專利名稱：燃料電池隔板及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池隔板及其制造方法，特別是涉及這樣一種燃料電池隔板及其制造方法，這種隔板用來夾持設置在電解質膜兩側的陽極和陰極，從而構成電池模塊。
背景技術：
燃料電池是一種利用與電解水相反的原理，通過氫與氧反應生成水的過程來獲得電力的電池。因為通常情況下用燃料氣體來替代氫，并用空氣或氧化性氣體替代氧，因此術語燃料氣體、空氣和氧化性氣體經(jīng)常被使用。下面將參照圖15來對普通燃料電池的基本結構進行描述。
如圖15所示，在電解質膜201的相對面上設置陽極202和陰極203，并由第一隔板206和第二隔板207通過擴散層204、205將電極202、203夾在中間構成燃料電池200的電池模塊。燃料電池200由許多這樣的電池模塊一起堆疊而成。
使燃料氣體有效地與陽極202接觸是必要的。為了達到這個目的，在第一隔板206的表面206a上設有許多凹槽(未示出)，當將擴散層204設置在第一隔板206的表面206a上時，通過覆蓋這些凹槽，可以形成構成燃料氣體流動通道的第一流動通道(未示出)。
使氧化性體有效地與陰極203接觸是必要的。為了達到這個目的，在第二隔板207的表面207a上設有許多凹槽208，當將擴散層205設置在第二隔板207的表面207a上時，通過覆蓋這些凹槽208，可以形成構成氧化性氣體流動通道的第二流動通道(未示出)。
在第一隔板206中，與表面206a相反的面206b上設置有許多冷卻水通道凹槽209，在第二隔板207中，與207a面相反的面207b上設置有許多冷卻水通道凹槽(未示出)。通過將第一隔板與第二隔板面對面地設置，使各個冷卻水通道凹槽209集合在一起形成了冷卻水通道(未示出)。
作為制造這些第一隔板206和第二隔板207的方法，例如已知有日本專利公開公報JP-A-2001-126744“Fuel Cell Separator and ManufacturingMethod Thereof(燃料電池隔板及其制造方法)”中所述的方法。
在該所公開的制造方法中，對與熱塑性樹脂相混合的導電顆粒進行加熱并捏合；對該混合物進行擠壓成型，用輥子形成長片；將該長片切割成預定尺寸以制成坯料；通過在這些坯料的兩面或一面上形成氣體通道和冷卻水通道凹槽以得到第一隔板206和第二隔板207。
為了通過將擴散層204、205與第一隔板206和第二隔板207集合在一起來形成第一流動通道和第二流動通道，需要使擴散層204、205分別與第一隔板206和第二隔板207的表面206a、207a處于緊密接觸的狀態(tài)。然而，要使擴散層204、205與第一隔板206和第二隔板207的表面206a、207a處于緊密接觸的狀態(tài)是困難的，第一隔板的表面206a和第二隔板的表面207a與擴散層204、205之間存在局部出現(xiàn)縫隙的危險。
由于冷卻水通道是通過將兩個隔板集合在一起形成在第一隔板206和第二隔板207上，就需要使第一隔板和第二隔板處于緊密接觸的狀態(tài)。然而，要使第一隔板和第二隔板處于緊密接觸的狀態(tài)是困難的，第一隔板206與第二隔板207之間存在局部出現(xiàn)縫隙的危險。
由于這些原因，燃料電池隔板的發(fā)展期待可以使第一隔板206和第二隔板207的表面206a、207a與擴散層204、205處于緊密接觸的狀態(tài)，同時可以使第一隔板206與第二隔板207處于緊密接觸的狀態(tài)。
在現(xiàn)有的燃料電池隔板制造方法中，將長片切割成預定尺寸以制成坯料，之后在各個坯料上形成用作氣體通道和冷卻水通道的凹槽。使用這種燃料電池隔板的制造方法，當在坯料上形成凹槽時，每個單獨的坯料均必須被安置在正確的位置。結果，由于坯料的定位需要時間，因而妨礙了生產(chǎn)力的提高。因此，制造方法的發(fā)展期待著能有效地形成燃料電池隔板。
已知的燃料電池包括，例如在日本專利公開公報JP-A-2002-97375“Thermoplastic Resin Composition and Molding(熱塑性樹脂組合物及模制品)”中，將碳纖維或碳納米管與熱塑性樹脂混合作為燃料電池隔板組合物。下面將對其內容進行詳細論述。
當將隔板裝配到燃料電池中時，需要在它兩面模制出多個氣體通道凹槽和冷卻水通道凹槽。因此，隔板必須使用具有良好的成型性的起始材料。而且，還要求隔板具有從電極集電的功能，所以它必須具有優(yōu)異的導電性。為了達到這些要求，在該已知技術中，作為隔板的成分，使用了具有良好成型性的聚苯硫醚(一種熱塑性樹脂)，并且使用了具有優(yōu)異導電性的碳纖維或碳納米管。
下面將對一個實例進行詳細說明，作為隔板的組分，制備30重量％的碳纖維、0.5重量％的碳納米管和69.5重量％的聚苯硫醚(熱塑性樹脂)，將其混合以得到混合物。隨后，用該混合物作為起始材料以注射成型得到隔板。
通過使用69.5重量％的熱塑性樹脂聚苯硫醚，可以確保好的注射成型性。用30重量％的碳纖維和0.5重量％的碳納米管，可以確保有一定程度的導電性。
然而，在上述公報中，由于起始材料中包括大量的碳纖維，碳纖維出現(xiàn)顯著的取向性，因此隔板變成各向異性。因此，隔板中有翹曲和變形的危險。
當在隔板兩側均有氣體通道凹槽和冷卻水通道凹槽時，焊接線易于顯露。因此，存在隔板強度急劇下降的危險。
另外，在上述公報中，為了提高隔板的導電性，可以使隔板的起始材料中含有碳纖維和碳納米管。然而，通過使起始材料中含有碳纖維難以充分地提高導電性。
具體地說，在上述公報中，體積電阻率用雙環(huán)法進行測量(ASTMD257)。然而，雙環(huán)法適合于高電阻率的測量，在本發(fā)明者所得到的測量結果中，可以發(fā)現(xiàn)，與適合于測量低電阻率的四探針法相比，雙環(huán)法測得的體積電阻率顯著更低。
而且，在最近的幾年中，開始要求燃料電池具備高的性能，為了滿足這個要求，期待著具有更好導電性隔板的問世。

發(fā)明內容
在第一方面，本發(fā)明提供一種燃料電池隔板，該燃料電池隔板將設置在電解質膜兩側的陽極和陰極通過擴散層夾在中間，該隔板該隔板由選自乙烯/乙酸乙烯酯共聚物和乙烯/丙烯酸乙酯共聚物的熱塑性樹脂與至少一種選自科琴黑(Ketjen black)、石墨和乙炔黑的碳顆粒的混合物所制成。
乙烯/乙酸乙烯酯共聚物和乙烯/丙烯酸乙酯共聚物即使是在熱塑性樹脂中也具有特別優(yōu)良的撓性。通過使隔板中含有這種具有優(yōu)異撓性的熱塑性樹脂，從而使隔板與擴散層相接觸的接觸面具有彈性，并使該接觸面具有優(yōu)異的密封特性。因此，隔板的接觸面與擴散層的配合部分能夠緊密接觸。因此，不需要在隔板的接觸面與擴散層之間提供密封材料。
