[發明專利]燃料電池用金屬分離板及其制造方法

無效

• 申請號: 201110069974.1
• 申請日: 2011-03-22
• 公開（公告）號: CN102201582A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 全俞鐸;金恩英;鄭然守;金基貞;文萬彬
• 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: 北京派特恩知識產權代理事務所(普通合伙) 11270
• 代理人: 張穎玲;遲姍

技術領域

本發明涉及燃料電池用金屬分離板，尤其涉及如下的燃料電池用金屬分離板及其制造方法：在以分離板形狀成形的金屬母材上，使金屬元素和碳元素按碳元素集中在表面的形態的濃度梯度型進行涂敷，或者，在以分離板形狀成形的金屬母材上，首先用金屬形成緩沖層，并在其上面涂敷非晶態碳等，從而能夠提高燃料電池用金屬分離板的耐腐蝕性、導電性、耐久性等物性。

背景技術

燃料電池(Fuel?Cell)是將由燃料的氧化而生成的化學能直接轉換為電能的電池，最近，為了克服化石燃料的枯竭問題、二氧化碳生成引起的溫室效果和地球暖化等問題，廣泛進行太陽電池等多方面的研究。

燃料電池一般利用氫和氧的氧化、還原反應，將化學能轉換為電能。在陰極(anode)，氫得到氧化而分離為氫離子和電子，氫離子通過電解質向陽極(cathode)移動。此時，電子通過回路向陽極移動。在陽極引起氫離子、電子及氧進行反應而形成水的還原反應。

由于燃料電池的單體電池(Unit?Cell)的電壓低而降低實用性，一般將數個及數百個的單體電池層疊使用。在層疊單體電池時，使各個單體電池之間實現電連接，并起到分離反應氣體的作用的部件為分離板(Separator)。

燃料電池分離板根據材質而劃分為石墨分離板、金屬分離板等。

石墨分離板較多采用于現有的燃料電池分離板，其按照流路形態將石墨(Graphite)銑削加工制作。在此情況下，石墨材質的分離板在整個堆棧中占據的費用比重為50％，重量比重為80％以上。因此，石墨材質的分離板存在高費用、大體積等問題。

為了克服上述石墨材質的分離板的問題，開發出金屬材質的金屬分離板，金屬分離板具有加工容易，通過減少分離板的厚度來實現燃料電池整體的體積及輕量化，容易進行大量生產等多種優點。

但是，使用燃料電池時發生的金屬的腐蝕將引起膜電極組件的污染，成為降低燃料電池堆棧性能的原因，并且，在長時間使用時，金屬表面的厚的氧化膜的成長成為增加燃料電池內部電阻的原因。

因此，為了抑制如上所述的金屬分離板中的金屬的腐蝕和燃料電池內部電阻的增加，以提高金屬分離板的性能，需要開發出具有高的耐腐蝕性和導電性的燃料電池用金屬分離板。

發明內容

本發明的目的在于提供一種燃料電池用金屬分離板，其通過非晶態碳涂敷或摻雜有金屬的碳涂敷，用薄厚度的涂敷層也能夠確保高的耐腐蝕性及導電性。

本發明的另一目的在于提供一種燃料電池用金屬分離板制造方法，其將金屬元素和碳元素涂敷在分離板，通過調節涂敷量以使碳元素涂敷在最外廓，或是依次涂敷金屬層和碳層，能夠確保高的耐腐蝕性及導電性。

為了達到上述一個目的，本發明一實施例中的燃料電池用金屬分離板，其特征在于，包括：以分離板形狀成形的金屬母材及形成于上述金屬母材上的涂敷層，上述涂敷層根據其厚度，碳元素C和金屬元素Me具有濃度梯度，離上述金屬母材越遠，越是富碳(C-enrich)，離上述金屬母材越近，越是富金屬(Me-enrich)。

為了達到上述一個目的，本發明的另一實施例中的燃料電池用金屬分離板，其特征在于，包括以分離板形狀成形的金屬母材及形成于上述金屬母材上的涂敷層，上述涂敷層包括金屬元素Me涂敷于上述金屬母材上而形成的金屬層以及包含碳元素C而形成于上述金屬層上的碳層。

根據本發明中的燃料電池用金屬分離板，在表面一側形成非晶態碳層等，從而能夠提高耐腐蝕性、導電性、耐久性。

并且，根據本發明中的燃料電池用金屬分離板，通過低價的工序費用也能夠形成高密度非晶態碳層等，從而能夠減少燃料電池用金屬分離板的整體制造費用，減少燃料電池用金屬分離板的厚度。

此外，根據本發明中的燃料電池用金屬分離板制造方法，通過化學清洗、工業脫脂、干式蝕刻等方法去除金屬母材的表面存在的雜質，從而具有在形成涂敷層時增大金屬母材和涂敷層的密著力，并且避免形成不必要的氧化環境的優點。

附圖說明

圖1是簡要表示本發明一實施例的燃料電池用金屬分離板的剖視圖。

圖2是簡要表示本發明另一實施例的燃料電池用金屬分離板的剖視圖。

圖3是簡要表示本發明一實施例的燃料電池用金屬分離板制造方法的流程圖。

圖4是簡要表示本發明另一實施例的燃料電池用金屬分離板制造方法的流程圖。

圖5是表示用于檢測本發明燃料電池用金屬分離板的接觸電阻的接觸電阻檢測裝置的圖。

具體實施方式