專利名稱：制造燃料電池的復(fù)合隔板的方法及由其制造的復(fù)合隔板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開通常涉及燃料電池的隔板。更具體地，其涉及聚合物電解質(zhì)膜燃料電池的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合隔板及其制造方法。
背景技術(shù)：
通常情況下，聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)是由作為反應(yīng)氣體的氫氣和氧氣 (或空氣)之間的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱和水發(fā)電的裝置。PEMFC與其他類型的燃料電池相比具有某些優(yōu)點(diǎn)，例如高能效、高電流密度、高功率密度、短啟動(dòng)時(shí)間和對(duì)負(fù)載改變的快速響應(yīng)。因此，可以用于諸如零排放車輛的電源、獨(dú)立發(fā)電廠、可攜帶電源、軍用電源等不同用途。參照以下圖1說(shuō)明燃料電池組的配置。在典型的燃料電池組中，膜電極部件(MEA)位于燃料電池組的每一個(gè)單元電池的中部。MEA包括氫離子(質(zhì)子)通過的固體聚合物電解質(zhì)膜60和包括涂在電解質(zhì)膜60的兩個(gè)表面上的陰極和陽(yáng)極的催化劑層61。優(yōu)選地，氣體擴(kuò)散層(⑶L)40和墊片41按順序堆疊在電解質(zhì)膜10的外部，即堆疊在陰極和陽(yáng)極所處的表面上。包括用于供應(yīng)燃料且放出由反應(yīng)產(chǎn)生的水的流場(chǎng)(flow field)的隔板(也稱為雙級(jí)板)30堆疊在⑶L 40的外部上。另外，用于支承上述元件的端板50適當(dāng)?shù)剡B接在兩個(gè)最外端處。在燃料電池的陽(yáng)極處發(fā)生氫的氧化反應(yīng)以產(chǎn)生氫離子(質(zhì)子)和電子，且產(chǎn)生的氫離子和電子分別通過電解質(zhì)膜和隔板傳遞到陰極。在陰極處，通過電解質(zhì)膜和隔板從陽(yáng)極傳遞的氫離子和電子與空氣中的氧反應(yīng)以產(chǎn)生水。這里，由于氫離子的移動(dòng)而由電子流通過外部導(dǎo)線產(chǎn)生電能，并且同時(shí)，由電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱和水。在上述燃料電池組中，隔板將燃料電池的各個(gè)單元電池分開，并且同時(shí)，隔板作為單元電池之間的電流通路，且在隔板中形成的流場(chǎng)用作供應(yīng)氫和氧且放出由反應(yīng)產(chǎn)生的水的路徑。由于反應(yīng)產(chǎn)生的水抑制在燃料電池的催化劑層上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，水應(yīng)該被快速放出到外部，因此隔板材料可以具有高表面能使得水快速地在隔板表面上散布(親水性) 或者可以具有低表面能以使水在隔板的表面向下滾動(dòng)(疏水性)。特別地，必須使隔板之間的接觸電阻最小化。通常地，隔板由石墨、薄不銹鋼、或其中膨脹碳顆?；蚴w粒與聚合物基質(zhì)混合的復(fù)合材料形成。最近，已經(jīng)進(jìn)行使用連續(xù)碳纖維制造復(fù)合隔板的嘗試。因此，已經(jīng)持續(xù)進(jìn)行致力于開發(fā)出可以改善電、化學(xué)和機(jī)械屬性的連續(xù)碳纖維復(fù)合隔板的研究，且已經(jīng)研究了用于減小作為重要電屬性的單元電池之間的接觸電阻的方法。其全部?jī)?nèi)容引入本文作為參考的韓國(guó)專利公開第10-2009-0112771號(hào)公開了連續(xù)碳纖維復(fù)合隔板及其制造方法。根據(jù)該方法，使用連續(xù)碳纖維復(fù)合物制造隔板，此時(shí)具有
3正和負(fù)流場(chǎng)圖案的熱輥機(jī)或熱輥被用于形成氫氣、空氣和冷卻劑流場(chǎng)，因此與由其他材料形成的已有隔板相比，該方法制造出具有優(yōu)異的沖擊強(qiáng)度、可塑性、耐化學(xué)性和撓曲強(qiáng)度的隔板。圖2是顯示出在上述引用的專利中公開的制造復(fù)合隔板的方法的方法示意圖。如在圖中所示，在輥12上纏繞具有連續(xù)纖維結(jié)構(gòu)的連續(xù)碳纖維復(fù)合物的原材料10，其中碳纖維由聚合物粘合劑包圍。這里，提供連續(xù)碳纖維復(fù)合物的原材料10作為半固化片形式的預(yù)浸料或者作為半固化狀態(tài)的片狀模塑化合物(SMC)。