JP2002015753A - Fuel cell separator and fuel cell using the same - Google Patents

Fuel cell separator and fuel cell using the same

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JP2002015753A
JP2002015753A JP2001126361A JP2001126361A JP2002015753A JP 2002015753 A JP2002015753 A JP 2002015753A JP 2001126361 A JP2001126361 A JP 2001126361A JP 2001126361 A JP2001126361 A JP 2001126361A JP 2002015753 A JP2002015753 A JP 2002015753A
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JP
Japan
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fuel cell
separator
expanded graphite
resin
sheet
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JP2001126361A
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Japanese (ja)
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Akitsugu Tashiro
了嗣 田代
Tomonori Seki
智憲 関
Atsushi Fujita
藤田  淳
Takayuki Suzuki
孝幸 鈴木
Harufumi Hasuda
春文 蓮田
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Showa Denko Materials Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell separator that is improved in mechanical strength, electrical properties and gas non-infiltration and a fuel cell using this fuel cell separator. SOLUTION: The fuel cell separator comprises a rib section and a flat section and the flat section comprises a layer which contains expanded graphite and resin and has a density of 1.3-1.75 g/cm3, and a fuel cell using this separator is offered. It is also preferable that the rib section of the fuel cell separator is made of a layer which contains expanded graphite and resin and has a density of 1.45-1.75 g/cm3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用セパレ
ータ及び燃料電池用セパレータを用いた燃料電池に関す
る。
The present invention relates to a fuel cell separator and a fuel cell using the fuel cell separator.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は近年、化石燃料消費による地
球温暖化防止策及び省エネルギー対策の観点から非常に
注目され、国、大学の研究機関、大手企業等でも研究開
発が盛んである。燃料電池の構成部材の一つであるセパ
レータの働きは、導電性及び発生するエネルギーの原料
となる水素や天然ガス及び酸素の定量的な供給と発生す
る水の速やかな排出にあり、電池特性を左右する重要な
部材である。また、セパレータは一つの電池に数百枚使
用されるためコンパクト化が要求され、現在各社ともデ
ザインの改良、薄板化、軽量化かつ安価なセパレータの
開発に凌ぎを削っている。
2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells have attracted a great deal of attention from the viewpoint of measures against global warming and energy savings due to fossil fuel consumption, and research and development are being actively carried out at national and university research institutions and major companies. The function of the separator, one of the components of the fuel cell, is to provide a quantitative supply of hydrogen, natural gas, and oxygen, which are the raw materials for the conductivity and generated energy, and to promptly discharge the generated water. It is an important member that influences. Further, since hundreds of separators are used for one battery, downsizing is required, and at present, all companies are struggling to improve the design, to reduce the thickness, to reduce the weight, and to develop an inexpensive separator.

【0003】従来型のセパレータは、黒鉛板を流路の形
状などをプログラムした高精度の切削機で長時間にわた
り切削加工し、さらに得られたセパレータに液体樹脂な
どを真空含浸し、硬化させガスの不浸透化を図っている
のが現状である。しかし、上記の方法で得られるセパレ
ータは切削工程及び不浸透化処理に時間を要するため、
セパレータ1枚当たりの価格が非常に高く、数百枚単位
で使用される燃料電池用セパレータとしては不適当であ
る。
A conventional separator is formed by cutting a graphite plate for a long time using a high-precision cutting machine in which the shape of the flow path is programmed, and further impregnating the obtained separator with a liquid resin or the like in a vacuum and curing the gas. At present, it is trying to make it impervious. However, since the separator obtained by the above method requires time for the cutting step and the impregnation treatment,
The price per separator is very high, and is not suitable as a separator for a fuel cell used in units of several hundreds.

【0004】また、安価で正確な流路を形成できかつ燃
料電池の特性を損なわないセパレータとして、樹脂と膨
張黒鉛粉を用いた成形材料では、リブ部(凹凸流路)及
び平坦部を有するセパレータを成形した場合、リブ部と
平坦部の材料充填量が異なり平坦部の密度が低くなる問
題が生じる。その結果、密度の低い平坦部は、リブ部に
比べて機械強度や電気特性が低下する。また、低密度化
した平坦部は、リブ部に比較して使用ガスのシール性が
低下するという問題点があった。また、上記のセパレー
タの製造に際して、脱型の際のキズや欠け、製造時のト
ラブル等により、成型品の一部に低密度部分が発生する
ことがある。低密度部分は前期と同様に、成型品の機械
強度、電気特性、不浸透性が低下するという問題点があ
った。
[0004] In addition, as a separator which can form an inexpensive and accurate flow path and does not impair the characteristics of the fuel cell, a molding material using a resin and expanded graphite powder has a separator having ribs (irregular flow paths) and a flat part. In the case where is molded, there is a problem that the material filling amounts of the rib portion and the flat portion are different and the density of the flat portion is lowered. As a result, a flat portion having a low density has lower mechanical strength and electrical characteristics than a rib portion. In addition, there is a problem in that the flat portion having a reduced density has a lower sealing property for the used gas than the rib portion. Further, in the production of the separator, a low-density portion may be generated in a part of the molded product due to a flaw or chip at the time of demolding, a trouble at the time of production, or the like. As in the previous case, the low-density portion had a problem that the mechanical strength, electrical properties, and impermeability of the molded product were reduced.

【0005】また、平坦部及びリブ部以外にガスと水を
供給する穴部を設けた燃料電池用セパレータでは、穴部
周辺や角部の幅の狭い部分が電池組み付け工程で破損し
やすいという問題を有していた。
Further, in a fuel cell separator provided with holes for supplying gas and water in addition to the flat portions and the rib portions, a problem is that the narrow portions around the holes and the corners are easily damaged in the cell assembling process. Had.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、機械強度、
電気特性又はガスの不浸透性が改善された燃料電池用セ
パレータ及びこれを用いた燃料電池を提供するものであ
る。また、本発明は、機械強度、電気特性又はガス漏れ
防止のために補強された燃料電池用セパレータ及びこれ
を用いた燃料電池を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a mechanical strength,
An object of the present invention is to provide a fuel cell separator having improved electric characteristics or gas impermeability and a fuel cell using the same. The present invention also provides a fuel cell separator reinforced for mechanical strength, electrical characteristics, or prevention of gas leakage, and a fuel cell using the same.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、次のものに関
する。 1. リブ部及び平坦部を有する燃料電池用セパレータ
において、平坦部が膨張黒鉛及び樹脂を含み、密度が
1.3〜1.75g/cm3である層を有してなる燃料
電池用セパレータ。 2. リブ部が密度1.45〜1.75g/cm3であ
る膨張黒鉛及び樹脂を含む層からなる項1記載の燃料電
池用セパレータ。 3. リブ部と平坦部のそれぞれの膨張黒鉛及び樹脂を
含む層が連続している層である項1又は2記載の燃料電
池用セパレータ。 4. 膨張黒鉛が、膨張黒鉛粉である項1〜3のいずれ
かに記載の燃料電池用セパレータ。 5. 膨張黒鉛粉が、膨張黒鉛造粒粉である項4記載の
燃料電池用セパレータ。 6. 膨張黒鉛造粒粉が、膨張黒鉛シート粉砕粉である
項5記載の燃料電池用セパレータ。 7. セパレータが、リブ部及び平坦部以外に穴部を有
する項1〜6のいずれかに記載の燃料電池用セパレー
タ。 8. 項1〜7のいずれかに記載のセパレータを有して
なる燃料電池。 9. 固体高分子型である項8記載の燃料電池。
The present invention relates to the following. 1. A fuel cell separator having a rib portion and a flat portion, wherein the flat portion has a layer containing expanded graphite and a resin and having a density of 1.3 to 1.75 g / cm 3 . 2. Item 2. The fuel cell separator according to Item 1, wherein the rib portion comprises a layer containing expanded graphite having a density of 1.45 to 1.75 g / cm 3 and a resin. 3. Item 3. The fuel cell separator according to Item 1 or 2, wherein the rib portion and the flat portion are each a layer in which a layer containing expanded graphite and a resin is continuous. 4. Item 4. The fuel cell separator according to any one of Items 1 to 3, wherein the expanded graphite is an expanded graphite powder. 5. Item 5. The fuel cell separator according to Item 4, wherein the expanded graphite powder is an expanded graphite granulated powder. 6. Item 6. The fuel cell separator according to Item 5, wherein the expanded graphite granulated powder is a pulverized powder of expanded graphite sheet. 7. Item 7. The fuel cell separator according to any one of Items 1 to 6, wherein the separator has a hole in addition to the rib portion and the flat portion. 8. Item 8. A fuel cell comprising the separator according to any one of Items 1 to 7. 9. Item 9. The fuel cell according to item 8, which is a solid polymer type.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明における燃料電池用セパレ
ータにおいて、リブ部は、導電性又は通電性を有し、セ
パレータを電解質膜、燃料極及び空気極を介して重ねた
ときにガスの流路を形成するものである。また、平坦部
は、セパレータの把持部を形成し、上記の流路をガスが
通過するときにガス漏れしないように構成される。ま
た、リブ部は、セパレータを重ねたときに形成された流
路をガスが通過するときにガス漏れしないように構成さ
れる。平坦部は、セパレータを重ねたときに全体を固定
するための把持部となることが好ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In a fuel cell separator according to the present invention, a rib portion has conductivity or electrical conductivity, and a gas flow path is formed when the separator is stacked via an electrolyte membrane, a fuel electrode and an air electrode. Is formed. Further, the flat portion forms a grip portion of the separator, and is configured so that gas does not leak when the gas passes through the flow path. In addition, the rib portion is configured so that gas does not leak when gas passes through a flow path formed when the separators are stacked. The flat part is preferably a grip part for fixing the whole when the separators are stacked.

