[发明专利]用于燃料电池的分隔器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于燃料电池的分隔器(separator)及其制造方法，特别涉及这样的用于燃料电池的分隔器及其制造方法：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。

背景技术

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50与空气电极54的两个电极之间以形成膜电极组件(membrane electrodeassembly)(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——例如主要含有氧气(O₂)或空气的气体——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(H₂O)。与氢(H₂)、氧(O₂)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和图6所示，在两片分隔器110与120的一端分别设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14a、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。另外，分别在分隔器110、120的相对面上形成凹部106、116，在MEA30(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——其将上面介绍的组件夹在一对分隔器之间——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。

发明内容

相对于上述问题设计出本发明，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水合氧化物膜，并在铁基水合氧化物膜上形成树脂膜，本发明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。

根据本发明的燃料电池用分隔器及其制造方法具有下面介绍的特征。