[发明专利]燃料电池隔板及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请依据35U.S.C.§119(a)要求2008年4月25日提交的韩国专 利申请第10-2008-0038460号的优先权，其全部内容在此引入以供参 考。

技术领域

本申请涉及燃料电池隔板(fuel cell separator)及其制造方法。更 具体地，本发明涉及由连续碳纤维复合物(continuous carbon-fiber composite)形成的燃料电池隔板、及其制造方法。

背景技术

燃料电池是通过氢(H₂)与氧(O₂)的电化学反应产生电的装置， 其包括具有如下结构的膜电极组件(MEA)：向其供应氢的燃料电极(阳 极)和向其供应空气中的氧的空气电极(阴极)与传输氢离子、且介 于电极之间的电解质膜一起装配，并且电极的外部配置有气体扩散层 (GDL)。

而且，GDL的外部堆叠有隔板，该隔板包括用于供应燃料并排出 反应产生的水的流场，从而形成燃料电池组，其中MEA和隔板顺序堆 叠。

当例如氢或含有大量氢的混合气体的燃料源供给位于一侧的燃料 电极(氢电极)，并且氧或含氧空气供给位于另一侧的空气电极(氧电 极)时，通过发生电化学反应而产生电能。

如图4所示，燃料电池组的燃料电池隔板30优选包括多个歧管32， 其适当地安装于燃料电池组的两端，并分别供应和排出的氢、空气和 冷却剂，并且在歧管32之间沿着燃料电池组的纵向安装有多个氢、空 气和冷却剂流场34，其每一个均具有精细的通道结构。

上述燃料电池隔板需要各种条件，包括但不限于，导电性高、化 学品耐受性高、机械强度高、热质量低(涉及冷启动)、等等。

在常规隔板当中，由于石墨隔板通过铣床法由薄石墨板形成，制 造时间和成本增加，并且石墨隔板可能通过碰撞进一步损坏。

膨胀碳隔板难以形成流体流过的精细通道，并且导电性低于石墨 隔板。

由石墨粉和聚合物粘合剂的混合物形成的复合隔板难以形成用于 流体流动的精细通道，并且导电性低于石墨隔板。

韩国专利申请第10-2007-0060189号公开了一种隔板及其制造方 法，该方法包括将75至85wt％的粒径10至200μm的石墨、13.5至 22.5wt％的酚树脂和1.5至2.5wt％的固化剂混合以制备复合材料，将 由此制得的复合材料分散到模具中以模制成隔板，并将由此模制的隔 板在100至120℃的温度下热处理。通过该方法制造的隔板的特征在于 机械强度低，导电性低。此外，由于将粉末材料压缩至铸模中的过程 复杂，可塑性降低。而且，由于进行热处理过程的时间长，生产量低。

日本专利申请第1999-297338公开了一种使用碳/石墨粉末和聚合 粘合剂的用于固体聚合物型燃料电池的隔板，以及该隔板的制造方法。 然而，由于将粉末材料压缩至铸模中的过程复杂，1999-297338公开文 本所述隔板的可塑性降低，而且由于进行热处理过程的时间长，生产 量低。

日本专利申请第2001-325967号公开了一种燃料电池隔板的制造 方法，该方法使用粒度60至100μm的导电粉末、粘合剂和挥发性溶 剂，还公开了一种燃料电池隔板和固体聚合物型燃料电池。当颗粒含 量变高、从而颗粒之间的接触增加时，电学特征得到改善；然而，如 果颗粒含量高，机械性能则降低，因此可塑性降低。而且，使用挥发 性溶剂的方法增加了处理时间，降低工作安全性，并引起环境问题。

在此背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景技 术的理解，并因此其可以包含不形成本国家的本领域普通技术人员已 知的现有技术的信息。

发明内容

在一方面，本发明提供一种使用基本连续的碳纤维复合物、通过 用于大量生产的连续过程制造的燃料电池隔板，及其制造方法，其中 碳纤维基本被聚合物粘合剂包围。