JP2002015750A - 燃料電池用セパレータ - Google Patents

燃料電池用セパレータ

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JP2002015750A
JP2002015750A JP2000197454A JP2000197454A JP2002015750A JP 2002015750 A JP2002015750 A JP 2002015750A JP 2000197454 A JP2000197454 A JP 2000197454A JP 2000197454 A JP2000197454 A JP 2000197454A JP 2002015750 A JP2002015750 A JP 2002015750A
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JP
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fuel cell
cell separator
metal
resin layer
separator
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JP2000197454A
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English (en)
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Michinari Miyagawa
倫成 宮川
Ryoichi Yamamoto
良一 山本
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Mitsubishi Plastics Inc
Original Assignee
Mitsubishi Plastics Inc
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形性、強度、耐食性に優れた燃料電池用セ
パレータを提供する。 【解決手段】 金属基板に導電性フィラーを混合した樹
脂層を被覆し、樹脂層の体積抵抗率が1.0Ω・cm以
下であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池用セパレー
タに係り、詳しくは単セルを複数積層して構成する燃料
電池において隣接する単セル間に設けられ、電極との間
で燃料ガス流路及び酸化ガス流路を形成すると共に燃料
ガスと酸化ガスとを隔てる燃料電池用セパレータであっ
て、特に成形性、強度、耐食性に優れた燃料電池用セパ
レータに関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池、特に固体高分子型燃料電池を
構成するセパレータは、固体電解質膜を両側から挟持す
る各電極に接触して配置されて、該電極との間に燃料ガ
ス、酸化剤ガス等の供給ガス通路を形成するものであ
り、電極と接触して電流を導出する集電性能に優れたも
のが要求される。
【0003】一般に燃料電池用セパレータとしては、基
材として強度、導電性に優れた緻密カーボングラファイ
ト、またはステンレス鋼(SUS)、チタン、アルミニ
ウム等の金属材料で構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】通常、上記セパレータ
の電極に対向する面にはガス流路を形成するための多数
の突起部、溝部等が形成される。従って、上記の緻密カ
ーボングラファイトにて構成されるセパレータでは、電
気伝導性が高く、かつ長期間の使用によっても高い集電
性能が維持されるが、非常に脆い材料であることからセ
パレータの表面に多数の突起部や溝部を形成すべく切削
加工等の機械加工を施すことは容易ではなく加工コスト
が高くなるとともに量産が困難であるという問題があ
る。
【0005】一方、上記金属材料にて構成されるセパレ
ータにおいては、緻密カーボングラファイトに比較して
強度、延性に優れていることからガス流路を形成するた
めの多数の突起部、溝部等の形成はプレス加工が可能で
あって加工コストが安価で量産も容易であるという利点
がある。しかしながら、金属材料はセパレータの使用環
境下では、その表面に腐食による酸化膜が生成され易
く、生成された酸化膜と電極との接触抵抗が大きくな
り、セパレータの集電性能を低下させるという問題があ
る。
【0006】そこで、セパレータの構成材料として加工
性に優れた金属材料の表面に、耐食性に優れた金等の貴
金属材料をコーティングした材料が検討されている。し
かしながら、このような材料は極めて高価なために汎用
性に欠けるという問題がある。
【0007】本発明は、上記問題を解決したもので電気
伝導性が高く、耐食性に優れ、比較的低コストで生産可
能な金属基板を主体とした燃料電池用セパレータに関す
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の問題点を
解消できる燃料電池用セパレータを見出したものであ
り、その要旨とするところは、金属基板の少なくとも片
面に導電性フィラーを混合した樹脂層を被覆し、樹脂層
の体積抵抗率が1.0Ω・cm以下であることを特徴と
する燃料電池用セパレータにある。上記金属基板がステ
ンレス鋼、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、鋼か
ら選ばれてなることを含み、また、導電性フィラーが、
カーボン、金属炭化物、金属酸化物、金属窒化物及び金
属粉末から選ばれてなること、樹脂層がフッ素樹脂及び
フッ素ゴムから選ばれてなること及び樹脂層の厚みが1
0〜300μmの範囲であることを含んでいる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のセパレータで使用する金属基板としては、ステ
ンレス鋼、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、鋼か
らなる薄板が好適に使用でき、厚みは0.1mm〜1.
