燃料电池隔板制造技术

一种燃料电池隔板包含金属基材，在金属基材至少一侧上提供树脂导电层，所述的导电树脂层是树脂和导电填料的混合物。所述的树脂导电层包含：（ａ）体积电阻率为１．０Ω.ｃｍ或更低的第一树脂层，和（ｂ）第二树脂层和第三树脂层中的至少一层。所述的第二树脂层构成树脂导电层的表面，并且其体积电阻率小于第一树脂层的体积电阻率，所述的第三电阻层提供在与金属基材的界面中，并且其体积电阻率小于第一树脂层的体积电阻率。所述的隔板作为燃料电池隔板，特别是作为用于固体聚合物电解质燃料电池的隔板具有优异的集电性能，成型性，强度和耐腐蚀性。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
燃料电池隔板
本专利技术涉及一种燃料电池隔板；特别是涉及这样一种隔板，其用于具有多个层压的原电池的燃料电池，并且被安置在相邻的原电池(即，单元电池)之间，并且其与电极组合形成燃料气体和氧化气体通道，同时将燃料气体和氧化气体分开；特别涉及一种具有优异成型性、强度和耐腐蚀性的燃料电池隔板。
技术介绍
安置组成燃料电池，特别是聚合物电解质燃料电池的隔板与每个电极接触，在两侧上，固体电解质薄膜被电极夹在其间。为了在隔板和电极之间形成进料气体如燃料气体和氧化剂气体的通道，在面对电极的隔板表面形成有用于形成气体通道的许多突起和凹槽。燃料电池的原电池(即，单元电池)的电动势低至1V或更低，因此，将多个原电池通过隔板而层压在一起。因此，隔板与电极接触，并且起从其中引出导电体的作用。因此，要求它具有优异的集电性能。常规地，燃料电池用隔板通常是由具有优异强度和导电性的材料形成的，所述的材料如致密碳石墨或金属材料例如不锈钢(SUS)、钛和铝。由致密碳石墨制成的隔板具有高的导电性并且即使在长期使用后也保持高的集电性能，但是，它是非常脆的材料。因此，不容易通过例如切割对其进行机械加工，以在隔板的表面上形成许多突起和/或凹槽，，从而导致难以大规模生产。另一方面，由上述金属材料制成的隔板比致密碳石墨具有更高的强度和延展性，因此有利之处在于，可以通过压制加工形成用于形成气体通道的许多突起和/或凹槽，并且可以容易地规模化生产。但是，即使是在相对低的温度条件下操作的聚合物电解质燃料电池也被暴露于70至90℃的温-->度下的几乎饱和的蒸汽中。因此，在含有金属材料的隔板中，由于腐蚀在其表面上倾向于形成氧化物层，从而导致通过其上形成的氧化物层与电极的接触电阻增加，这导致隔板集电性能的恶化。作为隔板用的构成材料，对通过用具有耐腐蚀性贵金属材料如金涂布高加工性金属材料的表面而制备的材料进行了研究。但是，这类材料不能普遍地使用，因为其非常昂贵。为了解决这些问题，申请人公开了一种隔板，其在金属基材的表面上具有含导电填料的树脂层(日本专利公开出版物No.2002-15750)。该隔板具有优异的导电性和优异的集电性能，以及优异的成型性、强度和耐腐蚀性。为了进一步改善性能，得到了本专利技术。具体地，本专利技术的一个目的在于提供一种对集电性能和成型性、强度和耐腐蚀性都满足的燃料电池隔板，特别是聚合物电解质型燃料电池用的隔板。
技术实现思路
