JP2002093432A - 固体高分子燃料電池用セパレータの製造方法 - Google Patents
固体高分子燃料電池用セパレータの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、ガスや冷却水の漏れを回避するとと
もに、少ない工数で製作して歩留まりを低減できること
を課題とする。 【解決手段】上型２１及び下型２２からなる金型２３に
熱処理により昇華もしくは溶融する中子２５を配置する
工程と、前記金型２３に難黒鉛化性樹脂と炭素粉を少な
くとも混合してなる混合物を注入し、セパレータ形状の
成形体２７を成形する工程と、熱処理により前記成形体
２７中の難黒鉛化性樹脂を炭化させるとともに中子を昇
華若しくは溶融し、内部に中空部２６を有したセパレー
タ２７を形成する工程とを具備することを特徴とする固
体高分子燃料電池用セパレータの製造方法。
もに、少ない工数で製作して歩留まりを低減できること
を課題とする。 【解決手段】上型２１及び下型２２からなる金型２３に
熱処理により昇華もしくは溶融する中子２５を配置する
工程と、前記金型２３に難黒鉛化性樹脂と炭素粉を少な
くとも混合してなる混合物を注入し、セパレータ形状の
成形体２７を成形する工程と、熱処理により前記成形体
２７中の難黒鉛化性樹脂を炭化させるとともに中子を昇
華若しくは溶融し、内部に中空部２６を有したセパレー
タ２７を形成する工程とを具備することを特徴とする固
体高分子燃料電池用セパレータの製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子燃料電
池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｒｏｌｙｔｅ
Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）用セパレータの製造方法に関す
る。
池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｒｏｌｙｔｅ
Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）用セパレータの製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、固体高分子燃料電池として、図２
に示す構成のものが知られている。この燃料電池１は、
セル２と、このセル２の両端（図中の上下端）に配置さ
れてセル２をシール材３を介して挟持するセパレータ４
とから構成されている。前記セパレータ４の片側面には
水素又は空気を流す溝５が形成され、内部には冷却水を
流すための中空の冷却水用流路６が形成されている。な
お、図中の付番７は冷却水入口穴を、付番８は冷却水出
口穴を示す。
に示す構成のものが知られている。この燃料電池１は、
セル２と、このセル２の両端（図中の上下端）に配置さ
れてセル２をシール材３を介して挟持するセパレータ４
とから構成されている。前記セパレータ４の片側面には
水素又は空気を流す溝５が形成され、内部には冷却水を
流すための中空の冷却水用流路６が形成されている。な
お、図中の付番７は冷却水入口穴を、付番８は冷却水出
口穴を示す。
【０００３】前記セル２は、図３に示すように、電解質
膜７と、この電解質膜７の両端に例えば白金触媒層８を
介して形成された燃料極９，空気極１０とから構成され
ている。ここで、前記燃料極９、空気極１０では、下記
のような反応が行われる。
膜７と、この電解質膜７の両端に例えば白金触媒層８を
介して形成された燃料極９，空気極１０とから構成され
ている。ここで、前記燃料極９、空気極１０では、下記
のような反応が行われる。
【０００４】燃料極：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ− 空気極：２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ こうした構成の燃料電池において、セパレータ４を形成
するときは、従来、図４に示すように行っていた。即
ち、水素用溝１１及び冷却水用溝１２ａを形成した，フ
ェノール樹脂及び炭素を主成分とする第１のセパレータ
部材４ａと、空気用溝１３及び冷却水用溝１２ｂを形成
した，フェノール樹脂及び炭素を主成分とする第２のセ
パレータ部材４ｂとを、フェノール樹脂等の接着剤１４
を介して接着し、セパレータ４を製作した。なお、前記
冷却水用溝１２ａ及び１２ｂより冷却水用流路１２が構
成されている。
