專利名稱：隔板制造方法以及隔板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成燃料電池的單元電池間的隔壁的隔板及其制造方法。
技術(shù)背景一直以來(lái)，在車輛和其它的領(lǐng)域中均在利用燃料電池。固體高分子型 燃料電池(以下稱為"燃料電池")，是以將由燃料極和空氣極這兩片電極夾著由固體高分子膜制成的電解質(zhì)膜的接合體(膜電極組件；MEA: Membrane Electrode Assembly )，再由兩片隔;板夾持而成的電池為最小 單元，將該電池多個(gè)重疊，制成燃料電池組(FC組)，來(lái)獲得高壓電壓。 在此，燃料電池的隔板由SUS等金屬材料制成。用于提高該由金屬制 成的隔板的耐腐蝕性的技術(shù)一直以來(lái)已提出了許多方案。例如，日本特開 2002-25574號(hào)公報(bào)和日本特開2005-158441號(hào)公報(bào)，曾公開了利用耐腐蝕 性優(yōu)異的樹脂或薄膜被覆隔板的歧管周邊的技術(shù)。歧管是在隔板上形成的 開口部，燃料氣體、空氣、水分等通過(guò)該歧管。然而，通常隔板的表面被化學(xué)上為惰性的鈍態(tài)被膜覆蓋，與樹脂等的 結(jié)合力弱。因此，有時(shí)受到在電池堆疊時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力、因燃料電池使用時(shí) 的熱而膨脹時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，樹脂層等剝離。另外，畢竟隔板的表面潤(rùn)濕性 差，因此在樹脂涂料為水溶性的場(chǎng)合，不能夠?qū)⒃摌渲苛暇鶆虻赝坎荚?隔^反表面，還存在不能夠形成適宜的樹脂層的問(wèn)題。日本特開2002-243408號(hào)^^艮，曾記載了由樹脂^皮覆在隔板的中央形 成的燃料氣體流路上不與電極接觸的部位時(shí)，使樹脂側(cè)具有OH基由此使 其與隔板的結(jié)合性提高的方案。另外，日本特開2003-272655號(hào)公報(bào)曾公 開了為了提高燃料氣體流路的性能，而使隔板浸漬在酸性浴中實(shí)施鈍化處
理的技術(shù)。然而，這些技術(shù)均以燃料氣體流路的品質(zhì)、功能提高為目的， 難以用于隔板上的氣體流路以外的部位的品質(zhì)、功能的提高。即，現(xiàn)有技術(shù)難以對(duì)隔板的氣體流路以外的部位有效地提高耐腐蝕性 等，其結(jié)果難以提高燃料電池本身的品質(zhì)。因此，本發(fā)明目的在于提供一種能夠進(jìn)一步提高燃料電池品質(zhì)的隔板 及其制造方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的隔板制造方法，是形成燃料電池的單元電池間的隔壁的隔板 的制造方法，其特征在于，至少對(duì)隔板基材上的待設(shè)置樹脂層的樹脂涂敷 部位實(shí)施提高該樹脂與隔板基材的結(jié)合力的基底處理之后，設(shè)置樹脂層。在優(yōu)選的方式中，樹脂涂敷部位是流體可通過(guò)的開口部周邊。在另外 的優(yōu)選方式中，樹脂涂敷部位為與相鄰的隔板的粘接部位即密封線。在樹脂層由含NH基樹脂形成的場(chǎng)合，基底處理優(yōu)選是使隔板基材的 表面析出氫氧化物的處理。該情況下，基底處理，優(yōu)選是使OH基與隔板 基材表面的金屬原子共價(jià)鍵合的處理。在樹脂層由含OH基樹脂形成的場(chǎng) 合，基底處理優(yōu)選是使氧原子與隔板基材表面的金屬原子共價(jià)鍵合的處理。在此，優(yōu)選基底處理只對(duì)樹脂涂敷部位實(shí)施。為此，優(yōu)選基底處理 在對(duì)隔板基材上的樹脂涂敷部位以外的部位實(shí)施了阻礙基底處理的掩蔽的 狀態(tài)下實(shí)施，作為另外的方式，優(yōu)選在實(shí)施了基底處理之后，除去在樹脂 涂敷部位以外的部位施加的基底層。再者，優(yōu)選樹脂層通過(guò)電沉積涂裝而形成。另外，優(yōu)選樹脂為水溶性 樹脂。作為另外的本發(fā)明的隔板，是形成燃料電池的單元電池間的隔壁的隔 板，其特征在于，在隔板基材上除了氣體流路以外的部分設(shè)有樹脂層，在 上述隔板基材與上述樹脂層之間具有OH基或氧。根據(jù)本發(fā)明，由于在待形成樹脂層的樹脂涂敷部位實(shí)施提高該樹脂與 隔板基材的結(jié)合力的基底處理，因此難以發(fā)生樹脂層的剝離，能夠長(zhǎng)期地
