CN1224126C - 燃料电池 - Google Patents
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Abstract
一种燃料电池,将1组或者多组电池功能部并列配置,该电池功能部包括单一的电解质膜、与该电解质膜的两侧面接触的一对电极、与这些电极的一个电极的侧面接触且形成供给燃料气体的反应室的第1隔板、以及与这些电极的另一个电极的侧面接触且形成供给反应气体的反应室的第2隔板,该燃料电池具有与位于电池功能部的一方的最外侧的第1隔板以及位于另一方的最外侧的第2隔板相接触配置的一对集电板,各组电极被分别分割成多个且相互呈非接触状态,并与电解质膜的各侧面接触地配置,在构成各隔板的绝缘性基板上设置的多个导电性凸出部与被分割过的各电极接触,各集电板被分别分割成多个且相互呈非接触状态,并与各隔板的多个导电性凸出部接触地配置,通过任意切换与各组集电板连接的外部电路来输出不同的电压。
Description
技术领域
本发明涉及一种以燃料气体以及氧化剂气体作为反应气体的燃料电池、构成该燃料电池的燃料电池用隔板、以及该隔板的制造方法。
背景技术
以燃料气体以及氧化剂气体作为反应气体的燃料电池,例如在日本专利特表平8-507402号公报以及特开平11-126621号公报所说明的那样,其构成为包括以电解质膜、位于与电解质膜的各侧面接触的一对电极、位于与一方的电极的侧面接触形成供给燃料气体的反应室的第1隔板、位于与另一方的电极的侧面接触形成供给氧化剂气体的反应室的第2隔板作为最少构成部件的电池功能部,将该电池功能部1个或者多个并列配置,并且与一方的最外侧的第1隔板以及另一方的最外侧的第2隔板接触、分别配置集电板。
图1为表示这种形式的现有的典型的燃料电池。该燃料电池10由电池功能部10a多个并列构成,在所有电池功能部10a被配置在其左右两侧的导电性集电板11、以及绝缘性支撑板12所夹持的状态下,用图中未画出的安装螺钉螺紧后组装而成。电池功能部10a,例如是由在表里两面上粘贴电极13a、13b的2个固体电解质膜14、和3个隔板15所构成,各隔板15配置成与各固体电解质膜14相互夹持的状态。此外,各隔板15通过介入环氧系的粘接剂进行粘接,让各隔板15之间成为绝缘状态。
在该燃料电池10中,隔板15由金属或者碳等导电性材料形成,但为了能在由反应气体的化学反应所生成的氧化还原气体环境中具有充分的耐蚀性,一般采用碳制的隔板。而且,隔板15在电池功能部10a内形成为了让反应气体进行化学反应的反应室R1、R2,并且发挥应将在各电极13a、13b上产生的电力导出的功能,其构成为包括形成反应室R1、R2的平板部15a、与各电极13a、13b挡接同时不会妨碍在反应室R1、R2中反应气体的流通的形状、例如圆柱状、多角柱状的多个凸出部15b。
然而,为了形成这样的隔板15,作为材料采用给定厚度、给定大小的碳制板块,采用将该板块的一侧或者两侧切削、削出多个凸出部15b的方法,但由于碳制板块高价,以及削出多个凸出部15b的切削加工麻烦需要时间,所以隔板15成为每张成本高达数万日元的极高价的部件。为此,以隔板15作为构成部件的燃料电池10成为高价,该价格成为妨碍燃料电池10的大量普及的主要原因。
而且,在该燃料电池10中,由于隔板15整体为导电性,电池功能部10a在电气上成一体接触状态,会出现作为燃料电池10只能获得单一的电压的电力的所谓不适合的状态。这样的电接触状态,对于将电池功能部10a多个并列配置构成的燃料电池也相同。
