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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Separator für eine Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle,
insbesondere eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (im nachfolgenden
als PEFC – "Polymer Electrolyte
Fuel Cell" – bezeichnet),
und insbesondere eine Metallplatte des Separators, auf die unterschiedliche
Arten von Oberflächenbehandlung
angewendet werden.
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2. Beschreibung des einschlägigen Standes
der Technik
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Die
PEFC ist durch Stapeln einer MEA (Membran-Elektroden-Anordnung)
und von Separatoren gebildet. Die MEA weist eine Elektrode bzw. Anode
(Brennstoffelektrode) auf, die aus einer Elektrolytmembran als der
Ionenaustauschermembran und einer auf einer Oberfläche der
Elektrolytmembran ausgebildeten katalytischen Schicht gebildet ist, sowie
eine Elektrode bzw. Kathode (Luftelektrode), die von der Elektrolytmembran
als der Ionenaustauschermembran und einer auf der anderen Oberfläche der
Elektrolytmembran ausgebildeten katalytischen Schicht gebildet ist.
Diffusionsschichten sind zwischen der MEA und den Separatoren auf
der Anodenseite bzw. Kathodenseite vorgesehen. Der Separator weist
einen Brennstoffgaskanal zum Zuführen des
Brennstoffgases (Wasserstoff) zur Anode und einen Oxidationsgaskanal
zum Zuführen
von Oxidationsgas zur Kathode auf. Der Separator weist auch einen
Kühlmittelkanal
auf, durch den ein Kühlmittel oder
Kühlwasser
zugeführt
wird. Eine Einheitszelle ist durch Zwischenschalten der MEA zwischen
die Separatoren gebildet. Mindestens eine Einheitszelle wird zum
Bilden eines Moduls verwendet, und eine Mehrzahl von Moduln ist
des weiteren zu. einem Brennstoffzellenstapel bzw. Brennstoffzellen-Stack gestapelt.
Anschlüsse,
Isolatoren und Endplatten sind auf beiden Seiten des Brennstoffzellen-Stacks
in der Stapelrichtung vorgesehen, so daß die Zellen in Stapelrichtung
eingespannt sind, um mit Befestigungselementen wie etwa einer Spannplatte,
die außerhalb
des Brennstoffzellen-Stacks angeordnet ist und sich in der Stapelrichtung
erstreckt, und Schrauben/Muttern in dem Brennstoffzellen-Stackaufbau befestigt
zu werden. Auf der Anodenseite einer jeden Zelle findet eine Reaktion
zum Aufspalten von Wasserstoff in ein Wasserstoffion (Proton) und
ein Elektron statt. Das resultierende Wasserstoffion wandert durch
die Elektrolytmembran auf die Kathodenseite hin. Auf der Kathodenseite
einer jeden Zelle werden das Wasserstoffion und das Elektron (die
in der Anode der benachbarten MEA durch den Separator, oder in der
Anode der Zelle an einem Ende in der Stapelrichtung in Bewegung
auf die Kathode der Zelle am anderen Ende hin durch den äußeren Kreis
erzeugt werden) folgendermaßen
in Wasser umgesetzt: Anode: H2 → 2H+ + 2e- Kathode: 2H+ + 2e- + (1/2)O2 → H2O
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Die
Zellenspannung jeder Zelle bzw. einer Gruppe von Zellen wird überwacht,
um sicherzustellen, daß im
Normalfall in der Zelle Leistung erzeugt wird, um die Fließrate von
Reaktionsgas zu steuern, und den Motor im Fall einer anormalen Spannung zwangszuführen. Beispielsweise
die JP 11-339 828 A beschreibt eine Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung für die Brennstoffzelle.
Die JP 2001-283880 A beschreibt die Anwendung einer Kohlenstoffbeschichtung
auf eine gesamte Oberfläche
des Metallseparators zum Verbessern der Korrosionsbeständigkeit
seines Gaskanalabschnitts.