【0009】平坦部は膨張黒鉛及び樹脂を含み、膨張黒
鉛を含むことにより、密度1.3〜1.75g/cm3
とすることができ、この密度を有することにより、十分
な機密性を保つことができる。また、リブ部も同様に、
膨張黒鉛及び樹脂を含み、膨張黒鉛を含むことにより、
密度1.45〜1.75g/cm3とすることができ、
この密度を有することにより、十分な機密性を保つこと
ができる。また、セパレータは、リブ部及び平坦部以外
に穴部を有していてもよく、特に平坦部内に穴部を有し
ていることが好ましい。穴部は、セパレータを多数重ね
たときに、重ね方向に長い穴を形成するように構成さ
れ、水素ガス、酸素ガス及び冷却水の通すための穴が形
成されるように構成される。それぞれの穴は、セパレー
タのリブ部によって形成される水素ガス流路、酸素ガス
流路及び冷却水流路と連結されるように構成される。な
お、平坦部には、セパレータを重ねたときに固定用のボ
ルトを通るための穴を有していてもよい。
The flat portion contains expanded graphite and a resin, and contains expanded graphite to have a density of 1.3 to 1.75 g / cm 3.
With this density, sufficient confidentiality can be maintained. In addition, similarly, the rib part
Including expanded graphite and resin, by including expanded graphite,
A density of 1.45 to 1.75 g / cm 3 ,
With this density, sufficient confidentiality can be maintained. Further, the separator may have a hole in addition to the rib portion and the flat portion, and particularly preferably has the hole in the flat portion. The hole is configured to form a long hole in the stacking direction when a large number of separators are stacked, and to form holes for passing hydrogen gas, oxygen gas, and cooling water. Each hole is configured to be connected to a hydrogen gas flow path, an oxygen gas flow path, and a cooling water flow path formed by the rib portion of the separator. Note that the flat portion may have a hole for passing a fixing bolt when the separator is stacked.

【0010】リブ部と平坦部が、それぞれ膨張黒鉛及び
樹脂を含む層を有し、これらの層が連続している層であ
ることが好ましい。これにより、セパレータを得るため
の成形時の成形性が良好であり、セパレータに軽量性を
付与し、また、セパレータに高靱性、低弾性という好ま
しい特性を付与する。
It is preferable that each of the rib portion and the flat portion has a layer containing expanded graphite and a resin, and these layers are continuous layers. Thereby, the moldability at the time of molding for obtaining the separator is good, the separator is given light weight, and the separator is given favorable characteristics such as high toughness and low elasticity.

【0011】本発明で使用する原料としての膨張黒鉛と
しては、膨張黒鉛粉であることが好ましく、膨張黒鉛粉
は、膨張黒鉛を造粒加工して得られる膨張黒鉛造粒粉が
好ましい。膨張黒鉛造粒粉としては、膨張黒鉛シートの
粉砕粉が特に好ましい。膨張黒鉛は、原料黒鉛を、酸性
物質及び酸化剤を含む溶液中に浸漬して黒鉛層間化合物
を生成させる工程及び前記黒鉛層間化合物を加熱して黒
鉛結晶のC軸方向を膨張させて膨張黒鉛とする工程によ
り製造することができる。膨張した黒鉛が虫状形となり
方向性のない複雑に絡み合った形態となる。膨張黒鉛の
倍率は、セパレータの強度とシール性を確保するため高
い方が好ましく、特に制限はないが150〜300倍で
あることが好ましい。この膨張黒鉛を粉砕することによ
り膨張黒鉛粉とすることができるが、粉砕の前に、得ら
れた膨張黒鉛に圧力を加えシート状に圧縮成形して膨張
黒鉛シートとすることが好ましい。さらに、得られた膨
張黒鉛粉には、必要に応じて、その粉砕粉に含まれる酸
性根を低減させるための処理(高温処理など)を施す。
The expanded graphite as a raw material used in the present invention is preferably expanded graphite powder, and the expanded graphite powder is preferably expanded graphite granulated powder obtained by granulating expanded graphite. As the expanded graphite granulated powder, a pulverized powder of an expanded graphite sheet is particularly preferable. Expanded graphite is a process of immersing raw graphite in a solution containing an acidic substance and an oxidizing agent to form a graphite intercalation compound, and heating the graphite intercalation compound to expand the C-axis direction of the graphite crystal and expand graphite. It can be manufactured by the steps of: The expanded graphite becomes a worm-like shape, and has a complicated entangled shape with no directionality. The magnification of the expanded graphite is preferably higher in order to secure the strength and sealing property of the separator, and is not particularly limited, but is preferably 150 to 300 times. The expanded graphite can be made into an expanded graphite powder by pulverizing the expanded graphite. Before the pulverization, it is preferable to apply pressure to the obtained expanded graphite and compression-mold it into a sheet to obtain an expanded graphite sheet. Further, the obtained expanded graphite powder is subjected to a treatment (such as a high-temperature treatment) for reducing acidic roots contained in the pulverized powder, if necessary.

【0012】前記の原料黒鉛としては特に制限はない
が、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、熱分解黒鉛等の高度に結
晶が発達した黒鉛が好ましいものとして挙げられる。得
られる特性と経済性のバランスを考慮すると天然黒鉛が
好ましい。用いる天然黒鉛としては、特に制限はなく、
F48C(日本黒鉛(株)製、商品名)、H−50(中越
黒鉛(株)製、商品名)等の市販品を用いることができ
る。これらは、鱗片状の粉末の形態で使用することが好
ましい。
[0012] The raw material graphite is not particularly limited, but graphite having a high degree of crystal development such as natural graphite, quiche graphite and pyrolytic graphite is preferred. Natural graphite is preferred in consideration of the balance between the obtained characteristics and economy. The natural graphite used is not particularly limited.
Commercial products such as F48C (trade name, manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd.) and H-50 (trade name, manufactured by Chuetsu Graphite Co., Ltd.) can be used. These are preferably used in the form of scaly powder.