因此,本发明的第1目的在于大幅度降低构成这种形式的燃料电池的隔板的成本,提供一种比现有的这种形式的燃料电池廉价的燃料电池。本发明的笫2目的在于在该种形式的燃料电池中,能获得从低电压到高电压的不同电压的电力。
发明内容
本发明涉及一种以燃料气体以及氧化剂气体作为反应气体的燃料电池、构成该燃料电池的燃料电池用隔板、以及该隔板的制造方法。
根据本发明的隔板的特征是由形成该燃料电池的反应室的平板部、从该平板部上凸出并与该燃料电池的电极接触的多个凸出部构成,该凸出部为导电性,由和上述平板部不同的异种材料形成。
在根据本发明的隔板中,可以采用上述凸出部由碳形成,上述平板部为绝缘性,上述平板部由合成树脂形成,上述平板部具有导电性,上述平板部由含有碳的合成树脂形成,等构成。
这样构成的隔板,由碳粉末等成形的凸出部和合成树脂等成形的平板部所形成的构造,在该隔板的形成中,作为形成材料不需要采用高价的碳制板块,并且作为形成的方法不需要采用麻烦且费时的切削加工。为此,在该隔板中,和将碳制板块切削加工所形成的现有的隔板相比较,可以大幅度降低成本。而且,在燃料电池中,通过采用该隔板,和现有的燃料电池相比较,可以大幅度降低成本。
根据本发明的燃料电池,其特征是,是以根据本发明的燃料电池用隔板作为构成部件的燃料电池,将包括电解质膜、位于与该电解质膜的各侧面接触的一对电极、位于与这些电极的一方的电极的侧面接触、形成供给燃料气体的反应室的第1隔板、位于与这些电极的另一方的电极的侧面接触、形成供给氧化剂气体的反应室的第2隔板的电池功能部1个或者多个并列配置,并且,与一方的最外侧的上述第1隔板以及另一方的最外侧的上述第2隔板接触分别配置集电板,作为上述各隔板采用根据本发明的燃料电池用隔板。
这样,根据本发明的燃料电池,由于以根据本发明的廉价的隔板作为构成部件,和现有的燃料电池相比较,可以大幅度降低成本。
在根据本发明的燃料电池中,上述电极以及集电板可以是形成为1个平板状的构成,同时在长度方向和/或宽度方向可以是形成为分割成多个的形态的构成。
在根据本发明的燃料电池中,作为隔板采用平板部为绝缘性的隔板时,可以构成为上述各集电板被分割成多个成相互非接触状态,进一步,与各上述集电板对应,上述各电极可以构成为在上述电解质膜的长度方向和/或宽度方向上被分割成多个成相互非接触状态。
在这种构成的燃料电池中,由于在其内部由多个在电气上成非接触状态的电池功能部(单电池)形成,在该燃料电池的内外在电气上适当连接各电池功能部,用1台燃料电池就可以获得从低电压到高电压的不同电压的电力。
根据本发明的燃料电池用隔板的制造方法,是制造凸出部为碳、平板部为合成树脂的隔板的方法,第1制造方法的特征是包括热压力成形碳粉末形成上述凸出部的笫1工序、在合成树脂制的平板上涂敷密封性粘接剂的第2工序、以及将上述凸出部嵌入到设置在该平板上的多个嵌合孔中固定的第3工序。
根据本发明的第2制造方法,是作为凸出部的形成材料使用含有粘接剂的碳粉末的制造方法,其特征是包括热压力成形含有粘接剂的碳粉末形成上述凸出部的第1工序、在合成树脂制的平板上涂敷密封性粘接剂的笫2工序、以及将上述凸出部嵌入到该平板的嵌合孔中固定的第3工序。在该制造方法中,在上述第1工序中,采用通过通电对上述凸出部加热将该凸出部中含有的粘接剂熔融、然后通过冷却该凸出部进行硬化的方法。
根据本发明的第3制造方法,是作为凸出部的形成材料使用含有粘接剂的碳粉末的制造方法,其特征是包括热压力成形含有粘接剂的碳粉末形成上述凸出部的第1工序、在合成树脂制的平板的嵌合孔中嵌入上述凸出部的第2工序、以及通过通电对上述凸出部加热将该凸出部中含有的粘接剂熔融、之后通过冷却硬化上述凸出部同时固定在上述平板上的第3工序。