而且，由于在隔板中含有選自乙烯/乙酸乙烯酯共聚物和乙烯/丙烯酸乙酯共聚物的熱塑性樹脂，因此使隔板接觸面部分變得具有良好的密封特性。采用這種方法就能有效地制造出密封性優(yōu)良的隔板。
另一方面，由科琴黑、石墨和/或乙炔黑所組成的碳顆粒具有導電性，通過這些包含于隔板中的碳顆粒，就可以確保隔板的導電性。
優(yōu)選熱塑性樹脂在混合物中的比例為14重量％～20重量％，并且碳顆粒的比例為80重量％～86重量％。
將熱塑性樹脂在混合物中的比例設定為14重量％～20重量％的原因如下所述。即，當熱塑性樹脂的含量小于14重量％時，由于熱塑性樹脂含量太低，難以確保足夠的彈性，即隔板接觸面的密封特性。另一方面，當熱塑性樹脂的含量高于20重量％，則隔板中碳顆粒的含量太低，難以充分保證隔板的導電性。所以，將熱塑性樹脂的含量設定為14重量％～20重量％以確保隔板的密封特性并充分確保隔板的導電性。
優(yōu)選3重量％～20重量％的碳顆粒是科琴黑。
科琴黑是一種與其它碳黑相比導電性特別優(yōu)良的材料，通過含有科琴黑可以提高隔板的導電性。將科琴黑的含量設定為3重量％～20重量％的原因是，如果科琴黑含量小于3重量％，則由于科琴黑含量太低就難以獲得由含有科琴黑所帶來的效果。因此，當科琴黑含量低于3重量％時，就會存在可能無法充分保證隔板的導電性的危險。
另一方面，如果科琴黑含量高于20重量％，則由于科琴黑含量太大，使捏合變得困難。盡管據(jù)信可以通過加入溶劑來進行捏合，但使用溶劑會存在費用增加的危險。而且，即便是加入溶劑并成功地完成捏合，但是含有科琴黑的捏合物的流動性不佳，并且在例如成型時難以得到預定的形狀。
因此，將科琴黑的含量設定為3重量％～20重量％以保證隔板的導電性，并使捏合容易化且確保良好的成型性。
優(yōu)選混合物由14重量％～20重量％的熱塑性樹脂、70重量％～83.5重量％的碳顆粒以及2.5重量％～10重量％的玻璃纖維或碳纖維構成。
通過在混合物中混有玻璃纖維或碳纖維，可以提高了隔板的剛性。將玻璃纖維或碳纖維含量設定為2.5重量％～10重量％的原因是，當玻璃纖維或碳纖維含量低于2.5重量％時，由于玻璃纖維或碳纖維含量太低，難以提高隔板的剛性。另一方面，當玻璃纖維或碳纖維含量高于10重量％時，由于玻璃纖維或碳纖維的含量太大，則玻璃纖維或碳纖維在混合物中難以均勻分散，在擠壓成型和壓制混合物時就會產(chǎn)生問題。因此，將玻璃纖維或碳纖維的含量設定為2.5重量％～10重量％，以確保充分的玻璃纖維或碳纖維含量，并提高隔板的剛性，以及使玻璃纖維或碳纖維均勻分散，并獲得具有良好成型性的混合物，從而提高生產(chǎn)率。
在第二方面，本發(fā)明提供一種制造燃料電池隔板的方法，包括從乙烯/乙酸乙烯酯共聚物和乙烯/丙烯酸乙酯共聚物中選擇熱塑性樹脂，并從科琴黑、石墨和乙炔黑中選擇至少一種碳顆粒的步驟；通過將所選擇的熱塑性樹脂與碳顆粒相混合以得到混合物的步驟；用擠出機將該混合物擠壓成型以得到片材的步驟；通過對該片材進行壓制以在其表面形成氣體流動通道凹槽的步驟；以及通過將具有氣體流動通道的片材切割成預定形狀以得到燃料電池隔板的步驟。
利用片材形式的混合物，將氣體通道凹槽壓制形成在其表面，隨后將該片材切割成預定形狀以得到隔板。通過壓制成型使氣體通道凹槽形成在呈片狀的材料上，通過這種方法可以有效地連續(xù)形成氣體通道凹槽，并提高隔板的生產(chǎn)率。
在第三方面，本發(fā)明提供一種燃料電池隔板，該燃料電池隔板將設置在電解質膜兩側的陽極和陰極通過擴散層夾在中間，其特征在于，該隔板是由包括10重量％～34重量％聚苯硫醚、65重量％～80重量％石墨、以及1重量％～10重量％科琴黑的混合物制成。
此時，隔板中含有10重量％～34重量％的作為熱塑性樹脂的聚苯硫醚。由于聚苯硫醚具有優(yōu)異的成型性和優(yōu)異的撓性，因此在隔板注射成型時其可以提高成型性，并且可以獲得具有優(yōu)良密封特性的隔板。通過這種方法可以進一步提高隔板的生產(chǎn)率和精確度。而且，由于聚苯硫醚是一種具有優(yōu)良耐熱性的樹脂，因此在隔板中含有聚苯硫醚可以提高隔板的耐熱性。因此，可以將該隔板應用于在較高溫度下使用的燃料電池，并且可以擴大其應用范圍。
將聚苯硫醚的含量設定為10重量％～34重量％的原因如下所述。即，當聚苯硫醚的含量低于10重量％時，聚苯硫醚的含量太低以至于難以保證隔板的成型性和隔板的彈性，即密封特性。而且，當含量小于10重量％時，難以保證隔板的耐熱性且難以使其作為粘合劑而發(fā)揮作用。另一方面，當聚苯硫醚含量高于34重量％時，則隔板中石墨的含量太小，難以保證隔板有足夠的導電性。因此，將聚苯硫醚的含量設定為10重量％～34重量％以確保隔板的成型性、密封特性和耐熱性，并確保足夠的導電性。
另外，通過使隔板中含有65重量％～80重量％的石墨，可以提高其導電性。
將石墨含量設定為65重量％～80重量％的原因如下所述。當石墨含量低于65重量％時，由于石墨含量太低，因此難以提高隔板的導電性。另一方面，當石墨含量高于80重量％，則由于石墨含量太高使得石墨難以均勻分散，并在擠壓成型和壓制成型時產(chǎn)生問題。因此，將石墨的含量設定為65重量％～80重量％，以確保隔板的導電性并確保成型性。而且，通過使石墨含量高于65重量％，能減少隔板的體積電阻率并充分地提高隔板的導電性。此外，通過含有1重量％～10重量％的科琴黑，可以更進一步地提高導電性。
科琴黑是一種與其它碳黑相比導電性特別優(yōu)良的材料，通過在隔板中含有科琴黑，可以使隔板的導電性更高。
將科琴黑的含量設定為1重量％～10重量％的原因如下所述。即，當科琴黑含量低于1重量％，由于科琴黑含量太低，則存在可能無法充分保證隔板導電性的危險。另一方面，當科琴黑含量高于10重量％時，由于科琴黑含量太高，則難以進行捏合。盡管據(jù)信可以通過加入溶劑來進行捏合，但使用溶劑會存在費用增加的危險。而且，即便是為了捏合而加入溶劑，但是含有科琴黑的捏合物的流動性比較差，并且在例如成型時難以得到預定的形狀。因此，將科琴黑含量設定為1重量％～10重量％，由此更進一步地提高導電性。
包含于隔板中的石墨和科琴黑為碳顆粒，且隔板中不含有大量的纖維材料。因此，隔板中由纖維材料引起的取向性的產(chǎn)生受到抑制，并且可以防止由于各向異性而造成的隔板的卷曲和變形。另外，由于隔板中不含有大量的纖維材料，因此可以防止由于提供在隔板上的氣體通道凹槽和冷卻水通道凹槽中焊接線的暴露而引起的隔板強度的下降。