【0013】原料黒鉛の処理に用いられる酸性物質は、
一般に硫酸等の黒鉛の層間に進入して十分な膨張能力を
有する酸性根(陰イオン)を発生することができるもの
をが使用される。酸性物質の使用量については特に制限
はなく、目的とする膨張倍率で決定され、例えば、黒鉛
100重量部に対して100〜1000重量部使用する
ことが好ましい。
The acidic substance used in the processing of the raw graphite is as follows:
Generally, a material which can enter an interlayer of graphite such as sulfuric acid and generate an acidic root (anion) having a sufficient expansion ability is used. The amount of the acidic substance to be used is not particularly limited and is determined according to the desired expansion ratio. For example, it is preferable to use 100 to 1000 parts by weight based on 100 parts by weight of graphite.

【0014】また、酸性物質と共に用いられる酸化剤と
しては、過酸化水素、過塩素酸カリウム、過マンガン酸
カリウム、重クロム酸カリウム等の過酸化物、また、硝
酸等の酸化作用のある酸を用いることができ、良好な膨
張黒鉛を得やすいという観点から過酸化水素が特に好ま
しい。酸化剤として過酸化水素を用いる場合、水溶液と
して用いることが好ましく、このとき、過酸化水素の濃
度については特に制限はないが、20重量%〜40重量
%が好ましい。その使用量についても特に制限はない
が、黒鉛100重量部に対して過酸化水素水として5重
量部〜60重量部配合することが好ましい。酸性物質及
び必要に応じて使用される酸化剤は、水溶液の形態で使
用されることが好ましい。酸性物質としての硫酸は、適
宜の濃度で使用されるが、95重量%以上の濃度のもの
が好ましく、濃硫酸を使用することが特に好ましい。
Examples of the oxidizing agent used together with the acidic substance include peroxides such as hydrogen peroxide, potassium perchlorate, potassium permanganate and potassium dichromate, and acids having an oxidizing action such as nitric acid. Hydrogen peroxide is particularly preferred from the viewpoint that it can be used and it is easy to obtain good expanded graphite. When hydrogen peroxide is used as the oxidizing agent, it is preferably used as an aqueous solution. At this time, the concentration of hydrogen peroxide is not particularly limited, but is preferably 20% by weight to 40% by weight. The amount of use is not particularly limited, but it is preferable to add 5 to 60 parts by weight of hydrogen peroxide solution to 100 parts by weight of graphite. The acidic substance and the optional oxidizing agent are preferably used in the form of an aqueous solution. Sulfuric acid as an acidic substance is used at an appropriate concentration, but preferably has a concentration of 95% by weight or more, and it is particularly preferable to use concentrated sulfuric acid.

【0015】前記において、膨張黒鉛シートの製法につ
いても特に制限はないが、一般的には上記で得た膨張黒
鉛を、プレス、ロール等で圧力を加えてシート化するこ
とが好ましい。膨張黒鉛をシート化したときのシートの
厚さ及び密度については特に制限はないが、厚さが0.
5mm〜1.5mmの範囲及び密度が0.2g/cm3
1.2g/cm3の範囲のものが好ましい。密度の大き
さは、加圧量、ロールギャップ等の調整により、調整す
ることができる。また、膨張黒鉛シートの砕粉は、粗粉
砕及び微粉砕により行うことが好ましく、この後、必要
に応じて分級を行う。
In the above, there is no particular limitation on the method for producing the expanded graphite sheet, but it is generally preferable to apply pressure to the expanded graphite obtained above with a press, roll, or the like to form a sheet. There is no particular limitation on the thickness and density of the sheet when the expanded graphite is formed into a sheet.
A range of 5 mm to 1.5 mm and a density of 0.2 g / cm 3 to
Those having a range of 1.2 g / cm 3 are preferable. The magnitude of the density can be adjusted by adjusting the amount of pressure, the roll gap, and the like. Further, the crushing of the expanded graphite sheet is preferably performed by coarse pulverization and fine pulverization, and thereafter, classification is performed as necessary.

【0016】本発明において、原料としての膨張黒鉛粉
の密度については特に制限はないが、0.1〜0.4g
/cm3の範囲が好ましい。膨張黒鉛粉の密度が小さす
ぎると、樹脂との均一混合性が低下し、得られる成形体
(燃料電池用セパレータ)のシール性が低下する傾向が
あり、膨張黒鉛粉の密度が大きすぎると目的とする成形
体(燃料電池用セパレータ)の機械的強度及び導電性の
向上効果が低下する傾向がある。
In the present invention, the density of the expanded graphite powder as a raw material is not particularly limited, but is 0.1 to 0.4 g.
/ Cm 3 is preferred. If the density of the expanded graphite powder is too low, the uniform mixing property with the resin tends to decrease, and the sealing property of the obtained molded article (fuel cell separator) tends to decrease. There is a tendency that the effect of improving the mechanical strength and conductivity of the molded article (separator for fuel cells) to be used is reduced.

【0017】膨張黒鉛粉の平均粒径については特に制限
はないが、樹脂との混合性及び成形性を考慮すると、数
平均粒径で5μm〜1000μmの範囲が好ましく、2
5μm〜500μmの範囲がさらに好ましい。ここで、
数平均粒径が5μm未満の粉砕粉を使用した場合、最終
成形体、即ち燃料電池用セパレータ中に形成配向する粉
砕粉が短く、機械強度が低下する傾向があり、一方、1
000μmを越える粉砕粉を使用した場合、樹脂との混
合性が変化する傾向がある。
The average particle size of the expanded graphite powder is not particularly limited, but is preferably in the range of 5 μm to 1000 μm in terms of number average particle size in consideration of mixability with resin and moldability.
The range of 5 μm to 500 μm is more preferable. here,
When the pulverized powder having a number average particle diameter of less than 5 μm is used, the pulverized powder formed and oriented in the final molded body, that is, the fuel cell separator, is short, and the mechanical strength tends to decrease.
When a pulverized powder exceeding 000 μm is used, the mixing property with the resin tends to change.

【0018】本発明において、使用する樹脂の性状に特
に制限はないが、安全性、製造工程の短縮(低コスト)
等を考慮すると、乾式混合(無溶剤混合)が可能であ
り、かつ粒度分布が安定した熱硬化性樹脂、高耐熱性樹
脂又は熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。樹脂の使
用形態としては粉末状、粒状等が好ましい。
In the present invention, there are no particular restrictions on the properties of the resin used, but safety and shortening of the manufacturing process (low cost)
In consideration of the above, it is preferable to use a thermosetting resin, a high heat-resistant resin or a thermoplastic resin which can be dry-mixed (solvent-free mixing) and has a stable particle size distribution. The form of use of the resin is preferably powdery, granular, or the like.

【0019】また、使用する樹脂の化学構造及び種類に
制限はなく、例えば、エポキシ樹脂(硬化剤が併用され
る)、メラミン樹脂、硬化性アクリル樹脂、レゾールタ
イプ及びノボラック型の粉末状フェノール樹脂等の熱硬
化性樹脂、粉末状ポリアミド樹脂、粉末状ポリアミドイ
ミド樹脂、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂等の高耐熱性
樹脂又は熱可塑性樹脂が使用される。熱硬化性樹脂には
必要に応じて、硬化剤、硬化促進剤が併用して使用され
る。硬化剤及び硬化促進剤の使用形態は、粉末状、粒状
等が好ましい。これらの樹脂の中で、経済性、作業性、
硬化後の特性バランスが優れることから、熱硬化性樹脂
であるフェノール樹脂を用いることが特に好ましい。
The chemical structure and type of the resin used are not limited, and examples thereof include an epoxy resin (together with a curing agent), a melamine resin, a curable acrylic resin, a resol type and a novolak type powdered phenol resin, and the like. Thermosetting resin, powdered polyamide resin, powdered polyamideimide resin, phenoxy resin, acrylic resin and other high heat-resistant resins or thermoplastic resins are used. If necessary, a curing agent and a curing accelerator are used in combination with the thermosetting resin. The form of use of the curing agent and the curing accelerator is preferably in the form of powder, granules, or the like. Among these resins, economy, workability,
It is particularly preferable to use a phenol resin, which is a thermosetting resin, because the property balance after curing is excellent.