根据本发明的第4制造方法的特征是包括热压力成形碳粉末形成上述凸出部的第1工序、具有隔板形状的腔体的注射模具的该腔体的与各凸出部对应凹部中嵌入该凸出部固定模具的第2工序、以及在上述腔体内注射熔融状态的合成树脂的第3工序。
在该制造方法中,在上述第1工序中,作为凸出部的形成材料使用含有粘接剂的碳粉末,采用热压力成形该碳粉末形成上述凸出部的方法。
根据本发明的第4制造方法,作为凸出部的形成材料使用含有粘接剂的碳粉末,其特征是包括在具有向上方开口的凸出部形状的多个凹部的下部模具的该各凹部中填充含有粘接剂的碳粉末的第1工序、将具有与上述下部模具的各凹部对向的多个贯通孔的合成树脂的平板设置在上述下部模具的上端面上、同时将与上述下部模具的各凹部对向的向下方开口的多个凹部的上部模具设置在上述平板的上面侧的第2工序、以及用配设在上述下部模具的各凹部的底部的按压装置将填充在该各凹部中的上述碳粉末向上述上部模具一侧按压形成贯通上述平板的各贯通孔的凸出部、同时通过通电加热该凸出部将该凸出部包含的粘接剂熔融、之后通过冷却硬化上述凸出部并固定在平板上第3工序。
根据这些制造方法,可以廉价制造出由凸出部为碳制、平板部为合成树脂制的相互不同材料构成的隔板。
本发明的代表性方案可概括如下:
(1)一种燃料电池,将1组或者多组电池功能部并列配置,该电池功能部包括单一的电解质膜、与该电解质膜的两侧面接触的一对电极、与这些电极的一个电极的侧面接触且形成供给燃料气体的反应室的第1隔板、以及与这些电极的另一个电极的侧面接触且形成供给反应气体的反应室的第2隔板,并且,该燃料电池具有与位于所述电池功能部的一方的最外侧的所述第1隔板以及位于另一方的最外侧的所述第2隔板相接触配置的一对集电板,其特征在于:所述各组电极被分别分割成多个且相互呈非接触状态,并与所述电解质膜的各侧面接触地配置,在构成所述各隔板的绝缘性基板上设置的多个导电性凸出部与所述被分割过的各电极接触,所述各集电板被分别分割成多个且相互呈非接触状态,并与所述各隔板的多个导电性凸出部接触地配置,通过任意切换与所述各组集电板连接的外部电路来输出不同的电压。
(2)如(1)所述的燃料电池,其特征在于:所述各隔板构成为把多个导电性凸出部组装到在绝缘性的平板状基板上形成的多个安装孔中。
(3)如(2)所述的燃料电池,其特征在于:所述绝缘性的平板状基板由合成树脂制成,上述各导电性凸出部是由碳粉末压缩而形成的导电性的柱状体。
附图说明
图1为表示现有的燃料电池的一部分省略后的截面图。
图2为表示根据本发明的一例的燃料电池的斜视图。
图3为表示在该燃料电池中在图2的X-X线截断的一部分省略后的截面图。
图4为表示有关构成该燃料电池的本发明的一例的隔板以及支撑该隔板的左右支撑框的斜视图。
图5为表示根据本发明的另一例的燃料电池的斜视图。
图6为表示在该燃料电池中在图5的Y-Y线截断的一部分省略后的截面图。
图7为表示有关构成该燃料电池的本发明的一例的隔板、电解质膜、电极以及支撑框的斜视图。
图8为表示根据本发明的一例的隔板的一制造方法的制造工序图。
图9为表示为成形构成根据本发明的隔板的凸出部的一成形方法的概略说明图。
图10为表示为将构成根据本发明的隔板的凸出部嵌入到平板部的一嵌入方法的概略说明图。
图11为表示为和凸出部一体成形构成根据本发明的隔板的平板部的一成形方法的概略说明图。
图12为表示在构成根据本发明的隔板的平板部上一体成形凸出部的一成形方法的概略说明图。
具体实施方式
以下说明本发明的最佳实施方案。
(燃料电池的第1实施方案)
