[发明专利]燃料电池用隔板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适合用于固体高分子型等的燃料电池的燃料电池用隔板及其制造方法，具体涉及通过控制燃料电池用隔板的润湿性提高了电池性能的燃料电池用隔板及其制造方法。

背景技术

燃料电池作为干净、能够表现高的发电效率的下一代能源而受到高的期待，尤其近年来，因具有可得到高功率且工作温度区比较低的优点，固体高分子型的燃料电池备受关注。

此种固体高分子型燃料电池一般由层叠单电池而成的电堆及设置在其外侧的2个集电体构成，该单电池的构成包括：由离子交换膜构成的固体高分子的电解质膜、设置在其两侧的2个电极、设置有向各个电极供给氢等燃料气体或氧等氧化剂气体的气体供给槽的隔板等。

在此种燃料电池中，因在电解质部分使用高性能的高分子电解质膜的关系，尽管工作温度低到80℃～100℃也能进行高功率的发电。

对于此种固体高分子型燃料电池的隔板，为了以完全分离的状态向电极供给燃料气体和氧化气体，要求高度的气体不透气性，此外为了提高发电效率，需要减小电池的内部电阻，为此必须提高导电性。另外，为了确保高的导热性或长期耐久性以便高效率地散发伴随电池反应产生的发热，并使电池内温度分布均匀化，必须具备优良的耐腐蚀性、耐化学性、机械强度、亲水性。

在这些要求特性中，可迅速排出发电时产生的水的性能，即隔板具有亲水性成为最重要的要求特性之一。

在以往，作为提高燃料电池用隔板的亲水性的技术等，已知有多种技术，例如，1)对表面的至少一部分具有亲水性官能团的导电性碳和粘结剂进行加压成形或加压加热成形，通过喷砂加工在气体流路的表面设置了平均为50μm以上1mm以下的凹凸的高分子电解质型燃料电池用隔板(例如参照专利文献1)；2)以常压放电等离子体处理燃料电池用隔板为特征的燃料电池用隔板的亲水化处理方法(例如参照专利文献2)；3)其特征在于通过成形含有热固性树脂、平均粒径为20～70μm的人造石墨及内部脱模剂的组成物而形成，通过喷丸法等表面处理方法使表面平均粗糙度Ra为1.0～5.0μm的燃料电池隔板(例如参照专利文献3)等。

但是，在上述专利文献1～3中所述的通过喷砂加工、常压放电等离子体处理或喷丸法形成凹凸部的燃料电池用隔板中，为了在气体流路的表面形成凹凸部，必须掩蔽凹凸部以外的部分，因此存在表面处理工序复杂化的问题及凹凸部不能正确地形成从而成品率低的问题，另外，还存在由于上述表面处理而使亲水性能随时间的经过而下降的问题。

另外，在上述专利文献1所述的燃料电池用隔板中，由于是在对碳粒子进行了赋予亲水性官能团的处理后，与粘结剂一起进行加压成形或加压加热成形，在成形后进行在气体流路的表面形成凹凸部的处理，因此存在制造效率低，并且导致性能波动的问题。

在上述专利文献2所述的燃料电池用隔板中，为了进行等离子体处理，需要各种处理用气体，另外，从安全性的观点考虑，有必须在经惰性气体稀释的气氛下进行处理的制约。此外，由于激发的气体喷出后与燃料电池隔板接触地进行处理，所以有在复杂且微细的槽图案上的局部加工困难的问题。此外，存在随着干燥环境下的长时间的经过润湿性下降的问题等。另外，在上述专利文献3所述的燃料电池用隔板中，是通过成形含有热固性树脂、平均粒径为20～70μm的人造石墨及内部脱模剂的组合物而形成，但因含有内部脱模剂，存在随着时间的经过而外漏的问题，以及配合了树脂及脱模剂的组成存在润湿性不足，润湿性随着时间的经过而下降的问题等。

另一方面，作为燃料电池的制造中采用激光处理的技术，例如，已知有一种燃料电池的制造方法，该燃料电池是由固体高分子电解质膜、其两侧的燃料极和空气极构成MEA，用隔板夹着该MEA的两侧而层叠单电池电堆而形成的燃料电池，其中，在隔板表面上用石墨粒子和树脂的混合物一体地成形气体流路，除去生成于隔板表面上的表皮层，并且通过激光照射使形成于上述隔板表面上的树脂成分多的表皮层碳化(例如参照专利文献4)。此外，还已知一种燃料电池用的电解质膜的制造方法，其具有以下工序：(a)利用氢透过性金属形成基材的工序、(b)在所述基材的表面形成具有质子传导性的陶瓷层的工序，在该工序(b)中，形成所述陶瓷层的无定形材料的结晶化所需的结晶化能量是通过对该无定形材料局部照射激光来供给(例如参照专利文献5)。