。凸表面61和凹表面65之间在Z方向上的距离D2与图3中所示的距离D2相同。凹表面65被弯曲以便向与金属板20c'相反的一侧稍微突出。侧表面63在凸表面61和在+X方向上离开该凸表面61的凹表面65之间倾斜。侧表面67在凹表面65和在+X方向上离开该凹表面65的凸表面61之间倾斜。
凹表面51、侧表面53、凸表面55和侧表面57分别与凸表面61、侧表面63、凹表面65和侧表面67互补。模具50和60被事先设定成使得凹表面51、侧表面53、凸表面55和侧表面57分别面对凸表面61、侧表面63、凹表面65和侧表面67。因此，如在图5B中所示，通过模具50和60挤压金属板20c'使金属板20c具有图3中所示的形状。另外，图5B省略了弯曲区域22c、24c、26c和28c的附图标记。
接下来，制备树脂片20a'和20b'(步骤S30)。树脂片20a'和20b'分别对应于完成的分离器20的树脂层20a和20b。作为示例，当热固性树脂被用作树脂粘结剂时，树脂片20a'和20b'被加热到比热固性树脂的固化温度低的温度，以进入半固化状态并且每个均具有片形状。接下来，在金属板20c被设定在树脂片20a'和20b'之间并且树脂片20a'靠近模具70并且树脂片20b'靠近模具80的状态下，如在图6A和6B中所示，树脂片20a'和20b'和金属板20c被加热并且被模具70和80挤压(步骤S40)。图6A和图6B也仅图示了模具70和80的部分，但实际上，在图6A和图6B中示出的形状在X方向上连续形成。
这里，凹表面71、侧表面73、凸表面75、侧表面77、凹表面71…在模具70的树脂片20a'侧处在+X方向上以此顺序形成。凸表面75从凹表面71向树脂片20a'侧突出，并且与凸表面75相比，凹表面71从树脂片20a'退避。凹表面71和凸表面75是平坦的并且在X方向上大体上彼此平行。凹表面71和凸表面75之间在Z方向上的距离D1与图3中图示的距离D1相同，并且被设定成比距离D2长。侧表面73在凹表面71和在+X方向上离开该凹表面71的凸表面75之间倾斜。侧表面77在凸表面75和在+X方向上离开该凸表面75的凹表面71之间倾斜并且被定位在其间。
凸表面81、侧表面83、凹表面85、侧表面87、凸表面81…在模具80的树脂片20b'侧上在+X方向上以此顺序形成。与凸表面81相比，凹表面85与树脂片20b'隔开，并且凸表面81从凹表面85向树脂片20b'突出。凸表面81和凹表面85是平坦的并且在X方向上大体上彼此平行。凸表面81和凹表面85之间在Z方向上的距离D1与图3中图示的距离D1相同，并且被设定成比距离D2长。侧表面83在凸表面81和在+X方向上离开该凸表面81的凹表面85之间倾斜。侧表面87在凹表面85和在+X方向上离开该凹表面85的凸表面81之间倾斜。
凹表面71、侧表面73、凸表面75和侧表面77分别与凸表面81、侧表面83、凹表面85和侧表面87互补。模具50和80被事先设定成使得凹表面71、侧表面73、凸表面75和侧表面77分别面对凸表面81、侧表面83、凹表面85和侧表面87。
另外，关于X方向的坡度被设定成在侧表面73和83中的每一个上比在上述侧表面53和63中的每一个上陡。关于X方向的坡度被设定成在侧表面77和87中的每一个上比在侧表面57和67中的每一个上陡。即，关于X方向的坡度在侧表面73和83中的每个上比在金属板20c的侧区域23c上陡，并且在侧表面77和87中的每个上比在侧区域27c上陡。
模具70和80之间的树脂片20a'和20b'和金属板20c被设定使得金属板20c的凸区域21c、侧区域23c、凸区域25c和侧区域27c隔着树脂片20a'分别面对模具70的凹表面71、侧表面73、凸表面75和侧表面77，并且金属板20c的凸区域21c、侧区域23c、凸区域25c和侧区域27c隔着树脂层20b'分别面对模具80的凸表面81、侧表面83、凹表面85和侧表面87。
考虑到热挤压中树脂片20a'和20b'的粘性，树脂片20a'和20b'的加热温度被调节，以便在树脂片20a'和20b'被用热学的方法完全固化之前每个均具有期望的形状。在热挤压时，树脂片20a'在模具70和金属板20c之间被压缩。
在热挤压中，树脂片20a'被凸表面75向金属板20c挤压，并且被在X方向上离开该凸表面75的凸区域21c向模具70挤压。此时，树脂片20a'和20b'如上所述是半固化的并且充分地比金属板20c软。因此，通过在基本不使金属板20c变形的情况下挤压而使树脂片20a'沿着模具70和金属板20c并且在模具70和金属板20c之间弯曲。同样，树脂片20b'被凸表面81向金属板20c挤压并且被在X方向上离开凸表面81的凸区域25c向模具80挤压。结果，树脂片20b'沿着模具80和金属板20c并且在模具80和金属板20c之间弯曲。