【0020】フェノール樹脂としては、粉体特性として
粒径が均一であり、またブロッキング(粉の凝集)が少
ないこと、反応時に発生ガスが少なく成形が容易である
こと、熱処理が短時間で終了する等の特長を備えたフェ
ノール樹脂が好ましく、中でも開環重合により重合する
ジヒドロベンゾオキサンジン環を含むフェノール樹脂
〔一般式(A)及び(B)に示す化学構造単位を有す
る〕を用いることが好ましい。
The phenolic resin has a uniform particle size as a powder characteristic, has a small amount of blocking (aggregation of powder), has a small amount of gas generated during the reaction, is easy to mold, and has a short heat treatment. Phenol resins having such features as above are preferable, and among them, phenol resins containing a dihydrobenzoxanthine ring polymerized by ring-opening polymerization [having the chemical structural units shown in general formulas (A) and (B)] are preferable. .

【0021】[0021]

【化1】 (式中、芳香環に結合する水素はヒドロキシル基のオル
ト位の1つを除き、炭素数1〜3のアルキル基,シクロ
ヘキシル基,フェニル基または炭素数1〜3のアルキル
基もしくはアルコキシル基で置換されたフェニル基等の
炭化水素基で置換されていてもよい)。
Embedded image (Wherein the hydrogen bonded to the aromatic ring is substituted with an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a cyclohexyl group, a phenyl group or an alkyl group or an alkoxyl group having 1 to 3 carbon atoms, except for one of the ortho positions of the hydroxyl group. May be substituted by a substituted phenyl group or other hydrocarbon group).

【0022】[0022]

【化2】 (式中、R1は、炭素数1〜3のアルキル基、シクロヘ
キシル基、フェニル基または炭素数1〜3のアルキル基
もしくはアルコキシル基で置換されたフェニル基等の炭
化水素基であり、芳香環に結合する水素は、同様の炭化
水素基で置換されていてもよい)。
Embedded image (Wherein, R 1 is a hydrocarbon group such as an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a cyclohexyl group, a phenyl group or a phenyl group substituted with an alkyl group or an alkoxyl group having 1 to 3 carbon atoms, and an aromatic ring May be substituted with a similar hydrocarbon group).

【0023】樹脂として粉末状フェノール樹脂を用いる
場合、その粒度分布に特に制限はないが、膨張黒鉛粉と
の乾式での混合性を考慮すると、数平均粒径で1μm〜
1000μmの範囲が好ましく、5μm〜500μmの
範囲がさらに好ましい。数平均粒径が1μm未満の場
合、粒子同士が凝集(ブロッキング)を起こし、作業性
が悪いばかりでなく膨張黒鉛粉との均一混合が望めなく
なる傾向があり、一方、1000μmを越える場合、前
記と同様に膨張黒鉛粉との均一混合が難しくなり、得ら
れるセパレータの密度が大きくばらつく傾向がある。
When a powdery phenol resin is used as the resin, its particle size distribution is not particularly limited. However, considering the dry mixability with the expanded graphite powder, the number average particle diameter is 1 μm to 1 μm.
A range of 1000 μm is preferable, and a range of 5 μm to 500 μm is more preferable. If the number average particle size is less than 1 μm, the particles will aggregate (block), and not only will the workability be poor, but also it will not be possible to expect uniform mixing with the expanded graphite powder. Similarly, uniform mixing with the expanded graphite powder becomes difficult, and the density of the obtained separator tends to vary greatly.

【0024】本発明で使用する膨張黒鉛粉と樹脂との混
合割合は、目標とする最終成形体である燃料電池用セパ
レータの諸特性の値を考慮して決定されるが、通常混合
比率で、膨張黒鉛粉/樹脂=95/5〜30/70(重
量比)の範囲が好ましく、90/10〜50/50(重
量比)の範囲がさらに好ましく、80/20〜60/4
0(重量比)の範囲が特に好ましい。ここで膨張黒鉛粉
と樹脂との混合比率が95/5を越える場合、機械強度
が急激に低下する傾向があり、一方、30/70未満の
場合、導電性物質である膨張黒鉛粉の添加量が少なく、
電気特性が低下する傾向がある。
The mixing ratio of the expanded graphite powder and the resin used in the present invention is determined in consideration of the values of various characteristics of the fuel cell separator as the target final molded product. Expanded graphite powder / resin = 95/5 to 30/70 (weight ratio) is preferable, 90/10 to 50/50 (weight ratio) is more preferable, and 80/20 to 60/4.
A range of 0 (weight ratio) is particularly preferred. Here, when the mixing ratio of the expanded graphite powder and the resin exceeds 95/5, the mechanical strength tends to sharply decrease. On the other hand, when the mixing ratio is less than 30/70, the amount of the expanded graphite powder which is a conductive substance is added. Less,
Electrical characteristics tend to decrease.

【0025】樹脂と膨張黒鉛粉の混合方法に特に制限は
なく、膨張黒鉛粉の微粉化を防止する点で混合時の膨張
黒鉛粉に大きな剪断力が加わらないシエイカー、Vブレ
ンダ等を使用した乾式混合方法によることが好ましい。
混合時に膨張黒鉛粉が微粉化した場合、得られる燃料電
池用セパレータの機械強度が低下する傾向がある。
There is no particular limitation on the method of mixing the resin and the expanded graphite powder, and a dry method using a shaker, a V blender, or the like that does not apply a large shearing force to the expanded graphite powder during mixing in order to prevent the expansion graphite powder from being pulverized. It is preferable to use a mixing method.
When the expanded graphite powder is pulverized during mixing, the mechanical strength of the resulting fuel cell separator tends to decrease.

【0026】また、上記混合粉は直接、成形材料粉とし
て使用できるが、本発明においては、さらなる混合性の
向上と成形時の作業性を向上させるために、混合粉を加
圧成形しシート状にしたもの(以下、「成形用シート」
という)を使用する。成形用シートの製造法に特に制限
はないが、例えば混合物投入タンク、材料を一定厚さに
するゲート調整機、一定幅に仕上げるスリッター、前記
加工材料を移送する移送装置、シート化する圧延ロール
等から構成される成形用シートの製造装置等を使用する
ことができる。平坦部に穴部を有する場合、成形用シー
トに穴部が形成されているようにすると好ましい。成形
用シートは、その強度を向上させるために成形用シート
に含まれる樹脂の硬化反応を部分的に進めるか、部分的
に(完全にではなく)熱溶融させてからセパレータの製
造に供することができる。硬化反応又は熱溶融させる方
法に制限はないが、例えば、得られた成形用シートを加
熱する方法、さらに具体的には前記の圧延ロールを加熱
装置が付属されたものとし、この圧延ロールを通すとき
に加熱する方法、得られた成形用シートを加熱オーブン
に通す方法等がある。
Although the above mixed powder can be used directly as molding material powder, in the present invention, in order to further improve the mixing property and the workability at the time of molding, the mixed powder is pressed and formed into a sheet. (Hereinafter referred to as “molding sheet”)
To use). Although there is no particular limitation on the method of manufacturing the forming sheet, for example, a mixture charging tank, a gate adjuster for making the material a certain thickness, a slitter for finishing to a certain width, a transfer device for transferring the processing material, a rolling roll for forming a sheet, and the like And an apparatus for manufacturing a sheet for molding composed of the following. When the flat portion has a hole, it is preferable that the hole is formed in the molding sheet. In order to improve the strength of the molding sheet, the curing reaction of the resin contained in the molding sheet can be partially advanced or partially (not completely) heat-fused before being used for separator production it can. Although there is no limitation on the method of curing reaction or heat melting, for example, a method of heating the obtained forming sheet, more specifically, the above-mentioned rolling roll is provided with a heating device, and this rolling roll is passed through the rolling roll. Sometimes, there is a method of heating, a method of passing the obtained molding sheet through a heating oven, and the like.