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Wenn
die Kohlenstoffbeschichtung auf einen Kontaktabschnitt des Metallseparators
aufgebracht wird, der mit einem Anschluß einer Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung
in Kontakt gebracht ist, wird der Kontaktwiderstand eines solchen Kontaktabschnitts
instabil. Als Ergebnis wird die Genauigkeit bei der Erfassung der
in der Zelle erzeugten Spannung herabgesetzt. Wenn die Kohlenstoffbeschichtung
nicht auf den Metallseparator aufgebracht wird, kann die Korrosion
im Gaskanalabschnitt schnell fortschreiten. Es ist bei der oben
genannten Technologie schwierig, den Kontaktwiderstand des Kontaktabschnitts
zu stabilisieren und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit
des Gaskanals zu verbessern.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Separator für die Brennstoffzelle
zum Stabilisieren des Kontaktwiderstandes eines Kontaktabschnitts
des Separators zur Verfügung
zu stellen, ohne die Korrosionsbeständigkeit des Gaskanalabschnitts
zu verschlechtern.
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Ein
Separator für
eine Brennstoffzelle weist eine Metallplatte mit einem Gaskanalabschnitt
und einem Kontaktabschnitt in einem anderen Teil als dem Gaskanalabschnitt
auf. Der Kontaktabschnitt ist mit einem Anschluß einer an der Brennstoffzelle
angebrachten Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung
in Kontakt gebracht. Eine auf den Gaskanalabschnitt angewendete
Oberflächenbehandlung
ist von einer auf den Kontaktabschnitt angewendeten Oberflächenbehandlung
verschieden. Gemäß der Erfindung
ist die auf den Gaskanalabschnitt des Separators angewendete Oberflächenbehandlung
von der Oberflächenbehandlung,
die auf den Kontaktabschnitt des Separators angewendet wird, der
mit dem Anschluß der
Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung
in Kontakt steht, verschieden. Das heißt, auf den Gaskanalabschnitt
wird die Oberflächenbehandlung
zum Verbessern der Korrosionsbeständigkeit angewendet, und auf
den Kontaktabschnitt wird die Oberflächenbehandlung zum Reduzieren
und Stabilisieren des Kontaktwiderstandes aufgebracht, um eine gute
Korrosionsbeständigkeit
des Gaskanalabschnitts aufrechtzuerhalten, aber auch den Kontaktwiderstand
des Kontaktabschnitts zu stabilisieren. Dies ermöglicht es, auf einfache Weise
den Kontaktwiderstand des Kontaktabschnitts zu stabilisieren und
die Korrosionsbeständigkeit
des Gaskanalabschnitts zu verbessern. Die auf den Gaskanalabschnitt
angewendete Oberflächenbehandlung
beinhaltet eine Kohlenstoffbeschichtung, und die auf den Kontaktabschnitt
angewendete Oberflächenbehandlung
beinhaltet keine Kohlenstoffbeschichtung. Dies ermöglicht es,
eine gute Korrosionsbeständigkeit
des Gaskanalabschnitts aufrechtzuerhalten, aber auch den Kontaktwiderstand
des Kontaktabschnitts zu stabiliseren. Hierdurch ist es möglich, auf
einfache Weise den Kontaktwiderstand des Kontaktabschnitts zu stabilisieren
und die Korrosionsbeständigkeit
des Gaskanalabschnitts zu verbessern.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Es
zeigt:
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1 eine
Seitenansicht eines Brennstoffzellen-Stacks bei Betrachtung aus
der Richtung senkrecht zum Stack;
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2 eine
Schnittansicht eines Teils einer einzelnen Zelle des Brennstoffzellen-Stacks;
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3 eine
Frontansicht des Separators der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle;
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4 eine
perspektivische Ansicht einer Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung, die
an dem mit dem erfindungsgemäßen Separator
der Brennstoffzelle zusammengestellten Stack angebracht ist;
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5 eine
Schnittansicht entlang der Linie B-B von 4;
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6 eine
Seitenansicht des Abschnitts, wo die Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung
an dem in 4 gezeigten Stack angebracht
ist;
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7 eine
Ansicht des in 6 gezeigten Abschnitts bei Betrachtung
aus der Richtung A; und
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8 eine
perspektivische Ansicht von nur einem Anschluß der in 6 gezeigten
Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung.
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DETAILLIERTER
AUFBAU BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein
erfindungsgemäßer Separator
für eine Brennstoffzelle
wird unter Bezugnahme auf 1 bis 8 beschrieben.
Die Brennstoffzelle steht hierbei für eine Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle,
z.B. eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEFC) 10 gemäß der Darstellung
in 1. Die Brennstoffzelle 10 kann in einem
elektrischen Brennstoffzellenfahrzeug installiert sein. Sie kann
jedoch für
eine andere Verwendung als in einem Fahrzeug verfügbar sein.
