DE102006029511B4

DE102006029511B4 - Brennstoffzellenstapel und verfahren zum herstellen einer anschlussplatte für einen brennstoffzellenstapel

Info

Publication number: DE102006029511B4
Application number: DE102006029511.0A
Authority: DE
Inventors: Tsunemasa Nishida; Chisato Kato; Naohiro Takeshita; Masashi Maeda; Masanori Matsukawa
Original assignee: Aisin Takaoka Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin Takaoka Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2026-06-28
Also published as: JP2007042598A; CA2551430A1; CA2551430C; US20070007141A1; JP4913469B2; DE102006029511A1

Abstract

Brennstoffzellenstapel, der eine Brennstoffzellengruppe (C), in der eine Anzahl von Brennstoffzellen und Trennelementen angeordnet ist, sowie Anschlussplatten (1) und Endplatten (3), die an jedem Endabschnitt der Brennstoffzellengruppe (C) angeordnet sind, aufweist, wobei die Anschlussplatte (1) als eine elektrisch leitende Metallplatte mit einer der Endplatte (3) gegenüberliegenden Oberfläche (11) ausgebildet ist, wobei eine isolierende Harzschicht (15), die elektrisch zwischen der Anschlussplatte (1) und der Endplatte (3) isoliert, durch ein Galvanisierungsbeschichtungssverfahren wenigstens auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Anschlussplatte (1) gebildet ist, wobei die isolierende Harzschicht (15) frei von Kontaktlöchern ist, wobei die isolierende Harzschicht (15) ein durch Galvanisierungsbeschichtung mit einem Polyimidgalvanisierungsbeschichtungsmaterial gebildeter Polyimidfilm ist und wobei eine elektrisch leitende Schicht (16) aus einem elektrisch leitenden Metall auf Bereichen der Anschlussplatte (1) außer dem mit der isolierenden Harzschicht (15) beschichteten Bereich ausgebildet ist, wobei bei einem Überziehen der Abschnitte, die nicht mit dem isolierenden Polyimidfilm (15) beschichtet sind, mit der leitenden Schicht (16) aus einem elektrisch leitenden Metall der isolierende Polyimidfilm als abdeckendes Material vorhanden ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel, insbesondere Verbesserungen bei dem Aufbau einer elektrischen Isolierung zwischen einer Anschlussplatte und einer Endplatte, die an beiden Enden des Brennstoffzellenstapels angeordnet sind. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen einer Anschlussplatte für einen Brennstoffzellenstapel, die über eine derartige elektrische Isoliereinrichtung verfügt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Wie in 4 dargestellt verfügt ein herkömmlicher Brennstoffzellenstapel über eine Brennstoffzellengruppe C, bei der eine Anzahl von Brennstoffzellen und Trennelementen abwechselnd angeordnet und in Serie geschaltet sind, sowie über Endplattengruppen, die an beiden Enden der Brennstoffzellengruppe C angeordnet sind und jeweils eine Anschlussplatte 1, eine Isolierplatte 2 und eine Endplatte 3 aufweisen, wobei der Brennstoffzellenstapel so aufgebaut ist, dass diese Gruppen durch ein Verbindungsteil 4 (siehe zum Beispiel Patentdokument 1) verbunden sind. Die Endplatten 3 sind dazu eingerichtet, die Spannkraft des Verbindungsteils 4 direkt aufzunehmen und einen bestimmten Flächendruck auf die Brennstoffzellengruppe C auszuüben. Die Isolierplatten 2 sind plattenförmige Isolierteile zum elektrischen Isolieren zwischen der Anschlussplatte 1 als Elektrodenanschluss und der Endplatte 3.
Andererseits wurde zum Reduzieren des Gewichts des Brennstoffzellenstapels ein Verfahren vorgeschlagen (siehe zum Beispiel Absatz [0003] des Patentdokuments 2), bei dem die Isolierplatten aus den Endplattengruppen entfernt und an ihrer Stelle die Innenflächen der Endplatten (die Flächen gegenüber den Anschlussplatten) mit einem isolierenden Harz durch ein Evaporationsverfahren, das heißt, dass Harz auf die Flächen gesprüht wird, beschichtet wurden. Das oben genannte Evaporationsverfahren wies jedoch insofern Probleme auf, dass wegen durch Harzpartikel, Luftblasen und ähnliches verursachten Kontaktlöchern Isolierungsdefekte auftreten konnten, und andere Probleme insofern, dass Haftfestigkeitsdefekte, wie leichtes Ablösen des durch Evaporationsbeschichtung aufgetragenen Harzes wegen seiner Zerbrechlichkeit, an den Kanten und Ecken der im allgemeinen rechteckigen Endplatten aufgetreten sind (siehe Absatz [0018] des Patentdokuments 2).
Um die Nachteile einer derartigen durch Evaporation gebildeten Isolierbeschichtung zu vermeiden, ist in der Brennstoffzelle des Patentdokuments 2 eine etwa 200 μm dicke Filmschichtstruktur aus einem fluorhaltigen Harz (isolierendem Harz) in einer Kastenform ausgebildet, die den Bereich von dem unteren Plattenabschnitt aufwärts um die vier seitlichen Plattenabschnitte herum bis zu einer bestimmten Höhe mit der Oberfläche offen umschließt, und die Filmschichtstruktur dieses Kastens mit dem offenen oberen Teil wird über der Oberfläche einer Seite des Endplattenkörpers (eine Metallplatte mit ausreichender Stärke) eingepasst, um eine Endplatte zu bilden (siehe Absatz [0016] und [0017] des Patentdokuments 2).
[Patendokument 1]

JP 2003-346 869 A

[Patentdokument 2]

JP H10-270 066 A

[Patentdokument 3]

JP 2003-249 240 A (Trennelement)

[Patentdokument 4]

JP 2004-31 166 A (elektrostatische Farbe für ein Trennelement aus Metall)

