[發明專利]用預成型坯的燃料電池隔板的制造方法及由此制造的隔板

無效

• 申請號: 200610163319.1
• 申請日: 2006-11-30
• 公開（公告）號: CN101150180A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: 鄭勝薰;梁酉彰;宋敏圭;韓京燮;許誠日;吳庚錫
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M8/02;B28B13/00;B28B11/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 程偉

相關申請的交叉引用

本申請要求韓國專利申請No.10-2006-0091782的優先權和相關權益，該申請于2006年9月21日在韓國知識產權局申請，該申請的全部內容在此一并引入作為參考。

技術領域

本發明涉及使用預成型坯(preform)的燃料電池隔板的制造方法及由此制造的隔板，更具體而言，涉及如下這樣的燃料電池隔板的制造方法及由此制造的隔板，即為了減少在高溫和高壓下的成型時間，其經過兩個成型步驟(預成型步驟和主成型步驟)使用預成型坯(preform)制成燃料電池隔板。

背景技術

現有技術的說明

通常，聚合物電解質膜(polymer?electrolyte?membrane也稱為質子交換膜)燃料電池(以下指代為PEMFC)是使用聚合物膜的燃料電池，該聚合物膜作為電解質具有氫轉化特性，和PEMFC是通過氫和氧氣的電化學反應從化學能到電能的轉化設備，其中氫為燃料，并且并不燃燒。在PEMFC中，多孔空氣電極和燃料電極由稀有金屬催化劑涂覆并布置在聚合物電解質膜的兩側，而與用以供給燃料的隔板連接的單元電池(unit?cell)布置在空氣電極和燃料電機的外部。

燃料電池用的隔板(separator)用作單元電池的支撐元件和反應氣體(氫氣與空氣)以及冷卻劑的通道，該隔板應當具有出色的導電性，高機械強度，和低氣體滲透率(gas?transmissivity)。石墨通常用作滿足這些特性的材料。純石墨具有巨大的導電性和耐腐蝕性，但是純石墨中具有很多氣孔(blowhole)并且其中難以形成通道。因此，使用壓縮模塑和注塑方法制造隔板的方法正在被研究。

通過壓縮模塑方法制造復合材料隔板的傳統方法已經成熟，但是制造時間太長。因此，限制了隔板制造成本的削減，而隔板占燃料電池成本的60％。

此外，經注塑成型方法制造的復合材料隔板與經由壓縮模塑方法制造的相比具有較低的導電性。

發明內容

本發明致力于提供使用預成型坯制造燃料電池隔板的方法及由此制造的隔板，其優點在于減少高壓壓縮的操作時間和在滿足隔板性能條件的同時通過改變材料而降低重量。

本發明的一個示例性實施方式提供燃料電池隔板的制造方法，該隔板連接單元電池的兩端以便支撐單元電池，該方法包括：用以制造預成型坯的預成型步驟，該預成型坯還沒有完成并與隔板形狀近似；和為制造隔板使預成型坯完全成型的主成型步驟。

預成型步驟可以包括：將第一邊模(side?mold)安裝到第一下模(lower?mold)的兩側；用膨脹石墨、片狀石墨和酚醛樹脂的混合物或膨脹石墨、碳纖維和酚醛樹脂的混合物填充由第一下模具和第一邊模具形成的內部空間；前后移動撒布機(spreader)以便依照第一邊模具的高度均勻地分散該混合物；在第一邊模具上安裝附加模具(additional?mold)以便調節混合物的填充高度；和在混合物上安裝第一上模具，由此制得預成型坯。

預成型坯可以如下制得：對厚度為5至15mm的混合物進行成型，時間5至10分鐘，溫度100至120℃并且在其中安裝第一上模具。

使制得的預成型坯的四邊比隔板的尺寸小0至5mm，和使制得的預成型坯的厚度比隔板的厚度大。

主成型步驟可以包括：安裝第二邊模具到第二下模具的兩側；將預成型坯插入由第二下模具和第二邊模具形成的空間；和在預成型坯上安裝第二上模具。

預成型坯可以在150至180℃和0.5MPa的低壓下預加熱10至60秒，然后向其施加1至5MPa的壓力，接著撤銷施壓以便去除混合物內部的氣孔，在安裝第二上模具的情況下，由此可以通過在3至15MPa下進行1至5分鐘脈動加壓(fluctuating?pressure)的過程使預成型坯成型為隔板。

按照本發明的一個示例性實施方式，在連接到單元電池兩端以便支撐單元電池的燃料電池隔板中，隔板是通過對預成型坯進行成型而獲得，該預成型坯具有近似隔板的形狀并且由膨脹石墨、片狀石墨和酚醛樹脂的混合物或膨脹石墨、碳纖維和酚醛樹脂的混合物形成。

混合物的組成比率可以是膨脹石墨2至20％重量，片狀石墨40至70％重量以及酚醛樹脂20至40％重量；或膨脹石墨6至32％重量，碳纖維30至60％重量，酚醛樹脂35至40％重量。

附圖說明

圖1是顯示按照本發明一個示例性實施方式，燃料電池隔板制造方法的預成型步驟的示意圖。

圖2是顯示按照本發明一個示例性實施方式，燃料電池隔板制造方法的主成型步驟的示意圖。