当模具70和金属板20c进一步靠近彼此时，凸表面75和凸区域25c之间在Z方向上的间隙在凹表面71和凸区域21c之间在Z方向上的间隙变窄之前变窄，并且树脂片20a'的一部分优选被凸表面75和凸区域25c压缩。树脂片20a'的被压缩部分通过侧表面73和侧区域23c之间的间隙从凸表面75沿-X方向流动到凹表面71和凸区域21c之间的大间隙，并且通过侧表面77和侧区域27c之间的间隙从凸表面75沿+X方向流动到凹表面71和凸区域21c之间的大间隙。这在凸表面75和树脂片20a'的凸区域25c之间形成薄部分，并且在凹表面71和树脂片20a'的凸区域21c之间形成厚部分。
类似地，当模具80和金属板20c进一步靠近彼此时，凸表面81和凸区域21c之间在Z方向上的间隙在凹表面85和凸区域25c之间在Z方向上的间隙变窄之前变窄，并且树脂片20b'的一部分优选被凸表面81和凸区域21c压缩。被压缩的树脂片20b'的一部分在+X方向上通过侧表面83和侧区域23c之间的间隙流动到凹表面85和凸区域25c之间的大间隙，并且通过侧表面87和侧区域27c之间的间隙流动到凹表面85和凸区域25c之间的大间隙。这在凸表面81和树脂片20b'的凸区域21c之间形成薄部分，并且在凹表面85和树脂片20b'的凸区域25c之间形成厚部分。
以此方式，使树脂片20a'和20b'变形和压缩，以形成图6B中所示的树脂层20a和20b，其形成流动通道20A和20B。此外，树脂片20a'和20b'的树脂粘结剂的粘性及其加热温度被事先调节，以使得树脂片20a'和20b'通过热挤压而部分地流动以便形成树脂层20a和20b。另外，由于树脂片20a'和20b'通过热挤压而被压缩，所以热挤压之后的树脂层20a和20b的总厚度小于热挤压之前的树脂片20a'和20b'的总厚度。
在形成流动通道20A和20B后，孔被形成在成一体的树脂层20a和20b和金属板20c中，以形成图1中所示的孔c1至c6(步骤S50)。以此方式，制造了分离器20。也通过相同的方法制造分离器40。对于上述制造方法，步骤S10和S20可以在步骤S30之后被执行，或者步骤S20可以在步骤S10和S30之后被执行。
接下来，将描述分离器20的制造方法的变型。图7是图示分离器20的制造方法的变型的流程图。图8A和图8B是分离器20的制造方法的变型的解释图。首先，制备上述扁平的金属板20c'和树脂片20a'和20b'(步骤S10')。接下来，如在图8A和图8B中所示，金属板20c'被设定在树脂片20a'和20b'之间，使得树脂片20a'靠近模具70并且树脂片20b'靠近模具80，并且树脂片20a'和20b'和金属板20c'被设定在模具70和80之间并且由此被加热和挤压(步骤S40')。
当压缩开始时，在树脂片20a'和20b'和金属板20c'被层压的状态下，凸表面75将树脂片20a'向模具80挤压。凸表面81将树脂片20b'向模具70挤压。树脂片20a'和20b'和金属板20c'沿着模具70和80的形状一体地弯曲。此外，当模具70和80进一步彼此靠近时，树脂片20a'和20b'分别沿着模具70和80的形状变形，这是因为树脂片20a'和20b'比金属板20c'更容易变形。然而，金属板20c'的变形量小于树脂片20a'和20b'每个的变形量。因此，如在图8B中所示，金属板20c'在模具70和80之间变形，使得变形量尽可能小。结果，金属板20c'具有与图3中所示的金属板20c大体上相同形状。此外，树脂片20a'和20b'被变形和压缩以形成在图6B中所示的树脂层20a和20b。接下来，在成一体的树脂层20a和20b和金属板20c中形成孔以形成孔c1至c6(步骤S50)。在该变型中，能够通过改变树脂片20a'和20b'每个的粘性来调节金属板20c'的变形量。树脂片20a'和20b'的相对低粘性导致金属板20c'的小变形量。树脂片20a'和20b'的相对高粘性导致金属板20c'的大变形量。
在制造方法的变型中，能够通过对树脂片20a'和20b'和平板形的金属板20c'进行一次热挤压来形成流动通道20A和20B。因而，制造方法被简化。为了提高树脂片20a'和20b'和金属板20c'之间的结合力，底漆可以在挤压之前被事先施加在金属板20c'的两个表面上。这能够确保完成的分离器20的刚度。另外，树脂片20a'和20b'的表面部分可以在挤压之前被事先结合到金属板20c'。这有利于在挤压中处理金属板20c'和树脂片20a'和20b'。
分离器20的制造方法不限于以上。例如，金属板20c'和树脂片20a'和20b'可以分开地被挤压以形成金属板20c和树脂层20a和20b，此后，树脂层20a和20b可以被结合到金属板20c。在该情形中，通过使用模具70和具有与金属板20c大体上相同形状的模具挤压树脂片20a'来形成树脂层20a，并且通过使用模具80a和具有与金属板20c大体上相同形状的模具挤压树脂片20b'来形成树脂层20b。
