CN101421874A - 燃料电池用隔板及其制造方法 - Google Patents

燃料电池用隔板及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101421874A
CN101421874A CNA2007800131735A CN200780013173A CN101421874A CN 101421874 A CN101421874 A CN 101421874A CN A2007800131735 A CNA2007800131735 A CN A2007800131735A CN 200780013173 A CN200780013173 A CN 200780013173A CN 101421874 A CN101421874 A CN 101421874A
Authority
CN
China
Prior art keywords
separator
thin plate
pulp
fuel battery
paper
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2007800131735A
Other languages
English (en)
Inventor
大多和一彦
桥本哲
池田信彦
堀木健一
谷井利光
小西大海
板谷浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Pillar Packing Co Ltd
Original Assignee
Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Pillar Packing Co Ltd filed Critical Nippon Pillar Packing Co Ltd
Publication of CN101421874A publication Critical patent/CN101421874A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C04B35/536—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite based on expanded graphite or complexed graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • C04B35/83—Carbon fibres in a carbon matrix
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0213—Gas-impermeable carbon-containing materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0221—Organic resins; Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0226—Composites in the form of mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • C04B2235/425—Graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5212—Organic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

对以膨胀石墨为主原料的预成型体进行加压成型而制作的燃料电池用隔板，通过将其预成型体用抄造法来制作，使其具有优异的导电性和成型加工性，由此能够改善机械强度、可挠性、阻气性的各特性，使其具有优异的成型性，能够实现适用于汽车用等的轻量化、小型化。为此，用成型模具对形成为板状的预成型体(14)进行加压成型而制成的燃料电池用隔板中，预成型体(14)具有将第一薄板(14A)插装在一对第二薄板(14B)而成的夹层结构，其中，所述第一薄板(14A)是通过对在膨胀石墨中添加纤维质填充材料而成的原料进行抄造而得到的薄板状体上浸渍酚醛树脂而成，所述第二薄板14B是在石墨上涂布热固性树脂而成。

Description