維持隔板的耐腐蝕性。其結(jié)果能夠進(jìn)一步提高燃料電池的品質(zhì)。


圖l是表示燃料電池構(gòu)成的示意圖。圖2是隔板的俯視圖。圖3是表示基底處理前的隔板與樹脂的結(jié)合狀態(tài)的示意圖。 圖4是表示基底處理后的隔板與樹脂的結(jié)合狀態(tài)的示意圖。 圖5是表示基底處理完的隔板與樹脂的其他結(jié)合狀態(tài)的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。首先，參照?qǐng)Dl對(duì)固體 高分子型燃料電池的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。固體高分子型燃料電池IO，是以將由 燃料極14和空氣極16這兩片電極夾著由固體高分子膜制成的電解質(zhì)膜12 的接合體(MEA: Membrane Electrode Assembly )再由兩片隔板20夾 持而成的電池為最小單元，通常將該電池多個(gè)重疊，制成燃料電池組(FC 組)，來(lái)獲得高壓電壓。固體高分子型燃料電池10的發(fā)電結(jié)構(gòu)， 一般向燃料極(陽(yáng)極側(cè)電極) 14供給燃料氣體例如含氫氣體，而向空氣極(陰極側(cè)電極)16供給氧化劑 氣體例如主要含有氧(02)的氣體或空氣。含氫氣體，通過(guò)在隔極20的 表面加工出的細(xì)的溝供給至燃料極14,通過(guò)電極的催化劑的作用分解成電 子和氫離子(H+)。電子通過(guò)外部回路，從燃料極14移動(dòng)到空氣極16， 形成電流。而氫離子(H+)通過(guò)電解質(zhì)膜12到達(dá)空氣極16上，與氧和通 過(guò)外部回路過(guò)來(lái)的電子結(jié)合，變成反應(yīng)水(1120)。在氫(112)與氧(02) 以及電子的結(jié)合反應(yīng)的同時(shí)發(fā)生的熱被冷卻水回收。另外，在具有空氣極 16的陰極側(cè)生成的水(以下稱為"反應(yīng)水")從陰極側(cè)排出。圖2是隔板20的俯視圖。夾持MEA15的兩片隔極20，在為起隔開氫 氣和氧氣的作用的擋板的同時(shí)，還具有將重疊的電池進(jìn)行串聯(lián)電連接的功 能。該隔板20由SUS等金屬材料制成，可通過(guò)壓制成型等形成。
在隔板20的中央，形成有使含氫氣體與含氧氣體或空氣流通的氣體流 路22。圖2中在由陰影線圖示的氣體流路22上形成有細(xì)的凹凸的溝，燃 料氣體通過(guò)該溝供給至接合體。在隔板20的左右端部附近，形成了用于使燃料氣體、冷卻致冷劑、反 應(yīng)水等通過(guò)的開口部作為歧管24。該歧管24的周圍，為受到通過(guò)該歧管 24的燃料氣體和水等的影響容易腐蝕的環(huán)境。這樣的歧管24周邊等的腐 蝕，不僅使燃料電池的壽命降低，而且也使其效率降低。即，由于腐蝕物 剝離并附著在歧管24的內(nèi)壁面，因此部分地堵塞歧管24，燃料氣體等的 流動(dòng)變差。為此，以往就曾提出了在該歧管24周圍形成具有耐腐蝕性的樹 脂層的方案。另外，隔板20的外周部分成為與相鄰的隔板20的粘接部分，即所謂 的密封線26。各隔板20，利用涂布在該密封線26上的粘接劑與相鄰的隔 板20粘接。但是，通常隔板20與粘接劑的結(jié)合力弱。因此，以往就曾提 出了使用與粘接劑的結(jié)合力高的材料例如樹脂等^皮覆該密封線26,使隔板 20相互的結(jié)合力提高的方案。這樣，隔板20的表面，以提高耐腐蝕性或提高與相鄰的隔板20的密 著力為目的，由樹脂被覆的情況較多。