專利名稱：燃料電池用隔板制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于通過把陽極側電極和陰極側電極附加給電解質(zhì)膜并從兩側將其夾持來構成電池模塊的燃料電池用隔板制造方法。
背景技術：
燃料電池利用與水電解相反的原理，通過使氫和空氣中的氧進行化學反應來發(fā)電。理論上，僅有的排出物是水。一般，氫用作燃料氣體，而空氣或氧化劑氣體用作氧。
作為這種燃料電池，例如在第2000-123848號日本專利公報中揭示的“燃料電池”是公知的。這種燃料電池具有一種結構，即通過用陽極電極和陰極電極夾持電解質(zhì)膜，并分別用第一隔板和第二隔板通過襯墊夾持陽極電極和陰極電極的外側面來構成電池模塊。
更具體地說，在第一隔板的內(nèi)側面形成要成為燃料氣體流路的第一流路，在第二隔板的內(nèi)側面形成要成為氧化劑氣體流路的第二流路，這些流路分別把燃料氣體和氧化劑氣體提供給中央的電解質(zhì)膜。
如上所述，由于使用一個電池模塊獲得的電輸出很小，所以通過制備多個這種電池模塊的疊層來獲得所需電輸出。第一和第二隔板由于是用于防止燃料氣體或氧化劑氣體泄漏到相鄰電池內(nèi)的分隔元件而被稱為“隔板”。
第一隔板在其內(nèi)側面具有燃料氣體用的第一流路，第二隔板在其內(nèi)側面具有氧化劑氣體用的第二流路；有必要使氣體與陽極側電極和陰極側電極有效接觸，為此，有必要設置多個極淺的槽作為第一和第二流路。
第一和第二隔板各自在頂部具有用于把燃料氣體和氧化劑氣體提供給第一和第二流路的燃料供給開孔和氧化劑氣體供給開孔，并且各自在底部具有燃料氣體排出開孔和氧化劑氣體排出開孔。而且，第一和第二隔板各自在其頂部具有用于使冷卻水通過的冷卻水供給開孔，并且在其底部具有冷卻水排出開孔。
冷卻水供給開孔和冷卻水排出開孔各自與冷卻水通路連接。例如通過在第一隔板和第二隔板的外側面形成冷卻水通路槽，并把這些冷卻水通路槽與形成在相鄰電池的隔板內(nèi)的冷卻水通路槽組合在一起，從而形成了冷卻水通路。
當照這樣通過把隔板組合在一起來形成冷卻水通路時，有必要在隔板的接口處設置用于防止冷卻水泄漏的密封部件，并且必須對該密封部件的厚度、形狀和材料等加以考慮。
另外，必須在第一隔板或第二隔板的一側設置氣體流路槽，并且必須在另一側設置冷卻水通路槽，而槽的成型是困難的。
而且，由于把隔板組合在一起，所以隔板間的電氣接觸電阻增加，并且可能會發(fā)生的是由于該接觸電阻，會在每個電池內(nèi)產(chǎn)生電壓降，并且燃料電池的輸出變小。
因此，當制造燃料電池用隔板時，并且在該隔板內(nèi)形成冷卻水通路時，期望的是，無需密封并可容易地形成冷卻水通路，而且對燃料電池的輸出降低加以抑制。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種燃料電池用隔板制造方法，在該燃料電池用隔板制造方法中，采用碳和熱固性樹脂的混揉物來模制塑坯，并使用該塑坯在相鄰隔板之間形成冷卻水通路，該制造方法的特征在于它包括把用于形成冷卻水通路的型芯和用于保持該型芯的保持部件設置在兩個塑坯之間的步驟；通過把這些塑坯以及型芯和保持部件進行整體壓縮并加熱來模制隔板的步驟；以及通過在隨后的加熱工藝中使型芯熔融和排出來形成冷卻水通路的步驟。
由于在本發(fā)明的方法中，對內(nèi)部嵌入有型芯和保持部件的隔板進行模制，并通過使該型芯熔融和排出來形成冷卻水通路，所以不象在現(xiàn)有技術中那樣把兩個隔板組合在一起，并且密封沒有必要。而且，由于把型芯和保持部件設置在兩個塑坯之間，并把這些塑坯、型芯和保持部件進行整體壓縮和加熱，而且在之后的加熱工藝中使型芯熔融和排出，所以型芯在隔板內(nèi)的嵌入和型芯的排出都可容易地進行，并可容易地形成冷卻水通路。而且，由于不把隔板組合在一起，所以不會產(chǎn)生電氣接觸電阻，并且燃料電池的輸出不會下降。
作為在本發(fā)明中所使用的型芯，優(yōu)選的是，該型芯是低熔點金屬。型芯可容易地熔融；熔融后，型芯可容易地從隔板內(nèi)排出；從而可提高隔板的可制造性。而且，從隔板內(nèi)排出的低熔點金屬可用作型芯任何次數(shù)，從而可以控制材料成本。
作為在模制隔板之后的加熱工藝的示例，優(yōu)選的是進行退火處理。由于型芯在退火的加熱工藝中熔融和排出，所以沒有必要專門為型芯熔融提供加熱工藝，從而可以減少隔板的制造工作。
而且，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種燃料電池用隔板制造方法，該制造方法包括使用水溶性聚合物來制造用于形成氣體通路的型芯的步驟；把型芯設置在金屬模具的空腔內(nèi)并把電極擴散層設置在型芯與空腔面之間的間隙內(nèi)的步驟；用熔融樹脂填充空腔的步驟；在把型芯和電極擴散層一體形成之后從空腔內(nèi)取出熔融樹脂凝固的隔板的步驟；以及通過用水從隔板中溶出型芯，使用隔板和電極擴散層在隔板的表面形成氣體通路的步驟。
也就是說，在本發(fā)明中，使用水溶性聚合物來制造用于形成氣體通路的型芯，并通過在模制隔板之后用水溶解型芯來形成氣體通路。由于可以照此用水溶出隔板內(nèi)的型芯，所以可在隔板內(nèi)簡單地形成氣體通路，并可簡單地制造隔板。
此處，普通燃料電池在陽極側電極與隔板之間具有陽極電極擴散層，并在陰極側電極與隔板之間具有陰極電極擴散層。因此，由于把陽極電極擴散層附加給隔板并把陰極電極擴散層附加給隔板，所以在隔板與陽極電極擴散層之間的電氣接觸電阻以及在隔板與陰極電極擴散層之間的電氣接觸電阻可能會增加。并且存在一種風險是該接觸電阻使燃料電池的電壓下降，并且使燃料電池的輸出變小。
因此，在本發(fā)明中，把隔板與電極擴散層一體形成。這樣，可對隔板與電極擴散層之間的電氣接觸電阻進行抑制并且防止燃料電池的輸出降低。
而且，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種燃料電池用隔板制造方法，該制造方法包括使用水溶性聚合物來制造用于形成氣體通路和冷卻水通路的氣體通路型芯和冷卻水通路型芯的步驟；把氣體通路型芯設置成面向金屬模具的空腔面，并把電極擴散層設置在氣體通路型芯與空腔面之間的間隙中，以及按照與氣體通路型芯的預定間隔來設置冷卻水通路型芯的步驟；用熔融樹脂填充空腔的步驟；在把氣體通路型芯、冷卻水通路型芯和電極擴散層一體形成之后從空腔內(nèi)取出熔融樹脂凝固的隔板的步驟；以及通過用水從隔板中溶解氣體通路型芯和冷卻水通路型芯，使用隔板和電極擴散層在隔板的表面形成氣體通路和在隔板內(nèi)形成冷卻水通路的步驟。
在本發(fā)明中，通過使用水溶性聚合物來制造用于形成氣體通路的氣體通路型芯，并在模制隔板之后用水溶解氣體通路型芯，可以形成氣體通路。由于可以照此用水溶解隔板內(nèi)的氣體通路型芯，所以可在隔板內(nèi)簡單地形成氣體通路。而且，通過把電極擴散層與隔板一體形成，隔板與電極擴散層之間的電氣接觸電阻得到了抑制。
此處，在普通隔板中，通過把一對隔板面對面放置，并把其中一個隔板的冷卻水通路槽與另一隔板的冷卻水通路槽組合在一起來形成冷卻水通路。由于照這樣把一對隔板面對面放置，所該對隔板間的電氣接觸電阻增加。并且存在一種風險是，該接觸電阻使燃料電池的電壓下降并使燃料電池的輸出變小。
