本发明专利技术提供了一种其一侧或两侧上具有表面层的燃料电池隔离体。该表面层包括至少两层，其中该表面层包括低弹性模量层（Ａ）和高弹性模量层（Ｂ），低弹性模量层（Ａ）的弯曲弹性模量为１．０×１０↑［１］－６．０×１０↑［３］ＭＰａ、弯曲应变为１％或更大；高弹性模量层（Ｂ）的弯曲弹性模量超过６．０×１０↑［３］ＭＰａ，并且作为构成该表面层的除低弹性模量层（Ａ）以外的至少一层。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池隔离体及其制备方法本申请要求基于美国临时申请顺序号No.60/534,988(申请日2004年1月9日)的申请的优先权。
本专利技术涉及具有优异特性(例如接触电阻和贯穿电阻)的隔离体及其制备方法。
技术介绍
考虑到环境问题和能源问题，燃料电池作为清洁发电设备已引起很多关注，因为它们利用氢气和氧气的电解逆反应发电，并且除了水，它们没有其它排放物。燃料电池根据其使用的电解质的种类可以分成几种。在这些燃料电池中，固体聚合物电解质型燃料电池可以在低温下工作，因此它们在汽车或公用或民用中最有用。这种类型的燃料电池由层叠单元电池构成，每个单元电池包括例如聚合物电解质、气体扩散电极、催化剂和隔离体。该燃料电池可以高输出地发电。在具有上述结构的燃料电池中，用于分隔单元电池的隔离体通常具有至少一个流动通道(或凹槽)；燃料气体(例如氢气)和氧化剂气体(例如氧气)供应到其中，所生成的水(水蒸汽)从其中排出。因此，要求隔离体具有能够完全隔开这些气体的高的不透气性，还要求它具有高的导电性以降低内部电阻。此外，要求隔离体具有优异的导热性、耐久性、强度等。为了满足这些更求，迄今为止已经从用于它的金属材料和碳材料这两方面研究隔离体。在这些材料中，金属存在耐腐蚀性问题，因此已经尝试用贵金属或碳覆盖其表面。然而，即使在这种情况下，也不能获得足够高的耐久性；而且覆盖金属的成本也成问题。-->另一方面，已经研究了大量作为构成燃料电池隔离体材料的碳材料，其例子包括将膨胀石墨片压模得到的模制品、用树脂浸渍碳烧结体并将该树脂固化(或硬化)而得到的模制品、焙烧热固性树脂得到的玻璃碳以及通过混合碳粉和树脂并且将所得混合物模制而得到的模制品。例如，专利文件1公开了一种复杂的工艺：将粘合剂加到碳粉中，在加热下使其混合，对该混合物进行CIP(冷等压)压模、焙烧和石墨化，并用热固性树脂浸渍这样得到的各向同性石墨材料并对其进行固化处理，通过切割在其中刻出凹槽。专利文件2公开了一种技术：用热固性树脂浸渍含有碳粉或碳纤维的纸，将所得的纸堆叠并进行压力接合，焙烧堆叠体。专利文件3公开了一种技术：将酚树脂注射到隔离体形状的金属模子中进行模塑，并且焙烧该模制树脂。如这些例子中经过焙烧处理的材料表现出高的导电性，但是焙烧花费了较长时间，产率低，而且这些材料存在一定问题，例如它们的挠曲强度差。此外，当切割工序必须时，大规模生产率低，成本变得更高，因此这些材料将来不可能普及。另一方面，至于燃料电池隔离体的导电性，降低接触电阻是重要的，这是控制导电性的一个因素。已有一些降低接触电阻的尝试。例如，专利文件4公开了在隔离体表面覆盖高导电性的金属或碳的方法。专利文件5公开了在导电性树脂组合物模制品表面覆盖导电聚合物的方法。专利文件6公开了在隔离体表面覆盖导电材料的方法，或将导电材料嵌入隔离体内以使该导电材料沿隔离体长度方向设置的方法。另一方面，专利文件7公开了通过研磨富含树脂的隔离体表面层(例如主要包含树脂的层)来提高碳粉面积比的方法。专利文件8公开了通过使用橡胶作为其粘合剂来改善隔离体接触表面的粘附的方法。