图2和图3为表示根据本发明的燃料电池的第1实施方案。该燃料电池是以氢气作为燃料气体并且以空气作为氧化剂气体的燃料电池,以根据本发明的隔板作为构成部件。该燃料电池20A由电池功能部20a多个并列配置构成,在电池功能部20a多个并列的状态下,介入不锈钢等导电体的左右一对的集电板21a、21b、以及聚丙烯等合成树脂的绝缘体的左右一对支撑板22,通过多个安装螺钉23螺紧进行组装。
电池功能部20a包括固体电解质膜24、粘贴在固体电解质膜24的左右两面上的一对电极25a、25b、隔板26、相互夹持固体电解质膜24和隔板26的支撑框27,由在表里两面上粘贴电极25a、25b的2个固体电解质膜24、和3块隔板26以及6个支撑框27所构成。
在电池功能部20a中,固体电解质膜24为离子交换树脂制的薄膜的ナフイオン(杜邦公司的商品名)等,电极25a、25b为由担持白金系的催化剂的碳棒构成的多孔性的导电体,支撑框27为聚丙烯等合成树脂的绝缘体。
而且,隔板26由平板部26a以及多个凸出部26b构成,平板部26a为聚丙烯等合成树脂的绝缘性板,并且凸出部26b为将碳粉末加压成形的导电性的柱状体。各凸出部26b嵌入到设置在平板部26a上的多个嵌合孔中,在从平板部26a的表里两面凸出相同长度的状态下,固定在平板部26a上。
隔板26在其平板部26a的外缘侧图4的上下部位上包括形成燃料气体的供给流路P1的燃料气体流入孔26c1、以及形成燃料气体的排出流路P2的燃料气体排出孔26c2,在同图的左右部位上包括形成氧化剂气体的供给流路P3的氧化剂气体流入孔26d1、以及形成氧化剂气体的排出流路P4的氧化剂气体排出孔26d2,并且,在同图的上下、左右的角部上,包括形成冷却水的供给流路P5的冷却水流入孔26e1、以及形成冷却水的排出流路P6的冷却水排出孔26e2。
支撑框27为在中央部有正方形状的大开口部27a的平板状,在其外缘侧上包括,与隔板26的燃料气体流入孔26c1和燃料气体排出孔26c2对向的燃料气体流入孔27b1和燃料气体排出孔27b2,与氧化剂气体流入孔26d1和氧化剂气体排出孔26d2对向的氧化剂气体流入孔27c1和氧化剂气体排出孔27c2,与冷却水流入孔26e1和冷却水排出孔26e2对向的冷却水流入孔27d1和的冷却水排出孔27d2。
燃料气体流入孔27b1和燃料气体排出孔27b2与燃料气体流入孔26c1和燃料气体排出孔26c2一体形成燃料气体的供给流路P1和排出流路P2。氧化剂气体流入孔27c1和氧化剂气体排出孔27c2与氧化剂气体流入孔26d1和氧化剂气体排出孔26d2一体形成氧化剂气体的供给流路P3和排出流路P4。冷却水流入孔27d1和的冷却水排出孔27d2与冷却水流入孔26e1和冷却水排出孔26e2一体形成冷却水的供给流路P5和排出流路P6。
该电池功能部20a由粘贴了电极25a、25b的2个固体电解质膜24、和3个隔板26与6个支撑框27相互夹持所构成,该燃料电池20A将有关构成的电池功能部20a在分别包括集电板21a、21b的左右的两支撑板22之间多个并列配置。
在隔板26的这种夹持状态下,平板部26a,对于处于中间的隔板26,区分2个固体电解质膜24之间的区间,在电极25a一侧形成供给燃料气体的氢气的反应室R1,并且、在电极25b一侧形成供给氧化剂气体的空气的反应室R2,对于处于左右各端的隔板26,区分固体电解质膜24和支撑板22之间的区间,在电极25a一侧形成供给燃料气体的氢气的反应室R1,并且、在电极25b一侧形成供给氧化剂气体的空气的反应室R2,并且,在位于相邻两电池功能部20a的侧部的两隔板26之间形成供给冷却水的冷却室R3。而且,隔板26的各凸出部26b,对于处于中间的隔板26,通过各支撑框27的开口部27a与粘贴在相邻两固体电解质膜24上的各电极25a、25b挡接,对于处于左右各端的隔板26,与电极25a、25b中的一方和集电板21a、21b中的一方挡接。
