01 整體情況介紹
1.1 專(zhuān)利公開(kāi)國(guó)家情況
2019年6月，燃料電池領(lǐng)域在全球范圍內(nèi)公開(kāi)/授權(quán)的專(zhuān)利1272項(xiàng)專(zhuān)利族。其中發(fā)明申請(qǐng)公開(kāi)798件（較上月增加50余件），發(fā)明授權(quán)346件。具體公開(kāi)的國(guó)家/地區(qū)以及數(shù)量情況如圖1-1所示。
圖1-1 各國(guó)燃料電池6月公開(kāi)/授權(quán)專(zhuān)利情況
由上圖可見(jiàn)，2019年6月燃料電池領(lǐng)域，中國(guó)公開(kāi)的專(zhuān)利數(shù)量最多，其次是日本、美國(guó)、韓國(guó)等重視燃料電池技術(shù)的國(guó)家。其中中國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利中，發(fā)明申請(qǐng)數(shù)量較大，其數(shù)量遠(yuǎn)大于發(fā)明授權(quán)和實(shí)用新型授權(quán)，說(shuō)明在燃料電池領(lǐng)域申請(qǐng)人在中國(guó)的專(zhuān)利申請(qǐng)積極性較高，專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯。
1.2 專(zhuān)利技術(shù)分類(lèi)情況
將燃料電池相關(guān)專(zhuān)利按照整車(chē)、動(dòng)力系統(tǒng)（燃料電池集成系統(tǒng)）、電堆、空氣循環(huán)系統(tǒng)、氫氣循環(huán)系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、儲(chǔ)氫相關(guān)（儲(chǔ)氫瓶、儲(chǔ)氫材料等）、（廢氣、水）排放回收等11個(gè)類(lèi)別進(jìn)行分類(lèi)，不屬于上述類(lèi)別的專(zhuān)利申請(qǐng)劃分至其他。從技術(shù)分布上看，與電堆相關(guān)的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量最多，達(dá)到了650項(xiàng)。電堆作為燃料電池的核心，除了涉及雙極板、膜電極等組件，還包含電堆相關(guān)組件的制造設(shè)備，電堆的密封、絕緣等。
圖1-2燃料電池6月公開(kāi)/授權(quán)專(zhuān)利的技術(shù)分布
同時(shí)，燃料電池系統(tǒng)控制、檢測(cè)方面的公開(kāi)專(zhuān)利也較多，包括燃料電池噴射閥控制、功率控制、濕度檢測(cè)、供電時(shí)間估計(jì)等，此技術(shù)分支下的申請(qǐng)人主要集中在豐田、日產(chǎn)、現(xiàn)代等整車(chē)廠。
1.3 申請(qǐng)人專(zhuān)利申請(qǐng)情況
將專(zhuān)利申請(qǐng)人經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化申請(qǐng)人的專(zhuān)利申請(qǐng)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖1-3所示。從申請(qǐng)人來(lái)看，專(zhuān)利公開(kāi)數(shù)量排名前10位的公司中，外國(guó)公司占據(jù)多席，且多為整車(chē)廠。其中，豐田公司公開(kāi)和授權(quán)的專(zhuān)利數(shù)量最多，達(dá)到了108件，其中發(fā)明申請(qǐng)公開(kāi)89件，發(fā)明授權(quán)公開(kāi)18件。現(xiàn)代公司與日產(chǎn)公司均排在豐田之后，專(zhuān)利公開(kāi)數(shù)量分別為51件和47件；從近三月的公開(kāi)數(shù)據(jù)來(lái)看，日韓整車(chē)廠的專(zhuān)利公開(kāi)量一直位于申請(qǐng)人排名前列，同時(shí)有一定數(shù)量的發(fā)明專(zhuān)利被授權(quán)，可見(jiàn)在燃料電池領(lǐng)域，日韓整車(chē)廠整體技術(shù)實(shí)力更為領(lǐng)先。此外，LG、大眾、日本礙子、松下、東芝以及博世等外國(guó)公司的專(zhuān)利公開(kāi)量均在10件以上。