在本發(fā)明的優(yōu)選形式中，上述混合物含有5重量％～15重量％切碎的碳纖維，并且混合物中的石墨含量為60重量％～80重量％。
通過使隔板中含有5重量％～15重量％切碎的碳纖維，可以提高隔板的強度和耐熱性。當含有這些切碎的碳纖維時，由于它們能完成石墨的某些功能，因此石墨含量的下限值可以為60重量％。
將切碎的碳纖維的含量設定為5重量％～15重量％的原因如下所述。即，當切碎的碳纖維的含量低于5重量％時，切碎的碳纖維的含量太低，難以保證隔板的強度和耐熱性。另一方面，當切碎的碳纖維的含量高于15重量％時，隔板中的這些切碎的碳纖維的含量太大，切碎的碳纖維的取向性就表現(xiàn)得很明顯，并且隔板變得具有各向異性。因此，在隔板中就會存在卷曲和變形的危險。并且，當在隔板中在側面有氣體通道凹槽和冷卻水通道凹槽時，焊接線易于暴露。因此，存在隔板強度急劇下降的危險。因此，將切碎的碳纖維的含量設定為5重量％～15重量％。
優(yōu)選聚苯硫醚的粘度是20psi～80psi(磅/平方英寸)。
通過使聚苯硫醚的粘度為20psi～80psi，就可以很好地把石墨捏合到聚苯硫醚之中，并且可以進一步提高隔板的成型性。
將聚苯硫醚的粘度設定為20psi～80psi的原因如下所述。即，當聚苯硫醚的粘度低于20psi時，則粘度太低，聚苯硫醚無法硬化而形成漿體。另一方面，當聚苯硫醚粘度高于80psi時，則聚苯硫醚粘度太高，無法將石墨等很好的捏合到聚苯硫醚之中。因此，將聚苯硫醚的粘度設定為20psi～80psi，從而可以將石墨等很好的捏合到聚苯硫醚之中，并進一步提高隔板的成型性。


圖1是具有根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的燃料電池隔板的燃料電池的分解透視圖；圖2是圖1中沿A-A線的截面圖；圖3是圖1中沿B-B線的截面圖；圖4是圖1中所示燃料電池隔板的截面圖；圖5是制造本發(fā)明第一實施方式的燃料電池隔板的方法的流程圖；圖6A和圖6B是制造方法中混合物造粒步驟的說明圖；圖7是制造方法中壓制步驟的說明圖；圖8是具有根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的燃料電池隔板的燃料電池的分解透視圖；圖9是圖8中沿C-C線的截面圖；圖10是圖8中沿D-D線的截面圖；圖11是圖8中所示燃料電池隔板的截面圖；圖12是獲得體積電阻率方法的說明圖；圖13是石墨含量與體積電阻率的關系圖；圖14是科琴黑含量與體積電阻率的關系圖；圖15是現(xiàn)有燃料電池的分解透視圖。
具體實施例方式
如圖1所示，燃料電池10是將多個結構性電池模塊11層疊在一起而構成的固體聚合物型燃料電池，該結構性電池模塊11利用例如固體聚合物電解質作為電解質膜12，在該電解質膜12上附有陽極13和陰極14，將隔板18通過陽極擴散層15設置在陽極13側，將隔板(燃料電池隔板)18通過陰極擴散層16設置在陰極14上。
隔板18由第一隔板20和第二隔板30構成，并具有通過例如振動焊接法接合在一起的第一隔板20的冷卻水通道形成面20a和第二隔板30的接合面30a。
通過將第一隔板20和第二隔板30如此振動焊接在一起，使第一隔板20上的冷卻水通道凹槽21被第二隔板30所覆蓋，形成冷卻水通道22(見圖4)。
位于第一隔板20和第二隔板30頂端中間位置的冷卻水入口23a、33a和位于第一隔板和第二隔板的底端中間位置的冷卻水出口23b、33b與這些冷卻水通道22相連。
第一隔板20在燃料氣體通道形成面20b(接觸面)上具有燃料氣體通道凹槽24(見圖2)，通過將陽極擴散層15設置在燃料氣體通道形成面20b上，使陽極擴散層15覆蓋在燃料氣體通道凹槽24上并形成燃料氣體通道25(見圖4)。
位于第一隔板20和第二隔板30的頂端左側的燃料氣體入口26a、36a和位于第一隔板20和第二隔板30的底端右側的燃料氣體出口26b、36b與這些燃料氣體通道25相連。
第二隔板30在氧化性氣體通道形成面30b(接觸面)上具有氧化性氣體通道凹槽37，并通過將陰極擴散層16設置在氧化性氣體通道形成面30b上，使陰極擴散層16覆蓋在氧化性氣體通道凹槽37上并形成氧化性氣體通道38(見圖4)。
位于第一隔板20和第二隔板30的頂端右側的氧化性氣體入口29a、39a和位于第一隔板20和第二隔板30的底端左側的氧化性氣體出口29b、39b與氧化性氣體通道38相連。
作為制造第一隔板20和第二隔板30的樹脂，可以使用將選自乙烯/乙酸乙烯酯共聚物和乙烯/丙烯酸乙酯共聚物的熱塑性樹脂、至少一種選自科琴黑、石墨和乙炔黑的碳顆粒(碳材料)與玻璃纖維或碳纖維相混合而得到的混合物。
在此混合物中，熱塑性樹脂的比例為14重量％～20重量％；碳顆粒的比例為80重量％～86重量％；而且在80重量％～86重量％的碳顆粒中含有3重量％～20重量％的科琴黑。
科琴黑是一種具有優(yōu)異導電性的碳黑，例如一種由Ketjen BlackInternational Co.，Ltd.制造(由三菱化學株式會社銷售)的科琴黑就是適用的，盡管本發(fā)明并不僅限于此。
乙烯/乙酸乙烯酯共聚物和乙烯/丙烯酸乙酯共聚物是熱塑性樹脂中具有撓性的樹脂，通過使用這樣的樹脂，可以將第一隔板20和第二隔板30制成非常柔軟的元件。
科琴黑、石墨和乙炔黑是具有優(yōu)異導電性的材料，通過使用至少一種選自科琴黑、石墨和乙炔黑的碳顆粒，可以將第一隔板20和第二隔板30制成具有優(yōu)異導電性的元件。
將熱塑性樹脂的比例設定為14重量％～20重量％的原因如下所述。
當熱塑性樹脂的含量小于14重量％時，由于熱塑性樹脂含量太低，則難以確保撓性，即第一隔板20和第二隔板30接觸面的彈性。
另一方面，當熱塑性樹脂含量高于20重量％時，熱塑性樹脂含量太高，則難以保持所需的體積電阻率(Ω.cm)，并會在確保第一隔板20和第二隔板30具有足夠的導電性方面出現(xiàn)問題。
所以，將熱塑性樹脂的含量設定為14重量％～20重量％，從而確保第一隔板20和第二隔板30的彈性，并確保有足夠的導電性。
將碳顆粒的含量設定為80重量％～86重量％的原因如下所述。
當碳顆粒的含量超過86重量％時，碳顆粒含量太高，則碳顆粒難以均勻分散，使得擠壓成型和壓制成型產(chǎn)生問題。因此，碳顆粒得含量應設定為86重量％或更低。
通過將碳顆粒的含量保持在70重量％或更高，可以減少第一隔板20和第二隔板30的體積電阻率(Ω.cm)，并充分提高第一隔板20和第二隔板30的導電性。因此，碳顆粒的含量應控制在70重量％或更高。
然而，由于在第一隔板20和第二隔板30中含有14重量％～20重量％的熱塑性樹脂，所以在第一實施方式中，使碳顆粒得含量為80重量％或更高，以保證第一隔板20和第二隔板30具有足夠的導電性。
