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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Separators für
verschiedene Arten von Brennstoffzellenbatterien.
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Eine
Vorrichtung, welche Wasserstoff, fossilen Brennstoff oder dergleichen
als ein Kraftstoff zur direkten Umwandlung von chemischer Reaktionsenergie,
die in einer Oxidationsreaktion des Kraftstoffes erzeugt wird, in
elektrische Energie ist bekannt. Diese Vorrichtung wird im Allgemeinen
als Brennstoffzelle bzw. Brennstoffzellenbatterie bezeichnet.
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Es
gibt verschiedene Arten von Brennstoffzellenbatterien. Eine Brennstoffzellenbatterie
vom so genannten festen Polymertyp ist als eine dieser Arten von
Brennstoffzellenbatterien bekannt. Wie in 5 dargestellt,
weist eine Brennstoffzellenbatterie 100 vom festen Polymertyp
eine Struktur auf, bei welcher eine große Anzahl an Zellen in Reihe
oder parallel miteinander verbunden sind. Jede der Zellen weist
eine Struktur auf, wobei eine positive Elektrode 10, ein
Elektrolyt 11 aus einem festen Polymer, eine negative Elektrode 12 und ein
Separator 101 aufeinanderfolgend laminiert sind. Des Weiteren
sind im Allgemeinen getragene Stromsammler 13 zwischen
den Elektroden 10 und den Separatoren 101 und
zwischen den Elektroden 12 und den Separatoren 101 angeordnet.
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Jeder
der Separatoren 101 weist Kanäle (Nuten) 104 auf,
die in beiden Oberflächen
ausgebildet sind. Kraftstoffgas oder Oxidationsgas wird durch Kraftstoffgaseinleitungsöffnungen 101a und
Oxidationsgaseinleitungsöffnungen 101b den
jeweiligen Kanäle 104 zugeführt. Des
Weiteren weist der Separator 101 Kühlwassereinführöffnungen 101c auf,
um eine Struktur zu bilden, bei welcher Kühlwasser durch die Öffnungen 101c fließen kann.
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Der
Betrieb einer normalen Brennstoffzellenbatterie 100 ist
wie folgt. Im Übrigen
wird die Beschreibung im Wesentlichen anhand einer Zelle durchgeführt, um
die Beschreibung zu vereinfachen.
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In
dem Betrieb wird Kraftstoffgas, welches oxidiert werden soll, wie
Wasserstoff oder dergleichen, der negativen Elektrode 12 zugeführt, wohingegen
Oxidationsgas, wie Sauerstoff, Luft oder dergleichen der positiven
Elektrode 10 zugeführt
wird. Das Kraft stoffgas und das Oxidationsgas werden jeweils durch
die Kraftstoffgaseinleitungsöffnungen 101a und
die Oxidationsgaseinleitungsöffnungen 101b des
Separators 101 eingeführt
und fließen
durch die Kanäle 104,
die in den gegenüberliegenden
Oberflächen
des Separators 101 ausgebildet sind.
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An
der negativen Elektrode 12 wird das Kraftstoffgas in Elektronen
und Kationen (Protonen in dem Fall, dass Wasserstoff als Kraftstoff
verwendet wird) durch die Wirkung eines katalytischen Materials
zersetzt.
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Die
an der negativen Elektrode 12 erzeugten Kationen bewegen
sich zu der positiven Elektrode 10, während sie durch den Elektrolyen 11 geleitet
werden, so dass die Kathoden in Kontakt mit dem Oxidationsgas, wie
Sauerstoff oder dergleichen, kommen, welche an der positiven Elektrode 10 fließen.
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Die
positive Elektrode 10 ist mit der negativen Elektrode 12 durch
eine Ladung (nicht dargestellt) verbunden. Die an der negativen
Elektrode 12 erzeugten Elektronen bewegen sich zu der positiven
Elektrode durch die Ladung.
