用于燃料电池的分隔器和用于制造分隔器的方法技术

本发明专利技术涉及用于燃料电池的分隔器和用于制造分隔器的方法。用于制造用于燃料电池的分隔器的方法包括：在分隔器本体的表面中形成粗糙化区域的粗糙化步骤；和在分隔器本体的表面上模制垫圈的模制步骤。在模制步骤中，在包括粗糙化区域的至少一部分的区域中模制垫圈。粗糙化区域的至少一部分的区域中模制垫圈。粗糙化区域的至少一部分的区域中模制垫圈。

【技术实现步骤摘要】
用于燃料电池的分隔器和用于制造分隔器的方法


[0001]在本说明书中公开的技术涉及一种用于燃料电池的分隔器和一种用于制造分隔器的方法。

技术介绍

[0002]燃料电池组是通过堆叠多个燃料电池来构造的。每一个燃料电池包括一对分隔器(即，一个阳极侧分隔器和一个阴极侧分隔器)、膜电极组件(MEA)、阳极侧气体扩散层和阴极侧气体扩散层。MEA有时通过与阳极侧气体扩散层和阴极侧气体扩散层一体地模制而以膜电极和气体扩散层组件(MEGA)的形式提供。在此情形中，燃料电池能够通过在一对分隔器之间置放MEGA来构造。
[0003]在每一个分隔器中，设置了用于供应和排放流体诸如阳极气体、阴极气体和冷却介质的供应孔和排放孔。当所述多个燃料电池被堆叠时，相应的供应孔和相应的排放孔被串联连接并且形成相应的连接流动通道。然后，在燃料电池中，前面提到的流体被从相应的连接流动通道供应或者被排放到相应的连接流动通道。在分隔器中的每一个分隔器中，垫圈被设置成使得每一个包围供应孔或者排放孔，并且因此防止流体从连接流动通道泄漏。
[0004]日本未审查专利申请公报No.2017
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117638描述了一种包括垫圈的分隔器。在该分隔器中，环状垫圈被设置在包括供应孔和排放孔的分隔器本体的表面上。

