JP2002184420A - 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 - Google Patents
燃料電池用セパレータ及びその製造方法Info
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- JP2002184420A JP2002184420A JP2001307187A JP2001307187A JP2002184420A JP 2002184420 A JP2002184420 A JP 2002184420A JP 2001307187 A JP2001307187 A JP 2001307187A JP 2001307187 A JP2001307187 A JP 2001307187A JP 2002184420 A JP2002184420 A JP 2002184420A
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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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 黒鉛粉末と結着材とを含有する加熱加圧成形
体からなる燃料電池セパレータにおいて、耐破損性、嵩
密度等を低下させることなく結着材の含有量を低減化で
き、よって、導電性等のセパレータ性能を十分に発現さ
せ得る燃料電池用セパレータ、及びその製造方法を提供
する。 【構成】 黒鉛粉末と結着材とを含有する加熱加圧成形
体からなり、JIS K7171に準拠して測定した曲
げ応力−たわみ曲線が、最大曲げ応力を示すまでのたわ
み下において、下記式(I) の関係を満たす燃料電池用セ
パレータ、 E1 /E1/2 ≦0.75 (I) 〔但し、E1 =(σ1 −σ1/2 )/(ε1 −ε1/2 ) E1/2 =(σ1/2 −σ0 )/(ε1/2 −ε0 )〕及び、
黒鉛粉末と結着材とを混合した後、加熱下に加圧成形し
て燃料電池用セパレータを製造するにおいて、結着材と
してゴム類を用いる、燃料電池用セパレータの製造方
法。
体からなる燃料電池セパレータにおいて、耐破損性、嵩
密度等を低下させることなく結着材の含有量を低減化で
き、よって、導電性等のセパレータ性能を十分に発現さ
せ得る燃料電池用セパレータ、及びその製造方法を提供
する。 【構成】 黒鉛粉末と結着材とを含有する加熱加圧成形
体からなり、JIS K7171に準拠して測定した曲
げ応力−たわみ曲線が、最大曲げ応力を示すまでのたわ
み下において、下記式(I) の関係を満たす燃料電池用セ
パレータ、 E1 /E1/2 ≦0.75 (I) 〔但し、E1 =(σ1 −σ1/2 )/(ε1 −ε1/2 ) E1/2 =(σ1/2 −σ0 )/(ε1/2 −ε0 )〕及び、
黒鉛粉末と結着材とを混合した後、加熱下に加圧成形し
て燃料電池用セパレータを製造するにおいて、結着材と
してゴム類を用いる、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、燃料電池用セパレ
ータ、及びその製造方法に関し、更に詳しくは、耐破損
性、嵩密度等を低下させることなく結着材の含有量を低
減化でき、よって、導電性等のセパレータ性能を十分に
発現させ得る燃料電池用セパレータ、及びその製造方法
に関する。
ータ、及びその製造方法に関し、更に詳しくは、耐破損
性、嵩密度等を低下させることなく結着材の含有量を低
減化でき、よって、導電性等のセパレータ性能を十分に
発現させ得る燃料電池用セパレータ、及びその製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、資源問題や環境問題等に応えた発
電システムとして、水素と酸素の反応を利用した燃料電
池が注目され、様々な分野での実用化が検討されてい
る。その燃料電池の基本構造は、電解質を多孔質正負電
極板でサンドイッチし、その両外側に、ガスバリア性、
導電性の板状セパレータを設けたセルを数十〜数百セル
積層させた構造のものであり、代表的には、水素及び空
気等の反応ガス流路としての溝を、各正負電極板のセパ
レータ側表面に刻設したリブ付電極方式と、各セパレー
タの表面に刻設したリブ付セパレータ方式等があり、そ
のセパレータは、主として、黒鉛粉末を、フェノール樹
脂を結着材として加熱下に板状に加圧成形することによ
り製造されている。
電システムとして、水素と酸素の反応を利用した燃料電
池が注目され、様々な分野での実用化が検討されてい
る。その燃料電池の基本構造は、電解質を多孔質正負電
極板でサンドイッチし、その両外側に、ガスバリア性、
導電性の板状セパレータを設けたセルを数十〜数百セル
積層させた構造のものであり、代表的には、水素及び空
気等の反応ガス流路としての溝を、各正負電極板のセパ
レータ側表面に刻設したリブ付電極方式と、各セパレー
タの表面に刻設したリブ付セパレータ方式等があり、そ
のセパレータは、主として、黒鉛粉末を、フェノール樹
脂を結着材として加熱下に板状に加圧成形することによ
り製造されている。
【0003】しかしながら、黒鉛粉末と結着材とを含有
する加熱加圧成形体からなる従来の燃料電池用セパレー
タは、ある程度の量の結着材を必要とすることから、セ
パレータとしての導電性等の性能が十分に発現せず、一
方、結着材の量を減らすと黒鉛粉末の結着度が低下し、
耐破損性、嵩密度、ガスバリア性等が低下するという問
題があり、セパレータ性能と黒鉛粉末の結着度のバラン
スしたものが求められているのが現状である。
する加熱加圧成形体からなる従来の燃料電池用セパレー
タは、ある程度の量の結着材を必要とすることから、セ
パレータとしての導電性等の性能が十分に発現せず、一
方、結着材の量を減らすと黒鉛粉末の結着度が低下し、
耐破損性、嵩密度、ガスバリア性等が低下するという問
題があり、セパレータ性能と黒鉛粉末の結着度のバラン
スしたものが求められているのが現状である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、黒鉛粉末と
結着材とを含有する加熱加圧成形体からなる燃料電池セ
パレータにおける前記問題を解決すべくなされたもので
あって、従って、本発明は、黒鉛粉末と結着材とを含有
する加熱加圧成形体からなる燃料電池セパレータにおい
て、耐破損性、嵩密度等を低下させることなく結着材の
含有量を低減化でき、よって、導電性等のセパレータ性
能を十分に発現させ得る燃料電池用セパレータ、及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。
結着材とを含有する加熱加圧成形体からなる燃料電池セ
パレータにおける前記問題を解決すべくなされたもので
あって、従って、本発明は、黒鉛粉末と結着材とを含有
する加熱加圧成形体からなる燃料電池セパレータにおい
て、耐破損性、嵩密度等を低下させることなく結着材の
含有量を低減化でき、よって、導電性等のセパレータ性
能を十分に発現させ得る燃料電池用セパレータ、及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、黒鉛粉末と結
着材とを含有する加熱加圧成形体からなり、JISK7
171に準拠して測定した曲げ応力−たわみ曲線が、最
大曲げ応力を示すまでのたわみ下において、下記式(I)
の関係を満たす燃料電池用セパレータ、を要旨とする。
着材とを含有する加熱加圧成形体からなり、JISK7
171に準拠して測定した曲げ応力−たわみ曲線が、最
大曲げ応力を示すまでのたわみ下において、下記式(I)
の関係を満たす燃料電池用セパレータ、を要旨とする。
【0006】E1 /E1/2 ≦0.75 (I) 〔式(I) 中、E1 は、最大応力(σ1 )におけるたわみ
(ε1 )と、そのたわみ(ε1 )の1/2値のたわみ
(ε1/2 )、及びその1/2値のたわみ(ε1/2)にお
ける応力(σ1/2 )から次式により求めた曲げ弾性率 E1 =(σ1 −σ1/2 )/(ε1 −ε1/2 ) であり、E1/2 は、最大応力(σ1 )におけるたわみ
(ε1 )の1/2値のたわみ(ε1/2 )及びその1/2
値のたわみ(ε1/2 )における応力(σ1/2 )と、たわ
み開始点(ε0 =0)及び応力開始点(σ0 =0)から
次式により求めた曲げ弾性率 E1/2 =(σ1/2 −σ0 )/(ε1/2 −ε0 ) である。〕
(ε1 )と、そのたわみ(ε1 )の1/2値のたわみ
(ε1/2 )、及びその1/2値のたわみ(ε1/2)にお
ける応力(σ1/2 )から次式により求めた曲げ弾性率 E1 =(σ1 −σ1/2 )/(ε1 −ε1/2 ) であり、E1/2 は、最大応力(σ1 )におけるたわみ
(ε1 )の1/2値のたわみ(ε1/2 )及びその1/2