在该燃料电池20A中,非使用时,燃料气体的供给流路P1和排出流路P2、氧化剂气体的供给流路P3和排出流路P4、冷却水的供给流路P5和排出流路P6,如图2所示,由密闭栓28密闭。在使用时,取出各密闭栓28,开放各流路P1~P6,分别将燃料气体的供给流路P1的流入口与氢气供给源侧,氧化剂气体的供给流路P3的流入口与空气供给源侧,并且,冷却水的供给流路P5的流入口与冷却水供给源侧相连接。在这种状态下,通过向各电池功能部20a供给燃料气体的氢气以及氧化剂气体的空气,开始该燃料电池20A的使用。
在该燃料电池20A中,通过供给氢气、空气以及冷却水,氢气通过燃料气体的供给流路P1供给到各电池功能部20a的各反应室R1同时通过燃料气体的排出流路P2排出,空气通过氧化剂气体的供给流路P3供给到各电池功能部20a的各反应室R2同时通过氧化剂气体的排出流路P4排出,冷却水通过冷却水的供给流路P5供给到各电池功能部20a的各冷却室R3同时通过冷却水的排出流路P6排出。这之间,供给到反应室R1的氢气和供给到反应室R2的空气夹持固体电解质膜24引起氧化还原反应,产生电。该氧化还原反应由于包含在该电极25a、25b中的白金系催化剂的作用而加大。由该氧化还原反应所产生的电,从与各电极25a、25b挡接的隔板26的各凸出部26b导出到集电板21a、21b,从两集电板21a、21b取出到外部。
此外,在该燃料电池20A的使用中,冷却水从供给流路P5经过各冷却室R3向排出路径排出,其间,冷却各电池功能部20a。
然而,由于构成该燃料电池20A的各隔板26由平板部26a、嵌入平板部26a上贯通表里的多个凸出部26b构成,平板部26a由合成树脂板形成,并且凸出部26b通过加压成形碳粉末所形成。为此,在该隔板26中,在制造时,不需要高价的碳制板块作为原材料,并且,作为制造方法,不需要削出多个凸出部的麻烦而费时的切削加工。
因此,该隔板26,与作为原材料需要高价的碳制板块并且需要麻烦而费时的切削加工的现有的这种隔板相比较,极为廉价。而且,采用多张这样的廉价的隔板26所构成的燃料电池20A,与现有的这种形式的燃料电池10相比较,可以极为廉价地提供。
此外,在该燃料电池20A中,作为隔板,虽然采用的是由合成树脂制的绝缘性平板部26a和碳制导电性的多个凸出部26b所构成的隔板26,也可以采用含有碳粉末的合成树脂制的导电性平板部26a和碳制导电性的多个凸出部26b所构成的隔板。在该隔板中,和现有的碳制的隔板相比较是廉价的,可以廉价地提供以该隔板作为构成部件的燃料电池。
(燃料电池的第2实施方案)
图5和图6为表示根据本发明的燃料电池的第2实施方案。该燃料电池20B和第1实施方案的燃料电池20A相同,是以氢气作为燃料气体并且以空气作为氧化剂气体的燃料电池,以根据本发明的隔板作为构成部件。
该燃料电池20B由电池功能部20b多个并列配置构成,在多个电池功能部20b多个并列的状态下,介入不锈钢等导电体的左侧4个的集电板21a1~21a4、右侧4个的集电板21b1~21b4、以及聚丙烯等合成树脂的绝缘体的左右一对支撑板22,通过多个安装螺钉23螺紧进行组装。
电池功能部20b,如图6和图7所示,包括固体电解质膜24、粘贴在固体电解质膜24的左侧面的4个电极25a1~25a4、粘贴在固体电解质膜24的右侧面的4个电极25b1~25b4、隔板26、相互夹持固体电解质膜24和隔板26的支撑框27,由在表里两面上粘贴电极25a125a4、25b1~25b4的2个固体电解质膜24、和3个隔板26以及6个支撑框27所构成。
