专利名称：燃料电池隔板和其制造方法以及燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及将石墨与热塑性树脂的混合组成物成形为设定形状的燃料电池隔板和其制造方法以及燃料电池。
背景技术：
燃料电池，例如，固体高分子型燃料电池，是通过使含氢的燃料气体与空气等含氧的燃料气体进行电化学反应，同时发出电和热的装置。其构造，首先，是在选择性地传导氢离子的高分子电解质膜的两面上，形成以担载铂系金属催化剂的碳粉末为主要成分的催化剂反应层。然后，在该催化剂反应层的外面，形成同时具有燃料气体透气性和电子导电性的扩散层，该扩散层与催化剂反应层合在一起构成电极。
然后，为了防止提供的燃料气体向外泄漏而使两种燃料气体相互混合，在电极的周围夹装高分子电解质膜配置气密性材料或密封垫。该密封材料或密封垫，与电极以及高分子电解质膜预先组装成一体，并称之为电极电解质膜接合体(membrane electrode assemblies以下叫做“MEA”)。在MEA的外侧，配置将其机械固定同时使相邻的MEA相互电串联的导电性隔板。在隔板的与MEA接触的部分上，形成用于向电极表面提供反应气体、并将生成气体和剩余气体带走的气体流路。气体流路也可与隔离板分开单独设计，但一般的方法是在隔板的表面上设计槽作为气体流路。在这样的固体高分子型的燃料电池上，隔板必须导电性好、并相对燃料气体的气密性强、而且对于氢/氧进行氧化还原时的反应具有高耐蚀性。
根据这些要求，传统的隔板，是将酚醛树脂等树脂单独或者与碳粉末的混匀物形成平板形之后，通过在非氧化性气氛中进行碳化或者石墨化处理，形成碳素质或石墨质的平板，再利用切削加工等在表面上形成构成气体流路的槽而制成。但是，这些隔板必须经过2000℃以上的热处理，再利用切削加工形成气体流路，所以，存在制造成本增大的问题。
因此，在W099/49530号上，发表了将含酚醛树脂等热固性树脂和石墨粒子等导电剂的混合组成物注射成形或者压缩成形制造隔板的方法。但是，在将上述石墨粒子和酚醛树脂等热固性树脂的混合组成物压缩成形的时候，热固性树脂必须有5分钟左右的硬化时间，结果是成形周期长，难以提高生产率。又，将石墨粒子和酚醛树脂等热固性树脂的混合组成物注射成形的时候，为了确保上述混合组成物的流动性，必须提高热固性树脂的含有量，结果是隔板的导电性不够。
作为其它的方案，有将在石墨粒子中混入热塑性树脂的树脂混合组成物形成片，将得到的片，用带槽金属模进行模锻成形，这样得到设定的隔板的方法(特开2001-122677A)。但是，该方法，首先就难以将石墨粒子含量高的树脂混合组成物形成片。并且，模锻成形的制品会形成压缩部分(槽部)和压缩不充分的部分(槽部以外的棱部部分)，从而存在这样一些问题，即，由于强度性不稳定，易出现变形、裂缝，并且，压缩不充分的部分(槽部以外的棱部部分)密度小，容易透过气体。另外，在片的模锻成形中，还存在槽部部分的拐角不能锋利地形成的问题。
发明简介本发明，目的在于，为了解决上述传统的问题，提供一种导电性好、强度高、槽部部分可锋利地形成、成形周期短、且生产率高成本低的燃料电池隔板和其制造方法以及燃料电池。
为了达到上述目的，本发明的燃料电池隔板，其特征在于是由热塑性树脂与石墨粒子的混合组成物形成的、具有用于流过流体的槽部的燃料电池隔板，气体渗透系数在1×10-16mol/m·Pa·s以上、1×10-14mol/m·Pa·s以下的范围，厚度方向的体积电阻率值在1mΩ·cm以上、50mΩ·cm以下的范围，密度在1.8g/cm3以上、2.1g/cm3以下的范围，并且上述的槽部与棱部的密度均匀。在以上的叙述中，所谓密度均匀，是指实际上无密度差。
