[发明专利]燃料电池用金属复合材料及其制造方法、使用该金属复合材料的燃料电池双极板

说明书

要求优先权

本申请要求于2007年9月20日提交的日本专利申请2007-243963的 优先权，其公开内容被引入本申请作为参考。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及燃料电池用金属复合材料以及由这种金属复合材料制成的 燃料电池双极板，所述金属复合材料具有用耐腐蚀金属包覆的芯并具有穿 过其中形成的通孔。本发明还涉及该金属复合材料的制造方法。

2.相关技术描述

常规地，通过层压及结合许多种金属所形成的金属复合材料被应用于 各个领域。特别是，具有Ti(钛)表面层的材料被开发用于暴露在苛刻的 腐蚀环境中的燃料电池双极板。

公开了由具有Ti表面层的材料制成的燃料电池双极板的现有专利文 献的例子包括例如JP-A-2006-210320和JP-A-2005-158441。

Ti是典型的耐腐蚀材料。然而，耐腐蚀的金属是非常昂贵的，因此不 能大量地用于消费者燃料电池的双极板。为了解决此问题，本发明的发明 人正在开发由金属复合材料制成的双极板，所述金属复合材料由两个表面 包覆有耐腐蚀金属的便宜芯材料构成(例如JP-A-2006-210320)。

通常，在燃料电池中，为了提高发电性能，将用于发电的燃料气体和 氧化剂气体(例如空气)润湿(例如，用在空气电极中产生的水润湿(稀 释)浓甲醇)。通过在双极板中所形成的通孔将这些气体供应到每个MEA (膜电极组件)。换言之，每个双极板需要设置作为燃料和氧化剂气体部分 导管的通孔。

伴随燃料电池用常规金属复合材料的问题在于通孔的芯层区域的孔壁 暴露在周围环境中，因此，由于氧化剂气体中所含的杂质离子导致的结露 或pH变化，可能发生芯材料的溶解(腐蚀)。此外，当为了减少双极板的 重量而采用Al(铝)作为芯金属时，则需要更可靠的防腐保护，因为Al 耐这种芯溶解的性能远低于不锈钢。

例如在上述JP-A-2005-158441中公开了用于覆盖暴露的芯表面的方 法，其中为了抑制双极板的芯金属的腐蚀，通孔壁和孔周围的板表面被涂 膜粘附地覆盖。

然而，根据上述JP-A-2005-158441的方法单独地覆盖每个通孔，因此 可能导致增加组件数量和制造成本。此外，在此方法中，树脂膜可能阻塞 通孔或者可能使每个通孔周围的双极板部分变厚，从而可能导致组装困难。

发明概述

在这些情况下，本发明的目的是提供燃料电池用金属复合材料以及由 该金属复合材料制成的燃料电池双极板，所述燃料电池双极板能够防止芯 材料直接暴露在腐蚀环境中，同时抑制组件数量增加。此外，本发明的另 一个目的是提供制造简便且低成本的该金属复合材料的制造方法。

(1)根据本发明的一个方面，提供一种燃料电池用金属复合材料，其 包括：金属芯；覆盖该芯的两个表面的由耐腐蚀金属制成的包覆层；以及 穿过所述芯和包覆层形成的通孔，在所述通孔的芯区域的孔壁上具有相对 于所述通孔的包覆层区域的孔壁凹陷的凹陷部。

在本发明的上述方面(1)中，可以进行如下改进和变化：

(i)所述通孔的每个包覆层区域的凸出的孔壁部向内弯曲。

(ii)用抑制溶解的材料例如树脂填充所述的凹陷部，用于防止所述芯 的溶解。

(2)根据本发明的另一个方面，提供由本发明的上述方面(1)的金 属复合材料制成的燃料电池双极板。

(3)根据本发明的又一个方面，提供燃料电池用金属复合材料的制造方 法，其包括步骤：用由耐腐蚀金属制成的包覆层覆盖金属芯的两个表面； 形成穿过所述的芯和包覆层的通孔；以及蚀刻所述通孔的芯区域的孔壁以 形成相对于所述通孔的包覆层区域的孔壁凹陷的凹陷部。

在本发明的上述方面(3)中，可以进行如下改进和变化：

(iii)在形成所述凹陷部的步骤之后，具有以下附加步骤：使打孔器 对所述通孔的每个包覆层区域的凸出的孔壁部施加压力并且使其向内弯 曲，所述凸出的孔壁部相对于所述通孔的芯区域的孔壁凸出。

(iv)有以下附加步骤：使所述凹陷部的表面阳极氧化；以及对阳极 氧化的表面施加勃姆石处理(boehmite treatment)。

(v)有以下附加步骤：向所述凹陷部填充抑制溶解的材料用于防止所 述芯的溶解。

(本发明的优点)