燃料电池用隔板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用成型模具对形成为板状的预成型体进行加压成型而制成的燃料电池用隔板及其制造方法。
背景技术
所谓燃料电池用隔板，是将MEA(膜电极复合体)适当地保持在燃料电池单格(在燃料电池用隔板之间夹着MEA的单体)内的同时，承担供给所述电化学反应中所需要的燃料(氢)以及空气(氧气)的作用，进一步还承担着将作为燃料电池发挥作用的、由电化学反应而得到的电子无损失地进行集电的作用等。为了承担这样的作用，要求燃料电池用隔板具有1.机械强度、2.可挠性、3.导电性、4.成型加工性、5.阻气性的特性。
以往，作为这种燃料电池用隔板的材料，从耐腐蚀性优良的观点出发，通常采用以石墨为主原料的材料，在开发的初期阶段，通过切削烧结碳来制作燃料电池用隔板。但是，从成本问题考虑，近年来采用了将酚醛树脂、环氧树脂等的热固性树脂和石墨的混合物作为成型材料来制作，通过对该混合物进行压缩成型来制作燃料电池用隔板的方法。通常，以粉末状供给成型材料的混合物，所以先在树脂不反应的低温下进行用于制作预成型体的一次成型后，再送到作为二次成型的加压成型模具中。作为如此的通过一次成型先制作预成型体，然后进行二次成型来形成所述成型加工性优良的燃料电池用隔板及其制造方法，已在专利文献1中公开。
一方面，作为燃料电池用隔板主原料的石墨也有采用膨胀石墨，例如，已知有在专利文献2中公开的技术。作为有效地利用膨胀石墨原有的耐热性、耐腐蚀性、电特性(导电性)、热传导特性等来发挥规定的电池性能的手段，使用了膨胀石墨的燃料电池用隔板非常理想。即，可以形成所述导电性优良的隔板。而且，为了得到采用了几百张～几千张的大量隔板的汽车用等所要求的轻量且小型的燃料电池，在不损坏必要的功能的基础上有必要使隔板单体的厚度极力变薄。
但是，在以膨胀石墨为主原料的以往的燃料电池用隔板中，若厚度变薄，则容易破裂，同时气体容易透过，所以在所述机械强度、阻气性的各方面具有难度。
专利文献1：JP特开2004-216756号公报
专利文献2：JP特开2000-231926号公报
发明内容
发明要解决的课题
于是，本发明的目的在于，对通过以膨胀石墨为主原料的预成型体进行加压成型而制作的燃料电池用隔板，采用抄造法来制作其预成型体，以使其具有优异的导电性和成型加工性，由此改善机械强度、可挠性、阻气性的各特性，能够实现适用于汽车等的轻量、小型化。
用于解决课题的方法
技术方案1所述的发明提供一种燃料电池用隔板，其是用成型模具对形成为板状的预成型体14进行加压成型而制成的燃料电池用隔板，其特征在于，所述预成型体14具有第一薄板14A被插装在一对第二薄板14B之间而成的夹层结构，其中，所述第一薄板14A是通过对在膨胀石墨中添加纤维质填充材料而成的原料进行抄造而得到，所述第二薄板14B是在石墨上涂布热固性树脂而成。
技术方案2的发明，是技术方案1所记载的燃料电池用隔板，其特征在于，所述第一薄板14A具有在所述抄造后被浸渍的热固性树脂。
技术方案3的发明，是技术方案1或技术方案2记载的燃料电池用隔板，其特征在于，所述热固性树脂为酚醛树脂。
技术方案4的发明，是一种燃料电池用隔板的制造方法，具有用成型模具15对形成为板状的预成型体14进行加压成型的二次成型工序，其特征在于，所述预成型体14由一次工序S1来制成，所述一次工序S1包括：抄造工序a，其采用在膨胀石墨中添加了纤维质填充材料而成的原料进行抄造；层叠工序c，其是将由所述抄造工序a得到的第一薄板14A插装在石墨上涂布热固性树脂而成的一对第二薄板14B之间来进行层叠。
技术方案5的发明，是技术方案4所述的燃料电池用隔板的制造方法，其特征在于，所述一次工序S1包括后浸渍工序b，该后浸渍工序b在由所述抄造工序a进行抄造的薄板状体上浸渍热固性树脂来制作所述第一薄板14A。
技术方案6的发明，是技术方案4或技术方案5记载的燃料电池用隔板的制造方法，其特征在于，作为所述热固性树脂使用酚醛树脂。
发明效果
根据技术方案1所述发明，虽然详细的会在具体实施方式中进行说明，但是，预成型体具有通过抄造得到的第一薄板被夹在以石墨和热固性树脂为主原料的两张第二薄板之间的共计三层的夹层结构，即将机械特性和电特性优良、厚度薄、且固有电阻值等特性的偏差小、容易大量生产从而在制造成本上有利的第一薄板夹在成型性优良的一对第二薄板之间的结构。其结果，对以膨胀石墨为主原料的预成型体进行加压成型而制作的燃料电池用隔板，通过将其预成型体制作成中间夹着用抄造法制作的抄造薄板，而成型性优良的第二薄板位于表面的夹层结构，使其具有优异的导电性和成型加工性，由此能够改善机械强度、可挠性、阻气性的各特性，能够提供适用于汽车用等的轻量、小型化的燃料电池用隔板。
