JP2002231263A - Separator of fuel cell and its manufacturing method - Google Patents

Separator of fuel cell and its manufacturing method

Info

Publication number
JP2002231263A
JP2002231263A JP2001028143A JP2001028143A JP2002231263A JP 2002231263 A JP2002231263 A JP 2002231263A JP 2001028143 A JP2001028143 A JP 2001028143A JP 2001028143 A JP2001028143 A JP 2001028143A JP 2002231263 A JP2002231263 A JP 2002231263A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
separator
graphite
fluororesin
fuel cell
weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2001028143A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Ogawa
勉 小川
Yoshiharu Takaya
義治 高屋
Shinichi Sakashita
真一 阪下
Toshiaki Okumura
俊明 奥村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yodogawa Hu Tech Co Ltd
Original Assignee
Yodogawa Hu Tech Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yodogawa Hu Tech Co Ltd filed Critical Yodogawa Hu Tech Co Ltd
Priority to JP2001028143A priority Critical patent/JP2002231263A/en
Publication of JP2002231263A publication Critical patent/JP2002231263A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator used for a solid high polymer membrane type fuel cell, excellent in such performance as electric conductivity, gas permeability, mechanical strength and the like, and also to provide an industrially advantageous method for manufacturing such separators. SOLUTION: This separator having a gas permeable groove is used for the solid high polymer membrane type fuel cell. The separator is typically manufactured by a vacuum compression molding method, and all of the following conditions are satisfied when manufacturing the separator; (a) the separator is a molding molded from a composition of graphite and fluororesin, and the graphite forms a filler and the fluororesin forms a matrix, (b) when the rate of the graphite contained in the total quantity of the graphite and the fluororesin in the composition is set for G, and the rate of the fluororesin is set for F, G is 60-95 wt.% and F is 40-5 wt.%, and (c) the density of the molding is not less than 1.8 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、固体高分子膜型の
燃料電池のセパレータおよびそのセパレータを製造する
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer electrolyte membrane fuel cell separator and a method for manufacturing the separator.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池には、リン酸型、溶融炭酸塩
型、固体電解質型(固体酸化物型)、固体高分子膜型
(固体高分子型)をはじめ、種々のタイプのものが提案
されている。これらの中では、作動温度が80℃以下と
低く、起動時間が数秒と短く、従って未来の電気自動車
や家庭用電源としての実用化が期待できる固体高分子膜
型が特に注目されている。
2. Description of the Related Art Various types of fuel cells are proposed, including a phosphoric acid type, a molten carbonate type, a solid electrolyte type (solid oxide type), and a solid polymer membrane type (solid polymer type). Have been. Among them, a solid polymer membrane type, which has a low operating temperature of 80 ° C. or less and a short startup time of several seconds, and is therefore expected to be put to practical use as a future electric vehicle or home power supply, has attracted particular attention.

【0003】この固体高分子膜型の燃料電池は、基本的
には、「水冷却板/水透過板/セパレータ/ガス拡散層
/触媒層/高分子膜/触媒層/ガス拡散層/セパレー
タ」の構造を有し、左方の「ガス拡散層/触媒層」がア
ノード、右方の「ガス拡散層/触媒層」がカソードの役
割を果たす。電解質として通常フッ素系の固体高分子膜
が用いられるので、固体高分子膜型の燃料電池と称する
わけである。
[0003] This solid polymer membrane fuel cell is basically composed of "water cooling plate / water permeable plate / separator / gas diffusion layer / catalyst layer / polymer membrane / catalyst layer / gas diffusion layer / separator". The left "gas diffusion layer / catalyst layer" functions as an anode, and the right "gas diffusion layer / catalyst layer" functions as a cathode. Since a fluorine-based solid polymer membrane is usually used as the electrolyte, it is called a solid polymer membrane fuel cell.

【0004】上記においてセパレータは、燃料(水素)
および空気を供給するためのガス流路を形成した導電性
の部材からなり、リブ(溝)を有する構造となってい
る。
In the above, the separator is composed of fuel (hydrogen)
And a conductive member having a gas flow path for supplying air and having a rib (groove).

【0005】(イ)固体高分子膜型の燃料電池のセパレ
ータの代表的なものは、黒鉛のような炭素質粉末をフェ
ノール樹脂のような熱硬化型樹脂をバインダーとして成
形し、加熱硬化させたものであり、多数の出願がなされ
ている。そのうちのいくつかを次にあげる。 ・特開2000−77079号公報 黒鉛粉末を熱硬化性樹脂で結合してなる複合体から構成
される固体高分子電解質型であって、上記複合体が、黒
鉛粉末85〜97%、熱硬化性樹脂3〜15%の組成割
合に設定されているもの。 ・特開2000−40517号公報 人造黒鉛粉と天然黒鉛粉とが重量比で80:20〜2
0:80の割合で混合された黒鉛粉末100重量部と、
熱硬化性樹脂10〜25重量部とからなる固体高分子型
燃料電池用炭素質セパレータ部材。 ・特開平11−204120号公報 カーボンとバインダとを含む原材料であって、バインダ
として、エポキシ樹脂とフェノール樹脂とを含有する原
材料を所定の型内で加熱プレス成形する燃料電池用セパ
レータの製造方法。
(A) A typical polymer electrolyte membrane fuel cell separator is formed by molding a carbonaceous powder such as graphite using a thermosetting resin such as a phenolic resin as a binder, and heat-curing the molded product. And many applications have been filed. Some of them are listed below. Patent Document 1: JP-A-2000-77079 A solid polymer electrolyte type composed of a composite formed by binding graphite powder with a thermosetting resin, wherein the composite has a graphite powder content of 85 to 97% and a thermosetting property. Resin having a composition ratio of 3 to 15%. Patent Document 1: JP-A-2000-40517 Artificial graphite powder and natural graphite powder in a weight ratio of 80:20 to 2
100 parts by weight of graphite powder mixed at a ratio of 0:80;
A carbonaceous separator member for a polymer electrolyte fuel cell, comprising 10 to 25 parts by weight of a thermosetting resin. Patent Document 1: JP-A-11-204120 A method for producing a fuel cell separator in which a raw material containing carbon and a binder, the raw material containing an epoxy resin and a phenol resin as a binder is hot-press molded in a predetermined mold.

【0006】固体高分子膜型にかかるものではないが、
燃料電池のセパレータとして、黒鉛をフッ素系樹脂で固
めたものについてもいくつかの提案がなされている。
Although it does not relate to a solid polymer film type,
Some proposals have also been made for a fuel cell separator obtained by solidifying graphite with a fluororesin.

【0007】(ロ)特開昭61−69853号公報に
は、導電性充填剤と、含フッ素ポリマーと、粒子径10
μm 以下のポリテトラフルオロエチレン微粒子5〜30
重量%を添加してなる導電性樹脂組成物が示されてい
る。導電性充填剤および含フッ素ポリマーの割合は、そ
れぞれ、10〜60重量%、30〜85重量%とするの
がよいとの記載がある。含フッ素ポリマーとしては、P
TFE、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフル
オロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポ
リフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、含フッ素エポ
キシ樹脂、含フッ素シリコーン樹脂などが用いられると
している。成形加工方法は、圧縮成形のほかに、押出成
形、カレンダー成形、射出成形などを用いることができ
るとある。
(B) JP-A-61-69853 discloses that a conductive filler, a fluorine-containing polymer, a particle size of 10
μm or less polytetrafluoroethylene fine particles 5 to 30
The figure shows a conductive resin composition to which a weight% is added. It is described that the proportions of the conductive filler and the fluoropolymer are preferably 10 to 60% by weight and 30 to 85% by weight, respectively. As the fluorine-containing polymer, P
It is stated that TFE, polychlorotrifluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, fluorine-containing epoxy resin, fluorine-containing silicone resin, and the like are used. As a molding method, extrusion molding, calender molding, injection molding and the like can be used in addition to compression molding.