然而，如圖3所圖示，在隔板20 的表面形成有化學(xué)上為惰性的鈍態(tài)被膜20a的情況較多。人們已知該鈍態(tài) 被膜20a與樹脂50的親合性低。因此，在存在這樣的鈍態(tài)被膜20a的狀態(tài) 下即使被覆了樹脂，該樹脂50與隔板20的結(jié)合力也弱，由于在電池堆疊 時(shí)受到的應(yīng)力、伴隨著燃料電池的使用所帶來(lái)的熱膨脹而發(fā)生的應(yīng)力，容 易產(chǎn)生樹脂50的剝離。樹脂50的剝離誘發(fā)隔板20的腐蝕。另外，剝離后 脫離的樹脂50使燃料電池的效率惡化。因此結(jié)果招致燃料電池的品質(zhì)降 低。另外，近年從操作的容易性出發(fā)，大多使用水溶性的樹脂，但由于由 惰性的鈍態(tài)被膜20a被覆的隔板20的表面的潤(rùn)濕性低，因此還存在容易彈 開水溶性樹脂的問(wèn)題。其結(jié)果阻礙樹脂涂料的均勻擴(kuò)展，有時(shí)樹脂層的厚 度不均勻。另外，還有時(shí)形成的樹脂層發(fā)生微小的孔(針孔)，應(yīng)該由該 樹脂層覆蓋的隔板的表面部分地露在外部。本實(shí)施方式為了防止這些問(wèn)題，得到更高品質(zhì)的隔板，在形成樹脂層 之前，對(duì)待形成樹脂層的樹脂涂敷部位實(shí)施基底處理，使隔板表面析出與 樹脂的親合性高的氫氧化物或氧化物。在此，本實(shí)施方式中，為了在除氣體流路22以外的隔板20的全部表 面形成樹脂層，將該部位設(shè)為樹脂涂敷部位。但是，也可以只將隔板20 的一部分作為樹脂涂敷部位，只對(duì)該部位進(jìn)行基底處理和樹脂層形成。在 該情況下，優(yōu)選至少將要求高耐腐蝕性的歧管24的周圍或者為了提高粘接 力而希望形成樹脂層的密封線26作為樹脂涂敷部位。另外，對(duì)于燃料氣體 等通過(guò)的氣體流路22，由于不能夠形成樹脂層，因此該部位不作為樹脂涂 敷部位。圖4是表示實(shí)施了基底處理時(shí)的隔板20與含NH基樹脂50的結(jié)合狀 態(tài)的示意圖。 一般地含有NH基的含NH基樹脂50與OH基的親合性高。 通過(guò)基底處理，預(yù)先使隔板20的表面析出氫氧化物，存在于隔板20表面 的OH基與樹脂50中所含有的NH基相互吸引，牢固地結(jié)合。其結(jié)果，即 使受到堆疊時(shí)的應(yīng)力等，樹脂層也不剝離，能夠維持樹脂的被覆狀態(tài)。在通過(guò)基底處理使氫氧化物析出的隔板20表面由含OH基樹脂形成樹 脂50的情況下也可以說(shuō)具有該效果。圖5是表示實(shí)施了基底處理時(shí)的隔板 20與含OH基樹脂50的結(jié)合狀態(tài)的示意圖。 一般地，含有OH基的含OH 基樹脂50與氧原子的親合性高。因此，通過(guò)基底處理，預(yù)選使隔板20的 表面析出氧化物，能夠提高樹脂50與隔板20的結(jié)合力，即使受到堆疊時(shí) 的應(yīng)力等也能夠防止樹脂的剝離。另外，本實(shí)施方式中，與隔板20表面的原子化學(xué)鍵合的OH基(或氧)， 與樹脂50的構(gòu)成原子化學(xué)鍵合。即，可以說(shuō)隔板20與樹脂50以原子水平 進(jìn)行鍵合。因此，與介有粘接劑等在隔板表面貼合了耐腐蝕性材料的現(xiàn)有 技術(shù)不同，在本實(shí)施方式中，能夠抑制隔板20與樹脂50的間隙使其基本 沒(méi)有。其結(jié)果能夠切實(shí)地防止水等向樹脂50與隔板20之間的浸入，能夠 有效地提高作為隔板20整體的耐腐蝕性。