因此，在本發(fā)明中，通過使用水溶性聚合物來制造冷卻水通路型芯，并在模制隔板之后用水溶解冷卻水通路型芯，來在隔板內(nèi)形成冷卻水通路。由于可在隔板內(nèi)形成冷卻水通路，所以無需把一對隔板面對面放置以形成冷卻水通路，并且可消除在現(xiàn)有技術中發(fā)生在成對隔板間的電氣接觸電阻。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的燃料電池用隔板制造方法的流程圖的圖。
圖2A和圖2B是示出根據(jù)第一實施例的塑坯模制步驟的圖。
圖3是示出在根據(jù)第一實施例的燃料電池用隔板制造方法中使用的隔板模具的圖，并且示出了處于打開狀態(tài)的模具。
圖4示出了處于關閉狀態(tài)的圖3的模具。
圖5示出了第一實施例的燃料電池用隔板退火方法的流程圖。
圖6A和圖6B是示出根據(jù)第一實施例的退火和型芯排出的圖。
圖7A和圖7B是示出進行中的根據(jù)本發(fā)明第一實施例的退火和型芯排出的圖。
圖8是示出進行中的根據(jù)本發(fā)明第二實施例的退火和型芯排出的圖。
圖9是示出本發(fā)明的退火和型芯排出的第三實施例的圖。
圖10A和圖10B是示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的燃料電池用隔板制造方法中的塑坯模制狀態(tài)的圖。
圖11A和圖11B是示出使用在圖10A和圖10B中模制的塑坯作為模具來制造隔板的步驟的圖。
圖12A和圖12B是示出根據(jù)本發(fā)明第五實施例的燃料電池用隔板制造方法中的帶型芯的塑坯的制造步驟的圖。
圖13A和圖13B是示出使用在圖12A和圖12B中模制的塑坯作為模具來制造隔板的步驟的圖。
圖14是使用根據(jù)本發(fā)明第六實施例的燃料電池用隔板制造方法所制造的燃料電池的分解透視圖。
圖15是沿著圖14的線15-15所取的斷面圖。
圖16是沿著圖14的線16-16所取的斷面圖。
圖17是示出在根據(jù)第六實施例的燃料電池用隔板制造方法中用于形成燃料氣體通路和冷卻水通路槽的型芯的模制步驟的圖。
圖18是在根據(jù)第六實施例的燃料電池用隔板制造方法中使用的型芯的透視圖。
圖19和圖20是示出在第六實施例的方法中模制第一隔板的步驟的圖。
圖21是沿著圖14的線21-21所取的斷面圖，示出了組合在一起的第一隔板和第二隔板。
圖22是示出根據(jù)本發(fā)明第七實施例的燃料電池用隔板制造方法中的型芯模制步驟的圖。
圖23是使用根據(jù)本發(fā)明第八實施例的燃料電池用隔板制造方法制造的燃料電池的分解透視圖。
圖24是沿著圖23的線24-24所取的隔板的斷面圖。
圖25是示出根據(jù)第八實施例的燃料電池用隔板制造方法的第一步驟的圖，示出了第一氣體通路型芯的模制步驟。
圖26是示出根據(jù)第八實施例的燃料電池用隔板制造方法的第二步驟的圖，示出了冷卻水通路型芯的模制步驟。
圖27是示出在根據(jù)第八實施例的燃料電池用隔板制造方法中使用的第一氣體通路型芯、第二氣體通路型芯和冷卻水通路型芯的透視圖。
圖28和圖29是示出根據(jù)第八實施例的燃料電池用隔板制造方法的第三步驟和第四步驟的圖，示出了隔板的模制步驟。
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的燃料電池用隔板的制造流程圖。
步驟(以下簡稱ST)01把碳粉末和熱固性樹脂粉末按預定混合比率進行混合，添加適量膠合劑，并把混合物混揉。
ST02如圖2A和圖2B所示，通過把混揉后的混合物進行模制來制造塑坯。首先，在圖2A中，把混揉物13放置在塑坯模制下模11的模制面12上。然后，如箭頭a所示，使塑坯模制上模15下降，并把混揉物13進行加壓模制。然后，如圖2B所示，使用塑坯模制下模11和塑坯模制上模15模制出了具有所需形狀的塑坯17。
ST03把型芯和用于保持該型芯的保持板設置在這些塑坯中的兩個塑坯之間，并把所述塑坯、型芯和保持板進行整體壓縮模制。
ST04與該壓縮模制的開始大致同時地進行熱硬化處理，從而使塑坯完全硬化以制造隔板。
ST05把所模制的隔板進行退火。
退火一般是為了消除和防止應力而把玻璃、陶瓷或金屬進行烘烤。
圖3和圖4示出了在根據(jù)本發(fā)明的該第一實施例的燃料電池用隔板制造方法中使用的制造設備。
首先，把塑坯17放置在具有加熱器21的隔板模制下模22的模制面23上；把用于在隔板內(nèi)形成冷卻水通路的水通路形成部件25放置在該塑坯17上；并把另一望坯17放置在該水通路形成部件25上。然后，從隔板模制下模22的上方，使具有加熱器27的隔板模制上模28下降，并使隔板模制上模28與隔板模制下模22配合。
水通路形成部件25具有多個型芯31；保持板32，用作用于保持這些型芯31的由高熱傳導率的輕金屬例如鋁合金制成的保持部件；以及多個定位部件33，用于把該保持板32定位在空腔內(nèi)。把用于形成使燃料氣體或氧化劑氣體流經(jīng)的氣體流路槽的多個舌部35按照固定間隔形成在隔板模制下模22的模制面23上。把多個類似舌部36也形成在隔板模制上模28的模制面上。
如圖4所示，在使用加熱器21、27加熱隔板模制下模22和隔板模制上模28時，圖3所示的塑坯17、17和水通路形成部件25被整體加壓模制，以制造具有形成在其兩側的多個氣體流路槽38、38的帶型芯的隔板41。
圖5示出了本發(fā)明的燃料電池用隔板的退火工序。
ST11把隔板夾持在矯直板之間。
ST12在隔板被夾持在矯直板之間時，對隔板進行加熱。
ST13在隔板冷卻時，把矯直板擰緊，并通過把隔板加壓保持來進行矯直。
現(xiàn)在將根據(jù)圖6A至圖7B，對上述第一實施例的退火和型芯取出進行詳細說明。
圖6A和圖6B示出了根據(jù)第一實施例的退火和型芯取出用的設備。
在圖6A和圖6B中，把多個螺栓44安裝到在用于矯直帶型芯的隔板41的一對上/下矯直板48、43中、設置在下側的下側矯直板43的四角和長度方向中央；把電動機45的輸出軸46安裝到中央部；并把帶型芯的隔板41、41排成直線放置在下側矯直板43上，使得帶型芯的隔板41的型芯31位于下側矯直板43的長度方向。輸出軸46在其端部具有外螺紋。
如圖7A所示，把在與下側矯直板43上的螺栓44和輸出軸46的位置相對應的位置具有開孔的上側矯直板48放置在帶型芯的隔板41、41上，并使螺栓44和輸出軸46通過這些孔。然后，把螺母51旋到螺栓44上并臨時擰緊到某一程度，使得帶型芯的隔板41、41不松動。并且，把螺母52旋到輸出軸46上。
在圖7B中，使線圈53接近下側矯直板43和上側矯直板48中的每一個，通過操作電動機45來旋轉輸出軸46，使夾持在下側矯直板43與上側矯直板48之間的帶型芯的隔板41、41旋轉。然后，通過給線圈53通電，當型芯31由介質(zhì)材料制成時，通過在帶型芯的隔板41、41內(nèi)的型芯31中產(chǎn)生感應電流，進行感應加熱。當已達到熔點的型芯31熔融時，這些型芯31依靠離心力從隔板41內(nèi)排出到外部。這樣，在型芯31被排出的部分內(nèi)就形成了冷卻水通路54。
當所有型芯31都已從隔板內(nèi)排出時，停止電動機45以制動隔板旋轉，并停止向線圈53供電以停止加熱。然后，擰緊螺母51(6個位置)，并把已取出型芯的隔板按預定負荷加壓保持并持續(xù)預定時間。當預定時間過去時，松開螺母51以解除隔板的加壓，并結束隔板的矯直。