するときは、従来、図４に示すように行っていた。即
ち、水素用溝１１及び冷却水用溝１２ａを形成した，フ
ェノール樹脂及び炭素を主成分とする第１のセパレータ
部材４ａと、空気用溝１３及び冷却水用溝１２ｂを形成
した，フェノール樹脂及び炭素を主成分とする第２のセ
パレータ部材４ｂとを、フェノール樹脂等の接着剤１４
を介して接着し、セパレータ４を製作した。なお、前記
冷却水用溝１２ａ及び１２ｂより冷却水用流路１２が構
成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
セパレータの製造方法によれば、接着剤１４による接着
が不十分であると、燃料電池をスタックとして組み立て
て使用したとき、水素、空気等のガスと冷却水が漏れる
恐れがあった。また、第１のセパレータ部材４ａには予
め冷却水用流路１２を形成したり、あるいはセパレート
部材４ａ，４ｂ同士を接着するなどの工程があるため、
工数が多く、歩留まりが低いという問題があった。
セパレータの製造方法によれば、接着剤１４による接着
が不十分であると、燃料電池をスタックとして組み立て
て使用したとき、水素、空気等のガスと冷却水が漏れる
恐れがあった。また、第１のセパレータ部材４ａには予
め冷却水用流路１２を形成したり、あるいはセパレート
部材４ａ，４ｂ同士を接着するなどの工程があるため、
工数が多く、歩留まりが低いという問題があった。
【０００６】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、金型に熱処理により昇華もしくは溶融する中子
を配置し、金型に熱黒鉛化性樹脂と炭素粉を少なくとも
混合してなる混合物を注入し、セパレータ形状の成形体
を成形した後、熱処理により成形体中の難黒鉛化性樹脂
を炭化させるとともに中子を昇華若しくは溶融して内部
に中空部を有したセパレータを形成することにより、従
来と比べてガスや冷却水の漏れを回避するとともに、工
数を減らして歩留まりを向上し得る固体高分子燃料電池
用セパレータの製造方法を提供することを目的とする。
もので、金型に熱処理により昇華もしくは溶融する中子
を配置し、金型に熱黒鉛化性樹脂と炭素粉を少なくとも
混合してなる混合物を注入し、セパレータ形状の成形体
を成形した後、熱処理により成形体中の難黒鉛化性樹脂
を炭化させるとともに中子を昇華若しくは溶融して内部
に中空部を有したセパレータを形成することにより、従
来と比べてガスや冷却水の漏れを回避するとともに、工
数を減らして歩留まりを向上し得る固体高分子燃料電池
用セパレータの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上型及び下型
からなる金型に熱処理により昇華もしくは溶融する中子
を配置する工程と、前記金型に難黒鉛化性樹脂と炭素粉
を少なくとも混合してなる混合物を注入し、セパレータ
形状の成形体を成形する工程と、熱処理により前記成形
体中の難黒鉛化性樹脂を炭化させるとともに中子を昇華
もしくは溶融し、内部に中空部を有したセパレータを形
成する工程とを具備することを特徴とする固体高分子燃
料電池用セパレータの製造方法である。
からなる金型に熱処理により昇華もしくは溶融する中子
を配置する工程と、前記金型に難黒鉛化性樹脂と炭素粉
を少なくとも混合してなる混合物を注入し、セパレータ
形状の成形体を成形する工程と、熱処理により前記成形
体中の難黒鉛化性樹脂を炭化させるとともに中子を昇華
もしくは溶融し、内部に中空部を有したセパレータを形
成する工程とを具備することを特徴とする固体高分子燃
料電池用セパレータの製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明について更に詳しく
説明する。
説明する。
【０００９】本発明において、前記難黒鉛化性樹脂とし
ては例えばフェノール樹脂、フルフリルアルコール樹
脂、あるいはリグニンを除いたパルプ等のセルロース系
の材料がが挙げられるが、これに限定されない。また、
前記中子もポリエチレングリコール、炭酸カルシウムの
ように熱処理により昇華もしくは溶融する材質のものが
好ましい。
ては例えばフェノール樹脂、フルフリルアルコール樹
脂、あるいはリグニンを除いたパルプ等のセルロース系
の材料がが挙げられるが、これに限定されない。また、
前記中子もポリエチレングリコール、炭酸カルシウムの
ように熱処理により昇華もしくは溶融する材質のものが
好ましい。
【００１０】本発明において、金型に注入する混合物と