隨后，連續(xù)碳纖維復(fù)合物的原材料10經(jīng)過多個(gè)切割輥18，切割輥18為包括在其表面上設(shè)置的切割器16的長(zhǎng)輥形式，使得沿著隔板的長(zhǎng)度切割原材料10，同時(shí)，在原材料10 上形成共同的分配歧管和裝配孔。隨后，沿隔板的長(zhǎng)度切割的多個(gè)原材料10連續(xù)經(jīng)過堆疊/加壓輥20或者沿隔板的長(zhǎng)度切割的多個(gè)原材料10以諸如0° /90° /0°的鋸齒形式排列，并且隨后經(jīng)過堆疊/ 加壓輥20。隨后，堆疊的原材料10放置在高溫?zé)釅簷C(jī)22上以被壓?；蛘呓?jīng)過高溫?zé)彷佉员粔耗?、加熱和部分固化。這里，在高溫?zé)釅簷C(jī)22和高溫?zé)彷伇砻嫔显O(shè)置用于形成氫氣、空氣和冷卻劑流場(chǎng)的正和負(fù)流場(chǎng)圖案對(duì)。因此，通過高溫?zé)釅簷C(jī)22或高溫?zé)彷伒膲耗Ｔ谠牧?0上形成氫氣、空氣和冷卻劑流場(chǎng)。隨后，使用切邊機(jī)沈執(zhí)行從加熱和壓模的隔板去除不必要的部分的修整處理。在最小時(shí)間段中執(zhí)行修整處理使得經(jīng)過加熱和壓模的原材料10具有能夠保持其形狀的固化程度。最后，執(zhí)行其中在高壓釜中一次放置幾百個(gè)隔板以被加熱處理的后固化處理，使得隔板最終固化。因此，根據(jù)上述方法，可以通過用于大規(guī)模生產(chǎn)的連續(xù)處理制造連續(xù)碳纖維復(fù)合隔板，且可以提供具有優(yōu)異的機(jī)械和化學(xué)耐性屬性的隔板。然而，剩余的樹脂保留在以上述方式制造的連續(xù)碳纖維復(fù)合隔板的表面上，且其可能增加復(fù)合隔板與GDL之間的接觸電阻，因此由于歐姆損耗減低燃料電池的效率。此外，用于將保持密封性的襯墊接合到由此制造的復(fù)合隔板的處理是生產(chǎn)該復(fù)合隔板的一個(gè)障礙，這是因?yàn)樵撎幚砜赡茉黾犹幚頃r(shí)間或熱損傷復(fù)合隔板。也就是說(shuō)，在使用粘合劑將固體襯墊接合到隔板的情況下，處理時(shí)間增加，且這導(dǎo)致生產(chǎn)率減小。在襯墊的液相樹脂被噴射到隔板的表面上的情況下，襯墊的液相樹脂長(zhǎng)時(shí)間暴露在250至300°C以被固化，在這過程中隔板的復(fù)合材料可能損壞。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中有用于制造燃料電池的復(fù)合隔板的新方法的需求。在此背景技術(shù)部分中公開的上述信息僅用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明的背景技術(shù)的理解，并且因此其可以包含不形成已經(jīng)為本國(guó)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于制造燃料電池的復(fù)合隔板的方法，其可以由執(zhí)行附加的后處理去除在復(fù)合隔板表面上保留的殘余樹脂以減小接觸電阻，復(fù)合隔板由普通復(fù)合物形成處理接著進(jìn)行等離子蝕刻而制造。在某些優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種用于制造燃料電池的復(fù)合隔板的方法，其中襯墊用液相樹脂沿預(yù)定的襯墊圖案適當(dāng)?shù)厥┘拥綇?fù)合隔板的表面上，或者具有預(yù)定的襯墊圖案的薄膜形式的襯墊用半固化樹脂堆疊在復(fù)合隔板的表面上，并且隨后執(zhí)行等離子蝕刻以去除殘余樹脂，同時(shí)固化襯墊用樹脂，由此減小整個(gè)處理時(shí)間以增加生產(chǎn)率并防止隔板的復(fù)合材料被損壞。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明提供用于制造燃料電池的碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的方法， 復(fù)合隔板優(yōu)選地包括作為基質(zhì)的聚合物樹脂并且由碳材料增強(qiáng)，該方法包括執(zhí)行后處理以從碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的表面處暴露碳材料，并且通過在等離子體設(shè)備中的隔板的表面上執(zhí)行等離子蝕刻而從隔板的表面去除用作基質(zhì)的殘余樹脂。在其他優(yōu)選的實(shí)施方式中，在沿著預(yù)定襯墊圖案于碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的表面上堆疊襯墊用樹脂后，可以執(zhí)行等離子蝕刻，在該處適當(dāng)?shù)囟ㄎ挥糜诒３置芊庑缘囊r墊，使得襯墊用樹脂隨著殘余樹脂的去除通過等離子能量適當(dāng)?shù)毓袒?。