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Die
PEFC 10 ist ein Stackkörper
aus einer MEA (Membran-Elektroden-Anordnung) und Separatoren 18,
wie in 1 und 2 gezeigt ist. Die MEA umfaßt eine
Elektrolytmembran 11 als Ionenaustauschermembran, eine
Elektrode bzw. eine Anode (Brennstoffelektrode) 14 als
eine katalytische Schicht 12, die auf einer Oberfläche der
Elektrolytmembran 11 ausgebildet ist, und eine Elektrode
bzw. eine Kathode (Luftelektrode) 17 als eine katalytische
Schicht 15, die auf der weiteren Oberfläche der Elektrolytmembran 11 ausgebildet
ist. Diffusionsschichten 13, 16 sind zwischen
der MEA und den Separatoren 18 auf der Anodenseite bzw.
der Kathodenseite vorgesehen. Die so aufgebaute MEA und die Separatoren 18 sind
so gestapelt, daß sie
eine Zelle 19 bilden. Mindestens eine Zelle wird zur Ausbildung
eines Moduls verwendet. Daraufhin wird eine Mehrzahl von Moduln
gestapelt, um einen Brennstoffzellen-Stack zu bilden. Anschlüsse 20,
Isolatoren 21 und Endplatten 22 sind an beiden
Enden des Brennstoffzellen-Stacks in seiner Stapelrichtung vorgesehen.
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Daraufhin
wird der Brennstoffzellen-Stack in der Stapelrichtung von außen her
mit einem Befestigungselement (Spannplatte 24), das sich
in der Stapelrichtung erstreckt, sowie mit Schrauben/Muttern 25,
eingespannt und befestigt, um einen Brennstoffzellen-Stack 23 zu
bilden.
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Der
Separator 18 weist einen Brennstoffgaskanal 27 zum
Zuführen
von Brennstoffgas (Wasserstoff) zur Anode 14 sowie einen
Oxidationsgaskanal 28 zum Zuführen des Oxidationsgases (Sauerstoff, d.h.
Luft) zur Kathode 17 auf. Der Separator 18 weist weiterhin
einen Kühlmittelkanal 26 zum
Zuführen
eines Kühlmittels
(üblicherweise
Kühlwasser)
auf. Der Kühlmittelkanal 26 ist
für jede
Zelle oder jede Gruppe von Zellen (modulweise) vorgesehen. Der Separator 18 ist
als ein Verbundtyp ausgebildet und umfaßt eine Metallplatte 29 und
einen Harzrahmen 30. Unter Bezugnahme auf 3 umfaßt die Metallplatte 29 einen Gaskanalabschnitt 40 in
der Mitte der Zellenfläche und
einen äußeren Abschnitt 41,
der von dem Gaskanalabschnitt 40 verschieden ist. Der Gaskanalabschnitt 40 weist
in ihm ausgebildete Gaskanäle 27, 28 auf.
Im Gaskanalabschnitt 40 wird eine Oberfläche der
Metallplatte 29 mit einem von dem Brennstoffgas und dem
Oxidationsgas in Kontakt gebracht, und die weitere Oberfläche wird
mit dem Kühlwasser oder
dem weiteren Gas in Kontakt gebracht. Ein Umfang des Gaskanalabschnitts 40 ist
mit einem Klebstoff oder einem Dichtmittel abgedichtet. Der von dem
Gaskanalabschnitt 40 verschiedene äußere Abschnitt 41 ist
außerhalb
der Innenkante des abgedichteten Abschnitts ausgebildet. Der äußere Abschnitt 41 mit
Ausnahme einer Gasverteilerleitung wird weder mit dem Brennstoffgas
noch mit dem Oxidationsgas in Kontakt gebracht. Der Harzrahmen 30 ist
als eine äußere Umfangsfläche der
Zelle vorgesehen.
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Die
MEA ist zwischen den Metallplatten 29 auf der positiven
Seite und auf der negativen Seite angeordnet. Die Gaskanäle 27, 28 sind
jeweils zwischen der MEA und den Metallplatten in der Mitte der Zellenfläche ausgebildet.
