燃料电池用复合隔板及应用其的高分子电解质型燃料电池制造技术

一种高分子电解质型燃料电池用复合隔板，由含有导电性碳的电子传导性部分和包围前述电子传导性部分周围的绝缘性部分构成，在前述电子传导性部分的两面分别具有使气体或冷却水流通的第一槽和第二槽。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用于便携式电源，电动汽车用电源，家庭内发电及废热供暖系统等的高分子电解质型燃料电池。更详细的说，本专利技术涉及构成该电池的导电性隔板。
技术介绍
采用高分子电解质膜的燃料电池通过使含有氢的燃料气体和空气等的含有氧气的氧化剂气体产生电化学反应来同时产生电力和热。该燃料电池由选择性地输送氢离子的高分子电解质膜以及形成在高分子电解质膜的两面的一对电极，即阳极和阴极构成。前述电极以载持铂金类的金属触媒的碳粉末为主成分并由在高分子电解质膜的两面形成的触媒层以及形成在前述触媒层的外面的具有优良透气性和电子导电性的气体扩散层构成。接着，在电极的周围夹持高分子电解质膜配置气体密封件和密封垫，以使供给的燃料气体和氧化剂气体不外漏且两种气体互相不混合。该气体密封件和密封垫由电极和高分子电解质膜一体化形成并预先组装好，称之为MEA(电解质膜·电极接合体)。在MEA的外侧机械地固定MEA的同时，将邻接的MEA互相串联地电连接，向电极面供给反应气体，配置具有用于将生成气体和剩余气体运送出去的气体通路的导电性隔板。虽然气体通路也可与隔板分别设计，但一般来说在隔板表面设有槽来作为气体通路。为了向该槽供给反应气体，有必要将供给反应气体的配管按照使用隔板的个数分路并需要将其分路的前端直接连入隔板上的槽的配管夹具。该夹具称为歧管，将上述燃料气体的供给配管从隔板的外侧连入该隔板的类型称为外部歧管。此外，在该歧管中还有比外部歧管结构更为简单的内部歧管。所谓内部歧管是指在形成气体通路的隔板设有贯通孔，气体通路的出入口通到该孔，从该孔直接供给反应气体。因为燃料电池在运转中发热，为了将电池维持在良好的温度状态，有必要用冷却水等进行冷却。因此通常每隔1～3节单电池就设有冷却水用的通路。通常多在隔板的背面设有冷却水用的通路来作为冷却部。一般的层叠电池的构造为这些的MEA和隔板交叉重叠，在层叠10～200单元单电池后，经由集电板和绝缘板并用端板夹持该层叠体，用紧固螺栓从两端固定。这样的高分子电解质型燃料电池的隔板要求具有高导电性和高气密性以及相对电池反应的高耐腐蚀性。因此，现有技术的隔板通常由玻璃碳或膨胀石墨等的具有导电性的碳材料构成，气体通路通过其表面的切削而形成，而在膨胀石墨的场合则通过模具成形而制成气体通路。此外，最近为了实现低成本化也使用将混合了石墨与树脂的材料放入模具通过压缩成形而制成的隔板。进而，也尝试将混合了石墨与树脂的材料通过注射成形而制作隔板的方法。
技术实现思路
作为隔板的制作方法，提出了将石墨与热塑性树脂混合得到的复合物在注射成形机中熔融混均并将其注射到金属模具内的注射成形的方法。可是，因为隔板需要高的电子导电性，复合物中含有导电性填料的比例变高。在这种情况下，因为复合物的热传导率变高且熔融时的流动性降低，所以成形性大幅降低，并产生了填充不良及接合部的强度不足等的问题。此外，由于相对于隔板的通路形状的制约及配置在通路周边部的歧管孔的强度降低和气密性的降低，也产生了燃料电池的性能降低的问题。本专利技术目的在于提供为了解决上述问题具有优良的导电性和成形性的高分子电解质型燃料电池用复合隔板。此外目的还在于提供通过使用具有优良的导电性和成形性的高分子电解质型燃料电池用复合隔板而电池特性优良的高分子电解质型燃料电池。本专利技术提供一种高分子电解质型燃料电池用复合隔板，由含有导电性碳的电子传导性部分和包围前述电子传导性部分周围的绝缘性部分构成，在前述电子传导性部分的两面分别具有使气体或冷却水流通的第一槽和第二槽。优选地为前述电子传导性部分与前述绝缘性部分一体地成形，前述绝缘性部分具有与前述第一槽连通的第一歧管孔以及与前述第二槽连通的第二歧管孔。