上述感應加熱是這樣一種方法，即，把介質(zhì)材料設置在兩個線圈之間，通過在線圈間施加高頻交流電壓來在介質(zhì)材料內(nèi)產(chǎn)生感應電流，并且依靠該感應電流使介質(zhì)材料自身發(fā)熱并被加熱。因此，使用感應加熱，可在短時間內(nèi)整體地加熱介質(zhì)材料，并可提高加熱效率。
如圖1、圖3和圖7B所示，本發(fā)明的特征在于，首先，一種燃料電池用隔板制造方法，其中，采用碳和熱固性樹脂的混揉物來模制塑坯17，并使用該塑坯17在相鄰隔板之間形成冷卻水通路54，在該制造方法中，把用于形成冷卻水通路54的型芯31和用于保持這些型芯31的保持板32設置在兩個塑坯17、17之間；通過把這些塑坯17、17以及型芯31和保持板32進行整體壓縮加熱來形成隔板；以及通過在隨后加熱步驟使型芯31熔融和排出來形成冷卻水通路54。
由于形成把型芯31和保持板32嵌入在內(nèi)部的帶型芯的隔板41，并通過使型芯31熔融和排出來形成冷卻水通路54，所以不象在現(xiàn)有技術中那樣把兩個隔板組合在一起，并且密封變得沒有必要。因此，除了省去密封部件以外，還可省去在研究諸如密封部件的厚度、形狀和材料的規(guī)格時所花的工時，并可降低燃料電池的制造成本。
而且，由于把型芯31和保持板32設置在兩個塑坯17、17之間，并把塑坯17、17、型芯31和保持板32進行整體壓縮和加熱，以及在之后的加熱步驟使型芯31熔融和排出，所以型芯31在隔板內(nèi)的嵌入和型芯31的取出都可容易地進行，并可容易地形成冷卻水通路54。
而且，由于不再把隔板組合在一起，所以不會出現(xiàn)電氣接觸電阻，并可防止燃料電池的輸出降低。
在本實施例中，當型芯31由低熔點金屬制成時，型芯31可容易地熔融，并且在熔融后，它們可容易地從隔板內(nèi)排出，從而可提高隔板的可制造性。并且，從隔板內(nèi)排出的低熔點金屬可用于制造型芯任何次數(shù)，從而可抑制材料成本。
而且，在本實施例中，當把模制帶型芯的隔板41之后的加熱工藝作為退火工藝時，由于在退火加熱工藝中使型芯31熔融和排出，所以不必為型芯31熔融提供專門的加熱工藝，并可減少隔板的制造工作。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的退火和型芯取出用的裝置。與圖7A和圖7B所示的第一實施例的設備中相同的部件已被賦予相同標號，并將省略對其的說明。
首先，用一對矯直板61、61夾持帶型芯的隔板41，并用嵌入在這些矯直板61、61內(nèi)的多個加熱器62來加熱型芯31。
當帶型芯的隔板41的型芯31已熔融時，通過裝設到隔板41的一個側面上的空氣供給管63噴入空氣，并把空氣吹入隔板41內(nèi)，從而把熔融的型芯31排出到外部。
當型芯31全部都從隔板41內(nèi)排出時，停止向加熱器62供電；把旋到螺栓64上的螺母65擰緊；并把已取出型芯的隔板按預定負荷加壓保持預定時間，以矯直隔板。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的退火和型芯取出用的設備。與第一實施例和第二實施例中相同的部件已被賦予相同標號，并將省略對它們的說明。
首先，把帶型芯的隔板41夾持在一對矯直板71、71之間；在安裝到這些矯直板71、71上的多個下電極72和上電極73之間通電；并使電流直接流經(jīng)隔板41，從而進行帶型芯的隔板41的電阻加熱(具體地說，直接電阻加熱)。
當帶型芯的隔板41的型芯31已熔融時，通過裝設到隔板41的側面上的空氣供給管63噴入空氣，并把空氣吹入隔板41內(nèi)，從而把熔融的型芯31排出到外部。
當型芯31全部都從隔板41內(nèi)排出時，停止向下電極72和上電極73供電；把旋到螺栓64上的螺母65擰緊；并把已取出型芯的隔板按預定負荷加壓保持預定時間，以矯直隔板。
圖10A至圖11B示出了在根據(jù)本發(fā)明第四實施例的燃料電池用隔板制造方法中使用的制造設備。與第一實施例中相同的部件已被賦予相同標號，并將省略對它們的說明。
在圖10A中，提供了塑坯模制上模82，其具有用于在塑坯17內(nèi)形成型芯導槽87、87(參見圖10B)的導槽形成凸部81、81；以及塑坯模制下模84，其具有放置表面85。把塑坯17放置在塑坯模制下模84的放置表面85上，并如箭頭所示，使塑坯模制上模82下降。
在圖10B中，使用塑坯模制上模82的導槽形成凸部81、81在塑坯內(nèi)形成型芯導槽87、87，并獲得具有這些型芯導槽87的塑坯90。
在圖11A中，把塑坯90放置在隔板模制下模22的模制面23上；把用于在隔板內(nèi)形成冷卻水通路的水通路形成部件91放置在該塑坯90上；并把另一塑坯90放置在該水通路形成部件91上。然后，從隔板模制下模22的上方，使隔板模制上模28下降，并使隔板模制上模28與隔板模制下模22緊密配合。
水通路形成部件91的組成部分為金屬絲網(wǎng)93，其采用低熔點金屬制成并用作保持部件；以及棒狀型芯94、94，其采用低熔點金屬制成并與金屬絲網(wǎng)93一體形成。當把水通路形成部件91放置在塑坯90上時，型芯94、94就被收容在塑坯90的型芯導槽87、87內(nèi)。
金屬絲網(wǎng)93用于在以下說明的塑坯90、90的加壓模制期間使熔融良好并促進塑坯90、90的一體化。
在圖11B中，當使用加熱器21、27對隔板模制下模22、隔板模制上模28和塑坯90、90進行加熱時，就把塑坯90、90和水通路形成部件91整體加壓模制了，并制造了在其兩側具有氣體流路槽38、38的帶型芯的隔板95。
該帶型芯的隔板95的隨后的退火和型芯取出與第一至第三實施例中的相同，這里將省略其說明。
金屬絲網(wǎng)93采用與型芯94相同的方式進行熔融并排出。
圖12A至圖13B示出了在根據(jù)本發(fā)明第五實施例的燃料電池用隔板制造方法中使用的制造設備。與第一實施例中相同的部件已被賦予相同的標號，這里將省略其說明。
在圖12A中，把塑坯101放置在塑坯模制下模11的模制面12上；把用作由低熔點金屬制成的用于在隔板內(nèi)形成冷卻水通路的型芯的多個水通路形成棒102放置在該塑坯101上；并把另一塑坯101放置在這些水通路形成棒102上。然后，從塑坯模制下模11的上方，如箭頭所示，使塑坯模制上模15下降，并使塑坯模制上模15與塑坯模制下模11緊密配合。
在圖12B中，把圖12A所示的塑坯101、101和水通路形成棒102進行整體加壓模制以制造帶型芯的塑坯103。
如圖13A所示，把帶型芯的塑坯103放置在隔板模制下模22的模制面23上；把由低熔點金屬制成的金屬絲網(wǎng)105放置在該帶型芯的塑坯103上；并把另一帶型芯的塑坯103放置在該金屬絲網(wǎng)105上。然后，從隔板模制下模22的上方，如箭頭所示，使隔板模制上模28下降，并使隔板模制上模28與隔板模制下模22緊密配合。
金屬絲網(wǎng)105用于在以下說明的帶型芯的塑坯103、103的加壓模制期間使熔融良好并促進帶型芯的塑坯103、103的一體化。