値のたわみ(ε1/2 )における応力(σ1/2 )と、たわ
み開始点(ε0 =0)及び応力開始点(σ0 =0)から
次式により求めた曲げ弾性率 E1/2 =(σ1/2 −σ0 )/(ε1/2 −ε0 ) である。〕
【0007】又、本発明は、黒鉛粉末と結着材とを混合
した後、加熱下に加圧成形して燃料電池用セパレータを
製造するにおいて、結着材としてゴム類を用いる、燃料
電池用セパレータの製造方法、を要旨とする。
した後、加熱下に加圧成形して燃料電池用セパレータを
製造するにおいて、結着材としてゴム類を用いる、燃料
電池用セパレータの製造方法、を要旨とする。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の燃料電池セパレータは、
黒鉛粉末と結着材とを含有する加熱加圧成形体からな
り、JIS K7171に準拠して測定した曲げ応力−
たわみ曲線が、最大曲げ応力を示すまでのたわみ下にお
いて、下記式(I) の関係を満たすことを必須とする。
黒鉛粉末と結着材とを含有する加熱加圧成形体からな
り、JIS K7171に準拠して測定した曲げ応力−
たわみ曲線が、最大曲げ応力を示すまでのたわみ下にお
いて、下記式(I) の関係を満たすことを必須とする。
【0009】E1 /E1/2 ≦0.75 (I) 〔式(I) 中、E1 は、最大応力(σ1 )におけるたわみ
(ε1 )と、そのたわみ(ε1 )の1/2値のたわみ
(ε1/2 )、及びその1/2値のたわみ(ε1/2)にお
ける応力(σ1/2 )から次式により求めた曲げ弾性率 E1 =(σ1 −σ1/2 )/(ε1 −ε1/2 ) であり、E1/2 は、最大応力(σ1 )におけるたわみ
(ε1 )の1/2値のたわみ(ε1/2 )及びその1/2
値のたわみ(ε1/2 )における応力(σ1/2 )と、たわ
み開始点(ε0 =0)及び応力開始点(σ0 =0)から
次式により求めた曲げ弾性率 E1/2 =(σ1/2 −σ0 )/(ε1/2 −ε0 ) である。〕
(ε1 )と、そのたわみ(ε1 )の1/2値のたわみ
(ε1/2 )、及びその1/2値のたわみ(ε1/2)にお
ける応力(σ1/2 )から次式により求めた曲げ弾性率 E1 =(σ1 −σ1/2 )/(ε1 −ε1/2 ) であり、E1/2 は、最大応力(σ1 )におけるたわみ
(ε1 )の1/2値のたわみ(ε1/2 )及びその1/2
値のたわみ(ε1/2 )における応力(σ1/2 )と、たわ
み開始点(ε0 =0)及び応力開始点(σ0 =0)から
次式により求めた曲げ弾性率 E1/2 =(σ1/2 −σ0 )/(ε1/2 −ε0 ) である。〕
【0010】ここで、JIS K7171に準拠した曲
げ応力−たわみ曲線は、長さ100mm、幅10mm、
厚さ5mmの寸法の試験片を、加熱加圧成形体としての
セパレータから切削加工して作製し、その試験片につい
て、支点間距離を80mm、試験速度を5mm/分とし
て、セパレータの板面に圧子を当てて荷重をかけること
により測定したものであり、本発明において規定する各
数値は、その試験片5点の平均値を採ったものである。
げ応力−たわみ曲線は、長さ100mm、幅10mm、
厚さ5mmの寸法の試験片を、加熱加圧成形体としての
セパレータから切削加工して作製し、その試験片につい
て、支点間距離を80mm、試験速度を5mm/分とし
て、セパレータの板面に圧子を当てて荷重をかけること
により測定したものであり、本発明において規定する各
数値は、その試験片5点の平均値を採ったものである。
【0011】そして、前記E1 /E1/2 は、0.70以
下であるのが好ましく、0.65以下であるのが更に好
ましい。又、前記E1 /E1/2 は、通常0.15以上で
あり、0.20以上であるのが好ましく、0.25以上
であるのが更に好ましい。E 1 /E1/2 が前記範囲超過
では、セパレータとしての柔軟性が不足し、成形時及び
使用時等において割れや欠けが発生して耐破損性に劣
り、更に、使用時での熱膨張等による変形等の問題を生
じることとなり、一方、前記範囲未満では、セパレータ
としての形状安定性が低下する傾向となる。
下であるのが好ましく、0.65以下であるのが更に好
ましい。又、前記E1 /E1/2 は、通常0.15以上で
あり、0.20以上であるのが好ましく、0.25以上
であるのが更に好ましい。E 1 /E1/2 が前記範囲超過
では、セパレータとしての柔軟性が不足し、成形時及び
使用時等において割れや欠けが発生して耐破損性に劣
り、更に、使用時での熱膨張等による変形等の問題を生
じることとなり、一方、前記範囲未満では、セパレータ
としての形状安定性が低下する傾向となる。
【0012】又、本発明の燃料電池用セパレータは、曲
げ応力−たわみ曲線が、最大曲げ応力を示すまでのたわ
み下において、下記式(II)の関係を満たすのが好まし
い。
げ応力−たわみ曲線が、最大曲げ応力を示すまでのたわ
み下において、下記式(II)の関係を満たすのが好まし
い。
【0013】E3/4 /E1/4 ≦0.70 (II) 〔式(II)中、E3/4 は、最大応力(σ1 )におけるたわ
み(ε1 )と、そのたわみ(ε1 )の3/4値のたわみ
(ε3/4 )、及びその3/4値のたわみ(ε3/ 4 )にお
ける応力(σ3/4 )から次式により求めた曲げ弾性率 E3/4 =(σ1 −σ3/4 )/(ε1 −ε3/4 ) であり、E1/4 は、最大応力(σ1 )におけるたわみ
(ε1 )の1/4値のたわみ(ε1/4 )及びその1/4
値のたわみ(ε1/4 )における応力(σ1/4 )と、たわ
み開始点(ε0 =0)及び応力開始点(σ0 =0)から
次式により求めた曲げ弾性率 E1/4 =(σ1/4 −σ0 )/(ε1/4 −ε0 ) である。〕
み(ε1 )と、そのたわみ(ε1 )の3/4値のたわみ
(ε3/4 )、及びその3/4値のたわみ(ε3/ 4 )にお
ける応力(σ3/4 )から次式により求めた曲げ弾性率 E3/4 =(σ1 −σ3/4 )/(ε1 −ε3/4 ) であり、E1/4 は、最大応力(σ1 )におけるたわみ
(ε1 )の1/4値のたわみ(ε1/4 )及びその1/4
値のたわみ(ε1/4 )における応力(σ1/4 )と、たわ
み開始点(ε0 =0)及び応力開始点(σ0 =0)から
次式により求めた曲げ弾性率 E1/4 =(σ1/4 −σ0 )/(ε1/4 −ε0 ) である。〕
【0014】そして、前記E3/4 /E1/4 は、0.65
以下であるのが更に好ましく、0.60以下であるのが
特に好ましい。又、前記E3/4 /E1/4 は、0.05以
上であるのが好ましく、0.10以上であるのが更に好
ましく、0.15以上であるのが特に好ましい。E3/4
/E1/4 が前記範囲超過では、セパレータとしての成形
時及び使用時における変形に対して耐破損性が劣る傾向
となり、一方、前記範囲未満では、輸送時や保管時等に
おける大変形等に対して耐破損性が劣る傾向となる。
以下であるのが更に好ましく、0.60以下であるのが
特に好ましい。又、前記E3/4 /E1/4 は、0.05以
上であるのが好ましく、0.10以上であるのが更に好
ましく、0.15以上であるのが特に好ましい。E3/4
/E1/4 が前記範囲超過では、セパレータとしての成形
時及び使用時における変形に対して耐破損性が劣る傾向
となり、一方、前記範囲未満では、輸送時や保管時等に
おける大変形等に対して耐破損性が劣る傾向となる。
【0015】又、本発明の燃料電池用セパレータは、曲
げ応力−たわみ曲線が、最大曲げ応力以降のたわみ下に
おいて、下記式(III) の関係を満たすのが好ましい。 (σ1 −σb )/(εb −ε1 )≦1,500(MPa/mm) (III) 〔式(III) 中、σ1 及びε1 は、式(I) 及び(II)におけ
ると同様であり、σbは、破壊時のたわみεb における
応力(=0)である。〕
げ応力−たわみ曲線が、最大曲げ応力以降のたわみ下に
おいて、下記式(III) の関係を満たすのが好ましい。 (σ1 −σb )/(εb −ε1 )≦1,500(MPa/mm) (III) 〔式(III) 中、σ1 及びε1 は、式(I) 及び(II)におけ
ると同様であり、σbは、破壊時のたわみεb における
応力(=0)である。〕
【0016】そして、前記(σ1 −σb )/(εb −ε
1 )は、1,200MPa/mm以下であるのが更に好
ましく、1,000MPa/mm以下であるのが特に好
ましく、就中、800MPa/mm以下であるのが好ま
しい。(σ1 −σb )/(ε b −ε1 )が前記範囲超過
では、セパレータとしての成形時及び使用時における変
形に対してひずみの伝達が早くなり、破損に到り易い傾
向となる。尚、前記(σ1 −σb )/(εb −ε1 )
は、通常5MPa/mm以上であり、10MPa/mm
以上であるのが好ましい。