Die Elektrolytmembran 11 ist zwischen den Metallplatten 29 auf
der positiven Seite und auf der negativen Seite auf der Umfangsseite
angeordnet. Jeder der Abschnitte zwischen den Metallplatten 29,
dem Harzrahmen 30 und der Metallplatte 29, und
der Metallplatte 29 und der Elektrolytmembran 11 ist
mit dem Klebstoff abgedichtet, der als Dichtmittel dient. Zwischen
den Metallplatten 29 auf der positiven Seite und auf der
bezüglich
der Elektrolytmembran 11 entgegengesetzten negativen Seite
besteht eine Potentialdifferenz (ca. 1 V). Es besteht keine Potentialdifferenz
zwischen der Metallplatte 29 auf der positiven Seite einer
Zelle 19 und der Metallplatte 29 auf der negativen
Seite der benachbarten Zelle 19, die in der Mitte der Zellenfläche miteinander
in Kontakt stehen.
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Wie
in 4 gezeigt ist, ist eine Mehrzahl von Zellenspannungs-Überwachungseinrichtungen 31 an
dem Brennstoffzellen-Stack 23 angebracht. Die Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung 31 umfaßt ein Gehäuse 33 mit
einer Befestigungseinrichtung 35, wodurch die Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung 31 am
Brennstoffzellen-Stack 23 angebracht ist, und mindestens
einen von dem Gehäuse 33 gehaltenen
Anschluß 32.
Der Anschluß 32 ist
ein elektrisch leitendes Element, das aus einem Metal oder einer
Metallplattierung gebildet ist. Das Gehäuse 33 ist kein elektrisch
leitendes Element und ist beispielsweise aus einem Harzmaterial
gebildet. Die Anschlüsse 32 der
Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung 31 sind
parallel zueinander in dem Gehäuse 33 in
der Stapelrichtung des Brennstoffzellen-Stacks 23 angeordnet.
Eine Gruppe einer Mehrzahl von Gehäusen 33, die für jede der
Zellenspannungs-Überwachungseinrichtungen 31 vorgesehen sind,
ist auf einer der vier Seitenflächen
des Brennstoffzellen-Stacks 23 vor gesehen. Die Anzahl von Elektroden
der Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung 31 ist
gleich derjenigen der Anschlüsse 32, die
von den Gehäusen 33 der
Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung 31 gehalten
werden. 4 stellt zwei Typen von Zellenspannungs-Überwachungseinrichtungen 31 dar,
eine mit 2 Elektroden, und die andere mit 8 Elektroden, die jeweils
am Brennstoffzellen-Stack 23 angebracht sind.
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Die
jeweiligen Anschlüsse 32 einer
jeden Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung 31 stehen
zum Erfassen des Potentials der Zelle 19 mit der Metallplatte 29 mit
der gleichen Polarität
wie derjenigen der Elektrode der Zelle 19 in Kontakt. Wenn
einer der Anschlüsse 32 mit
der Metallplatte 29 auf der positiven Seite einer der Zellen 19 in
Kontakt gebracht wird, wird der benachbarte Anschluß 32 mit
der Metallplatte 29 auf der positiven Seite der benachbarten Zelle 19 in
Kontakt gebracht. Demzufolge liegt ein Schrittabstand vor, der der
Dicke mindestens einer Zelle zwischen den benachbarten Anschlüssen 32 gleichwertig
ist. Dies ermöglicht
das Anordnen einer Mehrzahl von Anschlüssen 32 in der Stapelrichtung des
Brennstoffzellen-Stacks, ohne eine gegenseitige Störungen zwischen
diesen Anschlüssen 32 in
den jeweiligen Gehäusen 33 zu
verursachen. Jede der Trennwände 33j des
Gehäuses 33 ist
zwischen den benachbarten Anschlüssen 32 angeordnet,
um zu vermeiden, daß diese
Anschlüsse 32 miteinander
in Kontakt stehen und einen Kurzschluß verursachen.
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Unter
Bezugnahme auf 6 ist ein Kontaktabschnitt 34 im
Anschluß 32 der
Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung 31 ausgebildet, und
zwar in Entsprechung zur Metallplatte 29. Eine Befestigungseinrichtung 35 ist
im Gehäuse 33 der Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung 31 gebildet,
und zwar in Entsprechung zum Harzrahmen 30. Der Kontaktabschnitt 34 ist
separat von der Befestigungseinrichtung 35 ausgebildet.