圖1-3 標(biāo)準(zhǔn)化申請(qǐng)人6月公開(kāi)/授權(quán)專(zhuān)利排名
中國(guó)申請(qǐng)人方面，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所專(zhuān)利公開(kāi)數(shù)量最高，其排名為第2；大連化物所的專(zhuān)利公開(kāi)類(lèi)型主要為發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)，其技術(shù)主要涉及雙極板、催化劑、質(zhì)子交換膜、密封劑等，并在固體高溫燃料電池上有較多的技術(shù)改進(jìn)。以西安交通大學(xué)、清華大學(xué)代表的國(guó)內(nèi)高校，持續(xù)在燃料電池領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，專(zhuān)利公開(kāi)數(shù)量較多。此外，鄭州宇通客車(chē)在2019年6月公開(kāi)了12件專(zhuān)利，包括一件發(fā)明授權(quán)專(zhuān)利和實(shí)用新型授權(quán)專(zhuān)利，分別涉及空氣過(guò)濾裝置活性再生控制方法與裝置、車(chē)載燃料電池散熱系統(tǒng)。
02 國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人專(zhuān)利公開(kāi)情況
目前國(guó)內(nèi)燃料電池企業(yè)處于百家爭(zhēng)鳴的態(tài)勢(shì)，雖然目前還沒(méi)有出現(xiàn)一家獨(dú)大的情況，但是從專(zhuān)利申請(qǐng)情況可以對(duì)其技術(shù)研發(fā)情況做一個(gè)初步的了解。
本報(bào)告按照整車(chē)廠、燃料電池企業(yè)、科研院所對(duì)燃料電池相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行初步分類(lèi)，并選取了部分機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)其在2019年6月的專(zhuān)利公開(kāi)情況。
2.1 整車(chē)廠6月專(zhuān)利公開(kāi)情況
整車(chē)廠在6月的專(zhuān)利公開(kāi)情況如圖2-1所示?？梢钥吹絿?guó)內(nèi)幾個(gè)主流整車(chē)廠均涉足燃料電池領(lǐng)域，其專(zhuān)利申請(qǐng)所涉及的技術(shù)分支包括電堆、儲(chǔ)氫、加氫等。本月，整車(chē)廠中鄭州宇通客車(chē)的專(zhuān)利公開(kāi)數(shù)量最多。據(jù)資料顯示，宇通客車(chē)2009年開(kāi)發(fā)了第一款燃料電池客車(chē)，是國(guó)內(nèi)首家通過(guò)燃料電池商用車(chē)資質(zhì)認(rèn)證的企業(yè)，取得了國(guó)內(nèi)燃料電池客車(chē)正式的公告，建成了中原地區(qū)加氫站，獲批客車(chē)行業(yè)燃料電池與氫能中心。宇通客車(chē)現(xiàn)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了三代燃料電池客車(chē)產(chǎn)品，正在開(kāi)發(fā)第四代。
另一方面，中國(guó)一汽在6月共公開(kāi)了7件專(zhuān)利，主要涉及乘用車(chē)的燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、氫氣泄漏位置判斷、噴氫閥控制等；此外，武漢泰歌、吉利汽車(chē)、格羅夫、北汽、中國(guó)重汽、小藍(lán)新能源汽車(chē)等均有一定數(shù)量的專(zhuān)利公開(kāi)。
