JP2002075394A - 燃料電池用セパレータ部材 - Google Patents
燃料電池用セパレータ部材Info
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- JP2002075394A JP2002075394A JP2000267447A JP2000267447A JP2002075394A JP 2002075394 A JP2002075394 A JP 2002075394A JP 2000267447 A JP2000267447 A JP 2000267447A JP 2000267447 A JP2000267447 A JP 2000267447A JP 2002075394 A JP2002075394 A JP 2002075394A
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- 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
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- Cell Separators (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 導電性、ガス不透過性、強度等が優れる燃料
電池用のセパレータを提供する。また、この電気比抵抗
の低いセパレータは焼成等の熱処理なしに得ることが可
能である。 【解決手段】 黒鉛粉と熱硬化性樹脂との配合割合を、
熱樹脂硬化樹脂に対し黒鉛粉を５〜１５倍重量とし、混
練、成形硬化して得られた燃料電池用セパレータ部材で
あり、嵩密度が１．９０ｇ/cm3以上、カーボンペーパー
を含む面積抵抗（面圧０．５MPa）が４０ｍΩcm2以下で
あり、曲げ強度が３０MPa以上、気体透過率が１×１０
-14ｃｍ2以下である燃料電池用セパレータ部材。
電池用のセパレータを提供する。また、この電気比抵抗
の低いセパレータは焼成等の熱処理なしに得ることが可
能である。 【解決手段】 黒鉛粉と熱硬化性樹脂との配合割合を、
熱樹脂硬化樹脂に対し黒鉛粉を５〜１５倍重量とし、混
練、成形硬化して得られた燃料電池用セパレータ部材で
あり、嵩密度が１．９０ｇ/cm3以上、カーボンペーパー
を含む面積抵抗（面圧０．５MPa）が４０ｍΩcm2以下で
あり、曲げ強度が３０MPa以上、気体透過率が１×１０
-14ｃｍ2以下である燃料電池用セパレータ部材。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用のセパ
レータ部材に関するものである。
レータ部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車搭載用途等に利用される燃料電池
が注目されている。この燃料電池は、化学エネルギーを
熱エネルギーに変換することなく直接電気エネルギーと
して利用するものであり、通常、水素及び酸素の反応に
よって電気を取出す電池をいう。こうした燃料電池に
は、リン酸型燃料電池、固体電解質型燃料電池及び固体
高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）等いくつかの方式のもの
があるが、その中で固体高分子型燃料電池、リン酸型燃
料電池では導電性成形品であるセパレータが使用されて
いる。セパレータは、電極等と共に単位セルを構成し、
該単位セルを積層して使用されるものであって、ガス
（水素・酸素）を隔離する一方で導電性を必要とする。
そのため、１０×１０-2Ωｃｍ以下の高い電気導電性が
要求される他、気体透過率が低いこと、さらには耐酸化
性、耐加水分解性、耐熱水性などが要求される。
が注目されている。この燃料電池は、化学エネルギーを
熱エネルギーに変換することなく直接電気エネルギーと
して利用するものであり、通常、水素及び酸素の反応に
よって電気を取出す電池をいう。こうした燃料電池に
は、リン酸型燃料電池、固体電解質型燃料電池及び固体
高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）等いくつかの方式のもの
があるが、その中で固体高分子型燃料電池、リン酸型燃
料電池では導電性成形品であるセパレータが使用されて
