CN109390607B - 用于燃料电池的分离器的制造方法 - Google Patents

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Abstract

用于燃料电池的分离器的制造方法包括：在第一和第二模具之间设置金属板及第一和第二导电树脂片，使得第一导电树脂片设置在第一模具和金属板之间，第二导电树脂片设置在第二模具和金属板之间，具有板状的金属板设置在第一和第二导电树脂片之间，第一模具包括：第一凸表面和第一凹表面；第一侧表面，第一侧表面连接在第一凸表面和第一凹表面之间，第二模具包括：第二凹表面和第二凸表面，其分别面对第一凸表面和第一凹表面；第二侧表面，第二侧表面面对第一侧表面且连接在第二凹表面和第二凸表面之间；通过用第一和第二模具热挤压在金属板及第一和第二导电树脂片中形成流动通道，其中从第一侧表面突出的第一突出部形成在第一侧表面上。

Description

用于燃料电池的分离器的制造方法
技术领域
本发明涉及一种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，该燃料电池包括夹持膜电极气体扩散层组件的一对分离器。这样的分离器形成有在截面中具有波形的流动通道。反应气体沿着膜电极气体扩散层组件侧上的流动通道流动。冷却剂在与流动通道相反的一侧流动。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，该分离器包括金属板和设置在金属板的相应表面上的导电树脂层。关于流动通道，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)。
关于这种分离器的制造方法，可以想到，具有板状的金属板和每个均具有片状的导电树脂层在金属板被夹在其间的状态下被模具热挤压。在这种情形中，由于金属板在被夹在导电树脂层之间的状态下被热挤压，所以金属板的形状和位置可能变化。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种用于燃料电池的分离器的制造方法，其中抑制了金属板的形状变化和位置变化。
通过一种用于燃料电池的分离器的制造方法实现上述目的，该方法包括：在第一模具和第二模具之间设置金属板以及第一导电树脂片和第二导电树脂片，使得所述第一导电树脂片被设置在所述第一模具和所述金属板之间，所述第二导电树脂片被设置在所述第二模具和所述金属板之间，并且具有板状的所述金属板被设置在所述第一导电树脂片和所述第二导电树脂片之间，所述第一模具包括：第一凸表面和第一凹表面；以及第一侧表面，所述第一侧表面连接在所述第一凸表面和所述第一凹表面之间，所述第二模具包括：第二凹表面和第二凸表面，所述第二凹表面和所述第二凸表面分别面对所述第一凸表面和所述第一凹表面；以及第二侧表面，所述第二侧表面面对所述第一侧表面并且连接在所述第二凹表面和所述第二凸表面之间；以及通过利用所述第一模具和所述第二模具进行热挤压来在所述金属板以及所述第一导电树脂片和所述第二导电树脂片中形成流动通道，其中，从所述第一侧表面突出的第一突出部被形成在所述第一侧表面上。
由于第一突出部被形成在第一模具的第一侧表面上，所以在热挤压时，金属板的在第一模具的第一突出部和第二模具的第二侧表面之间的区域被限定位置。这能够抑制金属板的形状变化和位置变化。
当所述第一模具和所述第二模具彼此最靠近时，在第一凸表面与第二凹表面之间的距离和在第一凹表面与第二凸表面之间的距离中的至少一个距离可以小于在所述第一侧表面与所述侧表面之间的距离，并且，与所述第一突出部从第一侧表面的突出宽度相比，在与布置第一凸表面和第一凹表面的方向垂直的方向上的长度可以大于所述突出宽度。
第一突出部可以与第一凹表面相比更靠近第一凸表面。
当第一模具和第二模具彼此最靠近时，在第一侧表面与第二侧表面之间的距离可以大于在第一凹表面与第二凸表面之间的距离，并且，第一突出部可以与第一凸表面相比更靠近第一凹表面。
第一突出部可以横跨第一侧表面和第一凹表面形成。
从第二侧表面突出的第二突出部可以被形成在第二侧表面上。
本发明的效果
根据本发明，能够提供一种用于燃料电池的分离器的制造方法，其中抑制了金属板的形状变化和位置变化。
附图说明
图1是燃料电池的单体电池的分解透视图；
图2A是单体电池被堆叠的燃料电池的部分截面图，并且图2B是分离器的部分放大截面图；
图3是示意分离器的制造方法的流程图；
图4A至图4C是制造分离器时使用的模具的解释图；
图5A和图5B是分离器的制造方法的解释图；
图6A是根据第一变型的模具的部分截面图，图6B是根据第二变型的模具的部分截面图，图6C是根据第三变型的模具的部分截面图，并且图6D是根据第四变型的模具的部分放大图；
图7是通过根据第五变型的模具制造的分离器的部分放大截面图；
图8A和图8B是根据第五变型的模具的部分放大图；并且
图9A和图9B是通过使用根据第五变型的模具的分离器的制造方法的解释图。
