[发明专利]燃料电池用金属分离板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池用金属分离板，尤其涉及如下的燃料电池用金属分离板及其制造方法：在以分离板形状成形的金属母材上，使金属元素和碳元素按碳元素集中在表面的形态的浓度梯度型进行涂敷，或者，在以分离板形状成形的金属母材上，首先用金属形成缓冲层，并在其上面涂敷非晶态碳等，从而能够提高燃料电池用金属分离板的耐腐蚀性、导电性、耐久性等物性。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell)是将由燃料的氧化而生成的化学能直接转换为电能的电池，最近，为了克服化石燃料的枯竭问题、二氧化碳生成引起的温室效果和地球暖化等问题，广泛进行太阳电池等多方面的研究。

燃料电池一般利用氢和氧的氧化、还原反应，将化学能转换为电能。在阴极(anode)，氢得到氧化而分离为氢离子和电子，氢离子通过电解质向阳极(cathode)移动。此时，电子通过回路向阳极移动。在阳极引起氢离子、电子及氧进行反应而形成水的还原反应。

由于燃料电池的单体电池(Unit Cell)的电压低而降低实用性，一般将数个及数百个的单体电池层叠使用。在层叠单体电池时，使各个单体电池之间实现电连接，并起到分离反应气体的作用的部件为分离板(Separator)。

燃料电池分离板根据材质而划分为石墨分离板、金属分离板等。

石墨分离板较多采用于现有的燃料电池分离板，其按照流路形态将石墨(Graphite)铣削加工制作。在此情况下，石墨材质的分离板在整个堆栈中占据的费用比重为50％，重量比重为80％以上。因此，石墨材质的分离板存在高费用、大体积等问题。

为了克服上述石墨材质的分离板的问题，开发出金属材质的金属分离板，金属分离板具有加工容易，通过减少分离板的厚度来实现燃料电池整体的体积及轻量化，容易进行大量生产等多种优点。

但是，使用燃料电池时发生的金属的腐蚀将引起膜电极组件的污染，成为降低燃料电池堆栈性能的原因，并且，在长时间使用时，金属表面的厚的氧化膜的成长成为增加燃料电池内部电阻的原因。

因此，为了抑制如上所述的金属分离板中的金属的腐蚀和燃料电池内部电阻的增加，以提高金属分离板的性能，需要开发出具有高的耐腐蚀性和导电性的燃料电池用金属分离板。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池用金属分离板，其通过非晶态碳涂敷或掺杂有金属的碳涂敷，用薄厚度的涂敷层也能够确保高的耐腐蚀性及导电性。

本发明的另一目的在于提供一种燃料电池用金属分离板制造方法，其将金属元素和碳元素涂敷在分离板，通过调节涂敷量以使碳元素涂敷在最外廓，或是依次涂敷金属层和碳层，能够确保高的耐腐蚀性及导电性。

为了达到上述一个目的，本发明一实施例中的燃料电池用金属分离板，其特征在于，包括：以分离板形状成形的金属母材及形成于上述金属母材上的涂敷层，上述涂敷层根据其厚度，碳元素C和金属元素Me具有浓度梯度，离上述金属母材越远，越是富碳(C-enrich)，离上述金属母材越近，越是富金属(Me-enrich)。

为了达到上述一个目的，本发明的另一实施例中的燃料电池用金属分离板，其特征在于，包括以分离板形状成形的金属母材及形成于上述金属母材上的涂敷层，上述涂敷层包括金属元素Me涂敷于上述金属母材上而形成的金属层以及包含碳元素C而形成于上述金属层上的碳层。

根据本发明中的燃料电池用金属分离板，在表面一侧形成非晶态碳层等，从而能够提高耐腐蚀性、导电性、耐久性。

并且，根据本发明中的燃料电池用金属分离板，通过低价的工序费用也能够形成高密度非晶态碳层等，从而能够减少燃料电池用金属分离板的整体制造费用，减少燃料电池用金属分离板的厚度。

此外，根据本发明中的燃料电池用金属分离板制造方法，通过化学清洗、工业脱脂、干式蚀刻等方法去除金属母材的表面存在的杂质，从而具有在形成涂敷层时增大金属母材和涂敷层的密着力，并且避免形成不必要的氧化环境的优点。

附图说明

图1是简要表示本发明一实施例的燃料电池用金属分离板的剖视图。

图2是简要表示本发明另一实施例的燃料电池用金属分离板的剖视图。

图3是简要表示本发明一实施例的燃料电池用金属分离板制造方法的流程图。

图4是简要表示本发明另一实施例的燃料电池用金属分离板制造方法的流程图。

图5是表示用于检测本发明燃料电池用金属分离板的接触电阻的接触电阻检测装置的图。

具体实施方式