特許 6663953 電極板およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6663953

(24)【登録日】2020年2月19日

(45)【発行日】2020年3月13日

(54)【発明の名称】電極板およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0228 20160101AFI20200302BHJP

   H01M 8/0206 20160101ALI20200302BHJP

   H01M 8/0213 20160101ALI20200302BHJP

   H01M 8/021 20160101ALN20200302BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/0228

   H01M8/0206

   H01M8/0213

   !H01M8/021

【請求項の数】7

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2018-108052(P2018-108052)

(22)【出願日】2018年6月5日

(65)【公開番号】特開2019-102418(P2019-102418A)

(43)【公開日】2019年6月24日

【審査請求日】2018年6月5日

(31)【優先権主張番号】106142707

(32)【優先日】2017年12月6日

(33)【優先権主張国】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】390023582

【氏名又は名称】財團法人工業技術研究院

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

(74)【代理人】

【識別番号】110001494

【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】劉 政宏

(72)【発明者】

【氏名】▲黄▼ 靖穎

(72)【発明者】

【氏名】林 志嘉

(72)【発明者】

【氏名】王 文琳

【審査官】 守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１４１８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２４６３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２１６７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０６８３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−００５１３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極板であって
複数のリブ部の間に配置された流路構造を備える金属ベースと、
前記流路構造の底部、前記流路構造の側壁、および前記リブ部上を覆うグラファイト層と、
前記流路構造の前記底部および前記側壁上に位置する前記グラファイト層上に配置され、前記リブ部上に位置する前記グラファイト層上には配置されていない疎水層と、
を含み、
前記流路構造の前記底部上の前記疎水層と前記流路構造の前記側壁上の前記疎水層とが実質的に等しい厚さを有し、
前記疎水層の厚さは１マイクロメーターから５０マイクロメーターである、電極板。

【請求項2】

前記疎水層が粗面を有し、かつ前記粗面の粗度（Ｒａ）が０．１マイクロメーターから２５マイクロメーターである、請求項１に記載の電極板。

【請求項3】

電極板の製造方法であって
複数のリブ部の間に配置された流路構造を備える金属ベースを準備する工程と、
前記流路構造の底部、前記流路構造の側壁、および前記リブ部上をグラファイト層で覆う工程と、
前記流路構造の前記底部および前記側壁上に位置する前記グラファイト層上に疎水層を形成する工程であって、前記疎水層は前記リブ部上に位置する前記グラファイト層には配置されない、工程と、
を含み、
前記流路構造の前記底部上の前記疎水層と前記流路構造の前記側壁上の前記疎水層とが実質的に等しい厚さを有し、
前記疎水層を形成する前記工程が、
前記疎水層および剥離層を備え、かつ前記金属ベースの前記リブ部に対応する開口を有する貼着膜を準備する工程と、
第１のホットプレスを行って、前記流路構造の前記底部および前記側壁上に位置する前記グラファイト層上に前記貼着膜を貼着するとともに、前記リブ部上に位置する前記グラファイト層は露出させる工程と、
前記剥離層を除去する工程と、
前記疎水層上に第２のホットプレスを行う工程と
を含む、方法。

【請求項4】

前記グラファイト層で覆う工程が、
前記金属ベース上に第１の接着層を形成する工程と、
前記第１の接着層上に黒鉛粉末を設置する工程と、
前記黒鉛粉末および前記第１の接着層をラミネートして前記グラファイト層を形成する工程と
を含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記第２のホットプレスの工程では、粗面を有する型を用いて、前記疎水層に前記型の前記粗面に対応する粗面を備えさせ、前記疎水層の前記粗面の粗度（Ｒａ）は０．１マイクロメーターから２５マイクロメーターである、請求項３に記載の方法。