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示出仅仅一个单体电池2，并且省略了其它单体电池。单体电池2在图1所示的Z方向上与其它单体电池堆叠。单体电池2具有大致矩形形状。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(例如氢气)和氧化剂气体(例如氧气)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(以下称为MEGA(膜电极气体扩散层组件))；支撑MEGA 10的支撑框架18；夹持MEGA10的阴极分离器20和阳极分离器40(以下称为分离器)。MEGA10具有阴极气体扩散层16c和阳极气体扩散层16a(以下称为扩散层)。支撑框架18具有大致框架形状，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沿另一边形成。类似地，孔s1至s3沿支撑框架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(在下文中称为流动通道)，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MEGA10的表面形成有阴极流动通道20A(在下文中称为流动通道)，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相反的表面以及分离器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(以下称为流动通道)，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的长度方向(Y方向)上延伸。类似地，流动通道40A和40B在分离器40的纵向方向(Y方向)上延伸。
图2A是单体电池2被堆叠的燃料电池1的部分截面图。图2A示出了仅仅一个单体电池2，并且省略了其它单体电池。图2A示出了与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(在下文中称为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的一个表面和另一个表面上的阳极催化剂层14a和阴极催化剂层14c(以下称为催化剂层)。电解质膜12是固体聚合物薄膜，诸如氟基离子交换膜，其在湿态下具有高的质子传导性。通过在电解质膜12上涂覆包含携带铂(Pt)等的碳载体的催化剂墨和具有质子传导性的离聚物而制成催化剂层14a和14c。扩散层16a和16c由具有气体渗透性和导电性的材料制成，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；导电树脂层20a(以下简称为树脂层)，导电树脂层20a形成在金属板20c的扩散层16c侧上；以及导电树脂层20b(以下简称为树脂层)，导电树脂层20b形成在金属板20c的与扩散层16c相反的一侧上。金属板20c的材料没有特别限制，但是能够是不锈钢、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地选择。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、聚萘二甲酸乙二醇酯以及它们的组合适当地选择。树脂层20a和20b中的至少一个树脂层能够进一步包含促硬剂或者脱模剂诸如氟。金属板20c被这样的树脂层20a和20b覆盖。这确保了分离器20的整体导电性并且抑制了金属板20c的耐腐蚀性的降低。而且，使用金属板20c确保了在分离器20的一个表面上流动的氧化剂气体与在另一个表面上流动的冷却剂之间的气密性。
类似地，分离器40包括：金属板40c；导电树脂层40a(以下简称为树脂层)，导电树脂层40a形成在金属板40c的扩散层16a侧上；以及导电树脂层40b(以下简称为树脂层)，导电树脂层40b形成在金属板40c的与扩散层16a相反的一侧上。以下将详细描述分离器20。由于分离器40与分离器20基本相同，因此将省略分离器40的详细描述。
流动通道20A、20B、40A和40B在Y方向上的截面图中具有波形。而且，树脂层20a、20b、40a和40b以及金属板20c和40c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以及凸部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方向上离开凸部21的凸部25之间连续并且倾斜。侧部27在凸部25和在+X方向上离开凸部25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2A所示的单体电池2的上侧相邻的未示意的另一单体电池的阳极分离器。在未示意的阳极分离器侧上，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。这样，流动通道20A、20B分别一体地形成在分离器20的一侧和另一侧上。流动通道20A、20B是通过对金属板20c以及树脂层20a和20b进行热挤压而形成的流动通道的示例。
