專利名稱：燃料電池的分隔器和制造方法及具有該分隔器的燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及燃料電池。更具體地，本發(fā)明涉及使用石墨箔(graphite foil)的燃料電池的分隔器及其制造方法，以及包括這種分隔器的燃料電池 堆。
背景技術(shù)：
如本領(lǐng)域所公知的，燃料電池通過在陽極處的氧化反應(yīng)和陰極處的還 原反應(yīng)來產(chǎn)生電力。陽極和陰極與具有用于加速氧化和還原反應(yīng)的鉑或鉑 釕合金的催化層形成在一起。在陽極處，燃料氣體(例如，氫氣)被供應(yīng)給陽極并且通過氧化反應(yīng) 分離為離子(例如，質(zhì)子)和電子。在陰極處，分離的離子與還原氣體(例 如，氧氣)結(jié)合而形成水。這些反應(yīng)的最終產(chǎn)物是電流(即，從陽極到陰 極的電子運動)、水(即，氫和氧的化學鍵)和熱量。燃料電池堆通常配備 有去除所述熱量的冷卻設(shè)備。在陰極形成的水通常形成為水蒸氣或液體，并且所述水被在陰極側(cè)流 動的強烈還原氣體流(氧氣或空氣)去除。圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的示例性燃料電池堆的截面示意圖。 通常，燃料電池堆是通過堆疊多個單元電池(unitcell) 100而形成的。 所述單元電池100包括質(zhì)子交換膜110 (例如，聚合物電解質(zhì)膜)。陽 極121和陰極122在質(zhì)子交換膜110的兩側(cè)形成。質(zhì)子交換膜110與電極 121禾卩122通過熱壓形成膜電極組(MEA: membrane electrode assembly) 130。在MEA 130的電極121和122的外部形成流體擴散層125。相鄰的單元電池的多個MEA130由分隔器150分隔和支撐。分隔器150 形成有流場(flowfield) 151，用于將燃料氣體(例如，氫氣，或者在直接 甲醇燃料電池的情況下是甲醇)供應(yīng)給陽極。另外，分隔器150還形成有 流場152，用于將氧氣或者空氣作為還原氣體供應(yīng)給陰極，并且其還用于排 水。密封墊160應(yīng)用于分隔器150和MEA 130之間，用于防止流經(jīng)流場151 和152的氣體/液體的泄漏。包括MEA 130、分隔器150和密封墊160的單元電池100串聯(lián)地堆疊 以形成高電壓。堆疊的單元電池經(jīng)由例如集電器和設(shè)置在其端部的端板170 聯(lián)結(jié)在一起。從上面的描述可以理解，燃料電池中的分隔器在燃料電池堆中散布反 應(yīng)氣體(即，燃料氣體和還原氣體)，分隔燃料氣體(例如，氫氣或者甲醇) 和還原氣體(例如，氧氣或者空氣)，以及通過在相鄰單元電池的陽極和陰 極之間提供電子通道來電性連接相鄰的單元電池。另外，分隔器具有熱量 排放結(jié)構(gòu)以用于排放燃料電池堆的氧化-還原反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，并且提供 機械強度以支撐堆疊的單元電池。為了加速在陽極處產(chǎn)生的氫離子(即，質(zhì)子)通過聚合物電解質(zhì)膜到 達陰極的運動，聚合物電解質(zhì)膜應(yīng)該被水合以包含適當量的水分。被水合 的聚合物電解質(zhì)膜阻止電子運動通過，而允許氫離子的運動。當聚合物電解質(zhì)膜未被充分地水合時，聚合物電解質(zhì)膜的離子傳導性 降低，由此燃料電池的性能下降。相反，當聚合物電解質(zhì)膜被過度水合時， 形成反應(yīng)三相界的小孔被阻塞(通常被稱為溢流)，從而電極的反應(yīng)區(qū)域減 少，導致燃料電池性能的下降。因此，在陰極處形成的水沒有被迅速地排放的情況下，無法向催化層 供應(yīng)充足的反應(yīng)氣體，從而燃料電池的性能會下降。許多分隔器，包括美國專利No.4,988,583中所公開的示例性分隔器， 具有蛇形流場以用于燃料和還原氣體。這主要是為了利用沿著流場的壓力 下降來有效地排放在陰極處形成的水。在陰極處形成的水以水蒸氣形態(tài)位于還原氣體流場槽的入口附近。然 而，當其流經(jīng)還原氣體流場槽時，其變?yōu)橐后w和水蒸氣相混合的兩種狀態(tài)。 在這種情況下，液化水滴填充陰極的孔，從而催化層的有效反應(yīng)區(qū)域減少。6另外，需要高壓還原氣體來排放液化水。因此，還原氣體在流場入口和出口之間的壓力下降造成能量損失，并 且為了穩(wěn)定地實現(xiàn)高流速下的還原反應(yīng)，會大量地消耗還原氣體。因此， 如果具有蛇形流場的分隔器的排水變得更加穩(wěn)定和有效，則其將保證由于 在流場入口和出口之間還原氣體的壓力下降而導致的能量損失的減少，并 減少還原氣體的消耗。石墨或碳的復(fù)合材料被廣泛地用于聚合物電解質(zhì)膜燃料電池的分隔 器。石墨和碳的復(fù)合材料對于燃料電池的氧化-還原反應(yīng)表現(xiàn)出很強的抗腐 蝕性，并且與金屬材料(例如，不銹鋼)相比其還具有體積密度低的優(yōu)點。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，當石墨或碳的復(fù)合材料被用作分隔器材料時，通常將 諸如熱固樹脂或者熱塑樹脂的樹脂添加到分隔器材料中，以便通過填充分 隔器的微孔來防止氫氣的運動，而且也易于在成型處理中成型。然而，相 對于電子的移動，包含在分隔器中的樹脂引起體積電阻的增加，由此使得 燃料電池的性能下降。此外，樹脂還會增加電池之間的接觸電阻。作為用于減少由分隔器中的樹脂引起的電池之間接觸電阻增加的示例性方法，歐洲專利公布No. EP1253657A1公開了一種方法，其中在堿性溶 液中蝕刻分隔器流場的凸緣(rib)表面，從而可以去除凸緣表面區(qū)域中的 樹脂。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，使用石墨或碳的復(fù)合材料來制造穩(wěn)定且實用的分隔器 的處理已經(jīng)非常復(fù)雜、產(chǎn)量低并且缺乏效率。因此，如果使用石墨或碳的 復(fù)合材料的分隔器可以產(chǎn)生更高的性能且適合大規(guī)模生產(chǎn)，則其可保證分 隔器生產(chǎn)成本的大幅降低，進而保證燃料電池生產(chǎn)成本的降低，并且能夠 增強分隔器的性能。