【0027】本発明においては、成形体に形成されるリ
ブ部と平坦部の密度を前記した密度を有するようにす
る。本発明で使用する成形用シートの密度、重ね枚数、
形状等については特に制限はなく、得られる成形体のリ
ブ部と平坦部の面積及び密度比率の設計値により任意に
決定される。所望のセパレータ形状が形成できる金型を
用いて成形する場合、成形用シートを成形後に所望の密
度を得るために必要枚数重ね、また、部分的にのみ必要
な枚数を重ねて成形する。
In the present invention, the density of the rib portion and the flat portion formed on the molded body is set to have the above-mentioned density. The density of the forming sheet used in the present invention, the number of stacked sheets,
The shape and the like are not particularly limited, and are arbitrarily determined by design values of the area and density ratio of the rib portion and the flat portion of the obtained molded body. In the case of molding using a mold capable of forming a desired separator shape, a necessary number of sheets for forming a molding sheet and a necessary number of sheets are formed only partially to obtain a desired density after molding.

【0028】燃料電池用セパレータを得るための成形用
シートの成形法については特に制限はないが、圧縮成形
法で成形することが好ましい。成形は、通常、所定の形
状を得るための金型を用いて行われる。成形条件として
は、好ましくは5〜50MPa(特に好ましくは10〜
40MPa)、好ましくは150〜240℃(特に好ま
しくは170〜220℃)で行うことが好ましい。成形
時間は、0.5〜15分間で十分である。成形用シート
を普通に成形すると、リブ部に比較して平坦部での密度
が低下しやすい。これを改善し、リブ部と平坦部の密度
を均一化したり、平坦部の密度を高めたりするために
は、平坦部に成形用シートを重ねて成形することが好ま
しい。本発明の燃料電池用セパレータは、リブ部と平坦
部を有し、平坦部には穴部を有していてもよいが、この
場合、成形用シートの製作時に穴部を形成しておくか、
成形体を形成後に穴部を打ち抜き加工しても形成しても
良い。また、本発明になる燃料電池用セパレータの寸法
については特に制限はなく、燃料電池の大きさにより適
宜選定する。
There is no particular limitation on the method of forming the sheet for forming the fuel cell separator, but it is preferable to form the sheet by compression molding. The molding is usually performed using a mold for obtaining a predetermined shape. The molding conditions are preferably 5 to 50 MPa (particularly preferably 10 to 50 MPa).
40 MPa), preferably at 150 to 240 ° C (particularly preferably 170 to 220 ° C). A molding time of 0.5 to 15 minutes is sufficient. When the forming sheet is formed normally, the density in the flat portion is more likely to be lower than that in the rib portion. In order to improve this and make the density of the rib portion and the flat portion uniform or to increase the density of the flat portion, it is preferable to form a sheet by overlapping a forming sheet on the flat portion. The fuel cell separator of the present invention has a rib portion and a flat portion, and the flat portion may have a hole portion. In this case, the hole portion should be formed when the forming sheet is manufactured. ,
The hole may be punched or formed after forming the molded body. The dimensions of the fuel cell separator according to the present invention are not particularly limited, and are appropriately selected according to the size of the fuel cell.

【0029】本発明のセパレータを用いた燃料電池の製
作は、公知の方法により製作することができる。燃料電
池は、本発明におけるセパレータにより、固体高分子電
解質膜等からなる電解質層及びこれを挟む二つのガス拡
散層(燃料極と空気極、カーボンペーパー等からなる)
を挟むようにして形成されるセルを必要数積層された構
造を有する。本発明におけるセパレータは、電解質の種
類によって分類されるアルカリ形、固体高分子形、リン
酸形、溶融炭酸塩形、固体酸形等の燃料電池のセパレー
タとして使用できる。セパレータ間の平坦部にガスケッ
トを重ねることができる。ガスケットの取り扱い性を改
善するためには、芯材にプリプレグ(ガラス布使用)を
使用することが好ましい。プリプレグを芯材にすること
で、セパレータとガスケットの組み付け作業性が改善で
きる。ガスケットは、燃料電池組み付けの作業性を考慮
すれば予めセパレータに接着して貼り付けておくことが
好ましい。
The fuel cell using the separator of the present invention can be manufactured by a known method. In the fuel cell, the separator according to the present invention uses the electrolyte layer made of a solid polymer electrolyte membrane and the like, and two gas diffusion layers sandwiching the electrolyte layer (made up of a fuel electrode, an air electrode, and carbon paper).
The required number of cells formed so as to sandwich them are laminated. The separator in the present invention can be used as a fuel cell separator of an alkaline type, a solid polymer type, a phosphoric acid type, a molten carbonate type, a solid acid type, etc. classified according to the type of the electrolyte. The gasket can be overlaid on the flat part between the separators. In order to improve the handleability of the gasket, it is preferable to use a prepreg (using a glass cloth) as the core material. By using the prepreg as the core material, the workability of assembling the separator and the gasket can be improved. The gasket is preferably bonded and attached to the separator in advance in consideration of the workability of assembling the fuel cell.

【0030】以下、本発明の実施例の形態を説明する。
図1は、成形用金型(上型下型兼用)を示す平面図であ
り、2個1組で使用され、片側の面に燃料電池用セパレ
ータのリブ部を形成するための突起部1が形成されてい
る。図2及び図3は、異なる形状の成形用シート2及び
3である。なお図3に示す成形用シート3の中央部(金
型の突起部1が挿入される部分)には切り欠き部4が形
成されている。また、図4は、固体高分子形燃料電池の
一例のセル構造を示す斜視図である。セル30は、固体
高分子電解質膜31、燃料極32及び空気極33から構
成される三層膜34と、それを両側から挟む燃料電池用
セパレータ35、36により構成されている。このセル
30が図4に示すように多段に積み重ねられ、集合体と
してのセルスタック37が得られる。図中には、セルが
4段重ねられているが、実際には、必要に応じて100
段以上重ねてもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is a plan view showing a molding die (also used as an upper die and a lower die), which is used as a pair and has a projection 1 for forming a rib of a fuel cell separator on one surface. Is formed. 2 and 3 show molding sheets 2 and 3 having different shapes. A notch 4 is formed at the center of the molding sheet 3 shown in FIG. 3 (the portion where the projection 1 of the mold is inserted). FIG. 4 is a perspective view showing a cell structure of an example of the polymer electrolyte fuel cell. The cell 30 is composed of a three-layer film 34 composed of a solid polymer electrolyte membrane 31, a fuel electrode 32 and an air electrode 33, and fuel cell separators 35 and 36 sandwiching the three-layer film 34 from both sides. The cells 30 are stacked in multiple stages as shown in FIG. 4 to obtain a cell stack 37 as an aggregate. In the figure, four cells are stacked, but in actuality, 100 cells may be used if necessary.
You may overlap more than a step.

【0031】[0031]

【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。 実施例1 (1)膨張黒鉛粉の製造 濃硫酸800gを3リットルのガラスビーカに入れた。
このものに天然黒鉛(固定炭素99重量%以上、中国産
#599黒鉛)400gを配合し、ガラス製の撹拌羽根
を取り付けた撹拌モータ(60min-1)で10分間撹
拌し、その後、過酸化水素水(濃度35重量%)32g
を配合し、15分間撹拌した。撹拌終了後、減圧濾過で
酸処理黒鉛と酸成分を分離し、得られた酸処理黒鉛を別
容器に移し、5リットルの水を加え、大型撹拌羽根で1
0分間撹拌して、減圧濾過で洗浄酸処理黒鉛と洗浄水を
分離した。
The present invention will be described below with reference to examples. Example 1 (1) Production of expanded graphite powder 800 g of concentrated sulfuric acid was put into a 3 liter glass beaker.
400 g of natural graphite (fixed carbon: 99% by weight or more, # 599 graphite from China) was mixed with the mixture, and the mixture was stirred for 10 minutes by a stirring motor (60 min -1 ) equipped with glass stirring blades, and then hydrogen peroxide was added. 32g of water (35% by weight)
And stirred for 15 minutes. After completion of the stirring, the acid-treated graphite and the acid component were separated by filtration under reduced pressure, the obtained acid-treated graphite was transferred to another container, and 5 liters of water was added.
After stirring for 0 minutes, the washing acid-treated graphite and the washing water were separated by vacuum filtration.