另夕卜，在使隔板20表面析出了氫氧化物或氧化物的情況下，還能夠使 潤(rùn)濕性提高。其結(jié)果，即使將水溶性樹脂涂布在隔板20的表面上也不會(huì)彈 開，能夠得到厚度均勻、且沒(méi)有針孔等不良情況的合適的樹脂層。接著，對(duì)在隔板20表面實(shí)施的基底處理詳細(xì)說(shuō)明。作為對(duì)隔板20實(shí) 施的基底處理，只要是能夠析出氫氧化物或氧化物的處理就沒(méi)有特別限定， 例如，可舉出等離子體處理。等離子體處理，如眾所周知，是使被處理構(gòu) 件與呈等離子體狀態(tài)的氣體接觸，誘發(fā)該氣體與被處理構(gòu)件的化學(xué)反應(yīng)的 處理。根據(jù)該等離子體處理，只有非處理構(gòu)件的表面下亞孩i米的層能夠通 過(guò)化學(xué)反應(yīng)而變化。使用該等離子體處理對(duì)隔板20的表面實(shí)施基底處理的 場(chǎng)合，將隔板20配置在已等離子體化的大氣中。該情況下，存在于大氣中 的水(H20)與隔板20的表層的化學(xué)反應(yīng)得到誘發(fā)。其結(jié)果，在隔板20 的表面，會(huì)析出化學(xué)上為活性的OH基來(lái)代替惰性的鈍態(tài)^皮膜。另外，作為其他的基底處理方法，可舉出化學(xué)轉(zhuǎn)化處理。即，在使隔 板20浸漬在含氧原子的溶劑中的狀態(tài)下，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，使隔板表面析 出氧化物。該場(chǎng)合，隔板20表面的金屬原子與氧原子形成共價(jià)鍵，該鍵為 牢固的鍵。其結(jié)果，隔板20與樹脂50的結(jié)合力提高，能夠切實(shí)地防止樹 脂50的剝離。再者，在實(shí)施以上的基底處理時(shí)，預(yù)先對(duì)氣體流路22實(shí)施掩蔽，阻礙 對(duì)氣體流路22的基底處理。這是為了防止伴隨著基底處理的耐腐蝕性降 低。即，在實(shí)施了基底處理的情況下，鈍態(tài)被膜會(huì)被除去。形成有樹脂層 的歧管24周邊以及密封線26由于被樹脂層保護(hù)，因此即使鈍態(tài)被膜消除 也沒(méi)有問(wèn)題。然而，對(duì)于沒(méi)有由樹脂層保護(hù)的氣體流路22而言，由于鈍態(tài) 被膜的消除，耐腐蝕性將大幅度降低。這樣的腐蝕招致表面電阻增加、腐 蝕物剝離等，進(jìn)而使燃料電池的效率惡化。因此，本實(shí)施方式中，在基底 處理之前，先對(duì)氣體流路22實(shí)施掩蔽。該掩蔽可通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)在氣 體流路22上可脫離地接合阻止等離子體和溶劑浸入的密封被膜等。再者，也可以不阻礙對(duì)氣體流路22的基底處理，而是通過(guò)除去對(duì)氣體 流路22實(shí)施的基底處理，來(lái)維持氣體流路的耐腐蝕性。即，也可以在不實(shí) 施掩蔽而對(duì)基板20整體實(shí)施基底處理后，在氣體流路22的表面再形成鈍 態(tài)被膜。若通過(guò)基底處理能夠在樹脂涂敷部位的表面析出氫氧化物或氧化物， 則在該樹脂涂敷部位形成樹脂層。樹脂層可采用種種的現(xiàn)有技術(shù)形成，在 此對(duì)通過(guò)電沉積涂裝進(jìn)行的樹脂層形成進(jìn)行說(shuō)明。通過(guò)電沉積來(lái)形成樹脂 層的場(chǎng)合，將實(shí)施了掩蔽的基底處理過(guò)的隔板作為陰極浸漬在樹脂涂料中。 然后，在該隔板(陰極)與設(shè)置在電沉積槽內(nèi)的隔膜室內(nèi)的陽(yáng)極(+ )之間 流通直流，在隔極表面形成樹脂層。在該電沉積涂裝時(shí)，隔板表面成為析 出了與樹脂涂料的親合性高的氫氧化物或氧化物的狀態(tài)(參照?qǐng)D4和圖5)。 因此，樹脂涂料與隔板表面的OH基(或氧)牢固地結(jié)合。其結(jié)果能夠切 實(shí)地防止樹脂的剝離，能夠長(zhǎng)期維持隔板的耐腐蝕性。另外，樹脂和隔板 以原子水平鍵合，因此能夠抑制兩者的間隙至基本沒(méi)有，能夠得到高的耐 腐蝕性。此外，通過(guò)基底處理，隔板的親水性得到提高，因此不會(huì)產(chǎn)生針 孔等不良情況，可以得到均勻厚度的樹脂層。再得，制造這樣的隔板的隔板制造裝置，只要具備在成形為規(guī)定形狀 的隔板基材的樹脂涂敷部位實(shí)施基底處理的基底處理裝置，即，上述的等 離子體處理裝置、化學(xué)轉(zhuǎn)化處理裝置等即可。樹脂層既可以在該基底處理 之后立即形成，又可以在即將由隔板夾持MEA等之前形成。如以上所說(shuō)明，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠得到可長(zhǎng)期維持高耐腐蝕性的 高品質(zhì)的隔凈反。
