DE112007002029T5 - Brennstoffzellenseparator und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
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Abstract
das Separatorsubstrat einen Leistungserzeugungsbereich, der auf eine Leistungserzeugungsschicht gerichtet ist, und einen peripheren Bereich mit einer als Zweigleitung dienenden Öffnung aufweist,
wobei der periphere Bereich mit einem Harzüberzug versehen ist, so dass das Separatorsubstrat zumindest in einem Abschnitt des peripheren Bereichs freiliegt und die Öffnung, die als Zweigleitung dient, mit dem Harzüberzug beschichtet ist, und
der Leistungserzeugungsbereich dadurch mit einem leitfähigen Überzug versehen wird, dass Elektrizität durch den Abschnitt des peripheren Bereichs, wo das Separatorsubstrat freiliegt, fließen gelassen wird.
Description
- GEBIET DER TECHNIK
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenseparator und insbesondere betrifft sie eine Beschichtungstechnik für einen Brennstoffzellenseparator.
- STAND DER TECHNIK
- Brennstoffzellen, welche die chemische Energie, die durch die Umsetzung eines wasserstoffhaltigen Brenngases mit einem sauerstoffhaltigen Oxidierungsgas erhalten wird, in elektrische Energie umwandeln, sind bekannt. Brennstoffzellen werden beispielsweise durch den Einbau in Fahrzeugen oder dergleichen verwendet und können u. a. als Leistungsquelle für einen Elektromotor verwendet werden, der zum Antreiben des Fahrzeugs genutzt wird.
- Um eine Korrosion zu verhindern, die von Wasser verursacht wird, das als Folge der chemischen Reaktion erzeugten wird, müssen die in den Brennstoffzellen verwendeten Komponenten korrosionsbeständig sein. Beispielsweise ist der Separator, der in einer Brennstoffzelle verwendet wird (das heißt, der Brennstoffzellenseparator) in der Regel mit einem Harzüberzug versehen, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.
- Demgemäß wurde eine Reihe von herkömmlichen Techniken für die Beschichtung der Brennstoffzellenseparatoren vorgeschlagen. Beispielsweise offenbart das Patentdokument 1 (
JP 2006-80026 A - OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
- Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die Erforschung und Entwicklung neuer Beschichtungstechniken auf der Basis der im Patentdokument 1 offenbarten innovativen Technik fortgeführt. Genauer haben sie die Erforschung und Entwicklung von Oberflächenbehandlungen des Brennstoffzellenseparators im Anschluss an die Ausbildung des Harzüberzugs fortgeführt.
- Die vorliegende Erfindung wurde vor diesem Hintergrund durchgeführt und hat den Vorteil, dass sie eine neuartige Beschichtungstechnik für einen Brennstoffzellenseparator schafft.
- Um den genannten Vorteil zu verwirklichen, ist ein Brennstoffzellenseparator eines bevorzugten Aspekts der vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellenseparator, der einen leitfähigen Überzug und einen Harzüberzug aufweist, die auf einem plattenähnlichen Separatorsubstrat ausgebildet sind, wobei das Separatorsubstrat einen auf eine Leistungserzeugungsschicht gerichteten Leistungserzeugungsbereich und einen mit einer Öffnung, die als Zweigleitung dient, versehenen peripheren Bereich aufweist, wobei der periphere Bereich so mit einem Harzüberzug versehen ist, dass das Separatorsubstrat zumindest in einem Abschnitt des peripheren Bereichs freiliegt, während die Öffnung, die als Zweigleitung dient, mit dem Harzüberzug versehen ist, und der Leistungserzeugungsbereich dadurch mit einem leitfähigen Überzug versehen wird, dass man Elektrizität durch den Abschnitt des peripheren Bereichs fließen lässt, wo das Separatorsubstrat freiliegt.
- Im obigen Aspekt wird der leitfähige Überzug unter Verwendung eines Materials ausgebildet, dessen Leitfähigkeit und/oder Korrosionsbeständigkeit besser ist bzw. sind als die der Oberfläche des Separatorsubstrats. Spezielle Beispiele für den leitfähigen Überzug schließen Metallisierung bzw. Metallplattierung und dergleichen ein. Ferner können der leitfähige Überzug und der Harzüberzug beispielsweise mittels Galvanisierungsbehandlungen gebildet werden.
- Gemäß dem obigen Aspekt kann ein Brennstoffzellenseparator geschaffen werden, bei dem die Öffnung, die als Zweigleitung dient, mit einem Harzüberzug versehen ist und der Leistungserzeugungsbereich mit einem leitfähigen Überzug versehen ist. Da die Ausbildung des leitfähigen Überzugs so durchgeführt wird, dass man Elektrizität durch den Abschnitt des peripheren Bereichs fließen lässt, wo das Separatorsubstrat freiliegt, kann der Stromfluss für den leitfähigen Überzug vergleichsweise einfach erzeugt werden. Darüber hinaus ist es unwahrscheinlich, dass es zu einer Stromkonzentration im Leistungserzeugungsbereich kommt, was die Erzeugung eines gleichmäßigeren und dichteren leitfähigen Überzugs ermöglicht.