其次，本发明的燃料电池隔板的制造方法，是将石墨粒子与热塑性树脂的混合组成物成形为设定的燃料电池隔板形状的燃料电池隔板的制造方法，其特征在于包含以下工序(a)预先将具有槽的金属模升温到上述热塑性树脂的熔点以上的温度的工序；(b)在上述金属模的内腔中填充上述混合组成物，
(c)将上述混合组成物在熔融状态下以设定的压力均匀压缩赋形(forming)的工序；(d)在上述金属模内保持加压的状态下冷却到比上述热塑性树脂的热变形温度低的温度成形(molding)的工序。在以上叙述中，所谓均匀压缩是指槽的底部与棱部实际上无密度差。
又，本发明的燃料电池，是在电极电解质膜接合体(MEA)的外侧设置隔板的燃料电池，其中电极电解质膜接合体(MEA)，是在高分子膜的两面设置铂系催化剂层，并在其外侧的一面上设置同时具有气体透气性和电子导电性的扩散层，其特征在于上述隔板由热塑性树脂与石墨粒子的混合组成物形成，并具有用于流过流体的槽部，气体渗透系数在1×10-16mol/m·Pa·s以上、1×10-14mol/m·Pa·s以下的范围，厚度方向体积电阻率值在1mΩ·cm以上、50mΩ·cm以下的范围，密度在1.8g/cm3以上、2.1g/cm3以下的范围，并且上述的槽部与棱部的密度均匀。
图1 A-C是表示本发明的一实施形式中的燃料电池隔板的制造工序的简要断面图。
图2 A-C是表示图1B的工序的一例的断面图。
图3 是组装了本发明的一实施形式的隔板的燃料电池组件的立体图。
图4 是本发明的一实施形式中的燃料电池的叠加构造的简要立体图。
图5 是表示本发明的一实施形式中的燃料电池的高分子膜附近的膜电极组织MEA(Membrane Electrode Assemblies)部的作用的简要断面图。
图6 是表示本发明的实施例6中的固体高分子型燃料电池的电流-电压特性的坐标图。
发明的实施形式本发明的燃料电池隔板，其特征在于密度在1.8g/cm3以上、2.1g/cm3以下的范围，并且槽部与棱部的密度均匀。即，槽部与棱部实际上无密度差。在此所说的实际上，是指在设定值的±10％的范围内。因此，槽部与棱部的强度、气体渗透系数、厚度方向的体积电阻值也都是均匀的，实际上无差别。
上述的均匀构造，可通过以下的方法制成预先将金属模升温到上述热塑性树脂的熔点以上的温度，将上述混合组成物在加热状态下填充到上述金属模的内腔中，将上述混合组成物在熔融状态下以设定的压力均匀压缩赋形(forming)，在对上述金属模加压的状态下冷却到比上述热塑性树脂的热变形温度低的温度成形(molding)。这样，可提供成形周期短、成本低的燃料电池隔板。
上述所谓热变形温度即软化温度，是按照ASTM(Standards ofAmerican Society for Testing and Materials)D648的测定方法，在0.45MPa的负荷条件下的热变形温度。例如，聚丙烯树脂(熔点160℃～165℃)的热变形温度约为120℃。又，聚苯硫醚树脂(熔点280℃～290℃)的热变形温度约为260℃。如果从产品合格率出发，更理想的冷却温度，是比上述热变形温度低40℃以上的温度。但是，如果冷却温度太低，成形周期变长，生产率下降，所以，是不理想的。由于产品合格率与生产率是矛盾的，所以，最好设在(热变形温度-60℃)以上、(热变形温度-40℃)以下的程度。
上述燃料电池隔板是平板状的，最好在两面形成气体流路。
上述燃料电池隔板，最好在熔融状态下均匀压缩赋形(forming)，并被冷却成形(molding)。
上述燃料电池隔板的密度最好在1.9g/cm3以上、2.0g/cm3以下的范围。
其次，本发明的方法中，在上述(b)的工序中，也可将预先被加热到上述热塑性树脂的熔点以上的上述混合组成物填充到上述金属模内腔中。