科琴黑是一種與普通碳黑相比具有更優(yōu)異導電性的碳顆粒。因此，通過使用科琴黑，可以使第一隔板20和第二隔板30的體積電阻率(Ω.cm)顯著下降。將科琴黑的含量設定為3重量％～20重量％。
將科琴黑的含量設定為3重量％～20重量％的原因如下所述。
當科琴黑的含量小于3重量％，由于科琴黑含量太低，則難以獲得含有科琴黑的效果。所以，當科琴黑的含量小于3重量％時，就存在可能無法充分確保隔板導電性的危險。
另一方面，如果科琴黑的含量高于20重量％時，由于科琴黑的含量太高，使捏合變得困難。盡管據(jù)信可以通過加入溶劑來進行捏合，但使用溶劑會存在費用增加的危險。
此外，即便是加入溶劑并成功地完成捏合，但是含有科琴黑的捏合物的流動性不佳，并且在例如成型時難以得到預定的形狀。
因此，將科琴黑的含量設定為3重量％～20重量％，從而確保隔板具有足夠的導電性，并使捏合容易化且確保良好的成型性。
下面，參考圖2，第一隔板20是基本上形成為矩形的元件(見圖1)，并在冷卻水通道形成面20a上具有多個冷卻水通道凹槽21，并在燃料氣體通道形成面(接觸面)20b上具有多個燃料氣體通道凹槽24。
在第一隔板20中含有選自乙烯/乙酸乙烯酯共聚物和乙烯/丙烯酸乙酯共聚物的熱塑性樹脂。乙烯/乙酸乙烯酯共聚物和乙烯/丙烯酸乙酯共聚物是撓性特別優(yōu)良的熱塑性樹脂。
因此，通過使第一隔板20中含有這些非常柔軟的熱塑性樹脂中的任意一種，可以使燃料氣體通道形成面20b具有彈性。
而且，作為使第一隔板20中只含有選自乙烯/乙酸乙烯酯共聚物和乙烯/丙烯酸乙酯共聚物的熱塑性樹脂的結果，燃料氣體通道形成面20b成為具有良好密封特性的部件。通過這種方法，可以有效地生產(chǎn)密封性良好的第一隔板20。
如圖3所示，第二隔板30是基本上形成為如圖1所示的矩形的元件，具有平坦的接合面30a，并在氧化性氣體通道形成面(接觸面)30b上具有多個氧化性氣體通道凹槽37。
在第二隔板30中含有選自乙烯/乙酸乙烯酯共聚物和乙烯/丙烯酸乙酯共聚物的熱塑性樹脂。乙烯/乙酸乙烯酯共聚物和乙烯/丙烯酸乙酯共聚物是撓性特別優(yōu)良的熱塑性樹脂。
因此，通過使第二隔板30中含有這些非常柔軟的熱塑性樹脂中的任意一種，可以使氧化性氣體通道形成面30b具有彈性。
而且，作為使第二隔板30中只含有選自乙烯/乙酸乙烯酯共聚物和乙烯/丙烯酸乙酯共聚物的熱塑性樹脂的結果，氧化性氣體通道形成面30b成為具有良好密封特性的部件。通過這種方法，可以有效地生產(chǎn)密封性良好的第二隔板30。
下面將以圖4作為參考，該圖顯示出電極擴散層15、16與隔板18相層疊。
隔板18通過將第一隔板20和第二隔板30放到一起并隨后在第一隔板20和第二隔板30上施加焊接壓力，并振動第一隔板和第二隔板中的一個或另一個，以產(chǎn)生摩擦熱，從而將第一隔板20的冷卻水通道形成面20a與第二隔板30的粘合面30a振動焊接到一起，并且用第二隔板30覆蓋第一隔板20的冷卻水通道凹槽21并形成冷卻水通道22。
通過將陽極擴散層15與燃料氣體通道形成面20b放到一起，則通過燃料氣體通道凹槽24和陽極擴散層15可以形成燃料氣體通道25。
此時，通過使第一隔板20中含有具有良好撓性的熱塑性樹脂，可以使燃料氣體通道形成面20b具有彈性，并使燃料氣體通道形成面20b成為具有良好密封特性的部件。
因此，燃料氣體通道形成面20b與陽極擴散層15的配合部分可以保持緊密接觸。因此，不需要在燃料氣體通道形成面20b與陽極擴散層15之間提供密封材料。
因此，可以減少部件的數(shù)量，并且可以節(jié)省提供密封材料所需的勞動力和時間，還可以抑制燃料氣體通道形成面20b與陽極擴散層15之間的接觸電阻并提高燃料電池的輸出。
并且，作為將陰極擴散層16與氧化性氣體通道形成面30b放到一起的結果，通過氧化性氣體通道凹槽37和陰極擴散層16可以形成氧化性氣體通道38。
此時，通過使第二隔板30中含有具有良好撓性的熱塑性樹脂，可以使氧化性氣體通道形成面30b具有彈性，并使氧化性氣體通道形成面30b成為具有良好密封特性的部件。
因此，氧化性氣體通道形成面30b與陰極擴散層16的配合部分可以保持緊密接觸。因此，不需要在氧化性氣體通道形成面30b與陰極擴散層16之間提供密封材料。
因此，可以減少部件的數(shù)量，并可以節(jié)省提供密封材料所需的勞動力和時間，還可以抑制氧化性氣體通道形成面30b與陰極擴散層16之間的接觸電阻并提高燃料電池的輸出。
下面，將在圖5到圖7的基礎上，對根據(jù)本發(fā)明的燃料電池隔板的制造方法來成型第一隔板20的實例進行說明。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式制造燃料電池隔板的方法的流程圖。圖中STxx為步驟編號。
ST10通過將熱塑性樹脂與導電材料捏合在一起得到混合物。
ST11通過對經(jīng)捏合的混合物進行擠壓成型以形成帶形片。
ST12在該帶形片的一側，即與冷卻水通道形成面相對應的一側，壓制成型冷卻水通道凹槽，在該帶形片的另一側，即與燃料氣體通道形成面相對應的一側，壓制成型燃料氣體通道凹槽，從而得到隔板的原材料。
ST13通過將該隔板的原材料切割成預定形狀，得到第一隔板。
參考圖6A到圖8，詳細說明本制造方法的步驟ST10到ST13。
圖6A和圖6B是在該制造方法中使混合物造粒的步驟的說明圖。具體來說，圖6A顯示了ST10，圖6B顯示了ST11的第一部分。
在圖6A中，首先準備一種選自乙烯/乙酸乙烯酯共聚物和乙烯/丙烯酸乙酯共聚物和直鏈低密度聚乙烯中的熱塑性樹脂46。
然后，準備至少一種選自科琴黑、石墨和乙炔黑碳顆粒的導電材料45。
如箭頭所示，將準備好的熱塑性樹脂46和導電材料45放入捏合機47的容器48中。將熱塑性樹脂46和導電材料45在容器48中通過如箭頭所示旋轉的捏合葉片(或螺旋槳)49進行捏合。
圖6B中，將混合物50放入第一擠壓成型機51的料斗52中，通過第一擠壓成型機51將放入其中的混合物50擠壓成型。通過使擠壓成型模制品53通過水槽54，將該模制品53用水槽54中的水55進行冷卻。
將經(jīng)冷卻的模制品53用切割機56的刀具57切割成預定長度，將切好的粒料58存放在儲備盤59中。
圖7是上述制造方法中壓制步驟的說明圖，具體顯示了步驟ST11到ST13的后半程。
將由前述步驟獲得的粒料58如箭頭所示放入第二擠壓成型機60的料斗61中，將該粒料58用第二擠壓成型機60擠壓成型。將該擠壓成型模制品62用輥子63滾軋形成帶狀片64。
在輥子63的下游側設置有壓合機65，該壓合機65在帶狀片64的上方和下方具有上壓模66和下壓模67。
