JP2002343374A - 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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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 導電性、放熱特性、長期耐久性に優れ、生産
性の高い成形方法により製造し得る燃料電池用セパレー
タを提供する。 【解決手段】 熱硬化性樹脂の液状組成物に黒鉛粉末を
均一に分散複合させた混合物を平板および凹部の材料と
して、平板の上に選択的に凸部を形成した後、不活性雰
囲気中、非酸化性雰囲気中、又は真空中で焼成する。
性の高い成形方法により製造し得る燃料電池用セパレー
タを提供する。 【解決手段】 熱硬化性樹脂の液状組成物に黒鉛粉末を
均一に分散複合させた混合物を平板および凹部の材料と
して、平板の上に選択的に凸部を形成した後、不活性雰
囲気中、非酸化性雰囲気中、又は真空中で焼成する。
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するものであり、更には薄板化
しても強度やガス不透過性、導電性が低下することな
く、特には溝形状部を容易に製造可能な固体高分子型燃
料電池用セパレータとその製造方法に関する。
タ及びその製造方法に関するものであり、更には薄板化
しても強度やガス不透過性、導電性が低下することな
く、特には溝形状部を容易に製造可能な固体高分子型燃
料電池用セパレータとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、イオン交換膜
からなる固体高分子の電解質膜と、その両側に設けた２
つの電極とそれぞれの電極に水素などの燃料ガスあるい
は酸素などの酸化剤ガスを供給するガス供給溝を設けた
セパレータなどからなる単セルを積層したスタック、及
びその外側に設けた２つの集電体から構成されている。
電解質部分に高性能の高分子電解質膜を使用している関
係で作動温度が８０〜１００℃と低いにも拘わらず高出
力の発電が可能である。
からなる固体高分子の電解質膜と、その両側に設けた２
つの電極とそれぞれの電極に水素などの燃料ガスあるい
は酸素などの酸化剤ガスを供給するガス供給溝を設けた
セパレータなどからなる単セルを積層したスタック、及
びその外側に設けた２つの集電体から構成されている。
電解質部分に高性能の高分子電解質膜を使用している関
係で作動温度が８０〜１００℃と低いにも拘わらず高出
力の発電が可能である。
【０００３】固体高分子型燃料電池のセパレータには、
燃料ガスと酸化剤ガスとを完全に分離した状態で電極に
供給するために高度のガス不透過性が要求され、また発
電効率を高くするために電池の内部抵抗を小さくする必
要があり、そのために導電性が高いことが必要である。
更に、電池反応に伴う発熱を効率よく放散させ、電池内
温度分布を均一化するために高い熱導電性や長期耐久性
の確保のために優れた耐蝕性を備える必要がある。これ
らのことから、固体高分子型燃料電池のセパレータの材
料としては主として炭素材料が使用されている。
燃料ガスと酸化剤ガスとを完全に分離した状態で電極に
供給するために高度のガス不透過性が要求され、また発
電効率を高くするために電池の内部抵抗を小さくする必
要があり、そのために導電性が高いことが必要である。
更に、電池反応に伴う発熱を効率よく放散させ、電池内
温度分布を均一化するために高い熱導電性や長期耐久性
の確保のために優れた耐蝕性を備える必要がある。これ
らのことから、固体高分子型燃料電池のセパレータの材
料としては主として炭素材料が使用されている。
【０００４】燃料電池用セパレータの形状は、一般的に
平板の両面又は片面に複数の平行する溝を形成してなる
もので、燃料電池セル内のガス拡散電極で発電した電気
を外部へ伝達すると共に、発電の過程で前期溝中に生成
した水を排水し、当該溝を燃料電池セルへ流入する反応
ガスの流通路として確保するという役割を担っている。
平板の両面又は片面に複数の平行する溝を形成してなる
もので、燃料電池セル内のガス拡散電極で発電した電気
を外部へ伝達すると共に、発電の過程で前期溝中に生成
した水を排水し、当該溝を燃料電池セルへ流入する反応
ガスの流通路として確保するという役割を担っている。
【０００５】近年の燃料電池の軽量化や薄型化に伴い、
上記のような燃料電池用セパレータについても薄板化す
ることが求められるようになったが、従来の易切削加工
性を有す一般炭素素材のみからなる燃料電池セパレータ
では、単に薄板化すると強度が低下し、ガス浸透性が高
くなってしまうという問題があった。
上記のような燃料電池用セパレータについても薄板化す
ることが求められるようになったが、従来の易切削加工
性を有す一般炭素素材のみからなる燃料電池セパレータ
では、単に薄板化すると強度が低下し、ガス浸透性が高
くなってしまうという問題があった。
【０００６】そのため、薄型化しても強度およびガス不