并且最好将上述金属模在上述(a)、(b)以及(c)的工序中依次传送，将上述混合组成物成形为设定的燃料电池隔板形状。因为这样可缩短成形周期，高效率地制造。
隔板的原料，采用石墨粒子与热塑性树脂的混合组成物。所谓石墨粒子，是指石墨质或碳素质的粒子，如果只需要高导电性，则不必要具有石墨构造，但最好具有高结晶性的石墨构造。这样的石墨粒子，例如，可举出人造石墨、天然石墨、或膨胀石墨等。这些石墨粒子可单独使用，也可组合2种以上使用。石墨粒子的大小，没有特别的限制，但为了获得高导电性，最好是平均粒径50μm～120μm的石墨粒子。
作为热塑性树脂，可列举出聚苯硫醚树脂、芳香族聚酯树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚亚苯基醚树脂、聚醚醚酮树脂、聚烯烃树脂、聚酯树脂、聚碳酸脂树脂、聚苯乙烯树脂、丙烯基树脂、聚酰胺树脂、氟化树脂以及液晶聚合物等。在这些热塑性树脂中，在耐药性、耐久性、机械强度方面，还是聚苯硫醚树脂或者聚丙烯树脂最理想。
上述混合组成物中所含的热塑性树脂的含量，相对石墨粒子和热塑性树脂的总量最好重量百分比为10％～30％。热塑性树脂的含量，如果相对总量的重量百分比少于10％，则作为隔板的强度减弱。另一方面，相对总量的重量百分比大于30％，则导电性降低，难以确保作为隔板的特性。
关于本发明的燃料电池隔板的制造方法，参照图面进行说明。
图1A-1C是表示本发明的一实施形式的制造工序的断面图。
将上述的石墨粒子与热塑性树脂的混合组成物成形时，如图1A所示那样。由上金属模7和下金属模8构成的金属模2预先利用加热器5升温到热塑性树脂的熔点以上的温度。虽然金属模的预热温度设计为热塑性树脂的熔点以上的温度，但从缩短成形周期的角度出发，最好预热到熔点温度以上、熔点+50℃以下的温度范围。如果金属模的温度未达到热塑性树脂的熔点温度，则在填充混合组成物时，接触金属模的混合组成物中的热塑性树脂固化，难以成形为设定的隔板形状。作为金属模的加热器，可采用例如电阻炉或电磁炉。
然后，如图1B所示那样，利用具有加热机构的加热盘3和具有加热机构的上述混合组成物的填充装置6，在保持热塑性树脂的熔点以上的温度的金属模2内的内腔部，在热塑性树脂的熔点以上的温度下填充混合组成物1。之后，以100kg/cm2～1,000kg/cm2的成形压力加压。
然后，如图1C所示那样，利用具有冷却机构的冷却盘4，将填充在金属模2内的混合组成物1在设定的压力下冷却到比热塑性树脂的熔点低的温度。压力通常是100kg/cm2～1000kg/cm2。冷却条件，根据热塑性树脂的种类等而不同，但如果冷却到上述热变形温度以下、最好是热变形温度-40℃，则不会产生热变形。例如，采用聚亚苯基硫醚树脂作为热塑性树脂的时候，最好冷却到100℃～220℃。这是因为，当超过220℃的温度时，取出时成形品可能发生变形，而当不到100℃时，成形周期变长。
之后，从冷却装置中将成形品取出。
利用以上的工序，石墨粒子与热塑性树脂的混合组成物1在厚度方向实际上无密度差地成形为设定的隔板形状。
图2A-C，是表示图1B的工序的一例的断面图。如图2A所示那样，预先将金属模12的上金属模17从下金属模18上只打开到设定的压缩行程的程度。然后，如图2B所示那样，只将设定量的熔融状的混合组成物11利用填充装置16填充到金属模12的内腔部。然后，如图2C所示那样，利用盖19封闭金属模12，将混合组成物11以设定的压力压缩、成形。
下面，图3是组装了利用本发明的一实施形式所获得的隔板21、22的燃料电池组件的立体图。所示为在隔板21、22之间贴在密封垫23上的气体扩散层24、25。在气体扩散层24、25之间，如后面所述的图4-5所示那样，夹入在两面上配置催化剂层的高分子膜。另外，在隔板21、22的两面，形成槽26、27。在图3中，槽26、27是用线表示的，但实际上如图4所示那样，是形成了许多的槽。