如圖13B所示，當使用加熱器21、27對隔板模制下模22、隔板模制上模28和帶型芯的塑坯103、103(參見圖13A)進行加熱時，帶型芯的塑坯103、103和金屬絲網(wǎng)105被整體加壓模制，并且制造了在兩側具有氣體流路槽38、38的帶型芯的隔板107。
該帶型芯的隔板107的隨后的退火和型芯取出與第一至第三實施例中的相同，這里將省略其說明。
金屬絲網(wǎng)105采用與水通路形成棒102相同的方式進行熔融和排出。
構成隔板的熱固性樹脂例如是苯酚樹脂，其凝固溫度約為190℃，退火溫度約為170℃。
對于型芯，可以合適地選擇在210℃至240℃的范圍內(nèi)熔融的樹脂、蠟或低熔點金屬等，并且在低熔點金屬的情況下，熔點為220℃的Sn-Ag-Cu合金，或者熔點為230℃的Sn是合適的。
在本發(fā)明的第一實施例中示出了一示例，即通過感應加熱對型芯進行加熱并依靠離心力排出型芯；在第二實施例中示出了一示例，即使用加熱器間接地對型芯進行加熱并使用壓縮空氣排出型芯；然而，本發(fā)明不限于此，另選地，也可以通過感應加熱對型芯進行加熱并使用壓縮空氣排出型芯，或者也可以使用加熱器對型芯進行加熱并使用離心力排出型芯。
另外，在第三實施例中，盡管示出了一示例，即通過使型芯通電直接對型芯進行加熱并使用壓縮空氣排出型芯，然而本發(fā)明不限于此，另選地，也可以通過使型芯通電直接對型芯進行加熱并使用離心力排出型芯。
另外，在第五實施例中，盡管示出了一示例，即把構成型芯的水通路形成棒嵌入塑坯內(nèi)并把這些塑坯中的兩個塑坯進行壓縮模制以模制隔板，然而本發(fā)明不限于此，另選地，也可以把水通路形成棒直接設置在兩個塑坯(例如，圖2B所示的塑坯17)之間并進行整體壓縮模制以模制隔板。
圖14至圖21示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池用隔板制造方法的第六實施例。
參照圖14至圖16，燃料電池200是固體聚合物型燃料電池，并由多個層疊電池模塊211構成。電池模塊211各自具有電解質(zhì)膜212，陽極電極213，陰極電極214，第一隔板220，和第二隔板240。作為電解質(zhì)膜212，例如，可使用固體聚合物電解質(zhì)膜。該電解質(zhì)膜212由陽極電極213和陰極電極214夾持。第一隔板220設置在陽極電極213的外側面，并且陽極電極擴散層215位于兩者之間。第二隔板240設置在陰極電極214的外側面，并且陰極電極擴散層235位于兩者之間。
當相鄰電池模塊211、211層疊時，就把一個電池模塊211的第一隔板220和另一電池模塊211的第二隔板240在第一與第二隔板220、240的冷卻水通路形成面220a、240a處組合在一起。結果，使用形成在第一隔板220內(nèi)的多個冷卻水通路槽221和形成在第二隔板240內(nèi)的多個冷卻水通路槽241形成了圖21所示的多個冷卻水通路230。這些冷卻水通路230與形成在第一和第二隔板220、240的頂部中央的冷卻水供給開孔222a、242a連通，并且也與形成在第一和第二隔板220、240的底部中央的冷卻水排出開孔222b、242b連通。
第一隔板220通過使陽極電極擴散層(電極擴散層)215與燃料氣體通路形成面(第一隔板表面)220b一體地接合(即一體化)，如圖15所示，在燃料氣體通路形成面220b中具有多個燃料氣體通路(氣體通路)226。這些燃料氣體通路223與形成在第一和第二隔板220、240的頂部左側的燃料氣體供給開孔224a、244a連通，并且也與形成在第一和第二隔板220、240的底部右側的燃料氣體排出開孔224b、244b連通。
第二隔板240通過使陰極電極擴散層(電極擴散層)235與氧化劑氣體通路形成面(第二隔板表面)240b一體地接合(即一體化)，在氧化劑氣體通路形成面240b中具有圖21所示的多個氧化劑氣體通路(氣體通路)246。這些氧化劑氣體通路246與形成在第一和第二隔板220、240的頂部右側的氧化劑氣體供給開孔225a、245a連通，并且也與形成在第一和第二隔板220、240的底部左側的氧化劑氣體排出開孔225b、245b連通。
作為構成第一和第二隔板220、240的樹脂，一種包括60～90wt％碳素材料的樹脂復合物可以舉出作為示例，該樹脂復合物通過把天然石墨、人造石墨、Ketjen炭黑、乙炔炭黑等單獨混合或者與具有耐酸性的熱塑性樹脂進行混合制成。
作為具有耐酸性的熱塑性樹脂，可列舉出例如乙烯乙酸乙烯酯共聚物(ethylene vinyl acetate copolymer)、乙烯丙烯酸乙酯共聚物(ethylene ethyl acrylate copolymer)、直鏈低密度聚乙烯(straight-chain low-density polyethylene)、聚苯硫醚(polyphonylene sulfide)、改性聚苯醚(modified polyphenylene oxide)等，然而本發(fā)明不限于這些。
第一隔板220具有近似矩形形狀，并如圖15所示，在燃料氣體通路形成面220b中具有多個燃料氣體通路槽223。通過把陽極電極擴散層215與該燃料氣體通路形成面220b一體設置，使用燃料氣體通路槽223和陽極電極擴散層215形成了多個燃料氣體通路226。第一隔板220還具有在其冷卻水通路形成面220a中形成的多個冷卻水通路槽221。
如圖16所示，把陽極電極擴散層215接合到第一隔板220的燃料氣體通路形成面220b。結果，在燃料氣體通路槽223與陽極電極擴散層215之間形成了燃料氣體通路226。這些燃料氣體通路226與形成在第一隔板220內(nèi)的燃料氣體供給開孔224a連通。
接下來，將根據(jù)圖17至圖20C，對燃料電池用隔板制造方法進行說明。
首先，將根據(jù)圖17至圖18，對用于使用水溶性聚合物來制造燃料氣體通路226和冷卻水通路槽221的型芯250的模制步驟進行說明。
圖17(a)至(c)示出了根據(jù)本發(fā)明第六實施例的燃料電池用隔板制造方法的第一步驟。
如圖17(a)所示，把陽極電極擴散層215設定在打開的型芯模具256的可動模257上，然后使可動模257沿箭頭方向朝固定模258下降，并把型芯模具256鎖定。
然后，如圖17(b)所示，如箭頭[1]所示，用熔融的水溶性聚合物填充型芯模具256的空腔256a。在可使水溶性聚合物凝固并把型芯250與陽極電極擴散層215接合(即一體化)之后，如箭頭所示，使可動模257上升。
作為水溶性聚合物，可列舉出例如聚丙烯酰胺(polyacrylamide)、聚丙烯酸(polyacrylic acid)、聚甲基丙烯酸(polymethacrylic acid)、聚甲叉丁二酸(polyitaconic acid)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)等，然而本發(fā)明不限于此。也就是說，作為水溶性聚合物，可以使用任何可用作型芯并具有水溶性的物質(zhì)。
最后，如圖17(c)所示，從通過使可動模257上升而打開的型芯模具256的空腔256a內(nèi)取出與陽極電極擴散層215一體模制的型芯250。
圖18示出了采用圖17所示的第一步驟制造的型芯250。為使其形狀容易理解，型芯250顯示為面朝上。