1 )は、1,200MPa/mm以下であるのが更に好
ましく、1,000MPa/mm以下であるのが特に好
ましく、就中、800MPa/mm以下であるのが好ま
しい。(σ1 −σb )/(ε b −ε1 )が前記範囲超過
では、セパレータとしての成形時及び使用時における変
形に対してひずみの伝達が早くなり、破損に到り易い傾
向となる。尚、前記(σ1 −σb )/(εb −ε1 )
は、通常5MPa/mm以上であり、10MPa/mm
以上であるのが好ましい。
【0017】本発明の燃料電池用セパレータにおいて、
黒鉛粉末としては、例えば、鱗片状、粒状、塊状、土状
等の天然黒鉛、膨張黒鉛、又は、石油コークスやピッチ
コークス等を主原料とし、混捏、成形、焼成、黒鉛化に
より製造された鱗片状、塊状等の人造黒鉛等を、必要に
応じて粉砕したものが用いられる。
黒鉛粉末としては、例えば、鱗片状、粒状、塊状、土状
等の天然黒鉛、膨張黒鉛、又は、石油コークスやピッチ
コークス等を主原料とし、混捏、成形、焼成、黒鉛化に
より製造された鱗片状、塊状等の人造黒鉛等を、必要に
応じて粉砕したものが用いられる。
【0018】又、本発明における黒鉛粉末としては、導
電性、電池特性等の面から、灰分が、1%以下のものが
好ましく、0.5%以下のものが特に好ましい。又、ア
ルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有量が、500p
pm以下のものが好ましく、100ppm以下のものが
特に好ましい。
電性、電池特性等の面から、灰分が、1%以下のものが
好ましく、0.5%以下のものが特に好ましい。又、ア
ルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有量が、500p
pm以下のものが好ましく、100ppm以下のものが
特に好ましい。
【0019】又、セパレータとしたときの表面平滑性、
ガスバリア性、及び電池特性等の面から、揮発分が、2
%以下のものが好ましく、1%以下のものが特に好まし
い。又、固定炭素が、98%以上のものが好ましく、9
9%以上のものが特に好ましい。
ガスバリア性、及び電池特性等の面から、揮発分が、2
%以下のものが好ましく、1%以下のものが特に好まし
い。又、固定炭素が、98%以上のものが好ましく、9
9%以上のものが特に好ましい。
【0020】更に、本発明における黒鉛粉末としては、
セパレータ性能等の面から、最大粒径が、1,000μ
m以下のものが好ましく、500μmのものが更に好ま
しく、300μmのものが特に好ましい。又、セパレー
タ成形性や性能等の面から、微粉を含まないのが好まし
い。従って、平均粒径としては、1〜100μmである
のが好ましく、3〜70μmであるのが更に好ましく、
5〜50μmであるのが特に好ましい。
セパレータ性能等の面から、最大粒径が、1,000μ
m以下のものが好ましく、500μmのものが更に好ま
しく、300μmのものが特に好ましい。又、セパレー
タ成形性や性能等の面から、微粉を含まないのが好まし
い。従って、平均粒径としては、1〜100μmである
のが好ましく、3〜70μmであるのが更に好ましく、
5〜50μmであるのが特に好ましい。
【0021】本発明の燃料電池用セパレータにおいて、
結着材としては、前記の曲げ応力−たわみ曲線が得られ
る限り、特に限定されるものではなく、熱硬化性樹脂、
熱可塑性樹脂等の樹脂類を用いることもできるが、ゴム
類を用いるのが好ましく、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂
等の樹脂類を用いる場合においては、ゴム類との混合物
として用いるのが好ましい。その際の混合割合として
は、樹脂類を90重量%以下とするのが好ましく、80
重量%以下とするのが更に好ましく、50重量%以下と
するのが特に好ましい。
結着材としては、前記の曲げ応力−たわみ曲線が得られ
る限り、特に限定されるものではなく、熱硬化性樹脂、
熱可塑性樹脂等の樹脂類を用いることもできるが、ゴム
類を用いるのが好ましく、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂
等の樹脂類を用いる場合においては、ゴム類との混合物
として用いるのが好ましい。その際の混合割合として
は、樹脂類を90重量%以下とするのが好ましく、80
重量%以下とするのが更に好ましく、50重量%以下と
するのが特に好ましい。
【0022】本発明において、結着材としてのゴム類と
しては、天然ゴム(イソプレンゴム)、及び、ブタジエ
ンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、スチレン
ブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ブ
チルゴム等のジエン系ゴム、及び、エチレンプロピレン
ゴム、ウレタンゴム、弗素ゴム、珪素ゴム等の合成ゴム
等の、樹脂に対して所謂ゴムに分類されているものの
外、スチレン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可
塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマ
ー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィ
ン系熱可塑性エラストマー等の、所謂熱可塑性エラスト
マーに分類されているものも使用対象とし得る。
しては、天然ゴム(イソプレンゴム)、及び、ブタジエ
ンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、スチレン
ブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ブ
チルゴム等のジエン系ゴム、及び、エチレンプロピレン
ゴム、ウレタンゴム、弗素ゴム、珪素ゴム等の合成ゴム
等の、樹脂に対して所謂ゴムに分類されているものの
外、スチレン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可
塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマ
ー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィ
ン系熱可塑性エラストマー等の、所謂熱可塑性エラスト
マーに分類されているものも使用対象とし得る。
【0023】以上のゴム類の中で、本発明においては、
炭化水素系のもの、即ち、ブタジエンゴム、イソプレン
ゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム等のジエン
系ゴム、及びエチレンプロピレンゴム等、並びに、スチ
レン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑
性エラストマー等が好ましく、ブタジエンゴム、イソプ
レンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、及
び、スチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン
系熱可塑性エラストマーが特に好ましい。
炭化水素系のもの、即ち、ブタジエンゴム、イソプレン
ゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム等のジエン
系ゴム、及びエチレンプロピレンゴム等、並びに、スチ
レン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑
性エラストマー等が好ましく、ブタジエンゴム、イソプ
レンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、及
び、スチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン
系熱可塑性エラストマーが特に好ましい。
【0024】又、本発明においては、前記ゴム類を、後
述する加熱下の加圧成形時に架橋させてもよく、その際
の架橋剤としては、硫黄、過酸化物等が用いられるが、
中で、過酸化物が好ましい。
述する加熱下の加圧成形時に架橋させてもよく、その際
の架橋剤としては、硫黄、過酸化物等が用いられるが、
中で、過酸化物が好ましい。
【0025】尚、結着材としての熱可塑性樹脂として
は、ポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン、スチ
レンアクリロニトリル共重合体、スチレンブタジエンア
クリロニトリル共重合体等のスチレン系樹脂、ポリエチ
レンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等の