【0032】得られた洗浄酸処理黒鉛をホーロー製のバ
ットに移し均一に均し、110℃に昇温した減圧乾燥器
で1時間熱処理して水分を除去した。このものをさらに
800℃に昇温した加熱炉に5分間入れ、膨張黒鉛を得
た。冷却後、この膨張黒鉛をロールで圧延して密度が
1.0g/cm3のシートを作製した。得られたシート
を粗粉砕機(ホソカワミクロン(株)製、ロートプレッ
クス(商品名))で粉砕後、微粉砕機(奈良機械製作所
(株)製、自由粉砕機M−3(商品名))で粉砕し、数
平均粒径が150μm、嵩密度が0.19g/cm3
膨張黒鉛粉を得た。200mlガラス製メスシリンダー
に膨張黒鉛粉口一杯にまで入れ、口からこぼれないよう
にして約2cmの高さから50回、台の上でタッピング
した後の容積と重量から求めた。以下、膨張黒鉛粉の嵩
密度は、これと同様にして求めた。
The obtained washed acid-treated graphite was transferred to an enamel vat, leveled uniformly, and heat-treated for 1 hour in a vacuum drier heated to 110 ° C. to remove water. This was further placed in a heating furnace heated to 800 ° C. for 5 minutes to obtain expanded graphite. After cooling, the expanded graphite was rolled with a roll to produce a sheet having a density of 1.0 g / cm 3 . The obtained sheet is pulverized by a coarse pulverizer (Rothoplex (trade name) manufactured by Hosokawa Micron Corporation) and then finely pulverized (free pulverizer M-3 (trade name) manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.). It was pulverized to obtain an expanded graphite powder having a number average particle size of 150 μm and a bulk density of 0.19 g / cm 3 . A 200 ml glass graduated cylinder was filled up to the full mouth of the expanded graphite powder, and it was determined from the volume and weight after tapping on a table 50 times from a height of about 2 cm so as not to spill out from the mouth. Hereinafter, the bulk density of the expanded graphite powder was determined in the same manner.

【0033】(2)使用するフェノール樹脂の製造 フェノール1.9kg、ホルマリン(37重量%水溶
液)1.0kg及びしゅう酸4gを5リットルのフラス
コに仕込み、環流温度で6時間反応させた。引き続き、
内部を6666.1Pa(50mmHg)以下に減圧し
て未反応のフェノール及び水を除去し、フェノールノボ
ラック樹脂を合成した。得られた樹脂は、軟化点84℃
(環球法)、3核体〜多核体/2核体比92/18(ゲ
ルパーミエーションクロマトグラフィー法によるピーク
面積比)であった。
(2) Preparation of phenol resin to be used 1.9 kg of phenol, 1.0 kg of formalin (37% by weight aqueous solution) and 4 g of oxalic acid were charged into a 5-liter flask and reacted at a reflux temperature for 6 hours. Continued
The internal pressure was reduced to 6666.1 Pa (50 mmHg) or less to remove unreacted phenol and water, thereby synthesizing a phenol novolak resin. The obtained resin has a softening point of 84 ° C.
(Ring and ball method) The ratio of trinuclear to polynuclear / binuclear was 92/18 (peak area ratio by gel permeation chromatography).

【0034】次に、合成したフェノールノボラック樹脂
1.7kg(ヒドロキシル基16モルに相当)をアニリ
ン0.93kg(10モルに相当)と混合し、80℃で
5時間撹拌し、均一な混合溶液を調製した。次いで5リ
ットルフラスコ中に、ホルマリン1.62kgを仕込み
90℃に加熱し、さらに前記のノボラック/アニリン混
合溶液を30分かけて少しずつ添加した。添加終了後、
30分間、環流温度に保ち、しかる後に100℃で2時
間6666.1Pa(50mmHg)以下に減圧して縮
合水を除去し、反応し得るヒドロキシル基の71モル%
がジヒドロベンゾオキサジン化されたジヒドロベンゾオ
キサジン環を含む樹脂を得た。
Next, 1.7 kg of the synthesized phenol novolak resin (corresponding to 16 mol of hydroxyl groups) was mixed with 0.93 kg (corresponding to 10 mol) of aniline, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 5 hours to obtain a uniform mixed solution. Prepared. Next, 1.62 kg of formalin was charged into a 5-liter flask, heated to 90 ° C., and the above-mentioned mixed solution of novolak / aniline was added little by little over 30 minutes. After the addition,
Maintain the reflux temperature for 30 minutes, then reduce the pressure of water to 6666.1 Pa (50 mmHg) or less at 100 ° C. for 2 hours to remove the condensed water and obtain 71 mol% of the reactive hydroxyl groups.
Was obtained with a dihydrobenzoxazine-containing resin having a dihydrobenzoxazine ring.

【0035】なお、前記フェノールノボラック樹脂にお
いて反応し得るヒドロキシル基の量は、下記のようにし
て算出したものである。すなわち、前記フェノールノボ
ラック樹脂1.7kg(ヒドロキシル基16モルに相
当)をアニリン1.4(16モルに相当)、ホルマリン
2.59kgと反応させ、反応し得るヒドロキシル基の
すべてにジヒドロベンゾオキサジン環が導入された樹脂
を合成した。過剰のアニリン及びホルマリンは乾燥中に
除かれ、収量は3.34kgであった。このことから、
前記フェノールノボラック樹脂において、反応し得るヒ
ドロキシル基の量は14モル反応し、ジヒドロベンゾオ
キサジン環化したことを示している。次に、前記で合成
した樹脂を粉砕機で微粉化し、反応時発生するガスが少
ない粒径が23μmの粉末状フェノール樹脂を得た。
The amount of the hydroxyl group that can react in the phenol novolak resin is calculated as follows. That is, 1.7 kg of the phenol novolak resin (corresponding to 16 mol of hydroxyl groups) is reacted with 1.4 aniline (corresponding to 16 mol) and 2.59 kg of formalin, and a dihydrobenzoxazine ring is formed on all of the hydroxyl groups that can react. The introduced resin was synthesized. Excess aniline and formalin were removed during drying, yielding 3.34 kg. From this,
In the phenol novolak resin, the amount of hydroxyl groups capable of reacting was 14 moles, indicating that dihydrobenzoxazine was cyclized. Next, the resin synthesized as described above was pulverized with a pulverizer to obtain a powdery phenol resin having a small particle size of 23 μm and a small amount of gas generated during the reaction.

【0036】(3)成形体(燃料電池用セパレータ)の
製造 実施例1(1)で得た膨張黒鉛粉350重量部と(2)
で製造した粉末状フェノール樹脂150重量部(膨張黒
鉛シート粉砕粉/フェノール樹脂=70/30(重量
比))を、Vブレンダーに投入し、3分間ブレンドを行
い混合粉を得た。、次いで成形用シート成形機で130
kPaの圧力で成形して、密度が0.7g/cm3及び
厚さが3.2mmの成形用シート(これを成形用シート
Aという)を得た。また、上記の混合粉を用い、成形用
シート成形機で130kPaの圧力で成形して、密度が
0.7g/cm3及び厚さが1.0mmの成形用シート
(これを成形用シートBという)を得た。
(3) Production of compact (fuel cell separator) 350 parts by weight of expanded graphite powder obtained in Example 1 (1) and (2)
150 parts by weight of the powdered phenolic resin (pulverized powder of expanded graphite sheet / phenolic resin = 70/30 (weight ratio)) prepared in the above was charged into a V blender and blended for 3 minutes to obtain a mixed powder. And then 130 on a molding sheet molding machine.
Molding was performed at a pressure of kPa to obtain a molding sheet having a density of 0.7 g / cm 3 and a thickness of 3.2 mm (referred to as molding sheet A). Further, using the above mixed powder, a molding sheet having a density of 0.7 g / cm 3 and a thickness of 1.0 mm (this is referred to as molding sheet B) is formed at a pressure of 130 kPa by a molding sheet molding machine. ) Got.