GB 2 117 794 A offenbart das galvanische Abscheiden von isolierendem Material an freiliegenden Bereichen bei elektrischen Bauteilen, insbesondere in Gestalt von keramischen Kondensatoren, wobei als bevorzugtes Abscheidungsmaterial Epoxydharz genannt ist.
JP H10-270 066 A (Patentdokument 2) offenbart das Belegen von Metallplatten für eine Brennstoffzelle mit einem isolierenden Film aus Polytetrafluorethylen (PTFE).
JP H04-12 407 A offenbart das Beschichten eines Drahtes mit einem galvanischen Prozess mit einem Lack, der eine Imidgruppe oder ein Amidgruppenpolymer enthält.
Nachteile treten jedoch ebenfalls bei den Endplatten mit der isolierenden Filmschichtstruktur gemäß Patentdokument 2 auf. Mit anderen Worten, das Auftreten von Kontaktlöchern kann fast auf Null reduziert werden, indem eine Filmschichtdicke von etwa 200 μm beibehalten wird, aber dazu ist es erforderlich, dass die Filmschicht mit dieser Filmdicke getrennt von dem Endplattenkörper ausgebildet wird. Deswegen tritt in dem Fall, wenn die Endplatte in einer komplexen Form ausgebildet ist, wie beispielsweise wenn der Endplattenkörper eine präzise konkav-konvexe Form aufweist, insofern ein Problem auf, dass es schwierig ist, eine Filmschichtstruktur auszubilden, bevor eine entsprechende Form vorliegt. Bei einer Brennstoffzelle wird die Form der Endplatte tendenziell entsprechend der Multifunktionalität des Plattenmaterials komplex, und es ist nicht einfach, den Stand der Technik gemäß Patentdokument 2 auf eine Endplatte mit einer komplexen Form anzuwenden. Darüber hinaus stellt, wie im Fall des oben genannten Evaporationsverfahrens, der Stand der Technik gemäß Patentdokument 2 auch keine entscheidende Lösung des Problems der schlechten Haftfestigkeit der Filmbeschichtung an den Kanten und Ecken des Endplattenkörpers dar.
Im Fall des Isolierfilms gemäß Patentdokument 2 beträgt die Dicke ebenfalls etwa 200 μm, weswegen es als schwierig angesehen wird, Schwankungen bei der Filmdicke minimal zu halten, zum Beispiel 10 μm oder weniger. Darüber hinaus ist es, um eine Schwankung der Filmdicke zu reduzieren, selbst wenn die Beschichtung mit einem Isolierfilm mit einer geringer Dicke wie 50 μm erfolgt, nicht nur schwierig, einen derartigen dünnen Isolierfilm herzustellen, sondern es wird auch als sehr schwierig angesehen, die Endplatte gleichmäßig zu beschichten. Insbesondere tritt, selbst wenn die Endplatte mit einer komplexen konkav-konvexen Form mit einem Isolierfilm beschichtet wird, der eine Dicke von 50 μm oder weniger aufweist, eine Schwankung bei der Haftfestigkeit zwischen dem Isolierfilm und der Endplatte auf. Deswegen bilden sich in dem Isolierfilm Bereiche, die Schäden verursachen können, so dass Schäden wie Risse auftreten. Dementsprechend tritt insofern ein Problem auf, dass die Isolierfähigkeit des Isolierfilms nicht vollständig gegeben ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Diese Erfindung wurde unter Berücksichtung der oben genannten Probleme geschaffen. Patentdokument 3 und Patentdokument 4 offenbaren Verfahren zum Beschichten der Oberfläche der Trennelemente der Brennstoffzellengruppe des Brennstoffzellenstapels durch ein Galvanisierungsbeschichtungsverfahren, das Ziel dieser Verfahren betrifft jedoch eine elektrisch leitende Beschichtung, die dazu eingerichtet ist, der Korrosion durch Korrosionsgase besser widerstehen zu können (Korrosionsschutz).
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Brennstoffzellenstapel zu schaffen, der eine isolierende Harzschicht mit guten elektrisch isolierenden Eigenschaften zwischen den Anschlussplatten und den Endplatten aufweist, so dass die Isolierplatten weggelassen werden können, wodurch der Brennstoffzellenstapel leichter und kleiner gestaltet werden kann. Darüber hinaus ist es ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Brennstoffzellenstapel zu schaffen, der das Ausbilden von isolierenden Harzschichten ermöglicht, selbst wenn die Endplatten oder Anschlussplatten eine komplizierte Form aufweisen. Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen der Anschlussplatten für einen Brennstoffzellenstapel zu schaffen, der den oben genannten elektrisch isolierenden Aufbau aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, eine isolierende Harzschicht mit guten elektrisch isolierenden Eigenschaften zwischen einer Anschlussplatte und einer Endplatte auszubilden. Bei dem Studium der Ursache der Defekte, die auftreten, wenn ein Film durch ein Evaporationsverfahren gebildet wird (Kontaktlöcher, schlechte Haftfestigkeit), wurde herausgefunden, dass ein Film, der im Vergleich mit anderen Filmbildungsverfahren durch ein Galvanisierungsverfahren gebildet wurde, eine gute Gleichmäßigkeit und Kontinuität über einem Plattensubstrat sowie selbst bei einem relativ dünnen Film eine hohe elektrische Isolierfähigkeit aufwies.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 wird im Kern ein Brennstoffzellenstapel geschaffen, der eine Brennstoffzellengruppe, in der eine Anzahl von Brennstoffzellen und Trennelementen angeordnet sind, sowie Anschlussplatten und Endplatten aufweist, die an jedem Endabschnitt der Brennstoffzellengruppe angeordnet sind. Weiterhin wird eine Anschlussplatte des Brennstoffzellenstapels als Metallplatte mit einer einer Endplatte gegenüberliegenden Oberfläche ausgebildet, und eine isolierende Harzschicht, die elektrisch zwischen der Endplatte und der Anschlussplatte isoliert, wird durch ein Galvanisierungsbeschichtungsverfahren auf wenigstens einer der Endplatte gegenüberliegenden Oberfläche gebildet.
Vorzugsweise sind bei dem Brennstoffzellenstapel gemäß der vorliegenden Erfindung gekrümmte Oberflächen an den Randabschnitten ausgebildet, die durch die gegenüberliegende Oberfläche der Anschlussplatte und durch wenigstens eine nicht parallele, die gegenüberliegende Oberfläche schneidende Oberfläche gebildet sind, so dass die gekrümmten Oberflächen die gegenüberliegende Oberfläche gleichmäßig mit wenigstens einer nicht parallelen Oberfläche verbindet, und die isolierende Harzschicht kontinuierlich die gegenüberliegende Oberfläche, die gekrümmte(n) Oberfläche(n) und wenigstens eine nicht parallele Oberfläche der Anschlussplatte bedeckt.
Weiterhin sind Aspekte des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 4 offenbart.
Das Verfahren zum Herstellen einer Anschlussplatte für einen Brennstoffzellenstapel gemäß der vorliegenden Erfindung wie in Anspruch 5 angegeben ist ein Verfahren zum Herstellen einer Anschlussplatte für einen Brennstoffzellenstapel, dessen Oberfläche mit einer isolierenden Harzschicht, die aus einem Polyimidfilm und einer leitenden Schicht hergestellt ist, bedeckt ist und folgende Schritte umfasst:
einen Vorbereitungsschritt, bei dem ein elektrisch leitendes Metallplattenteil mit einer einer Endplatte gegenüberliegenden Oberfläche präpariert wird,
einen Galvanisierungsbeschichtungsschritt, bei dem eine isolierende Harzschicht, vorzugsweise ein Polyimidfilm, wenigstens auf der gegenüberliegenden Oberfläche der gesamten Oberfläche des elektrisch leitenden Metallplattenteils durch ein Galvanisierungsbeschichtungsverfahren mit einem Polyimidgalvanisierungsbeschichtungsmaterial gebildet wird, und
einen Überzugsschritt, bei dem die Abschnitte, die nicht durch den isolierenden Polyimidfilm beschichtet sind, mit einer leitenden Schicht aus einem elektrisch leitenden Metall durch Überziehen beschichtet werden, wobei der isolierende Polyimidfilm während des Überziehens als abdeckendes Material verwendet wird.