在本發(fā)明背景部分中公開的信息僅用于增加對本發(fā)明背景的理解，而 不應(yīng)該將其認為是對該信息形成了在本國內(nèi)的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的 現(xiàn)有技術(shù)的確認或者任何形式的建議。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的提出旨在努力解決上述問題。本發(fā)明的目的是提供燃 料電池的分隔器及其制造方法，以及包含這種分隔器的燃料電池，提供增強的排水性能、增強的耐用性，并且更適合大規(guī)模生產(chǎn)。根據(jù)這樣的目的，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池分隔器是如下的一種用于燃料電池的分隔器，其能夠緊密接觸燃料電池的MEA (膜電極組)的陽極或 者陰極并且插入流體擴散層，所述分隔器具有流場槽以允許流體在所述分隔器和所述流體擴散層之間流動，其特征在于所述分隔器包括薄片狀結(jié)構(gòu)石墨箔；以及通過浸漬在所述流場槽的內(nèi)側(cè)面上形成憎水層。所述薄片狀結(jié)構(gòu)石墨箔中包括不銹鋼層。優(yōu)選地，所述不銹鋼層表面暴露地插入所述憎水層。優(yōu)選地，所述石墨箔基本不含有熱固樹脂或者熱塑樹脂。優(yōu)選地，所述石墨箔的體積密度位于1.5 g/cm3到2.0 g/cm3的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，所述石墨箔的厚度位于0.5mm到3mm的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，所述憎水層的厚度位于30 pin到100 pm的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，在所述分隔器中形成至少一個導管；并且，密封件沿著所述至少一個導管的每個圓周以及接觸所述流體擴散層的區(qū)域與所述分隔器成為一體。優(yōu)選地，所述密封件分別沿著閉合曲線包圍所述至少一個導管中的每 一個導管和接觸所述流體擴散層的所述區(qū)域。此外，用于制造根據(jù)本發(fā)明的分隔器的方法是如下一種方法，其用于 制造燃料電池的分隔器，所述分隔器能夠緊密接觸燃料電池的MEA (膜電 極組)的陽極或者陰極并且插入流體擴散層，所述分隔器具有流場槽以允 許流體在所述分隔器和所述流體擴散層之間流動，所述方法包括準備具有預(yù)定大小的石墨箔；在所述石墨箔上形成對應(yīng)于所述流場槽的掩膜圖案； 通過蝕刻其上形成有掩膜圖案的所述石墨箔，在所述石墨箔上形成所 述流場槽；通過浸漬在所述流場槽的內(nèi)側(cè)面上形成憎水層；以及從所述石墨箔上移除所述掩膜圖案。優(yōu)選地，在所述石墨箔上形成掩膜圖案的步驟包括-利用干膜抗蝕劑涂覆所述石墨箔；暴露所述被涂覆的石墨箔；以及通過在所述石墨箔上移動噴射式顯影設(shè)備的噴射噴嘴，在所述石墨箔 上顯影所述千膜抗蝕劑。作為另一個實例，優(yōu)選地，在所述石墨箔上形成所述掩膜圖案的步驟 包括在所述石墨箔上貼附掩膜，所述掩膜提供有對應(yīng)于所述流場槽的圖案 并且由橡膠或者不銹鋼制成。優(yōu)選地，在所述石墨箔上形成所述流場槽的步驟包括噴砂和超聲波蝕 刻中的至少一種。優(yōu)選地，通過浸漬在所述流場槽的內(nèi)側(cè)面上形成憎水層的步驟包括在貼附有所述掩膜圖案且形成有所述流場槽的所述石墨箔上形成憎水層；以及在5(TC到卯r范圍的溫度中，干燥形成有所述憎水層的所述石墨箔。 優(yōu)選地，在所述石墨箔上形成憎水層的步驟中，將憎水溶液噴射涂覆 在所述石墨箔的表面上，或者將所述石墨箔浸入所述憎水溶液中。對于雙極分隔器，其中在所述分隔器的前側(cè)面和后側(cè)面中的每一側(cè)上都形成所述流場槽，優(yōu)選地所述掩膜圖案包括前掩膜圖案和后掩膜圖案 ， 在所述前掩膜圖案和后掩膜圖案中的每一掩膜圖案上都形成至少一對定位孔；穿過所述石墨箔，與所述掩膜圖案的所述定位孔相對應(yīng)地形成至少一 個定位孔；以及所述掩膜圖案的所述定位孔和所述石墨箔的所述定位孔是通過使用與 其相對應(yīng)的至少一對定位棒來校準的。優(yōu)選地，所述至少一對定位孔和所述至少一對定位棒分別包括對應(yīng)于 不同大小的多對定位孔和定位棒。根據(jù)本發(fā)明的燃料電池堆是一種包括至少一個單元電池的燃料電池 堆，其中所述至少一個單元電池包括MEA (膜電極組)，包括聚合物電解質(zhì)膜，以及在其兩側(cè)上形成的陽極 和陰極；一對流體擴散層，接觸地設(shè)置到所述MEA兩側(cè)的所述陽極和所述陰 極；以及一對分隔器，用于緊密接觸所述一對流體擴散層，在所述分隔器面向 所述流體擴散層的側(cè)面上形成流場槽以便形成反應(yīng)區(qū)域，并且在所述反應(yīng) 區(qū)域外圍形成導管區(qū)域；其特征在于，所述一對分隔器中的至少一個分隔器包括薄片狀結(jié)構(gòu)石墨箔，以及 通過浸漬，在所述一對分隔器中的至少一個分隔器的所述流場槽的內(nèi)側(cè)面上形成憎水層。優(yōu)選地，所述薄片狀結(jié)構(gòu)石墨箔中包括不銹鋼層。在這種情況下，優(yōu)選地，所述不銹鋼層表面暴露地插入所述憎水層。優(yōu)選地，所述石墨箔基本不含有熱固樹脂或者熱塑樹脂。優(yōu)選地，所述石墨箔的體積密度位于1.5g/ci^到2.0g/ci^的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，所述石墨箔的厚度位于0.5mm到3mm的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，所述憎水層的厚度位于30 到100 pm的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，密封件沿著所述導管的每個圓周和所述反應(yīng)區(qū)域與所述分隔器成為一體。