權(quán)利要求
1. 一種隔板制造方法，是形成燃料電池的單元電池間的隔壁的隔板的制造方法，其特征在于，至少對(duì)隔板基材上的待設(shè)置樹脂層的樹脂涂敷部位實(shí)施提高該樹脂與隔板基材的結(jié)合力的基底處理之后，設(shè)置樹脂層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔板制造方法，其特征在于，所迷樹脂涂敷 部位是流體可通過(guò)的開口部周邊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的隔板制造方法，其特征在于，所述樹脂涂敷 部位為與相鄰的隔板的粘接部位即密封線。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的隔板制造方法，其特征在于，在樹脂層由含 NH基樹脂形成的情況下，所述基底處理是使隔板基材的表面析出氫氧化 物的處理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的隔板制造方法，其特征在于，所述基底處理 是使OH基與隔板基材表面的金屬原子共價(jià)鍵合的處理。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的隔板制造方法，其特征在于，在樹脂層由含 OH基樹脂形成的情況下，所述基底處理是使氧原子與隔板基材表面的金 屬原子共價(jià)鍵合的處理。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的隔板制造方法，其特征在于，所述基底處理 只對(duì)樹脂涂敷部位實(shí)施。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的隔板制造方法，其特征在于，所述基底處理 是在對(duì)隔板基材上的樹脂涂敷部位以外的部位實(shí)施了阻礙基底處理的掩蔽 的狀態(tài)下實(shí)施的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的隔板制造方法，其特征在于，在實(shí)施了所述 基底處理之后，除去在樹脂涂敷部位以外的部位實(shí)施的基底處理。
10. 根椐權(quán)利要求3所述的隔板制造方法，其特征在于，所述樹脂層 是通過(guò)電沉積涂裝而形成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的隔板制造方法，其特征在于，所述樹脂為 水溶性樹脂。
12.—種隔板，是形成燃料電池的單元電池間的隔壁的隔板，其特征 在于，在隔板基材上除了氣體流路以外的部分設(shè)有樹脂層， 在所述隔板基材與所述樹脂層之間具有OH基或氧。
全文摘要
本發(fā)明在燃料電池的隔板(20)上的燃料氣體和反應(yīng)水等通過(guò)的歧管的周圍、和與相鄰的隔板的粘接部位即密封線處形成樹脂層。對(duì)隔板(20)表面上的待形成該樹脂層的樹脂涂敷部位預(yù)先實(shí)施基底處理，使其與樹脂的結(jié)合力提高。在樹脂層由含NH基樹脂形成的情況下，作為基底處理是對(duì)隔板(20)的表面進(jìn)行使其析出氫氧化物的處理。
文檔編號(hào)H01M8/02GK101401239SQ20078000831
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月9日
發(fā)明者渡邊祐介, 飯冢和孝 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社