下面，图4是本发明的一实施形式的燃料电池的叠加构造的简要立体图。在两面形成槽的隔板31、32、33之间，配置被燃料极34夹住的高分子膜35。氢(H2)从水平向里的方向提供给隔板的槽部39，空气(Air)从垂直的上方方向提供给隔板的槽部38。电流沿隔板的厚度方向流过。
在此，重要的是，如果试着观察隔板31，电流是从一方的凸部的表面36流到另一方的凸部的表面37。本发明的隔板，因为在厚度方向上实际上无密度差，所以，导电率也均匀，电流容易流过。但是，采用传统的压缩片的方法，则因为槽部的密度大、凸部的密度小，所以，存在流过电流的凸部的导电率降低的问题。另外，重要的是隔板31隔开了槽部39的氢与槽部38的空气。
本发明的隔板，槽部(凹部)、凸部都得到了很好的压缩，密度也均匀，所以，可充分隔开氢与空气。但是，采用传统的压缩片的方法，存在凸部的密度小，氢与空气交叉泄漏的问题。
下面，图5是表示本发明的一实施形式中的燃料电池的高分子膜附近的膜电极组织(MEA)(Membrane Electrode Assemblies)部的作用的简要断面图。在高分子膜41的两表面上形成催化剂层42、43，在催化剂层42的外侧，粘贴碳无纺织布50作为气体扩散层44，由催化剂层42和气体扩散层44构成阴极的燃料极46。另一方面，在催化剂层43的外侧粘贴碳无纺织布50作为气体扩散层45，由催化剂层43和气体扩散层45构成阳极的空气极47。
高分子膜41，采用了例如导入磺酸基的全氟磺酸膜[杜邦公司制造的“Nafion”(商品名)]。催化剂层42、43，采用例如在碳粒子49的表面担载铂系催化剂48的材料。
氢(H2)，来自气体扩散层44，通过催化剂层42，在穿过高分子膜41时变成氢离子(H+)，利用催化剂层43与来自气体扩散层45的空气(Air)中的氧(O2)进行化学反应变成水(H2O)，向气体扩散层45的外侧下方方向排出。利用上述一系列的化学反应，电子(e-)从燃料极46流向空气极47。51是电阻。以上详细介绍了这些基本原理本身。
如上说明的那样，如果采用本发明，可提供导电性好、槽部和棱部的品质均匀性好、强度高、且成形周期短的燃料电池隔板和其制造方法以及燃料电池。
实施例以下，利用实施例对本发明做更详细的说明，但本发明并不仅限于这些实施例。
(实施例1～3)将作为石墨粒子的人造石墨粉末(エスイ一シ一制造，SGP级，平均粒径50μm)、和作为热塑性树脂的聚苯硫醚树脂PPS[东丽公司制造、“トレリナ”(商品名)粉末，熔点约278℃]按表1所示比例利用搅拌器混合15分钟，制成作为隔板原料的混合物。
该混合物，利用下面的方法成形为设定的隔板。
首先，在保持320℃的预热炉中，将金属模[材质日立金属制造的HPM31，外形宽300mm、长200mm、厚50mm；成形品腔形状宽250mm、长150mm、厚2mm，在两面具有槽(凹部)深0.5mm、槽宽1mm、棱(凸部)宽2mm的多条气体流路]预热到320℃。
然后，将预热到320℃的金属模，送到具有压出机构和保持320℃的加热盘(加热器容量压力机上面、压力机下面共6KW)的油压压力机(タナカカメ制造，紧固压力200ton)上，在320℃的温度下填充PPS融化的状态的上述混合物，之后，以400kg/cm2的成形压力加压。该填充工序所需要的时间是20秒。
最后，将金属模送到具有保持20℃的冷却盘(冷却水压力机上面、压力机下面共50升/min)的油压压力机(タナカカメ制造，紧固压力200ton)上，一边以400kg/cm2的成形压力加压，一边冷却到200℃。该冷却工序所需的时间是40秒。