いる。セパレータは、電極等と共に単位セルを構成し、
該単位セルを積層して使用されるものであって、ガス
（水素・酸素）を隔離する一方で導電性を必要とする。
そのため、１０×１０-2Ωｃｍ以下の高い電気導電性が
要求される他、気体透過率が低いこと、さらには耐酸化
性、耐加水分解性、耐熱水性などが要求される。
【０００３】特開平４−２１４０７２号公報では、緻密
で機械的な強度が大きく、導電性に優れた燃料電池用セ
パレータとして適した炭素材を得るため、バインダーと
複数の粒度を有する炭素質紛粒体とからなる黒鉛化炭素
材を提案している。しかし、この方法は成形後、黒鉛化
処理する必要がある。特開平８−３１２３１号公報で
は、空隙率が５％以下、成形体のXY方向の体積固有抵抗
とZ方向の体積固有抵抗の比の値が２以下の燃料電池用
セパレータとして適した炭素材を得るため、熱硬化樹脂
とケッチェンブラック、真球状黒鉛粒子を配合した炭素
材を提案している。また、特開平１１−１９５４２２号
公報では、バインダーの量を減らして、導電性を向上さ
せるため、カーボン材料に少量のバインダーを配合して
加圧成形し、その後含浸剤を含浸させる方法が提案され
ている。更に、特開平１１−２９７３３８号公報では、
電極部との接触抵抗が低い燃料電池用セパレータを得る
ため、表面粗さを一定範囲とした燃料電池用セパレータ
を提案している。また、特開平２０００−４０５１７号
公報では、異方性の少ない燃料電池用セパレータ部材を
得るため、人造黒鉛と天然黒鉛を併用することを提案し
ている。特開平２０００−２１４２１号公報では、ガス
不透過性、熱伝導性、導電性等のバランスがとれた燃料
電池用セパレータ部材を得るため、特定の黒鉛紛末を使
用することを提案している。しかしながら、燃料電池用
セパレータとしての特性がより優れ、且つ、バランスの
優れた燃料電池用セパレータ部材が望まれている。
で機械的な強度が大きく、導電性に優れた燃料電池用セ
パレータとして適した炭素材を得るため、バインダーと
複数の粒度を有する炭素質紛粒体とからなる黒鉛化炭素
材を提案している。しかし、この方法は成形後、黒鉛化
処理する必要がある。特開平８−３１２３１号公報で
は、空隙率が５％以下、成形体のXY方向の体積固有抵抗
とZ方向の体積固有抵抗の比の値が２以下の燃料電池用
セパレータとして適した炭素材を得るため、熱硬化樹脂
とケッチェンブラック、真球状黒鉛粒子を配合した炭素
材を提案している。また、特開平１１−１９５４２２号
公報では、バインダーの量を減らして、導電性を向上さ
せるため、カーボン材料に少量のバインダーを配合して
加圧成形し、その後含浸剤を含浸させる方法が提案され
ている。更に、特開平１１−２９７３３８号公報では、
電極部との接触抵抗が低い燃料電池用セパレータを得る
ため、表面粗さを一定範囲とした燃料電池用セパレータ
を提案している。また、特開平２０００−４０５１７号
公報では、異方性の少ない燃料電池用セパレータ部材を
得るため、人造黒鉛と天然黒鉛を併用することを提案し
ている。特開平２０００−２１４２１号公報では、ガス
不透過性、熱伝導性、導電性等のバランスがとれた燃料
電池用セパレータ部材を得るため、特定の黒鉛紛末を使
用することを提案している。しかしながら、燃料電池用
セパレータとしての特性がより優れ、且つ、バランスの
優れた燃料電池用セパレータ部材が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、成形
性が優れ、ガス不透過性が優れ、機械的強度が優れ、緻
密で導電性に優れた燃料電池用のセパレータ部材を提供
することにある。
性が優れ、ガス不透過性が優れ、機械的強度が優れ、緻
密で導電性に優れた燃料電池用のセパレータ部材を提供
することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】黒鉛粉と熱硬化性樹脂と
の配合割合を、熱樹脂硬化樹脂に対し黒鉛粉を５〜１５
倍重量とし混練、成形硬化して得られた嵩密度が１．９
０ｇ/cm3以上、カーボンペーパーを含む面積抵抗（面圧
０．５MPa）が４０ｍΩcm2以下であることを特徴とする
燃料電池用セパレータ部材である。また、本発明は曲げ
強度が３０MPa以上、気体透過率が１×１０-14ｃｍ以下
である前記の燃料電池用セパレータ部材である。