【0037】次に、金型を用意した。下型を成形面
(縦、横200mm)が平坦な雌型とし、上型を図1の
突起部1を有する金型とした。ただし、上型において、
突起部の高さを1.0mm、突起部ピッチ1.0mm、
リブの幅1.0mm、リブテーパ0度とした。上記の下
型に図2に示す形状の成形用シート2(成形用シートA
を使用)を1枚載置し、さらにその上に図3に示す中央
部に切り欠き部4を有する成形用シート3(成形用シー
トBを使用)を1枚載置した後、その上部に上型の突起
部1を有する部分を下に向けてセットし、その後面圧1
50MPaの圧力をかけて10分間成形した。次いで得
られた成形体を200℃で30分間熱処理を行って燃料
電池用セパレータを得た。得られた成形体の平坦部及び
リブ部の厚さが2.0mm、リブ部の溝の深さは1.0
mmであった。
Next, a mold was prepared. The lower mold was a female mold having a flat molding surface (length and width: 200 mm), and the upper mold was a mold having the projections 1 of FIG. However, in the upper mold,
The height of the protrusion is 1.0 mm, the protrusion pitch is 1.0 mm,
The width of the rib was 1.0 mm and the rib taper was 0 degree. In the above lower mold, a molding sheet 2 having a shape shown in FIG.
3), and one sheet of molding sheet 3 (using molding sheet B) having a cutout 4 at the center shown in FIG. 3 is placed thereon, and then placed on top of it. The part having the upper projection 1 is set downward, and then the surface pressure 1
Molding was performed for 10 minutes while applying a pressure of 50 MPa. Next, the obtained molded body was subjected to a heat treatment at 200 ° C. for 30 minutes to obtain a fuel cell separator. The thickness of the flat part and the rib part of the obtained molded body is 2.0 mm, and the depth of the groove of the rib part is 1.0.
mm.

【0038】比較例1 実施例1(3)で使用した図3に示す成形用シート3を
使用しなかったこと以外は、実施例1と同様の工程を経
て燃料電池用セパレータを得た。得られた成形体の平坦
部及びリブ部の厚さが2.0mm、リブ部の溝の深さは
1.0mmであった。
Comparative Example 1 A fuel cell separator was obtained through the same steps as in Example 1 except that the molding sheet 3 shown in FIG. 3 used in Example 1 (3) was not used. The thickness of the flat part and the rib part of the obtained molded body was 2.0 mm, and the depth of the groove of the rib part was 1.0 mm.

【0039】次に、実施例1及び比較例1で得られた燃
料電池用セパレータについて、外観、リブ部及び平坦部
の密度及びガス透過性について評価した。その結果を表
1に示す。なお、外観については、成形体の表面膨れ、
キズ、成形むらを目視判定した。密度は、リブ部の中央
部及び平坦部からそれぞれ2cm角の試料を切り出し、
これの容積と重量を求めて計算した。以下においても、
同様とした。ガス透過性については、図5に示す自家製
ガスリーク試験治具を使用して治具中の50mmφの大
きさのセパレータ試験片41を透過した酸素量を水中で
置換し、酸素を注入後2分以内に発生する気泡の数を確
認した。またガス透過性を評価するのに、リブ部につい
ては、成形して得られた燃料電池用セパレータからセパ
レータ試験片を切り抜いて用いたが、平坦部においては
リブ部を形成せずに全ての面が平坦になるように(上型
として成形面が平坦な金型を用いて)別に成形した成形
体から切り出した模擬セパレータ試験片(ただし、実施
例1に対応するものとして、成形用シート3として成形
用シートBで中央部に切り欠きのないものを用い及び上
型として上記の成形面が平坦なものを用いたこと以外前
記実施例1と同様にして作成した。)を用いた。図5に
おいて41はセパレータ試験片、42は水、43は酸素
(面圧:19.6×104Pa)及び44はゴム製のパッ
キンである。なお、上記セパレータ試験片のパッキンよ
り内側の大きさは34mmφであった。
Next, the fuel cell separators obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were evaluated for appearance, density of rib portions and flat portions, and gas permeability. Table 1 shows the results. In addition, regarding the appearance, the surface swelling of the molded body,
Scratches and uneven molding were visually determined. For the density, cut out a 2 cm square sample from the center and the flat part of the rib,
The volume and weight were calculated and calculated. In the following,
Same as above. Regarding gas permeability, the amount of oxygen permeated through the 50 mmφ separator test piece 41 in the jig was replaced with water using a homemade gas leak test jig shown in FIG. 5, and within 2 minutes after oxygen was injected. The number of air bubbles generated was confirmed. In order to evaluate gas permeability, for the rib portion, a separator test piece was cut out from the separator for a fuel cell obtained by molding, and was used. Is a simulated separator test piece cut out from a separately molded body (using a mold having a flat molding surface as an upper mold) (however, as a molding sheet 3 corresponding to Example 1, Molding sheet B was prepared in the same manner as in Example 1 except that a sheet having no notch at the center portion was used, and the above-mentioned molding sheet having a flat molding surface was used. In FIG. 5, reference numeral 41 denotes a separator test piece, 42 denotes water, 43 denotes oxygen (surface pressure: 19.6 × 10 4 Pa), and 44 denotes a rubber packing. The size of the separator test piece inside the packing was 34 mmφ.

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】表1に示されるように、本発明になる実施
例1の燃料電池用セパレータは、比較例1の燃料電池用
セパレータに比較してリブ部と平坦部の密度のばらつき
が小さく、外観、ガス不透過性がよいことが明らかであ
る。
As shown in Table 1, the fuel cell separator of Example 1 according to the present invention has a smaller variation in the density of the rib portion and the flat portion than the fuel cell separator of Comparative Example 1, and It is clear that the gas impermeability is good.

【0042】実施例2 (1)膨張黒鉛シート粉砕粉 実施例1の(1)で製造したのと同じ物を使用した。Example 2 (1) Pulverized powder of expanded graphite sheet The same product as produced in (1) of Example 1 was used.

【0043】(2)使用する樹脂 成形時揮発性ガスが少なく、前記一般式(A)及び
(B)に示す化学構造単位を有する粉末フェノール樹脂
として、HR1060(日立化成工業(株)製、(商品
名)、数平均粒径:20μm)を使用した。
(2) Resin Used As a powdered phenolic resin having a small volatile gas during molding and having a chemical structural unit represented by the general formulas (A) and (B), HR1060 (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) (Trade name), number average particle size: 20 μm).

【0044】(3)成形用シートの製造 上記(1)の膨張黒鉛シート粉砕粉350重量部と上記
(2)の粉末フェノール樹脂150重量部(膨張黒鉛シ
ート粉砕粉/樹脂=70/30(重量比))を、V型ブ
レンダーに投入し3分間混合し、混合成形粉を得た。次
いで、成形用シート成形機で130kPaの圧力で成形
して、密度が0.5g/cm3及び厚さが2.3mmの
成形用シート(これを成形用シートCという)を得た。
もう一つは、実施例1の(3)と同様にして、密度が
0.50g/cm3及び厚さが0.8mmの成形用シー
ト(これを成形用シートDという)を得た。
(3) Production of molding sheet 350 parts by weight of the pulverized powder of expanded graphite sheet of (1) and 150 parts by weight of powdered phenolic resin of (2) (pulverized powder of expanded graphite sheet / resin = 70/30 (weight) Was charged into a V-type blender and mixed for 3 minutes to obtain a mixed molded powder. Subsequently, the sheet was molded at a pressure of 130 kPa by a molding sheet molding machine to obtain a molding sheet having a density of 0.5 g / cm 3 and a thickness of 2.3 mm (this is referred to as molding sheet C).
The other was a molding sheet having a density of 0.50 g / cm 3 and a thickness of 0.8 mm (referred to as molding sheet D) in the same manner as in (3) of Example 1.

