[發明專利]用于燃料電池的分離器、其制造方法以及包括分離器的燃料電池堆

有效

• 申請號: 201080043051.2
• 申請日: 2010-09-27
• 公開（公告）號: CN102576883A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 李尚珉;黃云峰
• 申請（專利權）人: 浦項工科大學校產學協力團
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/24
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 周靖;鄭霞

發明背景

(a)發明領域

本發明涉及燃料電池堆。本發明尤其是涉及定位成緊鄰膜電極組件的分離器以及其制造方法。

(b)相關技術的描述

一般而言，燃料電池是通過燃料的氧化反應以及氧氣的還原反應生成電能的一類裝置，氧氣被分開地提供。燃料是液體燃料或者氣體燃料，或者可包括從液體燃料或者氣體燃料裂解出的氫氣。

燃料電池堆是堆疊幾個至幾十個發電單元的結構，每一個發電單元都包括膜電極組件以及分離器。分離器布置在膜電極組件的兩側上，并且形成通道以向朝著膜電極組件的一個表面提供燃料或者氧氣。此外，分離器由導電材料形成，并耦合膜電極組件的陰極與串聯的鄰近膜電極組件的陽極。

在燃料電池堆的操作下，水由膜電極組件中的陰極通過氧氣的還原反應生成。然而，這些水并不會通過分離器的通道平穩地排到外部，而是沉積在通道的內壁上。在分離器中形成的水干擾氫氣和氧氣的流動性，使得氧氣不可平穩地被提供給膜電極組件的陰極，并且作為結果，燃料電池的化學反應效率極大地降低了。

在這個背景部分中公開的以上信息只是為了增強對本發明的背景的理解，因此它可能包含并不形成現有技術的在這個國家對本領域的普通技術人員已知的信息。

發明概述

本發明提供一種用于燃料電池的分離器、其制造方法以及包括分離器的燃料電池堆，該分離器通過將在膜電極組件中生成的水直接吸收至通道表面而使其不積聚在膜電極組件中，來提高燃料電池的化學反應效率。

根據本發明的示例性實施方式的燃料電池的分離器包括：板狀的主體；通道，其在主體的至少一個表面上凹入地形成，并且向膜電極組件提供燃料或者氧氣；以及金屬層，其被設置到通道的表面，并包括通過陽極氧化處理形成的氧化層以及在所述氧化層中形成的納米級的微凹槽，從而將通道的表面形成為超親水的。

金屬層可包括微米級的微凸起和微凹陷，并且氧化層和微凹槽可根據微凸起和微凹陷來形成。微凹槽可以具有20nm到200nm的直徑以及10到2000的長寬比。

主體可形成燃料歧管和氧氣歧管，且通道連接到燃料歧管和氧氣歧管中的一個。通道可在主體的兩個表面處形成，在主體的一個表面處形成的通道可以連接到燃料歧管和氧氣歧管中的一個，且在主體的另一表面處形成的通道可以連接到燃料歧管和氧氣歧管中的另一個。

依照本發明的一個示例性實施方式的燃料電池的分離器的制造方法包括：在主體的至少一個表面中形成凹通道；在通道的表面處形成金屬層；以及對金屬層進行陽極氧化處理以形成納米級的微凹槽，從而將通道的表面形成為超親水的。

該方法還包括：在形成金屬層之前，在主體的除通道以外的表面處形成掩蔽層(mask?layer)，以及在形成微凹槽后移除掩蔽層。

該方法還包括：在形成金屬層后，將微粒注入到金屬層以在金屬層的表面處形成微米級的微凸起和微凹陷。

微粒可以是水溶性微粒，并且當注入水溶性微粒時，也可以注入干冰，以在金屬層的表面處生成濕氣。微粒可具有10μm到50μm的直徑。

依照本發明的一個示例性實施方式的燃料電池堆包括具有膜電極組件的發電單元以及定位成緊鄰膜電極組件的兩個表面的分離器。分離器包括：板狀的主體；通道，其在主體的至少一個表面上形成，并且向膜電極組件提供燃料或者氧氣；以及金屬層，其被設置到通道的表面，并且包括通過陽極氧化處理形成的氧化層以及在氧化層中形成的納米級的微凹槽，從而將通道的表面形成為超親水的。

依照本發明的一個示例性實施方式，用于燃料電池的分離器形成具有超親水表面的通道，使得在膜電極組件中生成的水滴被直接吸收，從而有效地傳送燃料和空氣。作為結果，燃料電池堆的化學反應效率增加，以便可以生成更多的電能。

附圖簡述

圖1是依照本發明的一個示例性實施方式的燃料電池堆的透視圖。

圖2是圖1示出的燃料電池堆的發電單元的分解透視圖

圖3和圖4示出了圖2示出的發電單元的拆卸橫截面視圖和裝配橫截面視圖。

圖5是依照圖4示出的金屬層的另一個示例性實施方式的放大的橫截面視圖。

圖6是依照圖4示出的發電單元的另一個示例性實施方式的橫截面視圖。

圖7是依照本發明的一個示例性實施方式的用于燃料電池的分離器的制造方法的過程流程圖。

圖8是示出了圖7示出的第一步驟的分離器的橫截面視圖。

圖9是示出了圖7示出的第二步驟的分離器的橫截面視圖。

圖10是示出了圖7示出的第三步驟的分離器的橫截面視圖。