JP2002289214A

JP2002289214A - 燃料電池用セパレータ

Info

Publication number: JP2002289214A
Application number: JP2001090367A
Authority: JP
Inventors: Shinzaburo Suzuki; 信三郎鈴木; Toru Segawa; 透瀬川; Takeshi Inagaki; 剛稲垣; Koji Nagai; 幸治永井
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2002-10-04

Abstract

(57)【要約】【課題】高強度化によって、低価格化と薄肉化とを実
現でき、高性能な燃料電池用セパレータを提供する。【解決手段】導電性材料とエポキシ樹脂とを含有する
燃料電池用セパレータにおいて、前記エポキシ樹脂が、
エポキシ当量３００〜５００の固形エポキシ樹脂からな
ることを特徴とする燃料電池用セパレータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導電性材料とエポ
キシ樹脂とを含有する燃料電池用セパレータに関し、特
に高強度化を図った燃料電池用セパレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば図１に概略斜視図で示すように、
燃料電池用セパレータ１０は、平板部１１の両面に所定
間隔で複数の隔壁１２を立設して形成されている。燃料
電池とするには、多数の燃料電池用セパレータ１０を、
隔壁１２の突出方向（図中、上下方向）に積層する。そ
して、この積層により、隣接する一対の隔壁１２で形成
されるチャネル１３に反応ガス（水素や酸素）を流通さ
せる構成となっている。

【０００３】反応ガスは、一般に０．１〜０．３ＭＰａ
の圧力でチャネル１３を流通されるため、燃料電池用セ
パレータ１０にはこのガス圧で変形しないような高強度
が要求される。そのために、従来は、ポリイミド樹脂を
配合するなどして強度を確保していた。また、強度を高
めるために繊維材料を配合することも行われており、例
えば、特開昭６３―２９４６１０号及び特開２０００―
１３３２８１号の各公報にはカーボンファイバーを配合
した燃料電池用セパレータが、また特開平４―２１４０
７２号及び特開２０００―８２４７６号の各公報には各
種繊維材料を配合した燃料電池用セパレータが記載され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】昨今、燃料電池を搭載
した電気自動車の実用化が間近と言われているが、より
普及させるには燃料電池の低価格化が必須である。燃料
電池車では、燃料電池用セパレータが数百枚必要とされ
ており、燃料電池の低価格化にはこの燃料電池用セパレ
ータのコストをより低減することが重要となる。しか
し、上記ポリイミド樹脂を配合する方法では、ポリイミ
ド樹脂が高価であるため、低コスト化には大きな障害と
なる。

【０００５】また、繊維材料を配合する方法では、繊維
材料を配合すると原料混練物の流動性が低下し、成形性
に劣るという問題がある。一般に、燃料電池用セパレー
タは、反応ガスを均一にしかも適当な流速で流し、さら
に発生する水分の排出を容易にするなどの理由により細
かい複雑な凹凸形状とする必要がある。しかし、原料混
練物の流動性が悪いと、成形時に型の隅々にまで原料混
練物が均一に行き渡らず、得られる燃料電池用セパレー
タの材質が不均一になってしまう。この結果、細かい凹
凸部の再現性が低下するなどの問題が発生する。燃料電
池では、上記したコスト低減とともにコンパクト化も要
求されており、そのためには燃料電池用セパレータの各
部を薄くしなければならないが、原料混練物の成形性が
悪いとこの薄肉化を実現できない。従って、上記繊維材
料を配合する方法は、高性能で、薄肉の燃料電池用セパ
レータを得るためには好ましくない。

【０００６】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、高強度化によって、低価格化と薄肉化とを
実現でき、高性能な燃料電池用セパレータを提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、導電性材料とエポキシ樹脂とを含有する
燃料電池用セパレータにおいて、前記エポキシ樹脂が、
エポキシ当量３００〜５００の固形エポキシ樹脂からな
り、好ましくは２０〜４０重量％の配合量であることを
特徴とする燃料電池用セパレータを提供する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に関して詳細に説明
する。

【０００９】本発明の燃料電池用セパレータでは、樹脂
材料として、ポリイミド等と比較して格段に安価な固形
エポキシ樹脂を用いることによって低価格化を実現して
いる。また、この固形エポキシ樹脂として、エポキシ当
量が３００〜５００という特定のものを用いることによ
って、架橋密度を大きくし、燃料電池用セパレータの高
強度を実現している。そのため、繊維材料を配合する必
要がないことから、成形性にも優れ、高性能の燃料電池
用セパレータが得られる。また、高強度であることか
ら、薄肉化も実現可能である。