上壓模66具有面對帶形片64的第二表面64b的加壓面66a，并且在該加壓面66a上有凸起和凹槽(未示出)。該加壓面66a上的凸起和凹槽用于在帶形片64的第二表面64b上加壓成型燃料氣體通道凹槽24(見圖4)。
下壓模67具有面對帶形片64的第一表面64a的加壓面67a，并且在該加壓面67a上有凸起和凹槽(未示出)。加壓面67a上的這些凸起和凹槽用于在帶形片64的第一表面64a上加壓成型冷卻水通道凹槽21(見圖4)。
將上壓模和下壓模66、67設置在加壓起始位置P1，將帶形片64的兩面64a、64b通過上壓模66和下壓模67進行壓制，保持這種狀態(tài)，并使上壓模66和下壓模67如箭頭a、b所示以帶形片64的擠出速度進行移動。
這樣，使冷卻水通道凹槽21在帶形片64的第一表面64a，即在與冷卻水通道形成面20a相對應一側(見圖4)壓制成型，并且使燃料氣體通道凹槽24在帶形片64的第二表面64b，即在與燃料氣體形成面20b相對應一側(見圖4)壓制成型，由此使帶形片64形成為隔板原材料68。
當上壓模66和下壓模67到達加壓釋放位置P2時，將上壓模66和下壓模67如箭頭c和d所示從帶形片64上移走，當上壓模66和下壓模67到達釋放側的預定位置后，使上壓模66和下壓模67如箭頭e、f所示向上游側移動。
當上壓模66和下壓模67達到加壓起始側的預定位置時，使上壓模66和下壓模67如箭頭g、h所示向加壓起始位置P1移動。
通過循環(huán)重復如上所述的步驟，從而在帶形片64的表面64a、64b上形成了冷卻水通道凹槽21和燃料氣體通道凹槽24。
在圖7中，為了有助于理解，對其中各設置有一個上壓模66和下壓模67的實例進行了說明；然而，在實際情況中要各提供大量的上壓模66和下壓模67。
通過各設置大量的上壓模66和下壓模67，可以在帶形片64的表面64a、64b上連續(xù)壓制形成冷卻水通道凹槽21和燃料氣體通道凹槽24(見圖4)。
上壓模66和下壓模67具有用于壓制形成如圖1所示的燃料氣體入口26a和燃料氣體出口26b的部分。并且，上壓模66和下壓模67具有用于形成如圖1所示的氧化性氣體入口29a和氧化性氣體出口29b的部分。
上壓模66和下壓模67還具有用于形成如圖1所示的冷卻水入口23a和冷卻水出口23b的部分。
這樣，可以通過上壓模66和下壓模67在帶形片64的表面64a、64b上形成冷卻水通道凹槽21和燃料氣體通道凹槽24，同時可以形成如圖1所示的冷卻水入口23a和氣體入口26a、29a，以及冷卻水出口23b和氣體出口26b、29b。
在壓合機65的下游側，在前述步驟所得到的隔板原材料68的上方設置有切割設備70。
通過使該切割設備70的刀具71如箭頭i所示下降，將隔板原材料68切割成預定尺寸并得到第一隔板20。第一隔板20的制造過程就此結束。
這樣，在根據(jù)本發(fā)明制造燃料電池隔板的這個方法中，將冷卻水通道凹槽21和燃料氣體通道凹槽24壓制成型在呈帶形片64狀態(tài)的混合物50的表面64a、64b上，然后將帶形片64切割成預定尺寸，從而得到第一隔板20。
通過將冷卻水通道凹槽21和燃料氣體通道凹槽24在片64的狀態(tài)下壓制成型，冷卻水通道凹槽21和燃料氣體通道凹槽24可以被有效地連續(xù)模制，并且可以提高第一隔板20的生產(chǎn)率。
盡管結合圖5到圖7對形成第一隔板20的實例進行了描述，但第二隔板30也可以通過與第一隔板20相同的制造方法進行制造。
然而，第二隔板30中不具有象第一隔板20那樣的冷卻水通道凹槽21(見圖4)，而是具有平坦的接合面30a。因此，圖7中所示的下壓模67的與帶形片64的第一表面相對的面上，就不需要用來在帶形片64的第一表面上壓制形成冷卻水通道凹槽21的凸起和凹槽。
下面將對第一實施方式的變化形式進行說明。
盡管在第一實施方式中，所述的實例中第一隔板20和第二隔板30中的熱塑性樹脂的比例是14重量％～20重量％，且碳顆粒的比例是80重量％～86重量％，但作為第一實施方式的變化形式，在第一隔板20和第二隔板30中熱塑性樹脂的比例為14重量％～20重量％，碳顆粒的比例為70重量％～83.5重量％，且玻璃纖維或碳纖維的比例為2.5重量％～10重量％。
通過在混合物中混合有玻璃纖維或碳纖維，第一實施方式的該變化形式中的第一隔板20和第二隔板30可以具有更好的剛性。
這里將玻璃纖維或碳纖維的含量設定為2.5重量％～10重量％的原因如下所述。
當玻璃纖維或碳纖維的含量低于2.5重量％時，則玻璃纖維或碳纖維的含量太小，難以提高第一隔板20和第二隔板30的剛性。
另一方面，當玻璃纖維或碳纖維的含量超過10重量％時，玻璃纖維或碳纖維的含量太大，以致于難以將玻璃纖維或碳纖維均勻分散在混合物中，混合物的擠壓成型和壓制成型就會出現(xiàn)問題。
因此，將玻璃纖維或碳纖維的含量設定為2.5重量％～10重量％，從而提高第一隔板20和第二隔板30的剛性，并使混合物具有良好的成型性。
在第一實施方式的該變化形式中，將碳顆粒含量設定為70重量％～83.5重量％的原因如下所述。
當碳顆粒含量小于70重量％時，碳顆粒含量太小，以致于難以減少第一隔板20和第二隔板30的體積電阻率(Ω.cm)，也難以保證第一隔板20和第二隔板30具有足夠的導電性。
另一方面，如上所述，當碳顆粒含量超過86重量％時，則碳顆粒含量太大，難以將碳顆粒均勻分散，在擠壓成型和壓制成型時就會出現(xiàn)問題。因此，需要將碳顆粒的含量設定為86重量％或更低。
然而，由于在第一隔板20和第二隔板30中含有14重量％～20重量％的熱塑性樹脂和2.5重量％～10重量％的玻璃纖維或碳纖維，因此在該變化方式中，碳顆粒的含量為83.5重量％或更低，由此碳顆?？梢跃鶆蚍稚ⅲ⑶铱梢皂樌赝瓿蓴D壓成型和壓制成型。
當像這樣將碳顆粒的含量設定為70重量％～83.5重量％時，可以降低體積電阻(Ω.cm)率，并且可以獲得具有良好成型性的混合物。
使用第一實施方式的該變化形式的第一隔板和第二隔板，可以得到與第一實施方式相同的效果，另外，由于混合有玻璃纖維或碳纖維，因此可以提高第一隔板20和第二隔板30的剛性。
下面，將在圖8到圖14的基礎上，對第二實施方式進行說明。在第二實施方式中與第一實施方式中相同的部件使用相同的附圖標記，并且不再進行說明。
首先，對圖8進行參考，該圖是具有根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的燃料電池隔板的燃料電池的分解透視圖。
第二實施方式的燃料電池110中只有隔板118(第一隔板120和第二隔板130)與第一實施方式的燃料電池10不同，其結構的其他部分與第一實施方式中的燃料電池10相同。