本专利技术涉及以下的方面：1.一种燃料电池隔板，其包含至少在金属基材一侧上的作为树脂和导电填料的混合物的树脂导电层，其中所述的树脂导电层包含：(a)体积电阻为1.0Ω·cm或更低的第一树脂层，和(b)第二树脂层和第三树脂层中的至少一层，所述的第二树脂层构成树脂导电层的表面，并且其体积电阻小于第一树脂层的体积电阻，所述的第三电阻层形成在与金属基材的界面中，并且其体积电阻小于第一树脂层的体积电阻。2.根据上面项1所述的燃料电池隔板，其中第二树脂层和第三树脂层各自在相应的树脂层中含有的导电填料的体积含量大于第一树脂层中含有的导电填料的体积含量。3.根据上面项1或2所述的燃料电池隔板，其中第二树脂层和第三树脂层各自的体积电阻为0.5Ω·cm或更低。4.根据上面项1至3任何一项所述的燃料电池隔板，其中第一树脂含-->有的导电填料量为5至40体积％，并且第二树脂层和第三树脂层各自含有的导电填料量为20至90体积％。5.根据上面项4所述的燃料电池隔板，其中第一树脂层含有的导电填料量为8至15体积％。6.根据上面项1至5任何一项所述的燃料电池隔板，其中所述的金属基材是由选自不锈钢、钛、铝、铜、镍和钢中的材料制成的。7.根据上面项6所述的燃料电池隔板，其中所述的金属基材在其表面上具有电镀层，所述的电镀层是由选自镍、锡、铜、钛、金、铂、银和钯中的至少一种金属制成的。8.根据上面项6所述的燃料电池隔板，其中所述的金属基材具有粗糙表面。9.根据上面项1至8任何一项所述的燃料电池隔板，其中所述的导电填料选自：碳材料、金属碳化物、金属氧化物、金属氮化物和金属。10.根据上面项9所述的燃料电池隔板，其中所述的导电填料选自：碳黑和细碳纤维。11.根据上面项1至8任何一项所述的燃料电池隔板，其中在第二树脂层和第三树脂层各自层中含有的导电填料包含细碳纤维。12.根据上面项11所述的燃料电池隔板，其中所述的细碳纤维的纤维直径为0.001至0.5μm，并且纤维长度为1至100μm。13.根据上面项9所述的燃料电池隔板，其中在第一树脂层中含有的导电填料包含碳黑。14.根据上面项1至13任何一项所述的燃料电池隔板，其中所述的树脂选自：氟树脂、氟橡胶、聚烯烃树脂和聚烯烃弹性体。15.根据上面项1至14任何一项所述的燃料电池隔板，其中第一树脂层的厚度为5至300μm，并且第二树脂层和第三树脂层各自的厚度为0.1至20μm。16.根据上面项1至15任何一项所述的燃料电池隔板，其中所述的树脂导电层具有第一和第二树脂层。17.根据上面项1至15任何一项所述的燃料电池隔板，其中所述的树脂导电层具有第一和第三树脂层。-->18.根据上面项1至15任何一项所述的燃料电池隔板，其中所述的树脂导电层具有第一、第二和第三树脂层。19.一种制备根据上面项1至18任何一项所述的燃料电池隔板的方法，该方法包括以下步骤：将作为树脂和导电填料的混合物的树脂导电层层压在金属基材至少一侧上；并且通过压制层压有树脂导电层的基材，形成将要成为气体通道的突起和凹槽。20.根据上面项19所述的制备燃料电池隔板的方法，该方法还包括在通过压制形成突起和凹槽后热退火的步骤。21.一种制备根据上面项1至18任何一项所述的燃料电池隔板的方法，该方法包括以下步骤：将作为树脂和导电填料的混合物的树脂导电层层压在金属基材至少一侧上；用保护薄膜覆盖层压有树脂导电层的金属基材的最上表面；通过压制由所述保护薄膜覆盖的基材，形成将要成为气体通道的突起和凹槽；并且将保护薄膜从具有所述突起和凹槽的基材中剥离。22.根据上面项21所述的制备燃料电池隔板的方法，该方法还包括在通过压制形成突起和凹槽后热退火的步骤。23.根据上面项22所述的制备燃料电池隔板的方法，其中所述的热退火是在将保护薄膜从具有所述突起和凹槽的基材中剥离之后进行的。24.根据上面项21至23任何一项所述的制备燃料电池隔板的方法，其中所述保护薄膜在纵向和横向方向上的拉伸断裂伸长率都为150％或更高。25.根据上面项21至24任何一项所述的制备燃料电池隔板的方法，其中所述保护薄膜的厚度为5至100μm。附图简述图1示意性地显示在燃料电池用隔板周围的区域。-->图2显示了根据本专利技术的隔板的层结构的一个实例。