の配合割合を、熱樹脂硬化樹脂に対し黒鉛粉を５〜１５
倍重量とし混練、成形硬化して得られた嵩密度が１．９
０ｇ/cm3以上、カーボンペーパーを含む面積抵抗（面圧
０．５MPa）が４０ｍΩcm2以下であることを特徴とする
燃料電池用セパレータ部材である。また、本発明は曲げ
強度が３０MPa以上、気体透過率が１×１０-14ｃｍ以下
である前記の燃料電池用セパレータ部材である。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
燃料電池用セパレータは、単位セルを複数積層して構成
する燃料電池において、隣接する単位セル間に設けら
れ、電極との間で燃料ガス流路、酸化ガス流路を形成
し、燃料ガスと酸化ガスとを隔てる作用を有するもので
あり、ガス流路用の溝等が形成されている。本発明の燃
料電池用セパレータ部材は、この燃料電池用セパレータ
の全部又は主要部となる部材であり、黒鉛紛と熱硬化樹
脂とが所定の形状に成形、硬化されており、そのまま、
又は必要により溝加工、穴あけ加工等がなされて燃料電
池用セパレータとされる。
燃料電池用セパレータは、単位セルを複数積層して構成
する燃料電池において、隣接する単位セル間に設けら
れ、電極との間で燃料ガス流路、酸化ガス流路を形成
し、燃料ガスと酸化ガスとを隔てる作用を有するもので
あり、ガス流路用の溝等が形成されている。本発明の燃
料電池用セパレータ部材は、この燃料電池用セパレータ
の全部又は主要部となる部材であり、黒鉛紛と熱硬化樹
脂とが所定の形状に成形、硬化されており、そのまま、
又は必要により溝加工、穴あけ加工等がなされて燃料電
池用セパレータとされる。
【０００７】本発明の燃料電池用セパレータ部材は、例
えば、黒鉛紛と熱硬化樹脂とを、重量比で５〜１５：１
の割合で混合し、これを粉砕したのち、プレス成形、硬
化して製造することができる。黒鉛紛と熱硬化樹脂の比
が１５より大きいと、密度が十分に上がらず、ガスの不
透過性が低下する。また、これが５より小さいと、導電
性が低下し、面積抵抗が十分に下がらない。
えば、黒鉛紛と熱硬化樹脂とを、重量比で５〜１５：１
の割合で混合し、これを粉砕したのち、プレス成形、硬
化して製造することができる。黒鉛紛と熱硬化樹脂の比
が１５より大きいと、密度が十分に上がらず、ガスの不
透過性が低下する。また、これが５より小さいと、導電
性が低下し、面積抵抗が十分に下がらない。
【０００８】使用する黒鉛粉は高い導電性を示すもので
あれば制限はないが、例えば、メソカーボンマイクロビ
ーズなどの炭素質を黒鉛化したもの、石炭系コークスや
石油系コークスを黒鉛化したもの、黒鉛電極や等方性黒
鉛のような特殊炭素材料、天然黒鉛やキッシュ黒鉛等が
使用される他、黒鉛電極の加工粉等も使用される。
あれば制限はないが、例えば、メソカーボンマイクロビ
ーズなどの炭素質を黒鉛化したもの、石炭系コークスや
石油系コークスを黒鉛化したもの、黒鉛電極や等方性黒
鉛のような特殊炭素材料、天然黒鉛やキッシュ黒鉛等が
使用される他、黒鉛電極の加工粉等も使用される。
【０００９】嵩密度を上げるためには、少なくとも２種
類の粒度分布を有する黒鉛粉を使用することが好まし
く、平均粒径５０〜３００μｍ、好ましくは平均粒径８
０〜１５０μｍの黒鉛粉Aと平均粒径５０μｍ未満、好
ましくは平均粒径１〜２０μｍの黒鉛粉Bを使用し、黒
鉛粉Aと黒鉛粉Bの割合は、重量比で６０：４０〜９０：
１０、好ましくは７０：３０〜８０：２０の範囲であ
る。更に、嵩密度を上げるためには、黒鉛粉の種類を選
択することも有効であり、等方性黒鉛紛とキッシュ黒鉛
の組合せが優れる。この場合、等方性黒鉛紛を前記平均
粒径の黒鉛粉Aとし、キッシュ黒鉛を前記平均粒径の黒
鉛粉Bとすることがよい。等方性黒鉛紛は、公知のCIP成
形、HIP成形等の成形加工により得られる成形品を黒鉛
化し、粉砕して使用する。
類の粒度分布を有する黒鉛粉を使用することが好まし
く、平均粒径５０〜３００μｍ、好ましくは平均粒径８
０〜１５０μｍの黒鉛粉Aと平均粒径５０μｍ未満、好
ましくは平均粒径１〜２０μｍの黒鉛粉Bを使用し、黒
鉛粉Aと黒鉛粉Bの割合は、重量比で６０：４０〜９０：
１０、好ましくは７０：３０〜８０：２０の範囲であ
る。更に、嵩密度を上げるためには、黒鉛粉の種類を選
択することも有効であり、等方性黒鉛紛とキッシュ黒鉛
