用于燃料电池的分隔器及其制造方法技术

用于燃料电池的分隔器具有通过碱性溶液中的阴极电解处理在周缘表面的钝化膜２２上除ＳＵＳ分隔器基材２０的气体通道以外形成的铁基水合氧化物膜２４，还具有在铁基水合氧化物膜２４上形成的电沉积水溶性树脂的树脂层２６。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于燃料电池的分隔器(s印arator)及其制造方法，特别 涉及这样的该分隔器具有分隔器基 材到树脂被覆层的改进的粘合性(adhesion)，因此具有优良的耐久性。
技术介绍
例如，固体高分子燃料电池具有作为最小单元的电池单体(cell)，如 图4所示，其是通过将用固体高分子膜制成的电解质膜52夹在燃料电极assembly) (MEA )、并进一步将MEA夹在两个分隔器40之间来制备的， 并通常使多个电池单体堆叠为燃料电池单体堆(FC堆)，以便产生高电压。下面将介绍在固体高分子燃料电池中产生电力的机制。通常，燃料气 体(例如含有氢的气体)被供到燃料电极(阳极侧电极)50。另一方面， 氧化剂气体一一例如主要含有氧气(02)或空气的气体一一被供到空气电 极(阴极侧电极)54。含氢气体通过在分隔器40的表面上形成的细槽被供 到燃料电极50，并通过电极的触媒作用分解为电子和氢离子(H+)。电子 通过外部电路从燃料电极50移动到空气电极54以产生电流。另一方面， 氢离子(H+)经过电解质膜52到达空气电极54，与氧以及经过外部电路 的电子耦合，产生反应水(H20)。与氢(H2)、氧(02)以及电子之间 的耦合反应同时产生的热由冷却水收集。在存在空气电极54的阴极侧产生 的水(下面称为"反应水")从阴极侧被排出。另外，夹着上面介绍的MEA的两个分隔器为这样的隔板其将氢气 与氧气分隔开，同时还具有串联电气连接堆叠的电池单体的功能。两个分 隔器还在表面上具有精细的槽，以便在其上形成不平坦的形状，其为用于 在其中通过含氢气体、含氧气体以及空气的气体流通通道。传统电池单体的结构实例在图5与图6中示出。图5示出了沿着图6 的线A-A'的截面。如图5和闺6所示，在两片分隔器110与120的一端分别i殳置用于供 给燃料气体、氧化剂气体和冷却水的供给连通孔12a、 12b、 12c,在两片 分隔器110与120的另一端设置用于排出燃料气体、氧化剂气体和冷却水 的排出连通孔"a、 14b、 14c，在分隔器110、 120上进一步设置气体通道 152、 154，其用于在其中通过分别供自供给连通孔12a、 12b的燃料气体和 氧化剂气体。另夕卜，分别在分隔器110、 120的相对面上形成凹部106、 116， 在MEA 30 (其为组件)的两个面上的周缘部分中设置用于分别将燃料气 体与氧化剂气体分隔开的密封材60a与60b，且密封材60a、 60b分别被粘 合剂70a与70b接着(bond)到两片分隔器110、 120，以形成电池单体。然而，当分隔器用不锈钢材料(所谓SUS)制成时，在SUS分隔器基 材20的表面上形成用铬氧化物膜制成的钝化膜22，如图3所示。另一方 面，环保材料有应用于任何领域的倾向，在上述粘合剂和密封材中，例如 水溶性树脂有代替可溶于溶剂的传统亲油性树脂使用的倾向。然而，上面 介绍的钝化膜22具有与亲水性水溶性树脂的低的亲和性(affinity)。相 应地，当上述水溶性树脂作为粘合剂或在不使用粘合剂的情况下作为密封 材被直接接着到SUS分隔器基材20时，水溶性树脂有时因为在将用于燃 料电池的电池单体一一其将上面介绍的组件夹在一对分隔器之间一一堆叠 为堆叠形式以及通过对歧管(manifold)增压来夹紧堆叠的步骤中产生的 剪切应力而脱落，或者由于使用中发生的热膨胀而脱落，由于水溶性树脂 具有对基材的低粘合性，其有时甚至在附着后又分离。已经提出了这样的技术出于防止具有用于使燃料气体进出固体高分 子燃料电池分隔器中央部分的燃料气体通道的歧管的金属片主体腐蚀的目 的，在上述歧管的端面上形成氟树脂涂敷层，并用氟树脂涂敷层保护金属 片主体的暴露面(例如参见日本特开No,2002-25574)。近些年来，随着对燃料电池的需求日益增多，人们希望燃料电池具有改进的耐久性。