以上制造方法已经描述作为树脂片20a'和20b'的树脂粘结剂的示例的热固性树脂。在热塑性树脂作为树脂粘结剂的情形中，树脂片在热挤压之前被加热到一定温度以进入半固化状态，并且树脂片被挤压并被加热到粘性不降低太多的温度，并且然后树脂片可以被冷却。
燃料电池1的以上单体电池2使用分离器20和分离器40，在分离器20中，树脂层20a和20b被形成在金属板20c的两个表面上，在分离器40中，树脂层40a和40b被形成在金属板40c的两个表面上。然而，本发明不限于此。例如，作为分离器20和40中的一个的替代，可以使用仅金属板的分离器。
在金属板20c的以上实施例中，凸区域21c被弯曲以便向表面20c1稍微突出，并且凸区域25c被弯曲以便向表面20c2稍微突出。然而，本发明不限于此。凸区域21c和25c可以大体上平行于凸表面21a、凹表面21b、凹表面25a和凸表面25b。
上述分离器20被用于使用液体作为冷却介质的水冷燃料电池1。然而，本发明不限于此。其可以在使用空气作为冷却介质的空冷燃料电池中使用。
尽管已经详细描述了本发明的一些实施例，但是本发明不限于具体实施例，而是可以在如所要求保护的本发明的范围内变化或改变。

Claims (9)

1.一种用于燃料电池的分离器，包括：
金属板；
第一导电树脂层，所述第一导电树脂层被形成在所述金属板的第一表面侧上；
第二导电树脂层，所述第二导电树脂层被形成在所述金属板的与所述第一表面侧相反的第二表面侧上；和
限定流动通道的波形部分，在所述波形部分中，所述金属板以及所述第一导电树脂层和所述第二导电树脂层在横截面中具有波形，
其中
所述波形部分包括：
第一凸部，所述第一凸部向所述第一表面侧突出；
第二凸部，与所述第一凸部相比，所述第二凸部向所述第二表面侧突出；
侧部，所述侧部位于所述第一凸部和所述第二凸部之间；
所述第一导电树脂层的与所述金属板相反的第一外表面；和所述第二导电树脂层的与所述金属板相反的第二外表面，
与所述第一外表面相比，所述金属板的所述第一凸部更靠近所述第二外表面，并且
与所述第二外表面相比，所述金属板的所述第二凸部更靠近所述第一外表面。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的分离器，其中：
所述金属板的所述第一凸部以所述金属板的厚度或更多地离开所述第一外表面，并且
所述金属板的所述第二凸部以所述金属板的厚度或更多地离开所述第二外表面。
3.根据权利要求1或2所述的用于燃料电池的分离器，其中：
所述波形部分包括：
第一弯曲部，所述第一弯曲部在所述侧部和所述第一凸部之间弯曲；和
第二弯曲部，所述第二弯曲部在所述侧部和所述第二凸部之间弯曲，
在所述第一弯曲部中，所述金属板的曲率小于所述第一外表面的曲率，并且
在所述第二弯曲部中，所述金属板的曲率小于所述第二外表面的曲率。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于燃料电池的分离器，其中：
在所述第一凸部中的所述第一外表面的形状是平坦的，并且
在所述第二凸部中的所述第二外表面的形状是平坦的。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的用于燃料电池的分离器，其中：
在所述第一凸部中的所述第二导电树脂层的平均厚度等于或小于在所述第一凸部中的所述第一导电树脂层的平均厚度与在所述第一凸部中的所述第二导电树脂层的平均厚度的总值的40％，并且
在所述第二凸部中的所述第一导电树脂层的平均厚度等于或小于在所述第二凸部中的所述第一导电树脂层的平均厚度与在所述第二凸部中的所述第二导电树脂层的平均厚度的总值的40％。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的用于燃料电池的分离器，其中，所述金属板的厚度对所述金属板与所述第一导电树脂层和所述第二导电树脂层的总厚度的比等于或小于50％。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的用于燃料电池的分离器，其中，在厚度方向上从所述第二凸部中的所述金属板到所述第一凸部中的所述金属板的距离对从所述第二凸部中的所述第一外表面到所述第一凸部中的所述第一外表面的距离的比等于或小于95％。
8.一种燃料电池，包括：
第一分离器和第二分离器；和
膜电极气体扩散层组件，所述膜电极气体扩散层组件位于所述第一分离器和所述第二分离器之间，
其中，所述第一分离器和所述第二分离器中的至少一个分离器是根据权利要求1至7中的任一项所述的用于燃料电池的分离器。
9.一种用于燃料电池的分离器的制造方法，包括：
制备金属板、第一导电树脂层和第二导电树脂层；
通过挤压所述金属板以及所述第一导电树脂层和所述第二导电树脂层来形成根据权利要求1至7中的任一项所述的用于燃料电池的分离器的波形部分。
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