在该燃料电池20B中,集电板21a1~21a4、21b1~21b4和构成燃料电池20A的集电板21a、21b为相同材质,是将各集电板21a、21b进行4分割后的状态。由,构成电池功能部20b的固体电解质膜24、隔板26以及支撑框27和构成有关第1实施方案的电池功能部20a的固体电解质膜24、隔板26以及支撑框27相同,对于电极25a1~25a4、25b1~25b4,和构成燃料电池20A的电极25a、25b为相同材质,是将各电极25a、25b进行4分割后的状态。各电极25a1~25a4、25b125b4,在构成燃料电池20B的状态下,处于与各集电板21a1~21a4、21b1~21b4对向的位置上。
因此,在该燃料电池20B中,除了集电板21a1~21a4、21b1~21b4、电极25a1~25a4、25b1~25b4以外,和燃料电池20A的构成相同,和燃料电池20A的构成相同的构成部位,采用和燃料电池20A的构成部位相同的符号,在此省略其详细说明。
然而,在该燃料电池20B中,构成电池功能部20b的隔板26的各凸出部26b挡接在粘贴在固体电解质膜24的表里上的各电极25a1~25a4、25b1~25b4,在该燃料电池20B内,构成与4组集电板(21a1和21b1、21a2和21b2、21a3和21b3、21a4和21b4)对应的相互独立的4个单电池。因此,在该燃料电池20B中,可以从4组的集电板每组取出电,同时通过适当进行各组的集电板的电连接,可以任意取出不同电压的电。
(燃料电池的第1制造方法)
根据本发明的隔板26和现有的这种隔板15相比较可以极为廉价地提供,该隔板26可以按以下的各制造方法进行制造。
制造隔板26的第1制造方法,如图8所示,由压力成形凸出部26b的第1工序、在将合成树脂制平板形成为平板部形状的平板部26a的表里两面上涂敷密封性粘接剂的第2工序、以及在设置在涂敷了密封性粘接剂的平板部26a上的多个嵌合孔中嵌入各凸出部26b并固定的第3工序所构成。
在该制造方法中,作为凸出部26b的成形材料采用粒径为100nm以下的碳粉末,将该碳粉末在室温、500kgf/cm2~5000kgf/cm2的高压下压力成形形成凸出部26b,例如形成直径为2mm长度为3mm。
平板部26a通过预先注射成形形成,包括各流入孔26c1~26e1、各流出孔26c2~26e2以及嵌合凸出部26b的多个嵌合孔,以聚丙烯等合成树脂作为材料。平板部26a为绝缘性,例如形成厚度为1mm纵横为150mm的正方形状。此外,嵌合凸出部26b的多个嵌合孔可以和平板部26a的成形时同时形成,也可以在成形后的平板部26a上用钻头进行钻孔加工形成。而且,平板部26a也可以采用含有碳粉末的合成树脂作为材料形成,这时,平板部26a成为导电性。
密封性粘接剂,发挥让各凸出部26b密闭地固定在平板部26a上的功能,涂敷在平板部26a的表里两面上,或者涂敷在各嵌合孔的内周面。作为密封性粘接剂,例如采用醋酸乙烯系、聚酯系的合成树脂制的粘接剂。在涂敷了密封性粘接剂的平板部26a上,在其多个嵌合孔中分别嵌入凸出部26b,在嵌入状态下硬化密封性粘接剂,让各凸出部26b密闭地嵌入到平板部26a的嵌合孔中。
此外,在该制造方法中,替换平板部26a,而采用不包括各流入孔26c1~26e1和各流出孔26c2~26e2的平板时,在嵌合固定凸出部26b后,在平板的给定的部位上形成各流入孔26c1~26e1和各流出孔26c2~26e2。这样,形成平板部26a,成为隔板26。
(燃料电池的第2制造方法)
