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燃料电池领域全球专利监控报告(2019年6月)

下文分析的现代公司双极板/隔板相关专利的公开号为:US10329665B2、 US10320008B2。

3.2.1 US10329665B2-防止碳涂层碳原子向金属基板渗透

图3-9 现有技术与US10329665B2中技术对比

现有技术中,可通过在金属隔板上涂覆碳层来增加其耐蚀性。但是,当使用等离子体增强化学气相沉积(“PECVD”)将碳涂覆到金属层上时,由于该工艺产生的高温会使碳原子会渗透到金属隔板中,削弱了金属基板和碳涂层之间的结合层。在这种情况下,当燃料电池工作时,弱粘附强度和碳层的低密度导致接触电阻和腐蚀特性降低。

基于此,US10329665B2公开了一种燃料电池用隔板的涂层涂覆方法,具体为:在金属基板上,通过将碳扩散抑制离子渗透到金属基板的表面中来形成离子渗透层;在离子渗透层上形成碳涂层。

图3-10 燃料电池隔板涂层的详细横截面示意图

其中,在形成离子渗透层前,可去除金属基板表面上的氧化膜;碳扩散抑制离子可以是氮离子或硼离子;离子渗透层的形成可以在300~ 550℃下进行,约10~120分钟,厚度在30~300nm。

3.2.2 US10320008B2-调整流路孔结构,防止GDL损伤

图3-11 现有技术中的多孔隔板(a.立体图;b:俯视图;c:A-A向截面图)

在现有技术提及的多孔分隔板中,在其斜面上形成有多个流路孔,用以流通反应气体。由于这种结构特性,流路孔的切断部与气体扩散层(GDL)接触,并且应力集中于该接触区域,容易导致气体扩散层的碳纤维被破坏,从而引起反应气体的扩散性和排水性能的劣化以及对膜电极组件造成物理损伤。

基于此,US10320008B2公开了一种燃料电池用多孔分隔板,其具有改进的流路孔以防止因应力集中而导致气体扩散层或膜电极组件被破坏,具体包括:与气体扩散层或膜电极组件接触的第一接触部;与冷却剂通道接触的第二接触部;连接在第一接触部和第二接触部之间的连接部;以及在连接部中形成的流路孔,其中流路孔的内表面的一部分朝着流路孔的中心突出。

图3-12 多孔分隔板-流路孔形状截面图与突出部示意图

由于朝着流路中心线突出的突出部表面可以与气体扩散层或膜电极组件的外表面紧密接触,可使得流路孔的内表面切断部与气体扩散层或膜电极组件接触的面积最小化。因此,可以防止流场板在气体扩散层或膜电极组件上引起应力集中,使气体扩散层或膜电极组件的结构性破坏最小化,由此可改善反应气体的扩散性并减轻反应表面上应力的过度集中,从而提高燃料电池堆的耐用性。

3.3 本田公司

图3-13 本田公司6月公开专利技术构成

2019年6月,本田公司在燃料电池领域共公开专利16件,主要涉及电堆、系统控制、系统检测等技术分支。

下文分析的本田公司双极板/隔板相关专利的公开号为:JP2019096382A。

3.3.1 JP2019096382A-防止制冷剂流路中流动的制冷剂流量减少

在现有技术中,金属隔板的一方表面设置有反应气体流路以及凸起密封件,在另一方表面设置有制冷剂流路。在此情况下,凸形状的凸起密封件的背侧(凹形状)成为流路,制冷剂在该流路流动。因此,制冷剂经由该流路从制冷剂入口连通孔朝向制冷剂出口连通孔旁通。由此,在制冷剂流路流动的制冷剂流量减少,冷却效率降低。

基于此,JP2019096382A公开了能够减少通过凸起密封件的背侧流路从制冷剂入口连通孔向制冷剂出口连通孔旁通的制冷剂的旁通量的燃料电池用金属隔板以及燃料电池。(见下图)

图3-14 金属隔板正面说明图

改进详细如下:

凸起内流路将制冷剂入口连通孔与所述制冷剂出口连通孔连通,并且在所述凸起内流路的一部分设置流路截面积比其它部位小的狭窄部位。狭窄部位可通过填充件填充于凸起内流路的一部分来形成;同时,填充件的截面积相对于凸起内流路的截面积的比率在70%以下。

3.4 JFE钢铁公司

2019年6月,JFE钢铁在燃料电池领域共公开3篇专利,均涉及燃料电池双极板。下面挑选了其中一篇专利(JPWO2018198685A1)来进行分析。

在现有燃料电池用隔板制造方法中,采用不锈钢作为基板材料制造出的金属隔板在实际使用过程中,其接触电阻不会像原钢材阶段那样减少,仍存在接触电阻过大的情形(接触电阻增大会造成燃料电池发电效率降低)。

基于此JPWO2018198685A1公开了一种用于燃料电池隔板的不锈钢板及其制造方法。具体为:

· 制备不锈钢板作为基板材料,对其进行预处理(可选电解处理);

· 对预处理后的不锈钢板侵入含有氢氟酸溶液中,进行蚀刻处理,以在不锈钢板的表面上形成具有凹凸部分的凹凸结构,凸部之间的平均间距为20nm以上且200nm以下。

· 对经过蚀刻处理的不锈钢板进行Cr浓缩处理,Cr浓缩处理是在氧化性溶液中的浸渍处理或在不锈钢板钝化电位范围内的电解处理;

· 对Cr浓缩处理后的不锈钢板进行热处理,并测定其接触电阻。

图3-15 不同不锈钢板试料采用上述制造工艺的结果

3.5 其他部分双极板/隔板公开专利信息一览


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