技术实现思路

[0005]在燃料电池组正在工作时，流体通过流动通道被供应和排放，并且因此流动通道内的压力增加。此时，如果垫圈由于垫圈不能承受流动通道内的压力而从分隔器本体脱落，则流体可以从连接流动通道泄漏。为了防止垫圈脱落，可设想使用粘结剂使得垫圈牢固地粘结到分隔器本体的表面。然而，另外的步骤诸如施加粘结剂和后续的烘焙变得有必要，并且另外，MEA的电解质膜可能通过粘结剂的熔化和汽化而受到损坏。因此，需要一项使得分隔器本体的表面和垫圈能够牢固地粘结到彼此的技术。
[0006]鉴于以上实际情况，本说明书提供一项使得能够在不使用粘结剂的情况下增强垫圈到分隔器本体的表面的粘结的技术。
[0007]在本说明书中公开的技术提供一种用于制造用于燃料电池的分隔器的方法。该制造方法包括：在分隔器本体的表面中形成粗糙化区域的粗糙化步骤；和在分隔器本体的表面上模制垫圈的模制步骤。在模制步骤中，垫圈在包括粗糙化区域的至少一部分的区域中进行模制。
[0008]在以上陈述的制造方法中，垫圈在形成在分隔器本体的表面中的粗糙化区域上进行模制。根据这种制造方法，垫圈进入粗糙化区域的微小凹凸不平并且固化，并且因此，分隔器本体和垫圈经由所谓的锚固效应被牢固地联结。因此，能够在不使用粘结剂的情况下增强垫圈到分隔器本体的表面的粘结。
[0009]在本说明书中公开的技术还提供一种用于燃料电池的分隔器。该分隔器包括：分
隔器本体；和垫圈，该垫圈设置在分隔器本体的表面上。分隔器本体的表面包括粗糙化区域，并且垫圈的至少一部分位于粗糙化区域上。
附图说明
[0010]将在下面参考附图描述本专利技术的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中类似的符号表示类似的元件，并且其中：
[0011]图1是示意采用实例的分隔器30的燃料电池组10的概略构造的图表；
[0012]图2是示意燃料电池12的概略构造的分解视图；
[0013]图3是示意燃料电池12的概略构造的截面视图；
[0014]图4是燃料电池12的平面视图；
[0015]图5是沿着图4中的线V
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V的截面视图；
[0016]图6是图5中的部分VI的放大视图，并且是示意在本实例的分隔器本体31的表面31a和第五垫圈54e之间的关系的图表；
[0017]图7是示意在粗糙化步骤之前的分隔器本体31的图表；
[0018]图8是示意粗糙化步骤的图表；
[0019]图9是模制步骤；
[0020]图10是示意根据一种变型的第一粗糙化步骤的图表；
[0021]图11是示意根据一种变型的第二粗糙化步骤的图表；
[0022]图12是示意在分隔器本体31的表面31a和第五垫圈54e之间的关系的一种变型的图表；以及
[0023]图13是示意在分隔器本体31的表面31a和第五垫圈54e之间的关系的一种变型的图表。
具体实施方式
[0024]在本技术的一个实施例中，在粗糙化步骤中在分隔器本体的表面中形成的粗糙化区域可以具有在0.1μm到2.5μm的范围内的算术平均高度(Sa)，并且进一步可以具有0.5μm到1.5μm的算术平均高度(Sa)。这种构造使得能够进一步增强垫圈到分隔器本体的表面的粘结。
[0025]这里，算术平均高度(Sa)是在ISO25178中规定的。算术平均高度(Sa)是通过将线的算术平均高度(Ra)延伸至三维而获得的参数，并且表示在各个点和表面的平均平面之间的高度差的绝对值的平均值。因此，当评价表面粗糙度时通常使用算术平均高度(Sa)。
[0026]在本技术的该一个实施例中，在粗糙化步骤中，粗糙化区域可以沿着分隔器本体的表面以环状形状形成，并且在模制步骤中，垫圈可以沿着环状粗糙化区域以环状形状模制。在此情形中，虽然不受具体限制，但是分隔器本体可以包括通孔，并且在粗糙化步骤中，粗糙化区域可以以环状形状形成使得粗糙化区域包围通孔。然而，作为另一个实施例，所形成的粗糙化区域不一定具有环状形状并且粗糙化区域的形状能够根据例如设置在分隔器本体中的通孔的形状和位置被适当地改变。类似地，垫圈不一定需要具有环状形状并且仅仅需要被沿着粗糙化区域模制。
[0027]在该一个实施例中，以环状形状延伸的粗糙化区域的内边缘可以相对于以环状形
状延伸的垫圈的内边缘位于外侧上。这种构造使得能够避免由垫圈密封的流体(例如，阳极气体、阴极气体或者冷却介质)与分隔器本体的粗糙化区域形成直接接触。因此，能够避免分隔器本体的表面的粗糙化部分由于与流体接触而劣化。
[0028]在该一个实施例中，以环状形状延伸的粗糙化区域的内边缘可以相对于在以环状形状延伸的垫圈的内边缘和外边缘之间的中心位于外侧上。这种构造使得能够更加可靠地避免流体与分隔器本体的粗糙化区域形成接触。
[0029]在本技术的该一个实施例中，粗糙化步骤可以包括用激光照射分隔器本体的表面的步骤。根据这种制造方法，例如，能够在分隔器本体的表面上形成包括纳米级凹凸不平的粗糙表面。进一步，通过沿着分隔器本体的表面将激光施加到目标区域，能够在不提供例如掩模的情况下以简单方式形成具有各种形状中的任何一种形状的粗糙化区域。特别地，在分隔器本体的表面包括纳米级凹凸不平时，垫圈进入分隔器本体的表面中的凹凸不平并且固化，并且因此，分隔器本体和垫圈能够被更加牢固地联结。
[0030]在本技术的该一个实施例中，粗糙化步骤可以包括：执行用于向分隔器本体的表面提供第一粗糙度的处理的第一粗糙化步骤；以及执行用于向被提供有第一粗糙度的区域提供小于第一粗糙度的第二粗糙度的处理的第二粗糙化步骤。根据这种制造方法，能够有效率地确保在分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制造用于燃料电池的分隔器的方法，所述方法包括：在分隔器本体的表面中形成粗糙化区域的粗糙化步骤；和在所述分隔器本体的所述表面上模制垫圈的模制步骤，其中，在所述模制步骤中，在包括所述粗糙化区域的至少一部分的区域中模制所述垫圈。2.根据权利要求1所述的用于制造用于燃料电池的分隔器的方法，其中，所述粗糙化区域的算术平均高度(Sa)落入从0.1μm到2.5μm的范围内。3.根据权利要求1所述的用于制造用于燃料电池的分隔器的方法，其中，所述粗糙化区域的算术平均高度(Sa)落入从0.5μm到1.5μm的范围内。4.根据权利要求1到3中的任一项所述的用于制造用于燃料电池的分隔器的方法，其中：在所述粗糙化步骤中，沿着所述分隔器本体的所述表面以环状形状形成所述粗糙化区域；并且在所述模制步骤中，沿着以环状形状延伸的所述粗糙化区域以环状形状模制所述垫圈。5.根据权利要求4所述的用于制造用于燃料电池的分隔器的方法，其中：所述分隔器本体包括通孔；并且在所述粗糙化步骤中，所述粗糙化区域以环状形状形成，使得所述粗糙化区域围绕所述通孔。6.根据权利要求4或5所述的用于制造用于燃料电池的分隔器的方法，其中，以环状形状延伸的所述粗...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤研二，金井伸夫，栗原卓也，三谷直弘，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：