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An
der positiven Elektrode 10 werden die Kationen des Kraftstoffes,
welche durch die Elektrode 11 geleitet wurden, durch ein
Oxidationsmittel oxidiert. Wenn zum Beispiel Wasserstoff und Sauerstoff
als Kraftstoffgas und Oxidationsgas verwendet werden, tritt eine
Oxidationsreaktion von Sauerstoff und Wasserstoff an der positiven
Elektrode 10 auf.
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Bei
dieser Gelegenheit bewegen sich Elektroden, die vom Kraftstoff an
der negativen Elektrode 12 getrennt wurden, durch die Ladung
von der negativen Elektrode 12 zu der positiven Elektrode 10,
und tragen so zu der Oxidationsreaktion an der positiven Elektrode 10 bei.
Eine elektromotorische Kraft wird durch die Bewegung der Elektronen
erzeugt.
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Die
Brennstoffzellenbatterie 100 weist im Allgemeinen eine
Struktur auf, bei welcher eine große Anzahl von Zellen laminiert
werden, um in Reihe miteinander verbunden zu werden, so dass eine
vorbestimmte Spannung erzielt wird. Die Anzahl der Zellen, welche
laminiert werden sollen, liegt im Allgemeinen in der Größenordnung
von einigen Zehn bis einigen Hundert oder mehr.
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Des
Weiteren sind in der Struktur, in welcher solch eine große Anzahl
von Zellen laminiert werden, die benachbarten Zellen durch den Separator 101 voneinander
getrennt.
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Mit
Ausnahme des Kantenbereichs für
die laminierte Struktur, fließt
das Kraftstoffgas, wie Wasserstoff oder dergleichen, durch eine
Oberfläche
des Separators 101 und das Oxidationsgas, wie Sauerstoff,
oder dergleichen, fließt
durch die andere Oberfläche
des Separators 101.
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Da
das Kraftstoffgas und das Oxidationsgas miteinander nicht vermischt
werden sollen, ist es eine Voraussetzung, dass der Separator 101 eine
Funktion aufweist, die Gase voneinander zu trennen. Das heißt, der Separator 101 muss
gasdicht sein, so dass kein Gas durch den Separator 101 dringen
kann.
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Da
der Separator 101 des Weiteren auch als Element dient,
um die laminierten Zellen direkt elektrisch miteinander zu verbinden,
muss der Separator 101 eine Eigenschaft des guten elektrischen
Leitvermögens aufweisen
(niedriger Widerstand), als eine Eigenschaft des Materials.
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Des
Weiteren muss der Separator 101 gegenüber Wasser beständig sein,
welches als ein Ergebnis der Oxidation erzeugt wird (wasserbeständig), korrosionsbeständig gegenüber dem
Elektrolyten, welcher in dem Elektrolyt 11 enthalten ist
und korrosionsbeständig
bezüglich
des Oxidationsmittels.
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Da
des Weiteren eine starke Verdichtungskraft auf den Separator 101 ausgeübt wird,
unter einer Bedingung, bei welcher die Zellen miteinander laminiert
werden, muss der Separator 101 eine große Festigkeit aufweisen, um
der Verdichtungskraft zu widerstehen.
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Als
eine Konstellation, um die zuvor genannten Erfordernisse zu erfüllen, gibt
es folgende Verfahren.
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Eines
der Verfahren ist ein Verfahren, den Separator 101 zu erhalten,
indem ein Block geschnitten wird, welcher durch das Brennen eines
glasartigen Kohlenstoffmaterials er halten wird, welches auch als
glasartigen Kohlenstoff (gebrannter Kohlenstoff) bezeichnet wird.
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Kanäle 104 werden
in dem Separator 101 ausgebildet, so dass das Kraftstoffgas
und das Oxidationsgas durch die Kanäle 104 fließen können. Da
der glasartigen Kohlenstoff'' stark deformiert
wird, wenn er gebrannt wird, kann ein Verfahren, bei welchem der
Separator 101 hergestellt wird, indem der gläserne Kohlenstoff
nach dem Formen des glasartigen Kohlenstoffs in einem nicht gebrannten
Zustand gebrannt wird, nicht angewendet werden. Das heißt es ist
notwendig, die erforderte Form zu erzielen, indem ein glasartiger
Kohlenstoffblock geschnitten wird, nachdem der Block durch Brennen
erhalten wurde.