【0008】そして実施例においては、導電性充填剤と
して平均粒子径10μm のグラファイト、含フッ素ポリ
マーとして平均粒子径25μm のPTFEモールディン
グパウダー、粒子径10μm 以下のポリテトラフルオロ
エチレン微粒子として平均粒子径7μm のPTFEワッ
クスを用い、これら各原料をボールミルで混合してモー
ルディングパウダーを作り、次にこのパウダーを金型中
に均一に充填してから、室温でプレスして予備成形体と
し、さらにこの予備成形体を金属板の間に挟んだまま加
熱炉に装入し、370℃に昇温してこの温度に所定時間
保持した後、冷却して焼成を完了し、円板状成形体試料
を得ている。
In Examples, graphite having an average particle diameter of 10 μm was used as a conductive filler, PTFE molding powder having an average particle diameter of 25 μm was used as a fluorine-containing polymer, and polytetrafluoroethylene fine particles having an average particle diameter of 7 μm were used. Using a PTFE wax, these raw materials are mixed by a ball mill to form a molding powder, and then the powder is uniformly filled in a mold, and then pressed at room temperature to form a preform. Was placed in a heating furnace while being sandwiched between metal plates, heated to 370 ° C. and maintained at this temperature for a predetermined time, and then cooled to complete firing, thereby obtaining a disk-shaped molded body sample.

【0009】またこの公報には、この発明の樹脂組成物
は燃料電池のセパレート板などに用いて好適であるとの
記載もある。
This publication also states that the resin composition of the present invention is suitable for use in a separate plate of a fuel cell and the like.

【0010】(ハ)特開昭57−107570号公報に
は、電解質としてリン酸を用いる燃料電池を想定した発
明にかかるものであるが、セパレータを、フッ素系樹脂
とグラファイトとの混合物により形成した燃料電池が示
されている。フッ素系樹脂の代表例は、四フッ化エチレ
ン重合体(つまり、ポリテトラフルオロエチレン、PT
FE)、フッ化エチレンプロピレン共重合体(つまりF
EP)である。グラファイトの含有率は50〜75重量
%である。実施例においては、330℃×30kg/cm2×
10分間の条件での加熱加圧成形により、厚さ 0.6mmの
シートを作製している。
(C) Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-107570 relates to an invention assuming a fuel cell using phosphoric acid as an electrolyte. The separator is formed of a mixture of a fluorine-based resin and graphite. A fuel cell is shown. A typical example of the fluororesin is an ethylene tetrafluoride polymer (that is, polytetrafluoroethylene, PT
FE), a fluorinated ethylene-propylene copolymer (that is, F
EP). The graphite content is 50-75% by weight. In the example, 330 ° C. × 30 kg / cm 2 ×
A sheet having a thickness of 0.6 mm is manufactured by heating and pressing under a condition of 10 minutes.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上記(イ)のように、
固体高分子型の燃料電池のセパレータの代表的なものと
して、黒鉛のような炭素質粉末をフェノール樹脂のよう
な熱硬化型樹脂をバインダーとして成形し、加熱硬化さ
せたものがあげられるが、・成形した後に熱硬化型樹脂
をキュアリングすることが必須となるので、硬化までの
時間が長くかかること、・熱硬化型樹脂を導電化させる
ために800℃以上の温度で焼成する必要があり、時間
と費用を要すること、またその際に寸法が変化したり形
状が歪んだりすることがあること、燃料電池1台につき
数百枚ものセルを積み重ねるので、寸法誤差が大きい
と、締め付け時に割れたりクラックが入ったりするおそ
れがあること、・フェノール樹脂を用いるときにはホル
マリンが雰囲気中に揮散することを免れないので、作業
環境が悪くなること、などの問題点があり、生産性、コ
スト、品質、作業環境などの点で実用化の支障となって
いる。
As described in (a) above,
As a typical separator of a polymer electrolyte fuel cell, a separator obtained by molding a carbonaceous powder such as graphite with a thermosetting resin such as a phenol resin as a binder and heating and curing the same is used. Since it is essential to cure the thermosetting resin after molding, it takes a long time to cure, and it is necessary to bake at a temperature of 800 ° C. or higher to make the thermosetting resin conductive. It takes time and money, the dimensions may change and the shape may be distorted at that time, and hundreds of cells are stacked for each fuel cell. There is a risk of cracking. ・ When using phenolic resin, the working environment is bad because formalin is inevitably volatilized in the atmosphere. There are problems such as, productivity, cost, quality, and has a problem of practical application in terms of the working environment.

【0012】上記(ロ)の導電性樹脂組成物にあって
は、粒子径10μm 以下のポリテトラフルオロエチレン
微粒子5〜30重量%に対し、導電性充填剤および含フ
ッ素ポリマーを95〜70重量%用いており、導電性充
填剤および含フッ素ポリマーの割合は、それぞれ、10
〜60重量%、30〜85重量%とするのがよいとして
あるので、組成物に占める導電性充填剤の割合は、最大
でも60重量%であるところ、導電性充填剤が60重量
%以下では、導電性充填剤としてグラファイト(黒鉛)
を用いた場合であっても、固体高分子膜型の燃料電池の
セパレータとしては導電性が不足するという問題点があ
る。
In the conductive resin composition (b), the conductive filler and the fluoropolymer are added in an amount of 95 to 70% by weight based on 5 to 30% by weight of polytetrafluoroethylene fine particles having a particle diameter of 10 μm or less. And the proportions of the conductive filler and the fluoropolymer are 10% each.
Since the content of the conductive filler in the composition is at most 60% by weight, the content of the conductive filler is not more than 60% by weight. , Graphite (graphite) as conductive filler
However, there is a problem that conductivity is insufficient as a separator of a solid polymer membrane type fuel cell even when the fuel cell is used.

【0013】また、本発明者らの検討によれば、たとえ
この公報の導電性樹脂組成物における導電性充填剤の割
合を上記の上限を越えて増加させて、固体高分子膜型の
燃料電池のリブ付きのセパレータを圧縮成形法により得
たとしても、セパレータとして用いるとき、ガス透過
性、機械的強度が本質的に不足することが判明した。
According to the study of the present inventors, even if the ratio of the conductive filler in the conductive resin composition of this publication is increased beyond the above upper limit, the fuel cell of the solid polymer membrane type is Even when the ribbed separator was obtained by a compression molding method, it was found that gas permeability and mechanical strength were essentially insufficient when used as a separator.

【0014】上記(ハ)におけるセパレータは、電解質
としてリン酸を用いる燃料電池を想定した発明にかかる
ものであるが、本発明者らの検討によれば、たとえこの
公報に開示のフッ素系樹脂とグラファイトとの混合物を
圧縮成形して固体高分子膜型の燃料電池のリブ付きのセ
パレータを得たとしても、やはりセパレータとして用い
るとき、ガス透過性、機械的強度、電気伝導度が不足す
ることが判明した。
The separator in the above (c) relates to the invention assuming a fuel cell using phosphoric acid as an electrolyte. Even if a mixture with graphite is compression-molded to obtain a ribbed separator for a solid polymer membrane fuel cell, gas permeability, mechanical strength, and electrical conductivity may still be insufficient when used as a separator. found.

