燃料電池用分隔件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池用分隔件。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，固體高分子型燃料電池具有層疊有發(fā)揮發(fā)電功能的多個(gè)單電池的結(jié)構(gòu)。該單電池分別具有膜電極接合體(MEA)，膜電極接合體(MEA)包含夾持高分子電解質(zhì)膜的一對(duì)(陽(yáng)極、陰極)催化劑層(也稱(chēng)作“電極催化劑層”)、以及進(jìn)一步夾持催化劑層并用于使供給氣體分散的一對(duì)(陽(yáng)極、陰極)氣體擴(kuò)散層(GDL)。而且，各單電池所具有的MEA經(jīng)由分隔件與鄰接的單電池的MEA電連接。通過(guò)這樣地單電池被層疊/連接，來(lái)構(gòu)成燃料電池組。而且，該燃料電池組能夠作為可用于各種用途的發(fā)電單元發(fā)揮功能。
[0003]在上述燃料電池組中，分隔件通常除了如上所述發(fā)揮將相鄰的單電池彼此電連接的功能之外，還在分隔件的與MEA相對(duì)的表面設(shè)有氣體流路。該氣體流路作為用于分別向陽(yáng)極和陰極供給燃料氣體和氧化劑氣體的氣體供給單元發(fā)揮功能。
[0004]另外，在構(gòu)成如上所述的燃料電池組的各單電池的分隔件中，在該分隔件的周緣的端子安裝部安裝有電池監(jiān)測(cè)器的端子(電池監(jiān)測(cè)器端子)。該電池監(jiān)測(cè)器端子不僅監(jiān)視運(yùn)轉(zhuǎn)期間的燃料電池單元的發(fā)電狀況并對(duì)其進(jìn)行輸出控制，而且還承擔(dān)通過(guò)監(jiān)視異常的燃料電池單元來(lái)通知需要維護(hù)這樣極其重要的作用。
[0005]在該端子安裝部處，需要向電池監(jiān)測(cè)器端子良好且長(zhǎng)期地導(dǎo)通發(fā)電電氣，因此被要求優(yōu)秀的導(dǎo)電性和高耐久性。于是，例如，在下述專(zhuān)利文獻(xiàn)I中，提出了在分隔件的端子安裝部形成由石墨化了的碳構(gòu)成的碳層(導(dǎo)電性碳膜)的技術(shù)。
[0006]【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】
[0007]【專(zhuān)利文獻(xiàn)】
[0008]【專(zhuān)利文獻(xiàn)I】日本特開(kāi)2012— 099386號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0010]對(duì)于上述專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載的分隔件，在分隔件的端子安裝部形成有導(dǎo)電性碳膜，可確保良好的導(dǎo)電性，但是，沒(méi)有從分隔件的端子安裝部的反復(fù)插拔性、與電池監(jiān)測(cè)器端子的接點(diǎn)部分的耐久性的角度出發(fā)進(jìn)行考慮。因此，在電池監(jiān)測(cè)器端子插拔時(shí)產(chǎn)生了發(fā)生導(dǎo)電性碳膜的剝離和/或破損。這樣，在現(xiàn)有的分隔件中，仍然存在應(yīng)該改善的課題。
[0011]本發(fā)明是鑒于上述課題而完成的，其目的在于提供能夠抑制在電池監(jiān)測(cè)器端子插拔時(shí)發(fā)生導(dǎo)電性碳膜的剝離和/或破損的燃料電池用分隔件。
[0012]用于解決問(wèn)題的手段
[0013]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明涉及的燃料電池用分隔件用于作為燃料電池的發(fā)電要素的單電池，其特征在于，具備:端子連接設(shè)置面，設(shè)置于分隔件主體中參與發(fā)電的發(fā)電區(qū)域以外的區(qū)域，供能夠檢測(cè)所述單電池的電壓的電池監(jiān)測(cè)器端子連接；和導(dǎo)電性的碳薄膜層，形成于所述端子連接設(shè)置面，所述碳薄膜層的硬度為5GPa以上且1GPa以下。