圖2-1 整車(chē)廠6月公開(kāi)專(zhuān)利情況
2.2 燃料電池企業(yè)6月專(zhuān)利公開(kāi)情況
國(guó)內(nèi)燃料電池企業(yè)在6月的專(zhuān)利公開(kāi)情況如圖2-2所示。其中明天氫能共公開(kāi)了10件專(zhuān)利，主要涉及電堆方面。其次是芬華氫能研究院江蘇有限公司與中氫新能分別公開(kāi)了9件與5件專(zhuān)利，其他在6月公開(kāi)了相關(guān)專(zhuān)利的企業(yè)包括大洋電機(jī)、廣東索特能源、江蘇氫電、鋒源氫能、索弗克等。
圖2-2 燃料電池企業(yè)6月的專(zhuān)利公開(kāi)情況
2.3 科研院所（校）6月專(zhuān)利公開(kāi)情況
燃料電池相關(guān)科研院所（校）在6月的專(zhuān)利公開(kāi)情況如圖2-3所示。除了上述提及大連化物所、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)外，六月公開(kāi)專(zhuān)利的科研院所（校）還包括哈爾濱工程大學(xué)、華南理工大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)等，其中大連理工大學(xué)有兩篇發(fā)明授權(quán)專(zhuān)利，分別涉及高可靠性燃料電池堆封裝設(shè)計(jì)方法和改善燃料電池堆內(nèi)壓力分布的結(jié)構(gòu)。
圖2-3燃料電池相關(guān)科研院所（校）6月的專(zhuān)利公開(kāi)情況
03 部分申請(qǐng)人及公開(kāi)專(zhuān)利介紹
本報(bào)告第3節(jié)將重點(diǎn)分析與雙極板/隔板相關(guān)的專(zhuān)利，并對(duì)涉及到的主要申請(qǐng)人的專(zhuān)利技術(shù)分布情況進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
3.1 豐田公司
圖3-1 豐田公司6月公開(kāi)專(zhuān)利技術(shù)構(gòu)成
2019年6月，豐田公司在燃料電池領(lǐng)域共公開(kāi)專(zhuān)利108件，主要涉及電堆、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)檢測(cè)、動(dòng)力系統(tǒng)等技術(shù)分支。從技術(shù)分支上可以看出，豐田在燃料電池領(lǐng)域的上、中、下游都有一定的專(zhuān)利布局。
下文分析的豐田公司雙極板/隔板相關(guān)專(zhuān)利的公開(kāi)號(hào)為：CN109962256A、CN109950567A、EP3503251A1、US10316422B2、CN109943846A。
3.1.1CN109962256A&CN109950567A-防止基板金屬被溶出，提高耐蝕性
燃料電池膜電極中存在氟化物離子，當(dāng)使用金屬雙極板/隔板時(shí)，氟化物離子可以將金屬雙極板/隔板基體材料中的金屬溶出，生成Fe2+，從而引發(fā)芬頓反應(yīng)而生成過(guò)氧化氫。過(guò)氧化氫中的羥基自由基會(huì)攻擊膜電極，使得燃料電池發(fā)電性能和壽命下降，而固體電解質(zhì)膜（包含氟基電解質(zhì)樹(shù)脂）被自由基攻擊發(fā)生分解時(shí)，會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生更多的氟化物離子，從而加劇燃料電池腐蝕問(wèn)題。
通常燃料電池用金屬雙極板/隔板可利用金屬氧化物（如氧化錫）作為保護(hù)膜抑制鉻向正極擴(kuò)散，來(lái)避免燃料電池的發(fā)電性能受到影響，然而氧化錫保護(hù)膜并不能阻止氟化物離子進(jìn)入金屬雙極板/隔板。一方面是由于氟化物離子可以透過(guò)氧化錫保護(hù)膜進(jìn)入金屬雙極板/隔板基體，另一方面氟化物離子還可以通過(guò)氧化錫保護(hù)膜的缺陷或裂縫直接與金屬雙極板/隔板基體接觸，從而導(dǎo)致金屬離子溶出。