【００１０】一般に、エポキシ樹脂のエポキシ当量は、
平均分子量を１分子当たりのエポキシ基数で割った値と
して定義され、ｇ／ｅｑで表示される。従って、このエ
ポキシ当量は、平均分子量が小さいほど小さな値をと
り、また１分子当たりのエポキシ基数が大きいほど小さ
な値をとる。１分子当たりのエポキシ基数に対して平均
分子量が小さいということは、１官能基当たりの分子が
小さいことを意味し、これは、架橋密度が大きくなるこ
とに反映される。また、１分子当たりのエポキシ基数が
大きいということは、それだけ架橋に寄与する官能基の
密度が多いことを意味し、それだけ架橋密度が高くな
る。以上要するに、エポキシ当量が小さい程、最終状態
での架橋密度が高くなる。

【００１１】本発明者らの知見によれば、使用する固形
エポキシ樹脂のエポキシ当量は５００以下であることが
好ましい。エポキシ当量が５００を超えると、得られる
成形品、即ち燃料電池用セパレータの強度が不足する。
エポキシ当量の下限については、エポキシ当量が３００
未満になると樹脂の軟化点が低くなり、固形エポキシ樹
脂の粒子同士でくっついてしまう問題があるので、３０
０とすることが適当である。

【００１２】また、エポキシ当量が３００〜５００の固
形エポキシ樹脂としては、2官能性エポキシ樹脂、およ
び2官能以上の多官能性エポキシ樹脂から選ばれた一種
または複数種を混合したものを用いることができる。2
官能性エポキシ樹脂の例としては、ビスフェノールA、
ビスフェノールF、ビスフェノールS、ネオペンチルグリ
コール、ジグリジルエーテル等のジグリシジルエーテル
等が挙げられる。2官能以上の多官能性樹脂の例として
は、ノボラック型のフェノールノボラック型エポキシ樹
脂、レゾールノボラック型エポキシ樹脂、芳香族グリシ
ジルエーテル型のテトラフェニルグリシジルエーテルエ
タン、トリフェニルグリシジルエーテルメタン、芳香族
グリシジルアミン型のトリグリシジル−ｐ−アミノフェ
ノール、トリグリシジルイソシアヌレート等が挙げられ
る。また、この固形エポキシ樹脂は、平均粒径が１００
μｍ未満、好ましくは４０μｍ以下の微粉末に粉砕して
用いるのが望ましい。粒径が大きいと導電性材料との分
散性が低下する。

【００１３】上記固形エポキシ樹脂の配合量は、セパレ
ータ総重量の２０〜４０重量％であることが好ましい。
固形エポキシ樹脂の配合量が２０重量％未満の場合は、
得られる燃料電池用セパレータの強度が不足し、４０重
量％を超える場合は、相対的に導電性材料の配合割合が
減少して導電性が不足する。

【００１４】一方、導電性材料は、導電性に優れた材料
であれば格別の制限はなく、粒状、鱗片状等の各種形状
の、黒鉛、膨張黒鉛、コロイド黒鉛等の各種黒鉛の粉
末、およびアセチレンブラック、ケッチェンブラック等
の各種カーボンブラックの粉末等を用いることができ
る。これらの粉末は、平均粒子径で１０〜１００μｍ程
度が適当である。

【００１５】尚、導電性材料の配合量は、必要に応じて
適宜設定することができ、固形エポキシ樹脂の残部全て
とすることもできる。即ち、導電性材料の配合量は、セ
パレータ総重量の６０〜８０重量％が好ましい。

【００１６】本発明の燃料電池用セパレータの製造方法
は特に制限されるものではないが、以下に示す工程とす
ることができる。

【００１７】即ち、先ず、導電性材料と固形エポキシ樹
脂とを上記配合にて混練する。そして、この混練物を常
温で圧縮し、予備成形体を作製する。次いで、この予備
成形体を離型剤（黒鉛粉）を散布した型に充填し、１６
０℃〜２００℃の温度で圧縮成形を行う。その後１００
℃以下に冷却し、型から成形体を取り出すことで、燃料
電池用セパレータが得られる。また、このような圧縮成
形方法に限らず、例えば射出成形または押出成形といっ
た成形方法等を採用してもよい。尚、燃料電池用セパレ
ータの形状には制限はなく、例えば図１に示した構造と
することができる。