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Ein
mit dem Anschluß 32 der
Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung 31 in
Kontakt stehender Kontaktabschnitt 42 ist im äußeren Abschnitt 41 der
Metallplatte 29 des Separators 18 gebildet. Der
im Anschluß 32 gebildete
Kontaktabschnitt 34 steht mit dem in der Metallplatte 29 gebildeten
Kontaktabschnitt 42 in Kontakt. Der Kontaktab schnitt 42 steht
mit dem Kontaktabschnitt 34 in Kontakt. Unterschiedliche
Typen von Oberflächenbehandlung
werden auf die Metallplatte 29 des Separators 18 angewendet,
d.h. die auf den Gaskanalabschnitt 40 angewendete Oberflächenbehandlung
ist von derjenigen verschieden, die auf den mit dem Anschluß 32 der Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung 31 in Kontakt
stehenden Kontaktabschnitt 42 angewendet wird. Die auf
den Gaskanalabschnitt 40 angewendete Oberflächenbehandlung
beinhaltet eine Kohlenstoffbeschichtung. Die Oberflächenbehandlung,
die auf den mit dem Anschluß der
Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung
in Kontakt stehenden Kontaktabschnitt 42 angewendet wird,
beinhaltet keine Kohlenstoffbeschichtung.
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Die
Metallplatte 29 ist aus einem Edelstahl gebildet, auf dessen
Oberfläche
eine leitfähige
Metallplattierung, z.B. eine Goldplattierung, aufgebracht ist. Falls
sich in der plattierten Oberfläche
eine Nadelstichpore bildet, besteht die Wahrscheinlichkeit, daß die Korrosion
der Edelstahlplatte fortschreitet. Daher wird die Kohlenstoffbeschichtung
auf diejenige Oberfläche
des Gaskanalabschnitts 40 aufgebracht, bei der ein Fortschreiten
der Korrosion zu erwarten steht, insbesondere den Bereich, der mit
dem Gas in Kontakt ist, indem die Nadelstichpore mit Kohlenstoffpulver
oder Kohlenstoffpartikeln gefüllt
wird. Hierdurch kann die Korrosionsbeständigkeit verbessert werden. Es
wird keine Kohlenstoffbeschichtung auf die Oberfläche des
Gaskanalabschnitts 40 aufgebracht, die mit dem Kühlwasser
in Kontakt steht, da sie keinem Sauerstoff ausgesetzt ist. Die Kohlenstoffbeschichtung
braucht nicht auf die Oberfläche
des Gaskanalabschnitts 40 aufgebracht zu werden, die mit
Wasserstoff als dem Brennstoffgas in Berührung steht. Die Kohlenstoffbeschichtung
kann jedoch auf die vorgenannte Oberfläche aufgebracht werden, die
mit Wasserstoff in Kontakt steht.
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Wenn
die Kohlenstoffbeschichtung des weiteren auf den äußeren Abschnitt 41 der
Metallplatte 29 aufgebracht wird, insbesondere den Kontaktabschnitt 42,
der mit dem Anschluß 32 der
Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung 31 in
Kontakt steht, wird der elektrische Widerstand des Kontaktes zwischen
dem Kontaktabschnitt 42 und dem Anschluß 32 instabil oder
tendiert dazu, instabil zu werden. Deshalb wird auf den Kontaktabschnitt 42 keine
Kohlenstoffbeschichtung aufgebracht. Die Kohlenstoffbeschich tung
kann jedoch auf die Oberfläche
des äußeren Abschnitts 41 aufgebracht
werden, der von dem Kontaktabschnitt 42 verschieden ist.
Falls die leitfähige
Metallplattierung, z.B. eine Goldplattierung, unmittelbar auf die
Edelstahlplatte aufgebracht wird, steht der Anschluß 32 der
Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung 31 in
direktem Kontakt mit der leitfähigen
Metallplattierung bzw. Goldplattierung. Die Oberfläche, auf
die keine Kohlenstoffbeschichtung aufgebracht zu werden braucht,
kann während
des Beschichtens mit Kohlenstoff abgedeckt werden, damit die Kohlenstoffbeschichtung
nicht auf den abgedeckten Abschnitt aufgebracht wird.
