JP2002289216A - 燃料電池用セパレータの製造方法 - Google Patents

燃料電池用セパレータの製造方法

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JP2002289216A
JP2002289216A JP2001084598A JP2001084598A JP2002289216A JP 2002289216 A JP2002289216 A JP 2002289216A JP 2001084598 A JP2001084598 A JP 2001084598A JP 2001084598 A JP2001084598 A JP 2001084598A JP 2002289216 A JP2002289216 A JP 2002289216A
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graphite
molding material
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Hideki Murayama
英樹 村山
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 黒鉛を含む熱硬化性樹脂成形材料を成形して
得られる固体高分子型燃料電池セパレータの製造方法に
関するものであり、成形セパレータのスキン層を効率的
にかつ、高精度に除去する方法を提供する。 【解決手段】 成形材料全体に対して、基材として黒鉛
を70〜90重量%含む熱硬化性樹脂成形材料を成形し
て得られる固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方
法において、回転するホイール型研磨材を用いてセパレ
ータを表面研磨し、セパレータ表面のスキン層を除去す
ることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は黒鉛を多量に含む熱
硬化性樹脂成形材料を用いて成形した固体高分子型燃料
電池用セパレータの製造方法に関するものである。本発
明の製造方法は、電気特性に優れた燃料電池用セパレー
タの製造に好適に用いられる。
【0002】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池(PEFC)は水
素と酸素の電極反応によって得られる電気エネルギーを
取り出す一種の発電体である。PEFCは、膜・電極接
合体(MEA)の両電極に薄いカーボンペーパーである
支持集電体を密着させ、さらにその両側から集電体とガ
ス供給通路の役割も兼ねた導電性のセパレータを密着さ
せてなる単セルを数百枚積層して燃料電池スタックを形
成し、発電装置として使用する。セパレータは通常1〜
3mm厚程度の導電性を有する板にガスの流路として細
い溝が全面に掘り込まれた形状を有しており、高導電性
であるとともに、支持集電体との間で低接触抵抗である
ことが求められる。
【0003】成形材料全体に対して黒鉛を70〜90重
量%含む熱硬化性成形材料を圧縮成形して得られる燃料
電池用セパレータは、従来の焼結黒鉛板に溝を切削加工
して作製されるものと比較した場合、若干導電性が劣る
ものの大幅な低コスト化を図ることが出来る。しかし、
成形の際、成形材料中の黒鉛は溶融樹脂とともに金型壁
に沿ってセパレータの面方向に流動するために、金型壁
に接した部分、すなわち成形品の表面には樹脂分が多く
絶縁性の高いスキン層が形成される。そのため、セパレ
ータとしての重要な特性である接触抵抗は、成型品全体
としての黒鉛含有量が多い割には充分に小さくならない
という問題点があった。従って、セパレータとしての性
能上必要な低接触抵抗を発現させるためには、樹脂分の
多い表面のスキン層を研磨除去するとともに黒鉛の研磨
断面を成形品表面に露出させる必要がある。
【0004】成形材料全体に対して黒鉛を70〜90重
量%含有するセパレータの場合、成型品表面のスキン層
の厚みは5〜10μm程度であることが実験的に確かめ
られている。このため、支持集電体との接触抵抗を低く
するには、成型品の表面から10μmの深さまで、でき
るだけ均一に研磨除去することが必要である。従来から
用いられている方法としては、サンドペーパーで研磨し
たり、サンドブラスト等で表面を削る方法などが挙げら
れる。しかし、このような方法では、通常使用される2
00〜800cm2程度の比較的大きな面積を有するセ
パレータにおいては、研磨量が面内で不均一になりやす
く、セパレータ全体で充分な厚み精度を得ることができ
ない場合が多い。このようなセパレータを用いると、支
持集電体と精度良く密着することができず、接触面積が
不足して接触抵抗が大きくなり燃料電池の性能を低下さ
せる原因となる。研磨後のセパレータの厚みを均一にす
るためにはセパレータの厚みを随時測定しながら少しず
つ研磨する方法もあるが、研磨に要する時間が膨大にな