【0045】(4)成形体(モデル燃料電池用セパレー
タ)の製造 実施例1と同じ金型を用意した。 下型に図2に示す形
状の成形用シート2(成形用シートCを使用)を2枚載
置し、さらにその上に図3に示す中央部に切り欠き部4
を有する成形用シート(成形用シートDを使用)を1枚
載置した後、その上部に上型の突起部1を有する部分を
下に向けてセットし、その後面圧150MPaの圧力を
かけて10分間成形した。次いで得られた成形体を20
0℃で30分間熱処理を行って燃料電池用セパレータを
得た。得られた成形体の平坦部及びリブ部の厚さが2.
0mm、リブ部の溝の深さは1.0mmであった。
(4) Production of Molded Product (Model Fuel Cell Separator) The same mold as in Example 1 was prepared. On the lower mold, two molding sheets 2 (using the molding sheet C) having the shape shown in FIG. 2 are placed, and further thereon, a notch 4 is formed at the center shown in FIG.
After placing one molding sheet (using the molding sheet D) having the above, the portion having the upper mold projection 1 is set downward on the upper part thereof, and then a surface pressure of 150 MPa is applied. Molded for 10 minutes. Next, the obtained molded body was
Heat treatment was performed at 0 ° C. for 30 minutes to obtain a fuel cell separator. The thickness of the flat part and the rib part of the obtained molded body is 2.
0 mm, and the depth of the groove of the rib portion was 1.0 mm.

【0046】比較例2 成形用シートEを使用しないこと以外は、実施例2と同
様の材料及び工程を経て燃料電池用セパレータを得た。
得られた成形体の平坦部及びリブ部の厚さが2.0m
m、リブ部の溝の深さは1.0mmであった。
Comparative Example 2 A fuel cell separator was obtained through the same materials and steps as in Example 2 except that the molding sheet E was not used.
The thickness of the flat part and the rib part of the obtained molded body is 2.0 m
m, the depth of the groove in the rib portion was 1.0 mm.

【0047】次に、実施例2及び比較例2で得られた燃
料電池用セパレータについて、外観、密度及びガス透過
性について評価した。その結果を表2に示す。これらの
評価方法は実施例1に示すとおりである。
Next, the appearance, density and gas permeability of the fuel cell separators obtained in Example 2 and Comparative Example 2 were evaluated. Table 2 shows the results. These evaluation methods are as shown in Example 1.

【0048】[0048]

【表2】 [Table 2]

【0049】表2に示されるように、実施例2及び比較
例2のセパレータは、外観はいずれも良好であったが、
密度において、リブ部は実施例2及び比較例2のセパレ
ータ共にほぼ同等であったが、平坦部は実施例3のセパ
レータに比較して比較例2のセパレータは低い値であっ
た。またガス透過性については、実施例2のセパレータ
はリブ部及び平坦部のいずれも0でシール性が良好であ
ったが、比較例2のセパレータは平坦部に気泡が発生し
た。
As shown in Table 2, the separators of Example 2 and Comparative Example 2 had good appearances,
In terms of density, the rib portions were almost the same for both the separators of Example 2 and Comparative Example 2, but the flat portions had lower values for the separator of Comparative Example 2 than for the separator of Example 3. Regarding the gas permeability, the separator of Example 2 had good sealing properties with both the rib portion and the flat portion being 0, but the separator of Comparative Example 2 generated bubbles in the flat portion.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明の燃料電池用セパレータは、電気
特性、ガスの不浸透性、寸法精度、液潤滑性、機械強度
等のセパレータ特性において問題がなく、かつ安価な燃
料電池用セパレータである。
The fuel cell separator of the present invention is an inexpensive fuel cell separator having no problem in separator characteristics such as electric characteristics, gas impermeability, dimensional accuracy, liquid lubricity, and mechanical strength. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 成形用金型(上型下型兼用)を示す平面図で
ある。
FIG. 1 is a plan view showing a molding die (also used as an upper die and a lower die).

【図2】 成形用シートの一例を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an example of a molding sheet.

【図3】 他の成形用シートの一例を示す平面図であ
る。
FIG. 3 is a plan view showing an example of another molding sheet.

【図4】 固体高分子形燃料電池の一例のセル構造を示
す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a cell structure of an example of a polymer electrolyte fuel cell.

【図5】 ガス透過性を調べるためのガスリーク試験治
具の断面図である。
FIG. 5 is a sectional view of a gas leak test jig for examining gas permeability.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 突起部 2 成形用シート 3 成形用シート 4 切り欠き部 30 セル 31 固体高分子電
解質膜 32 燃料極 33 空気極 34 三層膜 35、36 燃料電池用セ
パレータ 37 セルスタック 41 セパレータ試
験片 42 水 43 酸素 44 パッキン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Protrusion part 2 Molding sheet 3 Molding sheet 4 Notch part 30 Cell 31 Solid polymer electrolyte membrane 32 Fuel electrode 33 Air electrode 34 Three-layer film 35, 36 Fuel cell separator 37 Cell stack 41 Separator test piece 42 Water 43 Oxygen 44 packing

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 孝幸 茨城県日立市鮎川町三丁目3番1号 日立 化成工業株式会社山崎事業所内 (72)発明者 蓮田 春文 茨城県日立市鮎川町三丁目3番1号 日立 化成工業株式会社山崎事業所内 Fターム(参考) 4J002 AA001 CC031 CC101 CC181 CH081 CL001 CM041 DA026 FD206 GQ00 5H026 AA06 CC03 CC08 CX05 EE06 EE19 HH05  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Takayuki Suzuki, Inventor 3-3-1 Ayukawacho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture, Hitachi Chemical Co., Ltd. Yamazaki Office (72) Inventor Harubun Hasuda, Harufumi Ayukawacho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 3-1 Hitachi Chemical Co., Ltd. Yamazaki Plant F-term (reference) 4J002 AA001 CC031 CC101 CC181 CH081 CL001 CM041 DA026 FD206 GQ00 5H026 AA06 CC03 CC08 CX05 EE06 EE19 HH05

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リブ部及び平坦部を有する燃料電池用セ
パレータにおいて、平坦部が膨張黒鉛及び樹脂を含み、
密度が1.3〜1.75g/cm3である層を有してな
る燃料電池用セパレータ。
1. A fuel cell separator having a rib portion and a flat portion, wherein the flat portion contains expanded graphite and a resin,
A fuel cell separator having a layer having a density of 1.3 to 1.75 g / cm 3 .
【請求項2】 リブ部が密度1.45〜1.75g/c
3である膨張黒鉛及び樹脂を含む層からなる請求項1
記載の燃料電池用セパレータ。
2. The rib portion has a density of 1.45 to 1.75 g / c.
2. A layer comprising a resin containing expanded graphite having a particle size of m 3 and a resin.
The separator for a fuel cell according to the above.
【請求項3】 リブ部と平坦部のそれぞれの膨張黒鉛及
び樹脂を含む層が連続している層である請求項1又は2
記載の燃料電池用セパレータ。
3. A layer in which a layer containing expanded graphite and a resin in each of a rib portion and a flat portion is a continuous layer.
The separator for a fuel cell according to the above.
【請求項4】 膨張黒鉛が、膨張黒鉛粉である請求項1
〜3のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
4. The expanded graphite is an expanded graphite powder.
4. The fuel cell separator according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】 膨張黒鉛粉が、膨張黒鉛造粒粉である請
求項4記載の燃料電池用セパレータ。
5. The fuel cell separator according to claim 4, wherein the expanded graphite powder is an expanded graphite granulated powder.
【請求項6】 膨張黒鉛造粒粉が、膨張黒鉛シート粉砕
粉である請求項5記載の燃料電池用セパレータ。
6. The fuel cell separator according to claim 5, wherein the expanded graphite granulated powder is an expanded graphite sheet pulverized powder.
【請求項7】 セパレータが、リブ部及び平坦部以外に
穴部を有する請求項1〜6のいずれかに記載の燃料電池
用セパレータ。
7. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the separator has a hole in addition to the rib and the flat portion.
【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載のセパレ
ータを有してなる燃料電池。
8. A fuel cell comprising the separator according to claim 1.
【請求項9】 固体高分子型である請求項8記載の燃料
電池。
9. The fuel cell according to claim 8, which is of a solid polymer type.
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