对于这些工序，可以使用多个金属模，将金属模送到每道工序，这样，可使成形周期为60秒。
得到的隔板成形品的形状，是宽250mm、长150mm、厚2mm，在两面具有槽(凹部)深0.5mm、槽宽1mm、棱(凸部)宽2mm的多条气体流路的形式。槽(凹部)和棱(凸部)的形状是锋利的。并且，在得到的隔板成形品的槽(凹部)和棱(凸部)上，也没有体积密度差和厚度方向体积电阻率差，是特性均匀的制品。
制作的隔板的特性和成形周期示于表1。
(实施例4)将与实施例1同样制成的混合物利用下面的方法形成设定的隔板形状。
首先，在保持320℃的预热炉中，将金属模[材质日立金属制造的HPM31，外形宽300mm、长200mm、厚50mm；成形品腔形状宽250mm、长150mm、厚2mm，在两面具有槽(凹部)深0.5mm、槽宽1mm、棱(凸部)宽2mm的多条气体流路]预热到320℃。
然后，将预热到320℃的金属模，送到具有粉末投入机构和保持320℃的加热盘(加热器功率压力机上面、压力机下面共6KW)的油压压力机(タナカカメ制造，紧固压力200ton)上，打开金属模，将上述混合物以粉末状投入，经过挤压之后，关闭金属模，以400kg/cm2的成形压力加压。该投入工序所需要的时间是30秒。
最后，将金属模送到具有保持20℃的冷却盘(冷却水压力机上面、压力机下面共50升/min)的油压压力机(タナカカメ制造，紧固压力200ton)上，一边以400kg/cm2的成形压力加压，一边冷却到200℃。该冷却工序所需的时间是40秒。
对于这些工序，可通过使用多个金属模，将金属模送到每道工序，使成形周期达到60秒。
得到的隔板成形品的形状，是宽250mm、长150mm、厚2mm，在两面具有槽(凹部)深0.5mm、槽宽1mm、棱(凸部)宽2mm的多条气体流路的形式。槽(凹部)和棱(凸部)的形状是锋利的。并且，在得到的隔板成形品的槽(凹部)和棱(凸部)上，也没有体积密度差和厚度方向的体积电阻率差，是特性均匀的产品。
制作的隔板的特性和成形周期示于表1。
(实施例5)将作为石墨粒子的人造石墨粉末(エスイ一シ一制造，SGP级，平均粒径50μm)、和作为热塑性树脂的聚丙烯树脂(ゲランドポリマ一公司制造，J105H，以下称PP)按表1所示比例利用搅拌器混合15分钟，制成作为隔板原料的混合物。
该混合物，利用下面的方法成形为设定的隔板形状。
首先，在保持220℃的预热炉中，将金属模[材质日立金属制造的HPM31，外形宽300mm、长200mm、厚50mm；成形品腔形状宽250mm、长150mm、厚2mm，并在两面具有槽(凹部)深0.5mm、槽宽1mm、棱(凸部)宽2mm的多条气体流路]预热到220℃。
然后，将预热到220℃的金属模，送到具有压出机构和保持220℃的加热盘(加热器容量压力机上面、压力机下面共6KW)的油压压力机(タナカカメ制造，紧固压力200ton)上，在220℃的温度下填充PP融化的状态的上述混合物，之后，以400kg/cm2的成形压力加压。该填充工序所需要的时间是20秒。
最后，将金属模送到具有保持20℃的冷却盘(冷却水压力机上面、压力机下面共50升/min)的油压压力机(タナカカメ制造，紧固压力200ton)上，一边以400kg/cm2的成形压力加压，一边冷却到80℃。该冷却工序所需的时间是50秒。
对于这些工序，可以使用多个金属模，将金属模送到每道工序，这样，可使成形周期达到60秒。
得到的隔板成形品的形状，是宽250mm、长150mm、厚2mm，在两面具有槽(凹部)深0.5mm、槽宽1mm、棱(凸部)宽2mm的多条气体流路的形式。槽(凹部)和棱(凸部)的形状是锋利的。并且，在得到的隔板成形品的槽(凹部)和棱(凸部)上，也没有体积密度差和厚度方向体积固有电阻率差，是特性均匀的产品。