陽極電極擴散層215在一端部具有燃料氣體供給開孔216a、冷卻水供給開孔218a和氧化劑氣體供給開孔217a，并在其另一端部具有燃料氣體排出開孔216b、冷卻水排出開孔218b和氧化劑氣體排出開孔217b。
燃料氣體供給開孔216a、冷卻水供給開孔218a和氧化劑氣體供給開孔217a具有燃料氣體供給開孔型芯251a、冷卻水供給開孔型芯252a和氧化劑氣體供給開孔型芯253a。
燃料氣體排出開孔216b、冷卻水排出開孔218b和氧化劑氣體排出開孔217b具有燃料氣體排出開孔型芯251b、冷卻水排出開孔型芯252b和氧化劑氣體排出開孔型芯253b。
燃料氣體通路型芯254與陽極電極擴散層215一體模制；燃料氣體通路型芯254的供給側254a與燃料氣體供給開孔型芯251a連接，并且燃料氣體通路型芯254的排出端254b與燃料氣體排出開孔型芯251b連接。這樣，可把陽極電極擴散層215、燃料氣體供給開孔型芯251a、冷卻水供給開孔型芯252a、氧化劑氣體供給開孔型芯253a、燃料氣體排出開孔型芯251b、冷卻水排出開孔型芯252b、氧化劑氣體排出開孔型芯253b和燃料氣體通路型芯254一體組合起來。
燃料氣體供給開孔型芯251a、冷卻水供給開孔型芯252a、氧化劑氣體供給開孔型芯253a、燃料氣體排出開孔型芯251b、冷卻水排出開孔型芯252b、氧化劑氣體排出開孔型芯253b和燃料氣體通路型芯254構成型芯250。
當把型芯250和陽極電極擴散層215設在金屬模具的空腔內(nèi)時，把燃料氣體供給開孔型芯251a的端部251c、冷卻水供給開孔型芯252a的端部252c、氧化劑氣體供給開孔型芯253a的端部253c、燃料氣體排出開孔型芯251b的端部251e、冷卻水排出開孔型芯252b的端部252e、以及氧化劑氣體排出開孔型芯253b的端部253e放置在模的空腔面上。
下面，將根據(jù)圖19和圖20，對第一隔板的模制步驟進行說明。
圖19(a)和(b)示出了根據(jù)第六實施例的燃料電池用隔板制造方法的第二步驟。
如圖19(a)所示，把型芯250和陽極電極擴散層215設在金屬模具260的固定模261上，并如箭頭所示，使可動模262下降并把金屬模具260鎖定。
正如參照圖18說明的那樣，把型芯250放置成下述部分被放置在金屬模具260的空腔面263a上燃料氣體供給開孔型芯251a的端部251c、冷卻水供給開孔型芯252a的端部252c、氧化劑氣體供給開孔型芯253a的端部253c、燃料氣體排出開孔型芯251b的端部251e、冷卻水排出開孔型芯252b的端部252e、以及氧化劑氣體排出開孔型芯253b的端部253e。也就是說，把型芯250和陽極電極擴散層215設置在固定模261的空腔面263a上。
由于這樣可使用供給開孔型芯251a、252a、253a和排出開孔型芯251b、252b、253b來把型芯250置于空腔263內(nèi)，所以可使為把型芯250設置在空腔263內(nèi)通常所必要的諸如型芯撐的型芯支撐部件沒有必要。當使用型芯支撐部件時，存在的一種風險是，在用樹脂填充空腔263內(nèi)部并模制隔板之后，型芯支撐部件將作為間隙殘留在隔板內(nèi)。此時，有必要用諸如硅劑(silincon agent)的密封劑填充殘留間隙，但對于第六實施例則沒有這種必要。
在圖19(b)中，通過閉合金屬模具260，把型芯250置于金屬模具260的空腔263內(nèi)，并把陽極電極擴散層215設置在型芯250與可動模262的空腔面263b之間的間隙內(nèi)。在該狀態(tài)下，如箭頭[2]所示，用熔融的樹脂填充空腔263。之后，可使空腔263內(nèi)的熔融樹脂凝固。
圖20(a)至(c)示出了根據(jù)第六實施例的燃料電池用隔板制造方法的第三步驟。
如上所述，通過使熔融樹脂凝固，把第一隔板220與型芯250和陽極電極擴散層2i5一體地形成。之后，如圖20(a)所示，使可動模262上升以打開金屬模具260，并從空腔263內(nèi)取出第一隔板220、型芯250和陽極電極擴散層215。
然后，如圖20(b)所示，把從空腔內(nèi)取出的第一隔板220、型芯250和陽極電極擴散層215浸入蓄存在水箱265內(nèi)的水266中。結果，型芯250在水中溶解，并且型芯250從第一隔板220內(nèi)溶出。由于用水溶性聚合物來模制型芯250，所以可使型芯250在水中溶解。因此，由于可使型芯250溶解用的設備制造簡單，所以可抑制設備費用并可實現(xiàn)成本降低。
最后，從水箱265內(nèi)取出第一隔板220和陽極電極擴散層215。如圖20(c)所示，如此取出的第一隔板220由于型芯250溶解而具有在內(nèi)部形成的燃料氣體通路226。使用圖20(a)所示的固定模261的空腔面263a來模制第一隔板220的冷卻水通路槽221。這樣，獲得與陽極電極擴散層215一體形成的第一隔板220。
通過順次執(zhí)行圖17至圖20所示的步驟，采用與第一隔板220同樣的方法，也可獲得與圖1所示的與陰極電極擴散層235一體形成的第二隔板240。
如圖21所示，把這樣獲得的具有陽極電極擴散層215的第一隔板220和具有陰極電極擴散層235的第二隔板240組合在一起。也就是說，把第一和第二隔板220、240的冷卻水通路形成面220a、240a組合在一起，并使第一隔板220和第二隔板240接合起來。因此，使用第一隔板220內(nèi)的冷卻水通路槽221和第二隔板240內(nèi)的冷卻水通路槽241形成了冷卻水通路230。
而且，通過把第一隔板220與陽極電極擴散層215一體模制，在其燃料氣體通路形成面220b中形成了多個燃料氣體通路226。并且通過把第二隔板240與陰極電極擴散層235一體模制，在其氧化劑氣體通路形成面240b中形成了多個氧化劑氣體通路246。
如上所述，在該第六實施例中，使用水溶性聚合物來制造型芯250，并在第一隔板220內(nèi)使用該型芯250來模制多個燃料氣體通路226。也就是說，通過在模制第一隔板220之后用水266溶解型芯250，可形成多個燃料氣體通路226。
而且對于第二隔板240，與對于第一隔板220同樣，使用水溶性聚合物來制造型芯，并在第二隔板240內(nèi)使用該型芯模制多個氧化劑氣體通路246。也就是說，通過在模制第二隔板240之后用水266溶解型芯，可形成多個氧化劑氣體通路246。
由于可以照這樣用水266溶解第一和第二隔板220、240內(nèi)的型芯，所以可簡單地形成第一和第二隔板220、240的燃料氣體通路226和氧化劑氣體通路246。
而且，把第一和第二隔板220、240分別與陽極電極擴散層215和陰極電極擴散層235一體形成。這樣，可對第一隔板220與陽極電極擴散層215之間的電氣接觸電阻進行抑制，并可對第二隔板240與陰極電極擴散層235之間的電氣接觸電阻進行抑制。通過這樣抑制電氣接觸電阻，可降低過電壓和防止燃料電池的輸出降低。
接下來，根據(jù)下面的表1對在第六實施例中所述的伴隨電氣接觸電阻的過電壓(電阻過電壓)進行說明。
表1

第一對比示例是一種通過使陽極電極擴散層與第一隔板組合在一起進行接觸、而不使陽極電極擴散層與第一隔板一體化所制成的結構。
第六實施例是一種通過使陽極電極擴散層與第一隔板一體化所制成的結構。
第一對比示例和第六實施例的電阻過電壓是在以下條件下測量的。
也就是說，把電池模塊溫度設定為80℃并提供純H2作為陽極氣體(燃料氣體)，并且提供空氣作為陰極氣體(氧化劑氣體)。