為解決上述問(wèn)題，豐田通過(guò)兩個(gè)技術(shù)手段來(lái)改善金屬雙極板/隔板的耐腐蝕性：一是在氧化錫保護(hù)膜中增加鋯元素來(lái)吸附氟化物離子（CN109962256A）；二是在氧化錫保護(hù)膜的缺陷處覆上導(dǎo)電性高分子膜，從而減少金屬雙極板/隔板基體溶出，提高金屬雙極板/隔板的耐腐蝕性（CN109950567A）。具體信息見(jiàn)下文。
CN109962256A公開(kāi)了一種燃料電池用隔板，其具有低接觸電阻，且在存在氟化物離子等高腐蝕環(huán)境下具備優(yōu)異的耐腐蝕性能。具體為：該隔板包括金屬基材（鈦或者不銹鋼等），金屬基材表面覆有氧化錫膜（膜厚優(yōu)選為10nm-300nm），氧化錫覆膜包括鋯元素（鋯具有吸附氟化物離子的性質(zhì)，能夠抑制氟化物離子透過(guò)氧化錫覆膜），鋯相對(duì)于錫的元素比(Zr/Sn)為0.10～0.70（注：根據(jù)CN109962256A說(shuō)明書(shū)內(nèi)容，元素比實(shí)際為原子比），氧化錫的鋯原子摻雜比在3.0％～16.0％。
圖3-2 燃料電池用隔板的表面附近的放大截面圖
如上圖所示，氧化錫覆膜設(shè)置于金屬基材表面的至少一部分上即可，但是由于在氣體擴(kuò)散層與隔板的接觸部分特別要求耐蝕性，因而需要在金屬基材的表面之中至少在與氣體擴(kuò)散層接觸的部分上形成氧化錫覆膜。關(guān)于元素比(Zr/Sn)，從耐蝕性和接觸電阻等方面進(jìn)行考慮，優(yōu)選為0.40- 0.50。
圖3-3 燃料電池堆主要部分截面圖
另一方面，CN109962256A還公開(kāi)了由該隔板制成的燃料電池堆，在燃料電池堆中，層疊有多個(gè)作為基本單元的單電池，單電池具備發(fā)電部（發(fā)電部由膜電極組件和配置于其兩面的氣體擴(kuò)散層一體化制得）和與發(fā)電部接觸的隔板（示意圖中發(fā)電部被一對(duì)隔板所夾持）。在相鄰兩個(gè)單電池間面接觸的隔板之間劃分成的空間，流通作為將單電池冷卻的制冷劑的水。
CN109950567A公開(kāi)了一種即使在氟化物離子存在的情況下耐腐蝕性也很高的燃料電池用隔板及其制造方法，即對(duì)于金屬基材被氧化錫膜包覆的燃料電池用隔板而言，通過(guò)在氧化錫膜的缺陷處露出的金屬基材上形成導(dǎo)電性高分子膜，便可解決上述問(wèn)題。
圖3-4 燃料電池用隔板一實(shí)施例的截面放大圖
該隔板具有金屬基材、設(shè)置于金屬基材表面的氧化錫膜以及設(shè)置在氧化錫膜缺陷處露出的金屬基材表面上的導(dǎo)電性高分子膜；該導(dǎo)電性高分子膜含有聚乙撐二氧噻吩（PEDOT）。如上圖所示，在氧化錫膜上通常會(huì)形成有缺陷13（如直徑1-5nm的微細(xì)的孔），通過(guò)在該缺陷處露出的金屬基材表面上覆上導(dǎo)電性分子膜，能夠減少Fe2+等的溶出、抑制金屬基材的腐蝕。作為構(gòu)成導(dǎo)電性高分子膜，只要是具有相對(duì)高的導(dǎo)電性、包覆金屬基材的表面從而能夠減少Fe等金屬溶出的材料就行。導(dǎo)電性高分子膜的膜厚雖然取決于構(gòu)成其材料的類(lèi)型，但是其膜厚優(yōu)選在1nm～5nm的范圍內(nèi)。
隔板的制造方法為：首先準(zhǔn)備在表面設(shè)置有氧化錫膜的金屬基材的工序、在金屬基材的表面涂布導(dǎo)電性高分子或其前體(單體等)的溶液的工序、和使涂布的溶液對(duì)氧化錫膜中的缺陷進(jìn)行浸漬，然后再進(jìn)行干燥處理。此外，對(duì)于制造出的隔板試驗(yàn)片，可進(jìn)行耐腐蝕性試驗(yàn)，豐田采用的是日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的金屬材料的電化學(xué)高溫腐蝕試驗(yàn)法(JIS_Z_2294)的恒電位腐蝕試驗(yàn)。