根据技术方案2的发明，在以膨胀石墨为主原料的抄造法而得到的第一薄板上，随后浸渍热固性树脂，所以除了配合热固性树脂所带来的一般性作用效果外，由于在抄造的薄板状体上的间隙中浸入了热固性树脂而填埋了间隙，所以对阻气性或者体积密度产生好的影响，从而还具有能够进一步提高性能的优点。此时，如技术方案3，若作为第一薄板中使用的热固性树脂采用由苯酚类和醛类的缩聚而合成的酚醛树脂，则可以进一步追加优良的绝缘性、耐水性、耐药品性等作用效果，通过作为在第二薄板中使用的热固性树脂采用酚醛树脂，可更有效地得到气体透过系数的提高和优良的成型性的双重效果等，能够提供具有优异的性能的夹层结构的燃料电池用隔板。另外，也可以采用以下1～5的方法。
通过1.将酚醛树脂的浸渍率设定在5～30％的范围，或者，2.将膨胀石墨的材料比设定在60～90％，由此能够实现接触电阻30mΩ·cm2以下、弯曲强度25MPa以上、弯曲应变0.6～2.1％、气体透过系数1×10-8mol·m/m2·s·MPa以下的各特性的目标值，故优选(参考图7、图8)。根据3.后浸渍了含有石墨的酚醛树脂，或者4.具有在酚醛树脂的浸渍后涂布的石墨，则能够提供所述各特性值达到更高水平(参考图7)的燃料电池用隔板。5.纤维质填充材料可采用具有对机械强度的改善有效的碳纤维或者丙烯酸纤维。
技术方案4的发明是将技术方案1的发明加以方法化的发明，技术方案5的发明是将技术方案2的发明加以方法化的发明，技术方案6的发明是将技术方案3的发明加以方法化的发明，由此能够提供发挥与所对应的技术方案相同的作用效果的燃料电池用隔板的制造方法。
附图说明
图1为表示固体高分子电解质型燃料电池的堆叠结构的分解立体图。
图2为表示固体高分子电解质型燃料电池的隔板的主视图。
图3为表示单格结构的要部放大剖视图。
图4为表示其他结构的电池构成的要部放大剖视图。
图5为表示第一薄板的抄造工序的原理图。
图6为表示隔板的制造方法的原理图。
图7为表示实施例1～10以及比较例1～3的隔板的各种数据的图表。
图8为表示实施例11～17的隔板的各种数据的图表。
其中，附图标记说明如下：
4      燃料电池用隔板
14     预成型体
14A    第一薄板(抄造薄板)
14B    第二薄板(树脂碳)
15     成型模具
a      抄造工序
b      后浸渍工序
c      层叠工序
S1     一次工序
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的燃料电池用隔板及其制造方法的实施方式。图1～图3分别为堆叠结构的分解立体图、隔板的外观主视图、单格结构的要部放大剖视图，图4为表示其他结构单格的要部放大图，图5为表示抄造原理的概略图，图6为表示隔板的制造原理的工序图，图7、图8为表示实施例1～17以及比较例1～3的数据的图表。另外，在以下的叙述中，“燃料电池用隔板”简称为“隔板”。
[实施方式1]
首先，参照图1～图3简单说明具有本发明所述隔板的固体高分子电解质型燃料电池的结构及动作。固体高分子电解质型燃料电池E具有层叠了多组单格5，并在其两端配置了未图示的集电板的堆叠结构，所述单格5由电解质膜1、作为气体扩散电极的阳极2和阴极3、以及隔板4、4构成，其中，所述电解质膜1为例如由氟类树脂形成的离子交换膜；所述作为气体扩散电极的阳极2和阴极3由碳纤维编织成的碳布或碳纸或者碳毡形成，并从两侧夹住所述电解质膜1而形成夹层结构；所述隔板4、4从所述夹层结构的两侧进一步夹住该夹层结构。
如图2所示，在两隔板4的周边部形成有含氢燃料气体孔6、7和含氧气的氧化气体孔8、9和冷却水孔10，当层叠了多组所述单格5时，各隔板4的各孔6、7、8、9、10分别在燃料电池的长度方向上贯通燃料电池E内部而形成燃料气体供给歧管(manifold)、燃料气体排出歧管、氧化气体供给歧管、氧化气体排出歧管、冷却水路。各隔板4在其表面和背面形成有凸条(肋)11，以便其基本的截面形状为角波型，并通过阳极2和各凸条11的接触形成燃料气体流路12，以及通过阴极3和各凸条11的接触而形成氧化气体流路13。另外，以电解质膜1的存在侧为内的情况下，通过各隔板4、4中的向外的凸条11的里侧(内侧)部分邻接，能够形成独立的冷却水通路10。