の組合せが優れる。この場合、等方性黒鉛紛を前記平均
粒径の黒鉛粉Aとし、キッシュ黒鉛を前記平均粒径の黒
鉛粉Bとすることがよい。等方性黒鉛紛は、公知のCIP成
形、HIP成形等の成形加工により得られる成形品を黒鉛
化し、粉砕して使用する。
【００１０】本発明で使用する熱硬化性樹脂は、耐熱性
で、混練可能な程度に低粘度である熱硬化性の樹脂であ
れば特に制限はなく、例えばフェノール樹脂、フルフリ
ルアルコール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン
樹脂等の樹脂を使用することができる。好ましくは、エ
ポキシ樹脂であり、これはノボラック樹脂等の多価フェ
ノール系硬化剤と共に使用される。なお、熱硬化性樹脂
は硬化剤や硬化促進剤等を使用することがあるが、硬化
した際、これらが熱硬化性樹脂と反応して樹脂の一部と
なることが多いので、原則として、これらも樹脂として
計算する。また、黒鉛粉と熱硬化性樹脂の他に、上記し
たような硬化剤、硬化促進剤や離型剤、他の導電性フィ
ラー等を本発明の効果を妨げない範囲で配合することも
できる。
で、混練可能な程度に低粘度である熱硬化性の樹脂であ
れば特に制限はなく、例えばフェノール樹脂、フルフリ
ルアルコール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン
樹脂等の樹脂を使用することができる。好ましくは、エ
ポキシ樹脂であり、これはノボラック樹脂等の多価フェ
ノール系硬化剤と共に使用される。なお、熱硬化性樹脂
は硬化剤や硬化促進剤等を使用することがあるが、硬化
した際、これらが熱硬化性樹脂と反応して樹脂の一部と
なることが多いので、原則として、これらも樹脂として
計算する。また、黒鉛粉と熱硬化性樹脂の他に、上記し
たような硬化剤、硬化促進剤や離型剤、他の導電性フィ
ラー等を本発明の効果を妨げない範囲で配合することも
できる。
【００１１】黒鉛紛に熱硬化樹脂を配合した組成物は、
混練等により混合したのち、粉砕することが好ましく、
粉砕物の平均粒径は５０μｍ以下、好ましくは２０〜４
０μｍとすることが有利である。５０μｍ以上であると
成形体の電気比抵抗が十分に低下せず、また粒径を小さ
くしすぎると粉砕費用が増大するだけでなく、逆に電気
比抵抗が高くなる傾向がある。
混練等により混合したのち、粉砕することが好ましく、
粉砕物の平均粒径は５０μｍ以下、好ましくは２０〜４
０μｍとすることが有利である。５０μｍ以上であると
成形体の電気比抵抗が十分に低下せず、また粒径を小さ
くしすぎると粉砕費用が増大するだけでなく、逆に電気
比抵抗が高くなる傾向がある。
【００１２】粉砕後、プレス成形等により成形するが、
プレス成形に限定されない。例えば、金型による加熱型
のプレス成形機などを使用して成形する。この際、成形
と同時に熱硬化性樹脂を硬化するために、１００〜３５
０℃、好ましくは１５０〜２００℃程度に保持すること
により行うことがよい。温度は使用する熱硬化樹脂の硬
化温度以上、炭化温度未満の条件とする。成形圧力は面
方向の電気比抵抗を下げ、嵩密度を高くするためには高
いほうが好ましいが、圧力を高くすると設備費用が増大
するため、２０〜１０００Ｋｇ／ｃｍ2程度、好ましく
は１００〜５００Ｋｇ／ｃｍ2程度が適当である。ま
た、本発明の燃料電池用セパレータ部材の形状は、成形
の際、所定の燃料電池用セパレータの形状とし、しかも
所定の溝等を同時に設ければ、それをそのまま又は簡単
な加工のみで燃料電池用セパレータとすることができ、
有利である。
プレス成形に限定されない。例えば、金型による加熱型
のプレス成形機などを使用して成形する。この際、成形
と同時に熱硬化性樹脂を硬化するために、１００〜３５
０℃、好ましくは１５０〜２００℃程度に保持すること
により行うことがよい。温度は使用する熱硬化樹脂の硬
化温度以上、炭化温度未満の条件とする。成形圧力は面
方向の電気比抵抗を下げ、嵩密度を高くするためには高
いほうが好ましいが、圧力を高くすると設備費用が増大
するため、２０〜１０００Ｋｇ／ｃｍ2程度、好ましく
は１００〜５００Ｋｇ／ｃｍ2程度が適当である。ま
た、本発明の燃料電池用セパレータ部材の形状は、成形
の際、所定の燃料電池用セパレータの形状とし、しかも
所定の溝等を同時に設ければ、それをそのまま又は簡単