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Der
gebrannte glasartige Kohlenstoff ist jedoch so hart, dass hohe Kosten
entstehen, um solch einen gebrannten glasartige Kohlenstoff zu schneiden.
Da des Weiteren Schnittverlust auftritt, wird Material verschwendet.
Im Hinblick auf diesen Punkt treten auch hohe Kosten auf.
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Als
ein weiteres Verfahren zum Erhalten des Separators 101 gibt
es ein Verfahren, den Separator 101 aus einer gemischten
oder gekneteten Materie bzw. Stoff zu erhalten. Der gemischte oder
geknetete Stoff wird hergestellt, indem ein Harz mit einem elektrisch
leitfähigen
Füllstoff
vom Kohlenstofftyp, wie Graphitpulver, oder ausdehnungsfähigem Graphitpulver
vermischt oder verknetet wird.
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Durch
dieses Verfahren kann eine vorbestimmte Form unter geringen Kosten
durch Formen oder Heißpressen
erhalten werden. Das heißt,
eine vorbestimmte Kanalstruktur (eine Gasdurchlassstruktur welche zu
einem gleichmäßigen Gasfluss
führt)
kann relativ einfach erhalten werden.
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Obwohl
es von dem Standpunkt der Wirksamkeit der Erzeugung einer elektrischen
Kraft aus vorteilhaft ist, dass die Eigenschaft der elektrischen
Leitfähigkeit
des Separators 101 hoch ist, muss die Menge des elektrisch
leitfähigen
Füllstoffes,
welcher zugemischt werden soll, erhöht werden, um die Eigenschaft
der hohen elektrischen Leitfähigkeit
zu erhalten. Als ein Ergebnis tritt ein Problem auf, dass sowohl
die Festigkeit als auch die Formbarkeit verringert werden. Da das
Ausgangsmaterial ein Pulver ist, tritt des Weiteren, ein anderes
Problem auf, dass die Dimensionsstabilität beim Formen schlecht ist.
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Des
Weiteren erfordert der Separator 101 eine Funktion, dass
das Kraftstoffgas und das Oxidationsgas in den vorbestimmten Kanälen 104 eingeschlossen
wird, um zu verhindern, dass die Gase aus den Zellen austreten (Abdichtungsfunktion).
Die Abdichtungsfunktion wird jedoch gestört, wenn die Dimensionsstabilität verringert
wird.
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Da
eine große
Verdichtungskraft auf die Zellen in einem Zustand angelegt wird,
indem die Zellen laminiert werden, braucht der Separator 101 eine
Festigkeit, um dieser Verdichtungskraft zu widerstehen. Wenn der
Separator 101 durch die Verdichtungskraft verformt wird,
reißt
oder teilweise zerbricht, wird die zuvor genannte Gasdichte oder
Abdichtungseigenschaft unerwünschterweise
gestört.
Von diesem Gesichtspunkt aus wird auch deutlich, dass eine Erhöhung des
elektrisch leitfähigen
Füllstoffes
vom Kohlenstofftyp, welcher zugemischt werden soll, nachteilig ist.
Das heißt,
es wird deutlich, dass die Festigkeit des Separators 101 verringert
wird, wenn die Menge des elektrisch leitfähigen Füllstoffes vom Kohlenstofftyp,
welcher zugemischt werden soll, erhöht wird.
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Des
Weiteren führt
eine Erhöhung
der Menge des elektrisch leitfähigen
Füllstoffes,
welcher zugemischt werden soll, zu einem weiteren Problem, dass
die Gasundurchlässigkeit
verringert wird.
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Wie
oben beschrieben, weisen die Verfahren, um den Separator 101 für eine Brennstoffzellenbatterie zu
erhalten, die folgenden Probleme auf:
- (1) Bei
dem Verfahren unter Verwendung von glasartige Kohlenstoff, tritt
ein Problem hinsichtlich der Produktionskosten auf.