在所述结构的固体高分子电解质型燃料电池E中，从设置在外部的燃料气体供给装置向燃料电池E供给的含氢燃料气体经由所述燃料气体供给歧管被供给到各单格5的燃料气体流路12，并在各单格5的阳极2侧引起电化学反应，该反应后的燃料气体从各单格5的燃料气体流路12经由所述燃料气体排出歧管排出到外部。同时，从设置在外部的氧化气体供给装置向燃料电池E供给的含氧气的氧化气体(空气)经由所述氧化气体供给歧管被供给到各单格5的氧化气体流路13，在各单格5的阴极3侧引起电化学反应，该反应后的氧化气体从各单格5的氧化气体流路13经由所述氧化气体排出歧管排出到外部。
随着所述电化学反应，进行作为燃料电池E整体的电化学反应，通过将燃料所具有的化学能量直接转换成电能量，从而发挥规定的电池性能。另外，该燃料电池E由于电解质膜1的性质在约80～100℃的温度范围内运行，所以伴随有发热。于是，在燃料电池E的运行中，从设置在外部的冷却水供给装置向燃料电池E供给冷却水，通过使其在所述冷却水路中循环，来抑制燃料电池E内部的温度上升。
另外，作为电池的结构，也可以是图4所示的结构。即，图4所示电池具有以下的结构：将各隔板4设置为点状肋(规定形状的肋)11的大多数在隔板的表面上横竖等间距地被排列，在这些肋11和阳极2的表面之间形成纵横的燃料气体流路12的同时，在肋11和阴极3的表面之间形成纵横的氧化气体流路13。在二次成型S2中，在中间层成型性良好的第二薄板14B因流向厚度厚的部分而容易变成密度不均匀的状态，所以，为了提高机械的、电特性，在两端设置厚度不容易变化的第一薄板14A，而且，即使采用这样的结构，也能够实现以往难以达到的具有肋11等凹凸(具有厚度分布)的类型的隔板4。
接着，说明隔板4的制作法(制造方法)。隔板4的制造方法是用成型模具对形成为板状的预成型体进行加压成型而制作的方法，如图6所示，由一次成型工序S1和二次成型工序S2组成，其中，所述一次成型工序S1为制作接近于隔板形状的板状的预成型体14的工序；所述二次成型工序S2为用成型铸膜15对该预成型体14进行加压而形成最终形状的隔板4的工序。在此，隔板4的目标特性是接触电阻为30mΩ·cm2以下、弯曲强度为25MPa以上、弯曲应变为0.6～2.1％、气体透过系数为1×10-8mol·m/m2·s·MPa以下。
如图6所示，一次成型工序S1是将通过对膨胀石墨上添加纤维质填充材料而成的原料进行抄造而得到的第一薄板14A，插装在于热固性树脂上涂布石墨粉末而成的一对第二薄板14B之间，从而制作具有夹层结构的预成型体14的工序，该一次成型工序S1包括抄造工序a和后浸渍工序b以及层叠工序c。
抄造工序a是通过对膨胀石墨上添加了纤维质填充材料而成的原料进行抄造而制造第一薄板14A的工序，如图6所示，采用以规定配合比含有作为主原料的膨胀石墨(导电材料)和纤维质填充材料的原料进行抄造，由此形成预成型体14用的第一薄板14A。抄造的原意是“抄纸的原料来造纸”的意思，但在此所述抄造是“抄第一薄板用所述材料来制造第一薄板”的意思。下面，简单说明抄造。
图5表示制作第一薄板14A的概略抄造工序a。即，将石墨(膨胀石墨)、纤维质填充材料、软质固化树脂、以及水的分散液投入到料斗20中，从料斗20下端的出口20a，向卷绕在辊21、22的无端转动带状的金属丝网23的运送开始端侧的上表面滴落供给所述分散液。在金属丝网23上向箭头イ方向被运送的过程中，分散液被抄(抄かされて)而形成大致的薄板状体，并从金属丝网23的运送终端沿着大直径的提升筒24被提升运送，然后通过多个上下的加工辊25、26之间，由此形成了第一薄板14A(抄造薄板)。
后浸渍工序b是在通过抄造工序a抄造而得到的第一薄板14A上浸渍酚醛树脂的工序，由此制作成为预成型体14的构成部件状态的第一薄板14A。层叠工序c是通过将由抄造工序a和后浸渍工序b制造的第一薄板，插装在于石墨(石墨粉末等)上涂布了酚醛树脂(热固性树脂的一例)而成的一对第二薄板14B之间并使其一体化，由此，制造出如图6所示的具有中间的第一薄板14A和表里(上下)的第二薄板14B、14AB的三层夹层结构的预成型体14的工序。
二次成型工序S2是，例如采用由上铸模15a和下铸模15b组成的成型铸模15，对具有三层结构的预成型体14进行加压，由此制造具有规定的最终形状的隔板4的工序。下面，说明具体的制法和其实施例等。
