[發明專利]燃料電池用金屬隔板及其制造方法

無效

• 申請號: 200980101509.2
• 申請日: 2009-01-21
• 公開（公告）號: CN101911355A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 鄭然守;全俞鐸;李準鎬;樸鐘贊
• 申請（專利權）人: 現代HYSCO株式會社
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所(普通合伙) 11017
• 代理人: 韓登營

技術領域

本發明涉及一種燃料電池用金屬隔板及其制造方法，尤其是涉及一種用于質子交換膜電解質燃料電池(PEMFC)的隔板，其腐蝕電流和接觸電阻可滿足美國能源部(DOE)的標準(腐蝕電流在1μA/cm²以下，接觸電阻在20mΩ·cm²以下的數值)，并且可通過連續制造而提高生產效率的燃料電池用金屬隔板及其制造方法。

背景技術

一般來講，燃料電池是利用氫和氧的氧化、還原反應，將化學能轉化為電能的發電裝置。

由于上述燃料電池的單體電池的輸出電壓低而不具有實用性，因此一般來講層疊數個乃至數百個單體電池(unit?cell)來使用。在層疊上述單體電池時，會完成單體電池之間的電連接，能分離反應氣體并起到冷卻水的通道作用的就是隔板(seperator)。

由上述隔板(seperator或bipolar?plate)與膜電極組(MEA)一起構成燃料電池的核心部件，起到支撐膜電極組和氣體擴散層(GDL)的作用，收集及傳遞所產生的電流，運送及消除反應氣體，運送用于排出反應熱的冷卻水等各種作用。

因此，隔板材料所需具備的特性有良好的導電性、導熱性、氣密性及耐蝕性等理化穩定性。

若使用金屬材料制成上述隔板，則可通過減少隔板厚度達到減小燃料電池堆體積及減輕其重量的目的，而且可通過沖壓等工藝制造，從而能確保具有較高的生產效率。

作為上述燃料電池隔板用金屬材料，可使用不銹鋼、鋁合金以及碳素鋼鋼板等。

但是，若將上述金屬材料用作燃料電池的隔板材料，則因形成于表面的鈍化膜而對導電性產生不利影響，而且因燃料電池的工作環境大多為高溫多濕環境，因此經長時間使用之后，因氧化膜厚度的增加而逐漸降低導電性，另外，還會因腐蝕而起不到隔板的作用。

為解決上述問題，使用不銹鋼鋼板時增加鉻、鎳等成分的含量，而且通過蝕刻鈍化膜而去除表面的氧化膜，以提高耐蝕性及導電性等理化特性。

但是，若增加不銹鋼中上述鉻、鎳等成分的含量，則會增加不銹鋼的制造成本，而且在燃料電池的工作環境中增加氧化膜，從而會造成不利影響。另外，若過度增加鉻、鎳成分，會降低金屬隔板的成型效率，從而難以制成復雜精細的通道。

用來提高利用金屬材料制成的燃料電池隔板導電性及耐蝕性的其他技術還有美國注冊專利US?6440598B1，其通過在金屬材料鋼板表面形成碳涂層來防止鋼板的表面產生氧化，而且利用具有良好導電性的碳涂層來提高隔板的導電性。

但是，在美國注冊專利US?6440598B1所述的燃料電池，當用于汽車等振動較大的環境中時，會出現構成碳涂層的碳粒子的粉化(Powdering)現象，即，碳粒子從碳涂層中分離的現象，這會污染燃料電池內部，從而有可能成為降低整個燃料電池工作效率的原因。

提高由金屬材料制成的燃料電池隔板的導電性及耐蝕性的其他方法，還有在由金屬材料制成的鋼板表面進行等離子噴涂或PVD(physical?vapor?deposition，即，物理氣相沉積)具有良好導電性及耐蝕性的物質的方法，但由于這樣的方法需要叫做真空室(chamber)的單獨的空間，因此難以通過連續制造的方法生產隔板，從而會降低生產效率。

因此，需要研究出一種不僅在針對一般使用環境，而且在汽車等振動較大的環境中，也具備能在一定時間內穩定滿足DOE標準的導電性和耐蝕性，而且可以用低廉的制造費用連續制造的燃料電池用金屬隔板的制造方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種燃料電池用金屬隔板的制造方法，其不僅在針對一般使用環境，而且在汽車等振動較大的環境中經長時間使用之后，也不會產生其他副作用并能維持良好的導電性和耐蝕性，而且由于可連續制造而具有較高的生產效率。

本發明的另一目的在于提供一種用本發明所述的制造方法制成的燃料電池用金屬隔板。

本發明的目的并不局限于解決上述技術課題，本領域的技術人員可通過下面的說明了解未提及的其他技術方案。

為實現上述目的，本發明所述的燃料電池用金屬隔板的制造方法包括以下步驟：(a)準備由金屬板制成的母材；(b)對金屬板表面進行酸洗處理；(c)在經酸洗處理的金屬板表面涂布包括用作粘合劑的樹脂、碳粒子及溶劑的合成物；(d)在低于上述用作粘合劑的樹脂熱分解溫度而高于上述溶劑沸點的溫度條件下，對在其表面涂布有合成物的金屬板進行干燥處理，從而在金屬板表面形成涂層的步驟，其中在該涂層的用作粘合劑的樹脂基體部(matrix)中分散有碳粒子。上述工序通過連續制造的方法來完成。