- (2) Bei dem Verfahren unter Verwendung eines Harzmaterials und
eines elektrisch leitfähigen
Füllstoffes, wie
eines Graphitpulvers, expansiven Graphitpulvers oder dergleichen,
tritt ein Problem auf, dass es schwierig ist, eine Eigenschaft der
elektrischen Leitfähigkeit
mit anderen Anforderungen zusammenpasst.
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Die
JP-A-10074527 offenbart einen Separator für eine Brennstoffzellenbatterie,
bestehend aus einer Kohlenstoffplatte oder einem leitfähigen Substrat
mit einem vorstehenden Teil und einem vertieften Teil auf beiden
Oberflächen
und einem Harzrahmenkörper,
welcher den Umfang des leitfähigen
Substrats umgibt.
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Es
war der Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Herstellung eines Separators zur Verwendung in einer Brennstoffzellenbatterie
bereitzustellen, welcher gleichzeitig die folgenden Anforderungen
erfüllt:
Die
Kosten der Herstellung sind gering;
die Eigenschaft der elektrischen
Leitfähigkeit
ist hoch;
die Gasdichte ist hoch;
die Abmessungsstabilität ist hoch
(die Abmessungsvariationen von Erzeugnissen ist gering); und
die
mechanische Festigkeit ist hoch.
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In
der vorliegenden Erfindung wird der Tatsache Aufmerksamkeit geschenkt,
dass ein Teil, welches eine hohe Gasdichte, große Abmessungsstabilität und große mechanische
Festigkeit erfordert und ein Teil, welcher eine hohe elektrische
Leitfähigkeitseigenschaft
erfordert, in einem Separator für
eine Brennstoffzellenbatterie voneinander unterschieden werden,
welcher aus einer gekneteten Materie bzw. Stoff erhalten wird, der aus
einem elektrisch leitfähigen
Füllstoff
und einem Harzmaterial besteht. Demzufolge wird die vorliegende
Erfindung im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass optimale
Materialien in zwei Bereichen verwendet werden und ein Harzbindemittel
in einem Auffängerteil
enthalten ist.
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Der
obige Gegenstand wird erzielt durch ein Verfahren zur Herstellung
eines Separators für
eine Brennstoffzellenbatterie, wobei der Separator ein elektrisch
leitfähiges
Auffängerteil
umfasst, welches Kanäle zum
Durchströmen
von Gas durch die Kanäle
aufweist und ein Verteilerteil, beinhaltend Gaseinleitungslöcher, die
mit den Kanälen
des Auffängerteils
verbunden sind und ringsum von einem rahmenartiges Umrandungsteil des
Auffängerteils
umgeben sind, welches in das Auffängerteil integriert werden
soll, wobei das Auffängerteil ein
Harzbindemittel enthält,
und das Verteilerteil eine Zusammensetzung enthält, die von der des Auffängerteils
verschieden ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bilden
des Auffängerteils,
welches mindestens ein Harzbindemittel und einen elektrisch leitfähigen Füllstoff enthält; und
Herstellen
des Verteilerteils, welches in zwei Elemente in einer Richtung der
Ebene des Verteilerteils unterteilt ist, bevor das Auffängerteil
in dem Verteilerteil integriert wird,
worin das Auffängerteil
durch das Verteilerteil gehalten wird, um das Auffängerteil
in das Verteilerteil zu integrieren, und
Integrieren des Auffängerteils
in das Verteilerteil.
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Der
Separator zur Verwendung in einer Brennstoffbatterie gemäß der vorliegenden
Erfindung wird in ein Auffängerteil
und ein Verteilerteil unterteilt. Das Auffängerteil wird aus einem Harzmaterial
gebildet, welches mit einer großen
Menge eines elektrisch leitfähigen
Füllstoffes
vermischt wird, so dass das Harzmaterial eine Eigenschaft einer
hohen elektrisch Leitfähigkeit
aufweist, unter Verlust der Gasdichte, Dimensionsstabilität und mechanischen
Festigkeit.