图3显示了根据本专利技术的隔板的层结构的一个实例。图4显示了确定薄层电阻率的方法。图5是显示表观载荷(压力)与薄层电阻率之间关系的曲线图。在这些图中，符号的含义如下：1a、1b：原电池(单元电池)，2a、2b：聚合物电解质膜，3a、3b：电极，4a、4b：气体通道，10：隔板，11：金属基材，12：树脂导电层，13：第一树脂层，14：第二树脂层，15：第三树脂层，21：黄铜电极，22：复写纸，23：隔板。实施本专利技术的最佳方式图1是在其中堆叠有许多原电池的层压型燃料电池中，隔板周围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池隔板，其包含至少在金属基材一侧上的作为树脂和导电填料的混合物的树脂导电层，其中所述的树脂导电层包含：（ａ）体积电阻为１．０Ω.ｃｍ或更低的第一树脂层，和（ｂ）第二树脂层和第三树脂层中的至少一层，所述的第二 树脂层构成树脂导电层的表面，并且其体积电阻小于第一树脂层的体积电阻，所述的第三电阻层形成在与金属基材的界面中，并且其体积电阻小于第一树脂层的体积电阻。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池隔板，其包含至少在金属基材一侧上的作为树脂和导电填料的混合物的树脂导电层，其中所述的树脂导电层包含：(a)体积电阻为1.0Ω·cm或更低的第一树脂层，和(b)第二树脂层和第三树脂层中的至少一层，所述的第二树脂层构成树脂导电层的表面，并且其体积电阻小于第一树脂层的体积电阻，所述的第三电阻层形成在与金属基材的界面中，并且其体积电阻小于第一树脂层的体积电阻。2.根据权利要求1所述的燃料电池隔板，其中第二树脂层和第三树脂层各自在相应的树脂层中含有的导电填料的体积含量大于第一树脂层中含有的导电填料的体积含量。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池隔板，其中第二树脂层和第三树脂层各自的体积电阻为0.5Ω·cm或更低。4.根据权利要求1至3任何一项所述的燃料电池隔板，其中第一树脂层含有的导电填料量为5至40体积％，并且第二树脂层和第三树脂层各自含有的导电填料量为20至90体积％。5.根据权利要求4所述的燃料电池隔板，其中第一树脂层含有的导电填料量为8至15体积％。6.根据权利要求1至5任何一项所述的燃料电池隔板，其中所述的金属基材是由选自不锈钢、钛、铝、铜、镍和钢中的材料制成的。7.根据权利要求6所述的燃料电池隔板，其中所述的金属基材在其表面上具有电镀层，所述的电镀层是由选自镍、锡、铜、钛、金、铂、银和钯中的至少一种金属制成的。8.根据权利要求6所述的燃料电池隔板，其中所述的金属基材具有粗糙表面。9.根据权利要求1至8任何一项所述的燃料电池隔板，其中所述的导电填料选自：碳材料、金属碳化物、金属氧化物、金属氮化物和金属。-->10.根据权利要求9所述的燃料电池隔板，其中所述的导电填料选自：碳黑和细碳纤维。11.根据权利要求1至8任何一项所述的燃料电池隔板，其中在第二树脂层和第三树脂层各自层中含有的导电填料包含细碳纤维。12.根据权利要求11所述的燃料电池隔板，其中所述的细碳纤维的纤维直径为0.001至0.5μm，并且纤维长度为1至100μm。13.根据权利要求9所述的燃料电池隔板，其中在第一树脂...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫川伦成，
申请(专利权)人：三菱树脂株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]