- In einem bevorzugten Aspekt des Brennstoffzellenseparators ist der Abschnitt des peripheren Bereichs, wo das Separatorsubstrat freiliegt, ein Positionierungsabschnitt, der verwendet wird, um eine Vielzahl von Einheitszellen in Bezug aufeinander zu positionieren, wenn die Vielzahl von Einheitszellen übereinander geschichtet wird, um eine Brennstoffzelle zusammenzusetzen.
- Um den oben beschriebenen Vorteil zu verwirklichen, ist ferner ein Herstellungsverfahren gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenseparators, der einen leitfähigen Überzug und einen Harzüberzug aufweist, die auf einem plattenähnlichen Separatorsubstrat ausgebildet sind, wobei das Verfahren umfasst: einen ersten Beschichtungsschritt, in dem ein Harzüberzug so in einem peripheren Bereich des eine als Zweigleitung dienende Öffnung aufweisenden Separatorsubstrats ausgebildet wird, dass das Separatorsubstrat in zumindest einem Abschnitt des peripheren Bereichs freiliegt, und einen zweiten Beschichtungsschritt, in dem ein leitfähiger Überzug dadurch in einem auf eine Leistungserzeugungsschicht gerichteten Leistungserzeugungsbereich des Separatorsubstrats ausgebildet wird, dass man Elektrizität von dem Abschnitt des peripheren Bereichs aus, wo das Separatorsubstrat freiliegt, durch das Separatorsubstrat fließen lässt.
- In einem bevorzugten Aspekt umfasst der zweite Beschichtungsschritt das Beschichten des Separatorsubstrats unter Verwendung einer Metallisierungsschicht als leitfähigem Überzug, wobei der periphere Bereich, der die Öffnung aufweist, mit dem Harzüberzug aus dem ersten Beschichtungsschritt maskiert ist.
- In einem weiteren bevorzugten Aspekt wird der Abschnitt des peripheren Bereichs, wo das Separatorsubstrat freiliegt, für die Positionierung einer Vielzahl von Einheitszellen in Bezug aufeinander verwendet, wenn die Vielzahl von Einheitszellen übereinander geschichtet wird, um eine Brennstoffzelle zusammenzusetzen.
- Die vorliegende Erfindung schafft eine neuartige Beschichtungstechnik für einen Brennstoffzellenseparator. Demgemäß kann ein Brennstoffzellenseparator geschaffen werden, bei dem zum Beispiel eine als Zweigleitung dienende Öffnung mit einem Harzüberzug versehen ist und ein leitfähiger Überzug im Leistungserzeugungsbereich ausgebildet ist.
- Durch Ausbilden des leitfähigen Überzugs im Leistungserzeugungsbereich, nachdem der Harzüberzug im peripheren Bereich des Separatorsubstrats ausgebildet wurde, dient ferner der Harzüberzug während der Ausbildung des leitfähigen Überzugs als Maske, das heißt, es ist kein separater Maskierungsschritt für den leitfähigen Überzug nötig.
- Da der leitfähige Überzug dadurch ausgebildet wird, dass man Elektrizität durch den Abschnitt des peripheren Bereichs, wo das Separatorsubstrat freiliegt, fließen lässt, kann der Stromfluss für die leitfähige Beschichtung vergleichsweise einfach erzeugt werden. Darüber hinaus ist es unwahrscheinlich, dass es zu einer Stromkonzentration oder dergleichen im Leistungserzeugungsbereich kommt, was die Ausbildung eines gleichmäßigeren und dichteren Überzugs ermöglicht.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
1 ist eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenseparators10 gemäß der vorliegenden Erfindung. -
2 ist eine Skizze, die ein Stadium beschreibt, in dem ein Brennstoffzellenseparator mit einer Maskiereinrichtung maskiert ist. -
3 ist eine Skizze, die den Aufbau einer Maskiereinrichtung beschreibt. -
4 ist eine Skizze, die eine Beschichtungsbehandlung für einen Brennstoffzellenseparator beschreibt. - BESTE WEISE DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
- Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
1 beschreibt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenseparators10 gemäß der vorliegenden Erfindung. - Im Brennstoffzellenseparator