首先，一次成型工序S1中的抄造工序a如下。采用家庭用搅拌机，对配合碳纤维3％、丙烯酸纤维7％、PET纤维1％、芳族聚酰胺纤维1％而成的纤维质填充材料进行解聚，从而调整为规定的浆料浓度(如1％)。在调整后的浆料中添加83％的如40μm的膨胀石墨，进一步追加水，再调整为固体成分浓度0.1％，然后添加少量的其他混合材料[硫酸铝、成品率提高材料(ハイモロツクNR11-LH(商品名))]，来作为抄纸用原料(参考图7的实施例1)并进行抄造(参考图5)。通过采用标准方形片加工器对由抄造工序a制成的薄板状体进行加工，由此得到定量为100g/m2、25cm见方的片状的第一薄板14A。
在一次成型工序S1的后浸渍工序b中，采用酚醛树脂溶液进行浸渍，从而得到预成型体14用的第一薄板14A。在实施例1中酚醛树脂浸渍量设定为使浸渍后的配合率达到5％。通过抄造得到的第一薄板14A中虽然存在弯曲难等成型性稍差的方面，但是具有优良的机械及电特性。
虽然未图示一次成型工序S1中的第二薄板的形成工序，但其是在石墨粉末(优选粒径为1～200μm左右)上涂布酚醛树脂来制造作为树脂碳的第二薄板14B的工序。作为树脂碳的第二薄板14B虽然在机械特性的方面差，但其成型性优良。
作为第二薄板14B也可以按照以下方式制造。即，在催化剂存在下混合及反应苯酚类和醛类以及碳来制备碳·酚醛树脂成型材料，对该成型材料加以成型得到薄板状成型体而作为第二薄板14B，通过使苯酚类和醛类在催化剂存在下一边与碳混合一边进行反应，由此可以得到酚醛树脂薄薄地、均匀地被覆在碳上的碳·酚醛树脂成型材料。此时，即使在增加了碳量的情况下，也能够得到碳粒子间可靠地被粘结的同时碳粒子间的间隙被酚醛树脂填充的薄板状成型体，能够容易地得到机械强度及电传导性优良、气体透过率小的燃料电池用隔板。
在二次成型工序S2中，将通过一次成型工序S1制造的三层结构的预成型体14，采用170℃的铸模，在20MPa的面压下加热加压成型5分钟(参考图6)，得到隔板4。此时(实施例1)的隔板4的各特性是接触电阻为10mΩ·cm2、气体透过系数为4×10-11mol·m/m2·s·MPa、弯曲强度为50MPa、弯曲应变为2％、厚度为0.15mm。
图7、图8中表示了本发明所述隔板4的实施例1～10以及比较例1～3的物性和特性(图7)，以及实施例11～17的物性及特性(图8)。各实施例中第一薄板14A的各要素不同，对于第二薄板14B则均使用相互相同的薄板。在此，描述各特性的测试条件。关于接触电阻测试如下。首先，将两张试片夹在两张扁平的铜板上，将1MPa压力下的电压作为电压A来进行测定。接着，采用与上述同样的方法对四张试片测定电压B，将电压A和电压B的差除以2，进一步用试片的面积除算得到接触电阻(单位：mΩ·cm2)。
关于弯曲试验(弯曲强度、弯曲应变)，通过三点弯曲试验来测定弯曲强度以及弯曲应变。将支点间距离设定为7.8mm、十字头速度设定为10mm/min、试片的宽度设定为15mm来进行测定。关于气体透过系数，则根据JIS K7126A法(差压法)，采用气体透过测定器(BT-1东洋精机制作所制造)进行测定。
在图7中，实施例1～6是将后浸渍工序b中的酚醛树脂的配合率在5～30％的范围内每变化5％时的数据，实施例7是用酚醛树脂和天然石墨的后浸渍来代替酚醛树脂后浸渍时的数据。实施例8是由用酚醛树脂被覆的石墨的后浸渍来代替酚醛树脂后浸渍时的数据，实施例9是将酚醛树脂的后浸渍设定为13％、且将酚醛树脂的内填(所谓内填是指“作为抄造工序a的原料，配合有7％的酚醛树脂”的意思)设定为7％时的数据。
另外，实施例10是在预成型体14的表面、即在第二薄板14B、14B的表面侧涂布了石墨时的数据。即，实施例10是追加了在由碳·酚醛树脂成型材料形成的第二薄板14B的表面涂布石墨的工序。在这些实施例1～10中，构成纤维质填充材料的碳纤维、丙烯酸纤维、PET纤维、芳族聚酰胺纤维的配合率(配合量)全部相同。
在图8中，实施例11～17是将第一薄板的膨胀石墨配合率在60～90％的范围内每变化5％时的数据。在实施例11～14中后浸渍的酚醛树脂的配合率设定为与实施例4相同的20％，但是在膨胀石墨的配合率为80％以上的实施例15～17中这是不可能的，所以为考虑与纤维质填充材料的平衡而设定的值。
在图7中，比较例1、2是将隔板4设定为层叠了三张由实施例4和5得到的第一薄板14A而成的、不具有第二薄板14B的全抄造型时的数据。比较例3是将隔板4设定为层叠了三张第二薄板14B而成的、不具有第一薄板14A的全树脂碳型时的数据。