制作的隔板的特性和成形周期示于表1。
(比较例1)将作为石墨粒子的人造石墨粉末(エスイ一シ一制造，SGP级，平均粒径50μm)、和作为热固性树脂的酚醛树脂(住友デユレズ制造)按重量百分比人造石墨粉末80％、酚醛树脂20％的比例利用搅拌器混合15分钟，制成作为隔板原料的混合物。
将该混合物填充到180℃的金属模[材质日立金属制造的HPM31，外形宽300mm、长200mm、厚50mm；成形品腔形状宽250mm、长150mm、厚2mm，在两面具有槽(凹部)深0.5mm、槽宽1mm、棱(凸部)宽2mm的多条气体流路]中。该填充工序所需要的时间是15秒。
然后，将金属模，送到具有保持180℃的加热盘(加热器容量压力机上面、压力机下面共6KW)的油压压力机(タナカカメ制造，紧固压力200ton)上，一边以400kg/cm2的成形压力加压，一边使酚醛树脂硬化。该工序所需要的时间是300秒。
对于这些工序，测定成形周期的结果是320秒。制作的隔板的特性和成形周期示于表1。
(比较例2)将作为石墨粒子的人造石墨粉末(エスイ一シ一制造，SGP级，平均粒径50μm)、和作为热固性树脂的酚醛树脂(住友デュレズ制造)按重量百分比人造石墨粉末70％、酚醛树脂30％的比例利用搅拌器混合15分钟，制成作为隔板原料的混合物。
将该混合物填充到180℃的金属模[材质日立金属制造的HPM31，外形宽300mm、长200mm、厚50mm；成形品腔形状宽250mm、长150mm、厚2mm，在两面具有槽(凹部)深0.5mm、槽宽1mm、棱(凸部)宽2mm的多条气体流路]中，在原料温度170℃下注射成形，90秒后，打开金属模取出成形品。
制作的隔板的特性和成形周期示于表1。
如从表1中了解的那样，采用比较例1，虽然得到了导电性、强度方面性能优良的隔板，但成形周期长，翘曲量也较大。又，采用比较例2，虽然较比较例1的成形周期短，但因为树脂的含量高，在导电性方面有问题，并且，翘曲量大，不能满足作为隔板的特性要求。与此相对，采用实施例，除导电性、气体密封性、强度性能优良外，可确认成形周期也大幅度缩短。
(比较例3)将作为石墨粒子的人造石墨粉末(エスイ一シ一制造，SGP级，平均粒径50μm)按重量百分比70％、和作为热塑性树脂的聚苯硫醚树脂PPS[东丽公司制造、“トレリナ”(商品名)粉末，熔点约278℃]30％利用搅拌器混合15分钟，制成作为隔板原料的混合物。
该混合物，利用下面的方法成形为设定的隔板形状。
首先，作为第一工序，在保持320℃的上下2块平展的加热盘上将上述混合物加压成形，赋形成宽250mm、长150mm、厚2mm的片，并冷却到室温。
然后，作为第二工序，在保持200℃的金属模[材质日立金属制造的HPM31，外形宽300mm、长200mm、厚50mm；成形品腔形状宽250mm、长150mm、厚2mm，在两面具有槽(凹部)深0.5mm、槽宽1mm、棱(凸部)宽2mm的多条气体流路]的内腔中，将上述第一工序中得到的片预热到200℃放入，送到油压压力机(タナカカメ制造，紧固压力200ton)上，在200℃的温度下以400kg/cm2的压力压缩成形，之后，在同样温度下保持20秒后取出。
得到的隔板成形品的形状，是宽250mm、长150mm、厚2mm，在两面具有槽(凹部)深0.5mm、槽宽1mm、棱(凸部)宽2mm的多条气体流路的形式。但可看到槽(凹部)和棱(凸部)的形状有大的砂型倒塌，不能进行良好的复制。又，槽(凹部)和棱(凸部)存在密度差，棱(凸部)的密度是1.80g/cm3，而槽(凹部)的密度是1.98g/cm3，变形大，易裂缝，是难以使用的制品。