圖1是示例性燃料電池堆的截面示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料電池堆的分解透視圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料電池堆的單元電池中MEA和流體擴散層的具體連接結(jié)構(gòu)的截面圖。圖4示出根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料電池堆的單元電池200的陰極側(cè)分隔器260的前側(cè)面400 (即，面對陰極的一側(cè))。圖5示出根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料電池堆的單元電池200的陰極側(cè)分隔器260的后側(cè)面500 (即，背對陰極的一側(cè))。圖6示出根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料電池堆的單元電池200的陽極側(cè)分隔器250的后側(cè)面600 (即，面對陽極的一側(cè))。圖7是沿著線vn-vn得到的圖4的截面圖。 圖8是沿著線vni-vm得到的圖6的截面圖。圖9是示出用于制造根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料電池分隔器的方法的流10程圖。圖IO是說明在制造根據(jù)本發(fā)明實施例的分隔器的方法中向石墨箔貼附 掩膜的處理的視圖。圖11是根據(jù)本發(fā)明第二實施例沿著線XI-XI得到的圖6的截面圖。
具體實施方式
下面將參考附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。為了便于解釋，在下面的描述中使用了諸如上部/下部和前側(cè)/后側(cè)這樣 的表示方向的術(shù)語。然而，這些術(shù)語僅是為了便于描述和更好的理解，所 以根據(jù)本發(fā)明不應(yīng)該認為特定元件應(yīng)該設(shè)置在這些方向上。圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料電池堆的分解透視圖。如圖2中所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料電池堆包括多個單元電池200 的堆疊。單元電池200的堆疊由位于其末端的端板290聯(lián)結(jié)。端板290形 成有集電器295，從而提供由整個燃料電池堆產(chǎn)生的電流。在向燃料電池堆施加聯(lián)結(jié)壓力的端板290處，形成大量連接孔270，以 用于向燃料電池堆供應(yīng)反應(yīng)氣體，并從燃料電池堆排放反應(yīng)氣體等。連接 孔270包括氫氣供應(yīng)孔271、冷卻劑供應(yīng)孔272、空氣供應(yīng)孔273、空氣排 放孔274、冷卻劑排放孔275和氫氣排放孔276。連接孔271-276中的每一 個與燃料電池堆100中的相應(yīng)導管相連。對于每個單元電池200，將流體擴散層225貼附到MEA 230的前側(cè)面 和后側(cè)面，并且將分隔器250和260設(shè)置在MEA230的前側(cè)面和后側(cè)面且 將其貼附到流體擴散層255。在下文中，圖2的左側(cè)被稱作單元電池200的 前方，圖2的右側(cè)被稱作單元電池200的后方。上述流體擴散層225在本領(lǐng)域中通常被稱作氣體擴散層(GDL)。然而， 通過流體擴散層225擴散/散布的材料不必須是氣體，所以在下文中用術(shù)語 流體擴散層代替常用術(shù)語氣體擴散層。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料電池堆的單元電池200中MEA 230和流體擴散層225的具體連接結(jié)構(gòu)的截面圖。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例，在聚合物電解質(zhì)膜210的前側(cè)面 和后側(cè)面通過按壓分別形成陽極221和陰極222，并且在陽極221和陰極ii222各自的外側(cè)形成流體擴散層225。
再次參考圖2，陰極側(cè)分隔器260與具有流體擴散層225的MEA 230 的陰極緊密接觸，并且陽極側(cè)分隔器250與陽極緊密接觸。
在對本發(fā)明實施例的以下描述中，陽極側(cè)分隔器250被描述為具有單 極結(jié)構(gòu)，而陰極側(cè)分隔器260被描述為具有雙極結(jié)構(gòu)。然而，不應(yīng)該認為 本發(fā)明的保護范圍限制于此，因為本發(fā)明的精神可以應(yīng)用到多種其它的在 MEA230的前側(cè)面和后側(cè)面設(shè)置分隔器的方案。
分隔器250和260緊密地聯(lián)結(jié)到流體擴散層225的外表面，并且在其 緊密地面對流體擴散層的表面上具有多個流場槽。將分隔器250和260的 流場槽用作在流體擴散層225與分隔器250和260之間的反應(yīng)氣體的通道。
分隔器250和260在燃料電池堆中散布反應(yīng)氣體，分離燃料氣體和還 原氣體，并且通過在相鄰單元電池的陽極和陰極之間提供電子通道來電性 連接相鄰的單元電池。另外，分隔器具有熱量排放結(jié)構(gòu)以用于排放燃料電 池堆的氧化-還原反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，并且提供機械強度以支撐堆疊的單元電 池。
在下文中更加詳細地描述了根據(jù)本發(fā)明實施例的分隔器250和260。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料電池堆的單元電池200的陰極側(cè)分 隔器260的前側(cè)面400 (即，面對陰極的一側(cè))。
如圖4中所示，在陰極側(cè)分隔器260的上部，形成穿過分隔器260的 分別對應(yīng)于氫氣供應(yīng)孔271、冷卻劑供應(yīng)孔272和空氣供應(yīng)孔273的氫氣供 應(yīng)導管471 、冷卻劑供應(yīng)導管472和空氣供應(yīng)導管473。
另外，在陰極側(cè)分隔器260的下部，形成穿過分隔器260的分別對應(yīng) 于空氣排放孔274、冷卻劑排放孔275和氫氣排放孔276的空氣排放導管 474、冷卻劑排放導管475和氫氣排放導管476。
為了防止來自導管471-476的反應(yīng)氣體/冷卻劑的泄漏，分別在導管 471-476中每個導管周圍形成用于施加密封劑的導管密封溝槽481-486。