Weitere Aspekte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den entsprechenden abhängigen Ansprüchen 6 bis 8 offenbart.
Darüber hinaus verfügt die durch den Überzugsschritt gebildete elektrisch leitende Schicht bei dem Verfahren zum Herstellen einer Anschlussplatte für einen Brennstoffzellenstapel vorzugsweise über eine elektrisch leitende Antikorrosionsschicht aus einem elektrisch leitenden Antikorrosionsmetall, das im Hinblick auf den Korrosionswiderstand dem elektrisch leitenden Metall des Plattenteils überlegen ist.
Jedes der Komponententeile der vorliegenden Erfindung und weitere vorzuziehende Ausführungsbeispiele und zusätzliche Komponententeile der vorliegenden Erfindung werden in dem nachfolgenden Teil BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE erläutert.
Die vorteilhaften Effekte der vorliegenden Erfindung werden wie folgt zusammengefasst.
Gemäß dem Brennstoffzellenstapel der vorliegenden Erfindung weist die isolierende Harzschicht, die an den Anschlussplatten durch ein Galvanisierungsbeschichtungsverfahren gebildet ist, selbst bei einem relativ dünnen Film gute elektrisch isolierende Eigenschaften auf, so dass die Isolierplatten weggelassen werden können, wodurch der Brennstoffzellenstapel leichter und kleiner gestaltet werden kann. Insbesondere die durch ein Galvanisierungsverfahren gebildete isolierende Harzschicht weist eine exzellente Haftfestigkeit sowie Anpassungsfähigkeit an die Form des Plattensubstrats auf und verfügt über eine gleichmäßige Filmdicke sowie Kontinuität. Deswegen treten bei der isolierenden Harzschicht, selbst wenn die Oberfläche des Substrats eine komplexe konkav-konvexe Form aufweist, kaum Schäden wie Abblättern des Films, Kontaktlöcher, Risse im Film und ähnliches auf, und sie ermöglicht eine gleichbleibende elektrische Isolierung.
Wenn gekrümmte Oberflächen auf den Randabschnitten (oder Eckabschnitten) der Anschlussplatten gebildet sind, die durch die gegenüberliegende Oberfläche und die nicht parallelen Oberflächen gebildet sind, die die gegenüberliegende Oberfläche auf eine Weise schneiden, dass eine isolierende Harzschicht kontinuierlich über der gegenüberliegenden Oberfläche, der (den) gekrümmte(n) Oberfläche(n) und nicht parallele(n) Oberfläche(n) gebildet wird, gibt es darüber hinaus keine Ränder (Ecken), die der inneren Spannungskonzentration (Restspannung) der isolierenden Harzschicht schaden könnten, so dass lokale Risse und Schäden in der isolierenden Harzschicht vermieden werden können. Demzufolge wird die Haftfestigkeit und Kontinuität der gesamten isolierenden Harzschicht verbessert, und die elektrisch isolierenden Eigenschaften werden stabilisiert.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen einer Anschlussplatte für einen Brennstoffzellenstapel der vorliegenden Erfindung ist es möglich, durch das Bilden eines Polyimidfilms als isolierende Harzschicht und einer elektrisch leitenden Schicht auf der Oberfläche eines elektrisch leitenden Metallplattenteils eine Anschlussplatte effizient herzustellen, die ebenfalls als Vorisolierplatte funktioniert. Insbesondere da der Polyimidfilm als isolierende Harzschicht, der durch Galvanisierungsbeschichtung gebildet ist, als abdeckendes Material während des Überziehens der elektrisch leitenden Schicht verwendet werden kann, ist der Herstellungsschritt vereinfacht, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden können.
Wenn der elektrisch leitende, in dem Überzugsschritt gebildete Film eine elektrisch leitende Antikorrosionsschicht aus einem elektrisch leitenden Antikorrosionsmetall aufweist, das im Hinblick auf den Korrosionswiderstand dem elektrisch leitenden Metall des Plattenteils überlegen ist, kann weiterhin sogar ein Plattenteil aus einem oft verwendeten elektrisch leitenden Metall mit einem im Wesentlichen niedrigen Korrosionswiderstand problemlos verwendet werden, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Brennstoffzellenstapels gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel (kein Gegenstand der beanspruchten Erfindung) einer Endplatte und ist eine horizontale Schnittansicht und eine vergrößerte Ansicht des durch die gestrichelte Linie gekennzeichneten Abschnitts der Anschlussplatte und der Endplatte (im getrennten Zustand) an der Stelle des in 1 dargestellten horizontalen Schnitts.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel (Gegenstand der beanspruchten Erfindung) einer Anschlussplatte und ist eine horizontale Schnittansicht und eine vergrößerte Ansicht des durch die gestrichelte Linie gekennzeichneten Abschnitts der Anschlussplatte und der Endplatte (im getrennten Zustand) an der Stelle des in 1 dargestellten horizontalen Schnitts.
4 ist eine Ansicht eines herkömmlichen Brennstoffzellenstapels.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Wie in 1 dargestellt verfügt ein Brennstoffzellenstapel gemäß der vorliegenden Erfindung über eine Brennstoffzellengruppe C, die eine Anzahl von definiert angeordneten Brennstoffzellen und Trennelementen aufweist, über eine Anschlussplatte 1 und eine Endplatte 3, die an jedem der Endabschnitte der Brennstoffzellengruppe C angeordnet sind, und über ein Verbindungsteil 4, dass diese (C, 1, 3) aneinanderfügt und miteinander verbindet.
Die Endplatten 3 sind aus einem sehr starken und sehr steifen Material gefertigt, um die Spannkraft des Verbindungsteils 4 direkt aufzunehmen. Auf Eisen basierendes Material wie rostfreier Stahl, Gussstahl, Gusseisen und ähnliches oder magnesiumhaltiges Material kann als Material für die Endplatten 3 verwendet werden. Im Allgemeinen werden die Endplatten 3 in Gestalt einer relativ dicken Platte ausgebildet (das heißt eine relativ ebene rechteckige Form), um selbst die hohe Steifigkeit aufrechtzuerhalten.
Die Anschlussplatten 1 sind an beiden Enden der Brennstoffzellengruppe C angeordnet und wirken als Elektrodenanschlüsse, weshalb sie aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt sind. In Anbetracht des wirtschaftlichen Vorteils und der Universaleigenschaften wird vorzugsweise ein elektrisch leitendes Material als leitendes Material der Anschlussplatten 1 verwendet. Aluminiummaterial (Aluminium und seine Legierungen), Kupfer, Silber und ähnliches kann als elektrisch leitendes Material der Anschlussplatten 1 verwendet werden. Im Allgemeinen werden die Anschlussplatten 1 in Gestalt einer relativ dünnen Platte gebildet.
2 und 3 zeigen einen horizontalen Querschnitt einer Anschlussplatte 1 und einer Endplatte 3 an der Stelle des in 1 dargestellten horizontalen Schnitts (um eine Betrachtung des Zustands des Films oben auf den Platten zu vereinfachen, sind beide Platten 1, 3 in einem getrennten Zustand dargestellt). Wie in 2 und 3 dargestellt ist verfügt die Endplatte 3 über wenigstens eine gegenüberliegende Oberfläche 31, die der Anschlussplatte 1 gegenüberliegt und mit ihr in Kontakt kommt, und über nicht parallele Oberflächen, die die gegenüberliegende Oberfläche 31 schneiden (beispielsweise die Umfangsfläche 33, die in einem rechten Winkel schneidet), wobei an der Grenze zwischen der gegenüberliegenden Oberfläche 31 und der nicht parallelen Oberflächen 33 das Vorhandensein von durch diese Oberflächen gebildeten Randabschnitten (oder Eckabschnitten) erwartet wird. Entsprechend verfügt die Anschlussplatte 1 über wenigstens eine gegenüberliegende Oberfläche 11, die der Endplatte 3 gegenüberliegt und mit ihr in Kontakt kommt, und über nicht parallele Oberflächen, die die gegenüberliegende Oberfläche 11 schneiden (beispielsweise die Umfangsfläche 13, die in einem rechten Winkel schneidet), wobei an der Grenze zwischen der gegenüberliegenden Oberfläche 11 und den nicht parallelen Oberflächen 13 das Vorhandensein von durch diese Oberflächen gebildeten Randabschnitten erwartet wird.