类似地，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方向上离开凸部41的凸部45之间连续并且倾斜。侧部47在凸部45和在+X方向上离开凸部45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分离器40的在扩散层16a侧上的流动通道40A。另外，凸部45接触与图2所示的单体电池2的下侧相邻的未示意的另一单体电池的阴极分离器。在未示意的阴极分离器侧上，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。以这种方式，流动通道40A和40B分别一体地形成在分离器40的一侧和另一侧上。
图2B是分离器20的部分放大图。金属板20c包括表面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。另外，分离器20在凸部21与侧部23之间、侧部23与凸部25之间、凸部25与侧部27之间以及侧部27与凸部21之间弯曲。分离器20的整个厚度在任何位置处大体上均匀。凸部21和25与X方向大致平行，并且每个均具有大致线性形状。侧部23在+X方向上从凸部21在+X方向和+Z方向之间倾斜，并且具有大致线性形状。侧部27在+X方向上从凸部25在+X方向和-Z方向之间倾斜，并且具有大致线性形状。
这里，凸部21包括凸表面21a和凹表面21b。凸部21a是树脂层20a的外表面，凹表面21b是树脂层20b的外表面。侧部23包括侧表面23a和23b。侧表面23a是树脂层20a的外表面，侧表面23b是树脂层20b的外表面。凸部25包括凹表面25a和凸表面25b。凹表面25a是树脂层20a的外表面，凸表面25b是树脂层20b的外表面。侧部27包括侧表面27a和27b。侧表面27a是树脂层20a的外表面，侧表面27b是树脂层20b的外表面。在凸部21、侧部23、凸部25和侧部27处的金属板20c的区域分别被限定为凸区域21c、侧区域23c、凸区域25c和侧区域27c。
凸表面21a和25b以及凹表面21b和25a大致平行于X方向。侧表面23a和23b大致彼此平行。凸表面21a和25b分别靠近金属板20c的表面20c1和20c2。侧表面27a和27b大致彼此平行。侧表面23a和23b与侧表面27a和27b大致上关于垂直于X轴线并且穿过凸部25的中心的平面对称。凸表面21a和25b以及凹表面21b和25a是平坦的。但是，定位在凸表面21a和凹表面21b之间的凸区域21c被弯曲成在-Z方向上，即，向表面20c1稍微突出。另一方面，定位在凹表面25a和凸表面25b之间的凸区域25c被弯曲成在+Z方向上，即，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。
凹陷部23ad和27ad分别形成在树脂层20a的侧表面23a和27a中。凹陷部23bd和27bd分别形成在树脂层20b的侧表面23b和27b中。凹陷部23ad和23bd在X方向上彼此靠近。凹陷部27ad和27bd也是类似的。金属板20c的侧区域23c被弯曲以便在凹陷部23ad和23bd之间经过并且稍微离开凹陷部23ad和23bd。同样，侧区域27c被弯曲以便在凹陷部27ad和27bd之间经过并且稍微离开凹陷部27ad和27bd。这里，分离器20通过上述热挤压来形成。在热挤压时，通过模具挤压具有平板形状的金属板，由此形成图2所示的金属板20c。金属板20c的侧区域23c和27c在分离器20内的形状和位置由与凹陷部23ad、23bd、27ad和27bd对应的模具限定。细节将在后面介绍。
如上所述，凸表面25b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相邻的另一单体电池的分离器之间的接触面积。这抑制了分离器20和另一相邻的单体电池的分离器之间电阻的增大。
类似地，凸表面21a是平坦的。这能够确保分离器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。因此，能够抑制由于在MEA 11的施加不足夹持力的区域中反复的隆起、膨胀和收缩而引起的MEA11的强度降低。
接下来，将描述制造分离器20的方法。图3是示意制造分离器20的方法的流程图。图4A至图4C是制造分离器20时使用的模具70和80的解释图。图4A示出了模具70和80的外部视图，图4B和图4C分别是模具80和70的部分放大图。图5A和图5B是制造分离器20的方法的解释图。如上所述，分离器20通过热挤压来制造。图4B、图4C、图5A和图5B在截面中示出了模具的部分放大图。首先，将模具70和80设置在热挤压装置中(步骤S10)。
如图4A所示，在模具70的与模具80相对的表面上形成在Y方向上延伸且在X方向上具有波形的凹槽70A。同样，在模具80的与模具70相对的表面上形成在Y方向上延伸且在X方向上具有波形的凹槽80A。凹陷部70c1至70c3和凹陷部70c4至70c6形成在模具70的与模具80相对的表面上以便在Y方向上夹着凹槽70A。凹陷部80c1至80c3和凹陷部80c4至80c6形成在模具80的与模具70相对的表面上以便在Y方向上夹着凹槽80A。凹槽70A和80A是用于形成分离器20的流动通道20A和20B的部分。凹陷部70c1至70c6分别面对凹陷部80c1至80c6，并且它们是用于形成孔c1至c6的部分。