【0015】本発明は、このような背景下において、固
体高分子膜型の燃料電池に用いるための電気伝導度、ガ
ス透過性、機械的強度などの性能のすぐれたセパレータ
を提供すること、およびそのようなセパレータの工業的
に有利な製造法を提供することを目的とするものであ
る。
Under such circumstances, the present invention provides a separator having excellent properties such as electric conductivity, gas permeability and mechanical strength for use in a solid polymer membrane fuel cell, and It is an object of the present invention to provide an industrially advantageous production method of such a separator.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池のセパ
レータは、固体高分子膜型の燃料電池に用いるためのガ
ス透過溝を有するセパレータであって、該セパレータ
が、(イ)黒鉛およびフッ素系樹脂の組成物から成形さ
れた成形体であって、黒鉛がフィラー、フッ素系樹脂が
マトリックスを形成していること、(ロ)組成物中の黒
鉛およびフッ素系樹脂の合計量に占める黒鉛の割合を
G、フッ素系樹脂の割合をFとするとき、Gは60〜9
5重量%で、Fは40〜5重量%であること、および、
(ハ)成形体の密度Dが 1.8 g/cm3以上であることの全
ての条件を満足することを特徴とするものである。
The fuel cell separator of the present invention is a separator having a gas permeable groove for use in a solid polymer membrane type fuel cell, the separator comprising (a) graphite and fluorine. A molded article formed from a composition of a resin, wherein graphite is a filler, and a fluorine resin forms a matrix; (b) graphite in the total amount of graphite and fluorine resin in the composition; When the ratio is G and the ratio of the fluororesin is F, G is 60 to 9
At 5% by weight, F is 40-5% by weight; and
(C) The molded article satisfies all the conditions that the density D of the compact is 1.8 g / cm 3 or more.

【0017】本発明の燃料電池のセパレータの製造法
は、固体高分子膜型の燃料電池に用いるためのガス透過
溝を有するセパレータを製造する方法であって、黒鉛粉
体とフッ素系樹脂とを、両者の合計量を100重量%と
するとき、前者の割合Gが60〜95重量%、後者の割
合Fが40〜5重量%となるように混合した組成物を、
そのフッ素系樹脂の融点よりも高い温度にて真空条件下
に圧縮成形し、黒鉛がフィラー、フッ素系樹脂がマトリ
ックスを形成している密度 1.8 g/cm3以上の成形体を得
ることを特徴とするものである。
The method of manufacturing a separator for a fuel cell according to the present invention is a method of manufacturing a separator having a gas permeable groove for use in a solid polymer membrane type fuel cell. When the total amount of the two is 100% by weight, a composition mixed so that the former ratio G is 60 to 95% by weight and the latter ratio F is 40 to 5% by weight,
Compression molded under vacuum conditions at higher than the melting point of the fluorine-based resin temperature, and characterized in that the graphite is obtained filler, the density 1.8 g / cm 3 or more shaped bodies fluororesin forms a matrix Is what you do.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下本発明を詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail.

【0019】《セパレータ》 〈ガス透過溝を有するセパレータ〉本発明のセパレータ
は、固体高分子膜型の燃料電池に用いるためのガス透過
溝を有するセパレータである。従来の技術の項で述べた
ように、固体高分子膜型の燃料電池は、基本的には、
「水冷却板/水透過板/セパレータ/ガス拡散層/触媒
層/高分子膜/触媒層/ガス拡散層/セパレータ」の構
造を有し、左方の「ガス拡散層/触媒層」がアノード、
右方の「ガス拡散層/触媒層」がカソードの役割を果た
す。電解質としては、たとえばフッ素系の固体高分子膜
が用いられる。セパレータは、燃料(水素)および空気
を供給するためのガス流路を形成した導電性の部材から
なり、ガス透過溝を有する構造となっている。
<< Separator >><Separator having gas permeable groove> The separator of the present invention is a separator having a gas permeable groove for use in a solid polymer membrane type fuel cell. As described in the section of the prior art, the polymer electrolyte membrane fuel cell is basically
It has the structure of “water cooling plate / water permeable plate / separator / gas diffusion layer / catalyst layer / polymer membrane / catalyst layer / gas diffusion layer / separator”, and the “gas diffusion layer / catalyst layer” on the left is the anode ,
The “gas diffusion layer / catalyst layer” on the right plays the role of cathode. As the electrolyte, for example, a fluorine-based solid polymer membrane is used. The separator is made of a conductive member having a gas flow path for supplying fuel (hydrogen) and air, and has a structure having a gas permeable groove.

【0020】固体高分子膜型の燃料電池は、単セルであ
ってもよく、単セルが積層したスタック構造のものであ
ってもよい。そして単セルであるかあるいはスタック構
造であるかに応じて、セパレータのガス透過溝が片面に
設けられるかあるいは両面に設けられるか(つまり片溝
か両溝か)が決まる。ガス透過溝の壁部分(リブ)は、
テーパーを有していてもよい。
The solid polymer membrane fuel cell may be a single cell or may have a stack structure in which single cells are stacked. Depending on whether the separator has a single cell or a stacked structure, it is determined whether the gas permeable groove of the separator is provided on one side or both sides (that is, one groove or both grooves). The wall part (rib) of the gas permeable groove is
It may have a taper.

【0021】〈セパレータを構成する成形体/条件
(イ)〉そして本発明においては、このセパレータは、
黒鉛およびフッ素系樹脂の組成物から成形された成形体
からなる。この成形体にあっては、黒鉛がフィラー、フ
ッ素系樹脂がマトリックスを形成している。
<Molded Body Constituting Separator / Conditions (A)> In the present invention, the separator comprises:
It consists of a molded article molded from a composition of graphite and a fluororesin. In this molded body, graphite forms a filler, and a fluororesin forms a matrix.

【0022】(黒鉛)黒鉛(つまりグラファイト)とし
ては、天然黒鉛、薄片状人造黒鉛(キッシュ黒鉛、熱分
解黒鉛等を含む)、膨張黒鉛などが用いられ、特に天然
黒鉛および薄片状人造黒鉛が重要である。コークスとか
薄片状人造黒鉛でない人造黒鉛を混入することもある。
ちなみに、薄片状黒鉛以外の炭素材料もある程度の適性
を有しているが、上述の黒鉛ほどの性能は得られない。
(Graphite) As the graphite (ie, graphite), natural graphite, flaky artificial graphite (including quiche graphite, pyrolytic graphite, etc.), expanded graphite and the like are used, and natural graphite and flaky artificial graphite are particularly important. It is. In some cases, coke or artificial graphite other than flaky artificial graphite is mixed.
Incidentally, carbon materials other than flaky graphite also have a certain degree of suitability, but do not provide the same performance as graphite described above.

【0023】黒鉛の平均粒子径は、通常5〜200μm
程度、好ましくは10〜80μm 程度、殊に15〜60
μm 程度が適当である。平均粒子径が余りに小さいとき
は、樹脂リッチな状態が起こり、成形体の特性にばらつ
きを生ずる傾向があり、一方平均粒子径が余りに大きい
ときは、マトリックスである樹脂がバインダーとしての
機能を充分には果たさなくなる傾向がある。
The average particle size of graphite is usually 5 to 200 μm.
About 10 to 80 μm, especially about 15 to 60 μm.
About μm is appropriate. When the average particle diameter is too small, a resin-rich state occurs, and the properties of the molded article tend to vary.On the other hand, when the average particle diameter is too large, the matrix resin sufficiently functions as a binder. Tends to fail.

【0024】(フッ素系樹脂)フッ素系樹脂としては、
ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリビニリ
デンフルオライド(PVDF)、テトラフルオロエチレ
ン−ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオライ
ド共重合体(THV)、テトラフルオロエチレン−パー
フルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、
テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共
重合体(FEP)が好適に用いられ特に最初の3者が重
要である。そのほか、エチレン−テトラフルオロエチレ
ン共重合体(ETFE)、エチレン−クロロトリフルオ
ロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリクロロトリフ
ルオロエチレン(PCTFE)、ポリビニルフルオライ
ド(PVF)なども使用可能である。フッ素系樹脂は、
2種以上を混合使用することもできる。なお、フッ素系
樹脂以外の熱可塑性樹脂、たとえば、ABS樹脂、ポリ
カーボネー、ポリフェニレンオキサイド、ポリアセター
ル、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイドなどの熱
可塑性樹脂は、耐薬品性、耐熱性、吸水率の点で、フッ
素系樹脂に比し劣る。
(Fluorine Resin) As the fluorine resin,
Polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-vinylidene fluoride copolymer (THV), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA),
Tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP) is preferably used, and the first three are particularly important. In addition, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), polyvinyl fluoride (PVF) and the like can be used. Fluorocarbon resin is
Two or more kinds may be used in combination. It should be noted that thermoplastic resins other than fluorine resins, for example, thermoplastic resins such as ABS resin, polycarbonate, polyphenylene oxide, polyacetal, polyamide, and polyphenylene sulfide are fluorine-based in terms of chemical resistance, heat resistance, and water absorption. Inferior to resin.