Bei dem Brennstoffzellenstapel gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine isolierende Harzschicht (35 oder 15) als Beschichtung durch ein Galvanisierungsbeschichtungsverfahren auf jeder Oberfläche der gegenüberliegenden Oberfläche 31 der Endplatte 3 oder der gegenüberliegenden Oberfläche 11 der Anschlussplatte 1 gebildet. Diese isolierende Harzschicht (35 oder 15) ist zwischen der Endplatte 3 und der Anschlussplatte 1 in einem Zustand, nachdem der Brennstoffzellenstapel vollständig zusammengebaut ist, angeordnet und isoliert dann elektrisch die Endplatte 3 von der Anschlussplatte 1, wobei sie wie eine elektrisch isolierende Schicht anstelle der herkömmlicherweise erforderlichen Isolierplatte wirkt. Deshalb kann durch Weglassen der Isolierplatte der Brennstoffzellenstapel leichter und kompakter gestaltet werden. Da ein Galvanisierungsbeschichtungsverfahren verwendet wird, um die isolierende Harzschicht (35 oder 15) zu bilden, ist es weiterhin möglich, die zu beschichtende Oberfläche gleichmäßig in alle Richtungen zu beschichten. Der durch Galvanisierungsbeschichtung gebildete Film weist eine sehr hohe Gleichmäßigkeit auf, und Kontaktlöcher und ähnliches kommen nur selten vor, so dass durch Kontaktlöcher oder ähnliches verursachte Isolierdefekte nur selten auftreten.
Wenn das beschichtete Objekt (die Endplatte 3 oder die Anschlussplatte 1) aus Metall ist, wird eine kathodische Galvanisierungsbeschichtung, bei der das zu beschichtende Objekt mit einer negativen Spannung beaufschlagt wird und sich das positiv geladene Galvanisierungsmaterial auf der Oberfläche des zu beschichtenden Objekts niederschlägt, als Verfahren zur Galvanisierungsbeschichtung der Endplatte 3 oder Anschlussplatte 1 bevorzugt verwendet.
Das bei der Galvanisierungsbeschichtung verwendete Galvanisierungsbeschichtungsmaterial ist nicht besonders eingeschränkt, es wird jedoch die Verwendung eines aus der Gruppe bestehend aus Polyimidgalvanisierungsmaterial, Fluorharzgalvanisierungsmaterial, Polyamidimidgalvanisierungsmaterial, Epoxidharzgalvanisierungsmaterial oder Acrylharzgalvanisierungsmaterial und ein Copolymer davon bevorzugt. Vorzugsweise wird ein kationisches Polyimidgalvanisierungsmaterial, das ein Polyimid mit einer chemischen Struktur als Hauptbestandteil enthält, das mit der folgenden chemischen Formel 1 angegeben ist, als das Polyimidgalvanisierungsmaterial verwendet. Bei der chemischen Formel 1 steht R für eine Alkylgruppe (Kette) und Ar steht für eine aromatische Gruppe (Struktur). Die dielektrische Durchbruchspannung des kationischen Polyimidgalvanisierungsmaterial beträgt etwa 1000 V und verfügt über besonders gute Isoliereigenschaften. Außerdem beträgt die Glasübergangstemperatur des kationischen Polyimidgalvanisierungsmaterials etwa 200°C (DSC-Messung), die 5%-Massenreduktionstemperatur liegt bei etwa 400°C (TGA-Messung) und verfügt als organisches Polymer über einen sehr hohen Wärmewiderstand. Im Allgemeinen soll das Galvanisierungsbeschichtungsmaterial vorzugsweise eine Glasübergangstemperatur von etwa 200°C oder höher aufweisen. Außerdem soll die Durchbruchspannung des Galvanisierungsbeschichtungsfilms vorzugsweise wenigstens etwa 1000°C betragen. [Chemische Formel 1]
Nach dem Durchführen der kationischen Galvanisierungsbeschichtung der Endplatte 3 oder Anschlussplatte 1 mit einem kationischen Polyimidgalvanisierungsbeschichtungsmaterial ist es vorzuziehen, das Polyimidgalvanisierungsbeschichtungsmaterial an dem beschichteten Objekt durch Hitzeverfestigung (Aushärten) (beispielsweise Backen) zu verfestigen (auszuhärten). Insbesondere wenn es sich bei dem beschichteten Objekt um die Anschlussplatte 1 handelt, muss eine elektrisch leitende Oberfläche oder ein leitender Abschnitt auf einem Teil der Anschlussplatte 1 angebracht werden, weshalb die Galvanisierungsbeschichtung vorzugsweise nach dem bedarfsweisen Abdecken der elektrisch leitenden Oberfläche der Anschlussplatte 1 erfolgt. Die Galvanisierungsbeschichtungsbedingungen, die Vorbearbeitungs- und Nachbearbeitungsverfahren für das beschichtete Objekt und die Hitzeverfestigungsbedingungen des Galvanisierungsbeschichtungsmaterials und ähnliches werden zu dem Typ und den Eigenschaften des verwendeten Galvanisierungsmaterials passend ausgewählt.
Durch das Bilden einer isolierenden Harzschicht (35 oder 15) mittels Galvanisierungsbeschichtung kann die Schwankung der Dicke (t1 oder t2) der isolierenden Harzschicht (35 oder 15) reduziert werden. Bei der isolierenden Harzschicht, die auf der gegenüberliegenden Oberfläche 31 der Endplatte 3 (außer den Randabschnitten (oder Eckabschnitten) (einschließlich der gekrümmten Oberfläche(n) 34) und umfänglichen Seitenfläche(n) 33 der Endplatte 3) oder auf der gegenüberliegenden Oberfläche 11 der Anschlussplatte 1 (außer den Kantenabschnitten (oder Eckabschnitten) (einschließlich der gekrümmten Oberfläche(n) 14) und umfänglichen Seitenfläche(n) 13 der Anschlussplatte 1) gebildet ist, beträgt die Standardabweichung σ der Filmdicke, die aus wenigstens 10 zufälligen Stellen errechnet wird, wünschenswerterweise 1 μm oder weniger. Durch das Schaffen einer gleichmäßigen Filmdicke ist es möglich, Schaden an der isolierenden Harzschicht zu verhindern.
Wenn die Filmdicke an n Stellen (n ≥ 10) der isolierenden Harzschicht (35 oder 15) auf der gegenüberliegenden Oberfläche (31 oder 11) als x1, x2, ..., xn genommen wird, wird die Standardabweichung σ demnach mit folgender Gleichung 1 berechnet. [Gleichung 1]
Die Dicke (t1 oder t2) der isolierenden Harzschicht (35 oder 15), beispielsweise die Durchschnittsfilmdicke, ist an die elektrische Ausgangsleistung über die Anschlussplatte 1 oder an die Stärke und Isoliereigenschaften der isolierenden Harzschicht angepasst festgelegt. In vielen Fällen wird die Dicke der isolierenden Harzschicht vorzugsweise auf 10 μm bis 40 μm, im Allgemeinen insbesondere im Wesentlichen 20 μm oder mehr, festgelegt. Wenn die Filmdicke der isolierenden Harzschicht (35 oder 15) weniger als 10 μm beträgt, bestehen Bedenken, dass die Isoliereigenschaften der isolierenden Harzschicht (35 oder 15) nicht ausreichend sein könnten. Um die Isoliereigenschaften der isolierenden Harzschicht (35 oder 15) zu erhalten, wird eine Filmdicke von wenigstens 40 μm als ausreichend angesehen.
Bei der vorliegenden Erfindung, wie beispielsweise beim Berechnen der Standardabweichung, ist die Durchschnittsfilmdicke der isolierenden Harzschicht (35 oder 15) der arithmetische Durchschnitt der an wenigstens 10 zufälligen Stellen gemessenen Filmdicke.
Wenn die Durchschnittsfilmdicke der isolierenden Harzschicht (35 oder 15) 10 μm bis 40 μm beträgt, sollte der aus der Standardabweichung σ errechnete Varianzkoeffizient CV vorzugsweise 0,05 oder weniger sein. Der Varianzkoeffizient CV ist das Verhältnis zwischen der Standardabweichung und dem arithmetischen Durchschnitt und errechnet sich nach der folgenden Gleichung 2. [Gleichung 2]