如图4B所示，凹槽80A由在X方向上按顺序形成的凸表面81、侧表面83、凹表面85、侧表面87、凸表面81...限定。凹表面85相对于凸表面81从模具70退避，并且凸表面81从凹表面85向模具70突出。凸表面81和凹表面85大致与X方向平行，并且被形成为是平坦的。侧表面83倾斜并且位于凸表面81和定位在凸表面81的+X方向上的凹表面85之间，并且连接这两个表面。侧表面87倾斜并且位于凹表面85和定位在凹表面85的+X方向上的凸表面81之间，并且连接这两个表面。侧表面83和87分别设置有突出部83d和87d，所述突出部83d和87d分别从侧表面83和87向模具70部分地突出，并且在Y方向上(即，在凹槽80A延伸的方向上)连续地形成。突出部83d和87d分别在凹槽80A沿其延伸的Y方向上形成在整个侧表面83和87上。
突出部83d和87d分别大致设置在侧表面83和87的在X方向上的中心处，但不特别限制于此。突出部83d从侧表面83的突出高度和突出宽度在Y方向上是恒定的，但并不特别限定于此。突出部87d从侧表面87的突出高度和突出宽度也类似。尽管突出部83d和87d的外表面的每个形状在垂直于Y方向的截面图中是平滑弯曲的形状，但是不特别限制于此。突出部83d和87d分别对应于图2B所示的凹陷部23bd和27bd。
如图4C所示，凹槽70A由在X方向上按顺序形成的凹表面71、侧表面73、凸表面75、侧表面77、凹表面71...限定。凸表面75相对于凹表面71向模具80突出，并且凹表面71相对于凸表面75从模具80退避。凹表面71和凸表面75大致与X方向平行并且是平坦的。侧表面73在凹表面71和定位在凹表面71的+X方向上的凸表面75之间倾斜，并且连接这两个表面。侧表面77位于凸表面75和定位在凸表面75的+X方向上的凹表面71之间，并且连接这两个表面。侧表面73和77分别设置有突出部73d和77d，突出部73d和77d分别从侧表面73和77向模具80部分地突出，并且在Y方向上(即，在凹槽70A沿其延伸的方向上)是连续的。突出部73d和77d在凹槽70A沿其延伸的Y方向上分别形成在整个侧表面73和77上。
突出部73d和77d分别大致设置在侧表面73和77的在X方向上的中心处，但是不特别限制于此。突出部73d的从侧表面73的突出高度和突出宽度在Y方向上是恒定的，但并不特别限定于此。突出部77d从侧表面77的突出高度和突出宽度也类似。突出部73d和77d的外表面的每个形状在垂直于Y方向的截面图中是平滑弯曲形状，但是不特别限制于此。突出部73d和77d分别对应于图2B中所示的凹陷部23ad和27ad。
除了突出部73d、77d、83d和87d，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70和80被预先设定成使得凹表面71、侧表面73、突出部73d、凸表面75、侧表面77和突出部77d分别面对凸表面81、侧表面83、突出部83d、凹表面85、侧表面87和突出部87d。因此，突出部73d和83d在X方向上彼此靠近，并且突出部77d和87d也类似。
上述表面的每个角度被如下设定成对应于上述分离器20的每个外表面。具体而言，凹表面71与侧表面73之间的模具70的外角、侧表面77与凹表面71之间的模具70的外角、侧表面83与凹表面85之间的模具80的外角以及凹表面85与侧表面87之间的模具80的外角中的每个外角均被设定为90度或之外且小于180度。侧表面73与凸表面75之间的模具70的外角、凸表面75与侧表面77之间的模具70的外角、凸表面81与侧表面83之间的模具80的外角、侧表面87与凸表面81之间的模具80的外角中的每个外角均被设定为大于180度但不大于270度。
接下来，如图5A所示，导电树脂片(以下称为树脂片)20a'被设置在模具70和金属板20c'之间，树脂片20b'被设置在模具80和金属板20c'之间，并且具有扁平形状的金属板20c'被设置在树脂片20a'和20b'之间(步骤S20)。金属板20c'对应于完成的分离器20的金属板20c。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。例如，当使用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状。接下来，如图5B所示，树脂片20a'和20b'以及金属板20c'被加热并且被模具70和80挤压(步骤S30)。
当在树脂片20a'和20b'以及金属板20c'被层压的状态下开始热挤压时，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。然后，树脂片20a'和20b'以及金属板20c'沿着模具70和80的形状一体地弯曲。这里，在上述半固化状态下的树脂片20a'和20b'比金属板20c'软。因此，树脂片20a'和20b'分别沿着模具70和80的形状变形，并且金属板20c'的变形量小于树脂片20a'和20b'的变形量。
