JP4695576B2 - 燃料電池のセパレータプレートのための耐久力のある伝導性接着結合 - Google Patents
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Description
好ましい実施例の次の説明は、その本質上、単なる例示にしか過ぎず、本発明、その用途、又は、その使用方法を限定するものではない。本発明は、改善された接着結合手段を有する燃料電池のための電気伝導性要素(例えば、二極式プレート)を想定している。伝導性要素は、一般に、第1及び第2の伝導性シートを備え、各々のシートは互いに対面する表面を持っている。互いに対面する表面は伝導性接着剤により1つ以上の接触領域で互いに接着されている。該接着剤は、燃料電池で使用するため望ましい低い接触抵抗を有する強力な耐久性のある結合手段を提供する。更には、本発明は、電気で要素においてそのような改善された結合を形成するための方法を想定している。
(例1)
アセトンブラックと膨張黒鉛の混合物は、重量にして1:2の比率で一緒に加えられ、両方の材料の均一な混合物を形成するため徹底的に混合された。エポキシ接着剤を準備するため、別個のコンテナ内で、2成分エポキシ樹脂が硬化剤(即ち、硬化促進剤)を用いて混合された。伝導性接着性基質は、9:1の比率(重量換算でエポキシ:全炭素)を使用して、膨張黒鉛/炭素の混合物にエポキシを添加することにより準備された。伝導性接着性基質は、エポキシ内で炭素の均一な混合物を作るため徹底的に混合された。2つの複合プレートが、ポリビニールエステル及び黒鉛から形成される市販の伝導性成形化合物(イリノイ州、西シカゴのバルク成形化合物社「BMCI」から市販されている)から成形された。プレートは、ランド及び溝の予め成形された流れ場を備えて、約0.5mmの厚さを持っていた。該プレートは、接触領域又はランド上に本発明の伝導性エポキシ接着剤でブラシをかけることにより被覆された。2つのプレートは、一緒に結合され、接着剤が、300psiの印加された圧縮圧力の下で5分間に亘って90℃で硬化された。
Claims (14)
- 隣接する各燃料電池のそれぞれのセルにおいて、アノード及びカソードの間に挟まれた電気伝導性要素を備える燃料電池スタックであって、
前記アノードに面する表面及び第1の熱交換表面を有する第1の電気伝導性ポリマー複合物シートと;
前記カソードに面する表面及び第2の熱交換表面を有する第2の電気伝導性ポリマー複合物シートであって、前記第1の熱交換表面は前記第2の熱交換表面と対面する、前記第2の電気伝導性ポリマー複合物シートと;
前記第1の熱交換表面及び前記第2の熱交換表面の間に配置され、1つ以上の接触領域において該第1及び第2の熱交換表面と接触する電気伝導性接着剤であって、該電気伝導性接着剤により該第1及び第2の熱交換表面の間に結合部が形成されており、該結合部は、作動の間に該燃料電池スタック中で該電気伝導性要素に加えられる1000kPa以上の圧縮力の下で5mΩcm2以下の結合ライン抵抗を有し、前記電気伝導性接着剤は、90〜95質量%の接着性ポリマーと、黒鉛及びカーボンブラックを1:6から35:1の比で含む複数の電気伝導性粒子とを含んでおり、該複数の電気伝導性粒子は該電気伝導性接着剤の5〜10質量%で存在する、前記電気伝導性接着剤と、
を備える、燃料電池スタック。 - 前記接着性ポリマーは、エポキシポリマーを含んでいる、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 前記結合部の抵抗は、燃料電池内の条件を80℃において1400kPaの圧縮力、及び100%の相対湿度とした場合に500時間を超えて燃料電池を作動させた後、1400kPaより大きい圧縮力の作用下で4mΩcm2以下である、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 前記結合部の抵抗は、燃料電池内の条件を80℃において1400kPaの圧縮力、及び100%の相対湿度とした場合に500時間を超えて燃料電池を作動させた後、1400kPaより大きい圧縮力の作用下で1mΩcm2以下である、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 前記第1及び第2の電気伝導性ポリマー複合物シートは、ポリビニルエステルポリマー及び黒鉛粒子を含んでいる、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 前記黒鉛は、膨張黒鉛、黒鉛粉末、片状黒鉛、及び、それらの混合物のうち1つ以上から選択される、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 前記黒鉛は、膨張黒鉛である、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 前記電気伝導性接着剤は、硬化された2成分エポキシ接着系から形成されるエポキシ接着剤を含む、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 前記2成分エポキシ接着系は、エポキシ樹脂とエポキシ硬化剤との反応生成物を含み、該エポキシ樹脂はビスフェノールAのジグリシジルエーテルを含んでいる、請求項8に記載の燃料電池スタック。
- 前記第1及び第2の熱交換表面は、前記電気伝導性接着剤により前記1つ以上の接触領域で互いに連結され、流体密封シール部を形成している、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- PEM燃料電池のための電気伝導性接触要素を形成する方法であって、
電気伝導性接着剤であって、該電気伝導性接着剤の90〜95質量%の接着性ポリマーと、黒鉛及びカーボンブラックを1:6から35:1の比で含む複数の電気伝導性粒子とを含む該電気伝導性接着剤を提供し、ここで該複数の電気伝導性粒子は該電気伝導性接着剤の5〜10質量%で存在し、
前記電気伝導性接着剤を、前記要素の第1の電気伝導性ポリマーシートの第1の熱交換表面、及び、前記要素の第2の電気伝導性ポリマーシートの第2の熱交換表面、のうち少なくとも1つに直接塗布し、
前記電気伝導性接着剤が前記第1の熱交換表面と前記第2の熱交換表面との間に配置され、1つ以上の接触領域において該第1及び第2の熱交換表面と接触するように、前記第1の熱交換表面を前記第2の熱交換表面と接触させ、
前記第1及び第2の熱交換表面の間の前記1つ以上の接触領域で電気伝導性の結合部を形成するため前記電気伝導性接着剤を硬化させる、各工程を備える方法。 - 前記硬化工程は、熱及び圧力のうち少なくとも1つを印加する工程を備える、請求項11に記載の方法。
- 前記結合部は、燃料電池内の条件を80℃において1400kPaの圧縮力、及び100%の相対湿度とした場合に500時間を超えて燃料電池を作動させた後、作動の間に該燃料電池スタック中で加えられた1000kPaより大きい圧縮力の作用下で5mΩcm2以下の結合ライン抵抗を有する、請求項11に記載の方法。
- 前記接着性ポリマーは、エポキシ樹脂とエポキシ硬化剤とを含む前記2成分エポキシ接着系から形成されたエポキシポリマーを含んでおり、該エポキシ樹脂はビスフェノールAのジグリシジルエーテルを含んでいる、請求項11に記載の方法。
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