10 sind die oberen und unteren Flächen aus einem im Wesentlichen rechtwinkligen plattenartigen Element gebildet. Der Brennstoffzellenseparator10 ist aus einem Material gebildet, das leitfähig ist, wie einem SUS-Material oder Kohlenstoff. - Ein Leistungserzeugungsbereich
12 , der auf eine Leistungserzeugungsschicht gerichtet ist, ist in der Mitte der im Wesentlichen rechtwinkligen Oberfläche des Brennstoffzellenseparators10 vorgesehen. In einem Fall, wo eine Brennstoffzelle beispielsweise durch Anordnen einer als Leistungserzeugungsschicht dienenden MEA (Mem bran/Elektroden-Anordnung) zwischen den beiden Brennstoffzellenseparatoren ausgebildet wird, wird die MEA so laminiert, dass sie auf den Leistungserzeugungsbereich12 der Brennstoffzellenseparatoren10 gerichtet ist. - Dann wird eine Brennstoffzelle durch Übereinanderschichten einer Vielzahl dieser Einheitszellen, die eine zwischen zwei Brennstoffzellenseparatoren
10 angeordnete MEA aufweisen, ausgebildet. - Ferner sind eine Vielzahl von Öffnungen
14 und kurzseitigen Abschnitten16 im peripheren Abschnitt um die im Wesentlichen rechtwinklige Oberfläche des Brennstoffzellenseparators10 , das heißt in dem peripheren Bereich, der den Leistungserzeugungsbereich12 umgibt, den Leistungserzeugungsbereich12 aber auslässt, ausgebildet. In1 sind drei Öffnungen14 an jedem Ende in Längsrichtung des Brennstoffzellenseparators10 vorgesehen und ein kurzseitiger Abschnitt16 ist an jedem Ende in der Längsrichtung (an den linken und rechten Enden) vorgesehen. Positionierung und Form der Öffnungen14 und/oder der kurzseitigen Abschnitte16 , die in1 dargestellt sind, stellen nur ein mögliches Beispiel dar. - Wenn eine Brennstoffzelle unter Verwendung des Brennstoffzellenseparators
10 ausgebildet wird, dienen die Öffnungen14 , die im Brennstoffzellenseparator10 vorgesehen sind, als Zweigleitung. Wasser und dergleichen, das im Anschluss an die chemische Reaktion zwischen dem Brenngas und dem Oxidierungsgas gebildet wird, strömt durch die Zweigleitung. Um eine von dem erzeugten Wasser bewirkte Korrosion zu verhindern, sind daher die Öffnungen14 , welche die Zweigleitung bilden, mit einem Harzüberzug versehen. - Der Harzüberzug wird über im Wesentlichen dem gesamten peripheren Bereich des Brennstoffzellenseparators
10 ausgebildet. In1 ist der Harzüberzug über dem gesamten Bereich (ausschließlich der kurzseitigen Abschnitte16 ) außerhalb des Leistungserzeugungsbereichs12 des Brennstoffzellenseparators10 ausgebildet. Dagegen ist ein leitfähiger Überzug über im Wesentlichen dem gesamten Leistungserzeugungsbereich12 ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform wird bei der Ausbildung des Harzüberzugs innerhalb des peripheren Bereichs des Brennstoffzellenseparators10 eine Maskiereinrichtung verwendet, um diejenigen Bereiche zu maskieren, die keinen Harzüberzug benötigen. -
2 und3 sind Skizzen, die eine Maskiereinrichtung50 beschreiben, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird. Die Maskiereinrichtung50 liegt sowohl an der oberen als auch der unteren Oberfläche des Brennstoffzellenseparators10 an und maskiert diejenigen Bereiche der oberen und unteren Oberflächen des Brennstoffzellenseparators10 , die keinen Harzüberzug benötigen. -
2 ist eine Skizze, die ein Stadium beschreibt, in dem der Brennstoffzellenseparator10 mit der Maskiereinrichtung50 maskiert ist.2 zeigt ein Stadium, in dem der Brennstoffzellenseparator10 zwischen zwei Maskiereinrichtungen50 angeordnet ist, gesehen von der Seitenfläche (der langen Seite) des Brennstoffzellenseparators10 aus. - Wie in
2 dargestellt, werden während des Maskierungsprozesses zwei Maskiereinrichtungen50 , die den oberen und unteren Oberflächen des Brennstoffzellenseparators10 entsprechen, verwendet. Jede Maskiereinrichtung50 ist so aufgebaut, dass ein gitterartiger Rahmen54 an ein flächiges Harz-Schutzmaterial52 laminiert ist und ein gitterartiges Maskierungsmaterial56 an den Rahmen54 laminiert ist. - Nachdem die beiden Maskiereinrichtungen
