專利名稱：高分子電解質(zhì)型燃料電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在移動電源、電動汽車用電源、家庭內(nèi)聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)等方面使用的采用高分子電解質(zhì)的燃料電池，特別涉及其導電性隔板的改進。
背景技術(shù)：
采用高分子電解質(zhì)的燃料電池，是使含氫的燃料氣體與空氣等含氧的氧化劑氣體進行電化學反應，同時產(chǎn)生電力和熱。該燃料電池基本上是由能選擇性地輸送氫離子的高分子電解質(zhì)膜、以及在高分子電解質(zhì)膜兩面形成的一對電極——陽極和陰極——構(gòu)成。上述電極，通常是由以擔載鉑族金屬催化劑的碳粉末為主要成分在高分子電解質(zhì)膜的表面形成的催化劑層、以及在該催化劑層的外面上形成的、兼具透氣性和電子傳導性的擴散層構(gòu)成。
為了不使供給電極的燃料氣體和氧化劑氣體外泄導致兩種氣體相互混合，在電極周圍夾住高分子電解質(zhì)膜配置密封墊。該密封墊是預先與電極以及高分子電解質(zhì)膜一體化組裝的。稱其為MEA(電解質(zhì)膜-電極接合體)。在MEA的外側(cè)，對其進行機械固定，同時配置用于使相鄰的MEA相互電串聯(lián)連接的導電性的隔板。在隔板的與MEA接觸的部分，形成用于向電極面供給反應氣體、將生成氣體和剩余氣體導出的氣體通道。氣體通道也可以與隔板分開設(shè)計，但在隔板的表面上設(shè)計槽作為通道的方式是通常采取的方法。
為了向這些槽提供燃料氣體和氧化劑氣體，將分別提供燃料氣體以及氧化劑氣體的配管根據(jù)使用的隔板的張數(shù)分支，必須有將該分支前端直接連接在隔板的槽上的配管導件。該導件叫做集流器，從上述那樣的燃料氣體以及氧化劑氣體的供給配管直接接入的類型叫做外部集流器。該集流器中，也有結(jié)構(gòu)設(shè)計得更簡單的叫做內(nèi)部集流器的形式。所謂內(nèi)部集流器，就是在形成氣體通道的隔板上，設(shè)計貫通的孔，將氣體通道的出入口通到該孔，從該孔直接提供燃料氣體以及氧化劑氣體的形式。
燃料電池，因為在運行中發(fā)熱，為了維持電池良好的溫度狀態(tài)，必須用冷卻水等進行冷卻。通常，每1～3個電池單體設(shè)計流過冷卻水的冷卻部。有將冷卻部插入隔板與隔板之間的形式，和在隔板的背面上設(shè)計冷卻水通道作為冷卻部的形式，多采用后者。一般的疊層電池的構(gòu)造，是將這些MEA與隔板以及冷卻部交替重疊10～400個電池單體，并將該層疊體置于集電板與絕緣板間用端板夾住，再用緊固螺栓從兩端固定。
用在這樣的高分子電解質(zhì)型燃料電池上的隔板，導電性強，且對于燃料氣體具有高氣密性，并且對于氫與氧進行氧化還原時的反應必須具有高耐腐蝕性，即具有耐酸性。由于這樣的原因，傳統(tǒng)的隔板，是通過在玻璃化碳板或樹脂浸含石墨板等的表面利用切削加工等形成氣體通道，或者將膨脹石墨粉末與粘合劑一起放入形成氣體通道槽的沖模上，對其沖壓加工之后，進行熱處理，這樣制作而成。
但是，在如以上那樣利用玻璃化碳板或樹脂浸含石墨板的切削制作隔板的方法中，玻璃化碳板或樹脂浸含石墨板的材料成本本身就高，加之也難以降低其切削的成本。沖壓加工膨脹石墨的方法，又往往難以提高材料的力學強度，特別是作為電動汽車的動力源的時候，會因行駛中的振動和沖擊發(fā)生龜裂。并且，還存在難以消除氣體滲透性的問題。
又，這些碳制隔板，其用作導電性材料的石墨，由于本身的疏水性，對于電池的電極反應產(chǎn)生的生成水潤濕性差。因此，存在隔板表面上的氣體通道因生成水引起氣孔堵塞的所謂液泛的問題。燃料電池串聯(lián)層疊數(shù)量多的時候，因為生成水對隔板表面的潤濕性差，所以，還存在使層疊的電池單體之間的氣體分配不均，導致性能的偏差的問題。
高分子電解質(zhì)型燃料電池，為了減小高分子電解質(zhì)膜的比電阻維持高發(fā)電效率，通常在50℃～100℃、最好在70℃～90℃的運行溫度下使用。而且，高分子電解質(zhì)膜，通過含水達飽和以減小比電阻，使膜發(fā)揮作為氫離子傳導性電解質(zhì)的功能。因此，為了保持燃料電池的發(fā)電效率，必須保持膜的含水狀態(tài)為飽和。所以，可采取通過向反應氣體提供水以提高反應氣體的濕度而后提供給燃料電池，抑制水從膜向氣體蒸發(fā)，防止膜干燥的方法。
但是，當燃料電池發(fā)電時，作為反應生成物生成水，該反應生成水與剩余的反應氣體一起排到燃料電池的外部。因此，電池單體內(nèi)的反應氣體中所含的水分的量，在反應氣體的流動方向的上游側(cè)與下游側(cè)之間產(chǎn)生差異，與反應氣體的上游側(cè)即入口側(cè)相比，在下游側(cè)即出口側(cè)，包含的水分多出了正好相當于反應生成水的量。
因此，為了保持膜的含水狀態(tài)為飽和，在將加濕到飽和狀態(tài)的反應氣體提供給電池單體時，在出口側(cè)水蒸汽達到過飽和狀態(tài)，變成水滴混在其中。又，上述水蒸氣，還在成為反應氣體的流動通道的隔板的氣體流通槽的內(nèi)側(cè)變成水滴滯留下來，并且，還往往發(fā)生堵塞通道妨礙氣體的流動的情況，使反應氣體的供應量不足，使電池特性下降。
又，當氣體流通槽的寬度大的時候，MEA可能會因氣體流通槽變形下垂，堵塞氣體流通槽，妨礙氣體流動，使反應氣體的供應量不足，使電池特性下降。
在高分子電解質(zhì)型燃料電池中，起主要作用的高分子電解質(zhì)膜，現(xiàn)在采用離子交換膜。離子交換膜，具有在存在金屬離子的時候，與膜內(nèi)的質(zhì)子置換將其捕獲的性質(zhì)。然而，因為當捕獲金屬離子的時候，在膜內(nèi)移動的質(zhì)子減少，所以，離子傳導的阻力上升，作為燃料電池的性能下降。因此，燃料電池，被設(shè)計為金屬離子不會到達電解質(zhì)膜的構(gòu)成。