技术实现思路
相对于上述问题设计出本专利技术，通过形成对在分隔器基材上先前形成 的树脂层具有高粘合性的铁基7jC合氧化物膜，并在铁基水合氧化物膜上形 成树脂膜，本专利技术提供了 一种具有优越耐久性的用于燃料电池的分隔器， 并提供了其制造方法。根据本专利技术的燃料电池用分隔器及其制造方法具有下面介绍的特征。(1) 燃料电池用分隔器包含 一对不锈钢分隔器基材；通过在碱性溶 液中对分隔器基材除其中的各气体通道以外进行阴极电解处理在所述一对 分隔器基材各周缘表面上形成的4&水合氧化物膜；在所述一对分隔器基 材的至少一个上的铁基水合氧化物膜上形成的电沉积水溶性树脂的树脂 层。隔器基材表面上的钝化膜上形成，故上述电解处理后的分隔器基材能够保 持未处理的分隔器基材特有的防腐蚀性。另外，上述^4失7jc合氧化物膜具 有与分隔器基材上的钝化膜类似的成分，并因此由于金属结合(metallic bond)具有对于钝化膜的高粘合性。另一方面，上述^4失7K合氧化物膜能 通过例如氢结合(hydrogen bond )被接着到构成将在其上形成的树脂层的 电沉积水溶性树脂的亲水性官能团，并相应地也具有到树脂层的高粘合性。 因此，分隔器能防止树脂由于可能在将燃料电池中所用的电池单体(其具 有如上所述的夹在一对分隔器之间的组件)堆叠为堆叠形式并通it^t歧管 增压而夹紧堆叠的步骤中产生的剪切应力或由于使用过程中可能发生的热 膨胀而脱落，且不具有导致树脂分离/附着的危险，因为分隔器基材具有对 树脂的高粘合性。因此，分隔器能进一步增强它们之间的密封效果。(2) 在根据上述特征(1)的燃料电池用分隔器中，电沉积水溶性树 月旨为^|#月旨(amine-based resin )。胺基树脂具有胺基团(其为亲和性官能团)，相应地具有对在分隔器基材上形成的铁基水合氧化物膜的高亲和性，因此也具有到在分隔器基材 上形成的铁羞水合氧化物膜的高粘合性。特别地，上述含铁水合氧化物膜 具有铁的氧化物和氢氧化物的混合成分，并相应地具有许多官能团，例如 点状分布在表面上的氢氧基，其能形成与胺基树脂中的胺基团之间的氢结 合。相应地，电沉积胺基树脂容易地与分隔器基材上的铁基7jC合氧化物膜 密接配合，能形成均匀厚度的树脂层，并且，即使使用与以往相比较薄的 树脂层，能显示出分隔器的足够的密封效果。另外，胺基电沉积涂敷具有与上述含铁水合氧化物膜之间的许多耦合点，因此抑制了砂眼(pinhole) 的产生。(3) —种制造燃料电池用分隔器的方法，其包含以下步骤在碱性溶 液中，对一对不锈钢分隔器基材的各周缘表面除各气体通道以外进行阴极 电解，以便在所述一对分隔器基材的各周缘表面上形成铁基水合氧化物膜； 将电沉积的水溶性树脂电沉积到所述一对分隔器基材中至少一个上的4植7K合氧化物膜上。如上所述，通过碱性溶液中的阴极电解处理，在不锈钢分隔器基材表 面上存在的钝化膜上形成4&7jc合氧化物膜，使得上述电解处理后的分隔 器基材能够保持对于未处理的分隔器基材特有的防腐蚀性。另外，上述含 铁水合氧化物膜具有与分隔器基材上的钝化膜类似的成分，相应地，由于 金属结合而具有对钝化膜的高粘合性。另一方面，上述含铁水合氧化物膜 可通过例如氢结合被接着到构成将在其上形成的树脂层的电沉积水溶性树 脂的亲水性官能团，并相应地也具有对树脂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池用分隔器，其包含：一对不锈钢分隔器基材；通过在碱性溶液中对所述一对分隔器基材的除各气体通道以外的部分进行阴极电解处理而形成在该一对分隔器基材的各周缘表面的铁基水合氧化物膜；在所述一对分隔器基材的至少一个上的所述铁基水合氧化物膜上形成的电沉积水溶性树脂的树脂层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡边祐介，饭冢和孝，山崎修，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]