飽和ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカー
ボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリフェニレ
ンエーテル系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹
脂、ポリサルホン系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン
系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹
脂、ポリビニルブチラール系樹脂、アクリル系樹脂、フ
ッ素系樹脂、フェノキシ系樹脂、及び液晶ポリマー等が
挙げられる。
は、ポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン、スチ
レンアクリロニトリル共重合体、スチレンブタジエンア
クリロニトリル共重合体等のスチレン系樹脂、ポリエチ
レンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等の
飽和ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカー
ボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリフェニレ
ンエーテル系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹
脂、ポリサルホン系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン
系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹
脂、ポリビニルブチラール系樹脂、アクリル系樹脂、フ
ッ素系樹脂、フェノキシ系樹脂、及び液晶ポリマー等が
挙げられる。
【0026】又、燃料電池は、通常、水の沸点付近で使
用されることから、結着材の融点としては、50℃以上
であるのが好ましく、80℃以上であるのが更に好まし
く、100℃以上であるのが特に好ましい。尚、融点の
上限は、後述する加熱加圧下での成形性等の面から、4
00℃程度以下であるのが好ましく、350℃程度以下
であるのが更に好ましく、300℃程度以下であるのが
特に好ましい。
用されることから、結着材の融点としては、50℃以上
であるのが好ましく、80℃以上であるのが更に好まし
く、100℃以上であるのが特に好ましい。尚、融点の
上限は、後述する加熱加圧下での成形性等の面から、4
00℃程度以下であるのが好ましく、350℃程度以下
であるのが更に好ましく、300℃程度以下であるのが
特に好ましい。
【0027】又、結着材のガラス転移点としては、50
℃以上であるのが好ましく、80℃以上であるのが更に
好ましく、100℃以上であるのが特に好ましい。尚、
ガラス転移点の上限は、結着性能等の面から、350℃
程度以下であるのが好ましく、300℃程度以下である
のが更に好ましく、250℃程度以下であるのが特に好
ましい。
℃以上であるのが好ましく、80℃以上であるのが更に
好ましく、100℃以上であるのが特に好ましい。尚、
ガラス転移点の上限は、結着性能等の面から、350℃
程度以下であるのが好ましく、300℃程度以下である
のが更に好ましく、250℃程度以下であるのが特に好
ましい。
【0028】本発明の燃料電池用セパレータは、前記黒
鉛粉末と前記結着材、或いは更に架橋剤等を加えて、タ
ンブラーブレンダー、リボンブレンダー、V型ブレンダ
ー、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー等の混合機
により均一に混合するか、或いは、一軸又は二軸押出
機、ロール、バンバリーミキサー、ニーダー、ブラベン
ダー等の混練機により混合、混練した後、加熱下に加圧
成形することにより製造される。尚、本発明において、
加熱下に加圧成形するとは、圧縮成形はもとより、トラ
ススファー成形、射出圧縮成形、及び射出成形等をも包
含するものであり、実用的には、圧縮成形が好ましい。
鉛粉末と前記結着材、或いは更に架橋剤等を加えて、タ
ンブラーブレンダー、リボンブレンダー、V型ブレンダ
ー、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー等の混合機
により均一に混合するか、或いは、一軸又は二軸押出
機、ロール、バンバリーミキサー、ニーダー、ブラベン
ダー等の混練機により混合、混練した後、加熱下に加圧
成形することにより製造される。尚、本発明において、
加熱下に加圧成形するとは、圧縮成形はもとより、トラ
ススファー成形、射出圧縮成形、及び射出成形等をも包
含するものであり、実用的には、圧縮成形が好ましい。
【0029】又、その際、黒鉛粉末と結着材との混合を
均一に行うために、前記結着材としては、低粘度化させ
て、例えば、有機溶剤の溶液或いは分散液として用いる
のが好ましく、その有機溶剤としては、例えば、ブタ
ン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等のアル
カン類、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプ
タン、シクロオクタン等のシクロアルカン類、エタノー
ル、プロパノール、ブタノール、アミルアルコール、ヘ
キサノール、ヘプタノール、オクタノール、デカノー
ル、ウンデカノール、ジアセトンアルコール、フルフリ
ルアルコール、ベンジルアルコール等のアルコール類、
メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソル
ブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブア
セテート等のセロソルブ類、プロピレングリコールモノ
メチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエー
テル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロ
ピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロ
ピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロ
ピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプ
ロピレングリコールジメチルエーテル等のプロピレング
リコール類、アセトン、メチルアミルケトン、シクロヘ
キサノン、アセトフェノン等のケトン類、ジオキサン、
テトラヒドロフラン等のエーテル類、酢酸ブチル、酢酸
アミル、酪酸エチル、酪酸ブチル、ジエチルオキサレー
ト、ピルビン酸エチル、エチル−2−ヒドロキシブチレ
ート、エチルアセトアセテート、乳酸メチル、乳酸エチ
ル、3−メトキシプロピオン酸メチル等のエステル類、
クロロホルム、塩化メチレン、テトラクロロエタン等の
ハロゲン化炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレ
ン、クレゾール等の芳香族炭化水素類、ジメチルホルム
アミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン
等の高極性溶剤類等が挙げられ、中で、芳香族炭化水素
類が好ましい。又、その際の溶液或いは分散液における
結着材の濃度は、5〜90重量%とするのが好ましい。
均一に行うために、前記結着材としては、低粘度化させ
て、例えば、有機溶剤の溶液或いは分散液として用いる
のが好ましく、その有機溶剤としては、例えば、ブタ
ン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等のアル
カン類、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプ
タン、シクロオクタン等のシクロアルカン類、エタノー
ル、プロパノール、ブタノール、アミルアルコール、ヘ
キサノール、ヘプタノール、オクタノール、デカノー
ル、ウンデカノール、ジアセトンアルコール、フルフリ
ルアルコール、ベンジルアルコール等のアルコール類、
メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソル
ブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブア
セテート等のセロソルブ類、プロピレングリコールモノ
メチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエー
テル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロ
ピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロ
ピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロ
ピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプ
ロピレングリコールジメチルエーテル等のプロピレング
リコール類、アセトン、メチルアミルケトン、シクロヘ
キサノン、アセトフェノン等のケトン類、ジオキサン、
テトラヒドロフラン等のエーテル類、酢酸ブチル、酢酸
アミル、酪酸エチル、酪酸ブチル、ジエチルオキサレー
ト、ピルビン酸エチル、エチル−2−ヒドロキシブチレ
ート、エチルアセトアセテート、乳酸メチル、乳酸エチ
ル、3−メトキシプロピオン酸メチル等のエステル類、
クロロホルム、塩化メチレン、テトラクロロエタン等の
ハロゲン化炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレ
ン、クレゾール等の芳香族炭化水素類、ジメチルホルム
アミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン
等の高極性溶剤類等が挙げられ、中で、芳香族炭化水素
類が好ましい。又、その際の溶液或いは分散液における
結着材の濃度は、5〜90重量%とするのが好ましい。
【0030】又、前記混合における黒鉛粉末としては、
結着材を溶液或いは分散液とするに用いる前記有機溶剤
を用いて、予め湿潤させておくのが好ましく、その際の
有機溶剤としては、結着材溶液或いは分散液において用
いたと同じ有機溶剤を用いるのが好ましい。又、架橋剤
は、この黒鉛粉末の有機溶剤湿潤物に添加して用いるの
が好ましい。又、混合は、結着材のガラス転移点又は融
点以上に加熱して行うのが好ましい。
結着材を溶液或いは分散液とするに用いる前記有機溶剤
を用いて、予め湿潤させておくのが好ましく、その際の
有機溶剤としては、結着材溶液或いは分散液において用
いたと同じ有機溶剤を用いるのが好ましい。又、架橋剤
は、この黒鉛粉末の有機溶剤湿潤物に添加して用いるの
が好ましい。又、混合は、結着材のガラス転移点又は融
点以上に加熱して行うのが好ましい。
【0031】本発明において、結着材の使用量は、黒鉛
粉末100重量部に対して0.5〜25重量部とするの
が好ましく、0.5〜20重量部とするのが更に好まし
く、1〜20重量部とするのが特に好ましく、就中、2
〜15重量部とするのが好ましい。結着材の使用量が前
記範囲未満では、黒鉛粉末の結着度が低下し、得られる
セパレータの耐破損性等が劣る傾向となり、一方、前記
範囲超過では、セパレータの導電性等の性能が損なわれ
る傾向となる。
粉末100重量部に対して0.5〜25重量部とするの
が好ましく、0.5〜20重量部とするのが更に好まし
く、1〜20重量部とするのが特に好ましく、就中、2
〜15重量部とするのが好ましい。結着材の使用量が前
記範囲未満では、黒鉛粉末の結着度が低下し、得られる
セパレータの耐破損性等が劣る傾向となり、一方、前記
範囲超過では、セパレータの導電性等の性能が損なわれ
る傾向となる。
【0032】尚、前記混合において、有機溶剤を用いた
場合には、ペースト状となった混合物を加熱乾燥させる
必要があり、その加熱条件としては、有機溶剤が蒸発す
る温度、時間とするのがよく、具体的には、加熱温度は
200℃程度以下、加熱時間は、数分〜数十時間とし、
混合物中の有機溶剤の含有量が好ましくは1重量%以下
となるまで乾燥させる。
場合には、ペースト状となった混合物を加熱乾燥させる
必要があり、その加熱条件としては、有機溶剤が蒸発す
る温度、時間とするのがよく、具体的には、加熱温度は
200℃程度以下、加熱時間は、数分〜数十時間とし、
混合物中の有機溶剤の含有量が好ましくは1重量%以下
となるまで乾燥させる。
【0033】又、前記加熱乾燥を含めた前記混合によっ
て黒鉛粉末と結着材、或いは更に添加された架橋剤との
混合物は、通常、塊状化するので、その塊状物を、例え
ば、ミキサー、ジョークラッシャー、ジャイレートリー
クラッシャー、ロールミル、サンプルミル、ジェットミ
ル、ハンマーミル、インペラーブレーカー等により、最
大粒径が好ましくは3mm未満となるように粗粉砕す
る。
て黒鉛粉末と結着材、或いは更に添加された架橋剤との
混合物は、通常、塊状化するので、その塊状物を、例え
ば、ミキサー、ジョークラッシャー、ジャイレートリー
クラッシャー、ロールミル、サンプルミル、ジェットミ
ル、ハンマーミル、インペラーブレーカー等により、最
大粒径が好ましくは3mm未満となるように粗粉砕す
る。
【0034】この粉砕物を、圧縮成形機等により、結着
材が溶融する温度以上で分解しない温度以下、好ましく
は50〜400℃、更に好ましくは100〜350℃の
温度の加熱下、好ましくは20〜400MPa、更に好
ましくは40〜300MPaの圧力で加圧成形すること
により、通常、縦及び横の長さが各々50〜500m
m、厚さが2〜10mm程度の所望の板状のセパレータ
を製造する。その際、結着材としてゴム類を用い、架橋
剤を用いたときには、架橋反応が生じ、架橋物となる。
材が溶融する温度以上で分解しない温度以下、好ましく
は50〜400℃、更に好ましくは100〜350℃の
温度の加熱下、好ましくは20〜400MPa、更に好
ましくは40〜300MPaの圧力で加圧成形すること
により、通常、縦及び横の長さが各々50〜500m
m、厚さが2〜10mm程度の所望の板状のセパレータ
を製造する。その際、結着材としてゴム類を用い、架橋
剤を用いたときには、架橋反応が生じ、架橋物となる。
【0035】又、前記加圧成形において、金型表面に平
行させた多数の直線状等の突条を刻設しておくことによ
り、板状セパレータの片表面或いは両表面にその直線状
等の突条に対応した反応ガス流路用溝を形成させること
ができる。
行させた多数の直線状等の突条を刻設しておくことによ
り、板状セパレータの片表面或いは両表面にその直線状
等の突条に対応した反応ガス流路用溝を形成させること
ができる。
【0036】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明するが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施
例に限定されるものではない。
明するが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施
例に限定されるものではない。
【0037】実施例1 平均粒径20μmの天然黒鉛粉末500gにトルエン1
00ccを加えて5分間混合して黒鉛粉末を湿潤させた
後、市販の天然ゴム15gをトルエン150ccに溶解
させた溶液を加え、双腕式ニーダー中で1時間混合、混
練した後、ニーダーから取り出して室温で2時間保持
し、次いで、70℃で30分間加熱、乾燥させた。引き
続いて、得られた塊状物を、ミキサー中で2分間粉砕し
て16メッシュ(目開き1mm)の篩にかける操作を繰
り返すことにより、全量が1mm以下となるように粉砕
した後、室温の金型に充填し、室温から200℃まで昇
温し、その温度で98MPaの圧力下で2分間プレス成
形し、60℃まで冷却後除圧することにより、縦及び横
の長さ各々100mm、厚さ5mmの板状の燃料電池用
セパレータを製造した。
00ccを加えて5分間混合して黒鉛粉末を湿潤させた
後、市販の天然ゴム15gをトルエン150ccに溶解
させた溶液を加え、双腕式ニーダー中で1時間混合、混
練した後、ニーダーから取り出して室温で2時間保持
し、次いで、70℃で30分間加熱、乾燥させた。引き
続いて、得られた塊状物を、ミキサー中で2分間粉砕し
て16メッシュ(目開き1mm)の篩にかける操作を繰
り返すことにより、全量が1mm以下となるように粉砕
した後、室温の金型に充填し、室温から200℃まで昇
温し、その温度で98MPaの圧力下で2分間プレス成
形し、60℃まで冷却後除圧することにより、縦及び横
の長さ各々100mm、厚さ5mmの板状の燃料電池用
セパレータを製造した。
【0038】得られたセパレータは、JIS K717
1に準拠して測定した曲げ応力−たわみ曲線の最大曲げ
応力を示すまでのたわみ下におけるE1 /E1/2 は0.
33、E3/4 /E1/4 は0.19、(σ1 −σb )/
(εb −ε1 )は40MPa/mmであった。又、表面
を指で擦っても黒鉛による汚れはなく、その嵩密度は
1.99g/cm3 であり、又、体積抵抗率は9mΩ・
cmであった。
1に準拠して測定した曲げ応力−たわみ曲線の最大曲げ
応力を示すまでのたわみ下におけるE1 /E1/2 は0.