在采用燃料電池的系統(tǒng)上，通常，制冷劑利用配管從燃料電池層疊體輸送到外部的換熱器，然后再回到燃料電池層疊體。換熱器，一般由高導熱材料、銅或鋁等金屬材料構(gòu)成。這些材料容易腐蝕。因此，在制冷劑為水的情況下，特別容易引起腐蝕，冷卻水中的金屬離子濃度上升到不能忽視的程度。
由樹脂以及碳的混合物構(gòu)成的隔板，因為碳粒子間存在極細微的間隙，因此，不會有絕對的氣密性。例如，作為氮的氣體滲透系數(shù)，其值大致為1×10-16mol/m·s·Pa～2×10-15mol/m·s·Pa。
因此，在由樹脂以及碳的混合物構(gòu)成的隔板上設(shè)計制冷劑的通道的時候，制冷劑以及溶解在其中的金屬離子透過隔板的壁面，雖然每每只是極微量的。特別是，在燃料電池運行的時候，溫度會上升。并且，因為使制冷劑在狹窄的通道內(nèi)循環(huán)從而產(chǎn)生了一定程度的壓力。而且，多數(shù)情況下，如果與制冷劑的壓力相比，燃料氣體以及氧化劑氣體側(cè)的壓力低，從而制冷劑受到壓向氣體通道側(cè)的力作用。由于這些原因，增加了透過隔板的量。
當制冷劑通過碳成型體上存在的微小的間隙或細孔浸透到氣體通道側(cè)時，當它是水的情況下，會造成過度的加濕，根據(jù)情況可能產(chǎn)生水滴，由此會妨礙氣體的順利流動。當制冷劑為油等的時候，由于附著在電極表面，會對燃料電池產(chǎn)生妨礙電極的功能等不良影響。
燃料電池的耐用年數(shù)，作為聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)等如果是5～10年，也是相當長的年數(shù)。因此，即使是極微量的制冷劑的滲透，長期下來，制冷劑中含的不純物，例如金屬離子從制冷劑的通道侵入氣體通道，最終進入高分子電解質(zhì)膜內(nèi)導致性能下降。
制冷劑因為在燃料電池層疊體的幾乎整體上循環(huán)，所以，由于燃料電池自身的發(fā)電，與制冷劑接觸的構(gòu)件處于相對于制冷劑具有不低的電位的狀態(tài)。該電位，雖然因燃料電池層疊體的部位而不同，但即使是在層疊數(shù)十個電池單體的時候，如果在制冷劑中存在離子傳導性，都足以發(fā)生因某種電化學反應引起的腐蝕，構(gòu)件以某種形式溶解析出，腐蝕下去的可能性極大。這樣的現(xiàn)象，即使在隔板由碳和樹脂構(gòu)成的時候也不能忽視。
因此，制冷劑的離子傳導性的控制很重要，使用水的時候，為了維持燃料電池系統(tǒng)運行中不可避免地上升的離子傳導性在低水平，有時也在冷卻水的循環(huán)通道內(nèi)設(shè)置離子交換樹脂，抑制離子傳導性的上升。但是，該方法也不能說是理想的，因為當冷卻水的溫度升高時，離子交換樹脂的使用有嚴格的條件，所以，除性能和耐久性方面存在問題外，還存在必須定期更換離子交換樹脂的缺點。
本發(fā)明的目的在于，改進氣體通道的至少一部分由含有導電性碳的成型體構(gòu)成的導電性隔板，防止隔板表面的氣體通道上滯留生成水或加濕水使電池單體間的氣體分配不均，導致性能的偏差。
又，本發(fā)明的目的在于，提供將氣體通道槽的下游側(cè)產(chǎn)生的水滴有效地排到燃料電池的外部的機構(gòu)，實現(xiàn)使反應氣體穩(wěn)定且均勻地流通的高分子電解質(zhì)型燃料電池。
又，本發(fā)明的目的在于，防止制冷劑從制冷劑的通道側(cè)透過隔板滲透到氣體通道側(cè)，防止制冷劑中所含的金屬離子等到達電解質(zhì)膜使電池性能下降。
發(fā)明簡介本發(fā)明涉及高分子電解質(zhì)型燃料電池，該高分子電解質(zhì)型燃料電池具有包含夾住高分子電解質(zhì)膜的陽極以及陰極的電解質(zhì)膜-電極接合體、具有向上述陽極提供燃料氣體的氣體通道的陽極側(cè)導電性隔板、具有向上述陰極提供氧化劑氣體的氣體通道的陰極側(cè)導電性隔板、在特定的陽極側(cè)導電性隔板與陰極側(cè)導電性隔板之間形成的制冷劑的通道、以及分別向上述各氣體通道以及制冷劑的通道提供燃料氣體、氧化劑氣體以及制冷劑的機構(gòu)；上述導電性隔板，在上述氣體通道的至少一部分上含有具有親水性官能團的導電性碳。
上述導電性隔板，有效于構(gòu)成氣體流動的下游側(cè)的氣體通道的槽的數(shù)量比上游側(cè)多。
具有上述制冷劑的通道的隔板，最好在上述制冷劑的通道的表面具有制冷劑不能滲透的膜。
在本發(fā)明的理想形式中，上述導電性隔板，由表面的至少一部分含有具有親水性官能團的導電性碳以及粘合劑的混合物的成型體構(gòu)成。
在本發(fā)明的其它的理想實施形式中，上述導電性隔板，由含有導電性碳以及粘合劑的混合物的成型體構(gòu)成，使其氣體通道的至少一部分具有親水性基。
圖面的簡單說明

圖1是顯示適用本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池的典型構(gòu)造的縱斷面圖。
圖2是本發(fā)明的一實施例中采用的隔板的陰極側(cè)的正視圖。
圖3是剖開另一實施例中采用的隔板的一部分的正視圖。
圖4是圖3的IV-IV斷面圖。
圖5是另一實施例中的隔板的立體圖。
圖6是又一實施例中的隔板的立體圖。
圖7是另一實施例的隔板的主要部分的放大圖。
圖8是顯示在具有制冷劑通道的隔板的制冷劑通道內(nèi)面上形成涂層的情況的立體圖。
圖9是顯示另一實施例中在疊層電池的隔板的制冷劑通道內(nèi)面上形成涂層的情況的立體圖。
實施發(fā)明的最佳形式本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池，設(shè)計有在氣體通道的至少一部分上含有具有親水性官能團的導電性碳的導電性隔板。
該導電性隔板，可在表面的至少一部分上由具有親水性官能團的導電性碳以及粘合劑的混合物成形制造。制造導電性隔板的另一方法，是加工含有導電性碳以及粘合劑的混合物的成型體形成氣體通道，并使其氣體通道的至少一部分上具有親水性基的方法。