り、このような方法は実用的ではない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、黒鉛を多量
に含む熱硬化性樹脂成形材料を成形して得られる固体高
分子型燃料電池用セパレータの製造方法に関して、上記
のような欠点を改良するものであり、従来は難しかった
成形セパレータのスキン層を効率的にかつ、高精度に除
去する方法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、(1)成形材
料全体に対して、基材として黒鉛を70〜90重量%含
む熱硬化性樹脂成形材料を成形して得られる固体高分子
型燃料電池用セパレータの製造方法において、回転する
ホイール型研磨材を用いてセパレータを表面研磨し、セ
パレータ表面のスキン層を除去することを特徴とする燃
料電池用セパレータの製造方法、である。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明で用いられるスキン層を除
去する研磨材としては、中心軸周りに回転する円柱形の
側面が研磨面であるホイール型研磨材が好ましい。カッ
プ型の研磨材では研磨表面が粗くなる傾向があり、ま
た、ディスク型の研磨材では平板の表面を十分な厚み精
度で研磨するのは難しい。また、ホイール型研磨材の材
質としては研磨砥粒を含浸接着させたナイロン不織布が
適当である。真鍮、スチールなどの金属では研磨力が過
大になる傾向があり、フェルトなどの布では研磨力が不
充分となることがある。
【0008】スキン層を研磨する際に使用する研磨材の
運転条件は、用いる研磨材の種類、サイズ等により異な
るため特に限定しないが、例えば、研磨砥粒を含浸接着
したナイロン不織布を研磨材とした用いたホイール型研
磨材(ミニター社製クッションサンダーφ60×幅25
mm・#400)の場合では、研磨時のセパレータと研
磨材との相対移送速度を10〜30mm/秒とした場
合、回転数を200〜1000rpmとするのが適当で
ある。200rpm未満であると十分な処理速度が得ら
れず、一方1000rpmを越えると研磨量のバラツキ
が大きくなったり研磨部に発熱を生じたりすることがあ
る。
【0009】研磨方法についても特に限定しない。研磨
材をセパレータ表面に押し当て、一定速度で水平方向に
移動させてセパレータを研磨してもよいし、あるいは、
水平方向に移動できるスライドステージ上にセパレータ
を固定し、一定回転数で回転している研磨材の下を通す
ことによりセパレータ表面を研磨処理することもでき
る。
【0010】本発明において用いられる黒鉛は特に限定
しないが、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛、土壌黒鉛等
があり、固体高分子型燃料電池用セパレータ材料として
は、取り扱いの容易さ等の点から天然黒鉛及び/又は人
造黒鉛が好ましい。配合量は成形材料全体に対して70
〜90重量%であることが好ましく、成形品の導電性、
強度、外観等を考慮すると、更に好ましくは80〜90
重量%である。黒鉛の配合量が70重量%未満だと十分
な導電性が得られず、90重量%を超えると結着剤とし
ての樹脂が不足することから、必要とされる強度等を有
した成形体を得ることが難しくなる。
【0011】本発明において用いる成形材料に配合する
熱硬化性樹脂は特に限定されないが、例えば、フェノー
ル樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジア
リルフタレート樹脂等が使用できる。この中でも、固体
高分子型燃料電池用セパレータ材料としては、コスト、
成形品強度の点から、特にフェノール樹脂が好ましい。
【0012】本発明において使用する熱硬化性樹脂成形
材料を製造する方法は、通常の方法が採用される。即
ち、樹脂、基材のほか、必要に応じて硬化剤、硬化助
剤、顔料、離型剤等を加えて混合した後、加熱ロール等
により溶融混練し、冷却後粉砕して製造する。
【0013】
【実施例】以下に実施例により、詳しく説明する。
【0014】<フェノール樹脂の製造>フェノール
(P)100kg、87%パラホルムアルデヒド(F)
62kg(F/Pモル比1.70)、酢酸亜鉛0.5k
gを還流コンデンサー撹拌機、加熱装置、真空脱水装
置、スタティックミキサー付きレジン循環装置を備えた
300リッター反応釜内に入れ、還流反応を3時間行っ
た。この時点のフェノール反応率は92%であった。そ
の後、脱水を行いながら115℃迄加熱し、更に115
℃、真空度100Torrを1時間維持して反応を進め
た後、冷却バット上に取り出し、フェノール換算での数
平均分子量が700のレゾール型フェノール樹脂A(固
形)105kgを得た。
【0015】<実施例1>成形材料全体に対して前記レ
ゾール型フェノール樹脂A19重量%、人造黒鉛80重
量%、離型剤(ステアリン酸)1重量%からなるフェノ
ール樹脂成形材料組成物を80℃の加熱ロールにて2.