[0014]在本發(fā)明涉及的燃料電池用分隔件中，將形成于供電池監(jiān)測(cè)器端子連接的端子設(shè)置面的導(dǎo)電性碳薄膜層的硬度規(guī)定為5GPa以上且1GPa以下。通過(guò)將碳薄膜層的硬度設(shè)為5GPa以上，可充分確保碳薄膜層的硬度。其結(jié)果，還能夠耐受來(lái)自外部的接觸和/或摩擦等沖擊，因此，例如，在電池監(jiān)測(cè)器端子30的插拔時(shí)(進(jìn)行電池監(jiān)測(cè)器端子的卸下時(shí))也能夠抑制碳薄膜層的剝離。另外，當(dāng)碳薄膜層的硬度過(guò)高時(shí)，在電池監(jiān)測(cè)器端子的插拔時(shí)碳薄膜層容易發(fā)生破損，但是通過(guò)將碳薄膜層的硬度規(guī)定為1GPa以下，在電池監(jiān)測(cè)器端子的插拔時(shí)也能夠抑制碳薄膜層的破損。
[0015]另外，在本發(fā)明涉及的燃料電池用分隔件中，所述碳薄膜層的摩擦系數(shù)優(yōu)選為0.15以下。
[0016]發(fā)明效果
[0017]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供能夠抑制在電池監(jiān)測(cè)器端子的插拔時(shí)產(chǎn)生的導(dǎo)電性碳膜的剝離和/或破損的燃料電池用分隔件。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是示出具備應(yīng)用了本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的分隔件的單電池的燃料電池組的概略結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
[0019]圖2是示出本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的分隔件的概略結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0020]圖3是圖2所示的圓W的放大圖。
[0021]圖4是用于說(shuō)明在圖2所示的分隔件連接電池監(jiān)測(cè)器端子的狀態(tài)的圖。
[0022]圖5是關(guān)于滑動(dòng)次數(shù)和滑動(dòng)阻力之間的關(guān)系將現(xiàn)有例和實(shí)施例進(jìn)行比較的圖。
[0023]圖6是關(guān)于碳薄膜層的硬度和滑動(dòng)阻力之間的關(guān)系將現(xiàn)有例和實(shí)施例進(jìn)行比較的圖。
[0024]圖7是關(guān)于摩擦系數(shù)將現(xiàn)有例和實(shí)施例進(jìn)行比較的圖。
[0025]圖8是關(guān)于楊氏模量將現(xiàn)有例和實(shí)施例進(jìn)行比較的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明通過(guò)以下的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，但能夠在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，通過(guò)多種方法進(jìn)行變更，并且能夠利用本實(shí)施方式以外的其他的實(shí)施方式。因此，本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有的變更都被包含在權(quán)利要求書(shū)中。
[0027]圖1是示出具備應(yīng)用了本發(fā)明的實(shí)施方式的分隔件的燃料電池單元(單電池)的燃料電池組的概略結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
[0028]燃料電池組100成為將作為發(fā)電元件的大量單電池10層疊的組結(jié)構(gòu)。燃料電池組100具備所層疊的多個(gè)單電池10、氧化劑氣體供給歧管11、氧化劑氣體排出歧管12、燃料氣體供給歧管13、燃料氣體排出歧管14、冷卻介質(zhì)供給歧管15以及冷卻介質(zhì)排出歧管16。此外，在圖1的例子中，示出了燃料電池組100中單電池10的層疊部分，而省略其他部分。