な加工のみで燃料電池用セパレータとすることができ、
有利である。
【００１３】本発明の燃料電池用セパレータ部材は、嵩
密度が１．９０ｇ/cm3以上、好ましくは１．９５ｇ/cm3
以上である必要があり、１．９０ｇ/cm3未満では、ガス
不透過性が劣るだけでなく、機械的強度も劣る。また、
カーボンペーパーを含んだ面積抵抗（面圧０．５MPa）
が４０ｍΩcm2以下である必要があり、４０ｍΩcm2を超
えるものは、燃料電池としたときの効率が低下する。こ
の面積抵抗は、使用する黒鉛の種類を結晶度の高いもの
としたり、熱硬化樹脂の配合量を少なくすることにより
低くすることが可能であり、また成形圧力等によっても
変化しうる。なお、面積抵抗は、後記する実施例に記載
した測定法に従うものとする。
密度が１．９０ｇ/cm3以上、好ましくは１．９５ｇ/cm3
以上である必要があり、１．９０ｇ/cm3未満では、ガス
不透過性が劣るだけでなく、機械的強度も劣る。また、
カーボンペーパーを含んだ面積抵抗（面圧０．５MPa）
が４０ｍΩcm2以下である必要があり、４０ｍΩcm2を超
えるものは、燃料電池としたときの効率が低下する。こ
の面積抵抗は、使用する黒鉛の種類を結晶度の高いもの
としたり、熱硬化樹脂の配合量を少なくすることにより
低くすることが可能であり、また成形圧力等によっても
変化しうる。なお、面積抵抗は、後記する実施例に記載
した測定法に従うものとする。
【００１４】更に、本発明の燃料電池用セパレータ材料
は、曲げ強度が３０MPa以上、気体透過率が１×１０-14
ｃｍ2以下のいずれか１又は２以上の特性を有すること
が望ましい。曲げ強度が３０Mpa以下であると、セパレ
ーターは振動や衝撃で壊れてしまう可能性が高く、気体
透過率が１×１０-14ｃｍ2より大きくなると燃料として
の水素と酸素が混じることがあり発電効率を損なう。本
発明の燃料電池用セパレータ材料は、緻密で機械的強度
が高く、導電性に優れ、異方性が少なく、気体透過率が
小さいので、これを燃料電池に使用したとき、効率の高
い、寿命の長い燃料電池とすることができる。また、金
型に溝を加工したプレス成形等の成形加工をするだけで
得ることができるため、これまでのような黒鉛材料の加
工等が不要となる。
は、曲げ強度が３０MPa以上、気体透過率が１×１０-14
ｃｍ2以下のいずれか１又は２以上の特性を有すること
が望ましい。曲げ強度が３０Mpa以下であると、セパレ
ーターは振動や衝撃で壊れてしまう可能性が高く、気体
透過率が１×１０-14ｃｍ2より大きくなると燃料として
の水素と酸素が混じることがあり発電効率を損なう。本
発明の燃料電池用セパレータ材料は、緻密で機械的強度
が高く、導電性に優れ、異方性が少なく、気体透過率が
小さいので、これを燃料電池に使用したとき、効率の高
い、寿命の長い燃料電池とすることができる。また、金
型に溝を加工したプレス成形等の成形加工をするだけで
得ることができるため、これまでのような黒鉛材料の加
工等が不要となる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例に基づいて本発明を詳
細に説明する。 実施例１ 平均粒径１１０μｍのCIP成形で得られた等方性人造黒
鉛粉５０重量部と平均粒径１０μｍのキッシュ黒鉛粉５
０重量部を混合した黒鉛粉合計１００重量部に、エポキ
シ樹脂、硬化剤及び硬化促進剤からなる熱硬化性樹脂類
を表１に示す量で（黒鉛粉量/熱硬化性樹脂量＝３〜
９）配合した。ここで、熱硬化性樹脂類は、エポキシ樹
脂としてテトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂
（新日鐵化学株式会社製、商品名YSLV-80XY）２重量
部、硬化剤としてフェノールノボラック（荒川化学工業
社製タマノル７５８）１重量部及び硬化促進剤としてト
リフェニルホスフィン（北興化学工業社製）０．０３重
量部の割合で配合したものである。これを、１００℃に
加熱したロールで混練した。得られた混練物を粉砕機で
微粉砕した。得られた粉砕物を金型に入れ、温度１７５
℃、圧力３５０kg/cm2の条件で２０分間成形し、脱型し
た。物性値を表１に示す。なお、面積抵抗の測定及び気
体透過率の測定は、後記に記載の方法に従った。
細に説明する。 実施例１ 平均粒径１１０μｍのCIP成形で得られた等方性人造黒