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Auf
der anderen Seite wird das Verteilerteil aus einem Harzmaterial
gebildet, welches mit einer geringen Menge des elektrisch leitfähigen Füllstoffes
vermischt ist oder vorzugsweise keinen elektrisch leitfähigen Füllstoff
enthält,
so dass das Harzmaterial eine Gasdichte, Dimensionsstabilität und mechanische
Festigkeit aufweist. Da das Verteilerteil des Weiteren so hergestellt
werden kann, dass es eine hohe Beständigkeit aufweist (im Wesentlichen
elektrisch isolierende Materie), kann eine Struktur erzielt werden,
bei welcher kein Strom durch das Verteilerteil fließt, so dass
es keinen elektrischen Stromverlust gibt, der durch Joulewärme bewirkt
wird. Des Weiteren kann die erzeugte elektrische Energie daran gehindert
werden, aus dem Verteilerteil durch ein Trägerteil zu entweichen. Des
Weiteren kann dadurch, dass in dem Auffängerteil das Harzmaterial enthalten
ist, die Anforderungen der Abdichtungsfunktion, Dimensionsstabilität, Festigkeit
und Formbarkeit in dem Auffängerteil
erfüllt
werden.
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Auf
diese Weise kann ein Separator für
eine Brennstoffbatterie mit geringem Verlust der elektrischen Leistung,
hoher Gasdichte, hoher Dimensionsstabilität und hoher mechanischer Festigkeit
erhalten werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Äußeren eines Separators gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2A und 2B zeigen
Ansichten eines Beispieles eines Verfahrens zur Herstellung des
Separators gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 zeigt
eine Ansicht, welche ein weiteres Beispiel des Verfahrens zur Herstellung
des Separators gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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4A, 4B und 4C zeigen
Ansichten, welche ein weiteres Beispiel des Verfahrens zur Herstellung
des Separators gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellen; und
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5 zeigt
eine Explosionsdarstellung des Aufbaus einer Brennstoffbatterie.
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Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden im Detail beschrieben.
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In
der Struktur des Separators 101, welcher als ein Beispiel
in 5 dargestellt ist, erfordert ein Mittelteil 102,
in welchem Kanäle 104 gebildet
sind, eine Funktion, dass erzeugte elektrische Energie gesammelt wird,
das heißt
erfordert eine Eigenschaft einer hohen elektrischen Leitfähigkeit.
In der vorliegenden Erfindung wird dieses Teil 102 Auffängerteil
genannt.
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Auf
der anderen Seite erfordert ein Umfangsteil (Kantenteil) 103 des
Separators 101 eine Abdichtungseigenschaft, um zu verhindern
dass Gas aus den Zellen dringt. Demzufolge erfordert das Teil 103 eine hohe
mechanische Festigkeit und hohe Abmessungsstabilität. Des Weiteren
erfordert das Teil 103 physikalische Eigenschaften der
Gasundurchlässigkeit.
In der vorliegenden Erfindung wird dieses Teil Verteilerteil genannt.
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In
der vorliegenden Erfindung wird diesem Gegenstand Aufmerksamkeit
geschenkt, so dass das Auffängerteil 102 in
dem Mittelteil des Separators 101 so gebildet wird, dass
es eine elektrisch leitfähige
Eigenschaft aufweist, im Wesentlichen dadurch, dass es mit einem
elektrisch leitfähigen
Füllstoff
vermischt ist, wohingegen das Verteilerteil 103 in dem
Umfangsbereich des Separators 101 so gebildet ist, dass
es sowohl Festigkeit als auch Dimensionsstabilität aufweist, indem es vorzugsweise
mit keinem elektrisch leitfähigen
Füllstoff vermischt
wird. Des Weiteren ist ein Harzbindemittel in dem Auffängerteil
enthalten, so dass sowohl Festigkeit als auch Dimensionsstabilität, die von
dem Auffängerteil
gefordert werden, sichergestellt werden.
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Auf
diese Weise kann der Separator 101, welcher die zuvor genannten
Anforderungen gleichzeitig erfüllt,
erhalten werden.