在陰極側(cè)分隔器260前側(cè)的燃料電池反應(yīng)區(qū)域(即，與流體擴散層225 接觸的區(qū)域)，通過定義路線的凸緣420來形成向MEA 230供應(yīng)空氣的空 氣流場槽410。這種空氣流場槽410形成為具有預(yù)定深度的溝槽。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明實施例的分隔器260的空氣流場槽410具有蛇形
12的形狀。然而，這僅是本發(fā)明的精神可以應(yīng)用的示例性形狀，因而不應(yīng)該 認為本發(fā)明的保護范圍限制于此。
在空氣流場槽410的入口端，穿過分隔器260形成用于向空氣流場槽 410供應(yīng)空氣的空氣供應(yīng)孔450，并且在空氣流場槽410的出口端，穿過分 隔器260形成用于從空氣流場槽410排放空氣的空氣排放孔460。
通過在分隔器260的后側(cè)面形成的空氣供應(yīng)通道550 (參考圖5)，將 供應(yīng)給空氣供應(yīng)導管473的空氣供應(yīng)給空氣供應(yīng)孔450。通過在分隔器260 的后側(cè)面形成的空氣排放通道560 (參考圖5)，將從空氣排放孔460排放 的空氣排放到空氣排放導管474。
在具有空氣流場槽410、空氣供應(yīng)孔450和空氣排放孔460的反應(yīng)區(qū)域 周圍，形成用于施加密封劑的反應(yīng)區(qū)域密封溝槽480，以防止空氣從反應(yīng)區(qū) 域泄漏。
密封溝槽480-486具有閉合回路的形式，所述閉合回路分別包圍導管和 與流體擴散層緊密接觸的區(qū)域。
在分隔器260上的密封溝槽480-486之間的區(qū)域中，穿過分隔器260 形成至少一對定位孔，用于對分隔器260的前側(cè)面和后側(cè)面的流場槽進行 校準。
所述至少一對定位孔形成為具有不同大小的多個定位孔對(431和432 對，以及433和434對)。通過形成具有不同大小的定位孔對，較大直徑的 定位孔431和432能夠粗略校準(即，能夠簡單校準)，而較小直徑的定位 孔433和434能夠精確校準。
作為實例，圖4示出在分隔器的上部和下部形成的較大直徑定位孔對 431和432，并且較小直徑定位孔對433和434形成于較大直徑定位孔431 和432的內(nèi)側(cè)。
同樣作為實例，圖4示出在氫氣供應(yīng)導管471的密封溝槽481和冷卻 劑供應(yīng)導管472的密封溝槽482之間形成位于上部的定位孔431和433，以 及在氫氣排放導管476的密封溝槽486和冷卻劑排放導管475的密封溝槽 485之間形成位于下部的定位孔432和434。
在對根據(jù)本發(fā)明實施例的分隔器的制造方法的描述中，更詳細地描述 了使用定位孔431、 432、 433和434來校準在雙極分隔器260的前側(cè)面400和后側(cè)面500上的流場槽。圖5示出根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料電池堆的單元電池200的陰極側(cè)分 隔器260的后側(cè)面500 (即，背對陰極的一側(cè))。如圖5中所示，空氣供應(yīng)導管473和空氣供應(yīng)孔450通過空氣供應(yīng)通 道550相互連接，并且空氣排放導管474和空氣排放孔460通過空氣排放 通道560相互連接?？諝夤?yīng)通道550和空氣排放通道560以溝槽的形式 在分隔器260的后側(cè)面500上形成。另外，形成氫氣供應(yīng)通道555，其與氫氣供應(yīng)導管471相連，并且形成 氫氣排放通道565，其與氫氣排放導管476相連。氫氣供應(yīng)通道555和氫氣 排放通道565以溝槽的形式在分隔器260的后側(cè)面500上形成。以閉合回路的形式，分別在導管471、 473、 474和476中的每一個導 管周圍形成用于施加密封劑的密封溝槽581、 583、 584和586，所述閉合回 路分別包圍導管及與導管相連的通道。在分隔器的后側(cè)面500上的中央部分，通過定義路線的凸緣520來形 成用于循環(huán)由冷卻劑供應(yīng)導管472供應(yīng)的冷卻劑的冷卻劑流場槽510。在分 隔器的后側(cè)面500上形成的所述冷卻劑流場槽510與分隔器的前側(cè)面400 上的空氣流場槽410對齊。燃料電池冷卻劑通過冷卻劑供應(yīng)導管472供應(yīng)給冷卻劑流場槽510，在 分隔器260的后側(cè)面上循環(huán)，然后通過冷卻劑排放導管475排放。形成用于施加密封劑以防止冷卻劑泄漏的密封溝槽580，其包圍冷卻劑 供應(yīng)導管472、冷卻劑流場槽510和冷卻劑排放導管475。圖6示出根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料電池堆的單元電池200的陽極側(cè)分 隔器250的后側(cè)面600 (即，面向陽極的一側(cè))。陽極側(cè)分隔器250的后側(cè)面與陰極側(cè)分隔器260的前側(cè)面400具有相 似的構(gòu)造。艮P，如圖6所示，在分隔器250的上部，穿過分隔器250形成氫氣供 應(yīng)導管671、冷卻劑供應(yīng)導管672和空氣供應(yīng)導管673。另外，在分隔器250 的下部，穿過分隔器250形成空氣排放導管674、冷卻劑排放導管675和氫 氣排放導管676。另外，在導管671-676中的每個導管周圍分別形成用于施 加密封劑的導管密封溝槽681-686。在陽極側(cè)分隔器250的后側(cè)面中的燃料電池反應(yīng)區(qū)域處，通過定義路 線的凸緣620來形成用于將氫氣供應(yīng)給MEA 230的氫氣流場槽610。
在氫氣流場槽610的入口端，穿過分隔器250形成用于將氫氣供應(yīng)給 氫氣流場槽610的氫氣供應(yīng)孔650，并且在氫氣流場槽610的出口端，穿過 分隔器260形成用于從氫氣流場槽610排放氫氣的氫氣排放孔660。
通過在相鄰單元電池的陰極側(cè)分隔器260的后側(cè)面形成的氫氣供應(yīng)通 道555 (參考圖5)，將供應(yīng)給氫氣供應(yīng)導管671的氫氣供應(yīng)給氫氣供應(yīng)孔 650。通過在相鄰單元電池的陰極側(cè)分隔器260的后側(cè)面形成的氫氣排放通 道565 (參考圖5)，將從氫氣排放孔660排放的氫氣排放到氫氣排放導管 676。