鉛粉５０重量部と平均粒径１０μｍのキッシュ黒鉛粉５
０重量部を混合した黒鉛粉合計１００重量部に、エポキ
シ樹脂、硬化剤及び硬化促進剤からなる熱硬化性樹脂類
を表１に示す量で（黒鉛粉量/熱硬化性樹脂量＝３〜
９）配合した。ここで、熱硬化性樹脂類は、エポキシ樹
脂としてテトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂
（新日鐵化学株式会社製、商品名YSLV-80XY）２重量
部、硬化剤としてフェノールノボラック（荒川化学工業
社製タマノル７５８）１重量部及び硬化促進剤としてト
リフェニルホスフィン（北興化学工業社製）０．０３重
量部の割合で配合したものである。これを、１００℃に
加熱したロールで混練した。得られた混練物を粉砕機で
微粉砕した。得られた粉砕物を金型に入れ、温度１７５
℃、圧力３５０kg/cm2の条件で２０分間成形し、脱型し
た。物性値を表１に示す。なお、面積抵抗の測定及び気
体透過率の測定は、後記に記載の方法に従った。
【００１６】
【表１】
【００１７】実施例２ 平均粒径１１０μｍのCIP成形で得られた等方性人造黒
鉛粉７５重量部と平均粒径１０μｍのキッシュ黒鉛粉２
５重量部を混合した黒鉛粉合計１００重量部に、エポキ
シ樹脂、硬化剤及び硬化促進剤からなる熱硬化性樹脂類
を表２に示す量で（黒鉛粉量/熱硬化性樹脂量＝１１〜
１７）配合した。ここで、熱硬化性樹脂類は、エポキシ
樹脂としてビスフェノールF型エポキシ樹脂（東都化成
株式会社製、商品名エポトートＹＤＦ−８１７０Ｃ）２
重量部、硬化剤としてフェノールノボラック（荒川化学
工業社製タマノル７５８）１重量部及び硬化促進剤とし
てトリフェニルホスフィン（北興化学工業社製）０．０
３重量部の割合で配合したものである。これを、１００
℃に加熱したロールで混練した。得られた混練物を粉砕
機で微粉砕した。得られた粉砕物を金型に入れ、温度１
７５℃、圧力３５０kg/cm2の条件で２０分間成形し、脱
型した。表２に物性値を示す。
鉛粉７５重量部と平均粒径１０μｍのキッシュ黒鉛粉２
５重量部を混合した黒鉛粉合計１００重量部に、エポキ
シ樹脂、硬化剤及び硬化促進剤からなる熱硬化性樹脂類
を表２に示す量で（黒鉛粉量/熱硬化性樹脂量＝１１〜
１７）配合した。ここで、熱硬化性樹脂類は、エポキシ
樹脂としてビスフェノールF型エポキシ樹脂（東都化成
株式会社製、商品名エポトートＹＤＦ−８１７０Ｃ）２
重量部、硬化剤としてフェノールノボラック（荒川化学
工業社製タマノル７５８）１重量部及び硬化促進剤とし
てトリフェニルホスフィン（北興化学工業社製）０．０
３重量部の割合で配合したものである。これを、１００
℃に加熱したロールで混練した。得られた混練物を粉砕
機で微粉砕した。得られた粉砕物を金型に入れ、温度１
７５℃、圧力３５０kg/cm2の条件で２０分間成形し、脱
型した。表２に物性値を示す。
【００１８】
【表２】
【００１９】成形体の面積抵抗、気体透過率の測定方法
は、次のとおり。 ＜ 面積抵抗（ｍΩｃｍ2） ＞図１は面積抵抗の測定
方法を説明するための概念図であり、厚さ３mmの試料
（セパレータ部材）１の上下にカーボンペーパー２を配
置し、更にその上下に銅板３を配置し、上下方向に面圧
０．５MPaの圧力をかける。２枚のカーボンペーパー２
間の電圧を電圧計４で読むと同時に、２枚の銅板３間の
電流を電流計５で読んで抵抗（平均値）を計算する。な
お、使用したカーボンペーパーは、東レ社製のＴＧＰ−
Ｈ−Ｍシリーズ（０９０Ｍ：厚さ０．２８mm、１２０
Ｍ：厚さ０．３８mm）である。
は、次のとおり。 ＜ 面積抵抗（ｍΩｃｍ2） ＞図１は面積抵抗の測定
方法を説明するための概念図であり、厚さ３mmの試料
（セパレータ部材）１の上下にカーボンペーパー２を配
置し、更にその上下に銅板３を配置し、上下方向に面圧
０．５MPaの圧力をかける。２枚のカーボンペーパー２
間の電圧を電圧計４で読むと同時に、２枚の銅板３間の
電流を電流計５で読んで抵抗（平均値）を計算する。な
お、使用したカーボンペーパーは、東レ社製のＴＧＰ−
Ｈ−Ｍシリーズ（０９０Ｍ：厚さ０．２８mm、１２０
Ｍ：厚さ０．３８mm）である。
【００２０】＜ 気体透過率 ＞気体透過率は、Darcy
の法則に基づいて計算した。実際の測定は、３２ｍｍφ
で厚み２ｍｍの各セパレータサンプルを用い、密閉容器