当模具70和80进一步彼此靠近时，金属板20c'隔着树脂片20a'和20b'被突出部73d和83d部分地夹住。类似地，金属板20c'被突出部77d和87d部分地夹住。这是因为在突出部73d和突出部83d之间的间隙以及在突出部77d和87d之间的间隙中的每一个间隙均小于其它部分之间的间隙，诸如在凸表面75和凹表面85之间的间隙。因此，模具70和80之间的金属板20c'由突出部73d和突出部83d并且由突出部77d和87d限定位置。这抑制了金属板20c'的形状变化并且抑制了在热挤压时金属板20c'的位置变化。因此，如图5B所示，侧区域23c和27c由突出部73d、83d、77d和87d限定位置，由此将金属板20c形成为图2B所示的形状。特别是，与凸区域21c、25c相比较，通过使具有原始平板形状的金属板20c'大幅弯曲来形成金属板20c的侧区域23c和27c。金属板20c'的这种大的可变形区域在热挤压时被限定位置，由此有效地抑制了整个金属板20c的位置变化和形状变化。此外，如图5B所示，树脂片20a'和20b'被变形并压缩以形成与图2B所示的形状相同的树脂层20a和20b。例如，在没有分别在模具70和80中设置突出部73d和83d的情形中，金属板20c的侧区域23c可能太靠近侧表面23a。结果，在侧区域23c和凸区域25c之间的区域的曲率的增加可能降低刚度。而且，侧区域23c太靠近侧表面23b，使得在凸区域21c与侧区域23c之间的区域的曲率的增加可能降低刚度。本实施例抑制了这样的问题。此外，由于抑制了分离器20内的金属板20c的位置变化，因此抑制了分离器20的性能诸如导电性和刚度的变化。
如上所述，突出部73d和83d限定完成的金属板20c的侧区域23c的位置，并且侧区域23c与凸区域21c和25c相邻。因此，侧区域23c的位置被限定，使得与侧区域23c相邻的凸区域21c和25c的位置也在某种程度上被限定。类似地，突出部77d和87d限定与凸区域25c和21c相邻的侧区域27c的位置，因此与侧区域27c相邻的凸区域25c和21c可以通过限定侧区域27c的位置而被限定位置。通过以这种方式对侧区域23c和27c进行位置限定，金属板20c的任何区域都能够被限定位置，从而有效地抑制金属板20c的任何区域中的变化。
如图5B所示，突出部83d和87d在X方向上夹住凸部25的树脂层20b。这抑制了在热挤压时从凹表面85和金属板20c'之间的间隙部分地流动到凸表面81和金属板20c'之间的间隙的树脂片20b'的量。特别是，如图4B所示，突出部83d和87d在Y方向上连续地形成，由此进一步抑制树脂片20b'部分流动。这确保了凸部25的树脂层20b中的导电颗粒的密度，由此确保在凸表面25b和与其接触的另一单体电池的分离器之间的导电性。
考虑到热挤压时树脂片20a'和20b'的粘度，树脂片20a'和20b'的加热温度被调节以便在树脂片20a'和20b'完全热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。另外，在热挤压之后，树脂层20a和20b以及金属板20c被冷却并且成一体。此外，可以通过改变树脂片20a'和20b'每个的粘度来调节金属板20c'的变形量。树脂片20a'和20b'的相对低的粘度导致金属板20c'的小的变形量。树脂片20a'和20b'的相对高的粘度导致金属板20c'的大的变形量。
在形成流动通道20A和20B之后，在成一体的树脂层20a和20b以及金属板20c的与凹陷部70c1至70c6和80c1至80c6相对应的位置处形成孔，以便形成图1所示的孔c1至c6(步骤S40)。以这种方式制造了分离器20。分离器40也通过相同的方法来制造。
如上所述，流动通道20A和20B能够通过对树脂片20a'和20b'以及平板形金属板20c'热挤压一次来形成。因此，制造方法被简化。为了改进树脂片20a'和20b'与金属板20c'之间的结合力，可以在热挤压之前预先在金属板20c'的两个表面上涂覆底涂层涂料。这能够确保完成的分离器20的刚度。另外，树脂片20a'和20b'的表面部分可以在热挤压之前被预先结合到金属板20c'。这有利于在热挤压时处理金属板20c'以及树脂片20a'和20b'。
凹表面71和85是平坦的，使得分离器20的凸表面21a和25b也是平坦的。如上所述，这能够确保分离器20和与该分离器20相邻的另一单体电池的分离器之间的接触面积，并且确保分离器20与扩散层16c之间的接触面积。
在上述实施例中，突出部73d位于侧表面73的在X方向上的中心处，但是不限于此。突出部73d的尺寸也没有特别限定。然而，突出部73d的在与侧表面73垂直的方向上的突出高度需要使得当模具70和80彼此最靠近时突出部73d不与金属板20c形成接触。此外，突出部73d和83d每个的突出高度需要使得当模具70和80彼此最靠近时，突出部73d和83d之间的间隙大于金属板20c的厚度。这同样适用于突出部77d和87d。突出部73d的形状不限于上述的形状，并且还可以在与Y方向垂直的截面中是多边形诸如三角形。类似地，突出部77d、83d和87d的位置、尺寸和形状不限于以上示例。此外，突出部73d和83d在X方向上可以彼此靠近或隔开。这同样适用于突出部77d和87d。此外，这种突出部可以仅设置在模具70和80中的一个模具中。模具70可以设置有突出部73d和77d中的仅一个突出部。类似地，模具80可以设置有突出部83d和87d中的仅一个突出部。此外，侧表面73、77、83和87中的至少一个侧表面可以设置有在X方向上彼此隔开的多个突出部。