Vorzugsweise entspricht die Haftfestigkeit zwischen der isolierenden Harzschicht und dem beschichteten Objekt der Klassifikation 0 (siehe Tabelle 1) nach JIS 5600-5-6, wenn die Testergebnisse mit einem Testverfahren gemäß JIS 5600-5-6 ausgewertet werden.
Bevor wenigstens die gegenüberliegende Oberfläche (31 oder 11) der Endplatte 3 oder Anschlussplatte 1 durch ein Galvanisierungsbeschichtungsverfahren mit einer isolierenden Harzschicht (35 oder 15) beschichtet wird, ist es vorzuziehen, dass eine R-Bearbeitung der Kante (der Ecke) als Vorbearbeitung an der Endplatte 3 oder Anschlussplatte 1, die das Basismaterial bildet, vorgenommen wird. Die oben genannte „R-Bearbeitung” ist der Abrundschritt zum Bilden von (einer) gleichmäßigen gekrümmten Oberfläche(n) (34 oder 14), die die gegenüberliegende Oberfläche und die nicht parallele(n) Oberfläche(n) an den Randabschnitten (oder Eckabschnitten), die durch die gegenüberliegende Oberfläche (31 oder 11) der Platte (3 oder 1) gebildet sind, die als Basismaterial dient, und die nicht parallele Oberfläche (33 oder 13), die die gegenüberliegende Oberfläche 11 schneidet, verbindet (verbinden). Besondere Beispiele für Verfahren zum Durchführen dieser R-Bearbeitung sind beispielsweise mechanisches Bearbeiten wie Abschrägen oder Schleifen oder chemisches Bearbeiten. Ein Beispiel einer chemischen R-Bearbeitung ist ein Bearbeitungsverfahren zum Abrunden der Kanten der Randabschnitte durch Eintauchen der Platte für einen bestimmten Zeitraum in eine Ätzflüssigkeit, die das Plattenmaterial auflösen kann. Wenn eine derartige R-Bearbeitung vorher durchgeführt wird, ermöglicht sie eine problemlose kontinuierliche Beschichtung über die gegenüberliegende Oberfläche (31 oder 11) der Platte (3 oder 1), die das Basismaterial ist, die gekrümmten Oberflächen (34 oder 14) und nicht parallelen Oberflächen (33 oder 13) mit einer isolierenden Harzschicht (35 oder 15), wodurch die Haftfestigkeit und Kontinuität der gesamten isolierenden Harzschicht zu der Platte, die das Basismaterial sein wird, verbessert wird und die elektrisch isolierenden Eigenschaften weiter stabilisiert werden.
Bei den in 2 und 3 dargestellten Beispielen bedeckt die isolierende Harzschicht (35 oder 15), die auf einen Teil der umfänglichen Seitenflächen 33 als nicht parallele Oberfläche(n), die die gegenüberliegende Oberfläche 31 der Endplatte 3 rechtwinklig schneidet, oder auf einen Teil der umfänglichen Seitenflächen 13 als nicht parallele Oberfläche, die die gegenüberliegende Oberfläche 11 der Anschlussplatte 1 rechtwinklig schneidet, als Beschichtung aufgetragen wurde, von den Rändern (vier Seiten) der gegenüberliegenden Oberfläche der Platte bis zu der Oberseite der Umfangsflächen. Selbst wenn Staub oder Fremdmaterial mit den Umfangsflächen der Platte in Kontakt kommt, ist es deswegen möglich, einen Kurzschluss zwischen den beiden Platten 1 und 3 zu verhindern, der durch Staub oder Fremdmaterial, die als eine elektrische Brücke wirken, verursacht werden kann.
Wie in 3 dargestellt werden die verbleibenden Abschnitte der Anschlussplatte 1, die nicht mit der isolierenden Harzschicht 15 bedeckt sind, vorzugsweise mit einer elektrisch leitenden Schicht 16 aus einem elektrisch leitenden Metall bedeckt. Das elektrisch leitende Metall der leitenden Schicht 16 kann Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Zinn (Sn), Zink (Zn), Kupfer (Cu), Nickel (Ni) oder dergleichen sein. Unter diesen sind insbesondere Gold (Au), Silber (Ag) und Platin (Pt) Metalle, die einen guten Korrosionswiderstand aufweisen (leitende Antikorrosionsmetalle). Es wird besonders bevorzugt, dass die leitende Schicht 16 über eine leitende Antikorrosionsschicht aus einem leitenden Antikorrosionsmetall verfügt, das einen besseren Korrosionswiderstand als das leitende Metall des Plattenmaterials der Anschlussplatte 1 aufweist. Das oben genannte „über die leitende Antikorrosionsschicht verfügen” bedeutet nicht nur, dass die leitende Schicht 16 beispielsweise eine vielschichtigen Aufbau aufweist und dass eine dieser Schichten eine leitende Antikorrosionsschicht ist, sondern auch, dass die leitende Schicht 16 selbst eine leitende Antikorrosionsschicht ist.
Von der gesamten Oberfläche der Anschlussplatte 1 muss die Oberfläche auf der Seite, die mit der Brennstoffzellengruppe C in Kontakt kommt, nicht unbedingt Antikorrosionseigenschaften aufweisen. Wenn jedoch die Oberfläche der Anschlussplatte 1 mit einer isolierenden Harzschicht 15 und einer leitenden Schicht 16 beschichtet ist, wird der Korrosionswiderstand auf der Oberfläche der Anschlussplatte 1 merklich verbessert. In diesem Fall kann ein elektrisch leitendes Metall mit geringem Korrosionswiderstand wie Aluminium oder Kupfer, das relativ preiswert ist, als das leitende Material der Anschlussplatte 1 verwendet werden, so dass die Herstellungskosten der Anschlussplatte 1 reduziert werden können.
Die folgende Vorgehensweise ist als Verfahren zum Herstellen der Anschlussplatten 1 für die in 3 dargestellte Brennstoffzelle vorteilhaft.
Zuerst wird ein leitendes Metallplattenteil (1) mit einer gegenüberliegenden Oberfläche 11, die der Endplatte 3 gegenüberliegt, vorbereitet (Vorbereitungsschritt). Sofort nach dem Vorbereitungsschritt wird vorzugsweise die R-Bearbeitung an den Randabschnitten durchgeführt, die durch die gegenüberliegende Oberfläche 11 des leitenden Metallplattenteils (1) und die nicht parallelen Oberflächen (zum Beispiel die umfänglichen Seitenflächen 13), die die gegenüberliegende Oberfläche 11 schneiden, gebildet sind, um gekrümmte Oberflächen 14 zu bilden, die die gegenüberliegende Oberfläche 11 gleichmäßig mit den nicht parallelen Oberflächen 13 verbinden (R-Bearbeitungsschritt). Die bevorzugte Bearbeitung des R-Schritts ist wie oben erläutert.
Als nächstes wird ein isolierender Harzfilm (vorzugsweise ein Polyimidfilm) 15 als Beschichtung auf wenigstens die gegenüberliegende Oberfläche 11 der Oberflächen des leitenden Metallplattenteils durch ein Galvanisierungsbeschichtungsverfahren aufgetragen, wobei ein (Polyimid-)Galvanisierungsbeschichtungsmaterial verwendet wird (Galvanisierungsbeschichtungsschritt). Insbesondere erfolgt vorher die Abdeckung der leitenden Oberflächen der Anschlussplatte 1 oder der Bereiche, die als leitende Bereiche freiliegend sein müssen, und anschließend, nachdem das Abdecken erfolgt ist, wird die Galvanisierungsbeschichtung für das leitende Verfahrenplattenteil (1) mit einem Galvanisierungsbeschichtungsmaterial durchgeführt. Der bevorzugte Schritt des Galvanisierungsbeschichtungsmaterials und des Galvanisierungsbeschichtungsverfahrens sind wie oben erläutert. Nachdem der Harzfilm 15 auf dem Plattenteil gebildet wurde, wird das Abdeckmaterial entfernt, und wie erforderlich wird der Harzfilm 15 durch Hitzeverfestigung (Aushärten) oder ähnliches auf dem Plattenteil verfestigt (ausgehärtet). Vorzugsweise wird der Harzfilm 15 als Beschichtung auf dem leitenden, mit der R-Bearbeitung behandelten Metallplattenteil (1) durch ein Galvanisierungsbeschichtungsverfahren mit dem Harzgalvanisierungsbeschichtungsmaterial aufgetragen, so dass die gegenüberliegende Oberfläche 11, die gekrümmten Oberflächen 14 und die nicht parallelen Oberflächen 13 kontinuierlich beschichtet werden.