内に配置し、窒素ガスを用い、圧力１０kg/cm2をかけた
ときに、セパレーターを通過する窒素ガスの流量を測定
して次の計算式から求めた。 気体透過率K(cm2)=Q・μ・ｌ／(△P・ｇc・Ａ) （但し、Qは流量（cm3/sec）、Aはセパレーター面積（c
m2）、ｌは厚み (cm)、μは気体の粘度(g/ cm・sec)、△
Pは圧力差（g/cm2）及びｇcは重力換算係数である）
の法則に基づいて計算した。実際の測定は、３２ｍｍφ
で厚み２ｍｍの各セパレータサンプルを用い、密閉容器
内に配置し、窒素ガスを用い、圧力１０kg/cm2をかけた
ときに、セパレーターを通過する窒素ガスの流量を測定
して次の計算式から求めた。 気体透過率K(cm2)=Q・μ・ｌ／(△P・ｇc・Ａ) （但し、Qは流量（cm3/sec）、Aはセパレーター面積（c
m2）、ｌは厚み (cm)、μは気体の粘度(g/ cm・sec)、△
Pは圧力差（g/cm2）及びｇcは重力換算係数である）
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、電気比抵抗の低い導電
性樹脂成形品が焼成等の熱処理なしに得られるので、低
コスト化を行なえる効果がある。また、導電性、ガス不
透過性、強度等が優れるので、燃料電池用のセパレータ
としての価値が高い。
性樹脂成形品が焼成等の熱処理なしに得られるので、低
コスト化を行なえる効果がある。また、導電性、ガス不
透過性、強度等が優れるので、燃料電池用のセパレータ
としての価値が高い。
【図１】 図１は面積抵抗の測定方法を説明するための
概念図
概念図
１ 試料（セパレータ部材） ２ カーボンペーパー ３ 銅板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 浩嗣 福岡県北九州市戸畑区大字中原先の浜46− 80 新日鐵化学株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 5H021 AA06 BB04 EE02 EE21 EE23 EE30 HH00 HH01 HH05 HH06 5H026 AA02 BB02 BB08 EE05 EE18 HH00 HH05 HH06
Claims (2)
- 【請求項１】 黒鉛粉と熱硬化性樹脂との配合割合を、
熱樹脂硬化樹脂に対し黒鉛粉を５〜１５倍重量とし、混
練、成形硬化して得られた嵩密度が１．９０ｇ/cm3以
上、カーボンペーパーを含む面積抵抗（面圧０．５MP
a）が４０ｍΩcm2以下であることを特徴とする燃料電池
用セパレータ部材。 - 【請求項２】 曲げ強度が３０MPa以上、気体透過率が
１×１０-14ｃｍ2以下である請求項１記載の燃料電池用
セパレータ部材。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000267447A JP2002075394A (ja) | 2000-09-04 | 2000-09-04 | 燃料電池用セパレータ部材 |
| US10/343,976 US7063914B2 (en) | 2000-09-04 | 2001-09-03 | Fuel cell separator, process for producing the same and material therefor |
| GB0304372A GB2382457B (en) | 2000-09-04 | 2001-09-03 | Separator for fuel cell, process for producing the same, and material therefor |
| CA002421205A CA2421205A1 (en) | 2000-09-04 | 2001-09-03 | Separator for fuel cell, process for producing the same, and material therefor |
| AU2001282605A AU2001282605A1 (en) | 2000-09-04 | 2001-09-03 | Separator for fuel cell, process for producing the same, and material therefor |