在其他?yōu)選的實(shí)施方式中，在沿著襯墊圖案于碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的表面上施用襯墊用液相樹脂后，可以執(zhí)行等離子蝕刻，使得襯墊用樹脂固化。在又一優(yōu)選的實(shí)施方式中，在于碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的表面上堆疊具有預(yù)定襯墊圖案的薄膜形式的襯墊用半固化樹脂后，可以適當(dāng)?shù)貓?zhí)行等離子蝕刻，使得襯墊用樹脂完全固化。在又一優(yōu)選的實(shí)施方式中，碳材料可以優(yōu)選地包括選自連續(xù)碳纖維、切割 (chopped)碳纖維、碳納米管和碳黑的至少一個(gè)。在其他方面中，本發(fā)明提供由上述方法制造的燃料電池的復(fù)合隔板。本發(fā)明的其他方面和優(yōu)選實(shí)施方式在下文中討論。要理解的是本文使用的術(shù)語(yǔ)“車輛”或“車輛的”或其他類似術(shù)語(yǔ)通常包括機(jī)動(dòng)車， 例如，包括多功能運(yùn)動(dòng)車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商務(wù)車的客車，包括各種艇和船的水運(yùn)工具，飛行器等等，并且包括混合動(dòng)力車、電動(dòng)車、插入式混合電動(dòng)車、氫燃料車和其他代用燃料車(例如，來(lái)源于石油以外的資源的燃料)。如本文所提到的，混合動(dòng)力車是具有兩種或多種動(dòng)力源的車輛，例如，具有汽油動(dòng)力和電動(dòng)力的車輛。本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)通過合并于本說(shuō)明書并構(gòu)成本說(shuō)明書一部分的附圖和下面的具體實(shí)施方式
將變得顯而易見或更為詳細(xì)地闡述，附圖和具體實(shí)施方式
共同用于通過實(shí)施例解釋本發(fā)明的原理。


現(xiàn)在將參考由附圖所圖示的某些示例性實(shí)施方式來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的上述和其他特征，下面這些實(shí)施方式僅用于舉例說(shuō)明，并因此不是對(duì)本發(fā)明的限制，并且其中圖1是顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池組的配置的示意圖。圖2是顯示用于制造連續(xù)碳纖維復(fù)合隔板的常規(guī)方法的方法示意圖。圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的通過等離子蝕刻制造與用于保持密封性的襯墊集成的隔板的方法的方法示意圖。圖4是顯示在本發(fā)明中使用的RF等離子體設(shè)備的一個(gè)實(shí)例的示意圖。
圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明去除復(fù)合隔板表面上剩余的殘留樹脂和其他殘留物的狀態(tài)的示意圖。圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的樣本的表面的電子顯微鏡圖像。圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明的用于測(cè)量隔板樣本的接觸電阻的方法的示意圖。圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明的隔板樣本的接觸電阻的圖表。圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明的隔板樣本的強(qiáng)度變化的圖表。圖10顯示在根據(jù)本發(fā)明的等離子處理前后襯墊用樹脂的圖像。在附圖中列出的附圖標(biāo)記包括下面進(jìn)一步討論的對(duì)以下元件的標(biāo)記110:隔板111:聚合物基質(zhì)112:碳材料113a:襯墊用液相樹脂113b 襯墊用半固化樹脂 113c 襯墊用完全固化樹脂應(yīng)當(dāng)理解，所附的附圖并非必然是按比例的，而只是在一定程度上代表用于說(shuō)明本發(fā)明的基本原理的各種優(yōu)選特征的簡(jiǎn)化表示。本文所公開的本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)特征包括，例如特定尺寸、方向、位置和形狀，將部分取決于具體的既定用途和使用環(huán)境。在附圖中，涉及相同或等效的本發(fā)明的部分的附圖標(biāo)記貫穿附圖的各個(gè)圖。