しては、例えば難黒鉛化性樹脂と炭素粉からなるものが
挙げられるが、これに限らない。例えば、この他、難黒
鉛化樹脂と黒鉛粉等を混合してもよい。ここで、難黒鉛
化性樹脂と炭素粉を混合する場合、両者の配合割合は重
量比で１００：１〜１００：４０がよい。難黒鉛化性樹
脂に炭素粉末を添加することで、熱処理（炭素化）した
後の電気抵抗が小さくなり発電効率を向上できる。しか
し、添加しすぎると難黒鉛化性樹脂と炭素粉の混合溶液
を金型に流し込む時に、流動性を失い加工精度が低下す
る。
しては、例えば難黒鉛化性樹脂と炭素粉からなるものが
挙げられるが、これに限らない。例えば、この他、難黒
鉛化樹脂と黒鉛粉等を混合してもよい。ここで、難黒鉛
化性樹脂と炭素粉を混合する場合、両者の配合割合は重
量比で１００：１〜１００：４０がよい。難黒鉛化性樹
脂に炭素粉末を添加することで、熱処理（炭素化）した
後の電気抵抗が小さくなり発電効率を向上できる。しか
し、添加しすぎると難黒鉛化性樹脂と炭素粉の混合溶液
を金型に流し込む時に、流動性を失い加工精度が低下す
る。
【００１１】本発明において、内部に中空体を有したセ
パレータを形成した後、中子の消失により生じた隙間を
絶縁材料で埋める必要がある。ここで、不要な隙間を埋
める材料として、例えばシリコン系ゴムが挙げられる。
このシリコン系ゴムは、作業性及び気密性を保持する点
で好ましい。しかし、冷却水の流路として必要な箇所の
気密性を保持できる材料ならばいずれの材料でもよい。
パレータを形成した後、中子の消失により生じた隙間を
絶縁材料で埋める必要がある。ここで、不要な隙間を埋
める材料として、例えばシリコン系ゴムが挙げられる。
このシリコン系ゴムは、作業性及び気密性を保持する点
で好ましい。しかし、冷却水の流路として必要な箇所の
気密性を保持できる材料ならばいずれの材料でもよい。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例に係るＰＥＦＣ用セ
パレータの製造方法について図１（Ａ）〜（Ｃ）を参照
して工程順に説明する。なお、下記実施例で述べる各構
成部材の材料や数値は一例を示すもので、本発明の権利
範囲を特定するものではない。
パレータの製造方法について図１（Ａ）〜（Ｃ）を参照
して工程順に説明する。なお、下記実施例で述べる各構
成部材の材料や数値は一例を示すもので、本発明の権利
範囲を特定するものではない。
【００１３】まず、上型２１及び下型２２からなる金型
２３内に、フェノール樹脂からなる中子２４を、フェノ
ール樹脂からなる吊り部材２５を下型２２に固定するこ
とによりセットした（図１（Ａ）参照）。
２３内に、フェノール樹脂からなる中子２４を、フェノ
ール樹脂からなる吊り部材２５を下型２２に固定するこ
とによりセットした（図１（Ａ）参照）。
【００１４】次に、前記金型２３内に、フェノール樹脂
と炭素粉を重量比で１００：５の割合で混合した混合物
を真空中、２００℃で溶解し流し込んでモールド成形
し、セパレータ形状の成形体を得た。
と炭素粉を重量比で１００：５の割合で混合した混合物
を真空中、２００℃で溶解し流し込んでモールド成形
し、セパレータ形状の成形体を得た。
【００１５】つづいて、例えば真空中、１０５０℃で熱
処理を施し、成形体中の難黒鉛化性樹脂を炭素化させる
とともに中子２４を昇華もしくは溶融し、内部に中空部
２６を有したセパレータ形状の成形体２７を形成した
（図１（Ｂ）参照）。なお、図１（Ｂ）において、付番
２８は、中子２４が熱処理により消失することにより形
成された隙間を示す。
処理を施し、成形体中の難黒鉛化性樹脂を炭素化させる
とともに中子２４を昇華もしくは溶融し、内部に中空部
２６を有したセパレータ形状の成形体２７を形成した
（図１（Ｂ）参照）。なお、図１（Ｂ）において、付番
２８は、中子２４が熱処理により消失することにより形
成された隙間を示す。
【００１６】次に、前記成形体２７を金型２３から取出
し、吊り部材２５の消失によって生じた隙間２８をシリ
コン系ゴム（絶縁材料）２９で埋め、片面側に水素用溝
３０が形成され、反対面側に空気用溝３１が形成され、
更に内部に冷却水用流路３２が形成されたセパレータ３
３を製造した（図１（Ｃ）参照）。
し、吊り部材２５の消失によって生じた隙間２８をシリ
コン系ゴム（絶縁材料）２９で埋め、片面側に水素用溝
３０が形成され、反対面側に空気用溝３１が形成され、
更に内部に冷却水用流路３２が形成されたセパレータ３
３を製造した（図１（Ｃ）参照）。
【００１７】このように、上記実施例では、金型２３内