优选地为在前述电子传导性部分与前述绝缘性部分之间具有第三部分。优选地为前述第三部分由粘接材料构成。此外，优选地为前述第三部分由构成前述电子传导性部分的材料与构成前述绝缘性部分的材料的复合物构成。此外，优选地为前述电子传导性部分与前述绝缘性部分分别通过注射成形而被成形。优选地为前述电子传导性部分由无机导电性填料与树脂的复合物构成。优选地为前述绝缘性部分由气密弹性体构成。优选地为前述绝缘性部分含有热塑性树脂。优选地为前述电子传导性部分和前述绝缘性部分含有具有相同的主要分子结构的树脂。优选地为具有前述相同的主要分子结构的树脂是聚苯硫醚。优选地为以凹凸状的组合构成前述电子传导性部分与前述绝缘性部分的接合断面。优选地为在前述接合断面中，前述电子传导性部分为凸状。此外，优选地为在前述电子传导性部分与前述绝缘性部分的接合部中，在一方设有孔部，另一方插入前述孔部。优选地为前述孔部设置在前述电子传导性部分。进而本专利技术提供一种高分子电解质型燃料电池，在具备电池组的高分子电解质型燃料电池中，前述电池组包含多个电解质膜·电极接合体和与前述电解质膜·电极接合体交替叠层而成的多个隔板，前述电解质膜·电极接合体包含夹持氢离子传导性高分子电解质膜和前述电解质膜的阳极和阴极，其中前述隔板由含有导电性碳的电子传导性部分和包围前述电子传导性部分周围的绝缘性部分构成，在前述电子传导性部分的两面分别具有使气体或冷却水流通的第一槽和第二槽。根据本专利技术，因为隔板的注射成形时在电子传导部分与绝缘性部分所使用的化合物不同，隔板能够同时得到优良的导电性和成形性。此外，通过使用该隔板，能够得到电池特性优良的高分子电解质型燃料电池。附图说明图1是备有两根注射喷嘴的注射成形机的俯视图。图2是备有两根注射喷嘴的注射成形机的侧视图。图3是本专利技术的实施方式1的隔板的表面图。图4是本专利技术的实施方式1的隔板的背视图。图5是实施方式1的隔板的电子传导性部分与绝缘性部分的边界附近的剖面图。图6是实施方式1的第2隔板的电子传导性部分与绝缘性部分的边界附近的剖面图。图7是实施方式1的第3隔板的电子传导性部分与绝缘性部分的边界附近的剖面图。图8是实施方式1的第4隔板的电子传导性部分与绝缘性部分的边界附近的剖面图。图9是本专利技术的实施方式2的阴极侧隔板的表面图。图10是本专利技术的实施方式2的阴极侧隔板的背视图。图11是本专利技术的实施方式2的阳极侧隔板的表面图。图12是本专利技术的实施方式2的阳极侧隔板的背视图。图13表示本专利技术的实施例1和2的层叠电池的构成。图14表示实施例1的电池A和比较例的电池B的输出特性。图15表示实施例2的电池C和比较例的电池B的输出特性。图16表示本专利技术的实施方式3的隔板的表面图。图17表示本专利技术的实施方式3的隔板的背视图。图18是图16的A-A’剖面图。图19表示本专利技术的实施例3的电池D和比较例的电池B的输出特性。图20表示本专利技术的实施方式4的隔板的表面图。图21表示设有图20的板状部件的附近的剖面的一部分。图22表示本专利技术的实施例4的电池E和比较例的电池B的输出特性。图23是备有3根注射喷嘴的注射成形机的俯视图。图24本专利技术的实施方式5的隔板的表面图。图25是实施方式5的隔板的第三部分附近的剖面图。图26是实施方式5的第2隔板的第三部分附近的剖面图。图27是实施方式5的第3隔板的第三部分附近的剖面图。图28是实施方式5的第4隔板的第三部分附近的剖面图。图29表示本专利技术的实施例5的电池F和比较例的电池B的输出特性。具体实施例方式本专利技术的高分子电解质型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：小原英夫，羽藤一仁，长谷伸启，日下部弘树，粉川胜藏，浦田隆行，松本敏宏，竹口伸介，柴田础一，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：