由图7可知，在全抄造型的比较例1，2中，尽管特性优良，但接触电阻和气体透过系数超出了规定值很多，同时角的缺口较多，成型性恶劣，故为不合格。另外，在全树脂碳型的比较例3中，弯曲应变在规定范围外的同时，确认有角的缺口，仍然不合格。另外，为了得到弯曲强度为50MPa以上的高强度的隔板(第一薄板14A)，只要将膨胀石墨的配合比(材料比)设定在60～80％的范围即可，当酚醛树脂的浸渍率在20～30％的范围时，弯曲强度可达到80MPa以上的超高强度。而且，当酚醛树脂的浸渍率在20～30％的范围、且膨胀石墨的配合比(材料比)在60～70％的范围时，则具有能够实现弯曲强度为105MPa以上的超高强度的燃料电池用隔板的优点。
如上所述，在本发明的通过采用成型模具对形成为板状的预成型体进行加压成型而制作的隔板中，预成型体具有夹层结构，该夹层结构是在对膨胀石墨上添加了纤维质填充材料而成的原料进行抄造而得到的一对第一薄板之间，插装了在石墨上涂布了热固性树脂而成的第二薄板而成，由此，在厚度为0.15mm的情况下，能够实现接触电阻为30mΩ·cm2以下、弯曲强度为25MPa以上、弯曲应变为0.6～2.1％、气体透过系数为1×10-8mol·m/m2·s·MPa以下的各特性值目标。其结果，通过使以膨胀石墨为主原料的预成型体进行加压成型而制作的燃料电池用隔板，具有在由抄造法得到的两张第一薄板之间夹住树脂碳制的第二薄板的夹层结构，使其具有优异的导电性和成型加工性，由此能够改善机械强度、可挠性、阻气性的各特性，能够提供适用于汽车用等的轻量、小型化的燃料电池用隔板。
另外，由于具有在机械、电特性优良的一对第一薄板14A之间夹着成型性优良的第二薄板14B的夹层结构，所以不仅满足所述各特性，而且能够谋求气密性(气体透过系数)的进一步提高的同时，成型性也优异，能够实现整体性能优良的燃料电池用隔板、以及燃料电池用隔板的制造方法

Claims (6)

1.一种燃料电池用隔板，其是采用成型模具对形成为板状的预成型体进行加压成型而制成的燃料电池用隔板，其特征在于，所述预成型体具有第一薄板被插装在一对第二薄板之间而成的夹层结构，其中，所述第一薄板是通过对在膨胀石墨中添加纤维质填充材料而成的原料进行抄造而得到，所述第二薄板是在石墨上涂布热固性树脂而成。
2.如权利要求1所述的燃料电池用隔板，其特征在于，所述第一薄板具有在所述抄造后被浸渍的热固性树脂。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池用隔板，其特征在于，所述热固性树脂为酚醛树脂。
4.一种燃料电池用隔板的制造方法，具有用成型模具对形成为板状的预成型体进行加压成型的二次成型工序，其特征在于，所述预成型体由一次工序来制作，该一次工序包括：抄造工序，其采用在膨胀石墨中添加了纤维质填充材料而成的原料来抄造；层叠工序，其是将由所述抄造工序得到的第一薄板插装在石墨上涂布热固性树脂而成的一对第二薄板之间来进行层叠。
5.如权利要求4所述的燃料电池用隔板的制造方法，其特征在于，所述一次工序具有后浸渍工序，该后浸渍工序在由所述抄造工序进行抄造的薄板状体上浸渍热固性树脂来制作所述第一薄板。
6.如权利要求4或5所述的燃料电池用隔板的制造方法，其特征在于，作为所述热固性树脂使用酚醛树脂。
CNA2007800131735A 2006-05-16 2007-04-13 燃料电池用隔板及其制造方法 Pending CN101421874A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006136449A JP4625785B2 (ja) 2006-05-16 2006-05-16 燃料電池用セパレータの製造方法
JP136449/2006 2006-05-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101421874A true CN101421874A (zh) 2009-04-29

Family

ID=38693651

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2007800131735A Pending CN101421874A (zh) 2006-05-16 2007-04-13 燃料电池用隔板及其制造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20090130534A1 (zh)
EP (1) EP2034545A1 (zh)