にフェノール樹脂からなる中子２４を、フェノール樹脂
からなる吊り部材２５を用いてセットした後、金型２３
内に、フェノール樹脂と炭素粉を適宜配合した混合物を
充填し、２００℃でモールド成形してセパレータ形状の
成形体２７を得、更に１０５０℃で熱処理を施して成形
体２７中の難黒鉛化性樹脂を炭素化させるとともに中子
２４を昇華もしくは溶融し、内部に冷却水用流路３２を
有したセパレータ３３を形成するようになっている。
にフェノール樹脂からなる中子２４を、フェノール樹脂
からなる吊り部材２５を用いてセットした後、金型２３
内に、フェノール樹脂と炭素粉を適宜配合した混合物を
充填し、２００℃でモールド成形してセパレータ形状の
成形体２７を得、更に１０５０℃で熱処理を施して成形
体２７中の難黒鉛化性樹脂を炭素化させるとともに中子
２４を昇華もしくは溶融し、内部に冷却水用流路３２を
有したセパレータ３３を形成するようになっている。
【００１８】従って、上記実施例によれば、従来のよう
に接着剤を用いることがないので、接着不良といった問
題が生ずることなく、燃料電池をスタックとして組立て
て使用したとき、水素、空気等のガスや冷却水の漏れを
回避することができる。また、従来のようにセパレータ
部材に予め冷却水用の流路を形成するなどの特別な工程
を施す必要がないとともに、セパレータ部材間の接着剤
による工程がないため、工数を少なくして、歩留まりを
高くすることができる。
に接着剤を用いることがないので、接着不良といった問
題が生ずることなく、燃料電池をスタックとして組立て
て使用したとき、水素、空気等のガスや冷却水の漏れを
回避することができる。また、従来のようにセパレータ
部材に予め冷却水用の流路を形成するなどの特別な工程
を施す必要がないとともに、セパレータ部材間の接着剤
による工程がないため、工数を少なくして、歩留まりを
高くすることができる。
【００１９】なお、上記実施例では、中子および吊り部
材としてフェノール樹脂を用いた場合について述べた
が、これに限らず、熱処理時（例えば、難黒鉛化性樹脂
の炭素化時）に昇華または溶融する材料であればよい。
材としてフェノール樹脂を用いた場合について述べた
が、これに限らず、熱処理時（例えば、難黒鉛化性樹脂
の炭素化時）に昇華または溶融する材料であればよい。
【００２０】また、上記実施例では、難黒鉛化性樹脂を
炭素化する時の熱処理を１０５０℃で行なった場合につ
いて述べたが、これに限らず、８００℃〜２０００℃の
範囲であればよい。ここで、処理温度が低すぎると炭素
化が十分には進まず、セパレータとしての十分な電気導
電率を得ることができない。処理温度が高すぎると、セ
パレータの体積変化率が大きくなり割れ等が発生した
り、加工精度が悪くなったりする。また、黒鉛化も進む
可能性がありガス透過性が表われセパレータとしての性
能を満足しなくなる。
炭素化する時の熱処理を１０５０℃で行なった場合につ
いて述べたが、これに限らず、８００℃〜２０００℃の
範囲であればよい。ここで、処理温度が低すぎると炭素
化が十分には進まず、セパレータとしての十分な電気導
電率を得ることができない。処理温度が高すぎると、セ
パレータの体積変化率が大きくなり割れ等が発生した
り、加工精度が悪くなったりする。また、黒鉛化も進む
可能性がありガス透過性が表われセパレータとしての性
能を満足しなくなる。
【００２１】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、少
なくとも樹脂及び炭素からなるシートもしくは粉末体間
に冷却水溝形状に対応した溝形成用薄板を配置し、前記
溝形成用薄板が配置された状態で前記シート同士もしく
は粉末体をプレスして積層体を形成し、さらに溝形成用
薄板を引き抜いて積層体に冷却水溝を形成した後、不用
な中空溝部を埋めることにより、ガスや冷却水の漏れを
回避するとともに、少ない工数で製作して歩留まりを低
減しえる固体高分子燃料電池用セパレータの製造方法を
提供できる。
なくとも樹脂及び炭素からなるシートもしくは粉末体間
に冷却水溝形状に対応した溝形成用薄板を配置し、前記
溝形成用薄板が配置された状態で前記シート同士もしく
は粉末体をプレスして積層体を形成し、さらに溝形成用
薄板を引き抜いて積層体に冷却水溝を形成した後、不用
な中空溝部を埋めることにより、ガスや冷却水の漏れを
回避するとともに、少ない工数で製作して歩留まりを低
減しえる固体高分子燃料電池用セパレータの製造方法を
提供できる。
【図１】図１は、本発明の実施例１に係るＰＥＦＣ用セ
パレータの製造方法を工程順に示す説明図。