具體實(shí)施例方式如本文所述，本發(fā)明的特征是用于制造燃料電池的碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的方法，該復(fù)合隔板包括作為基質(zhì)的聚合物樹脂且由碳材料增強(qiáng)，該方法包括通過在等離子體設(shè)備中的隔板表面上執(zhí)行等離子蝕刻而進(jìn)行后處理。在一個(gè)實(shí)施方式中，執(zhí)行等離子蝕刻后處理以從碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的表面暴露碳材料，并且從隔板表面去除用作基質(zhì)的殘余樹脂。以下將參照本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，其實(shí)例在附圖中顯示且在以下說(shuō)明。盡管本發(fā)明將結(jié)合示例性的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，可以理解本說(shuō)明書不意在將本發(fā)明限制為那些示例性的實(shí)施方式。相反，本發(fā)明意在不僅涵蓋示例性的實(shí)施方式，還涵蓋可以包括在由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍中的各種替換形式、變更、等價(jià)形式和其他實(shí)施方式。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，本發(fā)明提供一種燃料電池的碳增強(qiáng)復(fù)合隔板及其制造方法，其中執(zhí)行附加的后處理，優(yōu)選地通過等離子蝕刻，將保留在由普通方法制造的碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的表面上的殘余樹脂(包括其它殘余物)去除。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，作為對(duì)碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的后處理，使用等離子體在隔板的表面上附加地執(zhí)行等離子蝕刻以減小碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的接觸電阻。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，沿著預(yù)定的襯墊圖案適當(dāng)?shù)貙?duì)碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的表面施用襯墊用液相樹脂，或者將具有預(yù)定的襯墊圖案的薄膜形式的襯墊用半固化樹脂適當(dāng)?shù)囟询B在碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的表面上，且隨后適當(dāng)?shù)貓?zhí)行等離子蝕刻以去除殘余樹脂，并且同時(shí)固化襯墊用樹脂。在制造與用于保持密封性的襯墊集成的碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的過程中，如果殘余樹脂的去除和襯墊用樹脂的固化由等離子蝕刻同時(shí)進(jìn)行，則可以適當(dāng)?shù)販p小整體處理時(shí)間以改善生產(chǎn)率，且進(jìn)一步地可以適當(dāng)?shù)胤乐垢舭宓膹?fù)合材料被損壞。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，碳增強(qiáng)復(fù)合材料指由導(dǎo)電碳材料增強(qiáng)的復(fù)合材料， 即，包含諸如環(huán)氧樹脂的聚合物樹脂作為基質(zhì)和諸如連續(xù)碳纖維、切割碳纖維、碳納米管和碳黑的至少一種導(dǎo)電碳材料的復(fù)合材料。根據(jù)本發(fā)明的其他進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，其中在碳增強(qiáng)復(fù)合隔板表面上適當(dāng)?shù)貓?zhí)行等離子蝕刻的后處理被加入本發(fā)明的制造方法中，因此在等離子蝕刻以前待執(zhí)行的制造碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的任何過程可以沒有限制地適當(dāng)?shù)厥褂?。例如，在某些示例性的?shí)施方式中，可以在模具中制造碳增強(qiáng)復(fù)合隔板，或者通過韓國(guó)專利公開第10-2009-0112771號(hào)中所公開的用于大規(guī)模生產(chǎn)的連續(xù)方法制造碳增強(qiáng)復(fù)合隔板，該文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容引入本文以供參考，并由本發(fā)明的申請(qǐng)人提交。