Schließlich werden die Bereiche auf der Oberfläche des leitenden Metallplattenteils (1), die nicht durch den Harzfilm 15 bedeckt sind, durch einen Überzugsschritt, bei dem der Harzfilm 15 als abdeckendes Material während dem Überziehen verwendet wird, mit einer leitenden Schicht 16 aus einem leitenden Metall bedeckt (Überzugsschritt). Insbesondere wird vorzugsweise eine leitende Schicht 16 gebildet, die eine leitende Antikorrosionsschicht aus einem leitenden Antikorrosionsmetall enthält, das einen höheren Korrosionswiderstand als das leitende Metall des Plattenteils der Anschlussplatte 1 aufweist. Zum Beispiel wird es sehr bevorzugt, dass Gold (Au) als das leitende (Antikorrosions-)Metall zum Überziehen verwendet wird. Bei diesem Überzugsschritt ist es möglich, das nicht elektrolytische Überziehen einfach durchzuführen, indem das leitende Metallplattenteil (1) mit einem Harz(polyimid)film 15 in ein Metallverbindungsüberzugsbad eingetaucht wird. Während dieses Schritts wirkt der Harz(polyimid)film 15 als abdeckendes Material in dem Metallverbindungsüberzugsbad bei dem nicht elektrolytischen Überzugsschritt, so dass der Metallfilm nicht an der Oberfläche des Harz(polyimid)film 15 haftet.
Die Anschlussplatte 1 für einen Brennstoffzellenstapel wird auf diese Weise durch einen Vorbereitungsschritt, einen Galvanisierungsbeschichtungsschritt und einen Überzugsschritt hergestellt, so dass die Oberfläche mit einem Harz(polyimid)film 15 als isolierende Harzschicht und mit einer leitenden Schicht 16 bedeckt ist. Bei diesem Herstellungsverfahren kann der Harz(polyimid)film 15, der als isolierende Harzschicht in dem Galvanisierungsbeschichtungsschritt gebildet wird, als das abdeckende Material verwendet werden, wenn der Überzugsschritt der leitenden Schicht 16 durchgeführt wird, wodurch es möglich ist, den Herstellungsschritt zu vereinfachen und die Herstellungskosten zu reduzieren.
Detaillierte Beispiele der Endplatten 3 und Anschlussplatten 1 gemäß der Erfindung werden unten erläutert.
[Beispiel 1]
[Beispiel einer Endplatte (nicht beansprucht)]
Ein Plattenteil aus rostfreiem Stahl (SUS316) wurde als Endplatte 3 vorbereitet. Das Plattenteil aus rostfreiem Stahl wurde in einer relativ flachen, rechteckigen Form mit den ungefähren Abmessungen 300 mm (Höhe) × 200 mm (Breite) × 20 mm (Dicke) ausgebildet. Wie in 2 dargestellt weist diese rechteckförmige Endplatte 3 eine gegenüberliegende Oberfläche 31 (Innenfläche) gegenüber einer Anschlussplatte 1 und eine gegenüber angeordnete Oberfläche 32 (Außenfläche) auf der gegenüber angeordneten Seite der gegenüberliegenden Oberfläche 31 sowie vier umfängliche Seitenflächen 33 auf, die vier Seiten dieser zwei Oberflächen bilden. Jede der vier Umfangsflächen 33 schneidet die gegenüberliegende Oberfläche 31 und die gegenüber angeordnete Oberfläche 32 rechtwinklig.
Zunächst wurde eine R-Bearbeitung bei den kantenförmigen Randabschnitten (oder Eckabschnitten), die durch die gegenüberliegende Oberfläche 31 der rechteckförmigen Endplatte gebildet sind, und bei jeder der Umfangsflächen 33 durchgeführt, die die gegenüberliegende Oberfläche rechtwinklig schneidet. Die R-Bearbeitung erfolgte durch Eintauchen der Endplatte für einen bestimmten Zeitraum in eine Ätzflüssigkeit, die rostfreien Stahl auflösen kann (beispielsweise eine gemischte wässerige Flüssigkeit aus Phosphorsäure, Salpetersäure, Salzsäure und Essigsäure). Durch die R-Bearbeitung wurden die Randabschnitte von einer scharfen Kantenform in eine gekrümmte Kantenform ohne scharfe Kante umgebildet, und gekrümmte Oberflächen 34 erschienen auf den Randabschnitten (oder Eckabschnitten). Der Krümmungsradius R1 der gekrümmten Oberfläche 34 betrug etwa 0,2 bis 0,5 mm.
Anschließend wurden die gegenüber angeordnete Oberfläche 32 der Endplatte und ein Teil der vier umfänglichen Seitenflächen 33, die mit den vier Umfangsseiten der gegenüber angeordneten Oberfläche 32 verbindbar sind (sie übertragen), mit einem Abdeckmaterial abgedeckt (beispielsweise ein im Handel erhältliches isolierendes Abdeckband), und die gegenüberliegende Oberfläche 31 der Endplatte und die verbleibenden Abschnitte der vier umfänglichen Seitenflächen 33, die mit den vier Seiten der gegenüberliegenden Oberfläche 31 verbindbar sind, blieben freiliegend. Die Endplatte 3 mit dem abdeckenden Material wurde ausreichend gereinigt und entfettet sowie anschließend in ionenausgetauschtem Wasser oder gereinigtem Wasser gespült. Währenddessen wurde kationisches Polyimidgalvanisierungsbeschichtungsmaterial (Elecoat PI, Shimizu, Co., Ltd.) mit ionenausgetauschtem Wasser auf eine geeignete Konzentration verdünnt, um ein Wasserbad in einem Galvanisierungsbeschichtungstank vorzubereiten, und die Temperatur des Wasserbads wurde auf etwa 25°C eingestellt. Die gereinigte Endplatte 3 wurde in das Polyimidgalvanisierungsbeschichtungsbad eingetaucht, und ein Teil der Endplatte 3 (Elektrodenverbindungsteil) wurde mit einem negativen Anschluss einer Gleichstromspannungsquellenvorrichtung verbunden, wobei eine (gegenüberliegende) Kohlenstoffgegenelektrode in das Wasserbad eingetaucht war, die mit deren positiven Anschluss verbunden war, und es wurde für etwa 2 Minuten eine Spannung von 20 bis 220 V angelegt, um die Galvanisierungsbeschichtung durchzuführen. Danach wurde die Endplatte 3 aus dem Galvanisierungsbeschichtungstank entfernt und mit Wasser gespült sowie anschließend (für etwa 10 Minuten bei 80 bis 100°C) nach Beaufschlagen mit Luft vorgetrocknet. Das abdeckende Material wurde von der vorgetrockneten Endplatte 3 entfernt, und die Endplatte 3 wurde anschließend in eine Heizvorrichtung verbracht, in der die Polyimidgalvanisierungsbeschichtung (für 30 Minuten bei etwa 210°C) gebacken wurde.
Wie in 2 dargestellt wurde eine Endplatte 3 aus rostfreiem Stahl geschaffen, auf welcher auf der gegenüberliegenden Oberfläche 31 der Endplatte sowie auf einem Teil der vier Umfangsflächen 33, die mit den vier Seiten der gegenüberliegenden Oberfläche 31 verbindbar sind, ein Polyimidfilm 35 als isolierende Harzschicht gebildet wurde. Die Filmdicke t1 wurde an 14 Stellen des Polyimidfilms 35 gemessen, der auf der gegenüberliegenden Oberfläche 31 der Endplatte 3 (außer der gekrümmten Oberfläche 34) gebildet wurde. Sowohl die Durchschnittsfilmdicke des Polyimidfilms 35 als auch die Standardabweichung und der Varianzkoeffizient wurden aus den 14 Werten der Filmdicke errechnet, und jeder errechnete Wert ergab 22,94 μm als Durchschnittsfilmdicke, 0,59 μm als Standardabweichung und 0,026 als Varianzkoeffizient. Ein Brennstoffzellenstapel wie in 1 dargestellt wurde mit einer Endplatte 3 aufgebaut, bei der wenigstens die gegenüberliegende Oberfläche 31 mit einem Polyimidfilm 35 bedeckt war, und es wurden keine Probleme bei den elektrisch isolierenden Eigenschaften zwischen der Anschlussplatte 1 und der Endplatte 3 festgestellt.
[Beispiel 2]
[Beispiel einer Anschlussplatte]
Ein Aluminiumlegierungsplattenteil wurde als Anschlussplatte 1 vorbereitet. Das Aluminiumlegierungsplattenteil wurde in einer relativ flachen, rechteckigen Form mit den ungefähren Abmessungen 300 mm (Höhe) × 200 mm (Breite) × 2 mm (Dicke) ausgebildet. Wie in 3 dargestellt weist die rechteckförmige Anschlussplatte eine gegenüberliegende Oberfläche 11 (Außenfläche), die der Endplatte 3 gegenüberliegt, und eine gegenüber angeordnete Oberfläche 12 der gegenüber angeordneten Seite (Innenfläche) der gegenüberliegenden Oberfläche 11 sowie vier umfängliche Seitenflächen 13 auf, die die vier Seiten dieser beiden Oberflächen bilden. Jede der vier Umfangsflächen 13 schneidet die gegenüberliegende Oberfläche 11 und die gegenüber angeordnete Oberfläche 12 rechtwinklig.