5分間混練した。得られた成形材料を生産段階もしくは
後工程で衝撃式粉砕機等を用いて粒度を3mm以下に調
整した。両面に溝を有する、型形状140×220m
m、深さ2.0mmの金型の中央に配置し、金型温度1
70℃、成形圧力300kgf/cm2 、成形時間3分
で圧縮成形して成形セパレータを得た。得られた成形セ
パレータの表面をホイール型の研磨砥粒含有ナイロン不
織布の研磨材(ミニター社製クッションサンダーφ60
×幅25mm・#400)を300rpmの回転数で回
転させ、セパレータを30mm/secの速度で水平方
向に移動させ、研磨した。 <実施例2>研磨材の移動速度を50mm/secとし
た以外は実施例1と同じである。 <実施例3>研磨材の回転数を1000rpmにした以
外は実施例1と同じである。
【0016】<比較例1>研磨材としてサンドペーパー
(#800)を使用し、作業者が厚みを測定しながら研
磨した。それ以外は実施例1と同じである。 <比較例2>研磨材としてカップ型ナイロンブラシ(ミ
ニター社製、E1903 #240)を使用し、300
rpmの回転数で回転させて、セパレータの移動速度を
30mm/secで研磨した。それ以外は実施例1と同
じである。 <比較例3>研磨材として真鍮ブラシ(ミニター社製、
E2213)を使用し、300rpmの回転数で回転さ
せ、セパレータの移動速度を30mm/secで研磨し
た。それ以外は実施例1と同じである。
【0017】実施例、比較例で得られたセパレータにつ
いて、各種試験を以下の方法で行った。その結果を表1
に示す。
【表1】
【0018】<試験方法> 1.スキン層除去に要する時間:セパレータの片面を研
磨する所要時間(秒/1枚)をス トップウォッチで
測定した。 2.最大研磨量、最小研磨量:セパレータを20×20
mmの升目で均等に区切ったとき の正方形の中心部
の厚み(全60ヶ所)をマイクロメーターを用いて測定
し、研磨前後での差の最大値、最小値をそれぞれ最大研
磨量、最小研磨量とした。 3.接触抵抗値:50×50mmの試験片を成形セパレ
ータの4隅と中心部の計5箇所か ら切り出した。試
験片は両側からカーボンペーパーを当て、更にその両側
から電極を2MPaの圧力で加圧した状態で電極間に3
0Aの直流電流を流し、試験片と片側のカーボンペーパ
ー間に生じる電圧を測定することにより、接触抵抗を測
定した。この測定を5つの試験片について行い平均値を
算出した。
【0019】回転するホイール型研磨材を用いた実施例
1,2,3ではいずれも、セパレータ表面のスキン層を
高精度に効率よく除去することができた。比較例1は厚
みを計測しながらサンドペーパーを用いて研磨を行った
が、処理時間が大きくなった。また、比較例2ではカッ
プ型研磨材、比較例3では真鍮ブラシを用いたが、いず
れも研磨精度に劣る結果となった。
【0020】
【発明の効果】本発明は、成形材料全体に対して黒鉛を
70〜90重量%含む熱硬化性樹脂成形材料を成形して
得られる固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方法
において、回転するホイール型研磨材を用いてセパレー
タを表面研磨し、セパレータ表面のスキン層を除去する
ことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法であ
り、セパレータ表面を高精度に効率よく研磨除去するこ
とができるので、工業的な燃料電池用セパレータの製造
方法として有用である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 成形材料全体に対して、基材として黒鉛
    を70〜90重量%含む熱硬化性樹脂成形材料を成形し
    て得られる固体高分子型燃料電池用セパレータの製造方
    法において、回転するホイール型研磨材を用いてセパレ
    ータを表面研磨し、セパレータ表面のスキン層を除去す
    ることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
JP2001084598A 2001-03-23 2001-03-23 燃料電池用セパレータの製造方法 Pending JP2002289216A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005197222A (ja) * 2003-12-12 2005-07-21 Nisshinbo Ind Inc 燃料電池セパレータ
KR100732458B1 (ko) * 2001-12-22 2007-06-27 재단법인 포항산업과학연구원 탄소질 전극재 제조 방법

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