(实施例6)采用本发明的实施例1得到的隔板制成固体高分子型燃料电池。使用Nafion膜(杜邦公司制造)作为固体高分子膜，在其两面涂上担载铂的碳催化剂，在其更外侧通常的方法是接合作为气体扩散层的碳纸(东丽公司制造)，这样制作MEA。将上述MEA与隔板层叠50个单位，并隔着集电板和绝缘板用不锈钢的端板和紧固螺杆以10kgf/cm2的压力紧固层叠体，制成固体高分子型燃料电池。得到的固体高分子型燃料电池的主要部分如图4-图5所示。
向该固体高分子型燃料电池的燃料极上提供在70℃下加湿的氢气、向氧化剂极提供在60℃下加湿的空气，测试了燃料利用率为80％、氧利用率为40％时的电流-电压特性。其结果示于图6。
根据以上的结果，可确定，本发明的燃料电池具有良好的电流-电压特性。
权利要求
1.一种燃料电池隔板，其特征在于是由热塑性树脂与石墨粒子的混合组成物成形的、具有用于输送流体的槽部的燃料电池隔板，气体渗透系数在1×10-16mol/m·Pa·s以上、1×10-14mol/m·Pa·s以下的范围，厚度方向的体积电阻率值在1mΩ·cm以上、50mΩ·cm以下的范围，密度在1.8g/cm3以上、2.1g/cm3以下的范围，并且上述槽部与棱部的密度均匀。
2.如权利要求1所述的燃料电池隔板，其特征在于热塑性树脂，是选自聚苯硫醚树脂、芳香族聚酯树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚亚苯基醚树脂、聚醚醚酮树脂、聚烯烃树脂、聚酯树脂、聚碳酸脂树脂、聚苯乙烯树脂、丙烯基树脂、聚酰胺树脂、氟化树脂以及液晶聚合物中的至少一种树脂。
3.如权利要求1所述的燃料电池隔板，其特征在于上述混合组成物中所含的热塑性树脂的含量，相对石墨粒子和热塑性树脂的总量，重量百分比在10％以上、30％以下。
4.如权利要求1所述的燃料电池隔板，其特征在于上述燃料电池隔板是平板状的，并在两面形成气体流路。
5.如权利要求1所述的燃料电池隔板，其特征在于上述燃料电池隔板，在熔融状态下被均匀压缩赋形，被冷却成形。
6.如权利要求1所述的燃料电池隔板，其特征在于上述燃料电池隔板的密度在1.9g/cm3以上、2.0g/cm3以下的范围。
7.一种燃料电池隔板的制造方法，是权利要求1-6的任何一项中所述的燃料电池隔板的制造方法，其特征在于包含以下的工序(a)预先将金属模升温到上述热塑性树脂的熔点以上的温度的工序，(b)在上述金属模的内腔中填充上述混合组成物，(c)将上述混合组成物在熔融状态下以设定的压力均匀压缩赋形的工序，(d)在上述金属模内保持加压的状态下冷却到比上述热塑性树脂的热变形温度低的温度成形的工序。
8.如权利要求7所述的燃料电池隔板的制造方法，其特征在于在上述(b)的工序中，将预先被加热到上述热塑性树脂的熔点以上的上述混合组成物填充到上述金属模内腔中。
9.如权利要求7所述的燃料电池隔板的制造方法，其特征在于使上述金属模在上述(a)、(b)以及(c)的工序中依次传送，将上述混合组成物成形为既定的燃料电池隔板形状。
10.一种燃料电池，是组装有权利要求1-6的任何一项中所述的燃料电池隔板的燃料电池，其特征在于在电极电解质膜接合体(MEA)的外侧组装隔板，而电极电解质膜接合体(MEA)，在高分子膜的两面设置铂系催化层，在其外侧的一面上设置同时具有气体透气性和电子导电性的扩散层。
全文摘要
可提供导电性好、槽部与棱部的品质的均匀性好、强度高且成形周期短的燃料电池隔板和其制造方法以及燃料电池。燃料电池隔板，由热塑性树脂与石墨粒子的混合组成物形成，具有用于输送流体的槽部，气体渗透系数在1×10
文档编号H01M8/02GK1400679SQ0212706
公开日2003年3月5日 申请日期2002年7月26日 优先权日2001年7月26日
发明者川岛勉, 福岛哲夫 申请人:松下电器产业株式会社