【0025】フッ素系樹脂の粒子径は任意である。また
フッ素系樹脂を溶液の形態で用いるときには、当然なが
ら粒子径は問題とはならない。
The particle size of the fluororesin is arbitrary. When the fluororesin is used in the form of a solution, the particle size does not matter, of course.

【0026】〈配合割合、条件(ロ)〉黒鉛およびフッ
素系樹脂の組成物中の各成分の割合は、次のように設定
される。すなわち、組成物中の黒鉛およびフッ素系樹脂
の合計量に占める黒鉛の割合をG、フッ素系樹脂の割合
をFとするとき、Gは60〜95重量%で、Fは40〜
5重量%とされる。Gがこの範囲より少ないとき(Fが
この範囲より多いとき)は、導電性が不足するようにな
る。Gがこの範囲より多いとき(Fがこの範囲より少な
いとき)は、得られる成形体の強度が不足するようにな
る。より好ましい範囲は、Gが75〜90重量%で、F
が25〜10重量%である。
<Blending Ratio and Conditions (B)> The ratio of each component in the graphite and fluororesin composition is set as follows. That is, when the ratio of graphite to the total amount of graphite and fluororesin in the composition is G, and the ratio of fluororesin is F, G is 60 to 95% by weight and F is 40 to 95% by weight.
5% by weight. When G is smaller than this range (when F is larger than this range), the conductivity becomes insufficient. When G is larger than this range (when F is smaller than this range), the strength of the obtained molded body becomes insufficient. A more preferred range is that G is 75-90% by weight and F
Is 25 to 10% by weight.

【0027】なお、黒鉛およびフッ素系樹脂のほかに、
本発明の趣旨を損なわない程度の少量(全体の10重量
%以下程度)であれば、黒鉛以外の炭素(炭素粒子、炭
素繊維等)、金属(金属粒子、金属繊維等)、ポリアセ
チレンなどの導電性物質を併用することもできる。
In addition to graphite and fluorine resin,
If it is a small amount (about 10% by weight or less of the whole) which does not impair the purpose of the present invention, conductive materials such as carbon (carbon particles, carbon fibers, etc.) other than graphite, metal (metal particles, metal fibers, etc.), polyacetylene Sexual substances can also be used in combination.

【0028】〈成形体の密度/条件(ハ)〉成形体の密
度Dは 1.8 g/cm3以上に設定される。より好ましい範囲
は1.85 g/cm3以上である。密度Dが 1.8 g/cm3未満のと
きは、電気伝導度、ガス透過性、機械的強度などの点
で、燃料電池に用いるためのガス透過溝を有するセパレ
ータとしての性能が劣る。密度Dは大きいほど好ましい
が、現実には、上限は 2.5 g/cm3程度までとなることが
多い。
<Density of molded article / condition (c)> The density D of the molded article is set to 1.8 g / cm 3 or more. A more preferred range is 1.85 g / cm 3 or more. When the density D is less than 1.8 g / cm 3 , the performance as a separator having a gas permeable groove for use in a fuel cell is inferior in terms of electric conductivity, gas permeability, mechanical strength, and the like. The higher the density D, the better, but in practice, the upper limit is often up to about 2.5 g / cm 3 .

【0029】このような密度範囲の成形体を、通常の単
純圧縮成形法によって得ることは一般に困難である。な
お、後述の真空圧縮成形法によれば 1.8 g/cm3以上の成
形体を得ることができ、そのときの密度をDとすると、
それと対応する条件(黒鉛およびフッ素系樹脂の種類、
それらの配合比率、成形温度、成形圧力が同じ条件)で
通常の単純圧縮成形法で成形して得た成形体の密度(基
準密度)dとの関係は、D≧1.05d、好ましくはD≧1.
10d、殊にD≧1.15dとなる。
It is generally difficult to obtain a molded product having such a density range by a usual simple compression molding method. According to the vacuum compression molding method described below, a compact of 1.8 g / cm 3 or more can be obtained.
Corresponding conditions (type of graphite and fluorine resin,
The relationship with the density (reference density) d of a molded product obtained by molding by a general simple compression molding method under the same conditions of the compounding ratio, molding temperature and molding pressure is D ≧ 1.05d, preferably D ≧ 1.05 1.
10d, especially D ≧ 1.15d.

【0030】そこで本発明においては、次に述べるよう
に、圧縮成形を真空下に行うという特別の方法が採用さ
れる。
Therefore, in the present invention, as described below, a special method of performing compression molding under vacuum is adopted.

【0031】《セパレータの製造法》上記の条件
(イ)、(ロ)、(ハ)を全て満足する本発明のリブ付
きのセパレータは、黒鉛粉体とフッ素系樹脂とを、両者
の合計量を100重量%とするとき、前者の割合Gが6
0〜95重量%、後者の割合Fが40〜5重量%となる
ように混合した組成物を、そのフッ素系樹脂の融点より
も高い温度にて真空条件下に圧縮成形すること(つまり
真空圧縮成形すること)により製造することができる。
得られた成形体にあっては、黒鉛がフィラー、フッ素系
樹脂がマトリックスを形成している。
<< Method of Manufacturing Separator >> The ribbed separator of the present invention which satisfies all of the above conditions (a), (b) and (c) comprises a graphite powder and a fluororesin in a total amount of both. Is 100% by weight, the ratio G of the former is 6
0 to 95% by weight, and the latter is compression-molded under vacuum conditions at a temperature higher than the melting point of the fluororesin (that is, vacuum compression). Molding).
In the obtained molded body, graphite forms a filler, and a fluororesin forms a matrix.

【0032】黒鉛粉体とフッ素系樹脂との混合は、粉体
同士の混合でもよいが、均一配合を図るため、通常は、
フッ素系樹脂の分散液または溶液を準備し、これを黒鉛
粉体と混合してから揮発分を除去して粒子状とし、金型
への充填に供する方法が採用される。
The mixture of the graphite powder and the fluororesin may be a mixture of the powders.
A method of preparing a dispersion or solution of a fluororesin, mixing it with graphite powder, removing volatiles to form particles, and supplying the particles to a mold is employed.

【0033】金型は、ガス透過溝を有する成形体を得る
ために、所定の形状の窪みを有する金型を用いる。片溝
の場合には上下の金型のうちどちらか(通常は上型)に
凹凸を有するものを用いる。両溝の場合には、上下の金
型の双方に凹凸を有するものを用いる。金型は、任意の
方法により加熱可能な構造とする。また金型には、真空
吸引のための微小孔を設けておく。
As the mold, a mold having a recess having a predetermined shape is used in order to obtain a molded body having a gas permeable groove. In the case of a single groove, a mold having irregularities in one of the upper and lower molds (usually the upper mold) is used. In the case of both grooves, a mold having irregularities on both upper and lower molds is used. The mold has a structure that can be heated by any method. The mold is provided with micro holes for vacuum suction.

【0034】真空圧縮成形における加圧方法としては、
機械式加圧、油圧、空圧、水圧を利用した機構などが採
用される。真空圧縮成形に要する成形時間は、1分前後
から数十分程度で充分であり、次に述べる冷却時間を入
れても極めて短いものである。
As a pressing method in vacuum compression molding,
A mechanism using mechanical pressurization, hydraulic pressure, pneumatic pressure, or water pressure is employed. The molding time required for vacuum compression molding is from about one minute to several tens of minutes, and is extremely short even if the following cooling time is included.