3.1.2 EP3503251A1-防止碳層脫落、避免壓制缺陷
圖3-5 現(xiàn)有技術(shù)與EP3503251A1中技術(shù)對(duì)比
在現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)隔板材料進(jìn)行壓制成形工序時(shí)，碳層中的碳會(huì)以顆粒或小塊的形式從碳層中分離，并粘附、累積到模具上或者粘附到下一個(gè)待壓制成形的隔板材料上，從而引發(fā)壓制缺陷。
基于此，EP3503251A1公開(kāi)了一種燃料電池用金屬隔板制造方法，具體如下：
準(zhǔn)備預(yù)制備隔板材料的金屬基板（以鈦或鈦合金基板為例）；
將炭黑涂覆到金屬基板上以形成炭黑層；
對(duì)其上形成有炭黑層的金屬基板進(jìn)行熱處理，將鈦原子從鈦基材的表面擴(kuò)散到炭黑層中，從而在鈦基板的表面上形成作為碳層的一部分的混合物層，該混合物層包含炭黑層的炭黑和保持炭黑的氧化鈦；
將懸浮液（懸浮液通過(guò)將熱塑性樹(shù)脂的樹(shù)脂顆粒分散在液體介質(zhì)中作為基材而獲得）的表面。在樹(shù)脂層中，將樹(shù)脂顆粒加熱至大于或等于樹(shù)脂顆粒的軟化點(diǎn)溫度并干燥液體介質(zhì)，從而在碳層的表面上形成樹(shù)脂層（厚度在1-5μm范圍內(nèi)）；
將制備的隔板材料壓制成隔板的形狀，使隔板上形成氣流通道；
從壓制成形的隔板上除去樹(shù)脂層（可采用pH值9.6為13.8至的強(qiáng)堿性溶液）。
樹(shù)脂層中包含有丙烯酸樹(shù)脂，丙烯酸樹(shù)脂對(duì)碳、鈦等具有高粘附力，因此在壓制成形期間樹(shù)脂層不太可能從碳層上剝離；另一方面，由于丙烯酸樹(shù)脂可溶解在強(qiáng)堿性溶劑中，因此在壓制成型后可使用強(qiáng)堿性溶劑輕松去除樹(shù)脂層。
3.1.3 CN109943846A-防止涂覆漿料擴(kuò)散
在燃料電池單元中，由于構(gòu)成氣體擴(kuò)散層的金屬多孔體層需要具有規(guī)定的厚度，而現(xiàn)有技術(shù)里提及到的一種燃料電池隔板（該隔板表面具有氣體擴(kuò)散層）的制造方法，其涂覆工序采用的是絲網(wǎng)印刷方法，如果在涂覆工序中已涂覆在基件的金屬粉懸濁漿料因自重而潰散并在基件的表面擴(kuò)散，則在熱處理工序中難以形成所需要厚度的金屬多孔體層。
基于此，CN109943846A公開(kāi)了一種燃料電池用金屬隔板的制造方法，該制造方法能夠保持已涂覆在金屬基件表面的漿料形狀并在金屬基件的表面形成規(guī)定厚度的構(gòu)造物，具體為：
去除覆蓋在金屬基件表面的氧化膜的一部分，以形成涂覆部；
并涂覆部處涂覆漿料；
對(duì)已涂覆的漿料進(jìn)行加熱，來(lái)生成流路形成部。
需要注意的是，在形成涂覆部的步驟中，涂覆部分中的純水接觸角小于氧化物膜中的純水接觸角，一般在其0.75倍以下。由此，能夠使涂覆部的潤(rùn)濕性提高，從而比在其周?chē)难趸さ臐?rùn)濕性高，能更可靠地防止已涂覆在涂覆部的漿料因自重而在其周?chē)慕饘倩谋砻鏉?rùn)濕擴(kuò)展，以更可靠地維持漿料的形狀以及高度。此外，漿料粘度的范圍在1×103～1×104mPa·s時(shí)（在剪切速度為1×102sec-1以下），通過(guò)絲網(wǎng)印刷方法涂覆，能夠維持已涂覆在涂覆部的漿料的形狀以及高度。
完整制備工序如下：
圖3-6 燃料電池用隔板完整制備工藝
3.1.4 US10316422B2-改善樹(shù)脂涂層的表面粗糙度，提高粘合度
在現(xiàn)有技術(shù)中，雖然通過(guò)在金屬隔板的表面上電沉積樹(shù)脂涂層可以獲得致密、均勻的樹(shù)脂涂層，但是在樹(shù)脂涂層和其對(duì)應(yīng)構(gòu)件之間獲得的附著力（例如樹(shù)脂涂層與樹(shù)脂框架之間或樹(shù)脂涂層與墊圈之間的附著力）存在限制。