| PCT/JP2001/007597 WO2002021620A1 (fr) | 2000-09-04 | 2001-09-03 | Separateur pour pile a combustible, procede de production, et materiau utilise |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000267447A JP2002075394A (ja) | 2000-09-04 | 2000-09-04 | 燃料電池用セパレータ部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002075394A true JP2002075394A (ja) | 2002-03-15 |
Family
ID=18754371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000267447A Withdrawn JP2002075394A (ja) | 2000-09-04 | 2000-09-04 | 燃料電池用セパレータ部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002075394A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005064721A1 (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Nippon Steel Chemical Co., Ltd. | 燃料電池セパレータ用組成物及び燃料電池セパレータの製法 |
| JP2005196973A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-21 | Nippon Steel Chem Co Ltd | 燃料電池セパレータ用組成物及び燃料電池セパレータの製法 |
| KR100612896B1 (ko) | 2005-05-18 | 2006-08-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | 중형 다공성 탄소체 및 그의 제조방법 |
| WO2008016041A1 (fr) * | 2006-07-31 | 2008-02-07 | Seikoh Giken Co., Ltd. | processus de fabrication de séparateur pour pile à combustible et séparateur POUR pile à combustible |
| JP2009110944A (ja) * | 2007-10-11 | 2009-05-21 | Nichias Corp | 燃料電池用セパレータ用樹脂組成物及び燃料電池用セパレータ |
| JP2011523766A (ja) * | 2008-06-05 | 2011-08-18 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア | 電気化学的電池の製造方法 |
-
2000
- 2000-09-04 JP JP2000267447A patent/JP2002075394A/ja not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|---|
| WO2005064721A1 (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Nippon Steel Chemical Co., Ltd. | 燃料電池セパレータ用組成物及び燃料電池セパレータの製法 |
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| JP2011523766A (ja) * | 2008-06-05 | 2011-08-18 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア | 電気化学的電池の製造方法 |
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