专利名称：用于燃料电池的碳素复合材料隔板的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于燃料电池的碳素复合材料隔板。更具体地说，本发明涉及用于燃料电池的碳素复合材料隔板，其在碳素复合材料隔板成形时，在隔板的内部插入电导率高且不透气的材料形成的板材，从而能够从根本上防止由于隔板的材料、工序的错误设定、或是制造的隔板中存在的各种缺陷引起的透气率增加的现象。
背景技术：
作为燃料电池系统的核心的燃料电池组(stack)如图1所示，包括标号11所示的电极组件(MEA，Membrane Electrode Assembly-薄膜电极组件)，和标号12所示的称作双极板的隔板(separator)。隔板12在起着收集从电极组件11生成的电子的集电体作用的同时，也起着反应气体氢和氧的移动通路的作用。即，氢和氧各自从隔板12的两面通过流路13流动，这些反应气体与电极组件11的触媒层反应而发电。
为使隔板表现出作为反应气体的移动通路的优良性能，隔板自身的透气性应该尽可能地低。
即，用碳素复合材料制造隔板时，透气率(透气性)如果不是约为1×10-5cm3/cm2/sec以下，则不能起到作为隔板的作用。但是，如果错误选择了碳素复合材料或制造工序，从而表现出了更高的透气率，则会使电池组工作的效率严重下降。
特别是，当在隔板内部存在气孔(pore)、收缩(shrinkage)、孔(hole)等缺陷时，透气率的数值增加过大，会导致在燃料电池组中发生火灾、使电极组件完全损伤的致命的问题。
而且，如果考虑到这样的透气率的增大而带来的危险性，将隔板设计得过厚，也会引起电池组的重量或体积不希望地增加的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供用于燃料电池的碳素复合材料隔板，其在碳素复合材料隔板成形时，在隔板内部插入电导率高且不透气的材料形成的板材，能够从根本上防止由于隔板的材料、工序的错误设定、或者制造的隔板中存在的各种缺陷所引起的气体透过量增加的现象。
本发明的用于燃料电池的碳素复合材料隔板的特征在于，为了降低透气性、从根本上防止气体透过，插入有由电导率高、没有透气性的材料形成的板材。
所述电导率高且不透气的材料可使用任意的金属或金属合金，具体地说，可以是铝、铜、铁、钛、铅、锌、锡或是适当的合金材料的板材。
由所述电导率高且不透气材料形成的板材的厚度优选为0.001至2毫米。
图1是通常的燃料电池组的示意性的截面图；图2是现有技术的用于燃料电池的碳素复合材料隔板的截面图；图3是根据本发明的用于燃料电池的碳素复合材料隔板的截面图。
优选实施例的详细说明下面，参考附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。
与图2所示的以往的隔板12相比，本发明的用于燃料电池的碳素复合材料隔板14中插入了由电导率高且能够完全阻断气体透过的材料所形成的板材15，如图3所示。这样能够降低透气性，并能够从根本上防止先前所述的问题。
一般的，碳素复合材料隔板是在将作为导电性添加物的黑铅粉和起着将其固定而维持一定形态作用的高分子物质混合后，注入到具有最终的隔板形状的模具中成形。此时，成形的方式使用压缩成型或射出成型方式，通过施加适当的热和压力，使高分子物质硬化，来制造出具有所希望的形状的隔板。
根据图3所示的本发明，为了制造插入有板材15的燃料电池用的高密闭性、重量轻的隔板，在将材料注入到压缩成型或射出成型模具中时，在隔板的中间放置电气传导性的板材后，使之硬化，能够制造出所希望的形状。
位于隔板14中间的板材15电导率高且能够完全阻断气体的透过，其可使用任意的金属或金属合金，具体地说，可以使用铝、铜、铁、钛、铅、锌、锡或适当的合金等。但是，要使用的板材的厚度优选为0.001至2毫米。
使用的板材的材质和厚度可根据所要获得的效果进行不同的选择。即，如果仅为了防止气体透过，与使用薄板的金属相反，增大隔板的总体强度。如果希望制造薄且轻的隔板，则可选择使用强度较大、较厚的板材。
因为燃料电池组是在高温和酸性条件下运转的，因此必须防止从所制造的隔板的表面露出金属性的板材。其理由是，会出现在电池运行中溶出的金属离子形成电极组件，使触媒、离子传导膜的性能急剧下降的现象。
另一方面，选择板材时，最好能够避免表面被腐蚀、氧化、或污染的板材。因为这样会出现降低与碳素复合材料的界面中的导电性或结合力的负面效果。
下面，根据这样的实施例，更加详细地说明本发明。
实施例与比较例如下表1所示，分别利用压缩成型的方式制作最终厚度为4mm的碳素复合材料隔板的试制品(比较例)和其间插入有厚度为1mm的黄铜板的试制品(实施例)。然后，进行了电导率和拉伸强度、及透气率的比较试验。
所述黄铜板使用了将普通的带状类型(strip type)的33％质量比的锌添加到铜中的材料。
表1
从上表中可知，本发明的隔板(实施例)的透气率达到了完全无法测量出的程度，显示了很好的结果。由此能够确定上述技术方案达到了本发明的目的，即从根本上防止了气体透过。
从电导率的方面看，可知本发明的隔板(实施例)与比较例比较，在误差范围内显示了接近的值。据此，可知导电性板材的插入至少对平面内的电导率几乎没有影响。
上表中没有示出关于厚度方向(through-plane)的电导率，从导电性的面来看，因为插入了绝对有利的金属板，可预见会出现较有利的结果。
如上所述，本发明的隔板可从根本上防止气体透过，将透气性的增加防止于未然，在设计上避免了厚度的不希望的增加。
而且，根据上表，为使插入的金属板的强度高，起到骨架的作用，可使隔板整体的强度增大，即使比现有技术中的薄，也能制作出具有相同强度的隔板，而且具有能够防止因电池组制作时或使用中瞬间荷重的增加而引起裂缝和破损的优点。
另外，为了制造较轻的隔板，即使在碳素复合材料内使用大量分布微细气泡的多孔质复合材料，位于中间的金属板也能够从根本上封锁气体透过，能够制造出轻重量的多孔性隔板。
根据以上说明，本发明提供了一种碳素复合材料隔板，其中插入有由电导率高且能够完全阻断气体透过的材料所制成的板材。它能够完全防止气体透过，从根本上防止由于隔板材料、工序的误设定、或制造隔板中存在的各种缺陷而引起的透气性增加的现象。
权利要求
1.一种用于燃料电池的碳素复合材料隔板，其特征在于，插入有由电导率高且不透气的材料形成的板材，用于降低透气性，并从根本上防止气体透过。
2.如权利要求1所述的用于燃料电池的碳素复合材料隔板，其特征在于，所述电导率高且不透气的材料为任意的金属或金属合金，包括铝、铜、铁、钛、铅、锌、锡或采用了这些金属的合金材料。
3.如权利要求1或2所述的用于燃料电池的碳素复合材料隔板，其特征在于，所述电导率高且不透气的材料形成的板材厚度为0.001至2毫米。
全文摘要
本发明提供了用于燃料电池的碳素复合材料隔板，在碳素复合材料隔板成形时，在隔板内部插入电导率高且气体不能透过的材料所形成的板材，能够从根本上防止由于隔板材料、工序的错误设定、或制造的隔板中存在的各种缺陷而引起的透气性增加的现象。
文档编号H01M8/02GK1710731SQ200410101260
公开日2005年12月21日 申请日期2004年12月17日 优先权日2004年6月18日
发明者金正宪 申请人:韩国轮胎株式会社