在具有氫氣流場槽610、氫氣供應(yīng)孔650和氫氣排放孔660的反應(yīng)區(qū)域 周圍，形成反應(yīng)區(qū)域密封溝槽680，用于施加密封劑以防止氫氣從反應(yīng)區(qū)域 泄漏。
穿過陽極側(cè)分隔器250，形成與陰極側(cè)分隔器260的定位孔431、 432、 433和434具有相同位置和相同大小的定位孔631、 632、 633和634。定位 孔431、 432、 631和632可以使單元電池200的堆疊易于完成。
在上面的描述中，主題為根據(jù)本發(fā)明實施例的分隔器250和260的外 部特征及反應(yīng)氣體/冷卻劑的傳遞。
在下文中，詳細描述分隔器250和260的材料、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和制造方法。
圖7是沿著線vn-vn得到的圖4的截面圖，圖8是沿著線vni-vm
得到的圖6的截面圖。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，將石墨箔700和800用作分隔器250和260的 材料。
制造石墨箔的處理通常伴隨有壓制處理，利用高壓壓制的石墨箔具有 內(nèi)部薄片狀結(jié)構(gòu)。
因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以將用于分隔器250和260的材料稱 為薄片狀結(jié)構(gòu)石墨箔。
用于根據(jù)本發(fā)明實施例的分隔器250和260的材料的石墨箔700和800 的薄片狀結(jié)構(gòu)可參看圖7的放大部分A和圖8的部分B。
對于普通石墨箔，其熱傳導性在單元電池的堆疊方向上超過250W/mK。因此，這可以有助于增強燃料電池堆的熱量排放性能，并且有助于實現(xiàn)燃 料電池堆的溫度分布的均勻性。
在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)采用石墨/碳的復(fù)合材料的分隔器中，將諸如熱固樹脂 或者熱塑樹脂的樹脂包含于分隔器中，以防止反應(yīng)氣體的泄漏或者便于石 墨材料的成型。
然而，根據(jù)本發(fā)明實施例的分隔器250和260，用于分隔器的石墨箔基 本不含有所述樹脂。目前大規(guī)模生產(chǎn)薄片狀結(jié)構(gòu)石墨箔，并且如果不需要 包含現(xiàn)有技術(shù)的樹脂，則石墨箔的大規(guī)模生產(chǎn)率可以進一步提高。因此， 如果用這種薄片狀結(jié)構(gòu)石墨箔制造分隔器，有助于減少分隔器的生產(chǎn)成本。
此外，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的采用包含樹脂的石墨材料的分隔器很少用于在 高于約IOO'C溫度下工作的燃料電池，這是由于大多數(shù)樹脂的熱變形溫度都 低于約IO(TC。
因此，在可將不含有樹脂的石墨箔用于分隔器的情況下，可以擴大燃 料電池的工作溫度范圍，并且可以加強在燃料電池過熱而超過IO(TC的情況 下燃料電池的耐用性。
實際上，在分隔器250和260不含有樹脂的情況下，其可以具有較高 的用于例如在分隔器250和260上形成流場的可成形性。此外，在增強耐 用性的同時，可以保持反應(yīng)氣體的泄漏防護以及憎水效應(yīng)(hydrophobic effect)。稍后描述使用不含有樹脂的石墨箔來制造穩(wěn)定且高性能的分隔器的 方法。
在堆疊燃料電池堆期間，燃料電池的分隔器應(yīng)該保持均勻的壓力且沒 有變形，并且其應(yīng)該提供足夠的電傳導性。
因此，優(yōu)選地，用作根據(jù)本發(fā)明實施例的分隔器260和250的材料的 石墨箔顯現(xiàn)出高于1.5g/cm3的體積密度。作為試驗結(jié)果，在石墨箔的體積 密度低于1.5g/cm3的情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由于當在燃料電池堆中堆疊分隔器 時的過度變形，可能會發(fā)生反應(yīng)氣體的泄漏或者接觸電阻的增加。
另外，過高的體積密度引起石墨箔生產(chǎn)成本的增加，即，分隔器生產(chǎn) 成本的增加。因此，用于本發(fā)明實施例的分隔器250和260的石墨箔可以 具有小于2.0g/cm3的體積密度。
在分隔器過薄的情況下，由于分隔器的透氣性增強，燃料電池堆的性能和耐用性可能會下降。考慮到這點，優(yōu)選地，用于根據(jù)本發(fā)明實施例的分隔器250和260的石墨箔的厚度Dl和D2大于0.5mm。通常，流場槽的最小深度為約0.2mm。因此，在石墨箔的厚度小于0.5mm 的情況下，流場槽的厚度d2變?yōu)樾∮?.3mm。在這種情況下，己經(jīng)發(fā)現(xiàn)石 墨箔700和800的透氣性變得過高。因此，通過以最少0.5mm厚度的石墨箔來形成分隔器，在保證該最小 厚度的情況下有望增強耐用性和性能。然而，如果分隔器變得過厚，生產(chǎn)成本會增加而性能和耐用性不會有 任何增加。作為試驗結(jié)果，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用于根據(jù)本發(fā)明實施例的分隔器的石 墨箔的厚度不必大于3mm。由于聚合物電解質(zhì)膜燃料電池的正常工作溫度小于IOO'C且大約為80 'C，因而對反應(yīng)產(chǎn)物即熱量和水的有效且穩(wěn)定的排放是非常重要的。為了這樣的目的，通過浸漬，在根據(jù)本發(fā)明實施例的分隔器260和250 的流場槽410和610的內(nèi)表面上形成憎水層710和810。在流場槽410和 610上形成的憎水層還有助于通過流體擴散層225有效地向電極供應(yīng)反應(yīng)氣 體。如圖7和8所示，沒有在凸緣420和620的表面上形成憎水層710和 810。因此，在流體擴散層225與分隔器260和250之間的接觸電阻不會因 為憎水層710和810而增加。對于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)的憎水處理，只是將憎水層簡單涂覆在加工 件的表面上。在這種情況下，可以容易的刮掉或去除涂覆的憎水層。然而，根據(jù)本發(fā)明實施例的憎水層710和810，首先將流場槽410和 610的內(nèi)側(cè)面修改為幾十微米(ixm)的粗糙度，然后通過在粗糙表面上進 行浸漬而形成憎水層710和810。