下面將對隔板118(第一隔板120和第二隔板130)進行說明。
第一隔板120和第二隔板130由含有10重量％～34重量％的聚苯硫醚、60重量％～80重量％的石墨、1重量％～10重量％的科琴黑與5重量％～15重量％的切碎的碳纖維的混合物制成。
在第一隔板120和第二隔板130中含有作為熱塑性樹脂的10重量％～34重量％的聚苯硫醚。由于聚苯硫醚是具有優(yōu)異的成型性和優(yōu)異的彈性的樹脂，因此當?shù)谝桓舭?20和第二隔板130被注射成型時可以提高其成型性，并且可以得到具有優(yōu)良密封特性的第一隔板120和第二隔板130。
通過這種方法，可以進一步提高第一隔板120和第二隔板130的生產(chǎn)率和精確度。
此外，由于聚苯硫醚是具有優(yōu)異耐熱性的樹脂，通過使第一隔板120和第二隔板130中含有聚苯硫醚，可以提高第一隔板120和第二隔板130的耐熱性。
因此，可以將該隔板應用于在較高溫度下使用的燃料電池，并且可以擴大其應用范圍。
將聚苯硫醚的含量設定為10重量％～34重量％的原因如下所述。
當聚苯硫醚含量低于10重量％時，則聚苯硫醚含量太低，難以保證第一隔板120和第二隔板130的成型性及第一隔板120和第二隔板130接觸面的彈性，即密封特性。
而且，當含量小于10重量％時，則難以保證第一隔板120和第二隔板130的耐熱性，且難以使其作為粘合劑而發(fā)揮作用。
另一方面，當聚苯硫醚含量超過34重量％時，在第一隔板120和第二隔板130中石墨的含量太小，難以保證第一隔板120和第二隔板130具有足夠的導電性。
因此，將熱塑性樹脂的含量設定為10重量％～34重量％，從而使第一隔板120和第二隔板130的成型性、密封性、耐熱性和粘合性得到保證，并確保具有足夠的導電性。
而且，通過使第一隔板120和第二隔板130中含有60重量％～80重量％的石墨，可以提高它們的導電性。
將石墨含量設定為60重量％～80重量％的原因如下所述。
當石墨含量小于60重量％時，則石墨含量太少，難以提高第一隔板120和第二隔板130的導電性。
另一方面，當石墨含量超過80重量％時，則石墨含量太大，難以將石墨均勻分散，并且在擠壓成型和壓制成型時會出現(xiàn)問題。
因此，將石墨含量設定為60重量％～80重量％，從而保證第一隔板120和第二隔板130的導電性并保證其成型性。
通過使石墨的含量至少為60重量％，可以降低體積電阻率(mΩ.cm)，并且可以充分提高第一隔板120和第二隔板130的導電性。
而且，通過使第一隔板120和第二隔板130中含有1重量％～10重量％的科琴黑，可以進一步提高導電性。
科琴黑是一種與其它碳黑相比導電性特別優(yōu)良的材料，通過使第一隔板120和第二隔板130中含有科琴黑，可以使第一隔板120和第二隔板130的導電性得到更大地提高。
將科琴黑的含量設定為1重量％～10重量％的原因如下所述。
如果科琴黑的含量低于1重量％，則由于科琴黑含量太低，存在無法充分保證第一隔板120和第二隔板130的導電性的危險。
另一方面，如果科琴黑的含量超過10重量％，則由于科琴黑含量太高，使捏合變得困難。盡管據(jù)信可以通過加入溶劑來進行捏合，但使用溶劑會存在費用增加的危險。
而且，即便是為了捏合而加入溶劑，但是含有科琴黑的捏合物的流動性比較差，并且在例如成型時難以得到預定的形狀。
因此，將科琴黑的含量設定為1重量％～10重量％，以保證第一隔板120和第二隔板130的導電性，并使捏合容易并確保良好的成型性。
第一隔板120和第二隔板130中的石墨和科琴黑為碳顆粒，且隔板中不含有大量的纖維材料。因此，隔板中由纖維材料引起的取向性的產(chǎn)生受到抑制，并且可以防止由于各向異性而使第一隔板120和第二隔板130中出現(xiàn)的卷曲和變形。
而且，由于在第一隔板120和第二隔板130中不含有大量的纖維材料，因此可以防止由于形成在第一隔板120和第二隔板130上的氣體通道凹槽和冷卻水通道凹槽中焊接線的暴露而造成的第一隔板120和第二隔板130強度的下降。
另外，通過使第一隔板120和第二隔板130中含有5重量％～15重量％的切碎的碳纖維，可以提高第一隔板120和第二隔板130的強度和耐熱性。
這里將切碎的碳纖維含量設定為5重量％～15重量％的原因如下所述。
當切碎的碳纖維含量低于5重量％時，則切碎的碳纖維含量太少，難以保證第一隔板120和第二隔板130的強度和耐熱性。
另一方面，當切碎的碳纖維含量超過15重量％時，在第一隔板120和第二隔板130中切碎的碳纖維的含量太大，切碎的碳纖維的取向性表現(xiàn)得很明顯，第一隔板120和第二隔板130變得各向異性。因此，在第一隔板120和第二隔板130中就存在出現(xiàn)卷曲和變形的危險。
而且，當在第一隔板120和第二隔板130中側面上有氣體通道凹槽和冷卻水通道凹槽時，焊接線易于暴露。因此，存在第一隔板120和第二隔板130的強度急劇下降的危險。
因此，將切碎的碳纖維的含量設定為5重量％～15重量％，從而保證第一隔板120和第二隔板130的強度和耐久性。
這里，將第一隔板120和第二隔板130中聚苯硫醚的粘度設定為20psi～80psi。
將聚苯硫醚得粘度設定為20psi～80psi的原因如下所述。
當聚苯硫醚粘度小于20psi時，則粘度太低，在制造第一隔板120和第二隔板130時，聚苯硫醚無法硬化而形成漿體。
另一方面，當聚苯硫醚的粘度高于80psi時，則聚苯硫醚粘度太高，在制造第一隔板120和第二隔板130時，無法將石墨等很好的捏合到聚苯硫醚之中。
因此，將聚苯硫醚的粘度設定為20psi～80psi，從而可以將石墨等很好的捏合到聚苯硫醚之中，并進一步提高隔板的成型性。
聚苯硫醚的粘度用MFR(熔體流動速率)測試法在300℃測量(ASTMD1238)。
MFR是這樣一種方法其中，將聚苯硫醚填充至垂直的金屬圓筒中，用帶有負載的活塞推壓聚苯硫醚，并在該圓筒末端穿過模具擠出，此時測量活塞移動預定距離所需的時間，基于該測量值得到粘度。
下面，參考圖9，第一隔板120是基本上形成為矩形的元件(見圖8)，并在冷卻水通道形成面20a具有多個冷卻水通道凹槽21且在燃料氣體通道形成面20b有多個燃料氣體通道凹槽24。
在第一隔板120中含有10重量％～34重量％的聚苯硫醚。通過這種方法，可以保證第一隔板120的成型性、密封特性、耐熱性和粘合性，并保證其充足的導電性。
由于在第一隔板120中切碎的碳纖維的彈性模量較高，當切碎的碳纖維含量太大時，切碎的碳纖維無法進入形成冷卻水通道凹槽21的肋條140，或進入形成燃料氣體通道凹槽24的肋條141，并易于出現(xiàn)切碎的碳纖維與聚苯硫醚的分離。