50 angewendet wurden, um den Brennstoffzellenseparator10 zwischen sich anzuordnen, und eng am Brennstoffzellenseparator10 anliegen, werden zwei Spanneinrichtungen60 von den kurzen Seiten (den linken und rechten Seiten) des Brennstoffzellenseparators10 her, das heißt, von dessen kurzen Seiten her, aufgesetzt. Infolgedessen werden die beiden Maskiereinrichtungen50 von den beiden Spanneinrichtungen60 in einer Anordnung gesichert, wo der Brennstoffzellenseparator10 zwischen den Maskiereinrichtungen50 liegt. -
3 ist eine Skizze, die den Aufbau der Maskiereinrichtung50 beschreibt, und zeigt die Maskiereinrichtung50 gesehen von der Seite der Oberfläche, die mit dem Brennstoffzellenseparator10 in Berührung steht. - Ein gitterartiges Maskiermaterial
56a ist in der Mitte der Maskiereinrichtung50 vorgesehen. Das Maskiermaterial56a ist so vorgesehen, dass es den Bereich in der Mitte der Maskiereinrichtung50 umgibt. Der Bereich, der vom Maskiermaterial56a umgeben ist, entspricht dem Leistungserzeugungsbereich (Symbol12 in1 ) des Brennstoffzellenseparators. - Wenn die Maskiereinrichtungen
50 zu beiden Seiten des Brennstoffzellenseparators angeordnet sind, liegt das Maskiermaterials56a eng am Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs des Brennstoffzellenseparators an. In dem Maskiermaterial56a sind keine Lücken um den gesamten Umfang herum vorgesehen, und dadurch, dass das Maskiermaterial56a eng am Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs56 anliegt, wird der gesamte Leistungserzeugungsbereich maskiert. - Die Maskiereinrichtung
50 ist innerhalb des Bereichs, der vom Maskiermaterial56a umgeben ist, mit leitfähigen Abschnitten58 versehen. Wenn das Maskiermaterial56a in engen Kontakt mit dem Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs gebracht wird, berühren diese leitfähigen Abschnitte58 den Brennstoffzellenseparator. Während der Maskierung mit dem Maskiermaterial56a wird dann eine Spannung von den leitfähigen Abschnitten58 her an den Brennstoffzellenseparator angelegt. Wie nachstehend beschrieben, wird als Folge der Anlegung einer Spannung über die leitfähigen Abschnitte58 ein Harz galvanisch auf der Oberfläche des Separators abgeschieden. - Ferner ist ein stabartiges Maskiermaterial
56b über der kurzen Seite der Maskiereinrichtung50 an jedem Ende der Maskiereinrichtung50 in Längsrichtung (d. h. an den linken und rechten Enden) vorgesehen. Wenn die Maskiereinrichtungen50 zu beiden Seiten des Brennstoffzellenseparators angeordnet sind, liegen die stabartigen Maskiermaterialien56b eng an der kurzen Seite des Brennstoffzellenseparators an beiden Enden des Brennstoffzellenseparators in Längsrichtung an. - In der vorliegenden Ausführungsform wird unter Verwendung der Maskiereinrichtungen
50 ein Harzüberzug auf dem Brennstoffzellenseparator ausgebildet. Darüber hinaus wird im Anschluss an die Ausbildung des Harzüberzugs ein leitfähiger Überzug auf dem Brennstoffzellenseparator ausgebildet. Somit folgt nun eine Beschreibung einer Beschichtungsbehandlung der vorliegenden Ausführungsform. -
4 ist eine Skizze, die die Beschichtungsbehandlung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschreibt.4(A) bis4(D) zeigen den Oberflächenabschnitt des Brennstoffzellenseparators10 in jedem der Schritte der Beschichtungsbehandlung.4(A) bis4(D) sind jeweils von der Seitenfläche (der langen Seite) des Brennstoffzellenseparators10 her gezeigt. Darüber hinaus zeigt zwar4 nur die Beschichtungsbehandlung für eine Oberfläche (die obere Oberfläche) des Brennstoffzellenseparators10 , aber die gleiche Beschichtungsbehandlung wird auch auf der anderen Oberfläche (der unteren Oberfläche) des Brennstoffzellenseparators10 durchgeführt. -
4(A) zeigt ein Stadium, in dem die Oberfläche des Brennstoffzellenseparators10 maskiert wurde. Anders ausgedrückt,4(A) zeigt ein Stadium, in dem eine Maskiereinrichtung (Symbol50 in3 ) auf die Oberfläche des Brennstoffzellenseparators10 laminiert worden ist, wobei die Maskiermaterialien56a und56b der Maskiereinrichtung50 eng an der Oberfläche des Brennstoffzellenseparators10 anliegen. - Wie oben beschrieben (siehe
