[发明专利]用预成型坯的燃料电池隔板的制造方法及由此制造的隔板

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求韩国专利申请No.10-2006-0091782的优先权和相关权益，该申请于2006年9月21日在韩国知识产权局申请，该申请的全部内容在此一并引入作为参考。

技术领域

本发明涉及使用预成型坯(preform)的燃料电池隔板的制造方法及由此制造的隔板，更具体而言，涉及如下这样的燃料电池隔板的制造方法及由此制造的隔板，即为了减少在高温和高压下的成型时间，其经过两个成型步骤(预成型步骤和主成型步骤)使用预成型坯(preform)制成燃料电池隔板。

背景技术

现有技术的说明

通常，聚合物电解质膜(polymer electrolyte membrane也称为质子交换膜)燃料电池(以下指代为PEMFC)是使用聚合物膜的燃料电池，该聚合物膜作为电解质具有氢转化特性，和PEMFC是通过氢和氧气的电化学反应从化学能到电能的转化设备，其中氢为燃料，并且并不燃烧。在PEMFC中，多孔空气电极和燃料电极由稀有金属催化剂涂覆并布置在聚合物电解质膜的两侧，而与用以供给燃料的隔板连接的单元电池(unit cell)布置在空气电极和燃料电机的外部。

燃料电池用的隔板(separator)用作单元电池的支撑元件和反应气体(氢气与空气)以及冷却剂的通道，该隔板应当具有出色的导电性，高机械强度，和低气体渗透率(gas transmissivity)。石墨通常用作满足这些特性的材料。纯石墨具有巨大的导电性和耐腐蚀性，但是纯石墨中具有很多气孔(blowhole)并且其中难以形成通道。因此，使用压缩模塑和注塑方法制造隔板的方法正在被研究。

通过压缩模塑方法制造复合材料隔板的传统方法已经成熟，但是制造时间太长。因此，限制了隔板制造成本的削减，而隔板占燃料电池成本的60％。

此外，经注塑成型方法制造的复合材料隔板与经由压缩模塑方法制造的相比具有较低的导电性。

发明内容

本发明致力于提供使用预成型坯制造燃料电池隔板的方法及由此制造的隔板，其优点在于减少高压压缩的操作时间和在满足隔板性能条件的同时通过改变材料而降低重量。

本发明的一个示例性实施方式提供燃料电池隔板的制造方法，该隔板连接单元电池的两端以便支撑单元电池，该方法包括：用以制造预成型坯的预成型步骤，该预成型坯还没有完成并与隔板形状近似；和为制造隔板使预成型坯完全成型的主成型步骤。

预成型步骤可以包括：将第一边模(side mold)安装到第一下模(lower mold)的两侧；用膨胀石墨、片状石墨和酚醛树脂的混合物或膨胀石墨、碳纤维和酚醛树脂的混合物填充由第一下模具和第一边模具形成的内部空间；前后移动撒布机(spreader)以便依照第一边模具的高度均匀地分散该混合物；在第一边模具上安装附加模具(additional mold)以便调节混合物的填充高度；和在混合物上安装第一上模具，由此制得预成型坯。

预成型坯可以如下制得：对厚度为5至15mm的混合物进行成型，时间5至10分钟，温度100至120℃并且在其中安装第一上模具。

使制得的预成型坯的四边比隔板的尺寸小0至5mm，和使制得的预成型坯的厚度比隔板的厚度大。

主成型步骤可以包括：安装第二边模具到第二下模具的两侧；将预成型坯插入由第二下模具和第二边模具形成的空间；和在预成型坯上安装第二上模具。

预成型坯可以在150至180℃和0.5MPa的低压下预加热10至60秒，然后向其施加1至5MPa的压力，接着撤销施压以便去除混合物内部的气孔，在安装第二上模具的情况下，由此可以通过在3至15MPa下进行1至5分钟脉动加压(fluctuating pressure)的过程使预成型坯成型为隔板。

按照本发明的一个示例性实施方式，在连接到单元电池两端以便支撑单元电池的燃料电池隔板中，隔板是通过对预成型坯进行成型而获得，该预成型坯具有近似隔板的形状并且由膨胀石墨、片状石墨和酚醛树脂的混合物或膨胀石墨、碳纤维和酚醛树脂的混合物形成。

混合物的组成比率可以是膨胀石墨2至20％重量，片状石墨40至70％重量以及酚醛树脂20至40％重量；或膨胀石墨6至32％重量，碳纤维30至60％重量，酚醛树脂35至40％重量。

附图说明

图1是显示按照本发明一个示例性实施方式，燃料电池隔板制造方法的预成型步骤的示意图。

图2是显示按照本发明一个示例性实施方式，燃料电池隔板制造方法的主成型步骤的示意图。