根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的示例性的實(shí)施方式，例如如圖3所示，圖3是顯示由等離子蝕刻制造與保持密封性的襯墊集成的隔板的方法的方法示意圖。如圖3所示，通過普通方法適當(dāng)?shù)刂苽涮荚鰪?qiáng)復(fù)合隔板110，且在等離子蝕刻前，沿著要適當(dāng)?shù)卦O(shè)置襯墊的襯墊圖案，將固化前的襯墊113a或11 用樹脂優(yōu)選地堆疊在隔板表面上。優(yōu)選地，在使用襯墊用液相樹脂的情況下，沿著要設(shè)置襯墊的預(yù)定的襯墊圖案，使用樹脂噴射設(shè)備，將液相樹脂113a適當(dāng)?shù)厥┯玫竭m當(dāng)?shù)亟雍峡諝鈹U(kuò)散層的隔板110的表面上。根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，例如在使用襯墊用半固化樹脂的情況下，將具有預(yù)定的襯墊圖案的薄膜形式的半固化樹脂113適當(dāng)?shù)囟询B在隔板110的表面上。在進(jìn)一步優(yōu)選的示例性實(shí)施方式中，上述液相或半固化樹脂應(yīng)該優(yōu)選地選自用于襯墊的材料中可以通過等離子體固化的材料，且可優(yōu)選地使用聚氨酯或硅樹脂。在完成該處理后，將隔板適當(dāng)?shù)毓潭ㄔ诘入x子體設(shè)備的反應(yīng)室中，且隨后通過將大氣噴射到反應(yīng)室中且使等離子體發(fā)生器2產(chǎn)生等離子體而適當(dāng)?shù)貓?zhí)行等離子蝕刻。因此，結(jié)果，從隔板表面去除殘余樹脂和其他殘余物，并且同時(shí)襯墊用樹脂完全固化，因此制成最終的與襯墊113c集成的復(fù)合隔板。因此，根據(jù)本發(fā)明，執(zhí)行等離子蝕刻以減小復(fù)合隔板整個(gè)表面上的接觸電阻，并且使用等離子能量固化襯墊用樹脂。在某些優(yōu)選的實(shí)施方式中，例如在使用等離子能量的情況下，可以在10分鐘的短時(shí)間內(nèi)完全固化聚氨酯或硅樹脂。在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的RF等離子體設(shè)備可以用于執(zhí)行等離子蝕刻。根據(jù)某些優(yōu)選的實(shí)施方式且如圖4所示，例如，圖4是顯示可以在本發(fā)明中使用的RF等離子體設(shè)備的一個(gè)實(shí)例的示意圖。優(yōu)選地，圖4的RF等離子體設(shè)備包括低壓等離子體反應(yīng)器和大氣壓等離子體室。根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，在圖5中示意性地顯示使用等離子體選擇性地去除在碳增強(qiáng)復(fù)合隔板表面上殘留的殘余樹脂和其他殘余物的狀態(tài)。參照?qǐng)D5，(a)顯示復(fù)合隔板的橫截面結(jié)構(gòu)，其中連續(xù)碳纖維由環(huán)氧樹脂接合，且 (b)顯示在隔板表面上執(zhí)行等離子蝕刻以從該表面上去除除了連續(xù)碳纖維以外的殘余樹脂和殘余物的狀態(tài)。在某些示例性的實(shí)施方式中，在圖5中，(C)顯示由多孔材料(例如碳紙或碳?xì)? 形成的氣體擴(kuò)散層(GDL) 120設(shè)置在隔板110上的狀態(tài)，其中隔板110與⑶L 120之間的接觸區(qū)域適當(dāng)?shù)卦黾樱乙虼似溟g的接觸電阻適當(dāng)?shù)販p小。
同樣地，根據(jù)本發(fā)明，通過執(zhí)行等離子蝕刻以去除殘余樹脂使導(dǎo)電碳材料適當(dāng)?shù)乇┞叮⒁虼藴p小了隔板的接觸電阻。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)實(shí)驗(yàn)性地確定當(dāng)在連續(xù)碳纖維復(fù)合隔板的表面上執(zhí)行等離子蝕刻時(shí)，可以如下所述選擇性地從隔板表面去除殘余樹脂。首先，從連續(xù)碳纖維復(fù)合隔板制備樣本并且執(zhí)行等離子體蝕刻，同時(shí)改變等離子體處理時(shí)間以比較殘余樹脂被去除的狀態(tài)。根據(jù)某些示例性的實(shí)施方式，作為隔板的材料，使用基于PAN的碳纖維預(yù)浸料(SK Chemical，韓國(guó)，USN 020，堆疊順序