在前者的方法中，在預先在表面上被賦予親水性官能團的碳粒子以及/或碳纖維中混合樹脂或彈性材料等粘合劑。具有親水性的碳，因為與樹脂或彈性材料的接觸角小，所以，可充分混合，可提高得到的成型體的機械強度。因此，即使粘合劑的混合量少，也可使成形容易進行。又，這樣，因為可增加成型體中的碳填充量，所以，可提高成型體的導電性。由于同樣的道理，因為成型體中的碳可填充到最密，所以，也可以減小氣體滲透性。
利用這些方法制造的隔板，與利用傳統(tǒng)的玻璃化碳板或樹脂浸含石墨板的切削加動制造的制品相比，可使成本下降。又，因為具有耐振動性以及耐沖擊性，所以，適合作為汽車的動力源。
作為使碳粒子或碳纖維的表面具有親水性官能團的方法，將碳粒子或碳纖維進行氧化處理的方法是有效的。具體地說，是在空氣中等含有氧的氧化性氣氛中以大致400℃～600℃的溫度在短時間內(nèi)燒制處理的方法、將碳粒子或碳纖維在臭氧氣氛中處理的方法、等離子處理的方法、在硝酸等酸溶液中浸漬處理并水洗的方法、在過氧化氫水溶液中處理并水洗的方法等。使碳成型體的表面具有親水性基也可采用與上述同樣的方法。
如以上那樣，本發(fā)明的導電性隔板，因為氣體通道的至少一部分具有親水性官能團，所以，與水的接觸角變小。因此，水對隔板的氣體通道表面的潤濕性變得良好，即使在層疊的電池間的氣體分配不均勻的時候，也可降低層疊的電池間的性能的偏差。特別是在高電流密度下發(fā)電時因為可順利地除去生成水，所以，提高了電池特性。
本發(fā)明的導電性隔板，在其氣體通道內(nèi)面，通過設(shè)計直徑或?qū)挾绕骄鶠?0μm～1mm的凹部或凸部，可進一步提高隔板的氣體通道的親水性。這樣，進一步增強了生成水對隔板表面的潤濕性，使電池間的氣體分配更均勻，可降低每個電池的性能偏差。
并且，通過增強生成水對隔板表面的潤濕性，特別是在高電流密度下運行時，可順利除去滯留在隔板內(nèi)的生成水，可抑制電池特性下降。但是，該效果只在構(gòu)成隔板的材料與所具有的水的接觸角小于90度時發(fā)揮。即，當構(gòu)成隔板的材料與所帶的水的接觸角大于90度，隔板的構(gòu)成材料具有防水性的時候，如果在隔板的氣體通道上設(shè)計凹凸，反而會增強隔板的防水性，效果相反。因此，使構(gòu)成隔板的碳粒子或碳纖維的表面具有親水性官能團，減小碳粒子或碳纖維與水的接觸角，這是達到親水化的效果構(gòu)成。
作為在隔板的氣體通道上設(shè)計凹凸的方法，在用于將碳以及粘合劑的混合物成形的模具上，設(shè)計凹凸部分是最簡單的。設(shè)計在成形用模具上的凹部或凸部有倒圓錐形狀、倒多棱錐形狀、倒圓錐臺形狀或倒多棱錐臺形狀，這樣可提高成形時隔板模脫的脫模性。該凹部或凸部的直徑或?qū)挾绕骄鶠?0μm～1mm，最好平均為100μm～1mm，這樣可有效地提高導電性隔板的氣體通道的親水性。
圖1所示為適用本發(fā)明的燃料電池的典型構(gòu)造。
由高分子電解質(zhì)膜1、夾住電解質(zhì)膜1的陽極2和陰極3、以及在電解質(zhì)模的周緣部配置的密封墊4構(gòu)成的MEA5通過導電性隔板10層疊。導電性隔板10在其陽極側(cè)以及陰極側(cè)分別具有燃料氣體以及氧化劑氣體的通道12以及13，兼做陽極側(cè)隔板以及陰極側(cè)隔板。為了冷卻燃料電池，也使用具有制冷劑的通道的隔板。在圖1的例子中，所示的是將一側(cè)面上具有燃料氣體的通道15、另一側(cè)面上具有制冷劑的通道17的陽極側(cè)隔板10a，和一側(cè)面上具有氧化劑氣體的通道16、另一側(cè)面上具有制冷劑的通道18的陰極側(cè)隔板10b，使通道17與18相向合在一起地接合的構(gòu)成。
圖2所示為本發(fā)明的導電性隔板的典型例子。
該隔板20，是將碳和粘合劑的混合物成形的制品，具有氧化劑氣體的入口側(cè)以及出口側(cè)的各4個集流孔21、燃料氣體的入口側(cè)以及出口側(cè)的各3個集流孔22、以及冷卻水的入口側(cè)以及出口側(cè)的各6個集流孔23。在該隔板的與陰極相對的面上，具有聯(lián)絡(luò)在入口側(cè)以及出口側(cè)的集流孔21之間的凹部24，在該凹部內(nèi)設(shè)計平行的多條棱25，在這些棱之間形成氣體通道26。在該隔板的背面，同樣地形成聯(lián)絡(luò)在燃料氣體的入口側(cè)以及出口側(cè)的集流孔22之間的多條氣體通道。并且，同樣地通過將一側(cè)面上形成氧化劑氣體的通道、另一側(cè)面上形成冷卻水的通道的隔板，和一側(cè)面上形成燃料氣體的通道、另一側(cè)面上形成冷卻水的通道的隔板，使冷卻水的通道相向合在一起地組合，構(gòu)成冷卻部。
圖3所示是在絕緣板上組合含導電性的碳的棱部片的另外類型的導電性隔板。
該隔板30，是在設(shè)計有聯(lián)絡(luò)在氧化劑氣體的集流孔31、燃料氣體的集流孔32、冷卻水的集流孔33、氧化劑氣體的集流孔31之間的凹部34以及在凹部34上貫通內(nèi)外的排列的透孔27的絕緣板28上，一體成形含導電性碳的棱片35的形成。棱片35，在一側(cè)面上形成氧化劑氣體的通道，在另一側(cè)面上形成燃料氣體以及冷卻水的通道。棱片35，是通過將導電性碳以及粘合劑的混合物在絕緣板上成形，接合為一體。
如果采用該構(gòu)成，通過在絕緣板上使用高強度的材料，例如聚酰亞胺等工程塑料，可減小隔板的厚度。
作為工程塑料，除后面的實施例中使用的液晶聚合物外，可采用聚丙烯、苯乙烯類樹脂、變性聚亞苯基醚、聚碳酸脂、聚縮醛、聚酰胺、聚亞苯基硫醚、聚酯等。
下面，對構(gòu)成導電性隔板的氣體通道的槽的構(gòu)造進行說明。
在本發(fā)明的理想形式中，氣體通道槽的數(shù)量在氣體流動的下游側(cè)比上游側(cè)多。