2 und3 ), wird das Maskiermaterial56a in engen Kontakt mit dem Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs des Brennstoffzellenseparators10 gebracht, wodurch der gesamte Leistungserzeugungsbereich maskiert wird. Anders ausgedrückt wird in4(A) die Oberfläche des Brennstoffzellenseparators10 , die das Maskiermaterial56a berührt, maskiert. Ferner sind die stabartigen Maskiermaterialien56b über den kurzen Seiten des Brennstoffzellenseparators10 an beiden Enden des Brennstoffzellenseparators in Längsrichtung (d. h. an den linken und rechten Enden) vorgesehen. Anders ausgedrückt sind in4(A) diejenigen Abschnitte des Brennstoffzellenseparators10 , die mit den Maskiermaterialien56b (d. h. den kurzseitigen Abschnitten16 in4(D) ) in Kontakt stehen, ebenfalls maskiert. - Anschließend wird, wie in
4(B) dargestellt, die Oberfläche des Brennstoffzellenseparators10 mit einem Harzüberzug70 versehen, während sie mit den Maskiermaterialien56a und56b maskiert ist. - Die Beschichtung mit dem Harzüberzug
70 wird mittels einer Galvanisierungsbehandlung (beispielsweise einer Galvanisierung unter Verwendung eines Polyimid- oder eines modifizierten Polyimid-Beschichtungsmaterials) durchgeführt, wobei ein kationisches Harz, das durch Ionisierung eines Teils eines Harzpulvers erhalten wird, galvanisch auf der Oberfläche des Brennstoffzellenseparators10 abgeschieden wird. Während der Galvanisierungsbehandlung durch Eintauchen des Brennstoffzellenseparators10 in eine Lösung, die das kationische Harz enthält, Inkontaktbringen eines Pols mit dem Brennstoffzellenseparator10 , Anlegen einer anodischen Spannung an den Pol und Anlegen einer kationischen Spannung an eine Gegenelektrode wird das kationische Harz vom Brennstoffzellenseparator10 angezogen, und das kationische Harz wird auf der Oberfläche des Brennstoffzellenseparators10 abgeschieden. Da der Brennstoffzellenseparator10 maskiert wurde, wird das kationische Harz während dieses Prozesses in dem Bereich abgeschieden, der nicht vom Maskiermaterial56 maskiert wird, d. h. im Wesentlichen im gesamten peripheren Bereich des Brennstoffzellenseparators10 . Aufgrund dieser Galvanisierungsbehandlung wird eine gleichmäßige und dichte Schicht aus dem Harzpulver auf der Oberfläche des peripheren Bereichs des Brennstoffzellenseparators10 abgesehen vom Leistungserzeugungsbereich12 und von den kurzseitigen Abschnitten16 abgeschieden (sieh1 ). - Während der galvanischen Abscheidung des Harzes wird von den leitfähigen Abschnitten (Symbol
58 in3 ) des Maskierabschnitts aus eine anodische Spannung an den Brennstoffzellenseparator10 angelegt. Wie oben beschrieben (siehe3 ), stehen die leitfähigen Abschnitte mit dem Brennstoffzellenseparator10 innerhalb des Leistungserzeugungsbereichs, der mit dem Maskiermaterial56a maskiert wurde, in Kontakt. Anders ausgedrückt wird die Spannung für die galvanische Abscheidung des Harzes vom Leistungserzeugungsbereich her, der keiner galvanischen Harzabscheidung unterzogen wird, angelegt. - Wenn die Spannung für die galvanische Abscheidung des Harzes in dem Bereich angelegt wird, in dem die galvanische Harzabscheidung durchgeführt wird, treten mit größerer Wahrscheinlichkeit Gegenstromkräfte oder dergleichen im Bereich der Spannungsanlegung auf, und es kann sein, dass keine gleichmäßige galvanische Abscheidung des Harzes möglich ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Spannung jedoch vom Leistungserzeugungsbereich her, der keiner galvanischen Harzabscheidung unterzogen wird, angelegt, und daher ist das Auftreten von Gegenstromkräften oder dergleichen in den Bereichen der galvanischen Harzabscheidung wenig wahrscheinlich, was bedeutet, dass eine gleichmäßigere und dichtere Harzschichtgalvanisch abgeschieden werden kann.