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Das
Verteilerteil 103 ist ein flammenartiges Teil, welches
vorhanden ist, um so das rahmenartige Umrandungsteil des Auffängerteils 102 zu
umgeben, in welchem die Kanäle 104 ausgebildet
sind. Das Verteilerteil 103 weist eine Abdichtungsfunktion
auf, um zu verhindern, dass Brenngas und Oxidationsgas austreten.
Des Weiteren ist das Verteilerteil 103 mit Gaseinleitungslöchern 101a,
Oxidationsgaseinleitungslöchern 101b und Kühlwassereinleitungslöchern 101c versehen.
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Des
Weiteren ist das Verteilerteil 103 auch ein Teil auf welches
große
Kompressionskraft wirkt. Des Weiteren braucht das Verteilerteil 103 eine
Abdichtungseigenschaft. Demzufolge erfordert das Verteilerteil 103 mehr
hohe mechanische Festigkeit und hohe Dimensionsstabilität.
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Demzufolge
wird das Verteilerteil 103 hergestellt, um ein Teil zu
sein, welches die elektrische Leistung zugunsten anderer Anforderungen
opfert. Daher wird das Verteilerteil 103 als Ganzes vorzugsweise
aus einem Harzmaterial gebildet. Alternativ kann ein elektrischer
nichtleitender Füllstoff
wie Glasfaser oder dergleichen mit dem Harzmaterial vermischt werden,
so dass eine Verbesserung der mechanischen Festigkeit erzielt werden
kann. Wenn es kein Problem hinsichtlich der mechanischen Festigkeit
etc. gibt, kann eine geringe Menge eines elektrisch leitfähigen Füllstoffes
mit dem Harzmaterial vermischt werden. Indem eine geringe Menge
eines elektrisch leitfähigen
Füllstoffes
zugemischt wird, kann die Adhäsion
des Verteilerteils 103 an dem Auffängerteil 102, welches
den elektrisch leitfähigen
Füllstoff
enthält,
verbessert werden. Es ist jedoch notwendig, Sorge zu tragen, dass
die elektrische Leitfähigkeit
des Verteilerteils 103 nicht zu hoch wird.
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Als
ein Harzmaterial kann ein Phenolharz, ein Epoxidharz, ein Nylonharz,
ein Flüssigkristallpolyesterharz,
oder dergleichen, einzeln oder als Mischung verwendet werden. Zusammensetzungen
des Verteilerteils 103 sind in der nachfolgenden Tabelle
beispielhaft dargestellt. Unter diesen Zusammensetzungen kann festgehalten
werden, dass es bevorzugt ist, das Flüssigkristallpolyesterharz einzeln
oder eine Mischung aus 80 Gew.% oder mehr Flüssigkristallpolyesterharz mit
Glasfaser zu verwenden.
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[Tabelle
1] Zusammensetzung
des Verteilerteils (Einheit: Gewichtsteile)
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Auf
der anderen Seite weist das Auffängerteil 102 eine
elektrisch leitfähige
Eigenschaft auf und ist mit Kanälen 104 versehen.
Die Kanäle 104 sind
in beiden Oberflächen
des Auffängerteils 102 ausgebildet,
so dass das Kraftstoffgas und das Oxidationsgas durch die Kanäle 104 fließen können. Um
das Auffängerteil 102 in das
Verteilerteil 103 zu integrieren, ist des Weiteren ein
Umrandungsteil 102 ausgebildet, um so die Kanäle 104 zu
umgeben (siehe 3).
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Das
Auffängerteil 102 wird
erhalten, indem ein elektrisch leitfähiger Füllstoff mit einem Harzbindemittel vermischt
wird. Als elektrisch leitfähiger
Füllstoff
kann Pulver wie Kohlenstoffpulver, Graphitpulver, expansives Graphitpulver
oder dergleichen, einzeln oder als Mischung verwendet werden. Unter
diesen Pulvern ist expansives Graphit besonders bevorzugt, da ein
niedriger elektrischer Widerstand erhalten wird. Expansives Graphit wird
einfach oder als Hauptbestandteil verwendet. Auf der anderen Seite
kann als Harz, welches als ein Bindemittel dient, ein Phenolharz,
ein Epoxidharz, ein Polyimidharz, ein Flüssigkristallpolyesterharz oder
dergleichen, einzeln oder als Mischung verwendet werden.