因此，由于憎水層710和810形成在粗糙 表面上，所以增強了憎水層710和810與流場槽410和610的內(nèi)表面之間 的貼附強度，并且因此增強了憎水層710和810的耐用性。優(yōu)選地，通過流場槽中的浸漬而形成的憎水層710和810的厚度位于 30 u m到100 u m的范圍內(nèi)?？紤]到在燃料電池堆的聯(lián)結(jié)力下的反應(yīng)氣體和 冷卻劑流，優(yōu)選地，憎水層710和810的厚度大于30lim以便耐久地提供 憎水層710和810的憎水效應(yīng)。相反地，在憎水層710和810的厚度超過100 y m的情況下，用于憎水層的憎水溶液過度浸漬到流場槽410和610中。 在這種情況下，當進行憎水效應(yīng)的熱處理(例如，在330'C的熱處理)時， 由于例如在薄片狀結(jié)構(gòu)石墨箔上形成的氣泡，可能引起薄片的分離。如參考圖4到圖6已經(jīng)描述的，在導管471-476和671-676以及接觸流 體擴散層的區(qū)域周圍形成密封溝槽481-486、 681-686、 480和680。如圖7和8所示，密封件790和890被施加到分隔器260和250的密 封溝槽，并且與分隔器260和250成為一體。圖7和8示出密封件790和 890僅被施加到特定部分，然而，密封件790和890實際上可被施加到分隔 器260和250的密封溝槽480-486、 580-586和680-686中的每個溝槽。例 如可將硅系、氟系和烯系的橡膠液體用作密封件790和890。由于密封件在密封溝槽上施加于分隔器260和250并且與其成為一體， 因而可以簡化燃料電池堆的裝配處理。在下文中，針對制造分隔器的方法來詳細描述本發(fā)明的實施例，所述 分隔器由薄片狀結(jié)構(gòu)石墨箔制成，并且在其流場槽上具有通過浸漬而形成 的憎水層。圖9是示出用于制造根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料電池的分隔器的方法的 流程圖。如圖9中所示，根據(jù)用于制造根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料電池的分隔器 的方法，首先在步驟S910準備具有預(yù)定厚度和體積密度的石墨箔。然后在步驟S920，在準備好的石墨箔上形成相應(yīng)于導管、密封溝槽和 流場槽的掩膜圖案。然后在步驟S930,通過利用石墨箔上形成的掩膜圖案選擇性地干蝕刻 石墨箔，在石墨箔上形成導管、密封溝槽和流場槽。然后在步驟S940，通過浸漬在流場槽的各內(nèi)側(cè)面上形成憎水層。最后在步驟S950，從具有浸漬的憎水層的石墨箔上移除掩膜圖案，然 后清潔并熱處理石墨箔以便完成分隔器的制造。通過上述處理制成單極分隔器。對于雙極分隔器，通過對準備好的石墨箔的一側(cè)執(zhí)行步驟S920和S930 來形成流場槽等(即，導管、密封溝槽和流場槽)，然后對石墨箔的另一側(cè) 也執(zhí)行步驟S920和S930，以便在另一側(cè)也形成流場槽等。然后，根據(jù)步驟S940和S950處理在其兩側(cè)都具有流場槽等的石墨箔， 從而完成雙極分隔器的制造。
從對單極分隔器的制造方法的描述可以清楚地了解到雙極分隔器的制 造方法。
在下文中，針對示例性單極分隔器250詳細描述上述步驟S910-S950。
首先，在準備石墨箔的步驟S910中，準備好的石墨箔的厚度為l.Omm， 整體密度為1.78g/cm3，尺寸為10cmxl5cm。通過在干燥器內(nèi)以IO(TC對準 備好的石墨箔干燥5分鐘來從該石墨箔除去水分。在準備好的石墨箔上形 成定位孔631、 632、 633和634。在這個階段，由于石墨箔上還沒有形成流 場槽等，所以只需要注意定位孔631、 632、 633和634的直徑及其之間的 距離，以便能夠按照預(yù)定規(guī)格而形成。
還可以以多種方式實現(xiàn)用于形成掩膜圖案的步驟S920。例如，可以將 具有對應(yīng)于流場槽等的圖案的橡膠或者不銹鋼材料的掩膜貼附到石墨箔。
對于另一個實例，可以使用干膜。
在使用干膜(例如，BF410)的情況下，使用層合機裝置將100um厚 的干膜(例如，BF410)涂覆在石墨箔上。對于層壓處理，優(yōu)選地，上滾輪 溫度大約70。C，下滾輪溫度大約65t:，滾動速度大約60mm/sec。
將形成有用于流場槽等的圖案的薄膜掩膜設(shè)置為與石墨箔接觸，然后 將帶有薄膜掩膜的石墨箔在曝光機中以大約20mW/cm2的能量密度曝光大 約18-23秒。
在使用干膜的情況下，當浸入液體顯影劑中時可能膨脹。因此，為了 使涂覆有干膜的石墨箔顯影，優(yōu)選地，當在噴射式顯影機中噴射液體顯影 劑(例如，1 2M的Na2C03溶液)的同時，噴射噴嘴移動。
.優(yōu)選地，將噴射式顯影機的顯影條件設(shè)置成液體顯影劑的溫度大約25 °C，噴射壓力大約2.7Kg/cm2，并且噴嘴移動速度大約80mm/sec。當在這 種情況下顯影時，優(yōu)選地，以大約10(TC在烤箱中烘烤5分鐘。
形成掩膜圖案的步驟S920包括在石墨箔上貼附掩膜的步驟。為了這樣 的目的，使用定位孔631、 632、 633和634以及定位棒。在下文中，詳細 描述使用定位孔631、 632、 633和634在石墨箔上貼附掩膜。
如圖10中所示，在曝光機1000上的工作板1100上凸出地形成一對較
19大直徑定位棒1021和1022以及一對較小直徑定位棒1023和1024。工作板 1100形成為透明板，使得曝光機1000的光源1005處生成的曝光光線可以 穿透所述工作板。形成帶有定位孔1011、 1012、 1013和1014的準備好的掩膜1010，所 述定位孔1011、 1012、 1013和1014位于與定位棒1021、 1022、 1023和1024 對應(yīng)的位置。另外，在準備石墨箔的步驟S910中，在石墨箔上與定位棒 1021、 1022、 1023和1024對應(yīng)的位置處形成定位孔631、 632、 633和634。掩膜1010的厚度通常小于0.2mm，并且滿足定位棒1021、 1022、 1023 和1024自工作板1100的凸出高度h是0.2mm。較大直徑的定位棒1021和 1022比較小直徑的定位棒1023和1024稍微更加凸出。因此，在使用較大 直徑定位棒1021和1022將分隔器定位在粗略校準位置之后，可以使用較 小直徑定位棒1023和1024將分隔器精確地校準在正確的位置。