【0035】真空圧縮成形後は、成形体が金型間にある
間に冷却する。冷却方法としては、たとえば、金型に水
を流通させる方法、金型を水中に投入する方法、金型を
冷却室に置く方法、金型を空冷する方法など、適宜の方
法が採用される。
After the vacuum compression molding, the compact is cooled while it is between the molds. As the cooling method, for example, an appropriate method such as a method of flowing water through a mold, a method of putting the mold into water, a method of placing the mold in a cooling chamber, and a method of air-cooling the mold are adopted.

【0036】真空圧縮成形に際しての条件の典型的なも
のは、次の如くである。 ・温度条件 使用したフッ素系樹脂の融点よりも高い温度とし、特に
その融点よりも5℃以上高い温度、さらには10℃以
上、なかんずく20℃以上高い温度とする。融点の異な
る2種以上のフッ素系樹脂を併用するときは、その大部
分、殊に全てが溶融する温度とする。 ・圧力条件 50kg/cm2以上、好ましくは100kg/cm2以上、殊に1
50kg/cm2以上が適当であり、上限は1000kg/cm2
度までである。通常は100〜400kg/cm2程度の圧力
条件に設定する。 ・真空条件 金型を真空吸引系に接続し、大気圧に比し、通常は16
0Torr以下(−600mmHgかそれよりも減圧)、好まし
くは60Torr以下(−700mmHgかそれよりも減圧)、
さらには30Torr以下(−730mmHgかそれよりも減
圧)にまで減圧する。
Typical conditions for vacuum compression molding are as follows. Temperature conditions The temperature is set to a temperature higher than the melting point of the fluororesin used, particularly to a temperature higher than the melting point by 5 ° C. or more, more preferably 10 ° C. or more, especially 20 ° C. or more. When two or more fluororesins having different melting points are used in combination, the temperature is set to a temperature at which most, especially all, of them are melted. Pressure conditions 50 kg / cm 2 or more, preferably 100 kg / cm 2 or more, especially 1
50 kg / cm 2 or more is suitable, and the upper limit is up to about 1000 kg / cm 2 . Usually, the pressure condition is set to about 100 to 400 kg / cm 2 .・ Vacuum condition The mold is connected to a vacuum suction system and compared to atmospheric pressure, usually 16
0 Torr or less (-600 mmHg or less), preferably 60 Torr or less (-700 mmHg or less),
Further, the pressure is reduced to 30 Torr or less (a reduced pressure of -730 mmHg or more).

【0037】このようにして得られる成形体の厚みは、
全体厚で、 0.9〜 2.5mm程度、殊に1〜 1.5mm程度とす
ることが多い。ガス透過溝の溝の深さは、全体の厚みの
1/6〜 1/2.4程度、殊に 1/4〜 1/3程度(絶対厚みで
は、 0.2〜 0.5mm程度、殊に 0.3〜 0.4mm程度)とする
ことが多い。ただし、必ずしもこれらの範囲に限られる
ものではない。
The thickness of the thus obtained molded body is
The total thickness is often about 0.9 to 2.5 mm, especially about 1 to 1.5 mm. The depth of the gas permeable groove is
It is often about 1/6 to 1 / 2.4, especially about 1/4 to 1/3 (in absolute thickness, about 0.2 to 0.5 mm, especially about 0.3 to 0.4 mm). However, it is not necessarily limited to these ranges.

【0038】[0038]

【実施例】次に実施例をあげて本発明をさらに説明す
る。以下、「部」とあるのは重量部である。
The present invention will be further described with reference to the following examples. Hereinafter, "parts" means parts by weight.

【0039】〈セパレータの製造〉 実施例1 図1は、本発明のセパレータの製造法の一例を示した工
程図である。図2は、真空条件下における圧縮成形の状
態を示した説明図である。図3は、本発明のセパレータ
の形状の一例を示した切断端面図である。
<Production of Separator> Example 1 FIG. 1 is a process chart showing an example of a method for producing a separator of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state of compression molding under vacuum conditions. FIG. 3 is a cut end view showing an example of the shape of the separator of the present invention.

【0040】図1において、(1) は図示せざる加熱手段
を内蔵した金型であり、下型(11)、上型(12)、側面金型
(13), (13)からなる。下型(11)と上型(12)の双方には、
リブ形成のための凹部(14)が設けられていると共に、図
示せざる微小孔が設けてあって、真空系統(vac) により
両型(11), (12)間の空隙を減圧することができるように
してある。
In FIG. 1, (1) is a mold having a built-in heating means (not shown), a lower mold (11), an upper mold (12), and a side mold.
It consists of (13) and (13). Both the lower mold (11) and the upper mold (12)
A concave portion (14) for forming a rib is provided, and a minute hole (not shown) is provided, so that a vacuum system (vac) can be used to reduce the pressure between the molds (11) and (12). I can do it.

【0041】図1の工程に従ってセパレータを製造し
た。すなわち、まず、黒鉛(鱗片状天然黒鉛、平均粒子
径60μm )80部とフッ素系樹脂(ポリテトラフルオ
ロエチレン(PTFE)のディスパージョン、該PTF
Eの融点327℃、該PTFEの平均粒子径 0.1〜 0.2
μm )20部(PTFEとして)とを混合した後、乾燥
して、揮発分を除去した。これにより、平均粒子径が2
00〜300μm の造粒された粉体状の組成物が得られ
た。
A separator was manufactured according to the process shown in FIG. That is, first, 80 parts of graphite (flaky natural graphite, average particle diameter of 60 μm) and a dispersion of a fluororesin (polytetrafluoroethylene (PTFE),
E, melting point 327 ° C., average particle size of the PTFE 0.1 to 0.2
μm) and 20 parts (as PTFE), and then dried to remove volatile components. Thereby, the average particle diameter is 2
A granulated powdery composition having a particle size of 00 to 300 μm was obtained.

【0042】得られた混合粉体を、篩から落下させるこ
とにより、予備加熱を行った下型(11)内に均一に充填し
た。ついで上型(12)を降下させると共に、両型(11), (1
2)に設けてある微細孔から真空吸引を行うことにより1
0Torr(−750mmHg)の減圧条件下に保ちつつ、金型
温度を395℃に設定して、圧力200kg/cm2にて1分
間熱プレスした(図2参照)。この真空圧縮成形を行っ
た後、金型(1) ごと冷却装置に入れて、常温になるまで
冷却した。図2中、(2) は成形原料である。
The obtained mixed powder was dropped from a sieve to uniformly fill a lower mold (11) which had been preheated. Next, lower the upper mold (12) and lower both molds (11), (1
By vacuum suction through the micro holes provided in 2), 1
While maintaining the reduced pressure condition of 0 Torr (−750 mmHg), the mold temperature was set to 395 ° C., and hot pressing was performed at a pressure of 200 kg / cm 2 for 1 minute (see FIG. 2). After performing the vacuum compression molding, the mold (1) was put into a cooling device and cooled to room temperature. In FIG. 2, (2) is a forming raw material.

【0043】これにより、図3に示した成形体(セパレ
ータ)が得られた。この成形体の厚みは、リブの部分を
含めて1.35mmであり、リブ間の溝の深さは 0.4mmであっ
た。図3中、(3) は成形体、(31)はリブ、(32)はガス流
通路である。
As a result, a molded product (separator) shown in FIG. 3 was obtained. The thickness of the molded body including the ribs was 1.35 mm, and the depth of the groove between the ribs was 0.4 mm. In FIG. 3, (3) is a molded body, (31) is a rib, and (32) is a gas flow passage.