JP (1) JP4625785B2 (zh)
KR (1) KR20080103601A (zh)
CN (1) CN101421874A (zh)
WO (1) WO2007132549A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110998937A (zh) * 2017-08-24 2020-04-10 日清纺控股株式会社 燃料电池隔离物前体和燃料电池隔离物
WO2021046707A1 (zh) * 2019-09-10 2021-03-18 上海旭济动力科技有限公司 燃料电池用的隔板、制造方法以及使用该隔板的燃料电池

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4792446B2 (ja) * 2007-10-10 2011-10-12 日本ピラー工業株式会社 燃料電池セパレータ
JP4792448B2 (ja) * 2007-10-10 2011-10-12 日本ピラー工業株式会社 燃料電池セパレータ及びその製造方法
JP4792445B2 (ja) * 2007-10-10 2011-10-12 日本ピラー工業株式会社 燃料電池セパレータ
KR20230173711A (ko) 2021-07-16 2023-12-27 신에츠 폴리머 가부시키가이샤 연료 전지용 세퍼레이터 및 그 제조 방법
JP7056796B1 (ja) 2021-12-20 2022-04-19 日清紡ケミカル株式会社 燃料電池セパレータ用前駆体シートおよび燃料電池セパレータ

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63270138A (ja) * 1987-04-30 1988-11-08 Kobe Steel Ltd 複合炭素部材及びその製造方法
JP3437937B2 (ja) * 1998-06-25 2003-08-18 日立化成工業株式会社 燃料電池、燃料電池用セパレータ及びその製造方法
JP3330343B2 (ja) 1999-02-09 2002-09-30 日本ピラー工業株式会社 燃料電池用セパレータ
JP4441950B2 (ja) * 1999-06-29 2010-03-31 Ｄｉｃ株式会社 燃料電池用セパレータの製造方法
CA2391894C (en) * 1999-12-06 2007-11-06 Hitachi Chemical Company, Ltd. Fuel cell, fuel cell separator, and method of manufacture thereof
JP3504910B2 (ja) * 2000-06-19 2004-03-08 日本ピラー工業株式会社 燃料電池用セパレータの製造方法
JP2002025572A (ja) * 2000-07-10 2002-01-25 Kureha Chem Ind Co Ltd 固体高分子型燃料電池用溝付セパレータ
JP2002093431A (ja) * 2000-09-11 2002-03-29 Toyo Tanso Kk 燃料電池用セパレータ
JP2003213137A (ja) * 2002-01-28 2003-07-30 Sumitomo Bakelite Co Ltd 熱硬化性樹脂成形材料およびこれを成形してなる成形品
JP2004216756A (ja) 2003-01-16 2004-08-05 Sumitomo Bakelite Co Ltd 予備成形体成形金型及び予備成形体を用いた燃料電池セパレーターの製造方法
JP2005108616A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Nichias Corp 燃料電池用セパレータおよびその製造方法
JP2006049304A (ja) * 2004-07-05 2006-02-16 Dainippon Ink & Chem Inc 燃料電池用セパレータ及び燃料電池
JP2006164816A (ja) * 2004-12-09 2006-06-22 Jfe Chemical Corp 抄造シート及び燃料電池用セパレータ