基于此，US10316422B2通過(guò)應(yīng)用粗糙化處理來(lái)改善樹(shù)脂涂層的表面粗糙度，從而提高樹(shù)脂涂層與其對(duì)應(yīng)構(gòu)件之間的附著力，提高粘合程度，以確保燃料電池單元具有高耐久性并且不易分層等。（需要注意的是，US10316422B2為US9178223B2的分案專(zhuān)利，一般而言，分案說(shuō)明該技術(shù)較好。）
圖3-7 帶有增加表面粗糙度的樹(shù)脂涂層的燃料電池隔板
具體而言， US10316422B2公開(kāi)了由金屬基板和形成在其上的抗腐蝕樹(shù)脂涂層共同構(gòu)成的燃料電池隔板，其中樹(shù)脂涂層的表面粗糙度Ra為0.5～13.5μm。增加表面粗糙度將產(chǎn)生錨定效果，這將改善界面處的粘合力。上述表面粗糙度Ra可以通過(guò)使用混合到樹(shù)脂涂層中的填料或通過(guò)例如噴丸處理施加到樹(shù)脂涂層的表面上的外力來(lái)獲得。通過(guò)增加樹(shù)脂涂層的表面粗糙度可使樹(shù)脂涂層與其對(duì)應(yīng)構(gòu)件之間的粘附性進(jìn)一步增加，并且提高了燃料電池單元的耐久性。
3.2 現(xiàn)代公司
圖3-8 現(xiàn)代公司6月公開(kāi)專(zhuān)利技術(shù)構(gòu)成
2019年6月，現(xiàn)代公司在燃料電池領(lǐng)域共公開(kāi)專(zhuān)利51件，主要涉及電堆、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)檢測(cè)等技術(shù)分支。
下文分析的現(xiàn)代公司雙極板/隔板相關(guān)專(zhuān)利的公開(kāi)號(hào)為：US10329665B2、 US10320008B2。
3.2.1 US10329665B2-防止碳涂層碳原子向金屬基板滲透
圖3-9 現(xiàn)有技術(shù)與US10329665B2中技術(shù)對(duì)比
現(xiàn)有技術(shù)中，可通過(guò)在金屬隔板上涂覆碳層來(lái)增加其耐蝕性。但是，當(dāng)使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（“PECVD”）將碳涂覆到金屬層上時(shí)，由于該工藝產(chǎn)生的高溫會(huì)使碳原子會(huì)滲透到金屬隔板中，削弱了金屬基板和碳涂層之間的結(jié)合層。在這種情況下，當(dāng)燃料電池工作時(shí)，弱粘附強(qiáng)度和碳層的低密度導(dǎo)致接觸電阻和腐蝕特性降低。
基于此，US10329665B2公開(kāi)了一種燃料電池用隔板的涂層涂覆方法，具體為：在金屬基板上，通過(guò)將碳擴(kuò)散抑制離子滲透到金屬基板的表面中來(lái)形成離子滲透層;在離子滲透層上形成碳涂層。
圖3-10 燃料電池隔板涂層的詳細(xì)橫截面示意圖
其中，在形成離子滲透層前，可去除金屬基板表面上的氧化膜；碳擴(kuò)散抑制離子可以是氮離子或硼離子；離子滲透層的形成可以在300～ 550℃下進(jìn)行，約10～120分鐘，厚度在30～300nm。
3.2.2 US10320008B2-調(diào)整流路孔結(jié)構(gòu)，防止GDL損傷
圖3-11 現(xiàn)有技術(shù)中的多孔隔板（a.立體圖；b:俯視圖；c:A-A向截面圖）
在現(xiàn)有技術(shù)提及的多孔分隔板中，在其斜面上形成有多個(gè)流路孔，用以流通反應(yīng)氣體。由于這種結(jié)構(gòu)特性，流路孔的切斷部與氣體擴(kuò)散層(GDL)接觸，并且應(yīng)力集中于該接觸區(qū)域，容易導(dǎo)致氣體擴(kuò)散層的碳纖維被破壞，從而引起反應(yīng)氣體的擴(kuò)散性和排水性能的劣化以及對(duì)膜電極組件造成物理?yè)p傷。
基于此，US10320008B2公開(kāi)了一種燃料電池用多孔分隔板，其具有改進(jìn)的流路孔以防止因應(yīng)力集中而導(dǎo)致氣體擴(kuò)散層或膜電極組件被破壞，具體包括：與氣體擴(kuò)散層或膜電極組件接觸的第一接觸部；與冷卻劑通道接觸的第二接觸部；連接在第一接觸部和第二接觸部之間的連接部；以及在連接部中形成的流路孔，其中流路孔的內(nèi)表面的一部分朝著流路孔的中心突出。