作為使該氣體通道槽的數(shù)量在下游側(cè)多些的一種方法，是在氣體通道槽的至少一部分上設(shè)計突起部，利用該突起使上述氣體通道槽被分成多條。
上述突起部，有效的是，其與氣體流動垂直的斷面積，向下游方向逐漸變大。
上述突起部，有效的是，具有導電性。
在另一形式中，上述突起部，有效的是，由硅酮橡膠構(gòu)成。
上述突起部，有效的是，其高度比氣體通道槽的深度低，因此氣體流過上述突起部的上面。
在又一理想形式中，有效的是，導電性隔板的氣體通道槽具有防水性，與氣體流動的上游部相比下游部的防水性更強。
在此，上述突起部，也可采用與隔板同樣的材料構(gòu)成。這時，可通過一體形成制作具有突起部的形狀的隔板。
上述突起部，也可在制作具有傳統(tǒng)的形狀的隔板之后，后安裝上去。這時，作為構(gòu)成突起部的材料，只要是不會被流通的氣體損壞的材料，沒有特別的限制，例如可列舉出丙烯基樹脂或硅酮橡膠等。為了不使單電池之間的接觸阻抗上升，最好使突起部具有導電性。為了使其具有導電性，例如可在形成突起部的材料中混合導電性填充劑。
通過將隔板的氣體通道槽設(shè)計為上述的構(gòu)成，特別是在水滴容易滯留的下游側(cè)可提高生成水的排水效率，使反應氣體可穩(wěn)定地流通，抑制燃料電池的性能下降。
這樣的效果，可通過以下的工作獲得。即，如上述那樣，通過將氣體通道槽的數(shù)量在氣體流動的下游側(cè)設(shè)計得比上游側(cè)多，使下游側(cè)的氣體通道槽的斷面積變小，因此在水滴滯留的下游側(cè)，使每單位面積的氣體流量增加。其結(jié)果，利用增大的氣體流量提高水滴的排水效率，使水滴不留在氣體通道槽內(nèi)，被引導至既定的出口。如果考慮到水滴更容易在下游測停留，使突起部的占有斷面積越向下游側(cè)越大，則可進一步提高排水效率。
當使該突起部具有導電性時，不會降低隔板自身的導電性，從而不會影響到電池性能。突起部即使不具有導電性，如果降低上述突起部的高度，因為突起自身的非導電性不會直接妨礙隔板自身的導電性，所以，不會影響電池的性能。
在對隔板的下游側(cè)的氣體通道槽的內(nèi)面進行防水處理的時候，排水效率進一步得到提高。這是因為，由于水滴相對于氣體通道槽的內(nèi)面的接觸角變大，所以相對于氣體通道槽的粘附性下降，水滴向氣體通道槽的內(nèi)面的束縛力減弱。
然后，在本發(fā)明的理想形式中，具有制冷劑——典型的水——的通道的導電性隔板，在上述制冷劑的通道的內(nèi)面具有制冷劑不能滲透的膜。該制冷劑不能滲透的膜，可如下形成。
首先，在隔板的制冷劑的通道內(nèi)，流過涂料，在通道的內(nèi)壁面上涂上涂料之后，使上述涂料干燥固定，形成制冷劑難以透過的涂層。利用該涂層，可防止制冷劑以及其中所含的金屬離子滲出到氣體通道側(cè)。
使上述那樣的涂層在制冷劑的通道內(nèi)面形成的理想方法之1，由以下工序構(gòu)成組裝燃料電池的層疊體的工序；在向上述層疊體施加緊固壓力的狀態(tài)下，向上述制冷劑的通道中注入非傳導性聚合物的預聚物涂抹到通道的內(nèi)面上的工序；將上述的預聚物排出之后，使上述涂抹的預聚物固化的工序。
下面，參照圖面說明本發(fā)明的實施例。在此所用的構(gòu)造圖是為了便于理解，各構(gòu)件的相對大小或位置關(guān)系不一定正確。
實施例1首先，調(diào)制電極催化劑，是按重量比75∶25的比例在乙炔黑粉末中擔載平均粒徑約30的鉑粒子的電極催化劑。在該催化劑粉末的異丙醇分散液中，混合全氟化碳磺酸粉末和乙醇分散液，制作催化劑糊劑。
另一方面，對作為電極載體的碳紙進行防水處理。將外形尺寸為16cm×20cm、厚度為360μm的碳無紡織布(東レ(株)制TGP-H-120)浸含氟化樹脂的水性懸浮液(ダイキン工業(yè)(株)制四氟乙烯-全氟丙烯共聚物ND1)之后，進行干燥，在400℃下加熱30分鐘使其具有防水性。在該碳無紡織布的一側(cè)面上，將催化劑糊劑用絲網(wǎng)印刷法涂抹形成催化劑層。催化劑層的一部分埋入碳無紡織布中。這樣得到鉑含量0.5mg/cm2、全氟化碳磺酸含量為1.2mg/cm2的電極。
然后，在外形尺寸為20cm×32cm的氫離子傳導性高分子電解質(zhì)膜的內(nèi)外兩面上，使催化劑層與電解質(zhì)膜的側(cè)面相接地利用熱壓接方法接合一對電極。將其設(shè)計為電解質(zhì)膜-電極接合體(MEA)。在此，氫離子傳導性高分子電解質(zhì)，使用將全氟化碳磺酸薄膜化至50μm厚度的制品。
下面，對導電性隔板進行說明。
首先，將平均粒徑約10μm的人造石墨粉末和纖維狀石墨(平均直徑50μm、平均長度0.5mm)放入臭氧發(fā)生器之中，一邊攪拌一邊在臭氧氣氛中照射紫外線30分鐘。分析進行過上述處理的人造石墨粉末以及纖維狀石墨的表面，可確認在碳表面果然具有作為親水性官能團的羧基和羥基。
然后，按重量比，在經(jīng)過上述處理的50份的人造石墨粉末以及38份的纖維狀石墨中，擠出12份的熱硬化性酚醛樹脂并用混合器混合。將該混合粉末放入用于進行成形氣體通道用槽、冷卻水通道用槽以及集流孔的加工的金屬模中，進行熱壓成形為圖2所示那樣的隔板。熱壓條件是在金屬模溫度150℃、壓力100kg/cm2下進行10分鐘。得到的隔板外形尺寸為20cm×32cm、厚度為1.3mm，氣體通道以及冷卻水通道的深度為0.5mm。從而，隔板的最薄處的厚度是0.3mm。利用臭氧處理使表面具有親水性官能團的碳粉以及石墨纖維，與粘合劑酚醛樹脂之間親和良好，利用三者的混合物的熱壓，可得到致密且高強度的隔板。
得到的隔板的厚度方向的導電性為5×10-3Ω·cm、密度為1.98g/ml、He氣的氣體滲透度為2.1×10-17mol·m/(m2·s·Pa)、彎曲強度為70Mpa。
采用同樣的金屬模型，將沒有處理過的碳粉末以及石墨纖維中混合了酚醛樹脂的時候，因為它們的親合性差，如果不將酚醛樹脂的混合比例設(shè)在重量百分比30％以上，隔板的最薄處的厚度不能降低到0.3mm。因此，在使用沒有處理過的碳粉末以及石墨纖維的時候，因為酚醛樹脂的添加量多，所以導電性差，厚度方向的導電性為15×10-3Ω·cm。