浸透性を維持させるために、例えば、特開平１０−４０
９３８号公報には、熱膨張黒鉛粉末または鱗片状の天然
黒鉛粉末に、主として粒径が５μｍ以上で２００μｍ以
下で所定の樹脂よりなるバインダを被覆した球状または
塊状の炭素粉末を混合し、該混合物を成形することで燃
料電池用セパレータを製造する方法が開示されている。
また、特開２０００−３３１６９０号公報には、平均粒
子径５０μｍ以下の黒鉛粉末とフェノール樹脂とを混合
し粉砕、篩分けして調製した粒度０．１〜５mmの整粒を
１００〜２００℃の温度に加熱された金型に射出成形
し、成形体を加熱硬化する燃料電池用セパレータの製造
方法が開示されている。しかし、これらの方法で得られ
たセパレータは炭素材のみからなる燃料電池セパレータ
に比べて導電性や放熱効果が劣るうえ長期耐久性の確保
が困難である。
浸透性を維持させるために、例えば、特開平１０−４０
９３８号公報には、熱膨張黒鉛粉末または鱗片状の天然
黒鉛粉末に、主として粒径が５μｍ以上で２００μｍ以
下で所定の樹脂よりなるバインダを被覆した球状または
塊状の炭素粉末を混合し、該混合物を成形することで燃
料電池用セパレータを製造する方法が開示されている。
また、特開２０００−３３１６９０号公報には、平均粒
子径５０μｍ以下の黒鉛粉末とフェノール樹脂とを混合
し粉砕、篩分けして調製した粒度０．１〜５mmの整粒を
１００〜２００℃の温度に加熱された金型に射出成形
し、成形体を加熱硬化する燃料電池用セパレータの製造
方法が開示されている。しかし、これらの方法で得られ
たセパレータは炭素材のみからなる燃料電池セパレータ
に比べて導電性や放熱効果が劣るうえ長期耐久性の確保
が困難である。
【０００７】また、セパレータの製造方法として一般的
に使用されているモールド成形法によって成形する場
合、予めガス供給溝をセパレータに賦形するニアネット
シェイブ成形が難しい欠点があり、燃料ガスあるいは酸
化剤ガスを供給するための通路となるガス供給溝は、後
処理的に機械加工して形成することが必要であり生産性
が低く、コスト高となる難点がある。
に使用されているモールド成形法によって成形する場
合、予めガス供給溝をセパレータに賦形するニアネット
シェイブ成形が難しい欠点があり、燃料ガスあるいは酸
化剤ガスを供給するための通路となるガス供給溝は、後
処理的に機械加工して形成することが必要であり生産性
が低く、コスト高となる難点がある。
【０００８】一方、射出成形法は寸法精度に優れるうえ
燃料ガスあるいは酸化剤ガスを供給するための通路とな
るガス供給溝を一体成形可能であるなど、成形段階では
生産性の優れた成形方法ではあるが、成形時に成形原料
に流動性を保持させるためにバインダーとなる熱硬化性
樹脂の配合量を多くする必要が生じ配合の自由度が限定
されるうえ、導電性向上のために配合する炭素粉体等の
フィラーが板方向と溝方向とで異方向に配向してしまう
ため、得られた成形体を焼成炭素化すると、焼成収縮率
に差異が生じることで反りの発生や寸法がばらつくなど
の難点がある。
燃料ガスあるいは酸化剤ガスを供給するための通路とな
るガス供給溝を一体成形可能であるなど、成形段階では
生産性の優れた成形方法ではあるが、成形時に成形原料
に流動性を保持させるためにバインダーとなる熱硬化性
樹脂の配合量を多くする必要が生じ配合の自由度が限定
されるうえ、導電性向上のために配合する炭素粉体等の
フィラーが板方向と溝方向とで異方向に配向してしまう
ため、得られた成形体を焼成炭素化すると、焼成収縮率
に差異が生じることで反りの発生や寸法がばらつくなど
の難点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、導電
性、放熱特性、長期耐久性に優れ、生産性の高い成形方
法により製造し得る燃料電池用セパレータとその製造方
法を提供することにある。
性、放熱特性、長期耐久性に優れ、生産性の高い成形方
法により製造し得る燃料電池用セパレータとその製造方
法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池用セパ
レータは、黒鉛と該黒鉛の存在下での焼成により得られ
たガラス状炭素を含むことを特徴とするものである。こ
の燃料電池用セパレータは、平板部および平板部上に形
成されて平板部とともに凹凸のある表面を形成する凸部
とを有し、該平板部にはガラス状炭素と黒鉛が第１の比
率で含まれ、凸部にはガラス状炭素と黒鉛が第１の比率
とは実質的に異なる第２の比率で含まれることが望まし
い。
レータは、黒鉛と該黒鉛の存在下での焼成により得られ
たガラス状炭素を含むことを特徴とするものである。こ
の燃料電池用セパレータは、平板部および平板部上に形
成されて平板部とともに凹凸のある表面を形成する凸部
とを有し、該平板部にはガラス状炭素と黒鉛が第１の比
率で含まれ、凸部にはガラス状炭素と黒鉛が第１の比率
とは実質的に異なる第２の比率で含まれることが望まし
い。
【００１１】前記黒鉛の平均粒径が５０μｍ以下であ