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Die
Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung 31 ist
am Brennstoffzellen-Stack 23 auf die nachfolgend beschriebene
Weise angebracht. Unter Bezugnahme auf 4 bis 8 sind
eine erste Nut 30a und eine zweite Nut 30b im
Harzrahmen 30 des Brennstoffzellen-Stacks 23 ausgebildet,
an dem die Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung 31 angebracht
wird. Die erste Nut 30a wird separat und parallel zur zweiten
Nut 30b gebildet. Der Anschluß 32 wird mit einer
der Metallplatten 29 auf der positiven Seite und der Metallplatte 29 auf
der negativen Seite in Kontakt gebracht. Die Metallplatte 29,
die mit dem Anschluß 32 in
Kontakt steht, weist eine enge Nut 29a auf, deren Lage
und Konfiguration nur der ersten Nut 30a des Harzrahmens 30 entspricht.
Die Metallplatte 29, die nicht mit dem Anschluß 32 in
Kontakt steht, weist eine breite Nut 29b quer über die
erste und die zweite Nut 30a, 30b auf.
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Der
Anschluß 32,
der mit einem Kabel 36 verbunden ist, ist ein Element mit
einer L-Form in
einer Seitenansicht, mit einem ersten Schenkelabschnitt 32a,
einem zweiten Schenkelabschnitt 32b, und einem abgewinkelten
Abschnitt 32c. Genauer gesagt ist der Anschluß 32 durch
Verstemmen am ersten Schenkelabschnitt 32a mit dem Kabel 36 verbunden.
Der zweite Schenkelabschnitt 32b des Anschlusses 32 weist
ein Paar von Armabschnitten 32d an seinem Ende auf, das
zu dem abgewinkelten Abschnitt 32c entgegengesetzt ist.
Die Metallplatte 29 ist zwischen dem Paar von Armen 32d angeordnet und
bildet einen Kontaktabschnitt (elektrischen Kontaktabschnitt) 34,
der mit der Metallplatte 29 in Kontakt steht.
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Das
Gehäuse 33 besitzt
in einer Seitenansicht eine F-Form, mit einem F-förmigen Säulenabschnitt 33a,
einem ersten Schenkelabschnitt 33b, der sich von einem
Ende 33d des Säulenabschnitts 33a orthogonal
dazu erstreckt, und einem zweiten Schenkelabschnitt 33c,
der sich von einem mittleren Abschnitt 33e des Säulenabschnitts 33a orthogonal dazu
erstreckt. Wenn die Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung 31 am
Brennstoffzellen-Stack 23 angebracht ist, fügt sich
der erste Schenkelabschnitt 33b des Gehäuses 33 in die erste
Nut 30a des Harzrahmens 30 und die Nut 29a der
Metallplatte 29 ein. Der zweite Schenkelabschnitt 33c des
Gehäuses 33 fügt sich
in die zweite Nut 30b des Harzrahmens 30 und die
Nut 29b der Metallplatte 29 ein.
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Ein
Abschnitt der Säule 33a des
Gehäuses 33,
der durch einen zum Endabschnitt 33d und zum Zwischenabschnitt 33e entgegengesetzten
Endabschnitt 33f begrenzt wird, und der zweite Schenkelabschnitt 33c bilden
einen Anschlußhalterabschnitt 33g,
der den Anschluß 32 hält. Nach
dem Einsetzen des Anschlusses 32 in den Anschlußhalterabschnitt 33g wird
ein Deckel 33h des Gehäuses 33 geschlossen,
so daß der
Anschluß 32 nicht
vom Anschlußhalterabschnitt 33g abfällt. Ein
Vorsprung 33i ist in der Oberfläche des ersten Schenkelabschnitt 33b des
Gehäuses 33 entgegengesetzt
zu derjenigen Oberfläche
ausgebildet, welche dem zweiten Schenkelabschnitt 33c gegenüberliegt.