s)作為包含環(huán)氧樹脂作為基質(zhì)的連續(xù)碳纖維復(fù)合物。在某些優(yōu)選的實(shí)施方式中，氬被用作RF等離子體設(shè)備中的大氣，并且在101/min 的氬流速下和在120W(13/56MHz)的RF功率下執(zhí)行等離子蝕刻。根據(jù)某些示例性的實(shí)施方式且如圖6所示，例如，圖6顯示樣本的‘P’區(qū)域的表面的電子顯微鏡圖像，其中(a)顯示在等離子蝕刻前的狀態(tài)，(b)顯示在執(zhí)行等離子蝕刻1. 5 分鐘的處理時(shí)間后的狀態(tài)，且(c)顯示在執(zhí)行等離子蝕刻6分鐘的處理時(shí)間后的狀態(tài)。如從圖6可以看出，在處理時(shí)間適當(dāng)?shù)卦黾訒r(shí)，暴露在樣本表面的纖維的區(qū)域比例增加。同樣地，以如下方式測(cè)量接觸電阻Rt。tal，即面比電阻(area specificresistance， ASR，Ω cm2)，其中氣體擴(kuò)散層120設(shè)置在附接在每一個(gè)上和下絕緣板131的內(nèi)部的銅板 132上，隔板樣本110插入上和下氣體擴(kuò)散層120之間，且所得的結(jié)構(gòu)通過施加預(yù)定的夾持力來(lái)固定。樣本電阻表示為I 。，樣本與氣體擴(kuò)散層之間的接觸電阻表示為Rd/。，氣體擴(kuò)散層的電阻表示為&，氣體擴(kuò)散層與銅板之間的接觸電阻表示為Rd/eu，總電阻Rtotal為2Rd/ Cu+2Rd+2Rd/c+RCo為了比較，加入石墨樣本和由相同材料形成且在相同條件下分別經(jīng)受3、5、7和10 分鐘處理時(shí)間的等離子蝕刻的隔板樣本，且圖8中顯示結(jié)果。如從圖8中可以看出，與表面處理前的復(fù)合隔板相比，包括復(fù)合隔板的接觸電阻和體電阻的在厚度方向上的ASR(面比電阻)在表面處理后減小多于70%，且隨著處理時(shí)間在適當(dāng)?shù)膴A持壓力下增加時(shí)，電阻大幅度減小。當(dāng)?shù)入x子蝕刻時(shí)間增加到襯墊用樹脂被完全固化的10分鐘時(shí)，可以通過等離子蝕刻將襯墊固定在隔板上。在本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施方式中，發(fā)明人已經(jīng)實(shí)驗(yàn)性地確定復(fù)合物基質(zhì)的內(nèi)部強(qiáng)度是否改變。根據(jù)ASTM D3039標(biāo)準(zhǔn)張力測(cè)試測(cè)量不經(jīng)過等離子蝕刻的樣本的抗張強(qiáng)度和經(jīng)過等離子蝕刻的樣本的抗張強(qiáng)度，且結(jié)果顯示在圖9中。圖9的左側(cè)表示不經(jīng)過等離子蝕刻的樣本的測(cè)量值，而圖9的右側(cè)表示經(jīng)過等離子蝕刻的樣本的測(cè)量值。當(dāng)在RF等離子體設(shè)備中以120W的RF功率執(zhí)行等離子蝕刻10分鐘時(shí)，抗張強(qiáng)度沒有改變。盡管可以看出在圖表中抗張強(qiáng)度有些增加，其可看出其落在誤差限度內(nèi)。另外，在其他進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，發(fā)明人已經(jīng)實(shí)驗(yàn)性地確認(rèn)通過等離子蝕刻可以在隔板的表面上完全固化襯墊用樹脂。也就是說(shuō)，在作為襯墊用樹脂的聚氨酯膠 (Hexcel)和硅(HS-1415，Shinetsu)上，除了功率0外在相同條件(在相同的RF等離子體設(shè)備中、在大氣壓下、在101/min的Ar流速下、并且在13. 56MHz下的120W(聚氨酯膠)和 150W(硅)的RF功率)下執(zhí)行等離子蝕刻。
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根據(jù)某些示例性的實(shí)施方式且如圖10所示，例如，圖10顯示在等離子體處理前和后襯墊用樹脂的圖像，從圖10中可以看出所有兩類樹脂在大約9分鐘后完全固化。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池的復(fù)合隔板及其制造方法，其中通過等離子蝕刻執(zhí)行附加的后處理以去除由普通方法制造的復(fù)合隔板的表面上殘留的殘余樹脂，因此可以減小接觸電阻，由此改善燃料電池的性能和效率。另外，根據(jù)本文所述的本發(fā)明，沿著預(yù)定的襯墊圖案在復(fù)合隔板表面上適當(dāng)?shù)厥┯靡r墊用液相樹脂，或者在復(fù)合隔板表面上堆疊具有預(yù)定的襯墊圖案的薄膜形式的襯墊用半固化樹脂，且隨后適當(dāng)?shù)貓?zhí)行等離子蝕刻以去除殘余樹脂，并且同時(shí)固化襯墊用樹脂，因此減小了整體處理時(shí)間以改善生產(chǎn)率，并且防止了隔板的復(fù)合材料被損壞。已經(jīng)參照其優(yōu)選實(shí)施方式詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不偏離本發(fā)明的原理和精神的情況下，其范圍由所附權(quán)利要求及其等價(jià)形式所限定，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出改變。