【００１８】

【実施例】以下、実施例および比較例によりさらに具体
的に本発明を説明するが、本発明はこれにより何ら限定
されるものではない。

【００１９】（実施例１〜３、比較例１〜３、参考例１
〜２）下記樹脂材料、導電性材料及び補強用繊維材料を
用い、表１に示す配合割合にて混練物を調製し、下記方
法に従い燃料電池用セパレータを作製した。尚，形状は
図１に示すものとした。

【００２０】〔樹脂材料〕・固形エポキシ樹脂Ａ（エポキシ当量４００）・固形エポキシ樹脂Ｂ（エポキシ当量９００）・ポリイミド樹脂〔導電性材料〕・膨張黒鉛粉（嵩比重０．０１ｇ／ｃｍ³）〔強度補強繊維材料〕・カーボンファイバー（繊維径１３μｍ、繊維長３７０
μｍ）・ガラス繊維（繊維径１０μm、繊維長２００μｍ）〔製造方法〕表１に示す配合割合の混練物を常温でプレ
スして予備成形体を作製し、この予備成形体を嵩比重
０．０１ｇ／ｃｍ³の膨張黒鉛粉を内面に散布した型に
充填し、温度１８０℃、圧力５０〜１００ＭＰａで圧縮
成形を行った。

【００２１】得られた燃料電池用セパレータの熱間曲げ
強さ、体積固有抵抗を測定し、更にシール性、成形性を
評価した。これらの測定ないし評価は下記のようにして
行い、それぞれの結果を表１に示した。

【００２２】〔熱間曲げ強さ〕熱間曲げ強さは、ＪＩＳ
Ｋ７１７１プラスチック−曲げ特性の試験方法に準じ
て求めた。試験は恒温槽付きのオートグラフを使用し、
試験雰囲気を１００℃で行った。

【００２３】〔体積固有抵抗〕ＪＩＳＫ７１９４導
電性プラスチックの４探針法による抵抗率試験方法に準
じて求めた。即ち、上記混練物を厚さ０．７ｍｍのシー
ト状に成形し、その中央部について、４探針式導電計ロ
レスタCPを用いて、表面抵抗値を測定し、その値にサン
プル厚、ＪＩＳＫ７１９４に従う補正係数を乗じて体
積固有抵抗とした。

【００２４】〔シール性〕上記混練物からなるシート状
成形体をフランジにセットし、両面にゴムガスケットを
配置してガスケット面圧５ＭＰａで締め込んだ後、成形
体表面に石けん水を塗布し、逆側から窒素ガスを０．２
ＭＰａ負荷する。評価基準は、成形体表面に石けん水の
泡が出てこないものを「○」、石けん水の泡が若干出て
くるものを「△」、石けん水の泡が多量に出てくるもの
を「×」とした。

【００２５】〔成形性〕成形性は、成形後の成形体の外
観を目視によって評価した。評価基準は、成形品の外観
が良好なものを「○」、表層に薄い皺があるものを
「△」、割れているものを「×」とした。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１に示すように、比較例１では、固形エ
ポキシ樹脂の量が本発明による下限値（２０重量％）よ
り少ないために強度が低く、またシール性評価の際にガ
ス圧をかけたところ成形体が割れてしまった。また、混
練物の流動性が低く、成形性も悪い。

【００２８】比較例２では、固形エポキシ樹脂の量が本
発明による上限値（４０重量％）より多過ぎるため、膨
張黒鉛の配合量が少なく、体積固有抵抗が大きい。ま
た、成形体が金型に貼り付き、脱型時に成形体に亀裂が
入り、シール性評価の際にガス圧をかけたところ成形体
が割れてしまった。

【００２９】比較例３では、エポキシ当量９００の固形
エポキシ樹脂を用いているので、強度が低く、比較例１
と同様の理由でシール性が悪い。

【００３０】これに対し、各実施例はポリアミド樹脂を
配合した参考例と同等以上の結果が得られており、この
ことから安価であるにも関わらず、高性能の燃料電池用
セパレータが得られることがわかる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高強度化によって、低価格化と薄肉化とを実現でき、高
性能な燃料電池用セパレータが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明及び従来の燃料電池用セパレータの一例
を示す概略斜視図である。

【符号の説明】

１０燃料電池用セパレータ１１平板部１２隔壁１３チャネル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性材料とエポキシ樹脂とを含有する
燃料電池用セパレータにおいて、前記エポキシ樹脂が、エポキシ当量３００〜５００の固
形エポキシ樹脂からなることを特徴とする燃料電池用セ
パレータ。
【請求項２】前記エポキシ樹脂の配合量が２０〜４０
重量％であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池
用セパレータ。