制造隔板26的第2制造方法,作为凸出部26b的成形材料,是采用含有粘接剂的碳粉末的方法。该制造方法是以第1制造方法为基础的方法,在第1工序的压力成形凸出部26b的工序中,在室温、中压下压力成形所形成,同时将压力工程中的碳粉末中粘接剂加热进行熔融。作为加热熔融方法,如图9所示,采用在填充含有粘接剂的碳粉末的冲模31和将在冲模31中填充的含有粘接剂的碳粉末加压的钻孔器32之间施加电流的方法。
在该制造方法中,作为粘接剂例如采用苯酚系的热熔融型的粘接剂,将均匀混合了该粘接剂10wt%~20wt%的碳粉末,在室温、50kgf/cm2~500kgf/cm2范围的中压下压力成形形成。其间,在冲模31和钻孔器32之间例如施加12V的电压、20A~50A的电流1秒钟,碳粉末中的粘接剂瞬时熔融,之后,停止电流的施加,让其冷却硬化。依据该制造方法,比第1制造方法中凸出部26b的成形压力要低的成形压力,可以形成具有同等强度以及硬度的凸出部26b。
(燃料电池的第3制造方法)
制造隔板26的第3制造方法,作为凸出部26b的成形材料,是采用含有粘接剂的碳粉末的方法,该制造方法由压力成形凸出部26b的第1工序、设置在将合成树脂制平板所构成的平板部26a上的多个嵌合孔中嵌入各凸出部26b固定的第2工序、以及将嵌入平板部26a的凸出部26b加热而将凸出部26b中的粘接剂加热熔融的第3工序所构成。
在该制造方法中,作为粘接剂例如采用苯酚系的热熔融型的粘接剂,在第1工序中,在室温、50kgf/cm2~500kgf/cm2范围的中压下压力成形形成。而且,在第3工序中,如图10所示,在一对电极33a、33b之间配置嵌入凸出部26b状态的平板部26a,例如每一根凸出部26b施加12V的电压、5A~20A的电流1秒钟,将凸出部26b的粘接剂瞬时熔融,之后,停止电流的施加,让其冷却硬化。
依据该制造方法,不使用密封性粘接剂,可以形成和第1制造方法中凸出部26b同等强度以及硬度的凸出部26b,同时可以制造出该凸出部26b和平板部26a的嵌接强度高的隔板。
(燃料电池的第4制造方法)
制造隔板26的第4制造方法,作为凸出部26b的成形材料,是采用不含粘接剂的碳粉末的方法,该制造方法由压力成形凸出部26b的第1工序、与具有隔板形状的腔体的注射模具的该腔体的各凸出部对应的凹部中嵌入凸出部26b紧固的第2工序、以及腔体内注射熔融状态的合成树脂的第3工序所构成。
在该制造方法中,在第1工序中,在室温、500kgf/cm2~5000kgf/cm2范围的高压下压力成形形成凸出部26b。所形成的凸出部26b,在第2工序中,如图11所示,嵌入到注射模具34的下部模具34a的各凹部34a1中,在该下部模具34a上设置上部模具34b,将各凸出部26b也嵌入到上部模具34b的凹部34b1中。注射模具34在这种状态下紧固,在第3工序中,从射出成形机35将聚丙烯等热可塑性合成树脂,在熔融状态下注入到注射模具34的腔体34c内。这样,在腔体34c内,形成合成树脂制的平板部26a,同时,各凸出部26b在贯通平板部26a状态下密闭地一体化形成。
根据该制造方法,在成形平板部26a时,由于可以让其贯通各凸出部26b的状态下一体化形成,不需要采用预先形成多个嵌合孔的平板部,在制造工序中没有必要在平板部26a上形成多个嵌合孔,进一步,不需要使用密封性粘接剂。
此外,在该制造方法中,作为凸出部26b的成形材料,虽然采用不含粘接剂的碳粉末,在该制造方法中,作为凸出部26b的成形材料,也可以采用含有粘接剂的碳粉末。这时,在第1工序中,采用在第2制造方法中进行的对含有粘接剂的碳粉末热压力成形加工。
(燃料电池的第5制造方法)