因此，就存在肋條140、141與其他部分相比具有更高的聚苯硫醚含量的危險，不能顯示出它們的適當性能。
因此，將切碎的碳纖維的含量設定為5重量％～15重量％。這樣，切碎的碳纖維可以順利進入肋條140、141，并可以良好地形成肋條140、141。
如圖10所示，第二隔板130是基本上形成為如圖8所示的矩形的元件，并具有平坦的接合面30a，以及在氧化性氣體通道形成面(接觸面)30b上具有多個氧化性氣體通道凹槽37。
在第二隔板130中含有10重量％～34重量％的聚苯硫醚。這樣，可以保證第二隔板130的成型性、密封特性、耐熱性和粘合性，并保證了足夠的導電性。
與第一隔板120相同，在第二隔板130中，由于切碎的碳纖維含量保持在5重量％～15重量％，所以切碎的碳纖維可以順利地進入肋條142中，并可以良好地形成肋條142。
下面，以圖11作為參考，該圖顯示出電極擴散層15、16與隔板118相層疊。
將第一隔板120的冷卻水形成面20a與第二隔板130的接合面30a接合在一起構成隔板118，并用第二隔板130覆蓋第一隔板120的冷卻水通道凹槽21，以形成冷卻水通道22。
通過與燃料氣體形成面20b相對設置的陽極擴散層15，利用燃料氣體通道凹槽24和陽極擴散層15形成了燃料氣體通道25。
由于在隔板118中含有5重量％～15重量％的切碎的碳纖維，因此它的強度、彈性模量和耐熱性都被進一步提高。通過增加隔板118的強度，當將隔板118組裝至燃料電池上時可以提高其緊固強度。
通過提高隔板118的彈性模量和耐熱性，還可以提高在高溫下耐氣壓性和蠕變強度，從而可以適用于甚至在高溫下使用的燃料電池。
下面，在圖12中，將對如何獲得體積電阻率ρv進行說明。首先，對通過四探針法(ASTM D991)來獲得樣品150(寬W，高t，長L)的體積電阻率ρv的例子進行說明。
使固定的電流I如箭頭所示從橫截面積為(W×t)的第一端151流過至第二端152，在第一端151側的電極和在第二端152側的電極之間的電勢差V用四探針法進行測量，所述電極間的距離為L。
基于所測量的電勢差V，可以通過下面的公式得到體積電阻率ρv。
體積電阻率ρv＝(V/I)×(W/L)×t下面將對采用四探針法的原因進行說明。
在電勢差V的測量中，當固定電流I通過樣品150時，由于樣品150的第一端151與電極之間的界面現(xiàn)象而產(chǎn)生了被稱為接觸電阻的電壓降。由于該接觸電阻的影響，體積電阻率Ω(V/I)的測量值偏高。
為了避免這個問題，通過采用四探針法，可以消除接觸電阻，并可以獲得樣品150真正的體積電阻率ρv。
作為測量電勢差V的方法，除了四探針法以外，雙環(huán)法(ASTMD257)也是已知的。
然而，雙環(huán)法適用于高電阻的測量，即使是在本發(fā)明得到的測量結果中也可以發(fā)現(xiàn)，與四探針法相比，雙環(huán)法測得的體積電阻率相當?shù)牡汀?br> 下面將基于表1中的測試例1和2，對通過四探針法(ASTM D991)和雙環(huán)法(ASTM D257)所得到的體積電阻率進行討論。
表1

如表1所示，測試例1的測試片中含有15重量％的聚苯硫醚(粘度60psi)、15重量％的聚苯硫醚(粘度20psi)、69重量％的石墨(粒徑100μm)和1重量％科琴黑。
該混合物具有旋流比為30的流動性。
測試例2的測試片中含有12.5重量％的聚苯硫醚(粘度60psi)、12.5重量％的聚苯硫醚(粘度20psi)、2.5重量％的增塑劑(聚合物型)、69重量％石墨(粒徑100μm)、1重量％的科琴黑和2.5重量％的PAN切碎的碳纖維。
該混合物具有旋流比為45的流動性。
旋流比是通過旋流測試所得到的比。旋流測試是這樣的測試將熔融樹脂用注射成型機注射到在模具中形成的狹長的螺旋型凹槽中，由該熔融樹脂在螺旋型凹槽中的流動長度來確定其成型性。
測試例1的測試片和測試例2的測試片的體積電阻率通過四探針法和雙環(huán)法而得到。
通過雙環(huán)法得到的體積電阻率是測試例1為0.155mΩ·cm，測試例2為0.072mΩ·cm。
另一方面，通過四探針法得到的體積電阻率是測試例1為0.57mΩ·cm，測試例2為0.33mΩ·cm。
由此可以發(fā)現(xiàn)，當采用適合于高電阻率范圍的雙環(huán)法在低電阻率范圍內對體積電阻率進行測量時，與四探針法相比，用雙環(huán)法測得的體積電阻率相當?shù)牡汀Ｒ虼?，為了提高可靠性，決定采用四探針法來測量體積電阻率。
下面將參考圖13、14，對通過四探針法所得到的體積電阻率與石墨和科琴黑含量的關系進行討論。
在圖13中，縱軸表示體積電阻率(mΩ·cm)，橫軸表示石墨的含量(重量％)。
可以看到，當石墨含量為0時，體積電阻率大約為150000mΩ·cm，但當石墨含量為60重量％或更高時，體積電阻率下降。
因此，將石墨含量設定為至少60重量％，優(yōu)選至少為65重量％。
在圖14中，縱軸表示體積電阻率(mΩ·cm)，橫軸表示科琴黑的含量(重量％)。
當科琴黑的含量為0時，體積電阻率約為3400mΩ·cm，但當科琴黑的含量達到1重量％時，體積電阻率下降到約500mΩ·cm。
而且可以看到，當科琴黑含量為2重量％時，體積電阻率約為300mΩ·cm，當科琴黑含量達到3重量％時，體積電阻率極小。
所以，將科琴黑含量設定至少為1重量％。
下面，將基于表2對測試例1到3和對比例1和2進行討論。
對于隔板118中所含有的聚苯硫醚，作為例子可以采用由出光石油化學株式會社制造的產(chǎn)品，對于石墨，作為例子可以采用由日本黑鉛工業(yè)株式會社制造的產(chǎn)品。
對于科琴黑，作為例子可以采用由Ketjen Black International Co.，Ltd(由三菱化學株式會社銷售)制造的EC600JD(商品名)，對于切碎的碳纖維，作為例子可以采用由Toray Industries，Inc.生產(chǎn)的PAN型產(chǎn)品。
由Ketjen Black International Co.，Ltd生產(chǎn)的EC600JD(商品名)是一種高等級、高導電性碳黑，該碳黑只需使用普通科琴黑約60％的含量就能夠提供同樣的導電性。
由Toray Industries，Inc.生產(chǎn)的切碎的碳纖維是一種直徑d為7μm、長度為3mm的碳纖維。
表2

-聚苯硫醚 出光石油化學(株)-石墨 日本黑鉛工業(yè)(株)-科琴黑 Ketjen Black International Co.，Ltd.
-切碎的碳纖維 Toray Industries，Inc.