又，按重量比，在沒有處理過的50份的人造石墨粉末以及38份的纖維狀石墨中混合12份的熱硬化性酚醛樹脂，形成隔板的時候，如果太薄，則會產(chǎn)生裂縫等不能成形。因此，得到的隔板，外形尺寸為20cm×32cm、厚度為2.2mm，氣體通道以及冷卻水通道的深度為0.5mm。從而，隔板的最薄處的厚度是1.2mm。該隔板的厚度方向的導電性為10×10-3Ω·cm、密度為1.75 g/ml、He氣的氣體滲透度為3.8×10-12mol·m/(m2·s·Pa)、彎曲強度為30Mpa。
在上述的MEA的氫離子傳導性高分子電解質(zhì)膜上，形成冷卻水和燃料氣體以及氧化劑氣體流通用的集流孔。這些孔設(shè)計在與圖2所示的隔板同樣的位置并為同樣的大小。雖然在本實施例中，不使用密封墊，但也可以在電極的周緣部接合在電解質(zhì)膜上配置密封墊。
這樣在一側(cè)面上形成氧化劑氣體的通道、另一側(cè)面上形成燃料氣體的通道的2塊隔板之間插入MEA片制成單電池。然后，每2個電池單體夾入在背面上形成冷卻水的通道的陽極側(cè)隔板以及陰極側(cè)隔板，組裝100個電池單體層疊的電池疊加體。在電池疊加體的兩端部分別裝上不銹鋼制的集電板、電絕緣板、以及端板，并用緊固螺栓固定兩端板。緊固壓力為隔板的每單位面積15kgf/cm2。
這樣，將采用本實施例的隔板a的高分子電解質(zhì)型燃料電池保持在80℃，分別向陽極提供加溫·加濕到露點為75℃的氫氣、向陰極提供加溫·加濕到露點為65℃的空氣。其結(jié)果，在不將電流輸送到外部的無負荷時，顯示有96V的電池開路電壓。測試疊層電池整體的內(nèi)部阻抗，果然是大約45mΩ。
將該電池在燃料利用率85％、氧利用率50％、電流密度0.7A/cm2的條件下進行連續(xù)發(fā)電試驗，測試了輸出特性隨時間的變化情況。其結(jié)果，確認本實施例的電池，在8000小時以上能維持約14KW(62V-224A)的電池輸出。
比較例1按重量比，在沒有處理過的50份的人造石墨粉末以及30份的纖維狀石墨中混合20份的酚醛樹脂，將該混合物成形，與實施例1同樣地制作隔板a’。得到的隔板，外形尺寸為20cm×32cm、厚度為1.8mm，氣體通道以及冷卻水通道的深度為0.5mm。從而，隔板的最薄處的厚度是0.8mm。
將該電池進行與實施例1同樣的連續(xù)發(fā)電試驗，測試了輸出特性隨時間的變化情況。其結(jié)果，比較例1的電池，在最初的1～3小時左右維持約12.8KW(57V-224A)的電池輸出。但是，從那之后，特別是接近兩端的電池的電壓開始變化，確認兩端近旁的電池因過度濕潤出現(xiàn)了液泛現(xiàn)象。再經(jīng)過3～5小時之后，出現(xiàn)發(fā)電電壓變到0V以下的電池單體，不可能再繼續(xù)運行。
實施例2首先，預備外形尺寸為20cm×32cm、厚度為1.6mm的非晶形碳板。在其上進行切削加工形成與實施例1同樣的形狀，作為導電性隔板。因此，由于氣體通道以及冷卻水通道的深度為0.5mm，所以隔板的最薄處的厚度是0.6mm。
將該隔板在空氣氣氛中、500℃下燒制30分鐘，使隔板的表面具有親水性官能團。分析該隔板b的表面，確認果然存在羧基以及羥基。
使表面具有該氧化物官能團的隔板的厚度方向的導電性、密度、He氣的氣體滲透度以及彎曲強度與氧化處理前相比沒有變化。
采用這樣制作的隔板與實施例1一樣制作100個電池單體層疊的電池疊加體。緊固壓力為隔板的每單位面積10kgf/cm2。
將該電池在與實施例1同樣的條件下進行連續(xù)發(fā)電試驗，果然在8000小時以上維持了約14KW(62V-224A)的電池輸出。
比較例2在外形尺寸為20cm×32cm、厚度為1.6mm的非晶形碳板上，進行切削加工形成與實施例1同樣的形狀。隔板b’的氣體通道的凹部表面或凹部底面的表面粗糙度加工到平均6.3μm以下。得到的隔板的厚度方向的導電性為4×10-3Ω·cm、密度為1.5g/ml、He氣的氣體滲透度為1.8×10-18mol·m/(m2·s·Pa)、彎曲強度為100Mpa。
將該電池在與實施例1同樣的條件下進行連續(xù)發(fā)電試驗，最初的1小時左右維持了約14KW(62V-224A)的電池輸出。但是，經(jīng)過1～2小時之后，特別是接近兩端的電池的電壓開始變化，確認兩端近旁的電池因過度濕潤出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。再經(jīng)過2～3小時之后，出現(xiàn)發(fā)電電壓變到0V以下的電池單體，不可能再繼續(xù)運行。
實施例3首先，將人造石墨粉末(平均粒徑約10μm)以及纖維狀石墨(平均直徑50μm、平均長度0.5mm)投入2N硝酸水溶液中，攪拌30分鐘之后用蒸餾水充分清洗。分析該氧化處理后的人造石墨粉末以及纖維狀石墨的表面，確認果然存在羧基以及羥基。
然后，按重量比，在經(jīng)過氧化處理的50份的人造石墨粉末以及38份的纖維狀石墨中，加入12份的熱硬化性酚醛樹脂，擠出并用混合器混合。將該混合物放入金屬模中進行熱壓。熱壓條件是在金屬模溫度150℃、壓力100kg/cm2下進行10分鐘。
在此所采用的金屬模，在用于形成隔板的氣體通道的凸部的頂部上設(shè)計平均直徑100μm以上的凸部，這樣設(shè)計凹凸部。該凹凸部的凹部為倒圓錐臺形狀，凸部為圓錐形狀。得到的隔板c，外形尺寸為20cm×32cm、厚度為1.3mm，氣體通道以及冷卻水通道的深度為0.5mm。在氣體通道用槽部的底面上，復制金屬模形狀，形成具有平均直徑100μm以上的凹部的凹凸。
采用這樣制作的隔板，與實施例1一樣制作100個電池單體層疊的電池疊加體。緊固壓力為隔板的每單位面積15kgf/cm2。