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Zusammensetzungen
für das
Auffängerteil 102 sind
in der folgenden Tabelle beispielhaft angegeben. Es kann festgehalten
werden, dass 60 Gew.-% oder mehr des expansiven Graphits in der
einzelnen Verwendung als elektrisch leitfähiger Füllstoff oder 70 Gew.-% oder
mehr des expansiven Graphits in der Verwendung als Hauptbestandteil
bevorzugt ist, und dass ein Epoxidharz oder ein Phenolharz vorzugsweise
als Harz verwendet wird. Im Übrigen,
wie aus der folgenden Tabelle deutlich wird, ermöglicht das Vermischen des Harzbindemittels
in dem Auffängerteil
nicht nur die Eigenschaft der elektrischen Leitfähigkeit zu erfüllen, sondern gleichzeitig
auch andere Anforderungen zu erfüllen,
obwohl das Auffängerteil
zunächst
die elektrische Leistung verfolgt.
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[Tabelle
2] Zusammensetzung
für das
offene Teil (Einheit: Gewichtsteile)
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Das
Auffängerteil 102 wird
in das Verteilerteil 103 integriert, um so den Separator 101 für eine Brennstoffbatterie
gemäß der vorliegenden
Erfindung fertigzustellen. Bezüglich
des Verfahrens zur Integration sind Pressformen oder ein anderes
Verfahren, welches in den Ausführungsformen
dargestellt wird, die im Folgenden beschrieben werden, bevorzugt.
Wie in 1 dargestellt, wird der so erhaltene Separator 101 aufgebaut, so
dass der Auffängerteil 102 in
dem Mittelteil angeordnet ist und der Umfang des Auffängerteils 102 von
dem Verteilerteil 103 umgeben wird. Der Separator 101 zeigt
die gleiche äußere Erscheinung
wie ein Separator 101 gemäß des Standes der Technik,
welcher in 5 dargestellt ist.
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In
der obigen Beschreibung kann das Harzmaterial für das Auffängerteil 102 sich
von dem Material unterscheiden, welches für das Verteilerteil 103 verwendet
wird. In diesem Fall ist es wichtig, eine Kombination von Materialien
auszuwählen,
so dass das Auffängerteil 102 an
das Verteilerteil 103 passt, um die Integration der zwei
Teile nicht zu riskieren.
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Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden im Detail beschrieben, wobei
das Herstellungsverfahren als ein Beispiel angeführt wird.
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(Erste Ausführungsform)
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Separators 101 durch das
integrale Formen eines Auffängerteils 102 und
eines Verteilerteils 103 wird im Folgenden unter Bezugnahme
auf 2A und 2B erläutert.
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Zunächst wird,
wie in 2A dargestellt, ein das Auffängerteil
formendes Material (zum Beispiel eine Mischung aus 70 Gew.-Teilen
aus dem im Graphit und 30 Gewichtsteilen Epoxidharz) geformt, um
so einen Auffängerteil 102 herzustellen,
welches Kanäle 104 und
Umrandungsteile 102a an beiden Oberflächen aufweist. Pressformen
oder Spritzgießen
kann als Formgebungsverfahren verwendet werden. Anschließend wird wie
in 2B dargestellt, unter der Bedingung, dass das
Auffängerteil 102 in
eine Form gesetzt wird, ein das Verteilerteil bildendes Material
(zum Beispiel eine Mischung aus 80 Gewichtsteilen eines Flüssigkristallpolyesterharzes
zu 20 Gew.-Teilen einer Glasfaser) spritzgegossen, um so integral
einen Separator 101 zu formen.
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Auf
diese Weise wird eine Struktur erzielt, bei welcher das Verteilerteil 103 eine
elektrisch isolierende Eigenschaft, hohe mechanische Festigkeit
und hohe Dimensionsstabilität
aufweist, wohingegen das Auffängerteil 102 aufgrund
des Zumischens eines Füllstoffs
eine stark elektrisch leitfähige
Eigenschaft aufweist.