Der Vorsprung 33i ist in einen Aussparungsabschnitt 30c eingesetzt,
der in der ersten Nut 30a des Harzrahmens 30 gebildet
ist, um den Vorsprung 33i aufzunehmen, so daß er mit
dem Aussparungsabschnitt 30c in Eingriff steht. Der Vorsprung 33i und
der Aussparungsabschnitt 30c bilden den Befestigungseinrichtungsabschnitt 35,
der zum Befestigen der Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung am Brennstoffzellen-Stack
dient. Der Kantenabschnitt der Nuten 29a, 29b der
Metallplatte 29, der zum ersten Schenkelabschnitt 33b des
Gehäuses 33 entgegengeesetzt
ist, ist vom ersten Schenkelabschnitt 33b weiter beabstandet
als der Kantenabschnitt der ersten Nut 30a des Harzrahmens 30,
der zum ersten Schenkelabschnitt 33b des Gehäuses 33 entgegengesetzt
ist. Somit wird es ermöglicht,
daß der
Vorsprung 33i störungsfrei
mit dem Aussparungsabschnitt 30 in Eingriff treten kann.
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Unter
Bezugnahme auf 8 weist der Anschluß einen
Schlitz 37 auf, der zwischen den Armen 32d und
dem abgewinkelten Abschnitt 32c ausgebildet ist, wodurch
eine elastische Bewegung des ersten Schenkelabschnitt 32a bezüglich des
Paares von Armen 32d in der Stapelrichtung ermöglicht wird.
Somit kann der Anschluß 32 durch
die elastische Bewegung trotz Abmessungstoleranzen der Zelle in
der Dickenrichtung angebracht werden. Mit zunehmender Anzahl der
Zellen wird die Abmessungstoleranz zu groß, um aufgenommen werden zu
können.
Folglich ist es bevorzugt, die Anzahl der Anschlüsse 32, die von dem
einzelnen Gehäuse 33 gehalten
werden sollen, auf 10 oder weniger zu beschränken.
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Unter
Bezugnahme auf 4 sind die Gehäuse 33 abwechselnd
auf der rechten Seite und der linken Seite in der Stapelrichtung
des Brennstoffzellen-Stacks 23 angeordnet. Jede Zelle des
Brennstoffzellen-Stacks 23 weist einen Befestigungseinrichtungsabschnitt
zum Anbringen der Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung 31 entweder
auf der rechten Seite oder auf der linken Seite des Brennstoffzellen-Stacks 23 auf.
Der Befestigungseinrichtungsabschnitt wird von der ersten Nut 30a,
der zweiten Nut 30b, dem Aussparungsabschnitt 30c des
Harzrahmens 30, und zwei Nuten 29a, 29b der Metallplatte 29 gebildet.
Der Befestigungseinrichtungsabschnitt ist somit nicht nur auf der
Seite ausgebildet, auf der das Gehäuse 33 angebracht
ist, sondern auch auf der Seite, auf der das Gehäuse 33 nicht angebracht
ist. Mit anderen Worten sind in der Zelle zwei Befestigungseinrichtungsabschnitte
zum Anbringen der Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung 31 sowohl
auf der rechten als auch auf der linken Seite des Brennstoffzellen-Stacks
ausgebildet. Dies ermöglicht
es, nur einen Zellentyp zum Anbringen der Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung vorzubereiten,
anstatt zwei Zellentypen vorzubereiten, die jeweils einen unterschiedlichen
Aufbau zum Anbringen der Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung auf
der linken und rechten Seite des Brennstoffzellen-Stacks aufweisen.
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Es
wird nun die Funktion des erfindungsgemäßen Separators der Brennstoffzelle
beschrieben. Die auf die Metallplatte 29 des Separators 18 angewendete
Oberflächenbehandlung
wird für
den Gaskanalabschnitt 40 und den Kontaktabschnitt 42,
der mit dem Anschluß der
Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung
in Kontakt steht, verschieden gemacht. D.h., auf den Gaskanalabschnitt 40 wird
die Oberflächenbehandlung
zum Verbessern der Korrosionsbeständigkeit angewendet, und auf
den Kontaktabschnitt 42 wird die Oberflächenbehandlung zum Reduzieren
des Kontaktwiderstandes angewendet, um diesen zu stabilisieren.
Hierdurch wird es möglich,
eine gute Korrosionsbeständigkeit
des Gaskanalabschnitts 40 beizubehalten und gleichzeitig den
Kontaktwiderstand des Kontaktabschnitts 42 zu stabilisieren.
Dies ermöglicht
es, daß der
Kontaktabschnitt 42 einen stabilisierten Kontaktwiderstand
erhält,
während
es möglich
wird, die Korrosionsbeständigkeit
des Gaskanalabschnitts 40 auf einfache Weise zu verbessern.