33、E3/4 /E1/4 は0.19、(σ1 −σb )/
(εb −ε1 )は40MPa/mmであった。又、表面
を指で擦っても黒鉛による汚れはなく、その嵩密度は
1.99g/cm3 であり、又、体積抵抗率は9mΩ・
cmであった。
【0039】実施例2 結着材のゴム類として市販のスチレンブタジエンゴムを
用い、その15gをトルエン90ccに溶解させた溶液
を黒鉛粉末湿潤物に加えたこと、及び、プレス成形時の
圧力を69MPaとしたことの外は、実施例1と同様に
して、セパレータを製造した。得られたセパレータは、
表面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかった。又、そ
の曲げ応力−たわみ曲線を図1に示し、同曲線における
E1 /E 1/2 、E3/4 /E1/4 、及び(σ1 −σb )/
(εb −ε1 )、並びに、嵩密度、体積抵抗率を表1に
示した。
用い、その15gをトルエン90ccに溶解させた溶液
を黒鉛粉末湿潤物に加えたこと、及び、プレス成形時の
圧力を69MPaとしたことの外は、実施例1と同様に
して、セパレータを製造した。得られたセパレータは、
表面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかった。又、そ
の曲げ応力−たわみ曲線を図1に示し、同曲線における
E1 /E 1/2 、E3/4 /E1/4 、及び(σ1 −σb )/
(εb −ε1 )、並びに、嵩密度、体積抵抗率を表1に
示した。
【0040】実施例3 天然ゴム10gをトルエン100ccに溶解させた溶液
を黒鉛粉末湿潤物に加えた外は、実施例1と同様にし
て、セパレータを製造した。得られたセパレータは、表
面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかった。又、その
曲げ応力−たわみ曲線におけるE1 /E1/2 、E3/4 /
E1/4 、及び(σ1 −σb )/(εb −ε 1 )、並び
に、嵩密度、体積抵抗率を表1に示した。
を黒鉛粉末湿潤物に加えた外は、実施例1と同様にし
て、セパレータを製造した。得られたセパレータは、表
面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかった。又、その
曲げ応力−たわみ曲線におけるE1 /E1/2 、E3/4 /
E1/4 、及び(σ1 −σb )/(εb −ε 1 )、並び
に、嵩密度、体積抵抗率を表1に示した。
【0041】実施例4 結着材のゴム類として市販のスチレンブタジエンゴムを
用い、その10gをトルエン60ccに溶解させた溶液
を黒鉛粉末湿潤物に加えた外は、実施例1と同様にし
て、セパレータを製造した。得られたセパレータは、表
面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかった。又、その
曲げ応力−たわみ曲線におけるE1 /E1/ 2 、E3/4 /
E1/4 、及び(σ1 −σb )/(εb −ε1 )、並び
に、嵩密度、体積抵抗率を表1に示した。
用い、その10gをトルエン60ccに溶解させた溶液
を黒鉛粉末湿潤物に加えた外は、実施例1と同様にし
て、セパレータを製造した。得られたセパレータは、表
面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかった。又、その
曲げ応力−たわみ曲線におけるE1 /E1/ 2 、E3/4 /
E1/4 、及び(σ1 −σb )/(εb −ε1 )、並び
に、嵩密度、体積抵抗率を表1に示した。
【0042】実施例5 平均粒径24μmの天然黒鉛粉末500gにトルエン1
00ccを加えて5分間混合して黒鉛粉末を湿潤させた
後、市販の天然ゴム33.5gをトルエン335ccに
溶解させた溶液を加え、双腕式ニーダー中で1時間混
合、混練した後、ニーダーから取り出して室温で2時間
保持し、次いで、120℃で3時間加熱、乾燥させた。
引き続いて、得られた塊状物を、ミキサー中で2分間粉
砕して16メッシュ(目開き1mm)の篩にかける操作
を繰り返すことにより、全量が1mm以下となるように
粉砕した後、室温の金型に充填し、室温から180℃ま
で昇温し、その温度で69MPaの圧力下で5分間プレ
ス成形し、40℃まで冷却後除圧することにより、縦及
び横の長さ各々100mm、厚さ5mmの板状の燃料電
池用セパレータを製造した。得られたセパレータは、表
面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかった。又、その
曲げ応力−たわみ曲線を図2に示し、同曲線におけるE
1 /E1/2 、E3/4 /E1/4 、及び(σ1 −σb )/
(εb −ε1 )、並びに、嵩密度、体積抵抗率を表1に
示した。
00ccを加えて5分間混合して黒鉛粉末を湿潤させた
後、市販の天然ゴム33.5gをトルエン335ccに
溶解させた溶液を加え、双腕式ニーダー中で1時間混
合、混練した後、ニーダーから取り出して室温で2時間
保持し、次いで、120℃で3時間加熱、乾燥させた。
引き続いて、得られた塊状物を、ミキサー中で2分間粉
砕して16メッシュ(目開き1mm)の篩にかける操作
を繰り返すことにより、全量が1mm以下となるように
粉砕した後、室温の金型に充填し、室温から180℃ま
で昇温し、その温度で69MPaの圧力下で5分間プレ
ス成形し、40℃まで冷却後除圧することにより、縦及
び横の長さ各々100mm、厚さ5mmの板状の燃料電
池用セパレータを製造した。得られたセパレータは、表
面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかった。又、その
曲げ応力−たわみ曲線を図2に示し、同曲線におけるE
1 /E1/2 、E3/4 /E1/4 、及び(σ1 −σb )/
(εb −ε1 )、並びに、嵩密度、体積抵抗率を表1に
示した。
【0043】実施例6 結着材のゴム類として市販のアクリロニトリルブタジエ
ンゴムを用い、その25gをトルエン150ccに溶解
させた溶液を黒鉛粉末湿潤物に加えたこと、及び、プレ
ス成形時の圧力を98MPaとしたことの外は、実施例
5と同様にして、セパレータを製造した。得られたセパ
レータは、表面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかっ
た。又、その曲げ応力−たわみ曲線を図3に示し、同曲
線におけるE1 /E1/2 、E3/4 /E1/4 、及び(σ1
−σb )/(εb −ε1 )、並びに、嵩密度、体積抵抗
率を表1に示した。
ンゴムを用い、その25gをトルエン150ccに溶解
させた溶液を黒鉛粉末湿潤物に加えたこと、及び、プレ
ス成形時の圧力を98MPaとしたことの外は、実施例
5と同様にして、セパレータを製造した。得られたセパ
レータは、表面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかっ
た。又、その曲げ応力−たわみ曲線を図3に示し、同曲
線におけるE1 /E1/2 、E3/4 /E1/4 、及び(σ1
−σb )/(εb −ε1 )、並びに、嵩密度、体積抵抗
率を表1に示した。
【0044】実施例7 結着材のゴム類として市販のスチレンブタジエンブロッ
ク共重合体(スチレン含有率約30重量%)の水素添加
誘導体であるスチレン系熱可塑性エラストマーを用い、
その25gをトルエン150ccに溶解させた溶液を黒
鉛粉末湿潤物に加えたこと、及び、プレス成形時の圧力
を98MPaとしたことの外は、実施例5と同様にし
て、セパレータを製造した。得られたセパレータは、表
面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかった。又、その
曲げ応力−たわみ曲線を図4に示し、同曲線におけるE
1 /E1/2 、E3/4 /E1/4 、及び(σ1 −σb )/
(εb−ε1 )、並びに、嵩密度、体積抵抗率を表1に
示した。
ク共重合体(スチレン含有率約30重量%)の水素添加
誘導体であるスチレン系熱可塑性エラストマーを用い、
その25gをトルエン150ccに溶解させた溶液を黒
鉛粉末湿潤物に加えたこと、及び、プレス成形時の圧力
を98MPaとしたことの外は、実施例5と同様にし
て、セパレータを製造した。得られたセパレータは、表
面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかった。又、その
曲げ応力−たわみ曲線を図4に示し、同曲線におけるE
1 /E1/2 、E3/4 /E1/4 、及び(σ1 −σb )/
(εb−ε1 )、並びに、嵩密度、体積抵抗率を表1に
示した。
【0045】実施例8 結着材のゴム類として市販のスチレンブタジエンブロッ
ク共重合体(スチレン含有率約67重量%)の水素添加
誘導体であるスチレン系熱可塑性エラストマーを用い、
その25gをトルエン150ccに溶解させた溶液を黒
鉛粉末湿潤物に加えたこと、及び、プレス成形時の圧力
を98MPaとしたことの外は、実施例5と同様にし
て、セパレータを製造した。得られたセパレータは、表
面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかった。又、その
曲げ応力−たわみ曲線を図5に示し、同曲線におけるE
1 /E1/2 、E3/4 /E1/4 、及び(σ1 −σb )/
(εb−ε1 )、並びに、嵩密度、体積抵抗率を表1に
示した。
ク共重合体(スチレン含有率約67重量%)の水素添加
誘導体であるスチレン系熱可塑性エラストマーを用い、
その25gをトルエン150ccに溶解させた溶液を黒
鉛粉末湿潤物に加えたこと、及び、プレス成形時の圧力
を98MPaとしたことの外は、実施例5と同様にし
て、セパレータを製造した。得られたセパレータは、表
面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかった。又、その
曲げ応力−たわみ曲線を図5に示し、同曲線におけるE