圖3-12 多孔分隔板-流路孔形狀截面圖與突出部示意圖
由于朝著流路中心線突出的突出部表面可以與氣體擴(kuò)散層或膜電極組件的外表面緊密接觸，可使得流路孔的內(nèi)表面切斷部與氣體擴(kuò)散層或膜電極組件接觸的面積最小化。因此，可以防止流場(chǎng)板在氣體擴(kuò)散層或膜電極組件上引起應(yīng)力集中，使氣體擴(kuò)散層或膜電極組件的結(jié)構(gòu)性破壞最小化，由此可改善反應(yīng)氣體的擴(kuò)散性并減輕反應(yīng)表面上應(yīng)力的過(guò)度集中，從而提高燃料電池堆的耐用性。
3.3 本田公司
圖3-13 本田公司6月公開(kāi)專(zhuān)利技術(shù)構(gòu)成
2019年6月，本田公司在燃料電池領(lǐng)域共公開(kāi)專(zhuān)利16件，主要涉及電堆、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)檢測(cè)等技術(shù)分支。
下文分析的本田公司雙極板/隔板相關(guān)專(zhuān)利的公開(kāi)號(hào)為：JP2019096382A。
3.3.1 JP2019096382A-防止制冷劑流路中流動(dòng)的制冷劑流量減少
在現(xiàn)有技術(shù)中，金屬隔板的一方表面設(shè)置有反應(yīng)氣體流路以及凸起密封件，在另一方表面設(shè)置有制冷劑流路。在此情況下，凸形狀的凸起密封件的背側(cè)(凹形狀)成為流路，制冷劑在該流路流動(dòng)。因此，制冷劑經(jīng)由該流路從制冷劑入口連通孔朝向制冷劑出口連通孔旁通。由此，在制冷劑流路流動(dòng)的制冷劑流量減少，冷卻效率降低。
基于此，JP2019096382A公開(kāi)了能夠減少通過(guò)凸起密封件的背側(cè)流路從制冷劑入口連通孔向制冷劑出口連通孔旁通的制冷劑的旁通量的燃料電池用金屬隔板以及燃料電池。（見(jiàn)下圖）
圖3-14 金屬隔板正面說(shuō)明圖
改進(jìn)詳細(xì)如下：
凸起內(nèi)流路將制冷劑入口連通孔與所述制冷劑出口連通孔連通，并且在所述凸起內(nèi)流路的一部分設(shè)置流路截面積比其它部位小的狹窄部位。狹窄部位可通過(guò)填充件填充于凸起內(nèi)流路的一部分來(lái)形成；同時(shí)，填充件的截面積相對(duì)于凸起內(nèi)流路的截面積的比率在70％以下。
3.4 JFE鋼鐵公司
2019年6月，JFE鋼鐵在燃料電池領(lǐng)域共公開(kāi)3篇專(zhuān)利，均涉及燃料電池雙極板。下面挑選了其中一篇專(zhuān)利（JPWO2018198685A1）來(lái)進(jìn)行分析。
在現(xiàn)有燃料電池用隔板制造方法中，采用不銹鋼作為基板材料制造出的金屬隔板在實(shí)際使用過(guò)程中，其接觸電阻不會(huì)像原鋼材階段那樣減少，仍存在接觸電阻過(guò)大的情形（接觸電阻增大會(huì)造成燃料電池發(fā)電效率降低）。
基于此JPWO2018198685A1公開(kāi)了一種用于燃料電池隔板的不銹鋼板及其制造方法。具體為：
制備不銹鋼板作為基板材料，對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理（可選電解處理）；
對(duì)預(yù)處理后的不銹鋼板侵入含有氫氟酸溶液中，進(jìn)行蝕刻處理，以在不銹鋼板的表面上形成具有凹凸部分的凹凸結(jié)構(gòu)，凸部之間的平均間距為20nm以上且200nm以下。
對(duì)經(jīng)過(guò)蝕刻處理的不銹鋼板進(jìn)行Cr濃縮處理，Cr濃縮處理是在氧化性溶液中的浸漬處理或在不銹鋼板鈍化電位范圍內(nèi)的電解處理；
對(duì)Cr濃縮處理后的不銹鋼板進(jìn)行熱處理，并測(cè)定其接觸電阻。
圖3-15 不同不銹鋼板試料采用上述制造工藝的結(jié)果
3.5 其他部分雙極板/隔板公開(kāi)專(zhuān)利信息一覽