- In der vorliegenden Ausführungsform wird im Anschluss an die Beschichtung der Oberfläche des Brennstoffzellenseparators
10 mit dem Harzpulver die Maskiereinrichtung50 vom Brennstoffzellenseparator10 abgenommen und es wird eine Brennbehandlung durchgeführt, um das Harzpulver in die Oberfläche des Brennstoffzellenseparators10 einzubrennen. Die Gleichmäßigkeit und die Dichte des Harzüberzugs werden durch Schmelzen des Harzpulvers, das an der Oberfläche des Brennstoffzellenseparators10 haftet, weiter verbessert, und das Harz wird anschließend gehärtet, wodurch eine Harzschicht70 auf der Oberfläche des Brennstoffzellenseparators10 gebildet wird. - Zwar kann schon durch die Galvanisierungsbehandlung ein dichter Harzüberzug gebildet werden, aber durch Schmelzen des Harzes in einer Brennbehandlung können mikroskopische Löcher, die zwischen Harzteilchen vorhanden sind, vollständig geschlossen werden, was die Bildung einer äußerst dichten und gleichmäßigen Harzschicht
70 ermöglicht. - Da die Harzschicht
70 auf diese Weise im Wesentlichen über dem gesamten peripheren Bereich des Brennstoffzellenseparators10 ausgebildet wird, werden die Öffnungen (Symbol14 in1 ), die als Zweigleitung dienen, mit der Harzschicht70 beschichtet, wie in4(C) dargestellt. - Anschließend wird, wie in
4(D) dargestellt, eine Plattierungsschicht80 auf der Oberfläche des Brennstoffzellenseparators10 , auf der die Harzschicht70 ausgebildet wurde, aufgebracht. - Eine Galvanisierungsbeschichtung wird auch für den Überzug aus der Plattierungsschicht
80 verwendet, wobei ein ionisiertes Metall (beispielsweise ein Goldkomplex-Ion) galvanisch auf der Oberfläche des Brennstoffzellenseparators10 abgeschieden wird. Während der Galvanisierungsbehandlung durch Eintauchen des Brennstoffzellenseparators10 in eine Metallkomplex-Ionen enthaltende Lösung, Inkontaktbringen eines Pols mit dem Brennstoffzellenseparator10 und anschließendes Fließenlassen eines Stroms, wobei der Brennstoffzellenseparator10 als Kathode verwendet wird, werden die Komplex-Ionen vom Brennstoffzellenseparator10 angezogen, und das Metall in diesen Komplex-Ionen wird auf der Oberfläche des Brennstoffzellenseparators10 abgeschieden. Da der Harzfilm70 auf dem Brennstoffzellenseparator10 ausgebildet wurde, dient der Harzfilm70 , der isolierende Eigenschaften aufweist, während dieses Prozesses als Maske. Somit wird das Metall in den Komplex-Ionen in dem Bereich abgeschieden, wo kein Harzfilm70 ausgebildet ist, d. h. im Leistungserzeugungsbereich des Brennstoffzellenseparators10 , wodurch die Plattierungsschicht80 gebildet wird. - Während der galvanischen Abscheidung der Metallkomplexionen wird ein kathodischer Strom von den kurzseitigen Abschnitten
16 aus an den Brennstoffzellenseparator10 angelegt. Da die kurzseitigen Abschnitte16 während der galvanischen Harzabscheidung vom Maskiermaterial56b maskiert werden, wird in diesen kurzseitigen Abschnitten16 kein Harz galvanisch abgeschieden. Demgemäß liegt das leitfähige Material, das für die Ausbildung des Brennstoffzellenseparators10 (d. h. das Separatorsubstrat) verwendet wird, in den kurzseitigen Abschnitten16 frei, und der Strom für die galvanische Abscheidung der Metallkomplexionen wird von diesen freiliegenden kurzseitigen Abschnitten16 her angelegt. - Wenn der Strom von dem Bereich, in dem die Metallisierung durchgeführt wird, das heißt vom Leistungserzeugungsbereich des Brennstoffzellenseparators
10 aus geleitet wird, kommt es mit größerer Wahrscheinlichkeit zum Auftreten von Gegen stromkräften, und möglicherweise ist keine gleichmäßige galvanische Abscheidung der Metallkomplexionen möglich. In der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch der Strom von den gegen den Leistungserzeugungsbereich isolierten, kurzseitigen Abschnitten16 aus angelegt, und daher kommt es weniger wahrscheinlich zum Auftreten von Stromgegenkräften oder dergleichen im Leistungserzeugungsbereich, was bedeutet, dass ein gleichmäßigerer und dichterer Film aus den Metallkomplexionen im Leistungserzeugungsbereich galvanisch abgeschieden werden kann. - Auf diese Weise wird, wie in
4(D) dargestellt, die Harzschicht70 im peripheren Bereich des Brennstoffzellenseparators10 ausgebildet, während die Plattierungsschicht80 im Leistungserzeugungsbereich des Brennstoffzellenseparators10 ausgebildet wird. - In der vorliegenden Ausführungsform wird die Plattierungsschicht
80 im Anschluss an die Ausbildung der Harzschicht70 auf dem Brennstoffzellenseparator10 ausgebildet, und zwischen dem Brennstoffzellenseparator10 und der Harzschicht70 wird keine Plattierungsschicht abgeschieden. Infolgedessen ist die Beständigkeit der Haftung zwischen dem Brennstoffzellenseparator10 und der Harzschicht70 äußerst hoch. - Ferner wird bei der Ausbildung der Plattierungsschicht