5mmの範囲が望ましい。上記の金属基板表面には樹脂
層との接着性を改良する目的でエッチング層を設けても
よく、エッチング層厚みは10〜30μmが望ましい。
【0010】樹脂層に使用するものとしては耐薬品性か
らフッ素樹脂及びフッ素ゴムが使用できる。具体的に
は、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA
(テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニ
ルエーテル共重合体)、FEP(テトラフルオロエチレ
ン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、EPE(テ
トラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パ
ーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、ETF
E(テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体)、P
CTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)、ECT
FE(クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合
体)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVF(ポ
リビニルフルオライド)、THV(テトラフルオロエチ
レン−ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共
重合体)、VDF−HFP(フッ化ビニリデン−ヘキサ
フルオロプロピレン共重合体)、TFE−P(フッ化ビ
ニリデン−プロピレン共重合体)、含フッ素シリコーン
系ゴム、含フッ素ビニルエーテル系ゴム、含フッ素フォ
スファゼン系ゴム、含フッ素熱可塑性エラストマーから
成る少なくとも1種類以上のフッ素樹脂及びフッ素ゴム
が使用できる。上記例示した樹脂では、成形性の点から
特にフッ化ビニリデンを含むPVDF、THV、VDF
−HFP及びTFE−Pが好ましい。
【0011】上記フッ素樹脂及びフッ素ゴムには導電性
フィラーを混合する必要があり、導電性フィラーとして
は、カーボン、金属炭化物、金属酸化物、金属窒化物及
び金属粉末が好適に使用できる。
【0012】カーボンとしては黒鉛、カーボンブラッ
ク、膨張黒鉛、金属炭化物としてはタングステンカーバ
イト、シリコンカーバイト、炭化カルシウム、炭化ジル
コニウム、炭化タンタル、炭化チタン、炭化ニオブ、炭
化モリブデン、炭化バナジウム、金属酸化物としては、
酸化チタン、酸化ルテニウム、酸化インジウム、金属窒
化物としては窒化クロム、窒化アルミニウム、窒化モリ
ブデン、窒化ジルコニウム、窒化タンタル、窒化チタ
ン、窒化ガリウム、窒化ニオブ、窒化バナジウム、窒化
ホウ素、金属粉末としては、チタン粉、ニッケル粉、錫
粉、タンタル粉、ニオブ粉が例示できる。上記の導電性
フィラーでは、特に金属炭化物の使用が導電性、耐酸性
の点から好ましい。
【0013】導電性フィラーの混合比率は20重量%〜
80重量%で樹脂層の体積抵抗率が1.0Ω・cm以下
になるように適宜決めれば良く、混合比率が20重量%
未満では体積抵抗率が大きくなり導電性に劣り、80重
量%を越えると成形が困難になり易い。
【0014】樹脂層の厚みは10〜300μmの範囲が
好ましく、10μm未満では金属基板への耐食効果が少
なく、300μmを越えるものではセパレータが厚くな
りスタックされた燃料電池が大きくなるという問題が生
じ易い。
【0015】本発明のセパレータの製造方法は特に限定
されないが、予め製膜された上述した組成からなるフッ
素樹脂製シートを金属基板の片面又は両面に載置し、熱
プレス法で積層一体化した後、突起部や溝部を形成する
方法が生産性等の点から好ましい。シートの製膜法は通
常の押出成形、ロール成形法によればよく、熱プレス法
の条件も通常のプレス条件、加熱温度120℃〜300
℃、圧力2.9×10Pa〜9.8×10Pa(3
0kgf/cm〜100kgf/cm)程度にて行
なえばよい。以下、実施例について説明するが、本発明
はこれに限定されるものではない。
【0016】
【実施例】フッ素樹脂(THV)70重量部と導電性フ
ィラー(タングステンカーバイト)30重量部を2軸押
出機にて混合した。上記混合物をロール成形(ロール温
度240℃)にて厚さ200μmのシートを作成した。
金属基板はSUS304板を薬液エッチング法にて20
μmのエッチング層を形成したものを使用し、上記のフ
ッ素樹脂シート/エッチングSUS板/フッ素樹脂シー
トの順に載置し、熱プレス加工にて積層一体化した。熱
プレス条件は温度170℃、10分、圧力3.5×10
Pa(36kgf/cm)にて行った。上記積層体
を用い、再度、プレス加工してガス流路を形成し燃料電
池用セパレータを得た。プレス条件は室温、10分、圧
力3.5×10Pa(36kgf/cm)にて行っ
た。
【0017】得られた燃料電池セパレータはフッ素樹脂
層とSUSとの接着性が良好で剥離等がなく、体積抵抗
率が0.01Ω・cmと導電性に優れ、燃料電池セパレ
ータとして性能上問題は無かった。
【0018】
【発明の効果】上述したように、本発明の燃料電池用セ
パレータは成形性、強度、及び耐食性に優れており、長
時間の運転が可能な燃料電池用としての利用性が大き
い。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属基板の少なくとも片面に導電性フィ
    ラーを混合した樹脂層を被覆し、樹脂層の体積抵抗率が
    1.0Ω・cm以下であることを特徴とする燃料電池用
    セパレータ。
  2. 【請求項2】 前記金属基板がステンレス鋼、チタン、
    アルミニウム、銅、ニッケル、鋼から選ばれてなること
    を特徴とする請求項1記載の燃料電池用セパレータ。
  3. 【請求項3】 前記導電性フィラーが、カーボン、金属
    炭化物、金属酸化物、金属窒化物及び金属粉末から選ば
    れてなることを特徴とする請求項1記載の燃料電池用セ
    パレータ。
  4. 【請求項4】 前記樹脂層がフッ素樹脂及びフッ素ゴム
    から選ばれることを特徴とする請求項1記載の燃料電池
    セパレータ。
  5. 【請求項5】前記樹脂層の厚みが10〜300μmの範
    囲であることを特徴とする請求項1乃至4記載の燃料電
    池用セパレータ。
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