[专利文件1]JP-A(日本未审查专利公开)8-222241[专利文件2]JP-A 60-161144[专利文件3]JP-A 2001-68128[专利文件4]JP-A 2001-196076[专利文件5]JP-A 2002-8685-->[专利文件6]JP-A 2001-52721[专利文件7]JP-A 2003-282084[专利文件8]JP-A 2001-216977如上所述，特别要求燃料电池隔离体具有高的导电性，强的耐腐蚀性和低的制造成本。以这种观点，能够省略切割步骤的碳基材料模制成型的类型引起很多关注，它的开发也得以促进。然而，在这种碳基材料的情况下，有必要增加该模制品中所包含的导电性赋予材料的量，以赋予该模制品高的导电性。然而，在这种情况下，该模制品中所包含的树脂量的减少只能到一定程度，因为应该保留模塑性能。由此，不可能获得足够高的导电性。另外，由于模制品中含有大量的导电性赋予材料，因此所得模制品的表面不可避免地具有低的光滑度和更高的硬度，以致由导电树脂组合物形成的模制品的接触电阻往往恶化，所得产品变得易碎。另外，当模制品表面覆有粘合剂树脂并且其接触电阻恶化时，有必要采用研磨模制品表面的方法。此外，当生产工艺包括在1000-3000℃的高温下长时间加热模制品的焙烧步骤以获得高导电性时，生产模制品所需的时间变得更长，进而生产步骤变得复杂，生产成本成问题地变高。另一方面，多层隔离体的问题是不同类别的层之间界面部分的粘附是主要问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目标是提供一种已解决现有技术中所遇到问题的燃料电池隔离体及其制备方法。本专利技术的另一目标是提供一种具有低接触电阻和低贯穿电阻的燃料电池隔离体。本专利技术人认真研究的结果是已发现具有低接触电阻和低贯穿电阻的燃料电池隔离体可以通过形成包括多个层的多层结构来实现，其中该结构的表面包括具有特定性质的低弹性模量层和除低弹性模量层以外的具有特定性质的高弹性模量层。本专利技术是基于这个发现的。-->本专利技术人进一步研究的结果是还发现通过在构成各层的组合物中混入相同类型的聚合物或混入由一对相容(或互溶)聚合物构成的聚合物，可以进一步降低接触电阻和贯穿电阻。本专利技术人还发现通过将包含低弹性模量粘合剂和含硼的含碳材料的组合物用于表面层，可以提供具有更高导电性和更低接触电阻的燃料电池隔离体。更具体地，例如本专利技术可以包括下面的实施方式[1]-[18]。[1]燃料电池隔离体在它的一侧或两侧上具有表面层，所述表面层包括至少两层，其中所述表面层包括低弹性模量层(A)和高弹性模量层(B)，所述低弹性模量层(A)的弯曲弹性模量为1.0×101-6.0×103MPa、弯曲应变为1％或更大；所述高弹性模量层(B)的弯曲弹性模量超过6.0×103MPa，并且作为构成所述表面层的除低弹性模量层(A)以外的至少一层。[2][1]所述的燃料电池隔离体，其中层(A)的厚度是0.5mm或更少，层(B)的厚度是0.05-2mm。[3][1]或[2]所述的燃料电池隔离体，其具有层(A)/层(B)/层(A)的层结构，并且总厚度为0.2-3mm，厚度比(A/B)为0.001-1。[4][1]-[3]任一项所述的燃料电池隔离体，其中层(A)和/或层(B)包含导电树脂复合材料，所述复合材料包含40-2质量％的树脂粘合剂(a)和60-98质量％的导电物质(b)。[5][4]所述的燃料电池隔离体，其中层(A)包含的组分(a)包括至少两种组分的热塑性或热固性树脂组合物，并且其包含20-99质量％的弹性体；层(B)包含的组分(a)包括含有至少一种熔点为100℃或更高的晶态聚合物和/或玻璃化转变点为100℃或更高的无定形聚合物的热塑性或热固性树脂组合物。[6][4]所述的燃料电池隔离体，其中构成层(A)的组分(a)和构成层(B)的组分(a)包括至少一种同类的聚合物，或提供相容聚合物对的组分c。[7][4]或[5]所述的燃料电池隔离体，其中组分(a)是包含至少一种选自酚醛树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、烯丙酯树脂和1，2-聚丁二烯的组合物。