如表2所示，測試例1含有33.25重量％的聚苯硫醚(粘度45psi)、60重量％石墨(粒徑100μm)，2.85重量％的科琴黑和5重量％的切碎的碳纖維。該混合物具有旋流比為40的流動性。
測試例2含有30重量％的聚苯硫醚(粘度45psi)、63重量％石墨(粒徑100μm)、2重量％的科琴黑和5重量％的切碎的碳纖維。該混合物具有旋流比為45的流動性。
測試例3含有25重量％的聚苯硫醚(粘度45psi)、67重量％石墨(顆粒直徑100μm)、3重量％的科琴黑和5重量％的切碎的碳纖維。該混合物具有旋流比為60的流動性。
對比例1含有35重量％的聚苯硫醚(粘度80psi)、58重量％石墨(粒徑100μm)、2重量％的科琴黑和5重量％的切碎的碳纖維。該混合物具有旋流比為62的流動性。
對比例2含有35重量％的聚苯硫醚(粘度80psi)、62重量％石墨(粒徑100μm)、3重量％的科琴黑。該混合物具有旋流比為50的流動性。
制備測試例1到3和對比例1和2的樣品，然后參考圖12通過四探針法得到樣品的體積電阻率。
這里，如果體積電阻率是90mΩ·cm或更小，則當在隔板18中使用時，混合物就可以提供足夠的導電性(見圖1)，由此預期出發(fā)，將體積電阻率的閾值設定為90mΩ·cm，當所得到的體積電阻率為90mΩ·cm或更低時，評價為○，而當體積電阻率高于90mΩ·cm，評價為×。
結果顯示，測試例1的體積電阻率為72mΩ·cm，低于90mΩ·cm，因此評價為○。
測試例2的體積電阻率為85mΩ·cm，低于90mΩ·cm，因此評價為○。
測試例3的體積電阻率為60mΩ·cm，低于90mΩ·cm，因此評價為○。
另一方面，對比例1的體積電阻率為330mΩ·cm，高于90mΩ·cm，因此評價為×。
對比例2的體積電阻率為98mΩ·cm，高于90mΩ/cm，因此評價為×。
對于混合物的流動性，考慮到成型性等，其旋流比必須至少為30，優(yōu)選至少應該為40。
在測試例1到測試例3及對比例1和對比例2中，由于表示混合物的流動性的旋流比均大于40，因此例如可以進行注射成型。
下面將對第二實施方式的變化形式進行說明。
盡管在第二實施方式中說明了這樣的實例其中在第一隔板120和第二隔板130中含有10重量％～34重量％聚苯硫醚、60重量％～80重量％的石墨、1重量％～10重量％的科琴黑和5重量％～15重量％的切碎的碳纖維，但作為第二實施方式的變化形式，在第一隔板120和第二隔板130中可以含有10重量％～34重量％的聚苯硫醚、65重量％～80重量％的石墨和1重量％～10重量％科琴黑。
采用第二實施方式的這種變化形式，通過使第一隔板120和第二隔板130中含有10重量％～34重量％的聚苯硫醚，當進行注射成型時，可以提高第一隔板120和第二隔板130的成型性，并且可以得到具有優(yōu)異的密封特性的第一隔板120和第二隔板130。
結果，可以進一步提高第一隔板120和第二隔板130的生產(chǎn)率和精確性。
而且，由于聚苯硫醚是一種具有良好耐熱性的樹脂，因此通過使第一隔板120和第二隔板130中含有聚苯硫醚，可以提高第一隔板120和第二隔板130的耐熱性。因此，可以應用于在較高溫度下使用的燃料電池，并且可以擴大其應用范圍。
在第二實施方式的該變化形式中，將聚苯硫醚的含量設定為10重量％～34重量％的原因與第二實施方式相同。
通過使第一隔板120和第二隔板130中含有65重量％～80重量％的石墨，可以提高導電性。
將石墨含量設定為65重量％～80重量％的原因與第二實施方式相同。
即，當石墨含量低于65重量％時，由于石墨含量太小，以致于難以提高第一隔板120和第二隔板130的導電性。
另一方面，當石墨含量高于80重量％時，則石墨含量太高，使石墨難以均勻分散，在擠壓成型和壓制成型時就會出現(xiàn)問題。
因此，將石墨含量設定為65重量％～80重量％，從而保證第一隔板120和第二隔板130的導電性并確保其成型性。
通過使石墨含量超過65重量％，可以降低第一隔板120和第二隔板130的體積電阻率(mΩ·cm)，并充分提高第一隔板120和第二隔板130的導電性。
此外，通過使隔板中含有1重量％～10重量％的科琴黑，可以更進一步提高導電性。
在第二實施方式的該變化形式中，將科琴黑含量設定為1重量％～10重量％的原因與第二實施方式相同。
在第二實施方式的該變化形式中使用第一隔板120和第二隔板130，可以獲得與第二實施方式相同的效果。
盡管在前述的第一實施方式和第二實施方式中，對采用固體聚合物電解質膜作為電解質膜12的固體聚合物燃料電池10、110進行了描述，但本發(fā)明并不僅限于此，還可以應用于其它燃料電池。
盡管在前述的第一實施方式和第二實施方式中，對第一隔板20、120和第二隔板30、130通過擠壓成型和壓制成型進行連續(xù)成型的實例做了說明，但本發(fā)明并不僅限于此，它們也可以通過諸如熱壓、注射成型或傳遞模壓等其它替代制造方法進行成型。
傳遞模壓是這樣一種成型方法通過將一次投放量的成型材料放入除了空腔以外的熔鍋部件中，然后用活塞將熔融材料轉移到空腔中。
盡管，在前述的第一實施方式和第二實施方式的實例中，作為例子采用了由Ketjen Black International Co.，Ltd.制造的科琴黑“EC600JD”(由三菱化學株式會社銷售)。但對此并沒有限制，例如可以替代使用由KetjenBlack International Co.，Ltd.制造的“EC”，或者也可以使用某些其它的科琴黑。
還可以使用其它具有像科琴黑那樣良好導電性的碳黑來代替科琴黑。
同樣，盡管在第二實施方式中，描述了一個在第一隔板120和第二隔板130中所含有的聚苯硫醚的粘度為20psi～80psi的實例，但是當聚苯硫醚的粘度高于80psi時，可以利用增塑劑進行處理。
同樣，盡管在前述的第二實施方式中，描述了一個使用粒徑為100μm的石墨的實例，但石墨的粒徑并不僅限于100μm，也可以替代使用某些其它粒徑。
盡管在前述的第二實施方式中，描述了一個使用PAN切碎的碳纖維的實例，但并不僅限于此，可以替代使用例如瀝青類(pitch)切碎的碳纖維。
工業(yè)實用性如上所述，采用本發(fā)明，可以通過使隔板的接觸面部分具有良好的密封特性，從而提高隔板的生產(chǎn)率；因此，本發(fā)明特別適用于期待實現(xiàn)大量生產(chǎn)的汽車燃料電池領域。
權利要求
1.一種燃料電池隔板，該燃料電池隔板將設置在電解質膜兩側的陽極和陰極通過擴散層夾在中間，其特征在于該隔板是由含有選自乙烯/乙酸乙烯酯共聚物和乙烯/丙烯酸乙酯共聚物的熱塑性樹脂與至少一種選自科琴黑、石墨和乙炔黑的碳顆粒的混合物制成。
2.如權利要求1所述的燃料電池隔板，其特征在于在所述混合物中，所述熱塑性樹脂的比例為14重量％～20重量％，且所述碳顆粒的比例為80重量％～86重量％。
3.如權利要求2所述的燃料電池隔板，其特征在于3重量％～20重量％的碳顆粒是科琴黑。
4.如權利要求1所述的燃料電池隔板，其特征在于在所述混合物中，所述熱塑性樹脂的比例為14重量％～20重量％，所述碳顆粒的比例為70重量％～83.5重量％，且玻璃纖維或碳纖維的比例為2.5重量％～10重量％。
5.一種燃料電池隔板的制造方法，該方法包括從乙烯/乙酸乙烯酯共聚物和乙烯/丙烯酸乙酯共聚物中選擇熱塑性樹脂，并從科琴黑、石墨和乙炔黑中選擇至少一種碳顆粒的步驟；通過將所選擇的熱塑性樹脂與碳顆粒相混合以得到混合物的步驟；用擠出機將該混合物擠壓成型以得到片材的步驟；通過對該片材進行壓制以在其表面形成氣體流動通道凹槽的步驟；以及通過將具有氣體流動通道的片材切割成預定形狀以得到燃料電池隔板的步驟。
6.一種燃料電池隔板，該燃料電池隔板將設置在電解質膜兩側的陽極和陰極通過擴散層夾在中間，其特征在于所述隔板是由含有10重量％～34重量％的聚苯硫醚、65重量％～80重量％的石墨和1重量％～10重量％的科琴黑的混合物制成。
7.如權利要求6所述的燃料電池隔板，其特征在于所述混合物還含有5重量％～15重量％的切碎的碳纖維，并且在所述混合物中石墨的含量是60重量％～80重量％。
8.如權利要求7所述的燃料電池隔板，其特征在于所述聚苯硫醚的粘度是20psi～80psi。
全文摘要
本發(fā)明提供一種燃料電池隔板(18)，該燃料電池隔板(18)將設置在電解質膜(12)兩側的陽極(13)和陰極(14)以及擴散層(15、16)夾在中間。隔板(18)是由含有選自乙烯－乙酸乙烯酯共聚物和乙烯－丙烯酸乙酯共聚物的熱塑性樹脂與至少一種選自科琴黑、石墨和乙炔黑的碳顆粒的混合物制成。由于熱塑性樹脂特別是在撓性方面性能非常優(yōu)異，因此通過向隔板(18)中加入密封特性優(yōu)異的熱塑性樹脂，可以使隔板與擴散層(15、16)相接觸的接觸面成為密封性優(yōu)異的部分。
文檔編號H01M8/10GK1679191SQ03819919
公開日2005年10月5日 申請日期2003年8月20日 優(yōu)先權日2002年8月23日
發(fā)明者西好次, 石黑顯一 申請人:本田技研工業(yè)株式會社