【0044】比較例1 真空吸引を行うことなく、金型温度395℃、圧力20
0kg/cm2にて10分間熱プレスしたほかは、実施例1を
繰り返し、厚み1.55mmの成形体を得た。
Comparative Example 1 A mold temperature of 395 ° C. and a pressure of 20 were applied without performing vacuum suction.
Example 1 was repeated except that hot pressing was performed at 0 kg / cm 2 for 10 minutes to obtain a molded body having a thickness of 1.55 mm.

【0045】実施例2 黒鉛(鱗片状天然黒鉛、平均粒子径60μm )80部と
フッ素系樹脂(ポリビニリデンフルオライド(PVD
F)のN−メチルピロリドン溶液、該PVDFの融点1
77℃)20部(PVDFとして)とを混合した後、乾
燥して、揮発分を除去した。
Example 2 80 parts of graphite (flaky natural graphite, average particle diameter 60 μm) and a fluorine resin (polyvinylidene fluoride (PVD)
F) N-methylpyrrolidone solution, melting point 1 of the PVDF
(77 ° C.) and 20 parts (as PVDF), and then dried to remove volatile components.

【0046】以下、実施例1と同様にして真空圧縮成形
を行い、厚み1.30mm(リブの部分を含む)の成形体を得
た。ただし、金型温度は230℃、圧力は200kg/c
m2、熱プレス時間は1分とした。
Thereafter, vacuum compression molding was performed in the same manner as in Example 1 to obtain a molded body having a thickness of 1.30 mm (including the rib portion). However, the mold temperature is 230 ° C and the pressure is 200kg / c
m 2 , and the hot press time was 1 minute.

【0047】比較例2 真空吸引を行うことなく、金型温度230℃、圧力20
0kg/cm2、熱プレス時間10分の条件で熱プレスしたほ
かは、実施例2を繰り返し、厚み1.38mm(リブの部分を
含む)の成形体を得た。
Comparative Example 2 The mold temperature was 230 ° C. and the pressure was 20 without vacuum suction.
Example 2 was repeated except that hot pressing was performed under the conditions of 0 kg / cm 2 and hot pressing time of 10 minutes to obtain a molded product having a thickness of 1.38 mm (including the rib portion).

【0048】実施例3 黒鉛(鱗片状天然黒鉛、平均粒子径60μm )80部と
フッ素系樹脂(テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオ
ロプロピレン−ビニリデンフルオライド共重合体(TH
V)の酢酸エチル溶液、該THVの融点120℃)20
部(THVとして)とを混合した後、乾燥して、揮発分
を除去した。
Example 3 80 parts of graphite (flaky natural graphite, average particle size 60 μm) and a fluororesin (tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-vinylidene fluoride copolymer (TH)
V) Ethyl acetate solution, THV melting point 120 ° C) 20
And then dried to remove volatiles.

【0049】以下、実施例1と同様にして真空圧縮成形
を行い、厚み1.29mm(リブの部分を含む)の成形体を得
た。ただし、金型温度は150℃、圧力は200kg/c
m2、熱プレス時間は1分とした。
Thereafter, vacuum compression molding was performed in the same manner as in Example 1 to obtain a molded body having a thickness of 1.29 mm (including the rib portion). However, the mold temperature is 150 ° C and the pressure is 200kg / c
m 2 , and the hot press time was 1 minute.

【0050】比較例3 真空吸引を行うことなく、金型温度150℃、圧力20
0kg/cm2、熱プレス時間10分の条件で熱プレスしたほ
かは、実施例3を繰り返し、厚み1.38mm(リブの部分を
含む)の成形体を得た。
Comparative Example 3 A mold temperature of 150 ° C. and a pressure of 20 were applied without performing vacuum suction.
Example 3 was repeated except that hot pressing was performed under the conditions of 0 kg / cm 2 and hot pressing time of 10 minutes to obtain a molded product having a thickness of 1.38 mm (including the rib portion).

【0051】〈セパレータの評価〉実施例1〜3および
比較例1〜3で得た成形体の性状および物性を測定し、
その成形体の固体高分子膜型の燃料電池におけるリブ付
きセパレータとしての適性を調べた。
<Evaluation of separator> The properties and physical properties of the molded articles obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were measured.
The suitability of the molded article as a ribbed separator in a solid polymer membrane fuel cell was examined.

【0052】密度は、JIS K 7112記載の水中置換法に準
じて測定した。すなわち、金属線で吊した試験片を空気
中で秤量し、次に金属線で吊した試験片を蒸留水に浸漬
して、気泡などを除去した後、その質量を量り、密度を
下記の式から算出した。 密度=[a/(a−b)]×ρw.t a: 試験片の空気中における質量(g) b: 試験片を浸漬液中で測定したときの質量(g) ρw.t : 温度tの蒸留水の密度
The density was measured according to the underwater substitution method described in JIS K 7112. That is, a test piece suspended by a metal wire is weighed in the air, and then the test piece suspended by the metal wire is immersed in distilled water to remove bubbles and the like, and the mass is measured, and the density is calculated by the following formula. Calculated from Density = [a / (ab)] x ρwt a: Mass of test specimen in air (g) b: Mass of test specimen measured in immersion liquid (g) ρwt : Distillation of temperature t Water density

【0053】電気伝導度については、低抵抗率計を用
い、四探針法にて、100mmφの試験片の中心から等間
隔に3個所の体積抵抗率を測定した。
Regarding the electric conductivity, the volume resistivity was measured at three places at equal intervals from the center of a 100 mmφ test piece by a four-probe method using a low resistivity meter.

【0054】ガス透過率については、30mm×70mmの
透過面積を持つ試験片を作製し、SUS板ジグに試験片
を挟み込み、透過した水素ガスをガスクロマトグラフィ
ーにて透過水素濃度を測定し、下記の式から水素ガス透
過率を算出した。 H=[H2 透過量(cm3) ×試料厚さ(cm)]/[透過面積
(cm2) ×差圧(atm)×時間(sec) ]
Regarding the gas permeability, a test piece having a permeation area of 30 mm × 70 mm was prepared, the test piece was sandwiched between SUS plate jigs, and the permeated hydrogen gas was measured for gas permeation concentration by gas chromatography. The hydrogen gas permeability was calculated from the equation. H = [H 2 transmission amount (cm 3 ) × sample thickness (cm)] / [transmission area
(cm 2 ) x differential pressure (atm) x time (sec)]

【0055】成形体の製造条件およびセパレータとして
の適性の評価結果を表1に示す。実施例1と比較例1、
実施例2と比較例2、実施例3と比較例3が、互いに対
応する関係にある。
Table 1 shows the production conditions of the molded article and the evaluation results of suitability as a separator. Example 1 and Comparative Example 1,
Example 2 and Comparative Example 2 and Example 3 and Comparative Example 3 have a relationship corresponding to each other.

【0056】[0056]

【表1】 実施例 比較例 実施例 比較例 実施例 比較例 1 1 2 2 3 3 マトリック PTFE PTFE PVDF PVDF THV THVスM種類 黒鉛:Mの 80:20 80:20 80:20 80:20 80:20 80:20組成比 常圧/真空 真空 常圧 真空 常圧 真空 常圧圧縮成形 成形圧力 200 200 200 200 200 200 (kg/cm2) 密 度 1.89 1.51 2.07 1.67 2.06 1.62 (g/cm3) 電気抵抗率 1.2 4.7 3.3 3.8 10 12 (mΩ・cm) ガス透過率 1.1 38 0.7 24 2.5 62 (cm2/sec) ×10-4 ×10-4 ×10-4 ×10-4 ×10-4 ×10-4 曲げ強度 34.5 1.2 38.5 0.9 27.9 1.1 (MPa) [Table 1] Example Comparative Example Example Comparative Example Example Comparative Example 1 1 2 2 3 3 Matrix PTFE PTFE PVDF PVDF THV THV S M type Graphite: M 80:20 80:20 80:20 80:20 80:20 80:20 Composition ratio normal pressure / vacuum vacuum normal pressure vacuum normal pressure vacuum normal pressure compression molding pressure 200 200 200 200 200 200 (kg / cm 2 ) Density 1.89 1.51 2.07 1.67 2.06 1.62 (g / cm 3 ) Electrical resistivity 1.2 4.7 3.3 3.8 10 12 (mΩ ・ cm) Gas permeability 1.1 38 0.7 24 2.5 62 (cm 2 / sec) × 10 -4 × 10 -4 × 10 -4 × 10 -4 × 10 -4 × 10 -4 Flexural strength 34.5 1.2 38.5 0.9 27.9 1.1 (MPa)