Zunächst wurde eine R-Bearbeitung bei den kantenförmigen Randabschnitten, die durch die gegenüberliegende Oberfläche 11 der plattenförmigen Anschlussplatte gebildet sind, und bei jeder der Umfangsflächen 13 durchgeführt, die die Anschlussplatte rechtwinklig schneidet. Die R-Bearbeitung erfolgte durch Eintauchen der Anschlussplatte für einen bestimmten Zeitraum in eine Ätzflüssigkeit, die eine Aluminiumlegierung auflösen kann (beispielsweise eine gemischte wässerige Flüssigkeit aus Phosphorsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure und Essigsäure). Durch die R-Bearbeitung wurden die Randabschnitte von einer scharfen Kantenform in eine gekrümmte Kantenform ohne scharfe Kante umgebildet, und gekrümmte Oberflächen 14 erschienen auf den Randabschnitten. Der Krümmungsradius R2 der gekrümmten Oberfläche 34 betrug etwa 0,2 bis 0,5 mm.
Anschließend wurden die gegenüber angeordnete Oberfläche 12 der Anschlussplatte und ein Teil der vier umfänglichen Seitenflächen 13, die mit den vier Umfangsseiten der gegenüber angeordneten Oberfläche 12 verbindbar sind (sie übertragen), mit einem Abdeckmaterial abgedeckt (beispielsweise ein im Handel erhältliches isolierendes Abdeckband), und die gegenüberliegende Oberfläche 11 der Anschlussplatte und die verbleibenden Abschnitte der vier umfänglichen Seitenflächen 13, die mit den vier Seiten der gegenüberliegenden Oberfläche 11 verbindbar sind, blieben freiliegend. Die Anschlussplatte 1 mit dem abdeckenden Material wurde ausreichend gereinigt und entfettet sowie anschließend in ionenausgetauschtem Wasser oder gereinigtem Wasser gespült. Währenddessen wurde kationisches Polyimidgalvanisierungsbeschichtungsmaterial (Elecoat PI, Shimizu, Co., Ltd.) mit ionenausgetauschtem Wasser auf eine geeignete Konzentration verdünnt, um ein Wasserbad in einem Galvanisierungsbeschichtungstank vorzubereiten, und die Temperatur des Wasserbads wurde auf etwa 25°C eingestellt. Die gereinigte Anschlussplatte 1 wurde in das Polyimidgalvanisierungsbeschichtungsbad eingetaucht, und ein Teil der Anschlussplatte 1 (Elektrodenverbindungsteil) wurde mit einem negativen Anschluss einer Gleichstromspannungsquellenvorrichtung verbunden, wobei eine (gegenüberliegende) Kohlenstoffgegenelektrode in das Wasserbad eingetaucht war, die mit deren positiven Anschluss verbunden war, und für etwa 2 Minuten wurde eine Spannung von 20 bis 220 V angelegt, um die Galvanisierungsbeschichtung durchzuführen. Danach wurde die Anschlussplatte 1 aus dem Galvanisierungsbeschichtungstank entfernt und gespült sowie anschließend (für etwa 10 Minuten bei 80 bis 100°C) nach Beaufschlagen mit Luft vorgetrocknet. Das abdeckende Material wurde von der vorgetrockneten Anschlussplatte 1 entfernt, und die Anschlussplatte 1 wurde anschließend in eine Heizvorrichtung verbracht, in der die Polyimidgalvanisierungsbeschichtung (für 30 Minuten bei etwa 210°C) gebacken wurde. Auf diese Weise wurde ein Polyimidfilm 15 auf der gegenüberliegenden Oberfläche 11 der Anschlussplatte und auf einem Teil der vier umfänglichen Seitenflächen 13 gebildet, die mit den vier Umfangsflächen der gegenüberliegenden Oberfläche 11 verbindbar sind (siehe 3).
Die Filmdicke t2 wurde an 18 Stellen des Polyimidfilms 15 gemessen, der auf der gegenüberliegenden Oberfläche 11 der Anschlussplatte 1 (außer Stellen auf den gekrümmten Oberflächen 14) gebildet wurde. Sowohl die Durchschnittsfilmdicke des Polyimidfilms 15 als auch die Standardabweichung und der Varianzkoeffizient wurden aus den 18 Werten der Filmdicke errechnet, und jeder errechnete Wert ergab 23,62 μm als Durchschnittsfilmdicke, 0,50 μm als Standardabweichung und 0,021 als Varianzkoeffizient.
Anschließend wurde die Anschlussplatte mit dem Polyimidfilm (Zwischenprodukt) wieder in ionenausgetauschtem Wasser oder gereinigtem Wasser gespült, und ein mehrstufiges Überziehen durchgeführt. Insbesondere durch das Durchführen eines chemischen Überzugs (nicht elektrolytischer Überzug) in der Reihenfolge Zinkersatzüberzug, Kupferüberzug, Nickelüberzug und Goldüberzug wurde eine leitende Schicht 16 mit vier Schichten bestehend aus einer Zinküberzugsschicht, Kupferüberzugsschicht, Nickelüberzugsschicht und Goldüberzugsschicht auf der freiliegenden Oberfläche des Aluminiumlegierungsplattenteils gebildet. Zum Beispiel wurde die Goldüberzugsschicht gebildet, indem die Platte, für die bereits das Überziehen bis zu der Nickelüberzugsschicht erfolgt war, in ein Goldcyanidbad eingetaucht wurde. Während dieses Schritts wirkte der Polyimidfilm 15 als abdeckendes Material bei dem Überzugsschritt, und die leitende Schicht 16 wurde auf der Gesamtheit der freiliegenden Oberflächen der Aluminiumlegierung gebildet, auf der der Polyimidfilm 15 nicht gebildet war (mit anderen Worten, die gegenüber angeordnete Oberfläche 12 der Anschlussplatte und die verbleibenden Abschnitte der vier umfänglichen Seitenflächen 13, die mit den vier Seiten der gegenüber angeordneten Oberfläche 12 verbindbar sind). Die Filmdicken der Zinküberzugsschicht, der Kupferüberzugsschicht und der Nickelüberzugsschicht der leitenden Schicht 16 betrugen jeweils 1 μm oder weniger, während die Filmdicke der Goldüberzugsschicht, welche die äußerste Schicht der leitenden Schicht 16 ist, zwischen 4 bis 10 μm betrug.
Wie in 3 dargestellt wurde eine Aluminiumlegierungsanschlussplatte 1 geschaffen, indem sowohl ein Polyimidfilm 15 als isolierende Harzschicht auf der gegenüberliegenden Oberfläche 11 und auf Abschnitten der vier umfänglichen Seitenflächen 13, die mit den vier Seiten der gegenüberliegenden Oberfläche 11 der Anschlussplatte verbindbar sind, als auch eine leitende Schicht 16 (leitende Antikorrosionsschicht) gebildet wurden, die über eine Metallüberzugsschicht mit einem guten Korrosionswiderstand und einer guten Leitfähigkeit auf den verbleibenden Oberflächen der Platte verfügen.
Ein Brennstoffzellenstapel wie in 1 dargestellt wurde mit Anschlussplatten 1 aufgebaut, bei denen wenigstens die gegenüberliegenden Oberflächen 11 mit einem Polyimidfilm 15 beschichtet wurden, und es wurde kein Problem bei der elektrischen Isolierung zwischen der Anschlussplatte 1 und der Endplatte 3 festgestellt wurde.
Es wurden keine Abnormitäten bei der Funktion der Anschlussplatten 1 als Elektrodenanschlüsse festgestellt.
[Ein Beispiel einer Abänderung (nicht beansprucht)]
Die Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung können wie unten beschrieben abgeändert werden.
Während bei dem oben genannten Beispiel der Endplatte 3 der Polyimidfilm 35 nicht in den Bereichen gebildet wurde, die mit dem abdeckenden Material abgedeckt waren, kann der Polyimidfilm 35 über der gesamten Oberfläche des die Endplatte 3 bildenden Metallplattenteils ausgebildet werden, ohne dass das Abdecken erfolgt.
[Weiteres Beispiel einer Abänderung]
Während bei dem oben genannten Beispiel der Anschlussplatte 1 eine leitende Schicht 16 auf allen verbleibenden freiliegenden Oberflächen außer den Bereichen, auf denen der Polyimidfilm 15 ausgebildet wurde, gebildet wurde, kann die leitende Schicht 16 auch nur auf (einem) begrenzten Abschnitt(en) der verbleibenden freiliegenden Oberfläche(n) außer dem Abschnitt, auf dem der Polyimidfilm 15 gebildet wurde, ausgebildet sein.