1 /E1/2 、E3/4 /E1/4 、及び(σ1 −σb )/
(εb−ε1 )、並びに、嵩密度、体積抵抗率を表1に
示した。
【0046】実施例9 結着材のゴム類として市販のスチレンイソプレンブロッ
ク共重合体(スチレン含有率約65重量%)の水素添加
誘導体であるスチレン系熱可塑性エラストマーを用い、
その25gをトルエン150ccに溶解させた溶液を黒
鉛粉末湿潤物に加えたこと、及び、プレス成形時の圧力
を98MPaとしたことの外は、実施例5と同様にし
て、セパレータを製造した。得られたセパレータは、表
面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかった。又、その
曲げ応力−たわみ曲線を図6に示し、同曲線におけるE
1 /E1/2 、E3/4 /E1/4 、及び(σ1 −σb )/
(εb−ε1 )、並びに、嵩密度、体積抵抗率を表1に
示した。
ク共重合体(スチレン含有率約65重量%)の水素添加
誘導体であるスチレン系熱可塑性エラストマーを用い、
その25gをトルエン150ccに溶解させた溶液を黒
鉛粉末湿潤物に加えたこと、及び、プレス成形時の圧力
を98MPaとしたことの外は、実施例5と同様にし
て、セパレータを製造した。得られたセパレータは、表
面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかった。又、その
曲げ応力−たわみ曲線を図6に示し、同曲線におけるE
1 /E1/2 、E3/4 /E1/4 、及び(σ1 −σb )/
(εb−ε1 )、並びに、嵩密度、体積抵抗率を表1に
示した。
【0047】実施例10 結着材として市販のポリスチレン(平均分子量20万)
とスチレンブタジエンブロック共重合体であるスチレン
系熱可塑性エラストマーとの混合物(重量比50/5
0)を用い、その25gをトルエン125ccに溶解さ
せた溶液を黒鉛粉末湿潤物に加えたこと、及び、プレス
成形時の圧力を98MPaとしたことの外は、実施例5
と同様にして、セパレータを製造した。得られたセパレ
ータは、表面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかっ
た。又、その曲げ応力−たわみ曲線を図7に示し、同曲
線におけるE1 /E1/2 、E3/4 /E1/4 、及び(σ1
−σb)/(εb −ε1 )、並びに、嵩密度、体積抵抗
率を表1に示した。
とスチレンブタジエンブロック共重合体であるスチレン
系熱可塑性エラストマーとの混合物(重量比50/5
0)を用い、その25gをトルエン125ccに溶解さ
せた溶液を黒鉛粉末湿潤物に加えたこと、及び、プレス
成形時の圧力を98MPaとしたことの外は、実施例5
と同様にして、セパレータを製造した。得られたセパレ
ータは、表面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかっ
た。又、その曲げ応力−たわみ曲線を図7に示し、同曲
線におけるE1 /E1/2 、E3/4 /E1/4 、及び(σ1
−σb)/(εb −ε1 )、並びに、嵩密度、体積抵抗
率を表1に示した。
【0048】実施例11 結着材として市販のポリスチレン(平均分子量20万)
とスチレンブタジエンブロック共重合体の水素添加誘導
体であるスチレン系熱可塑性エラストマーとの混合物
(重量比30/70)を用い、その25gをトルエン1
00ccに溶解させた溶液を黒鉛粉末湿潤物に加えたこ
と、及び、プレス成形時の圧力を98MPaとしたこと
の外は、実施例5と同様にして、セパレータを製造し
た。得られたセパレータは、表面を指で擦っても黒鉛に
よる汚れはなかった。又、その曲げ応力−たわみ曲線を
図8に示し、同曲線におけるE1 /E1/2 、E3/4 /E
1/4 、及び(σ1 −σb )/(εb −ε1 )、並びに、
嵩密度、体積抵抗率を表1に示した。
とスチレンブタジエンブロック共重合体の水素添加誘導
体であるスチレン系熱可塑性エラストマーとの混合物
(重量比30/70)を用い、その25gをトルエン1
00ccに溶解させた溶液を黒鉛粉末湿潤物に加えたこ
と、及び、プレス成形時の圧力を98MPaとしたこと
の外は、実施例5と同様にして、セパレータを製造し
た。得られたセパレータは、表面を指で擦っても黒鉛に
よる汚れはなかった。又、その曲げ応力−たわみ曲線を
図8に示し、同曲線におけるE1 /E1/2 、E3/4 /E
1/4 、及び(σ1 −σb )/(εb −ε1 )、並びに、
嵩密度、体積抵抗率を表1に示した。
【0049】実施例12 結着材のゴム類として市販のエチレンプロピレンゴムを
用い、その25gをトルエン125ccに溶解させた溶
液を黒鉛粉末湿潤物に加えたこと、及び、プレス成形時
の圧力を98MPaとしたことの外は、実施例5と同様
にして、セパレータを製造した。得られたセパレータ
は、表面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかった。
又、その曲げ応力−たわみ曲線を図9に示し、同曲線に
おけるE1 /E1/2 、E3/4 /E1/4 、及び(σ1 −σ
b )/(εb −ε1 )、並びに、嵩密度、体積抵抗率を
表1に示した。
用い、その25gをトルエン125ccに溶解させた溶
液を黒鉛粉末湿潤物に加えたこと、及び、プレス成形時
の圧力を98MPaとしたことの外は、実施例5と同様
にして、セパレータを製造した。得られたセパレータ
は、表面を指で擦っても黒鉛による汚れはなかった。
又、その曲げ応力−たわみ曲線を図9に示し、同曲線に
おけるE1 /E1/2 、E3/4 /E1/4 、及び(σ1 −σ
b )/(εb −ε1 )、並びに、嵩密度、体積抵抗率を
表1に示した。
【0050】比較例1 市販の等方性黒鉛(東海カーボン社製「G405」)を
用いてセパレータを製造した。得られたセパレータの曲
げ応力−たわみ曲線におけるE1 /E1/2 、E 3/4 /E
1/4 、及び(σ1 −σb )/(εb −ε1 )、並びに、
嵩密度、体積抵抗率を表1に示した。
用いてセパレータを製造した。得られたセパレータの曲
げ応力−たわみ曲線におけるE1 /E1/2 、E 3/4 /E
1/4 、及び(σ1 −σb )/(εb −ε1 )、並びに、
嵩密度、体積抵抗率を表1に示した。
【0051】比較例2 平均粒径13μmの天然黒鉛粉末500g及びフェノー
ル樹脂硬化剤としてのヘキサメチレンジアミン5.25
gにエタノール100gを加えて混合して黒鉛粉末を湿
潤させた後、市販のノボラック系フェノール樹脂75g
をエタノール75ccに溶解させた溶液を加え、双腕式
ニーダー中で1時間混合、混練した後、ニーダーから取
り出して室温で2時間保持し、次いで、100℃で5時
間加熱、乾燥させた。引き続いて、得られた塊状物を、
ミキサー中で2分間粉砕して16メッシュ(目開き1m
m)の篩にかける操作を繰り返すことにより、全量が1
mm以下となるように粉砕した後、室温の金型に充填
し、室温から200℃まで昇温し、その温度で98MP
aの圧力下で15分間プレス成形し、40℃まで冷却後
除圧することにより、縦及び横の長さ各々100mm、
厚さ5mmの板状の燃料電池用セパレータを製造した。
得られたセパレータの曲げ応力−たわみ曲線を図10に
示し、同曲線におけるE1 /E1/2 、E3/4 /E1/4 、
及び(σ1 −σ b )/(εb −ε1 )、並びに、嵩密
度、体積抵抗率を表1に示した。
ル樹脂硬化剤としてのヘキサメチレンジアミン5.25
gにエタノール100gを加えて混合して黒鉛粉末を湿
潤させた後、市販のノボラック系フェノール樹脂75g
をエタノール75ccに溶解させた溶液を加え、双腕式
ニーダー中で1時間混合、混練した後、ニーダーから取
り出して室温で2時間保持し、次いで、100℃で5時
間加熱、乾燥させた。引き続いて、得られた塊状物を、
ミキサー中で2分間粉砕して16メッシュ(目開き1m
m)の篩にかける操作を繰り返すことにより、全量が1
mm以下となるように粉砕した後、室温の金型に充填
し、室温から200℃まで昇温し、その温度で98MP
aの圧力下で15分間プレス成形し、40℃まで冷却後
除圧することにより、縦及び横の長さ各々100mm、
厚さ5mmの板状の燃料電池用セパレータを製造した。
得られたセパレータの曲げ応力−たわみ曲線を図10に
示し、同曲線におけるE1 /E1/2 、E3/4 /E1/4 、
及び(σ1 −σ b )/(εb −ε1 )、並びに、嵩密
度、体積抵抗率を表1に示した。
【0052】
【表1】
【0053】
【発明の効果】本発明によれば、黒鉛粉末と結着材とを
含有する加熱加圧成形体からなる燃料電池セパレータに
おいて、耐破損性、嵩密度等を低下させることなく結着
材の含有量を低減化でき、よって、導電性等のセパレー
タ性能を十分に発現させ得る燃料電池用セパレータ、及
びその製造方法を提供することができる。
含有する加熱加圧成形体からなる燃料電池セパレータに
おいて、耐破損性、嵩密度等を低下させることなく結着
材の含有量を低減化でき、よって、導電性等のセパレー
タ性能を十分に発現させ得る燃料電池用セパレータ、及
びその製造方法を提供することができる。
【図1】 本発明の実施例2で得られた燃料電池用セパ
レータの曲げ応力−たわみ曲線である。
レータの曲げ応力−たわみ曲線である。
【図2】 本発明の実施例5で得られた燃料電池用セパ
レータの曲げ応力−たわみ曲線である。
レータの曲げ応力−たわみ曲線である。
【図3】 本発明の実施例6で得られた燃料電池用セパ
レータの曲げ応力−たわみ曲線である。
レータの曲げ応力−たわみ曲線である。
【図4】 本発明の実施例7で得られた燃料電池用セパ
レータの曲げ応力−を示すグラフである。
レータの曲げ応力−を示すグラフである。
【図5】 本発明の実施例8で得られた燃料電池用セパ
レータの曲げ応力−たわみ曲線である。
レータの曲げ応力−たわみ曲線である。
【図6】 本発明の実施例9で得られた燃料電池用セパ
レータの曲げ応力−たわみ曲線である。
レータの曲げ応力−たわみ曲線である。