將該電池在與實施例1同樣的條件下進行連續(xù)發(fā)電試驗，果然在8000小時以上維持了約14.3KW(62V-224A)的電池輸出。
比較例3在外形尺寸為20cm×32cm、厚度為1.6mm的非晶形碳板上，進行切削加工形成與實施例1同樣的形狀。并且，在氣體通道的底面上利用機械加工設(shè)計平均直徑50μm以上的凹凸，得到隔板c’。
將該電池在與實施例1同樣的條件下進行連續(xù)發(fā)電試驗，最初的10分鐘左右維持了約14KW(62V-224A)的電池輸出。但是，經(jīng)過10分鐘之后，特別是接近兩端的電池的電壓開始變化，確認兩端近旁的電池因過度濕潤出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。并且，出現(xiàn)發(fā)電電壓變到0V以下的電池單體，不可能再繼續(xù)運行。在此，調(diào)查所使用的隔板相對水的潤濕性，與原來的平滑的非晶形碳板比較，通過利用機械加工設(shè)計平均直徑50μm以上的凹凸，可確認增大了防水性。非晶形碳板的相對水的接觸角，因為比原來的90度大，所以，通過在隔板表面設(shè)計凹凸，結(jié)果是提高了防水性。
實施例4首先，準備外形尺寸為20cm×32cm、厚度為0.1mm并混入玻璃纖維進行加強的液晶聚合物制的板。在該板上，如圖3所示那樣，形成氧化劑氣體和燃料氣體以及冷卻水的集流孔、用于形成氣體通道的凹部孔、以及多個貫通孔。
然后，將人造石墨粉末(平均粒徑約10μm)以及纖維狀石墨(平均直徑50μm、平均長度0.5mm)投入10％過氧化氫水溶液中，攪拌10分鐘之后用蒸餾水充分清洗。分析該處理后的人造石墨粉末以及纖維狀石墨的表面，確認果然存在羧基以及羥基。
按重量比，在經(jīng)過上述氧化處理的50份的人造石墨粉末以及38份的纖維狀石墨，加入12份的熱硬化性酚醛樹脂，擠出并用混合器混合。將其放入用于成形氣體通道用槽以及冷卻水通道用槽的加工的金屬模中。這時，將預先進行過開孔加工的液晶聚合物板夾在金屬模上，對上述的混合物進行熱壓。熱壓條件是在金屬模溫度150℃、壓力80kg/cm2下進行5分鐘。其結(jié)果，得到實際上與圖2所示構(gòu)成同樣構(gòu)成的隔板。在隔板的周緣部以及集流孔周邊部上，用與氣體通道用棱同樣厚度的0.5mm厚度的異丁烯橡膠形成氣體密封用凸部部分。
得到的隔板d，外形尺寸為20cm×32cm、厚度為1.1mm，氣體通道以及冷卻水通道的深度為0.5mm。
采用這樣制作的隔板，與實施例1一樣組裝100個電池單體層疊的電池疊加體。緊固壓力為隔板的每單位面積15kgf/cm2。
將該電池在與實施例1同樣的條件下進行連續(xù)發(fā)電試驗，果然在8000小時以上維持了約14.3KW(62V-224A)的電池輸出。
本發(fā)明的電池，因為導電性隔板的主體由高強度的液晶聚合物構(gòu)成，所以，是抗振動性和沖擊性特別強的制品。如果將由傳統(tǒng)的碳制的隔板構(gòu)成的電池從2m的高處落下時，平均大致10次左右，隔板上就會有裂痕，但本實施例的電池在大約100次的下落試驗之后，除連接部分的螺栓松動以外，也沒有產(chǎn)生不能恢復的破損。
上述各實施例以及比較例的隔板的物理特性、以及使用同一隔板的燃料電池在與實施例1同樣的條件下的無負荷時的開路電壓和內(nèi)部阻抗的比較示于表1。
表1

實施例5在本實施例中，采用圖1所示構(gòu)造的單電池組裝燃料電池。作為高分子電解質(zhì)膜，采用Nafion膜(杜邦公司制造)。在此，隔板，是將碳粉末與酚醛樹脂混合后的物質(zhì)放入金屬模中，一邊加熱一邊壓縮成形得到的。
在此，圖5所示為隔板的概要。隔板50在陰極側(cè)具有氧化劑氣體的入口側(cè)集流孔51a以及出口側(cè)集流孔51b，在連絡(luò)兩集流孔的凹部52上設(shè)計多條平行的棱53，這樣形成多條氣體通道槽54。在該例中，除去端頭的氣體通道，在通道內(nèi)的下游側(cè)設(shè)計突起55。利用該突起55，通道54在下游側(cè)分支成寬度比上游側(cè)窄的2條通道54’。這樣，將下游側(cè)的氣體通道槽的條數(shù)設(shè)計得比上游側(cè)多。
當這樣構(gòu)成的時候，加濕到飽和狀態(tài)的反應氣體的水分，和燃料電池發(fā)電時生成的生成水，即使成為水滴附著在隔板50的下游側(cè)的氣體通道槽上，因為氣體通道槽的下游側(cè)斷面積小，氣體流量增大，所以，水滴不會留在氣體通道槽內(nèi)。
雖然在圖5中只示出了氧化劑氣體的集流孔，但也形成了燃料氣體的集流孔以及冷卻水的集流孔，與之對應，不用說也形成了燃料氣體的通道或冷卻水的通道。在實施例6以及實施例7中也同樣。
實施例6在本實施例中，首先將碳粉以及酚醛樹脂的混合物放入金屬模中，一邊加熱一邊壓縮成形，雖然是圖5所示的構(gòu)造，但制作的是沒有突起的隔板。然后，將丙烯基樹脂以及導電性填充劑的混合物成形，在氣體通道內(nèi)一體形成突起55。
在電池運行的時候，為了維持高分子電解質(zhì)膜的含水狀態(tài)為飽和，在飽和加濕狀態(tài)下提供的反應氣體中的水分和生成水達到過飽和狀態(tài)而液化，可能在隔板的下游側(cè)的氣體通道槽成為水滴附著。但是，在本實施例的燃料電池中，因為在氣體通道槽的下游側(cè)利用突起使氣體通道槽的斷面積減小，氣體流量增大，所以，水滴不會留在氣體通道槽內(nèi)，而被引導到既定的通道。因此，可避免反應氣體供給不足的危險性，可使反應氣體穩(wěn)定均勻流動。
實施例7在本實施例中，與實施例6同樣，首先將碳粉以及酚醛樹脂的混合物放入金屬模中，一邊加熱一邊壓縮成形，雖然是圖5所示的構(gòu)造，但制作的是沒有突起的隔板。然后，將丙烯基樹脂成形，在氣體通道內(nèi)一體形成突起56。該突起56，設(shè)計得如圖6所示那樣，越到下游側(cè)突起部所占氣體通道槽的面積越大。該突起，在別的實施例中，如圖7所示那樣，離氣體通道槽的底面的高度L2比作為隔板的集電部的棱部的高度L1低。