將掩膜1010設(shè)置在工作板1100上，使得凸出的定位棒1021、 1022、 1023和1024可以插入在定位孔1011、 1012、 1013和1014中。在這種情況 下，因為定位棒1021、 1022、 1023和1024的凸出高度h大于掩膜1010的 厚度，所以定位棒1021、 1022、 1023和1024完全穿透掩膜1010并且從其 中凸出。因此，可以僅通過將準備好的石墨箔設(shè)置為使得定位棒1021、 1022、 1023和1024插入定位孔631、 632、 633和634，來精確地校準分隔器的前 側(cè)面和后側(cè)面。通過按照上述校準處理將掩膜貼附在石墨箔上，精確校準 了分隔器的前側(cè)面和后側(cè)面。在形成流場槽的步驟S930中，使用例如噴砂設(shè)備來干蝕刻利用掩膜圖 案處理而處理過的石墨箔，使得流場槽的深度可以變?yōu)榇蠹s500um。優(yōu)選地，將噴砂條件設(shè)置為分隔器移動速度大約40mm/分鐘，噴嘴移 動速度大約20m/分鐘，噴嘴的噴射壓力大約3.0kg/cm2，并且分隔器和噴嘴 之間的距離大約60mm。例如，可將SiC用作研磨劑，使得流場槽底部的表 面粗糙度可以變成幾十微米?？梢詧?zhí)行超聲波蝕刻處理，即使用研磨劑的蝕刻處理，來代替噴砂處 理或者與噴砂處理一起執(zhí)行。在通過浸漬而形成憎水層的步驟S950中，在將石墨箔浸入憎水溶液(例如，20X的PTFE (聚四氟乙烯)溶液)2到4秒之后或者在通過噴射涂覆 的處理之后，將具有流場槽且其上貼附有掩膜圖案的石墨箔在5(TC到90°C 的范圍內(nèi)干燥。
在完成分隔器制造的步驟S950中，使用超聲波清潔器在丙酮中去除掩 膜圖案，使得貼附在石墨箔上的干膜被去除，然后清潔和熱處理石墨箔以 完成分隔器。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，清潔和熱處理石墨箔的處理是 顯而易見的。對于橡膠或者不銹鋼材料的掩膜，可以僅通過將其分離而去 除。
在以上本發(fā)明實施例的描述中，分隔器被描述為使用具有一致結(jié)構(gòu)的 石墨箔。然而，由于實施例可進行變化，諸如將不銹鋼層插入到用于分隔 器的石墨箔內(nèi)的情況，所以不應(yīng)該認為本發(fā)明的保護范圍被限定于此。
在下文中，參考圖ll來描述本發(fā)明的第二實施例，該實施例涉及在用 于分隔器的石墨箔中包括不銹鋼層的情況。
圖11是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的沿著線XI-XI得到的圖6的截面圖。
如在圖11中所示，在用于根據(jù)本發(fā)明第二實施例的分隔器1150的薄 片狀結(jié)構(gòu)石墨箔1140中包括不銹鋼層1160。
例如通過將具有預(yù)定厚度的石墨層壓到不銹鋼層1160的前側(cè)面和后側(cè) 面，可以容易地制造這種包括不銹鋼層1160的石墨箔1140。
不銹鋼層1160可以是例如SUS304或者SUS316，并且優(yōu)選地，其厚度 t是O.lmm到0.3mm?？紤]到流場槽610的深度，在不銹鋼層1160的前側(cè) 面和后側(cè)面形成的石墨層的厚度d3優(yōu)選地大于0.2mm，而考慮到生產(chǎn)成本， 厚度d3優(yōu)選地小于3mm。
也就是說，根據(jù)所述本發(fā)明第二實施例的分隔器1150使用石墨箔1140， 在該石墨箔1140中間形成有O.lmm厚度的不銹鋼層1160，在不銹鋼層1160 的前側(cè)面和后側(cè)面中的每一側(cè)處形成0.2mm厚度的石墨層(因此，石墨箔 的總厚度D3變成0.5mm)。通過干蝕刻石墨箔1140的一側(cè)(例如，圖11 的上側(cè))形成流場槽610。
使用其中包括不銹鋼層1160的石墨箔1140制造分隔器1150的方法與 參考圖10描述的根據(jù)本發(fā)明第一實施例的制造分隔器250和260的方法相 同。
21在形成流場槽610的干蝕刻處理中，蝕刻石墨層使得不銹鋼層1160暴 露出來。對于干蝕刻處理(例如，上面描述的噴砂蝕刻處理)，不銹鋼層1160 具有比在不銹鋼層1160的前側(cè)面和后側(cè)面形成的石墨層小得多的蝕刻率。 因此，所述不銹鋼層1160起到蝕刻處理中停止蝕刻的作用。根據(jù)上述特征，分隔器的制造處理變得更容易，并且可以使用較低精 確度的制造設(shè)備來生產(chǎn)具有同樣高性能和精確度的分隔器。雖然不銹鋼層1160的硬度比石墨層的硬度更高，但在蝕刻處理中使用 的研磨劑仍可以容易地在其上形成例如在第一實施例中所描述的幾十微米 的粗糙度。另外，在形成憎水層的處理中(指圖9中的步驟S940)，在不銹鋼層 1160暴露于流場槽610中的同時形成憎水層810。因此，對于完成的分隔 器1150，因為在不銹鋼層1160暴露于流場槽610中的同時形成憎水層810， 所以不銹鋼層1160變成表面暴露地插入憎水層810中。在上面的描述中，已經(jīng)結(jié)合聚合物電解質(zhì)燃料電池示例性地描述了本 發(fā)明。然而，不應(yīng)該認為本發(fā)明的保護范圍被限制于此。相反，可以將本 發(fā)明的精神應(yīng)用在正常工作溫度處于低于石墨箔熱變形溫度(例如，低于 250°C)的范圍內(nèi)的任意燃料電池。作為實例，本發(fā)明的精神也可以應(yīng)用于 DMFC (直接甲醇燃料電池)。因此，在上面的描述中以及在所附的權(quán)利要求中，涉及聚合物電解質(zhì) 燃料電池的術(shù)語不應(yīng)該被理解為嚴格地指定聚合物電解質(zhì)燃料電池的特定 元件。例如，術(shù)語燃料氣體應(yīng)該被理解為綜合性的含義，其含義包括以液體 形式供應(yīng)的甲醇燃料以及以氣體形式供應(yīng)的氫氣。另外，對于除聚合物電 解質(zhì)燃料電池之外的燃料電池，應(yīng)該認為術(shù)語MEA指的是燃料電池的相應(yīng) 元件。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例，將薄片狀結(jié)構(gòu)石墨箔用作燃料電池 分隔器的材料，并且通過浸漬而在分隔器的流場槽的內(nèi)壁上形成憎水層。因此，通過例如加速反應(yīng)氣體向催化層的擴散，可以有效地排放在陰 極產(chǎn)生的水，并且由此可以提高燃料電池的性能。相應(yīng)地，可以提高燃料 電池堆的每單位體積的功率密度。