【図7】 本発明の実施例10で得られた燃料電池用セ
パレータの曲げ応力−たわみ曲線である。
パレータの曲げ応力−たわみ曲線である。
【図8】 本発明の実施例11で得られた燃料電池用セ
パレータの曲げ応力−たわみ曲線である。
パレータの曲げ応力−たわみ曲線である。
【図9】 本発明の実施例12で得られた燃料電池用セ
パレータの曲げ応力−たわみ曲線である。
パレータの曲げ応力−たわみ曲線である。
【図10】 本発明の比較例2で得られた燃料電池用セ
パレータの曲げ応力−たわみ曲線である。
パレータの曲げ応力−たわみ曲線である。
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 光雄 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地 三菱化学株式会社内 (72)発明者 稲村 正昭 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地 三菱化学株式会社内 (72)発明者 吉野 昭治 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地 三菱化学株式会社内 (72)発明者 北出 拓 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地 三菱化学株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA02 BB01 BB02 BB08 CC03 CX07 EE06 EE18 HH00 HH01 HH05 HH09
Claims (16)
- 【請求項1】 黒鉛粉末と結着材とを含有する加熱加圧
成形体からなり、JIS K7171に準拠して測定し
た曲げ応力−たわみ曲線が、最大曲げ応力を示すまでの
たわみ下において、下記式(I) の関係を満たすことを特
徴とする燃料電池用セパレータ。 E1 /E1/2 ≦0.75 (I) 〔式(I) 中、E1 は、最大応力(σ1 )におけるたわみ
(ε1 )と、そのたわみ(ε1 )の1/2値のたわみ
(ε1/2 )、及びその1/2値のたわみ(ε1/2)にお
ける応力(σ1/2 )から次式により求めた曲げ弾性率 E1 =(σ1 −σ1/2 )/(ε1 −ε1/2 ) であり、E1/2 は、最大応力(σ1 )におけるたわみ
(ε1 )の1/2値のたわみ(ε1/2 )及びその1/2
値のたわみ(ε1/2 )における応力(σ1/2 )と、たわ
み開始点(ε0 =0)及び応力開始点(σ0 =0)から
次式により求めた曲げ弾性率 E1/2 =(σ1/2 −σ0 )/(ε1/2 −ε0 ) である。〕 - 【請求項2】 曲げ応力−たわみ曲線が、最大曲げ応力
を示すまでのたわみ下において、下記式(II)の関係を満
たす請求項1に記載の燃料電池用セパレータ。 E3/4 /E1/4 ≦0.70 (II) 〔式(II)中、E3/4 は、最大応力(σ1 )におけるたわ
み(ε1 )と、そのたわみ(ε1 )の3/4値のたわみ
(ε3/4 )、及びその3/4値のたわみ(ε3/ 4 )にお
ける応力(σ3/4 )から次式により求めた曲げ弾性率 E3/4 =(σ1 −σ3/4 )/(ε1 −ε3/4 ) であり、E1/4 は、最大応力(σ1 )におけるたわみ
(ε1 )の1/4値のたわみ(ε1/4 )及びその1/4
値のたわみ(ε1/4 )における応力(σ1/4 )と、たわ
み開始点(ε0 =0)及び応力開始点(σ0 =0)から
次式により求めた曲げ弾性率 E1/4 =(σ1/4 −σ0 )/(ε1/4 −ε0 ) である。〕 - 【請求項3】 曲げ応力−たわみ曲線が、最大曲げ応力
以降のたわみ下において、下記式(III) の関係を満たす
請求項1又は2に記載の燃料電池用セパレータ。 (σ1 −σb )/(εb −ε1 )≦1,500(MPa/mm) (III) 〔式(III) 中、σ1 及びε1 は、式(I) 及び(II)におけ
ると同様であり、σbは、破壊時のたわみεb における
応力(=0)である。〕 - 【請求項4】 結着材がゴム類からなる請求項1乃至3
のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。 - 【請求項5】 ゴム類がジエン系ゴムである請求項4に
記載の燃料電池用セパレータ。 - 【請求項6】 結着材の含有量が、黒鉛粉末100重量
部に対して0.5〜25重量部である請求項1乃至5の
いずれかに記載の燃料電池用セパレータ。 - 【請求項7】 黒鉛粉末の平均粒径が1〜100μmで
ある請求項1乃至6のいずれかに記載の燃料電池用セパ
レータ。 - 【請求項8】 セパレータ表面に反応ガス流路用溝が形
成されてなる請求項1乃至7のいずれかに記載の燃料電
池用セパレータ。 - 【請求項9】 黒鉛粉末と結着材とを混合した後、加熱
下に加圧成形して燃料電池用セパレータを製造するにお
いて、結着材としてゴム類を用いることを特徴とする燃
料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項10】 結着材としてのゴム類としてジエン系
ゴムを用いる請求項9に記載の燃料電池用セパレータの
製造方法。 - 【請求項11】 結着材の使用量を黒鉛粉末100重量
部に対して0.5〜25重量部とする請求項9又は10
に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項12】 結着材を有機溶剤の溶液或いは分散液
として用いる請求項9乃至11のいずれかに記載の燃料
電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項13】 有機溶剤の溶液或いは分散液における
結着材の濃度を5〜90重量%とする請求項12に記載
の燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項14】 黒鉛粉末を予め有機溶剤に湿潤させて
結着材と混合する請求項9乃至13のいずれかに記載の
燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項15】 黒鉛粉末の平均粒径が1〜100μm
である請求項9乃至14のいずれかに記載の燃料電池用
セパレータの製造方法。 - 【請求項16】 加熱下の加圧成形時に、セパレータ表
面に反応ガス流路用溝を形成させる請求項9乃至15の
いずれかに記載の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 |
---|---|---|---|
JP2001307187A JP2002184420A (ja) | 2000-10-03 | 2001-10-03 | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000-303180 | 2000-10-03 | ||
JP2000303180 | 2000-10-03 | ||
JP2001307187A JP2002184420A (ja) | 2000-10-03 | 2001-10-03 | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002184420A true JP2002184420A (ja) | 2002-06-28 |
Family
ID=26601426
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001307187A Pending JP2002184420A (ja) | 2000-10-03 | 2001-10-03 | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002184420A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003056648A1 (en) * | 2001-12-27 | 2003-07-10 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Fuel cell-use separator |
WO2004010524A1 (ja) * | 2002-07-18 | 2004-01-29 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | 燃料電池用セパレータの製造方法及び該セパレータと電極拡散層の接合方法 |
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-
2001
- 2001-10-03 JP JP2001307187A patent/JP2002184420A/ja active Pending
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KR100848414B1 (ko) * | 2004-07-23 | 2008-07-28 | 미쓰이 가가쿠 가부시키가이샤 | 연료전지용 결착제, 전극형성용 조성물, 전극 및 그것을사용한 연료전지 |
US8288058B2 (en) | 2004-07-23 | 2012-10-16 | Mitsui Chemicals, Inc. | Binder for fuel cell, composition for forming electrode, electrode, and fuel cell using the electrode |
WO2015020146A1 (ja) * | 2013-08-08 | 2015-02-12 | 日清紡ケミカル株式会社 | 燃料電池セパレータ |
JP2015035305A (ja) * | 2013-08-08 | 2015-02-19 | 日清紡ケミカル株式会社 | 燃料電池セパレータ |
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