【請求項6】

前記第１のホットプレスの工程は、４０℃から６０℃で、１０ｋｇ／ｃｍ２から５０ｋｇ／ｃｍ２の圧力下、３０秒から６０秒間行われ、前記第２のホットプレスの工程は、９０℃から１４０℃で、１０ｋｇ／ｃｍ２から５０ｋｇ／ｃｍ２の圧力下、３０秒から９０秒間行われる、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記貼着膜が第２の接着層をさらに含み、前記貼着膜中で前記疎水層は前記第２の接着層と前記剥離層との間に配置され、前記第１のホットプレスの工程の後、前記第２の接着層は前記疎水層と前記グラファイト層との間に配置される、請求項５または６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１２月６日に出願された台湾特許出願第１０６１４２７０７号に基づいていると共に、その優先権を主張し、その開示の全体が参照として本明細書に援用される。

【0002】

本技術は燃料電池の電極板に関し、より詳細には流路構造上の疎水層、およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0003】

燃料電池では発電において水が生成される。水が（反応ガスおよび水を輸送するための通路から）遅滞なく排出されないと、フラッディングが起こる可能性があり、これによりガスが遮断されてしまい、燃料電池のパフォーマンスが低下する可能性がある。最悪の場合、燃料電池が機能しなくなる恐れがある。よって、燃料電池の適切なパフォーマンスおよび寿命のため、燃料電池内の水の管理は不可欠である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】台湾特許公開第２００７３７５７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電極板の流路構造におけるフラッディングの問題を克服することのできる、流路構造が求められる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一実施形態は、金属ベース、グラファイト層、および疎水層を含む電極板を提供する。金属ベースは、複数のリブ部の間に配置された流路構造を備える。グラファイト層は流路構造の底部、流路構造の側壁、およびリブ部上を覆う。疎水層は、流路構造の底部および側壁上に位置するグラファイト層上に配置されている。疎水層は、リブ部上に位置するグラファイト層上には配置されない。流路構造の底部上の疎水層と流路構造の側壁上の疎水層とは実質的に等しい厚さを有する。

【0007】

本開示の一実施形態は、複数のリブ部の間に配置された流路構造を備える金属ベースを準備する工程と、流路構造の底部、流路構造の側壁、およびリブ部上をグラファイト層で覆う工程と、流路構造の底部および側壁上に位置するグラファイト層上に疎水層を形成する工程と、を含む電極板の製造方法を提供する。疎水層は、リブ部上に位置するグラファイト層上には設けられない。流路構造の底部上の疎水層と流路構造の側壁上の疎水層とは実質的に等しい厚さを有する。

【発明の効果】

【0008】

本開示におけるモノポーラプレートおよびバイポーラプレートの流路構造は疎水層を含んでおり、これが従来の電極板における流路構造内のフラッディングの問題を有効に防ぐことができる。また、本開示における疎水層はホットプレスにより形成されるため、流路構造の底部上の疎水層と、流路構造の側壁上の疎水層とが同じような厚さおよび同じような疎水性効果を備えるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1A】図１Ａは、本開示の一実施形態における製造過程にある電極板の断面図を示す第１の図である。

【図1B】図１Ｂは、本開示の一実施形態における製造過程にある電極板の断面図を示す第１の図である。

【図1C】図１Ｃは、本開示の一実施形態における製造過程にある電極板の断面図を示す第１の図である。

【図1D】図１Ｄは、本開示の一実施形態における製造過程にある電極板の断面図を示す第１の図である。

【図2】図２は、本開示の一実施形態における貼着膜、グラファイト層および金属ベースの透視図である。

【図3】図３は、本開示の一実施形態における電極板の断面図である。

【図4】図４は、本開示の一実施形態における電極板の断面図である。

【図5】図５は、実施例１および比較例１における燃料電池の性能曲線の比較を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下の実施形態では、説明の目的で、開示される実施形態が十分に理解されるように多数の特定の詳細が示される。しかし、それら特定の詳細がなくとも、１つまたはそれ以上の実施形態が実施可能であることは明らかであろう。また、図を簡潔とするために、既知の構造および装置は概略的に図示されている。

【0011】

本開示の一実施形態は電極板の製造方法を提供する。図１Ａに示されるように、金属ベース１０を準備する。流路構造１１が、金属ベース１０の表面上の複数のリブ部１３の間に配置されている。上面の流路構造１１は底面のリブ部１３に対応し、上面のリブ部１３は底面の流路構造１１に対応している。図１Ａ中の流路構造１１の数および幅は単に例示に過ぎず、当業者は、設計の要求に基づいて、他の流路構造１１の数または幅を選択することができる。