這樣，因為在氣體通道槽的下游側(cè)由于突起使氣體通道槽的斷面積減小，所以氣體流量比上游側(cè)大。因此，水滴不會滯留在氣體通道槽內(nèi)，而被引導到既定的通道，可避免反應氣體供給不足的危險性。
實施例8參照圖8對本實施例中內(nèi)部具有制冷劑通道的隔板進行說明。
在此所用的隔板60，是接合與圖1中的隔板10a以及10b相當?shù)母舭?1a以及61b得到的。但是，隔板61b沒有制冷劑的通道。隔板61a，在一側(cè)面上具有1條蛇行的氣體通道連通燃料氣體的集流孔62以及62，在另一側(cè)面上具有1條蛇行的制冷劑通道。又，隔板61b，一側(cè)面上具有氧化劑氣體的通道，另一側(cè)面為平面。隔板的氣體以及制冷劑的通道，由深0.5mm、寬5mm的槽形成。使它們的氣體通道向外側(cè)地用粘接劑將兩隔板接合。粘接劑只涂抹在隔板的周緣部以及各集流孔的周緣部。因此，隔板61a以及61b，在中心部分不通過粘接劑直接接觸，可保證兩者之間的電導通。
將上述粘接完的隔板60，用2塊加壓板66，如圖8所示那樣，施壓表面壓力進行固定。燃料氣體以及氧化劑氣體的集流孔62以及63，用設(shè)置在加壓板66內(nèi)側(cè)的彈性體65密封。制冷劑的一對集流孔64中，分別在入口側(cè)連接管67、在出口側(cè)連接帶閥門69的管68。
首先，在開啟閥門69的狀態(tài)下，利用管67從集流孔64在數(shù)十秒間流過作為涂料準備的聚乙烯醇縮丁醛(重合度約700)的15％乙醇溶液。之后，關(guān)閉閥門69，在涂料滿至上部入口的狀態(tài)下放置30分鐘。在此，放置30分鐘是為了等待涂料充分浸入碳成型體的細孔內(nèi)。之后，開啟下部的閥門69，從制冷劑通道內(nèi)排出涂料。這樣，在通道內(nèi)涂上了涂料。然后，為了使涂料快點干燥，在制冷劑通道中以0.5L/分鐘的流量通過空氣6小時，使其充分干燥。在使隔板相互緊密接合的狀態(tài)下通入涂料，并進行干燥，是為了通過在將2個成型體緊密接合的狀態(tài)下形成膜，盡可能防止在2個成型體的接觸部分進入涂料，妨礙電的導通。
將這樣在制冷劑的通道內(nèi)面形成制冷劑難透過的致密的膜的隔板，與MEA交替層疊，組裝50個電池單體的燃料電池層疊體。
在這樣得到的燃料電池層疊體上，即使在構(gòu)成具有制冷劑的通道的隔板的碳成型體中存在微小的間隙或細孔的時候，制冷劑也不會滲出到氣體通道側(cè)，可防止由于制冷劑的滲出對燃料電池的不良影響。又，即使由于長時間的使用，例如制冷劑被金屬離子等污染的時候，也由于在制冷劑的通道內(nèi)面形成致密的膜，被污染的制冷劑不會滲出到氣體通道，可防止因構(gòu)成MEA的電解質(zhì)膜的污染引起的惡化。
實施例9在本實施例中，與實施例8同樣采用MEA和隔板。
在本實施例中，先將MEA與隔板相互交替層疊50個電池單體組裝燃料電池層疊體，利用端部的固定安裝機構(gòu)，施加通常的疊加壓(約10Kg/cm2)。將該狀態(tài)的燃料電池層疊體整體，如圖9所示那樣，放入真空室71內(nèi)，在制冷劑的入口72插入管，將其另外的制冷劑的出入口堵塞。該管通到室外通過閥門73連接注入了涂料的罐74。在關(guān)閉上述閥門73的狀態(tài)下用真空泵75將室內(nèi)減壓至10-2Torr以下，之后，打開上述閥門供給涂料直到制冷劑的通道內(nèi)被灌滿。打開閥門之后保持5分鐘，然后使室內(nèi)回復到大氣壓。再放置5分鐘。
這樣在減壓下將涂料灌滿制冷劑的通道內(nèi)之后，通過回復到大氣壓，氣泡等的影響也被消除，使通道內(nèi)所有的表面都與涂料接觸。又，在減壓下、常壓下的各5分鐘的放置期間，可使涂料浸含到碳制隔板上存在的微小的間隙處。在常壓下放置5分鐘之后，打開制冷劑的出口排出通道內(nèi)部多余的涂料，并且從制冷劑的入口提供表壓為0.7Kg/cm2的壓縮空氣使滯留在內(nèi)部的涂料被強制排出。之后，流過相當于每1個電池單體0.5L/分鐘的空氣6小時，使內(nèi)部的涂料完全干燥。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如果采用本發(fā)明，通過由具有耐酸性的粘合劑以及碳的混合物構(gòu)成的成型體制作，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的碳板的切削加工，可望大幅度降低成本。又，因為具有優(yōu)良的抗振動性以及抗沖擊性，特別適合作為汽車的動力源。本發(fā)明的高分子電解質(zhì)型燃料電池，不會有生成水或加濕水在隔板的氣體通道內(nèi)停留使電池單體間的氣體分配不均，導致性能的偏差的問題，并且冷卻水等制冷劑不會浸出到隔板的氣體通道側(cè)，可防止由于制冷劑的浸出對燃料電池帶來不良影響。
權(quán)利要求
1.一種高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于該高分子電解質(zhì)型燃料電池具有，包含夾置高分子電解質(zhì)膜的陽極以及陰極的電解質(zhì)膜-電極接合體、具有向上述陽極提供燃料氣體的氣體通道的陽極側(cè)導電性隔板、具有向上述陰極提供氧化劑氣體的氣體通道的陰極側(cè)導電性隔板、在特定的陽極側(cè)導電性隔板與陰極側(cè)導電性隔板之間形成的制冷劑的通道、以及分別向上述各氣體通道以及冷卻水的通道提供燃料氣體和氧化劑氣體以及制冷劑的機構(gòu)；上述導電性隔板，在上述氣體通道的至少一部分上含有具有親水性官能團的導電性碳。
2.如權(quán)利要求1所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池用隔板，其特征在于上述導電性隔板，表面的至少一部分由含有具有親水性官能團的導電性碳以及粘合劑的混合物的成型體構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池用隔板，其特征在于上述導電性隔板，由含有導電性碳以及粘合劑的混合物的成型體構(gòu)成，使其氣體通道的至少一部分具有親水性基。