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Genauer
gesagt beinhaltet die auf den Gaskanalabschnitt 40 der
Metallplatte 29 des Separators 18 angewendete
Oberflächenbehandlung
die Kohlenstoffbeschichtung. Die auf den Kontaktabschnitt 42 angewendete
Oberflächenbehandlung
hingegen beinhaltet keine Kohlenstoffbeschichtung. Somit kann die
Korrosionsbeständigkeit
des Gaskanalabschnitts 40 auf wirksame Weise aufrechterhalten
und gleichzeitig der Kontaktwiderstand des Kontaktabschnitts 42 stabilisiert
werden. Dies macht es möglich,
auf einfache Weise den Kontaktwiderstand des Kontaktabschnitts 42 zu
stabilisieren und die Korrosionsbeständigkeit des Gaskanalabschnitts 40 zu
verbessern. Die Metallplatte 29 für den Separator 18 wird
durch Aufbringen einer Goldplattierung auf die Oberfläche des
Gaskanalabschnitts, z.B. der Edelstahlplatte, ausgebildet. Der Gaskanalabschnitt 40, insbesondere
derjenige, in dem der Oxidationsgaskanal 28 ausgebildet
ist, unterliegt wahrscheinlich einer Oxidation, da er mit dem resultierenden
Wasser und Sauerstoff in Kontakt gebracht wird. Eine Nadelstichpore
in der goldplattierten Oberfläche
kann zu einem Fortschreiten der Korrosion des Basisabschnitts des
Edelstahls führen.
Daher wird die Nadelstichpore durch Anwenden der Kohlenstoffbeschichtung
gefüllt,
um die Korrosionsbeständigkeit
zu verbessern. Die Kohlenstoffbeschichtung kann sich aufgrund der resultierenden
rauhen Oberfläche
störend
auf eine Stabilisierung des Kontaktwiderstandes des Kontaktabschnitts 42 der
Metallplatte 29 auswirken. Dies kann die Genauigkeit bei
der Erfassung des Potentials herabsetzen. Gemäß der Erfindung wird die Kohlenstoffbeschichtung
nicht auf den Kontaktabschnitt 42 der Metallplatte 29 auf gebracht,
so daß die
leitfähige
Metallplattierung, insbesondere Goldplattierung, beibehalten wird.
Dies ermöglicht
eine Stabilisierung des Kontaktwiderstandes des Kontaktabschnitts 42 und
gleichzeitig eine Verbesserung der Genauigkeit der Potentialerfassung.
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Gemäß der Erfindung
ist die Oberflächenbehandlung,
die auf den Gaskanalabschnitt des Separators angewendet wird, von
derjenigen Oberflächenbehandlung
verschieden, die auf den Kontaktabschnitt des Separators angewendet
wird, der mit dem Anschluß der
Zellenspannungs-Überwachungseinrichtung
in Kontakt steht. D.h., auf den Gaskanalabschnitt wird die Oberflächenbehandlung
zum Verbessern der Korrosionsbeständigkeit angewendet, und auf
den Kontaktabschnitt wird die Oberflächenbehandlung zum Herabsetzen
und Stabilisieren des Kontaktwiderstandes angewendet, um eine gute
Korrosionsbeständigkeit
des Gaskanalabschnitts aufrechtzuerhalten und dennoch den Kontaktwiderstand des
Kontaktabschnitts zu stabiliseren. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine
Stabilisierung des Kontaktwiderstandes des Kontaktabschnitts und
eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit des Gaskanalabschnitts.
In der Erfindung beinhaltet die auf den Gaskanalabschnitt angewendete
Oberflächenbehandlung
die Kohlenstoffbeschichtung. Die auf den Kontaktabschnitt angewendete
Oberflächenbehandlung
hingegen beinhaltet keine Kohlenstoffbeschichtung. Dies ermöglicht es,
eine gute Korrosionsbeständigkeit
des Gaskanalabschnitts aufrechtzuerhalten, und dennoch den Kontaktwiderstand
des Kontaktabschnitts zu stabiliseren. Es ist möglich, auf einfache Weise den
Kontaktwiderstand des Kontaktabschnitts zu stabilisieren und die
Korrosionsbeständigkeit
des Gaskanalabschnitts zu verbessern.