【0012】

一実施形態において、金属ベース１０はアルミニウム、銅、ニッケル、クロム、またはステンレス鋼であってよい。金属ベース１０の厚さは０．０３ｍｍから１０ｍｍとすることができる。金属ベース１０が薄すぎると、不十分な機械強度や成形プロセスにおけるクラッキングといった問題が生じやすい。金属ベース１０が厚すぎると、軽量、薄型、および高密度の燃料電池を実現することができず、よって燃料電池の出力密度を高めることができない。一実施形態において、流路構造１１はＺ字形、ジグザグ形、または複数の平行な直線であってよい。一実施形態において、流路構造１１の深さ（例えば、リブ部１３の上面と流路構造１１の底部との間の距離）は約０．１ｍｍから１ｍｍとすることができる。流路構造が浅すぎると、反応流体（reactant flow）が不足しやすくなってしまう。流路構造が深すぎると、フラッディングの問題および成形プロセスにおけるクラッキングを引き起こしやすい。

【0013】

次いで、図１Ｂに示されるように、流路構造１１の底部、流路構造１１の側壁、およびリブ部１３を覆うようにグラファイト層１５を形成する。一実施形態では、グラファイト層１５で覆う工程は、第１の接着層（図示せず）を金属ベース１０上に形成する工程、第１の接着層上に黒鉛粉末を配置する工程、および第１の接着層と黒鉛粉末とをラミネートしてグラファイト層１５を形成する工程と、を含む。グラファイト層１５およびその製造方法の詳細については、台湾特許第Ｉ４８２３４９号明細書を参照とすることができるため、関連する説明は本明細書では繰り返さない。あるいは、化学気相蒸着によってグラファイト層１５を流路構造１１の底部、流路構造１１の側壁、およびリブ部１３上に形成することもできる。化学気相蒸着を採用する場合、第１の接着層は省くことができる。

【0014】

続いて、流路構造１１の底部および側壁上に位置するグラファイト層１５上に疎水層１９を形成し、リブ部１３上に位置するグラファイト層１５上には疎水層１９を設置しない。流路構造１１の底部上の疎水層１９と、流路構造１１の側壁上の疎水層１９とは実質的に等しい厚さを有する。一実施形態では、疎水層１９は、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ化エチレンプロピレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン、またはこれらの混合物（blend）とすることができる。一実施形態では、疎水層１９のポリマーは重量平均分子量が１０００から２００００であり得る。ポリマーの重量平均分子量が低すぎると、ポリマーの融点が低くなりすぎることとなり、燃料電池の動作温度に適さない。ポリマーの重量平均分子量が高すぎると、高温処理が必要となって、経済的ではない。一実施形態では、疎水層１９の厚さは１マイクロメーターから５０マイクロメーターである。疎水層が薄すぎると、粗面を備える構造を形成するのが難しくなる。疎水層が厚すぎると、既存の流路のサイズを制限することになりやすく、このために燃料電池のパフォーマンスが低下してしまう。一実施形態において、疎水層１９の表面と水との接触角は１００°から１６０°であり得る。接触角が小さすぎると、所望の疎水層１９の疎水性効果を達成することができなくなる。

【0015】

疎水層１９の形成は、第２の接着層１７、疎水層１９、および剥離層２１の三層構造を含む貼着膜１６を準備する工程を含み得る。図２に示されるように、貼着膜１６は、金属ベース１０のリブ部１３に対応する開口１８を有する。図２における貼着膜１６の開口１８の形状、および金属ベース１０のリブ部１３の形状は単に例示にすぎず、当業者であれば、要求に応じてリブ部１３の形状を設計すると共に、リブ部１３の位置に基づいて貼着膜１６をパターン化できる、という点に留意すべきである。これにより貼着膜１６は適した開口１８を備えることができるようになる。一実施形態において、剥離層２１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、または疎水層１９よりも融点が高い別の熱可塑性ポリマーであってよい。