パレータの製造方法を工程順に示す説明図。
【図２】図２は、従来のＰＥＦＣ用セパレータの展開斜
視図。
視図。
【図３】図４は、図２のセパレータのセルの原理説明
図。
図。
【図４】従来のＰＥＦＣ用セパレータの製造方法の説明
図。
図。
２１…上型、 ２２…下型、 ２３…金型、 ２４…中子、 ２５…吊り部材、 ２６…中空部、 ２８…隙間、 ２９…シリコン系ゴム、 ３０…水素用溝、 ３１…空気用溝、 ３２…冷却水用流路、 ３３…セパレータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森賀 卓也 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB00 BB01 BB08 CC03 EE05
Claims (4)
- 【請求項１】 上型及び下型からなる金型に熱処理によ
り昇華もしくは溶融する中子を配置する工程と、前記金
型に難黒鉛化性樹脂と炭素粉を少なくとも混合してなる
混合物を注入し、セパレータ形状の成形体を成形する工
程と、熱処理により前記成形体中の難黒鉛化性樹脂を炭
化させるとともに中子を昇華若しくは溶融し、内部に中
空部を有したセパレータを形成する工程とを具備するこ
とを特徴とする固体高分子燃料電池用セパレータの製造
方法。 - 【請求項２】 前記難黒鉛化性樹脂はフェノール樹脂で
あることを特徴とする請求項１記載の固体高分子燃料電
池用セパレータの製造方法。 - 【請求項３】 前記中子は、熱処理により昇華もしくは
溶融する材料で形成されていることを特徴とする請求項
１もしくは請求項２記載の固体高分子燃料電池用セパレ
ータの製造方法。 - 【請求項４】 内部に中空体を有したセパレータを形成
した後、中子の消失により生じた隙間を絶縁材料で埋め
ることを特徴とする請求項１もしくは請求項３記載の固
体高分子燃料電池用セパレータの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000280892A JP2002093432A (ja) | 2000-09-14 | 2000-09-14 | 固体高分子燃料電池用セパレータの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000280892A JP2002093432A (ja) | 2000-09-14 | 2000-09-14 | 固体高分子燃料電池用セパレータの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002093432A true JP2002093432A (ja) | 2002-03-29 |
Family
ID=18765641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000280892A Withdrawn JP2002093432A (ja) | 2000-09-14 | 2000-09-14 | 固体高分子燃料電池用セパレータの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002093432A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100794030B1 (ko) | 2006-09-15 | 2008-01-10 | 현대자동차주식회사 | 연료전지용 일체형 흑연 분리판의 제작 방법 |
| JP2009302037A (ja) * | 2008-06-12 | 2009-12-24 | Hyundai Motor Co Ltd | 燃料電池スタック用分離板及びその製造方法 |
-
2000
- 2000-09-14 JP JP2000280892A patent/JP2002093432A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100794030B1 (ko) | 2006-09-15 | 2008-01-10 | 현대자동차주식회사 | 연료전지용 일체형 흑연 분리판의 제작 방법 |
| JP2009302037A (ja) * | 2008-06-12 | 2009-12-24 | Hyundai Motor Co Ltd | 燃料電池スタック用分離板及びその製造方法 |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20071204 |