[8][4]或[5]所述的燃料电池隔离体本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃料电池隔离体，在它的一侧或两侧上具有表面层，所述表面层包括至少两层，其中所述表面层包括低弹性模量层（Ａ）和高弹性模量层（Ｂ），所述低弹性模量层（Ａ）的弯曲弹性模量为１．０×１０↑［１］－６．０×１０↑［３］ＭＰａ、弯曲应变为１％或更大；所述高弹性模量层（Ｂ）的弯曲弹性模量超过６．０×１０↑［３］ＭＰａ，并且作为构成所述表面层的除低弹性模量层（Ａ）以外的至少一层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-12-24 427852/2003;US 2004-1-9 60/534,9881、一种燃料电池隔离体，在它的一侧或两侧上具有表面层，所述表面层包括至少两层，其中所述表面层包括低弹性模量层(A)和高弹性模量层(B)，所述低弹性模量层(A)的弯曲弹性模量为1.0×101-6.0×103MPa、弯曲应变为1％或更大；所述高弹性模量层(B)的弯曲弹性模量超过6.0×103MPa，并且作为构成所述表面层的除低弹性模量层(A)以外的至少一层。2、如权利要求1所述的燃料电池隔离体，其中层(A)的厚度是0.5mm或更小，层(B)的厚度是0.05-2mm。3、如权利要求1或2所述的燃料电池隔离体，其具有层(A)/层(B)/层(A)的层结构，并且层结构的总厚度为0.2-3mm，厚度比(A/B)为0.001-1。4、如权利要求1-3任一项所述的燃料电池隔离体，其中层(A)和/或层(B)包含导电树脂复合材料，所述复合材料包含40-2质量％的树脂粘合剂(a)和60-98质量％的导电物质(b)。5、如权利要求4所述的燃料电池隔离体，其包含的组分(a)包括至少两种组分的热塑性或热固性树脂组合物，并且其包含20-99质量％的弹性体；层(B)包含的组分(a)包括含有至少一种熔点为100℃或更高的晶态聚合物和/或玻璃化转变点为100℃或更高的无定形聚合物的热塑性或热固性树脂组合物。6、如权利要求4所述的燃料电池隔离体，其中构成层(A)的组分(a)和构成层(B)的组分(a)包括至少一种同类的聚合物，或提供相容聚合物对的组分c。7、如权利要求4或5所述的燃料电池隔离体，其中组分(a)是包含至少一种选自酚醛树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、烯丙酯树脂和1，2-聚丁二烯的组合物。8、如权利要求4或5所述的燃料电池隔离体，其中组分(a)是包含至少一种选自聚烯烃、聚苯硫醚、含氟树脂、聚酰胺和聚缩醛的组合物。9、如权利要求4所述的燃料电池隔离体，其中组分(a)包括聚烯烃和至少一种选自氢化苯乙烯-丁二苯橡胶、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-->-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物、结晶烯烃-乙烯-丁烯-结晶烯烃嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-结晶烯烃嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物...
【专利技术属性】
技术研发人员：饭野匡，泉善一郎，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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