【0016】

その後、第１のホットプレス工程を行って、図１Ｃに示されるように、貼着膜１６を流路構造１１の底部および側壁上に位置するグラファイト層１５上に貼着し、リブ部１３上のグラファイト層は露出させる。第２の接着層１７は主に、グラファイト層１５中の第１の接着層（図示せず）に対応させるために用いられる。一実施形態では、第２の接着層１７は、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、または疎水層１９よりも融点が低い別の熱可塑性ポリマーであり得る。第１の接着層は過度に高いホットプレス温度、過度に高いホットプレス圧力、または過度に長いホットプレス時間に耐えることができないため、ホットプレス工程の温度、圧力、および時間を低減すべく第２の接着層１７が用いられるのである。この実施形態において、疎水層１９とグラファイト層１５は第２の接着層１７によって貼合される。次いで、剥離層２１を取り除き、疎水層１９に第２のホットプレス工程を行って、図１Ｄに示されるように、電極板を形成する。この実施形態では、第１のホットプレス工程は、温度４０℃から６０℃、１０ｋｇ／ｃｍ^２から５０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力下、３０秒から６０秒間行う。第１のホットプレス工程の温度が過度に低い、圧力が過度に低い、または時間が過度に短いと、貼着膜１６がグラファイト層１５から剥がれやすくなってしまう。第１のホットプレス工程の温度が過度に高い、圧力が過度に高い、または時間が過度に長いと、グラファイト層１５中の第１の接着層が損傷する恐れがあり、これによりグラファイト層１５が金属ベース１０から剥がれやすくなってしまう。この実施形態では、第２のホットプレス工程は、９０℃から１４０℃、１０ｋｇ／ｃｍ^２から５０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力の下、３０秒から９０秒間行う。第２のホットプレス工程の温度が過度に低い、圧力が過度に低い、または時間が過度に短いと、疎水層１９がグラファイト層１５から剥がれやすくなってしまう。第２のホットプレス工程の温度が過度に高い、圧力が過度に高い、または時間が過度に長いと、グラファイト層１５中の第１の接着層が損傷する恐れがあり、これによりグラファイト層１５が金属ベース１０から剥がれやすくなってしまう。この実施形態において、貼着膜１６中で疎水層１９は第２の接着層１７と剥離層２１との間に配され、第１のホットプレス工程後、第２の接着層１７は疎水層１９とグラファイト層１５との間に配される。

【0017】

あるいは、グラファイト層１５を金属ベース１０上に直接沈積し、これにより貼着膜１６中の第２の接着層１７を省いてもよい。かかる構成では、より高い圧力、より高い温度、より長い時間で第１のホットプレス工程を行うことで、流路構造１１の底部および側壁上に位置するグラファイト層１５上に貼着膜１６を貼り合わせ、リブ部１３上に位置するグラファイト１５を露出させる。この実施形態では、疎水層１９がグラファイト層１５に直接接着される。次いで、剥離層２１を除去し、第２のホットプレス工程を疎水層１９上に行う。この実施形態では、第１の接着層および第２の接着層は省かれ、第１のホットプレス工程および第２のホットプレス工程を、前述の実施形態における第１の接着層および第２の接着層がある場合の第１のホットプレス工程および第２のホットプレス工程の時間、温度および圧力よりも、より長い時間、より高い温度、より高い圧力下で行うことができ、これにより疎水層１９とグラファイト層１５との間の接着が強まる。

【0018】

第１の接着層および第２の接着層が存在するか否かにかかわらず、第２のホットプレス工程で用いる型は、疎水層の表面に接触する粗面を有していて、ホットプレスされた疎水層１９に前記型の前記粗面に対応する粗面を与えることができる。疎水層の粗面の粗度（Ｒａ）は０．１マイクロメーターから２５マイクロメーターであってよい。疎水層１９の粗面は、疎水層と水との接触角を大きくすることができ、これにより疎水層１９の疎水性効果がさらに向上する。上記工程の後、電極板が完成する。電極板は、燃料電池のアノード側またはカソード側のモノポーラプレートとして用いることができる。モノポーラプレートのグラファイト層１５および疎水層１９を含む側（例えば金属ベース１０の上面）はガス拡散層に接触してよく、モノポーラプレートのもう一方の側（例えば金属ベース１０の底面）はエンドプレートおよび集電体に接触してよい。