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(Zweite Ausführungsform)
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Wie
in 3 dargestellt, wird das zuvor genannte das Auffängerteil
bildende Material geformt, um so ein Auffängerteil 102 zu erzielen,
welches Kanäle 104 und
Umrandungsteile 102a an beiden Oberflächen aufweist. Des Weiteren
wird das das Verteilerteil formende Material geformt, um so ein
Paar Elemente 301 und 302 zu bilden, welche ein
Verteilerteil 103 bilden. Die Elemente 301 und 302 weisen
eine Struktur auf, wobei das Verteilerteil 103 in einer
Richtung der Ebene des Verteilerteils 103 in zwei Teile
unterteilt wird. Pressformen oder Spritzgießen kann als Verfahren zum
Formen jedes der Elemente 301 und 302 verwendet
werden. Des Weiteren ist die Dicke jedes der Elemente 301 und 302 identisch
mit der Höhe
jeder der Trennwände 104a, welche
die Kanäle 104 des
Auffängerteils 102 bilden.
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Des
Weiteren ist das Auffängerteil 102 in
die Elementen 301 und 302 integriert, so dass
die Kantenbereiche 102a des Auffängerteils 102 durch
die Elemente 301 und 302 gehalten werden. Auf
solch eine Weise wird der Separator 101 gemäß der vorliegenden
Erfindung fertiggestellt. Im Übrigen
können
ein Haftmittel oder Stifte zur Integration verwendet werden.
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Bei
dem Herstellungsverfahren, welches in dieser Ausführungsform
dargestellt ist, können
die Umrandungsteile 102a des Auffängerteils 102, welche
eine geringe mechanische Festigkeit aufweisen, daran gehindert werden
zu brechen, da die Gefahr besteht, dass die Umrandungsteile 102a in
dem Fall zerbrechen, wenn Pressformen oder Spritzgießen verwendet
wird.
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(Dritte Ausführungsform)
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Wie
in 4A dargestellt, wird das zuvor genannte das Auffängerteil
formende Material geformt, um so ein Auffängerteil 102 mit Kanälen 104 und
Umrandungsteilen 102a an beiden Oberflächen zu bilden. Anschließend wird
unter der Bedingung, dass das Auf fängerteil 102 in eine
Form gestellt wird, ein halbes (Verteilungselement) 401 Verteilerteilerteil 103 in
einer Richtung der Ebene des Verteilerteils 103 auf einer
Oberfläche des
Umrandungsteils 102a durch ein Spritzgießverfahren
gebildet, wie in 4B dargestellt. Anschließend wird
die übrige
Hälfte
(Verteilerelement) 402 des Verteilerteils 103 auf
der anderen Oberfläche
der Umrandungsteile 102a durch ein Spritzgießverfahren
gebildet, wie in 4C dargestellt. Auf diese Weise
werden die Umrandungsteile 102a des Auffängerteils 102 von
den Elementen 401 und 402 gehalten, und so der
Separator 101 gemäß der vorliegenden
Erfindung fertiggestellt.
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Bei
dem Herstellungsverfahren, welches in dieser Ausführungsform
dargestellt ist, wird das Spritzgießen zur Herstellung des Verteilerteils 103 in
zwei Schritte unterteilt. Demzufolge wird der Druck, welcher auf die
Umrandungsteile 102a des Auffängerteils 102 ausgeübt wird,
reduziert, wenn das Verteilerteil 103 durch Spritzgießen geformt
wird. Demzufolge können
die Umrandungsteile 102a daran gehindert werden, zu zerbrechen.
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Wie
oben beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
einen Separator für
eine Brennstoffbatterie zur Verfügung
zu stellen, welcher gleichzeitig die folgenden Anforderungen erfüllt:
Die
Kosten der Herstellung sind gering;
die Eigenschaft der elektrischen
Leitfähigkeit
ist hoch;
die Gasdichte ist hoch;
die Dimensionsstabilität ist hoch
(Dimensionsabweichungen der Produkte sind gering), und
die
mechanische Festigkeit ist hoch.