JP4650673B2 (ja) * 2004-12-14 2011-03-16 東海カーボン株式会社 燃料電池用セパレータ材とその製造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110998937A (zh) * 2017-08-24 2020-04-10 日清纺控股株式会社 燃料电池隔离物前体和燃料电池隔离物
CN110998937B (zh) * 2017-08-24 2023-06-23 日清纺控股株式会社 燃料电池隔离物前体和燃料电池隔离物
WO2021046707A1 (zh) * 2019-09-10 2021-03-18 上海旭济动力科技有限公司 燃料电池用的隔板、制造方法以及使用该隔板的燃料电池
CN114303264A (zh) * 2019-09-10 2022-04-08 上海旭济动力科技有限公司 燃料电池用的隔板、制造方法以及使用该隔板的燃料电池

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007132549A1 (ja) 2007-11-22
JP2007311061A (ja) 2007-11-29
EP2034545A1 (en) 2009-03-11
JP4625785B2 (ja) 2011-02-02
US20090130534A1 (en) 2009-05-21
KR20080103601A (ko) 2008-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101411020A (zh) 燃料电池用隔板及其制造方法
US8790846B2 (en) Gas diffusion layer and process for production thereof, and fuel cell
CN101421874A (zh) 燃料电池用隔板及其制造方法
US8518603B2 (en) Sheet molding compound flow field plate, bipolar plate and fuel cell
USRE39348E1 (en) Method of using a water transport plate
CN105576255B (zh) 一种高功率密度pemfc电堆专用极板制造方法
JP5433147B2 (ja) 多孔質電極基材、その製造方法、膜−電極接合体、および固体高分子型燃料電池
US7049025B2 (en) Gas diffusion substrate
CN107195921A (zh) 多层复合导电板及其制备方法
JP2016081901A (ja) 燃料電池用セパレータおよびその製造方法，燃料電池，導電性成形体およびその製造方法，導電性成形体用の湿式不織布の抄造方法
JP2004311431A (ja) 多孔質炭素板およびその製造方法
JP2007188696A (ja) 燃料電池用セパレータ及びその製造方法
JP2007042326A (ja) 燃料電池用セパレータ及びその製造方法
JP4792445B2 (ja) 燃料電池セパレータ
JP5416990B2 (ja) 多孔質炭素電極基材、並びにそれを用いた膜−電極接合体及び固体高分子型燃料電池
CN102912670A (zh) 一种控制碳纤维纸中孔径尺寸的碳纤维纸制备方法
JP2022029802A (ja) 燃料電池用セパレータ及びその製造方法
JP2011222329A (ja) 燃料電池セパレータ及びその製造方法
Taherian et al. Fabrication and investigation of polymer-based carbon composite as gas diffusion layer of proton exchange membrane of fuel cells
KR101380401B1 (ko) 연료전지용 복합분리판
CN112271303B (zh) 一种均匀分布微孔的燃料电池气体扩散毡及制备方法
JP2009076347A (ja) ガス拡散電極基材およびその製造方法
KR101932424B1 (ko) 연료전지 분리판용 복합재, 연료전지 분리판 및 이의 제조방법
JP5433146B2 (ja) 多孔質電極基材、その製造方法、膜−電極接合体、および固体高分子型燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20090429