【0019】

あるいは、図３に示されるように、金属ベース１０の上面はリブ部１３の間に配置された流路構造１１を含み、金属ベース１０の底面は平坦である。この実施形態では、グラファイト層１５および疎水層１９は上記方法により金属ベース１０の上面に配置される。関連する説明は繰り返して行わない。図３における構造はモノポーラプレートとなり得るもので、モノポーラプレートのグラファイト層１５および疎水層１９を含む側（例えば金属ベース１０の上面）はガス拡散層に接触してよく、モノポーラプレートもう一方の側（例えば金属ベース１０の底面）はエンドプレートおよび集電体と接触していてよい。

【0020】

一実施形態において、図４に示されるように、グラファイト層１５および疎水層１９は金属ベース１０の底面上に形成されてもよい。金属ベース１０の上面および底面上のグラファイト層１５は同時に形成することができ、かつ金属ベース１０の上面および底面上の疎水層１９は同時に形成することができる。図４において、金属ベース１０の上面および底面はいずれも流路構造を有しており、よって金属ベース１０はバイポーラプレートとして用いることができ、かつ金属ベースの上面および底面はガス拡散層と接触し得る。

【0021】

一般に、燃料電池は、アノードエンドプレート、アノード集電体、アノードモノポーラプレート、ｎ個のスタック（ｎは０以上であり、スタックは、アノードガス拡散層、膜電極接合体、カソードガス拡散層、およびバイポーラプレートを含む。）、アノードガス拡散層、膜電極接合体、カソードガス拡散層、カソードモノポーラプレート、カソード集電体、ならびにカソードエンドプレートを順次含み得る。アノードモノポーラプレートおよびカソードモノポーラプレートは図１Ｄおよび図３に示されるモノポーラプレートであってよく、バイポーラプレートは図４に示されるバイポーラプレートであってよい。本開示におけるモノポーラプレートおよびバイポーラプレートの流路構造は疎水層を含むため、 従来の電極板における流路構造のフラッディングの問題を有効に防ぐことができる。また本開示の疎水層１９はホットプレスにより形成されるため、流路構造１１の底部上の疎水層１９および流路構造１１の側壁上の疎水層１９は同じような厚さを有し、そして同じような疎水性効果を備える。疎水層が塗布により形成される場合、流路構造１１の底部上の疎水層１９および流路構造１１の側壁上の疎水層１９は、重力、乾燥などのような要因のために、同じような厚さを有し得ない。

【0022】

当業者が容易に理解できるよう、以下に添付の図面を参照にしながら例示的な実施例を詳細に記載する。ここに示される例示的な実施例に限定されることなく、本発明概念は様々な形式で具体化され得る。明確とするために既知の部分についての説明は省き、かつ全体を通して、類似する参照数字は類似する構成要素を示すものとする。

【実施例】

【0023】

比較例１
台湾特許第Ｉ４８２３４９号にしたがって、複数のリブ部の間に流路構造を備える金属ベースを準備した。金属ベースの表面上にグラファイト層を形成した。この例では、流路構造は幅０．７ｍｍ、深さ０．７ｍｍであり、グラファイト層の厚さは４０マイクロメーターであった。グラファイト層は次の工程により形成した。厚さ０．５から１００マイクロメーターの接着層を金属ベース上に形成した。接着層は、２０から８０ｖｏｌ％の炭素粉末（天然フレーク黒鉛粉末、HOMYTECH CO., LTDより購入)および８０から２０ｖｏｌ％のポリマーバインダー(ビニルエステル樹脂、Swancorより購入)を含むものとした。黒鉛粉末を接着層上に設置してから、型を用いて接着層中にラミネートし、緻密なグラファイト層を形成した。この加工の工程は圧力５００ｋｇ／ｃｍ^２の下で行った。これにより厚さ１０マイクロメーターから３００マイクロメーターのグラファイト層を金属ベース上に形成し、モノポーラプレートが完成した。このモノポーラプレート中で、グラファイト層は金属ベースの片側上にだけ配置される。