【0057】表1から、真空圧縮成形品である実施例の
密度Dと、常圧圧縮成形品である対応する比較例の密度
(基準密度)dとの比D/dを見ると、実施例1と比較
例1との対比では、D/d=1.89/1.51=1.25、実施例2と比
較例2との対比では、D/d=2.07/1.67=1.24、実施例3と
比較例3との対比では、D/d=2.06/1.62=1.27となる。
From Table 1, the ratio D / d of the density D of the example which is a vacuum compression-molded product to the density (reference density) d of the corresponding comparative example which is a normal-pressure compression-molded product is shown. D / d = 1.89 / 1.51 = 1.25 in the comparison between Comparative Example 1 and Comparative Example 1, and D / d = 2.07 / 1.67 = 1.24 in the comparison between Example 2 and Comparative Example 2. D / d = 2.06 / 1.62 = 1.27.

【0058】それぞれの実施例は、対応する比較例に比
し、電気抵抗率が小さく(電気伝導度が大きく)、水素
ガス透過率が小さく、曲げ強度は大きく、燃料電池とし
ての性能がすぐれていることがわかる。
Each of the examples has a lower electric resistivity (higher electric conductivity), a lower hydrogen gas permeability, a higher bending strength, and a superior fuel cell performance as compared with the corresponding comparative example. You can see that there is.

【0059】[0059]

【発明の効果】黒鉛とフッ素系樹脂との特定の割合の組
成物から真空圧縮成形法により成形された本発明のセパ
レータ(成形体)は、その成形体の密度Dが 1.8 g/cm3
以上であって、それと対応する通常の単純圧縮成形法に
より得られる成形体の密度(基準密度)dに比し、緻密
な構造を有している。
According to the separator (molded product) of the present invention molded by a vacuum compression molding method from a composition of graphite and a fluororesin in a specific ratio, the density D of the molded product is 1.8 g / cm 3.
As described above, it has a dense structure as compared with the density (reference density) d of the molded body obtained by the corresponding ordinary simple compression molding method.

【0060】この成形体は、電気抵抗率が小さく、ガス
(水素)透過率が小さく、曲げ強度等の機械的強度は大
きく、燃料電池としての性能がすぐれている。従って、
燃料電池の性能が向上している。
This molded article has a small electric resistivity, a small gas (hydrogen) permeability, a large mechanical strength such as a bending strength, and has excellent performance as a fuel cell. Therefore,
Fuel cell performance is improving.

【0061】また、上記の成形体からなる本発明のセパ
レータを、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂をバインダ
ーとして用いた従来の代表的なセパレータと比較したと
きには、キュアリングを要しないので成形時間が大巾に
短縮される上、真空圧縮成形時にガスを発生しないので
作業環境の点でも好ましい。そのほか本発明において
は、成形操作に際し成形体が金型に付着しないので、金
型に離型処理を施すまでもないという利点もある。
Further, when the separator of the present invention comprising the above-mentioned molded body is compared with a conventional typical separator using a thermosetting resin such as a phenol resin as a binder, no curing is required, so that the molding time is reduced. It is preferable in terms of working environment because it is greatly shortened and does not generate gas during vacuum compression molding. In addition, the present invention has an advantage that the molded body does not adhere to the mold during the molding operation, so that the mold need not be subjected to a mold release treatment.

【0062】よって本発明は、固体高分子膜型の燃料電
池に用いるリブ付きのセパレータとして、性能の点でも
生産性の点でも有用である。
Thus, the present invention is useful in terms of both performance and productivity as a ribbed separator used in a polymer electrolyte fuel cell.

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

【図1】本発明のセパレータの製造法の一例を示した工
程図である。
FIG. 1 is a process chart showing an example of a method for producing a separator of the present invention.

【図2】真空条件下における圧縮成形の状態を示した説
明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state of compression molding under vacuum conditions.

【図3】本発明のセパレータの形状の一例を示した切断
端面図である。
FIG. 3 is a cut end view showing an example of the shape of the separator of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(1) …金型、(11)…下型、(12)…上型、(13)…側面金
型、(14)…凹部、(2) …成形原料、(3) …成形体、(31)
…リブ、(32)…ガス流通路、(vac) …真空系統
(1) ... mold, (11) ... lower mold, (12) ... upper mold, (13) ... side mold, (14) ... recess, (2) ... molding raw material, (3) ... molded body, ( 31)
… Rib, (32)… Gas flow passage, (vac)… Vacuum system

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C08L 27/12 C08L 27/12 H01M 8/10 H01M 8/10 // B29K 27:12 B29K 27:12 27:18 27:18 105:16 105:16 507:04 507:04 (72)発明者 阪下 真一 滋賀県甲賀郡水口町さつきが丘20 淀川化 成株式会社滋賀工場内 (72)発明者 奥村 俊明 大阪府吹田市江坂町2丁目8番4号 淀川 化成株式会社本社内 Fターム(参考) 4F071 AA26 AA27 AB03 AE17 AF07 AF36 AF37 AH15 BA01 BB03 BC01 BC03 4F204 AA16 AA17 AB11 AB13 AB18 AG01 AM28 FA01 FB01 FF01 FF06 4J002 BD141 BD151 BD161 DA026 FD016 FD206 GQ00 5H026 AA06 BB01 BB02 CC03 EE06 EE19 HH05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C08L 27/12 C08L 27/12 H01M 8/10 H01M 8/10 // B29K 27:12 B29K 27:12 27 : 18 27:18 105: 16 105: 16 507: 04 507: 04 (72) Inventor Shinichi Sakashita 20 Satsukigaoka, Mizuguchi-machi, Koka-gun, Shiga Prefecture Yodogawa Kasei Co., Ltd.Shiga Plant (72) Inventor Toshiaki Okumura Suita, Osaka 2-8-4, Esakacho, Ichigo Yodogawa Kasei Co., Ltd. F-term (reference) 4F071 AA26 AA27 AB03 AE17 AF07 AF36 AF37 AH15 BA01 BB03 BC01 BC03 4F204 AA16 AA17 AB11 AB13 AB18 AG01 AM28 FA01 FB01 FF01 FF06 4J161 BD141 BD141 BD151 FD016 FD206 GQ00 5H026 AA06 BB01 BB02 CC03 EE06 EE19 HH05