80 die Harzschicht70 als Maske verwendet, was bedeutet, dass die jeweiligen Grenzabschnitte der Harzschicht70 und der Plattierungsschicht80 einander berühren, wodurch eine kontinuierliche Beschichtung gebildet wird. Infolgedessen ist es sehr unwahrscheinlich, dass der Grenzabschnitt zwischen der Harzschicht70 und der Plattierungsschicht80 den Ausgangspunkt für eine Korrosion bildet. Da die Harzschicht70 als Maske dient, muss außerdem keine Maskierungsoperation durchgeführt werden, um die Plattierungsschicht80 zu bilden. - Die kurzseitigen Abschnitte
16 , wo der Brennstoffzellenseparator10 (das Separatorsubstrat) freiliegt, dienen auch als Positionierungsabschnitte, die verwendet werden, um eine Vielzahl von Einheitszellen in Bezug aufeinander zu positionieren, wenn die Vielzahl von Einheitszellen, die jeweils unter Verwendung eines Brennstoffzellenseparators10 ausgebildet wurden, übereinander geschichtet wird, um eine Brennstoffzelle zusammenzusetzen. - Für dieses Positionierungsverfahren, das während des Zusammensetzens einer Brennstoffzelle durchgeführt wird, kann die in
JP 2005-243355 A - Freiliegende Metallabschnitte (Symbole
46a ,46b und46c ) werden am Außenumfang eines ersten Metallseparators (Symbol14 ) vorgesehen, und freiliegende Metallabschnitte (Symbole56a ,56b und56c ) werden am Außenumfang eines zweiten Metallseparators (Symbol16 ) vorgesehen. Eine Elektrolytmembran/Elektroden-Anordnung (Symbol12 ) wird dann zwischen dem ersten Metallseparator und dem zweiten Metallseparator angeordnet, wodurch eine Brennstoffzelle (Symbol10 ) ausgebildet wird. Eine Montageeinrichtung (Symbol (80 ), die verwendet wird, um eine Vielzahl der Brennstoffzellen (Symbol10 ) übereinander zu schichten und um einen Brennstoffzellenseparator (Symbol60 ) zusammenzusetzen, ist mit Stützstäben (Symbole106a ,106b und108 ) versehen. Dadurch, dass der freiliegende Metallabschnitt jeder Brennstoffzelle (Symbol10 ) mit den Stützstäben in Kontakt gebracht wird, die sich in Stapelrichtung der Separatoren erstrecken, kann die Vielzahl an Brennstoffzellen (Symbol10 ) exakt positioniert werden. - In der vorliegenden Ausführungsform erfüllen die kurzseitigen Abschnitte
16 (die Positionierungsabschnitte), wo der Brennstoffzellenseparator10 freiliegt, die Funktion der freiliegenden Metallabschnitte in der oben genannten Veröffentlichung. Anders ausgedrückt, eine MEA wird zwischen zwei Brennstoffzellenseparatoren10 angeordnet, um eine Einheitszelle zu bilden, und während der Laminierung einer Vielzahl dieser Einheitszellen werden die kurzseitigen Abschnitte16 (die Positionierungsabschnitte) der Brennstoffzellenseparatoren10 für die Positionierung der Einheitszellen in Bezug aufeinander verwendet. Unter Verwendung einer Montageeinrichtung für die Laminie rung der Vielzahl von Einheitszellen und durch Stützen der kurzseitigen Abschnitte16 (der Positionierungsabschnitte) mit der Montageeinrichtung wird die Position jeder Einheitszelle bestimmt, was bedeutet, dass die Vielzahl von Einheitszellen exakt in Bezug aufeinander positioniert werden können. Die freiliegenden Metallabschnitte werden nicht nur während der Laminierung einer Vielzahl Einheitszellen verwendet, sondern können auch verwendet werden, um Separatoren zu positionieren, wenn eine einzelne Zelle durch Anordnen einer Membran/Elektroden-Anordnung zwischen einem Paar Separatoren gebildet wird. In jedem Fall ist die Positionierungsgenauigkeit, die unter Verwendung einer Positionierungseinrichtung erreicht werden kann, sehr hoch, da die freiliegenden Metallabschnitte an den Enden (den Seitenflächen) des Separators freiliegen und kein Harz an ihnen haftet. - Vorstehend wurde eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, aber die obige Ausführungsform ist in allen Aspekten nur ein Beispiel und beschränkt in keiner Weise den Bereich der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise wird in der oben beschriebenen Ausführungsform während der Harzbeschichtung eine Galvanisierungsbehandlung durchgeführt, aber statt dieser Galvanisierungsbehandlung kann der Harzüberzug auch mittels Spritzformens oder dergleichen ausgebildet werden. Ferner kann im Falle des leitfähigen Überzugs statt einer Galvanisierungsbehandlung eine andere Beschichtungsbehandlung, wie Streichen, Vakuumabscheidung, Sputtern oder Ionenplattierung angewendet werden. Darüber hinaus kann der leitfähige Überzug statt mit Gold (Au) auch unter Verwendung von Kupfer, Silber, Platin, Palladium oder Kohlenstoff oder dergleichen ausgebildet werden.