【0024】

比較例１では、モノポーラプレートだけでなく、バイポーラプレートも形成した。バイポーラプレートを形成する工程はモノポーラプレートを形成する工程に類似しており、バイポーラプレート中では金属ベースの両側にグラファイト層が形成される点が異なる。

【0025】

（１）アノード集電体（金メッキ銅シート、JVE Co., Ltd.より購入）をアノードエンドプレート（硬質アルマイト合金、JVE Ltd. Co.より購入）上に配置した。（２）アノード集電体上には、作製したモノポーラプレート（アノード板となる）が備えられている。（３）アノードガス拡散層（ＳＧＬ）をアノード板上に配置し、アノード板のリブ部のグラファイト層をアノードガス拡散層に接触させた。（４）膜電極接合体（ＧＯＲＥ）をアノードガス拡散層上に配置した。（５）カソードガス拡散層（ＳＧＬ）を膜電極接合体上に配置し、作製したバイポーラプレートをカソードガス拡散層上に配置した。（６）別に作製したバイポーラプレートを、工程（５）の作製したバイポーラプレート上に配置した。工程（３）から（６）を、所望のセルの数になるまで繰り返した。比較例１において、セルの数は３である。（７）次いで、アノードガス拡散層をバイポーラプレート上に配置し、膜電極接合体をアノードガス拡散層上に配置し、カソードガス拡散層を膜電極接合体上に配置した。（８）モノポーラプレート（カソード板となる）をカソードガス拡散層上に配置した。カソード板のリブ部上のグラファイト層をカソードガス拡散層と接触させた。（９）カソード集電体（金メッキ銅シート、JVE Ltd. Co.より購入）をカソード板上に配置した。（１０）カソードエンドプレート（硬質アルマイト合金、JVE Ltd. Co.より購入）をカソード集電体上に配置した。組立圧力（assembly pressure）３ＭＰａから８ＭＰａでフルセルを締結、固定して、燃料電池試験装置を作製した。

【0026】

下記条件下、燃料電池の性能を試験した。ガスの質量流量をマスフローコントローラ（ＭＦＣ）で制御し、水素と空気の流量比を１．５／２．５とした。燃料電池の温度は６０℃から８０℃に制御し、カソードとアノードの相対湿度は４０％から１００％に制御した。燃料電池の出力電圧および電流を電気負荷機器により測定し、それをコンピュータで記録して、電圧と電流密度との関係をプロットし、これにより図５に示される燃料電池の性能曲線を得た。

【0027】

実施例１
台湾特許第Ｉ４８２３４９号にしたがって、複数のリブ部の間に流路構造を備える金属ベースを準備した。金属ベースの表面上にグラファイト層を形成した。この例では、流路構造は幅０．７ｍｍ、深さ０．７ｍｍであり、グラファイト層の厚さは４０マイクロメーターであった。グラファイト層は次の工程により形成した。厚さ０．５から１００マイクロメーターの接着層を金属ベース上に形成した。接着層は、２０から８０ｖｏｌ％の炭素粉末（天然フレーク黒鉛粉末、HOMYTECH CO., LTDより購入）および８０から２０ｖｏｌ％のポリマーバインダー（ビニルエステル樹脂、Swancorより購入)を含むものとした。黒鉛粉末を接着層上に設置してから、型を用いて接着層中にラミネートし、緻密なグラファイト層を形成した。この加工の工程は圧力５００ｋｇ／ｃｍ^２の下で行った。これにより厚さ１０マイクロメーターから３００マイクロメーターのグラファイト層を金属ベース上に形成した。

【0028】

剥離層（ＰＥＴ、3Mより購入)、疎水層（ＬＤＰＥ、KAO-CHIA PLASTICS Co., Ltd.より購入）、および接着層（ＥＶＡ、KAO-CHIA PLASTICS Co., Ltd.より購入)を含む３層貼着膜を準備した。金属ベースのリブ部に基づいて貼着膜をパターン化し、パターン化された貼着膜が金属ベースのリブ部に対応する開口を備えるようにした。金属ベース上に位置するグラファイト層上に貼着膜を配置し、次いで流路構造の底部および側壁上に位置するグラファイト層上にホットプレスを行った。ホットプレス工程は、温度６０℃、圧力１２ｋｇ／ｃｍ^２下で６０秒間行った。次いで剥離層を除去し、再度疎水層をホットプレスした。この追加のホットプレス工程は、温度１１０℃、圧力１２ｋｇ／ｃｍ^２の下、６０から１００秒間行った。上記工程の後、厚さ１０マイクロメーターの疎水層が、金属ベースの流路構造の底部および側壁上に位置するグラファイト層上に形成され、これによりモノポーラプレートが完成した。モノポーラプレート中、グラファイト層および疎水層は金属ベースの上面上に配置されている。