使陽極側燃料氣體溫度為80℃，并使陰極側氧化劑氣體溫度為80℃，以及使陽極側燃料氣體壓力為50kPa，并使陰極側氧化劑氣體壓力為100kPa。在這些條件下，使電流密度為0.883A/cm2的電流流過。
這樣的結果是，第六實施例的電阻過電壓與第一對比示例的電阻過電壓相比，每電池模塊降低0.014V。因此，可以看出，通過如同第六實施例那樣使第一隔板與陽極電極擴散層一體化，可以降低電阻過電壓并且防止燃料電池的輸出降低。
下面，將根據(jù)圖22(a)至(c)，對根據(jù)第七實施例的燃料電池用隔板制造方法進行說明。在該第七實施例中，與第六實施例中相同的部件已被賦予相同的標號，這里將省略其說明。
如圖22(a)所示，在型芯模具27b被鎖定的狀態(tài)下，如箭頭[3]所示，用熔融水溶性聚合物填充開口型芯模具276的空腔276a。在使水溶性聚合物凝固并從而模制型芯250之后，如箭頭所示，使可動模277上升。
然后，如圖22(b)所示，從通過使可動模277上升而打開的型芯模具276的空腔276a內(nèi)取出型芯250。
最后，如圖22(c)所示，把型芯250設在金屬模具260的固定模261內(nèi)，之后，如箭頭所示，把陽極電極擴散層215放置在型芯250上。在這樣把型芯250和陽極電極擴散層215設在空腔263內(nèi)之后，如箭頭所示，使可動模262下降以閉合金屬模具260。
結果，達到第六實施例的圖19(b)的狀態(tài)。之后，通過循序重復與第六實施例中相同的步驟，獲得圖14所示的與陽極電極擴散層215一體形成的第一隔板220。
而且，采用與圖22中相同的步驟，獲得圖14所示的與陰極電極擴散層235一體形成的第二隔板240。
這樣，對于該第七實施例，可獲得與第六實施例相同的效果。
而且，使用第七實施例的燃料電池用隔板制造方法，可把型芯250與陽極電極擴散層215分開模制。這樣，由于可以合適地選擇第六實施例和第七實施例中的任何一方的型芯250模制方法，所以可提高設計的自由度。
接下來，將根據(jù)圖23至圖29，對根據(jù)本發(fā)明第八實施例的燃料電池用隔板制造方法進行說明。在對第八實施例進行說明時，與第六實施例中相同的部件已被賦予相同的標號，這里將省略其說明。
圖23示出了根據(jù)第八實施例的具有燃料電池用隔板的燃料電池。
第八實施例的燃料電池280具有電池模塊281，該電池模塊281是通過以下方式制成的把陽極電極213和陰極電極214附加給電解質(zhì)膜212；把燃料電池用隔板(隔板)282面對面與陽極電極213側組合在一起，并且陽極電極擴散層215位于兩者之間；以及把隔板282面對面與陰極電極214側組合在一起，并且陰極電極擴散層235位于兩者之間。
如圖24所示，通過把陽極電極擴散層215與燃料氣體通路形成面(隔板的兩面中的一面)282a一體地模制，隔板282具有在燃料氣體通路形成面282a中形成的多個燃料氣體通路(氣體通路)283。
而且，通過把陰極電極擴散層235與氧化劑氣體通路形成面(隔板的兩面中的另一面)282b一體地模制，隔板282具有在氧化劑氣體通路形成面282b中形成的多個氧化劑氣體通路(氣體通路)284。
而且，隔板282具有在燃料氣體通路283與氧化劑氣體通路284之間形成的多個冷卻水通路285。
作為構成隔板282的樹脂，與第六實施例中一樣，一種包含60～90wt％碳素材料的樹脂組合物可作為示例，該樹脂組合物通過把天然石墨、人造石墨、Ketjen炭黑、乙炔炭黑等單獨混合或者與具有耐酸性的熱塑性樹脂進行混合來制成。
作為具有耐酸性的熱塑性樹脂，可列舉出例如乙烯乙酸乙烯酯共聚物(ethylene vinyl acetate copolymer)、乙烯丙烯酸乙酯共聚物(ethylene ethyl acrylate copolymer)、直鏈低密度聚乙烯(straight-chain low-density polyethylene)、聚苯硫醚(polyphonylene sulfide)、改性聚苯醚(modified polyphenylene oxide)等，然而本發(fā)明不限于這些。
燃料氣體通路283與圖23所示的隔板282的頂部左側的燃料氣體供給開孔291a連通，并與隔板282的底部右側的燃料氣體排出開孔291b連通。
圖24所示的氧化劑氣體通路284與圖23所示的隔板282的頂部右側的氧化劑氣體供給開孔292a連通，并與隔板282的底部左側的氧化劑氣體排出開孔292b連通。
而且，圖24所示的冷卻水通路285與圖23所示的隔板282的頂部中央的冷卻水供給開孔293a連通，并與隔板282的底部中央的冷卻水排出開孔293b連通。
也就是說，第八實施例的燃料電池用隔板282與第六實施例的不同點僅在于，通過在燃料氣體通路283與氧化劑氣體通路284之間形成冷卻水通路285，把第六實施例的第一和第二隔板220、240一體地模制，在其構成的其他方面，與第六實施例相同。
通過照這樣把第一和第二隔板220、240一體形成，就消除了在一對第一和第二隔板220、240之間產(chǎn)生的電氣接觸電阻，并且更好地防止了燃料電池的輸出降低。
下面，將根據(jù)圖25至圖29，對根據(jù)第八實施例的燃料電池用隔板制造方法進行說明。
首先，根據(jù)圖25至圖27，對用于使用水溶性聚合物來形成燃料氣體通路283、氧化劑氣體通路284和冷卻水通路285(參見圖24)的型芯300(參見圖27)的模制步驟進行說明。該型芯300由第一氣體通路型芯、第二氣體通路型芯和冷卻水通路型芯構成，以下對第一氣體通路型芯、第二氣體通路型芯和冷卻水通路型芯的制造步驟進行說明。與第六實施例中一樣，使用水溶性聚合物來模制型芯300。作為水溶性聚合物，可列舉出例如聚丙烯酰胺(polyacrylamide)、聚丙烯酸(polyacrylic)、聚甲基丙烯酸(polymethacrylic)、聚甲叉丁二酸(polyitaconate)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)等，然而本發(fā)明不限于此。也就是說，作為水溶性聚合物，可以使用任何可用作型芯并具有水溶性的物質(zhì)。
圖25(a)至(c)示出了根據(jù)第八實施例的燃料電池用隔板制造方法的第一步驟。首先，對圖24所示的燃料氣體通路283的第一氣體通路型芯的模制示例進行說明。
如圖25(a)所示，在把陽極電極擴散層215設在打開的型芯模具286的可動模287上之后，如箭頭所示，使可動模287朝固定模288下降，以閉合型芯模具286。
在圖25(b)中，如箭頭[4]所示，用熔融水溶性聚合物填充型芯模具286的空腔286a的內(nèi)部。在使水溶性聚合物凝固并把第一氣體通路型芯301與陽極電極擴散層215接合(即一體化)之后，如箭頭所示，使可動模287上升。
如圖25(c)所示，從通過使可動模287上升而打開的型芯模具286的空腔286a內(nèi)取出與陽極電極擴散層215一體地模制的第一氣體通路型芯301。
采用與圖25所示步驟類似的步驟，可把用于圖24所示的氧化劑氣體通路284的第二氣體通路型芯305(參見圖27)與陰極電極擴散層235一體地模制。
以下將參照圖27，來詳細說明用于燃料氣體通路283的第一氣體通路型芯301和陽極電極擴散層215、以及用于氧化劑氣體通路284的第二氣體通路型芯305和陰極電極擴散層235。