上述制造方法已经描述了热固性树脂作为树脂片20a'和20b'的树脂粘结剂的示例。在热塑性树脂作为树脂粘结剂的情形中，在热挤压之前将树脂片加热至一定温度以使其处于半固化状态，并且对树脂片进行挤压并加热至粘度不会降低太多的温度，然后可以冷却树脂片。
接下来，将描述模具的变型。相同的部件用相同的附图标记表示，并且省略重复的描述。图6A是根据第一变型的模具701和801的部分截面图，并且是与图5B部分对应的放大图。图6A部分地示出了在期望的流动通道形成在分离器中的状态下彼此最靠近的模具701和801。至于模具701和801，在凹表面711和凸表面81之间的距离D1以及在凸表面75和凹表面851之间的距离D5每个均小于在侧表面73和83之间的距离D3。距离D1和距离D5例如但不限于每个均被设定为是距离D3的0.8倍或以下。因此，在热挤压时，树脂片20a'和20b'每个的压缩量在凹表面711和凸表面81之间以及在凸表面75和凹表面851之间比在侧表面73和83之间大。这使得树脂片20a'和20b'内的导电颗粒的密度在凹表面711和凸表面81之间以及在凸表面75和凹表面851之间比在侧表面73和83之间高。关于以该方式制造的分离器20，凸部21和25中的导电颗粒的密度比侧部23和27中的导电颗粒的密度高，由此提高凸部21和25中的导电性。因此，能够确保在凸部21和与其接触的扩散层16c之间的导电性并且确保在凸部25和与其接触的另一电池单元的分隔件之间的导电性。
图6A还示出突出宽度W3，突出宽度W3指示从侧表面73突出的突出部73d的在平行于侧表面73的方向上的宽度。在该变型中，突出部73d也形成为沿Y方向在整个侧表面73上延伸。换句话说，突出部73d的在与布置凸表面75和凹表面711的方向垂直的方向上的长度比从侧表面73的突出宽度W3大。类似地，突出部83d的在与布置凸表面81和凹表面851的方向垂直的方向上的长度比突出部83d从侧表面83突出的宽度大。这里，在热挤压时，通过金属板20c'在凸表面75和凹表面851之间被压缩的树脂片20a'和20b'可能部分地流动到侧表面73和83之间的间隙，这是因为距离D3大于距离D5。类似地，通过金属板20c'在凹表面711和凸表面81之间被压缩的树脂片20a'和20b'可能部分地流动到侧表面73和83之间的间隙，这是因为距离D3大于距离D1。如上所述，在该变型中，由于突出部73d和83d中的每一个均具有比突出宽度大的长度，因此能够有效地抑制上述流动。因此，能够制造具有提高的导电性的分离器。
在第一变型中，距离D1和D5中的至少一个距离可以小于距离D3。因此能够确保分离器20的凸部21和25中的至少一个凸部的导电性。在第一变型中，距离D1和D5中的每一个距离可以小于侧表面77和侧表面87之间的距离，但不限于此。也就是说，距离D1和D5中的至少一个距离可以小于距离D3和在侧表面77与侧表面87之间的距离中的至少一个距离。距离D1和D5中的每一个距离是在与凹表面711、凸表面81、凸表面75和凹表面851垂直的方向上的距离。距离D3是没有形成突出部73d和83d的区域的在与侧表面73和83垂直的方向上的距离。在侧表面77与侧表面87之间的距离是没有形成突出部77d和87d的区域的在与侧表面77和87垂直的方向上的距离。突出部73d、83d、77d和87d中的至少一个突出部可以具有比突出宽度大在与布置凸表面75和凹表面711的方向垂直的方向上的长度。
图6B是根据第二变型的模具702和802的部分截面图。与第一变型不同的是，与凹表面711相比，突出部73d更靠近凸表面75，并且，与凹表面851相比，突出部83d更靠近凸表面81。这里，例如，如果没有设置突出部73d和83d，则金属板20c的侧区域23c，特别是在凸部25附近，可能过于靠近侧表面23a。在该变型中，由于突起部73d被形成在上述位置处，所以能够抑制在凸部25附近的金属板20c的侧区域23c过于靠近侧表面23a。类似地，由于突出部83d被形成在上述位置处，所以能够抑制在凸部21附近的金属板20c的侧区域23c过于靠近侧表面23b。另外，在第二变型中，与凹表面711相比，突出部77d可被形成在更靠近凸表面75的位置处，并且与凹表面851相比，突出部87d可形成在更靠近凸表面81的位置处，但它们不受限制。也就是说，突出部73d、77d、83d和87d中的至少一个突出部可被形成在离与其相邻的凸表面比离凹表面近的位置处。另外，该变型的构造可以应用于上述实施例。在图6B中，在凹表面711与凸表面81之间的距离D1以及在凸表面75与凹表面851之间的距离D5每个均小于在侧表面73和83之间的距离D3，但不限于此。例如，在凹表面711与凸表面81之间的距离D1和在凸表面75与凹表面851之间的距离D5中的每一个距离均可以与在侧表面73和83之间的距离D3大致相同。