- Ferner wird in der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform, wie in
4 dargestellt, die Maskierung unter Verwendung der Maskiermaterialien56b durchgeführt, wodurch die kurzseitigen Abschnitte16 freiliegen, aber der Harzüberzug70 kann auch ohne Verwendung der Maskiermaterialien56b durchgeführt werden, so dass der Harzüberzug auch in den kurzseitigen Abschnitten16 ausgebildet wird, und der Harzüberzug in den kurzseitigen Abschnitten16 kann dann teilweise entfernt werden, wodurch die kurzseitigen Abschnitte16 freigelegt werden. Ferner liegen in der vorliegenden Ausführungsform, wie in1 und4(D) dargestellt, die kurzseitigen Ab schnitte16 des Brennstoffzellenseparators10 frei, aber stattdessen kann zumindest ein Teil der langseitigen Abschnitte des Brennstoffzellenseparators10 freiliegen. Darüber hinaus werden in der vorliegenden Ausführungsform, wie in2 dargestellt, die Spanneinrichtungen60 von den kurzen Seiten des Brennstoffzellenseparators10 her aufgesetzt, aber die Spanneinrichtungen60 können auch von den langen Seiten des Brennstoffzellenseparators10 her aufgesetzt werden. - Zusammenfassung
- BRENNSTOFFZELLENSEPARATOR UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG
- Ein Brennstoffzellen-Separator (
10 ) ist mit einer Öffnung (14 ) versehen, die als Zweigleitung dient. Ein Harzüberzug wird im peripheren Bereich des Brennstoffzellen-Separators (10 ) in einem Zustand ausgebildet, wo der Leistungserzeugungsbereich mit einer Maskiereinrichtung maskiert ist. Der Harzüberzug wird so ausgebildet, dass das Separatorsubstrat zumindest in einem Abschnitt des peripheren Bereichs freiliegt. Anschließend wird die Maskiereinrichtung abgenommen, und ein leitfähiger Überzug wird im Leistungserzeugungsbereich des Brennstoffzellen-Separators (10 ), dessen peripherer Bereich mit dem Harzüberzug maskiert wurde, ausgebildet. Der leitfähige Überzug wird dadurch ausgebildet, dass man Elektrizität durch den Abschnitt des peripheren Bereichs, wo das Separatorsubstrat freiliegt, fließen lässt. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2006-80026 A [0004]
- - JP 2005-243355 A [0057]
Claims (5)
- Brennstoffzellen-Separator, einen leitfähigen Überzug und einen Harzüberzug, die auf einem plattenähnlichen Separatorsubstrat ausgebildet sind, aufweisend, wobei das Separatorsubstrat einen Leistungserzeugungsbereich, der auf eine Leistungserzeugungsschicht gerichtet ist, und einen peripheren Bereich mit einer als Zweigleitung dienenden Öffnung aufweist, wobei der periphere Bereich mit einem Harzüberzug versehen ist, so dass das Separatorsubstrat zumindest in einem Abschnitt des peripheren Bereichs freiliegt und die Öffnung, die als Zweigleitung dient, mit dem Harzüberzug beschichtet ist, und der Leistungserzeugungsbereich dadurch mit einem leitfähigen Überzug versehen wird, dass Elektrizität durch den Abschnitt des peripheren Bereichs, wo das Separatorsubstrat freiliegt, fließen gelassen wird.
- Brennstoffzellen-Separator nach Anspruch 1, wobei der Abschnitt des peripheren Bereichs, wo das Separatorsubstrat freiliegt, ein Positionierungsabschnitt ist, der verwendet wird, um eine Vielzahl von Einheitszellen in Bezug aufeinander zu positionieren, wenn die Vielzahl von Einheitszellen aufeinander geschichtet wird, um eine Brennstoffzelle zusammenzusetzen.
- Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellen-Separators, der einen leitfähigen Überzug und einen Harzüberzug aufweist, die auf einem plattenartigen Separatorsubstrat ausgebildet sind, wobei das Verfahren umfasst: einen ersten Beschichtungsschritt, in dem in einem peripheren Bereich des Separatorsubstrats, der eine als Zweigleitung dienende Öffnung aufweist, ein Harzüberzug solchermaßen ausgebildet wird, dass das Separatorsubstrat zumindest in einem Abschnitt des peripheren Bereichs freiliegt, und einen zweiten Beschichtungsschritt, in dem ein leitfähiger Überzug dadurch in einem auf die Leistungserzeugungsschicht gerichteten Leistungserzeugungsbereich des Separatorsubstrats ausgebildet wird, dass Elektrizität von dem Abschnitt des peripheren Bereichs aus, wo das Separatorsubstrat freiliegt, durch das Separatorsubstrat fließen gelassen wird.
- Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellen-Separators nach Anspruch 3, wobei der zweite Beschichtungsschritt das Beschichten des Separatorsubstrats unter Verwendung einer Galvanisierungsschicht als leitfähigem Überzug umfasst, wobei der periphere Bereich, der eine Öffnung aufweist, mit dem Harzüberzug des ersten Beschichtungsschritts maskiert ist.
- Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenseparators nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei der Abschnitt des peripheren Bereichs, wo das Separatorsubstrat freiliegt, für die Positionierung einer Vielzahl von Einheitszellen verwendet wird, wenn die Vielzahl von Einheitszellen aufeinander geschichtet wird, um eine Brennstoffzelle zusammenzusetzen.
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