另外，由于在己經(jīng)通過干蝕刻而形成的分隔器流場槽的內(nèi)壁上通過浸 漬而形成了憎水層，因而加強了憎水層的耐用性，從而加強了燃料電池的 耐用性和可靠性。此外，由于石墨箔的內(nèi)部基本不含有諸如熱固樹脂或者熱塑樹脂的樹脂，并且利用掩膜圖案防止在接觸MEA的分隔器表面上形成憎水層，因而 不需要用于減少電池之間接觸電阻的附加處理。此外，由于這種石墨箔顯示出較高的熱傳導性，因而加強了燃料電池 堆的冷卻效果并且燃料電池堆的溫度分布變得均勻。此外，由于用作分隔器材料的薄片狀結(jié)構(gòu)石墨箔可以大規(guī)模生產(chǎn)，所 以可以降低分隔器的生產(chǎn)成本，從而相應(yīng)地降低燃料電池的生產(chǎn)成本。此外，由于分隔器的制造處理可以被簡化并且其更加適合于大規(guī)模生 產(chǎn)，因此可以降低分隔器的生產(chǎn)成本，從而相應(yīng)地降低燃料電池的生產(chǎn)成 本。盡管已經(jīng)結(jié)合當前認為是最具實用性且優(yōu)選的實施例對本發(fā)明進行了 描述，但是，應(yīng)該理解本發(fā)明不限于所公開的實施例，相反，本發(fā)明旨在 包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等效配置。在說明書及其后的權(quán)利要求書中，除非明確地進行相反描述，詞語"包 括"或其變形將被理解為指示包含所述元件，但并不排除任何其它元件。
權(quán)利要求
1、一種用于制造具有用于燃料電池的分隔器的燃料電池的方法，所述分隔器能夠緊密接觸燃料電池的MEA(膜電極組)的陽極或者陰極，并且在所述分隔器和所述陽極或者陰極之間插入流體擴散層，所述分隔器具有流場槽以允許流體在所述分隔器和所述流體擴散層之間流動，所述方法包括準備具有預(yù)定大小的薄片狀結(jié)構(gòu)石墨箔；在所述石墨箔上形成對應(yīng)于所述流場槽的掩膜圖案；通過蝕刻其上形成有所述掩膜圖案的所述石墨箔，在所述石墨箔上形成所述流場槽；通過浸漬在所述流場槽的內(nèi)側(cè)面上形成憎水層；以及從所述石墨箔上移除所述掩膜圖案。
2、 如權(quán)利要求l所述的制造燃料電池的方法，其中在所述石墨箔上形 成掩膜圖案的步驟包括利用干膜抗蝕劑涂覆所述石墨箔； 暴露所述被涂覆的石墨箔；以及通過在所述石墨箔上移動噴射式顯影設(shè)備的噴射噴嘴，在所述石墨箔 上顯影所述干膜抗蝕劑。
3、 如權(quán)利要求l所述的制造燃料電池的方法，其中在所述石墨箔上形 成所述掩膜圖案的步驟包括在所述石墨箔上貼附掩膜，所述掩膜提供有對 應(yīng)于所述流場槽的圖案并且由橡膠或者不銹鋼制成。
4、 如權(quán)利要求l所述的制造燃料電池的方法，其中在所述石墨箔上形 成所述流場槽的步驟包括噴砂和超聲波蝕刻中的至少一種。
5、 如權(quán)利要求1-4中任一項所述的制造燃料電池的方法，其中通過浸 漬在所述流場槽的內(nèi)側(cè)面上形成憎水層的步驟包括在貼附有所述掩膜圖案且形成有所述流場槽的所述石墨箔上形成憎水層；以及在5(TC到90'C范圍的溫度中，干燥形成有所述憎水層的所述石墨箔。
6、 如權(quán)利要求5所述的制造燃料電池的方法，其中，在所述石墨箔上 形成憎水層的步驟中，將憎水溶液噴射涂覆在所述石墨箔的表面上，或者 將所述石墨箔浸入所述憎水溶液中。
7、 如權(quán)利要求l所述的制造燃料電池的方法，其中-在所述分隔器的前側(cè)面和后側(cè)面中的每一側(cè)上都形成所述流場槽； 所述掩膜圖案包括前掩膜圖案和后掩膜圖案；在所述前掩膜圖案和后掩膜圖案中的每一掩膜圖案上都形成至少一對 定位孔；穿過所述石墨箔，與所述掩膜圖案的所述定位孔相對應(yīng)地形成至少一 個定位孔；以及所述掩膜圖案的所述定位孔和所述石墨箔的所述定位孔是通過使用與 其相對應(yīng)的至少一對定位棒來校準的。
8、 如權(quán)利要求7所述的制造燃料電池的方法，其中所述至少一對定位 孔和所述至少一對定位棒分別包括對應(yīng)于不同大小的多對定位孔和定位 棒°
9、 一種燃料電池堆，其包括至少一個單元電池，其中所述至少一個單元電池包括MEA (膜電極組)，包括聚合物電解質(zhì)膜，以及在其兩側(cè)上形成的陽極 和陰極；一對流體擴散層，接觸地設(shè)置到所述MEA兩側(cè)的所述陽極和所述陰 極；以及一對分隔器，用于緊密接觸所述一對流體擴散層，在所述分隔器面向 所述流體擴散層的側(cè)面上形成流場槽以便形成反應(yīng)區(qū)域，并且在所述反應(yīng)區(qū)域外圍形成導管區(qū)域；其中，所述一對分隔器中的至少一個分隔器包括薄片狀結(jié)構(gòu)石墨箔，以及通過浸漬，在所述一對分隔器中的至少一個分隔器的所述流場槽的內(nèi) 側(cè)面上形成憎水層。
10、 如權(quán)利要求9所述的燃料電池堆，其中所述薄片狀結(jié)構(gòu)石墨箔中 包括不銹鋼層。
11、 如權(quán)利要求10所述的燃料電池堆，其中在表面暴露于所述流場槽 中的所述不銹鋼層上形成所述憎水層。
12、 如權(quán)利要求9所述的燃料電池堆，其中所述石墨箔不含有熱固樹 脂或者熱塑樹脂。
13、 如權(quán)利要求9所述的燃料電池堆，其中所述石墨箔的體積密度位 于1.5 g/cm3到2.0 g/cm3的范圍內(nèi)。
14、 如權(quán)利要求9-13中任一項所述的燃料電池堆，其中所述石墨箔的 厚度位于0.5 mm到3 mm的范圍內(nèi)。
15、 如權(quán)利要求9-13中任一項所述的燃料電池堆，其中所述憎水層的 厚度位于30 pm到100 [xm的范圍內(nèi)。
16、 如權(quán)利要求9-13中任一項所述的燃料電池堆，其中密封件沿著所 述導管的每個圓周和所述反應(yīng)區(qū)域與所述分隔器成為一體。
全文摘要
將薄片狀結(jié)構(gòu)石墨箔用作燃料電池的分隔器的材料，并且通過浸漬在石墨箔的流場槽上形成憎水層。通過蝕刻其上形成有掩膜圖案的石墨箔以形成流場槽并且通過浸漬而形成憎水層，來制造所述分隔器。根據(jù)上述分隔器，增強了燃料電池堆的性能并且簡化了分隔器的制造處理。
文檔編號H01M8/24GK101325260SQ20081012866
公開日2008年12月17日 申請日期2004年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月10日
發(fā)明者洪炳善, 辛美男, 金淏碩 申請人:燃料電池能量公司