图6C是根据第三变型的模具703和803的部分截面图。与第1变型的不同之处在于，与凸表面75相比，突出部73d被形成在更靠近凹表面711的位置处，并且与凸表面81相比，突出部83d被形成在更靠近凹表面851的位置处。如第一变型所述，在热挤压时，形成在这样的位置处的突出部83d能够抑制在凹表面851和金属板20c'之间被压缩的树脂片20b'部分地流动到在侧表面83和金属板20c'之间的间隙。还能够抑制在凹表面711和金属板20c'之间被压缩的树脂片20a'在热挤压时部分地流动到在侧表面73和金属板20c'之间的间隙。这确保了凸部21和25中的导电性。另外，在第三变型中，突出部77d也可以形成在与凸表面75相比更靠近凹表面711的位置处，并且突出部87d也可以形成在与凸表面81相比更靠近凹表面851的位置处，但是它们不限于此。即，突出部73d、77d、83d和87d中的至少一个突出部被形成在与凸表面相比更靠近与其相邻的凹表面的位置处。在图6C中，在侧表面73和83之间的距离D3大于在凹表面711和凸表面81之间的距离D1以及在凸表面75和凹表面851之间的距离D5中的每一个距离，但是不限于此。在侧表面73和83之间的距离D3可以小于在凹表面711和凸表面81之间的距离D1，并且突出部73d可以布置成与凸表面75相比更靠近凹表面711。侧表面73与侧表面83之间的距离D3可以小于凸表面75与凹表面851之间的距离D5，并且凸出部83d可以布置成比凸表面81更靠近凹表面851。
图6D是根据第四变型的模具70'的部分截面透视图。模具70'的突出部73d'和77d'每个均在Y方向上以预定间隔设置。突出部73d'和77d'在截面图中具有与上述突出部73d和77d相同的形状，并且每个均具有弯曲形状。这样的模具70'和80能够抑制金属板20c的形状变化和位置变化。代替模具80地，可以使用像设置有多个突出部73d'和77d'的模具70'一样的模具。
突出部73d'的形状不受特别限制，并且可以是例如圆锥形、金字塔形、圆柱形、棱柱形等。优选的是，在Y方向上的突出部73d'之间的间隔被设定为抑制在热挤压时金属板20c的形状变化和位置变化。突出部73d'的数量和尺寸没有特别限制。这同样适用于突出部77d'。可以对例如树脂片20a'和20b'的在固化之前的粘度、金属板20c'的刚度和厚度等加以考虑地适当设定突出部73d'和77d'中的每个突出部的形状、数量和尺寸。另外，代替第一至第三变型中的突出部73d地，可以采用第四变型中的突出部73d'。
接下来，在将描述模具70a和80a之前，将描述通过根据第五变型的模具70a和80a制造的分离器200。图7是通过根据第五变型的模具70a和80a制造的分离器200的部分放大截面图。分离器200包括树脂层20aa和20ba以及金属板20ca。树脂层20aa设置有凹入部22ad和28ad。树脂层20ba设置有凹入部24bd和26bd。凹陷部22ad横跨彼此相邻的凸表面21a与侧表面23a之间的边界部形成。凹陷部24bd横跨彼此相邻的侧表面23b与凸表面25b之间的边界部形成。凹陷部26bd横跨彼此相邻的凸表面25b与侧表面27b之间的边界部形成。凹入部28ad横跨彼此相邻的侧表面27a与凸表面21a之间的边界部形成。因此，与上述实施例中的凹陷部23bd和23ad相比，凹陷部22ad和24bd在X方向上彼此间隔开。这同样适用于凹陷部26bd和28ad。凹入部22ad、24bd、26bd、28ad每个均在与Y方向垂直的截面图中具有平滑弯曲的形状。
接下来，将描述分离器200的制造方法。分离器200的制造步骤的顺序与图3所示的顺序相同，并且省略了该描述。此外，省略了与上述分离器20的制造方法相同的步骤的描述。图8A和图8B是根据第五变型的模具80a和70a的部分放大图。图9A和图9B是通过使用根据第五变型的模具80a和70a的分离器200的制造方法的解释图。
如图8A和图8B所示，模具80a设置有突出部84d和86d，并且模具70a设置有突出部72d和78d。突出部84d横跨彼此相邻的侧表面83和凹表面85之间的边界部形成。突出部86d横跨彼此相邻的凹表面85和侧表面87之间的边界部形成。突出部72d横跨彼此相邻的凹表面71和侧表面73之间的边界部形成。突出部78d横跨彼此相邻的侧表面77和凹表面71之间的边界部形成。因此，突出部72d和84d在X方向上彼此隔开。这同样适用于突出部86d和78d。突出部72d、78d、84d和86d每个均在垂直于Y方向的截面图中具有平滑弯曲的形状。突出部72d、78d、84d和86d分别对应于凹陷部22ad、28ad、24bd和26bd。
当热挤压开始时，随着模具70a和80a进一步彼此靠近，树脂片20a'和20b'以及金属板20c'沿着模具70a和80a的形状进一步变形。此外，在突出部72d和78d中的每个突出部与模具80a之间的间隙以及在突出部84d和86d中的每个突出部与模具70a之间的间隙均小于其它部分之间的间隙。因此，在上述间隙中的金属板20c'的区域在模具70a和80a之间被限定位置。此外，由于突出部72d和84d在X方向上彼此间隔开，所以金属板20c'的沿X方向在突出部72d和84d之间的区域的角度和位置得以调节。类似地，金属板20c'的沿X方向在突出部78d和86d之间的区域的角度和位置得以调节。这抑制了热挤压时金属板20c'的变形变化和位置变化。结果，如图9B所示形成具有图7所示形状的金属板20ca。此外，突出部72d和84d定位在热挤压时变形量较大的侧区域23c附近，并且突出部78d和86d也定位在侧区域27c附近，从而有效地抑制金属板20c的变形变化和位置变化。此外，如图9B所示，树脂片20a'和20b'变形并且被压缩以形成树脂层20aa和20ba，树脂层20aa和20ba每个均具有图7所示的形状。