制造隔板26的第5制造方法,作为凸出部26b的成形材料,是采用含有粘接剂的碳粉末的方法,该制造方法由在具有上方开口的凸出部形状的多个凹部的下部模具的各凹部中填充含有粘接剂的碳粉末的第1工序、将具有与下部模具的各凹部对向的多个贯通孔的合成树脂的平板构成的平板部26a设置在下部模具的上面侧、同时将具有与下部模具的各凹部对向的向下方开口的多个凹部的上部模具设置在平板部26a的上面侧的的第2工序、以及用设置在下部模具的各凹部的底部的按压装置将填充在各凹部中的碳粉末向上部模具一侧按压形成贯通平板部26a的各贯通孔的凸出部26b、同时通过通电加热凸出部26b将凸出部所含的粘接剂熔融的第3工序所构成。
图12为表示该制造方法的第3工序,在该制造方法中,凸出部26b采用成形模具35和平板部26a一体成形。成形模具35包括下部模具35a、上部模具35b以及设置在下部模具35a的各凹部35a1的底部的按压活塞35c。
在该制造方法中,在第1工序中将含有粘接剂的碳粉末填充到下部模具35a的各凹部35a1中,在第2工序中在下部模具35a的上面侧放置平板部26a,同时在平板部26a的上面侧设置具有与下部模具35a的各凹部35a1对向的向下方开口的多个凹部35b1的上部模具35b。作为平板部26a,采用具有与下部模具35a的各凹部35a1对向的多个贯通孔26a1的合成树脂制的平板部26a。
在第3工序中,如图12所示,启动按压活塞35c,将填充在下部模具35a的各凹部35a1中的含有粘接剂的碳粉末向上方按压,碳粉末的一部分通过平板部26a的贯通孔26a1移送到上部模具35b的各凹部35b1中,在两模具35a、35b的两凹部35a1、35b1内对碳粉末压力成形,形成贯通平板部26a的贯通孔26a1的凸出部26b。压力成形,例如在室温、50kgf/cm2~500kgf/cm2范围的中压下进行。之后,在下部模具35a和上部模具35b之间,例如,每一根凸出部26b施加12V的电压、20A~50A的电流1秒钟,将凸出部26b中的粘接剂瞬时熔融,之后,停止电流的施加,让其冷却硬化。
根据该制造方法,不需要将所成形多个凸出部26b嵌入到平板部26a的嵌合孔26a1中的作业,而且,比第1制造方法中凸出部26b的成形压力要低的成形压力,就可以形成具有和第1制造方法中凸出部26b同等强度和硬度的凸出部26b。
Claims (3)
1.一种燃料电池,将1组或者多组电池功能部并列配置,该电池功能部包括单一的电解质膜、与该电解质膜的两侧面接触的一对电极、与这些电极的一个电极的侧面接触且形成供给燃料气体的反应室的第1隔板、以及与这些电极的另一个电极的侧面接触且形成供给反应气体的反应室的第2隔板,并且,该燃料电池具有与位于所述电池功能部的一方的最外侧的所述第1隔板以及位于另一方的最外侧的所述第2隔板相接触配置的一对集电板,
其特征在于:所述各组电极被分别分割成多个且相互呈非接触状态,并与所述电解质膜的各侧面接触地配置,在构成所述各隔板的绝缘性基板上设置的多个导电性凸出部与所述被分割过的各电极接触,所述各集电板被分别分割成多个且相互呈非接触状态,并与所述各隔板的多个导电性凸出部接触地配置,通过任意切换与所述各组集电板连接的外部电路来输出不同的电压。
2.如权利要求1所述的燃料电池,其特征在于:所述各隔板构成为把多个导电性凸出部组装到在绝缘性的平板状基板上形成的多个安装孔中。
3.如权利要求2所述的燃料电池,其特征在于:所述绝缘性的平板状基板由合成树脂制成,所述各导电性凸出部是由碳粉末压缩而形成的导电性的柱状体。
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