[0029]各單電池10具備沿厚度方向形成的六個(gè)通孔，在單電池10被層疊的狀態(tài)下，通過(guò)這六個(gè)通孔，在燃料電池組100的內(nèi)部形成上述的六個(gè)歧管11?16。此外，通孔、歧管的個(gè)數(shù)和形狀等不限于圖1所示的例子，它們的個(gè)數(shù)等可適當(dāng)變更。
[0030]氧化劑氣體供給歧管11向各單電池10供給從未圖示的空氣壓縮機(jī)供給的作為氧化劑氣體的空氣。氧化劑氣體排出歧管12將在各單電池10中未被使用的剩余空氣(陰極偵■氣)排出。燃料氣體供給歧管13向各單電池10供給從未圖示的氫氣罐供給的作為燃料氣體的氫氣。燃料氣體排出歧管14將在各單電池10中未被使用的剩余氫氣(陽(yáng)極側(cè)廢氣)排出。冷卻介質(zhì)供給歧管15向各單電池10供給冷卻介質(zhì)。冷卻介質(zhì)排出歧管16將在各單電池10中已使用的冷卻介質(zhì)排出。
[0031]接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的分隔件進(jìn)行說(shuō)明。圖2是示出應(yīng)用于圖1所示的單電池的分隔件的概略結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0032]此外，上述單電池10至少包括膜電極接合體(圖示省略)和夾持該膜電極接合體的一對(duì)分隔件1(參照?qǐng)D2)等。膜電極接合體由電解質(zhì)膜和從兩面夾著該電解質(zhì)膜的一對(duì)電極構(gòu)成，一個(gè)電極(陽(yáng)極)被供給作為燃料氣體的氫氣，另一個(gè)電極(陰極)被供給空氣等氧化劑氣體。通過(guò)這些氫氣和氧化劑氣體在膜電極接合體內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，獲得單電池10的電動(dòng)勢(shì)。
[0033]對(duì)分隔件I (分隔件主體)進(jìn)行說(shuō)明。如圖2所示，分隔件I具有矩形的外形形狀。作為分隔件I的材料，例如，可采用不銹鋼(SUS)和/或鈦等金屬制的薄板(分隔件基材2)。在分隔件I形成有在分隔件的厚度方向上貫通的上述的歧管11?16。
[0034]對(duì)分隔件I進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明。分隔件I的中央部成為與單電池10的發(fā)電部相對(duì)應(yīng)的發(fā)電區(qū)域Al (圖2的虛線(xiàn)框內(nèi)區(qū)域)，該發(fā)電區(qū)域Al的周?chē)蔀榉前l(fā)電區(qū)域A2 (圖2的Al虛線(xiàn)框外區(qū)域)，在該非發(fā)電區(qū)域A2設(shè)置有上述的歧管11?16用的開(kāi)口。具體而言，11是形成氧化劑氣體供給歧管的開(kāi)口，12是形成氧化劑氣體排出歧管的開(kāi)口，13是形成燃料氣體供給歧管的開(kāi)口，14是形成燃料氣體排出歧管的開(kāi)口，15是形成冷卻介質(zhì)供給歧管的開(kāi)口，16是形成冷卻介質(zhì)排出歧管的開(kāi)口。此外，在分隔件I形成的歧管用的開(kāi)口的個(gè)數(shù)和/或形狀不限于圖2所示的例子，能夠適當(dāng)變更。另外，圖2所示的Al的區(qū)域相當(dāng)于本發(fā)明中的分隔件主體中參與發(fā)電的發(fā)電區(qū)域。
[0035]在上述發(fā)電區(qū)域Al和非發(fā)電區(qū)域A2中，如圖2所示，形成有導(dǎo)電性?xún)?yōu)異的碳薄膜層C。作為該碳薄膜層C的形成方法，例如，可列舉出基于CVD法的表面處理(非晶碳)。通過(guò)如此實(shí)施表面處理，與用于分隔件基材2的鈦相比，碳薄膜層C的硬度提高，并且摩擦系數(shù)減小，因此電池監(jiān)測(cè)器端子30 (參照?qǐng)D4)的插入性提高。
[0036]對(duì)設(shè)置在上述非發(fā)電區(qū)域A2的一部分的端子安裝部A21以及與該端子安裝部A21連接的電池監(jiān)測(cè)器端子30進(jìn)行說(shuō)