Claims

Brennstoffzellenstapel, der eine Brennstoffzellengruppe (C), in der eine Anzahl von Brennstoffzellen und Trennelementen angeordnet ist, sowie Anschlussplatten (1) und Endplatten (3), die an jedem Endabschnitt der Brennstoffzellengruppe (C) angeordnet sind, aufweist, wobei die Anschlussplatte (1) als eine elektrisch leitende Metallplatte mit einer der Endplatte (3) gegenüberliegenden Oberfläche (11) ausgebildet ist, wobei eine isolierende Harzschicht (15), die elektrisch zwischen der Anschlussplatte (1) und der Endplatte (3) isoliert, durch ein Galvanisierungsbeschichtungssverfahren wenigstens auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Anschlussplatte (1) gebildet ist, wobei die isolierende Harzschicht (15) frei von Kontaktlöchern ist, wobei die isolierende Harzschicht (15) ein durch Galvanisierungsbeschichtung mit einem Polyimidgalvanisierungsbeschichtungsmaterial gebildeter Polyimidfilm ist und wobei eine elektrisch leitende Schicht (16) aus einem elektrisch leitenden Metall auf Bereichen der Anschlussplatte (1) außer dem mit der isolierenden Harzschicht (15) beschichteten Bereich ausgebildet ist, wobei bei einem Überziehen der Abschnitte, die nicht mit dem isolierenden Polyimidfilm (15) beschichtet sind, mit der leitenden Schicht (16) aus einem elektrisch leitenden Metall der isolierende Polyimidfilm als abdeckendes Material vorhanden ist.
Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 1, bei dem gekrümmte Oberflächen (14) auf Randabschnitten ausgebildet sind, die durch die gegenüberliegende Oberfläche (11) der Anschlussplatte (1) und wenigstens eine nicht parallele, die gegenüberliegende Oberfläche (11) schneidende Oberfläche (13) gebildet sind, so dass die gekrümmten Oberflächen (14) die gegenüberliegende Oberfläche (11) gleichmäßig mit wenigstens einer nicht parallelen Oberfläche (13) verbinden und die isolierende Harzschicht (15) kontinuierlich die gegenüberliegende Oberfläche (11), die gekrümmte Oberfläche (14) und wenigstens eine nicht parallele Oberfläche (13) der Anschlussplatte (1) bedeckt.
Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 2, bei dem die Standardabweichung der Filmdicke, die sich aus wenigstens zehn zufälligen Stellen auf der isolierenden Harzschicht (15) bis auf die gekrümmte Oberfläche (14), die auf der gegenüberliegenden Oberfläche (11) gebildet ist, errechnet, 1 μm oder weniger beträgt.
Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei dem der Durchschnittswert der Filmdicke, der sich aus wenigstens zehn zufälligen Stellen auf der isolierenden Harzschicht (15) bis auf die gekrümmte Oberfläche (14), die auf der gegenüberliegenden Oberfläche (11) gebildet ist, errechnet, 10 μm bis 40 μm beträgt.
Brennstoffzellenstapel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die durch den Überzugsschritt gebildete elektrisch leitende Schicht (16) über eine elektrisch leitende Antikorrosionsschicht aus einem elektrisch leitenden Antikorrosionsmaterial verfügt, dabei wenigstens eines aus Au, Ag, Pt, Pd, Sn, Zn, Cu oder Ni oder eine Mischung aus diesen, das einen höheren Korrosionswiderstand als das elektrisch leitende Material des Plattenteils aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Anschlussplatte (1) für einen Brennstoffzellenstapel (C), bei der eine isolierende Harzschicht (15) und eine leitende Schicht (16) auf der Oberfläche gebildet sind, wobei es folgende Schritte aufweist: einen Vorbereitungsschritt, bei dem ein elektrisch leitendes Metallplattenteil mit einer einer Endplatte (3) gegenüberliegenden Oberfläche (11) präpariert wird, einen Galvanisierungsbeschichtungsschritt, bei dem ein isolierender Polyimidfilm (15) wenigstens auf der gegenüberliegenden Oberfläche (11) der gesamten Oberfläche des elektrisch leitenden Metallplattenteils durch ein Galvanisierungsbeschichtungsverfahren mit einem Polyimidgalvanisierungsbeschichtungsmaterial gebildet wird, und einen Überzugsschritt, bei dem die Abschnitte, die nicht mit dem isolierenden Polyimidfilm (15) beschichtet sind, mit einer leitenden Schicht (16) aus einem elektrisch leitenden Metall beschichtet werden, wobei der isolierende Polyimidfilm (15) während des Überziehens als abdeckendes Material verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen einer Anschlussplatte (1) für einen Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 6, wobei es weiterhin verfügt über: einen Abrundschritt, bei dem gekrümmte Oberflächen (14) an den Randabschnitten gebildet werden, die durch die gegenüberliegende Oberfläche (11) des elektrisch leitenden Metallplattenteils und die nicht parallele, die gegenüberliegende Oberfläche (11) schneidende Oberfläche (13) gebildet sind, um die gegenüberliegende Oberfläche (11) und die nicht parallele Oberfläche (13) nach dem Vorbereitungsschritt gleichmäßig zu verbinden, wobei bei dem Galvanisierungsbeschichtungsschritt der isolierende Polyimidfilm (15) kontinuierlich über der gegenüberliegenden Oberfläche (11), den gekrümmten Oberflächen (14) und den nicht parallelen Oberflächen (13) des elektrisch leitenden Metallplattenteils durch ein Galvanisierungsbeschichtungsverfahren mit einem isolierenden Polyimidgalvanisierungsbeschichtungsmaterial ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Anschlussplatte (1) für einen Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei es weiterhin einen Verfestigungsschritt aufweist, bei dem eine Hitzeverfestigung des isolierenden Polyimidfilms (15) auf der gegenüberliegenden Oberfläche (11) nach dem Galvanisierungsbeschichtungsschritt erfolgt.