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】固体高分子膜型の燃料電池に用いるための
ガス透過溝を有するセパレータであって、該セパレータ
が、 (イ)黒鉛およびフッ素系樹脂の組成物から成形された
成形体であって、黒鉛がフィラー、フッ素系樹脂がマト
リックスを形成していること、 (ロ)組成物中の黒鉛およびフッ素系樹脂の合計量に占
める黒鉛の割合をG、フッ素系樹脂の割合をFとすると
き、Gは60〜95重量%で、Fは40〜5重量%であ
ること、および、 (ハ)成形体の密度Dが 1.8 g/cm3以上であることの全
ての条件を満足することを特徴とする燃料電池のセパレ
ータ。
1. A separator having a gas-permeable groove for use in a solid polymer membrane fuel cell, wherein the separator is a molded article molded from a composition of (a) graphite and a fluororesin. (B) that the ratio of graphite to the total amount of graphite and fluororesin in the composition is G, and the ratio of fluororesin is F, In this case, G is 60 to 95% by weight, F is 40 to 5% by weight, and (C) the density D of the compact is 1.8 g / cm 3 or more. A fuel cell separator characterized by the above-mentioned.
【請求項2】フッ素系樹脂が、ポリテトラフルオロエチ
レン(PTFE)、ポリビニリデンフルオライド(PV
DF)およびテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロ
プロピレン−ビニリデンフルオライド共重合体(TH
V)よりなる群から選ばれた少なくとも1種の樹脂であ
る請求項1記載の燃料電池のセパレータ。
2. The method according to claim 1, wherein the fluororesin is polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PV).
DF) and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-vinylidene fluoride copolymer (TH
The fuel cell separator according to claim 1, wherein the separator is at least one resin selected from the group consisting of V).
【請求項3】固体高分子膜型の燃料電池に用いるための
ガス透過溝を有するセパレータを製造する方法であっ
て、黒鉛粉体とフッ素系樹脂とを、両者の合計量を10
0重量%とするとき、前者の割合Gが60〜95重量
%、後者の割合Fが40〜5重量%となるように混合し
た組成物を、そのフッ素系樹脂の融点よりも高い温度に
て真空条件下に圧縮成形し、黒鉛がフィラー、フッ素系
樹脂がマトリックスを形成している密度 1.8 g/cm3以上
の成形体を得ることを特徴とする燃料電池のセパレータ
の製造法。
3. A method for producing a separator having a gas permeable groove for use in a solid polymer membrane type fuel cell, wherein the graphite powder and the fluororesin are mixed in a total amount of 10%.
When it is 0% by weight, a composition in which the former ratio G is 60 to 95% by weight and the latter ratio F is 40 to 5% by weight is mixed at a temperature higher than the melting point of the fluororesin. A method for producing a separator for a fuel cell, comprising compression molding under vacuum conditions to obtain a molded product having a density of 1.8 g / cm 3 or more, in which graphite forms a filler and a fluororesin forms a matrix.
JP2001028143A 2001-02-05 2001-02-05 Separator of fuel cell and its manufacturing method Withdrawn JP2002231263A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001028143A JP2002231263A (en) 2001-02-05 2001-02-05 Separator of fuel cell and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001028143A JP2002231263A (en) 2001-02-05 2001-02-05 Separator of fuel cell and its manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002231263A true JP2002231263A (en) 2002-08-16

Family

ID=18892695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001028143A Withdrawn JP2002231263A (en) 2001-02-05 2001-02-05 Separator of fuel cell and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002231263A (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004276284A (en) * 2003-03-13 2004-10-07 Yamatake Corp Method for molding resin molded object
JP2005190846A (en) * 2003-12-25 2005-07-14 Osaka Gas Co Ltd Conductive molding and reduction method of its resistance value
JP2005228668A (en) * 2004-02-16 2005-08-25 Nissan Motor Co Ltd Separator forming device
JP2006103099A (en) * 2004-10-04 2006-04-20 Shin Etsu Polymer Co Ltd Method for producing molded article, and molded article
WO2010098135A1 (en) * 2009-02-27 2010-09-02 国立大学法人群馬大学 Method for producing stretched polytetrafluoroethylene film, and stretched polytetrafluoroethylene film
KR101777214B1 (en) * 2015-04-27 2017-09-26 한국타이어 주식회사 Fuel cell separator plate fabriation method and the fuel cell separator plate using the same
DK179150B1 (en) * 2016-10-19 2017-12-11 Serenergy As A fuel cell stack and its method of production, a separator plate in particular a bipolar plate, for a fuel cell and its production
KR20180059048A (en) * 2016-11-25 2018-06-04 에이스산업 주식회사 Seperator for thin type fuel cell containing graphite sheet and method for manufacturing the same
JP2020517763A (en) * 2017-04-17 2020-06-18 ベイカー ヒューズ, ア ジーイー カンパニー, エルエルシー Acid-resistant carbon composite, method for producing the same, and article formed therefrom

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004276284A (en) * 2003-03-13 2004-10-07 Yamatake Corp Method for molding resin molded object
JP2005190846A (en) * 2003-12-25 2005-07-14 Osaka Gas Co Ltd Conductive molding and reduction method of its resistance value
JP2005228668A (en) * 2004-02-16 2005-08-25 Nissan Motor Co Ltd Separator forming device
JP2006103099A (en) * 2004-10-04 2006-04-20 Shin Etsu Polymer Co Ltd Method for producing molded article, and molded article
WO2010098135A1 (en) * 2009-02-27 2010-09-02 国立大学法人群馬大学 Method for producing stretched polytetrafluoroethylene film, and stretched polytetrafluoroethylene film
JP2010201649A (en) * 2009-02-27 2010-09-16 Asahi Glass Co Ltd Method for manufacturing stretched polytetrafluoroethylene film and stretched polytetrafluoroethylene film
KR101777214B1 (en) * 2015-04-27 2017-09-26 한국타이어 주식회사 Fuel cell separator plate fabriation method and the fuel cell separator plate using the same
DK179150B1 (en) * 2016-10-19 2017-12-11 Serenergy As A fuel cell stack and its method of production, a separator plate in particular a bipolar plate, for a fuel cell and its production
DK201670823A1 (en) * 2016-10-19 2017-12-11 Serenergy As A fuel cell stack and its method of production, a separator plate in particular a bipolar plate, for a fuel cell and its production
US11404704B2 (en) 2016-10-19 2022-08-02 Fischer Eco Solutions Gmbh Method for producing a separator plate for a fuel cell and a method for producing a fuel cell stack with such separator
KR20180059048A (en) * 2016-11-25 2018-06-04 에이스산업 주식회사 Seperator for thin type fuel cell containing graphite sheet and method for manufacturing the same
JP2020517763A (en) * 2017-04-17 2020-06-18 ベイカー ヒューズ, ア ジーイー カンパニー, エルエルシー Acid-resistant carbon composite, method for producing the same, and article formed therefrom

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1287573B1 (en) Nanocomposite for fuel cell bipolar plate
US8691129B2 (en) Method of producing exfoliated graphite composite compositions for fuel cell flow field plates
JP6189920B2 (en) Fuel cell separator and method for manufacturing the same
US20030148164A1 (en) Efficient fuel cell water transport plates
EP1976046A1 (en) Fuel cell separator, process for producing the same, and fuel cell including the separator
US20040062974A1 (en) Separator plate for PEM fuel cell
AU2001269691A1 (en) Nanocomposite for fuel cell bipolar plate
US20080277628A1 (en) Exfoliated graphite composite compositions for fuel cell flow field plates
TW200304244A (en) Improved mold for compression molding in the preparation of a unitized membrane electrode assembly
EP2871697A1 (en) Sheet, electrode and fuel cell
JP2002231263A (en) Separator of fuel cell and its manufacturing method
JP3824795B2 (en) Method for producing separator member for polymer electrolyte fuel cell
JP2004079196A (en) Fuel cell separator and solid polymer fuel cell
US20080073812A1 (en) Manufacturing method of separator for fuel cell using preform and separator manufactured by the same
JP2007059349A (en) Prepreg for fuel cell separator, method for manufacturing fuel cell separator, and fuel cell separator
KR20160033857A (en) Flow channel plate for fuel cell and method of manufacturing the same
DK180368B1 (en) Method of producing separator plates
JP2001068128A (en) Separator for fuel cell and manufacture thereof
JP2001143719A (en) Separator in fuel cell and method of manufacturing the same
KR101777214B1 (en) Fuel cell separator plate fabriation method and the fuel cell separator plate using the same
JP2004192878A (en) Manufacturing method of separator material for solid polymer type fuel cell
KR101869963B1 (en) Separators for fuel cell, method for manufacturing the same and fuel cell comprising the same
KR20170010611A (en) Fuel cell separator plate and a method of fabriation thereof
CN117321812A (en) Separator and method for manufacturing same
US20030203266A1 (en) Polymer electrolyte membrane fuel cell separator plate composition

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20080513