圖26(a)和(b)示出了根據(jù)第八實施例的燃料電池用隔板制造方法的第二步驟，并將對用于圖24所示的冷卻水通路285的冷卻水型芯的模制示例進行說明。
如圖26(a)所示，在型芯模具296被鎖定的狀態(tài)下，如箭頭[5]所示，用熔融水溶性聚合物填充型芯模具296的空腔296a。在使水溶性聚合物凝固并形成冷卻水通路型芯311之后，如箭頭所示，使可動模297上升。
然后，如圖26(b)所示，從通過使可動模297上升而打開的型芯模具296的空腔296a內(nèi)取出冷卻水通路型芯311。
參照圖27對所模制的用于冷卻水通路285的冷卻水通路型芯311進行說明。
圖27示出了在根據(jù)第八實施例的燃料電池用隔板制造方法中使用的型芯(第一和第二氣體通路型芯和冷卻水通路型芯)。
陽極電極擴散層215在一端部具有燃料氣體供給開孔216a、冷卻水供給開孔218a和氧化劑氣體供給開孔217a，并在其另一端部具有燃料氣體排出開孔216b、冷卻水排出開孔218b和氧化劑氣體排出開孔217b。把第一氣體通路型芯301與陽極電極擴散層215一體地模制。
也就是說，第一氣體通路型芯301在燃料氣體供給開孔216a處具有燃料氣體供給開孔型芯302，并在燃料氣體排出開孔216b處具有燃料氣體排出開孔型芯303。通過把燃料氣體通路型芯304與燃料氣體供給開孔型芯302和燃料氣體排出開孔型芯303一體地模制，獲得了第一氣體通路型芯301。把燃料氣體通路型芯304與陽極電極擴散層215一體地模制。這樣，可把陽極電極擴散層215和第一氣體通路型芯301一體地組合起來。
陰極電極擴散層235在一端部具有燃料氣體供給開孔236a、冷卻水供給開孔238a和氧化劑氣體供給開孔237a，并在其另一端部具有燃料氣體排出開孔236b、冷卻水排出開孔238b和氧化劑氣體排出開孔237b。把第二氣體通路型芯305與該陰極電極擴散層235一體地模制。
也就是說，第二氣體通路型芯305在氧化劑氣體供給開孔237a處具有氧化劑氣體供給開孔型芯306，并在氧化劑氣體排出開孔237b處具有氧化劑氣體排出開孔型芯307。通過把氧化劑氣體通路型芯308與氧化劑氣體供給開孔型芯306和氧化劑氣體排出開孔型芯307一體地模制，獲得了第二氣體通路型芯305。把氧化劑氣體通路型芯308與陰極電極擴散層235一體地模制。這樣，可把陰極電極擴散層235和第二氣體通路型芯305一體組合。
設置在第一氣體通路型芯301與第二氣體通路型芯305之間的冷卻水通路型芯311在一端部與冷卻水供給開孔型芯313一體形成，并在其另一端部與冷卻水排出開孔型芯314一體形成。該冷卻水供給開孔型芯313裝配到陽極電極擴散層215和陰極電極擴散層235各自的冷卻水供給開孔218a、238a內(nèi)，并且裝配到陽極電極擴散層215和陰極電極擴散層235各自的冷卻水排出開孔218b、238b內(nèi)。
同時，陽極電極擴散層215側的燃料氣體供給開孔型芯302和燃料氣體排出開孔型芯303分別裝配到陰極電極擴散層235的燃料氣體供給開孔236a和燃料氣體排出開孔236b內(nèi)。
而且，陰極電極擴散層235側的氧化劑氣體供給開孔型芯306和氧化劑氣體排出開孔型芯307分別裝配到陽極電極擴散層215的氧化劑氣體供給開孔217a和氧化劑氣體排出開孔217b內(nèi)。
結果，冷卻水供給開孔型芯313和冷卻水排出開孔型芯314各自的底端313a、314a與陽極電極擴散層215齊平。而且，冷卻水供給開孔型芯313和冷卻水排出開孔型芯314各自的頂端313b、314b與陰極電極擴散層235齊平。
而且，燃料氣體供給開孔型芯302和燃料氣體排出開孔型芯303各自的頂端302a、303a與陰極電極擴散層235齊平。
而且，氧化劑氣體供給開孔型芯306和氧化劑氣體排出開孔型芯307各自的底端306a、307a與陽極電極擴散層215齊平。
下面，將根據(jù)圖28和圖29，對隔板的模制步驟進行說明。
圖28(a)和(b)示出了根據(jù)本發(fā)明第八實施例的燃料電池用隔板制造方法的第三步驟。
如圖28(a)所示，把第一氣體通路型芯301和陽極電極擴散層215設置在金屬模具320的固定模321內(nèi)，并如箭頭所示，把冷卻水通路型芯311放置在第一氣體通路型芯301上。
然后，如箭頭所示，把第二氣體通路型芯305和陰極電極擴散層235放置在冷卻水通路型芯311上，并使可動模322下降以閉合金屬模具320。
此處，圖27所示的第二氣體通路型芯305和陰極電極擴散層235由氧化劑氣體供給開孔型芯306和氧化劑氣體排出開孔型芯307支撐在空腔面323a上。冷卻水通路型芯311由冷卻水供給開孔型芯313和冷卻水排出開孔型芯314支撐在空腔面323a上。
這樣，把第二氣體通路型芯305通過氧化劑氣體供給開孔型芯306和氧化劑氣體排出開孔型芯307設置在空腔323內(nèi)，并把冷卻水通路型芯311通過冷卻水供給開孔型芯313和冷卻水排出開孔型芯314設置在空腔323內(nèi)。由于這樣把第二氣體通路型芯305和冷卻水通路型芯311設置在空腔323內(nèi)，所以可省去通常必要的型芯支撐部件。
當設有型芯支撐部件時，存在的一種風險是，在用樹脂填充空腔323內(nèi)部并模制隔板之后，型芯支撐部件將作為間隙殘留在隔板內(nèi)。在該情況下，有必要用諸如硅劑那樣的密封劑填充殘留間隙，但對于第八實施例則沒有這種必要。
如圖28(b)所示，通過閉合金屬模具320，把第一和第二氣體通路型芯301、305和冷卻水通路型芯311設置在金屬模具320的空腔323內(nèi)。把陽極電極擴散層215設置在第一氣體通路型芯301與固定模321的空腔面323a之間的間隙內(nèi)。把陰極電極擴散層235設置在第二氣體通路型芯305與可動模322的空腔面323b之間的間隙內(nèi)。在該狀態(tài)下，如箭頭[6]所示，用熔融樹脂填充空腔323。
圖29(a)至(c)示出了根據(jù)第八實施例的燃料電池用隔板制造方法的第四步驟。
如圖29(a)所示，在把填充有已凝固的樹脂的隔板282與型芯300(第一氣體通路型芯301，第二氣體通路型芯305和冷卻水通路型芯311)、陽極電極擴散層215和陰極電極擴散層235一體地模制之后，使可動模322上升以打開金屬模具320。在打開模具之后，從金屬模具320的空腔323內(nèi)取出型芯300、陽極電極擴散層215和陰極電極擴散層235。
如圖29(b)所示，把一體化的隔板282、型芯300、陽極電極擴散層215和陰極電極擴散層235浸入水箱325內(nèi)的水326中。通過這樣用水326溶解型芯300，使型芯300從隔板282內(nèi)溶出。
由于通過使用水溶性聚合物來模制型芯300，可用水326溶出型芯300，從而可使型芯300的溶出用設備制造簡單，并可抑制設備費用和實現(xiàn)成本降低。
在圖29(c)中，通過從隔板282內(nèi)溶出第一和第二氣體通路型芯301、305和冷卻水通路型芯311，可在隔板282內(nèi)形成多個燃料氣體通路283、多個冷卻水通路285和多個氧化劑氣體通路284。