如上所述，突出部72d限定完成的金属板20ca的凸区域21c和侧区域23c两者的位置。类似地，突出部84d限定侧区域23c和凸区域25c两者的位置，突出部86d限定凸区域25c和侧区域27c两者的位置，并且突出部78d限定侧区域27c和凸区域21c两者的位置。以这种方式，四个突出部72d、78d、84d和86d对金属板20ca的区域进行位置限定。因此能够有效地抑制金属板20ca的任何区域的位置变化。
此外，如图9B所示，突出部84d和86d在X方向上夹住凸部25的树脂层20ba。这抑制了在热挤压时从凹表面85和金属板20c'之间的间隙部分地流动到凸表面81和金属板20c'之间的间隙的树脂片20b'的量。特别是，由于如图8A所示突出部84d和86d在Y方向上连续形成，所以树脂片20b'被进一步抑制以这种方式部分地流动。这确保了在凸部25的树脂层20ba中的导电颗粒的密度。另外，在X方向上的突出部84d和86d之间的距离小于图5B中所示的突出部83d和87d之间的距离，由此进一步确保在凸部25的树脂层20ba中的导电颗粒的密度。
突出部72d的尺寸没有特别限制，但其高度需要在热挤压时不与金属板20c'形成接触。突出部72d的形状不限于上述形状，并且在垂直于Y方向的截面图中可以是诸如三角形的多边形形状。类似地，突出部78d、84d和86d的位置、尺寸和形状不限于上述示例。此外，这样的突出部可以设置在模具70a和80a中的仅一个模具中。可以在模具70a中设置突出部72d和78d中的仅一个突出部。可以在模具80a中设置突出部84d和86d中的仅一个突出部。侧表面73、77、83和87是平坦的，但其中的至少一个可以是弯曲的。在根据第一变型的模具701中，可以采用第五变型中的突出部72d或84d来代替突出部73d或83d。类似于第四变型中的突出部73d'，第五变型中的突出部72d可以在Y方向上以预定间隔设置。
通过上述制造方法制造的分离器不限于使用液体作为冷却剂的水冷型燃料电池，并且可以被采用在例如使用空气作为冷却剂的空气冷却型燃料电池中。
虽然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，而是可以在所要求保护的本发明的范围内变化或改变。

Claims (7)

1.一种用于燃料电池的分离器的制造方法，包括：
在第一模具和第二模具之间设置金属板以及第一导电树脂片和第二导电树脂片，使得所述第一导电树脂片被设置在所述第一模具和所述金属板之间，所述第二导电树脂片被设置在所述第二模具和所述金属板之间，并且具有板状的所述金属板被设置在所述第一导电树脂片和所述第二导电树脂片之间，
所述第一模具包括：第一凸表面和第一凹表面；以及第一侧表面，所述第一侧表面被连接在所述第一凸表面和所述第一凹表面之间，
所述第二模具包括：第二凹表面和第二凸表面，所述第二凹表面和所述第二凸表面分别面对所述第一凸表面和所述第一凹表面；以及第二侧表面，所述第二侧表面面对所述第一侧表面并且被连接在所述第二凹表面和所述第二凸表面之间；以及
通过利用所述第一模具和所述第二模具进行热挤压，在所述金属板以及所述第一导电树脂片和所述第二导电树脂片中形成流动通道，
其中，从所述第一侧表面突出的第一突出部被形成在所述第一侧表面上并且离开所述第一凹表面，
其中，多个第一突出部被形成在所述第一侧表面上，并且
其中，在所述第一模具的、与布置所述第一凸表面和所述第一凹表面的方向垂直的方向上，所述多个第一突出部被以预定间隔形成。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的分离器的制造方法，其中：
当所述第一模具和所述第二模具彼此最靠近时，在所述第一凸表面与所述第二凹表面之间的距离和在所述第一凹表面与所述第二凸表面之间的距离中的至少一个距离小于在所述第一侧表面与所述第二侧表面之间的距离，并且
与所述第一突出部的从所述第一侧表面的突出宽度相比，在与布置所述第一凸表面和所述第一凹表面的方向垂直的所述方向上的所述第一突出部的长度大于所述突出宽度。
3.根据权利要求1或2所述的用于燃料电池的分离器的制造方法，其中，与所述第一凹表面相比，所述第一突出部更靠近所述第一凸表面。
4.根据权利要求1或2所述的用于燃料电池的分离器的制造方法，其中：
当所述第一模具和所述第二模具彼此最靠近时，在所述第一侧表面与所述第二侧表面之间的距离大于在所述第一凹表面与所述第二凸表面之间的距离，并且
与所述第一凸表面相比，所述第一突出部更靠近所述第一凹表面。
5.根据权利要求1或2所述的用于燃料电池的分离器的制造方法，其中，从所述第二侧表面突出的第二突出部被形成在所述第二侧表面上。
6.根据权利要求3所述的用于燃料电池的分离器的制造方法，其中，从所述第二侧表面突出的第二突出部被形成在所述第二侧表面上。
7.根据权利要求4所述的用于燃料电池的分离器的制造方法，其中，从所述第二侧表面突出的第二突出部被形成在所述第二侧表面上。
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