【0029】

実施例１では、モノポーラプレートだけでなく、バイポーラプレートも形成した。バイポーラプレートを形成する工程はモノポーラプレートを形成する工程に類似しており、バイポーラプレートにおいては金属ベースの両側にグラファイト層および疎水層を形成した点が異なる。

【0030】

実施例１の燃料電池を比較例１の工程により組み立てたが、実施例１ではモノポーラプレートおよびバイポーラプレートがグラファイト層および疎水層を含む点が異なる。また、実施例１のセルの数は１０である。実施例１における燃料電池の性能曲線を、比較例１と同様の方法により得た。性能曲線は図５に示されるとおりである。

【0031】

一般論として、セルの数が多い方がオームインピーダンスがより高くなるはずであるから、実施例１における燃料電池（セルの数が１０）のそれぞれ異なる電流密度に対する電圧は、比較例１における燃料電池（セルの数が３）のそれぞれ異なる電流密度に対する電圧よりも低いはずである。しかし、実施例１における燃料電池は、より高い電流密度に対し、より高い電圧を有する。燃料電池は高い電流密度で大量の水を生成することが多い。実施例１では、疎水層が水の排出を助け、燃料電池のパフォーマンスを向上させたことは明らかである。

【0032】

電気的サイクル試験（electric cycle test）を繰り返し行った後、燃料電池を分解してモノポーラプレートおよびバイポーラプレートの外観を調べた。モノポーラプレートおよびバイポーラプレートの疎水層は明らかに剥がれていなかった。

【0033】

実施例２
実施例２は実施例１と類似するが、実施例２では、剥離層を除去した後に、粗面を備える型を用いて疎水層をホットプレスし、ホットプレスされた疎水層に対応する粗面を与える点で異なっている。水滴とそれぞれ異なる表面との接触角を接触角計で測定した。金属ベースの表面と水との接触角は６３°であった。比較例１における金属ベースを覆うグラファイト層の表面と水との接触角は８８°であった。実施例１における流路構造の底部および側壁上の疎水層の表面（平坦面）と水との接触角は１００°であった。実施例２における流路構造の底部および側壁上の疎水層の表面（粗面）と水との接触角は１４０°であった。上述からわかるように、粗面を備える型を用いて疎水層をホットプレスすることで、疎水層の表面粗さを増加させることができ、これにより疎水層と水との接触角が大きくなった。このため、疎水層の疎水性効果がさらに高まり、燃料電池のパフォーマンスを向上させることができた。

【0034】

比較例２
リブ部の間に配置された流路構造を備えてなる、グラファイト層に覆われた比較例１における金属ベースを準備した。疎水性分子であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を、流路構造の底部および側壁上に位置するグラファイト層上にスプレー塗布または浸漬塗布してから、加熱乾燥して疎水層を形成した。しかしながら、塗布された（ホットプレスされたのではない）疎水層は厚さが均一でなく、例えば、流路構造の底部上の疎水層は、流路構造の側壁上の疎水層よりも厚かった。加えて、重力のために、疎水層は流路構造の側壁を完全に覆うことはできなかった（例えば部分的に露出していた）。

【0035】

開示された方法および材料に様々な修飾および変更を加え得ることは、当業者には明らかであろう。明細書および実施例は単に例示として認められるよう意図されており、本開示の真の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物により示される。

【符号の説明】

【0036】

１０…金属ベース
１１…流路構造
１３…リブ部
１５…グラファイト層
１６…貼着膜
１７…第２の接着層
１８…開口
１９…疎水層
２０…剥離層

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】