在該狀態(tài)下，通過從水箱325內(nèi)取出隔板282、陽極電極擴散層215和陰極電極擴散層235，獲得了與陽極電極擴散層215和陰極電極擴散層235一體形成并且形成在二者之間的隔板282。該隔板282相對于圖24所示的隔板282是倒轉的。
對于上述第八實施例，可獲得與第六實施例相同的效果。也就是說，對于第八實施例，通過采用水溶性聚合物來形成型芯300并在模制隔板282之后用水326溶出型芯300，可簡單地形成多個燃料氣體通路283和氧化劑氣體通路284。
而且，通過把隔板282與陽極電極擴散層215和陰極電極擴散層235一體形成，可以抑制隔板282與陽極電極擴散層215之間的電氣接觸電阻，可以抑制隔板282與陰極電極擴散層235之間的電氣接觸電阻，并且可以防止燃料電池的輸出降低。
此外，對于第八實施例，通過利用水溶性聚合物型芯300來在隔板282內(nèi)形成多個冷卻水通路285，就沒有必要如在現(xiàn)有技術中那樣把一對隔板組合在一起以形成冷卻水通路。因此，不再有在現(xiàn)有技術中產(chǎn)生在一對隔板間的電氣接觸電阻。并且通過照這樣抑制接觸電阻，可以降低電阻過電壓和防止燃料電池的輸出降低。
接下來，將根據(jù)下面的表2對第八實施例的電阻過電壓進行說明。
表2

第二對比示例是通過使第二隔板與第一隔板組合在一起而不使第一隔板與第二隔板一體化所制成的。
在第八實施例中，則使隔板一體化。
第二對比示例和第八實施例的電阻過電壓是在以下條件下測量的。
也就是說，把電池模塊溫度設定為80℃并提供純H2作為陽極氣體(燃料氣體)，并且提供空氣作為陰極氣體(氧化劑氣體)。
使陽極側燃料氣體溫度為80℃，并使陰極側氧化劑氣體溫度為80℃，以及使陽極側燃料氣體壓力為50kPa，并使陰極側氧化劑氣體壓力為100kPa。在這些條件下，使電流密度為0.883A/cm2的電流流過。
這樣的結果是，第八實施例的電阻過電壓與第二對比示例的電阻過電壓相比，每電池模塊降低了0.027V。因此，可以看出，如在第八實施例中那樣，通過使隔板一體化，可降低電阻過電壓并且防止燃料電池的輸出降低。
接下來，對第九實施例進行說明。
在第八實施例中，如圖27所示，對以下示例作了說明，即把第一氣體通路型芯301與陽極電極擴散層215一體模制，并把第二氣體通路型芯305與陰極電極擴散層235一體模制；然而，本發(fā)明不限于此，也可把第一氣體通路型芯301與陽極電極擴散層215分開模制，并可把第二氣體通路型芯305與陰極電極擴散層235分開模制。
在該情況下，首先，把陽極電極擴散層215設置在圖28所示的金屬模具320的空腔323內(nèi)，并把第一氣體通路型芯301放置在該陽極電極擴散層215上。把冷卻水通路型芯311放置在該第一氣體通路型芯301上；把第二氣體通路型芯305放置在冷卻水通路型芯311上；然后把陰極電極擴散層235放置在第二氣體通路型芯305上。
通過在該狀態(tài)下閉合金屬模具320，與第八實施例的圖28(b)同樣，可把第一氣體通路型芯301、第二氣體通路型芯305、冷卻水通路型芯311、陽極電極擴散層215、以及陰極電極擴散層235設定在空腔323內(nèi)。因此，在該第九實施例中，也可獲得與第八實施例相同的效果。
使用第九實施例的燃料電池用隔板制造方法，可把第一氣體通路型芯301與陽極電極擴散層215分開形成，并可把第二氣體通路型芯305與陰極電極擴散層235分開形成。因此，由于可從第八實施例和第九實施例中的任何一方中合適地選擇第一和第二通路型芯301、305的模制方法，從而可提高設計的自由度。
在第六至第八實施例中，對使用固體聚合物材料作為電解質(zhì)膜212的固體聚合物燃料電池200、280作了說明；然而，本發(fā)明不限于此，并也可適用于其他燃料電池。
盡管在第六和第七實施例中對使用噴注模制法來模制第一和第二隔板220、240的示例作了說明，然而本發(fā)明不限于此，例如也可使用熱壓模制法或傳遞模制法來對它們進行模制。傳遞模制設備是一種把一次注料量的模制材料投入與空腔分離的罐內(nèi)、并使用柱塞把處于熔融狀態(tài)的材料傳遞到空腔用于模制的方法。
為了使用熱壓模制法來模制第一和第二隔板220、240，作為構成第一和第二隔板220、240的樹脂，包含60～90wt％碳素材料的樹脂組合物可作為示例，該樹脂組合物通過把天然石墨、人造石墨、Ketjen炭黑、乙炔炭黑等單獨混合或者與具有耐酸性的熱塑性樹脂進行混合來制成。作為具有耐酸性的熱塑性樹脂，可列舉出例如苯酚、乙烯基酯，然而本發(fā)明不限于這些。
在燃料電池用隔板的制造中，在使用型芯來形成燃料氣體通路或冷卻水通路時，由于使用低熔點金屬或水溶性聚合物，并通過加熱或通過用水溶解來取出型芯，所以可容易地形成通路，并且，與通過把隔板組合在一起來形成通路的現(xiàn)有技術相比，電氣接觸電阻較低，同時改進了密封性。因此，本發(fā)明在燃料電池制造的各種行業(yè)都是有用的。
權利要求
1.一種燃料電池用隔板制造方法，其中，采用碳和熱固性樹脂的混揉物來模制塑坯，并使用該塑坯在相鄰的隔板之間形成冷卻水通路，該制造方法包括把用于形成冷卻水通路的型芯和用于保持該型芯的保持部件置于兩個塑坯之間的步驟；通過對所述塑坯以及型芯和保持部件進行整體壓縮并加熱來模制隔板的步驟；以及通過在隨后加熱步驟使型芯熔融和排出來形成冷卻水通路的步驟。
2.根據(jù)權利要求1所述的燃料電池用隔板制造方法，其中，所述型芯由低熔點金屬制成。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的燃料電池用隔板制造方法，其中，在模制隔板之后的加熱步驟是一退火步驟。
4.一種燃料電池用隔板制造方法，包括使用水溶性聚合物來制造用于形成氣體通路的型芯的步驟；把型芯置于金屬模具的空腔內(nèi)并把電極擴散層置于型芯與空腔面之間的間隙內(nèi)的步驟；用熔融的樹脂填充空腔的步驟；在把型芯和電極擴散層一體形成之后從空腔內(nèi)取出熔融樹脂已凝固的隔板的步驟；以及通過用水從隔板中溶出型芯，利用隔板和電極擴散層在隔板的表面形成氣體通路的步驟。
5.一種燃料電池用隔板制造方法，包括使用水溶性聚合物來制造用于形成氣體通路和冷卻水通路的氣體通路型芯和冷卻水通路型芯的步驟；把氣體通路型芯設置成面向金屬模具的空腔面、把電極擴散層置于氣體通路型芯與空腔面之間的間隙中、以及按照與氣體通路型芯的預定間隔來放置冷卻水通路型芯的步驟；用熔融的樹脂填充空腔的步驟；在把氣體通路型芯、冷卻水通路型芯和電極擴散層一體形成之后從空腔內(nèi)取出熔融樹脂已凝固的隔板的步驟；以及通過用水從隔板中溶出氣體通路型芯和冷卻水通路型芯、利用隔板和電極擴散層在隔板的表面形成氣體通路并在隔板內(nèi)形成冷卻水通路的步驟。
全文摘要
在制造燃料電池用隔板時，首先，把型芯(31，94)置于兩個塑坯(17，90，101)之間并形成帶型芯的隔板(41，95，107)。之后，通過加熱使型芯熔融并將其排出，以形成多個冷卻水通路(54)。結果，由于無需把隔板組合在一起來形成冷卻水通路，所以密封變得沒有必要。而且，由于無需把隔板組合在一起，所以電氣接觸電阻也下降了。
文檔編號H01M8/04GK1526180SQ0281380
公開日2004年9月1日 申請日期2002年6月26日 優(yōu)先權日2001年7月9日
發(fā)明者吉田尚, 石黑顕, 西好次 申請人:本田技研工業(yè)株式會社