權(quán)利要求
1.一種用于制造燃料電池的碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的方法，所述復(fù)合隔板包含作為基質(zhì)且由碳材料增強(qiáng)的聚合物樹脂，所述方法包括通過在等離子體設(shè)備中的所述隔板的表面上執(zhí)行等離子蝕刻，進(jìn)行后處理以從所述碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的表面暴露所述碳材料，并且從所述隔板的表面去除用作所述基質(zhì)的殘余樹脂。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在沿著用于保持密封性的襯墊要安置的預(yù)定的襯墊圖案于所述碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的表面上堆疊襯墊用樹脂后執(zhí)行所述等離子蝕刻，使得通過等離子體能量使所述襯墊用樹脂固化且同時(shí)去除所述殘余樹脂。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在沿所述襯墊圖案于所述碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的表面上施用襯墊用液相樹脂后執(zhí)行所述等離子蝕刻，以使得所述襯墊用樹脂固化。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在于所述碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的表面上堆疊具有預(yù)定襯墊圖案的薄膜形式的襯墊用半固化樹脂后執(zhí)行所述等離子體蝕刻，以使得所述襯墊用樹脂完全固化。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述碳材料包括選自連續(xù)碳纖維、切割碳纖維、碳納米管和碳黑的至少一種。
6.一種由權(quán)利要求1所述的方法制造的燃料電池的復(fù)合隔板。
7.一種用于制造燃料電池的碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的方法，所述復(fù)合隔板包含作為基質(zhì)且由碳材料增強(qiáng)的聚合物樹脂，所述方法包括通過在等離子體設(shè)備中在所述隔板的表面上執(zhí)行等離子蝕刻而進(jìn)行后處理。
8.如權(quán)利要求7所述的用于制造燃料電池的碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的方法，其中執(zhí)行所述等離子蝕刻后處理以從所述碳增強(qiáng)復(fù)合隔板的表面暴露所述碳材料，并且從所述隔板的表面去除用作所述基質(zhì)的殘余樹脂。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制造燃料電池的復(fù)合隔板的方法，其可以通過等離子蝕刻執(zhí)行附加的后處理以去除在復(fù)合隔板的表面上殘留的殘余樹脂以減小接觸電阻。在某些優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種制造燃料電池的復(fù)合隔板的方法，其中沿預(yù)定的襯墊圖案在復(fù)合隔板的表面上施用襯墊用液相樹脂，或者將具有預(yù)定的襯墊圖案的薄膜形式的襯墊用半固化樹脂堆疊在復(fù)合隔板的表面上，并且隨后執(zhí)行等離子蝕刻以去除殘余樹脂，并且同時(shí)固化襯墊用樹脂，因此減小了整體處理時(shí)間以改善生產(chǎn)率，并且防止隔板的復(fù)合材料被損壞。
文檔編號(hào)H01M2/14GK102244279SQ20101029310
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2010年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者安炳琪, 庚哈納, 徐正燾, 李大吉, 林俊佑, 金世勛, 金富基, 金炳澈 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社, 韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院