[發(fā)明專利]燃料電池隔片、燃料電池、和燃料電池隔片的制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480051872.9
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN105556720B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 小泉雅史;伊關(guān)崇;中西和之;小澤康弘
• 申請（專利權(quán)）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/0228
• 分類號: H01M8/0228
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 徐國棟;林柏楠

燃料電池隔片(110)包含導(dǎo)電性基材和在基材上形成的碳膜(120)。碳膜(120)包括最接近基材形成的第一層(121)和最遠(yuǎn)離基材形成的第二層(122)。包含在第一層(121)中的碳顆粒的直徑為19nm或更小，且小于包含在不同于第一層(121)的碳膜層中的碳顆粒的直徑，且包含在第二層(122)中的碳顆粒的直徑為40nm或更小。

發(fā)明背景

1.發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池隔片、燃料電池、和燃料電池隔片的制造方法。

2.相關(guān)技術(shù)描述

慣常地，已知日本專利申請公開No.2008-004540(JP 2008-004540 A)所述技術(shù)例如作為涉及燃料電池隔片的技術(shù)。在JP 2008-004540 A所述技術(shù)中，為改進(jìn)隔片的耐腐蝕性和導(dǎo)電性，在隔片的基材上形成由微小碳顆粒構(gòu)成的碳薄膜。

如果使待在基材表面上形成的碳顆粒為小的，則相對于基材的附著力改進(jìn)。然而，沉積速率是緩慢的，這導(dǎo)致生產(chǎn)效率低的這類問題。同時，如果提高碳顆粒的直徑以改進(jìn)生產(chǎn)效率，則導(dǎo)致燃料電池的輸出耐久性降低的這類問題。另外，對于常規(guī)燃料電池隔片和燃料電池，要求縮小尺寸、降低成本、節(jié)約資源、制造簡化、可用性改進(jìn)等。

發(fā)明概述

本發(fā)明一方面涉及燃料電池隔片。該燃料電池隔片包含導(dǎo)電性基材和在基材上形成的碳膜。碳膜包括最接近基材形成的第一層和最遠(yuǎn)離基材形成的第二層。包含在第一層中的碳顆粒的直徑為19nm或更小，并且小于包含在不同于第一層的碳膜層中的碳顆粒的直徑。包含在第二層中的碳顆粒的直徑為40nm或更小。由于包含在第一層中的碳顆粒的直徑為19nm或更小，則可改進(jìn)基材與碳膜的第一層之間的附著力。另外，由于包含在第二層中的碳顆粒的直徑為40nm或更小，與其中形成碳膜使得其整體碳顆粒的直徑為19nm或更小的情況相比，可改進(jìn)沉積速率并改進(jìn)燃料電池隔片的生產(chǎn)效率。另外，可抑制水，包括通過燃料電池的發(fā)電和侵蝕基材而產(chǎn)生的物質(zhì)(在下文中稱為腐蝕性物質(zhì))通過第二層并滲透到基材中。因此，可抑制基材由于水，包括腐蝕性物質(zhì)而被侵蝕，由此使得可抑制燃料電池輸出量的降低。

根據(jù)以上方面的燃料電池隔片可進(jìn)一步包含含有基材和碳膜二者組分的中間層，所述中間層提供于基材與碳膜之間。根據(jù)該構(gòu)型，可通過中間層進(jìn)一步改進(jìn)基材與碳膜之間的附著力。

本發(fā)明第二方面涉及燃料電池。該燃料電池包含陽極、陰極、在陽極與陰極之間的電解質(zhì)膜；第一方面的燃料電池隔片。根據(jù)第二方面，可改進(jìn)基材與碳膜的第一層之間的附著力，并抑制燃料電池輸出量的降低。

本發(fā)明第三方面涉及燃料電池隔片的制造方法。該制造方法包括：制備導(dǎo)電性基材的步驟(a)，和通過等離子體CVD在基材上形成碳膜的步驟(b)。步驟(b)可包括形成碳膜的第一層作為最接近基材的層的步驟(b1)，和形成碳膜的第二層作為最遠(yuǎn)離基材的層的步驟(b2)。在步驟(b1)中形成第一層時的原料氣體流速可以為在步驟(b2)中形成第二層時的原料氣體流速的1/2-1/50。用這種構(gòu)型，可改進(jìn)基材與碳膜的第一層之間的附著力并改進(jìn)燃料電池隔片的生產(chǎn)效率。

本發(fā)明可在不同于以上方面的各個方面中實現(xiàn)。例如，本發(fā)明可以在燃料電池的制造方法中，在包含燃料電池的車輛以及類似方面中實現(xiàn)。

附圖簡述

下面參考附圖描述本發(fā)明示例實施方案的特征、優(yōu)點以及技術(shù)和工業(yè)重要性，其中類似的數(shù)字表示類似的元件，且其中：

圖1為描述根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的燃料電池的示意性結(jié)構(gòu)的解釋性視圖；

圖2為闡述一段隔片的一部分的放大解釋性視圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的隔片的制造方法的工藝圖；

圖4為以圖形式闡述包含在碳膜的第二層中的碳顆粒的直徑與耐久性試驗以后電阻值的提高量之間的關(guān)系的解釋性視圖；