4.如權(quán)利要求1～3中任何一項所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于上述導電性隔板的氣體通道的表面帶凹凸被粗糙化。
5.如權(quán)利要求4所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于上述凹部或凸部，有圓錐形狀、多棱錐形狀、圓錐臺形狀或多棱錐臺形狀，其直徑或?qū)挾鹊钠骄禐?0μm～1mm。
6.如權(quán)利要求1所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于上述導電性隔板，由絕緣性板、以及通過在形成上述絕緣性板的氣體通道的凹部形成的透孔在絕緣性板的內(nèi)外連成一體的多條棱構(gòu)成，在上述棱之間形成氣體通道，上述棱由含有具有親水性官能團的導電性碳的成型體構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于構(gòu)成上述導電性隔板的氣體通道的槽，在途中分支，使槽的數(shù)量在氣體流動的下游側(cè)比上游側(cè)多。
8.如權(quán)利要求7所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于上述氣體通道槽，在一部分上具有突起，利用該突起將上述氣體通道槽在下游側(cè)分割成多條。
9.如權(quán)利要求8所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于上述突起部的與氣體流動方向垂直的斷面積，越向下游側(cè)越大。
10.如權(quán)利要求8或9所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于上述突起部具有導電性。
11.如權(quán)利要求8～10中任何一項所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于上述突起部比上述氣體通道槽的深度低，使氣體流過上述突起部的上部。
12.如權(quán)利要求8～11中任何一項所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于上述氣體通道槽至少在下游側(cè)具有防水性。
13.如權(quán)利要求1所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池，其特征在于具有上述制冷劑的通道的導電性隔板，在上述制冷劑的通道的內(nèi)面具有制冷劑不能滲透的膜。
14.如權(quán)利要求2所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池用隔板的制造方法，其特征在于具有，將導電性碳進行氧化處理使上述導電性碳的表面具有親水性官能團的工序，以及在已具有上述親水性官能團的導電性碳中混合粘合劑，將該混合物成形得到導電性隔板的工序。
15.如權(quán)利要求3所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池用隔板的制造方法，其特征在于具有將由含有導電性碳以及粘合劑的混合物的成型體構(gòu)成的導電性隔板進行氧化處理，使上述導電性碳具有親水性官能團的工序。
16.如權(quán)利要求14或15所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池用隔板的制造方法，其特征在于上述氧化處理，是在氧化性氣氛或水蒸氣氣氛中的燒制、活性光線照射或等離子處理、或者在酸性溶液中的浸漬處理。
17.如權(quán)利要求13所述的高分子電解質(zhì)型燃料電池的制造方法，其特征在于具有以下工序組裝高分子電解質(zhì)型燃料電池的層疊體的工序，高分子電解質(zhì)型燃料電池具有包含夾置高分子電解質(zhì)膜的陽極以及陰極的電解質(zhì)膜-電極接合體、具有向上述陽極提供燃料氣體的氣體通道的陽極側(cè)導電性隔板、具有向上述陰極提供氧化劑氣體的氣體通道的陰極側(cè)導電性隔板、在特定的陽極側(cè)導電性隔板與陰極側(cè)導電性隔板之間形成的制冷劑的通道、以及分別向上述各氣體通道以及制冷劑的通道提供燃料氣體和氧化劑氣體以及制冷劑的機構(gòu)；在向上述層疊體施加緊固壓力的狀態(tài)下，向上述制冷劑的通道注入非傳導性聚合物的預聚物涂在通道的內(nèi)面的工序。
全文摘要
本發(fā)明涉及高分子電解質(zhì)型燃料電池，它具有包含夾住高分子電解質(zhì)膜的陽極以及陰極的電解質(zhì)膜－電極接合體、具有分別向陽極以及陰極提供燃料氣體以及氧化劑氣體的氣體通道的陽極側(cè)以及陰極側(cè)的碳制導電性隔板。水對碳制導電性隔板的潤濕性差。因此，存在隔板表面的氣體通道上滯留生成水或加濕水使電池單體間的氣體分配不均，導致性能的偏差的缺點。本發(fā)明，通過采用在氣體通道的至少一部分上含有具有親水性官能團的導電性碳的導電性隔板，防止氣體通道上滯留水。
文檔編號H01M8/04GK1416604SQ01806151
公開日2003年5月7日 申請日期2001年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月7日
發(fā)明者山本雅夫, 新倉順二, 長谷伸啟, 羽藤一仁, 行天久朗, 小原英夫, 神原輝壽, 山崎達人 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社