り、その含有割合が１０質量％以上７５質量％以下であ
ることが望ましい。
り、その含有割合が１０質量％以上７５質量％以下であ
ることが望ましい。
【００１２】本発明の燃料電池用セパレータの製造方法
は、炭素を含む第１の材料で平板を形成し、平板上に炭
素を含む第２の材料で凸部を選択的に形成することによ
って平板上に凹凸のある表面を形成し、該凹凸のある表
面を有する平板を炭素化処理するステップを具備するこ
とを特徴とするものである。
は、炭素を含む第１の材料で平板を形成し、平板上に炭
素を含む第２の材料で凸部を選択的に形成することによ
って平板上に凹凸のある表面を形成し、該凹凸のある表
面を有する平板を炭素化処理するステップを具備するこ
とを特徴とするものである。
【００１３】前述の平板を形成するステップにおいて、
製膜装置を用いて平板を形成することが望ましい。
製膜装置を用いて平板を形成することが望ましい。
【００１４】凸部を形成するステップにおいて、印刷装
置を用いて凸部を形成することが望ましい。
置を用いて凸部を形成することが望ましい。
【００１５】この燃料電池用セパレータの製造方法が、
熱硬化性樹脂の液状組成物中に平均粒径が５０μｍ以下
の黒鉛粉末を均一に分散複合させて前記第１および第２
の材料とするステップをさらに具備し、前記炭素化処理
するステップにおいて、不活性雰囲気中、非酸化性雰囲
気中、又は真空中で焼成することにより、熱硬化性樹脂
を炭素化することが望ましい。
熱硬化性樹脂の液状組成物中に平均粒径が５０μｍ以下
の黒鉛粉末を均一に分散複合させて前記第１および第２
の材料とするステップをさらに具備し、前記炭素化処理
するステップにおいて、不活性雰囲気中、非酸化性雰囲
気中、又は真空中で焼成することにより、熱硬化性樹脂
を炭素化することが望ましい。
【００１６】熱硬化性樹脂は、不活性雰囲気中、非酸化
性雰囲気中、又は真空中で焼成することにより、ガス不
浸透性を有するガラス状の難黒鉛化性炭素を残すもので
あることが望ましい。
性雰囲気中、又は真空中で焼成することにより、ガス不
浸透性を有するガラス状の難黒鉛化性炭素を残すもので
あることが望ましい。
【００１７】黒鉛粉末が、平均粒径５０μｍ以下の黒鉛
ウイスカー、高配向性熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛、天然
黒鉛、人造黒鉛、フラーレン、黒鉛繊維チョップにより
成る群より選ばれた少なくとも一種であることもまた望
ましい。
ウイスカー、高配向性熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛、天然
黒鉛、人造黒鉛、フラーレン、黒鉛繊維チョップにより
成る群より選ばれた少なくとも一種であることもまた望
ましい。
【００１８】前記炭素化処理が、７００℃以上の温度で
行なわれることもまた望ましい。
行なわれることもまた望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明に於いて用いる、炭素化処
理後ガス不浸透性を有するガラス状の難黒鉛化性炭素を
残す熱硬化性樹脂の液状組成物とは、熱硬化性樹脂の初
期重合体類や溶剤に溶解させた一種または二種以上の複
合液状体である。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹
脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、コ
プナ樹脂等が用いられ、加熱により分子間架橋を生じ三
次元化して硬化し、特別の炭素前駆体化処理を行うこと
なく高い炭素残査収率を示すものであり、好ましくは、
フラン樹脂及びフェノール樹脂である。
理後ガス不浸透性を有するガラス状の難黒鉛化性炭素を
残す熱硬化性樹脂の液状組成物とは、熱硬化性樹脂の初
期重合体類や溶剤に溶解させた一種または二種以上の複
合液状体である。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹
脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、コ
プナ樹脂等が用いられ、加熱により分子間架橋を生じ三
次元化して硬化し、特別の炭素前駆体化処理を行うこと
なく高い炭素残査収率を示すものであり、好ましくは、
フラン樹脂及びフェノール樹脂である。
【００２０】次に本発明において、電気伝導性向上と適
度な切削加工性賦与を目的として用いられる黒鉛粉末に
ついて説明する。セパレーターとしての導電性向上の為
に用いられる黒鉛粉末としては、黒鉛ウイスカ、高配向
性熱分解黒鉛（ＨＯＰＧ）、キッシュ黒鉛、天然黒鉛、
人造黒鉛、フラーレン、黒鉛繊維チョップ等の粉末が挙
げられる。使用する黒鉛粉末の種類と量は、必要とする
電気伝導性値により適宜選択され、単独でも二種以上の
混合体でも使用することができるが、特に伝導性向上効
果が高いことから、結晶の良く発達し鱗状黒鉛粉末を使
用することが好ましい。また黒鉛粉末の粒径と量は、目
的とする電極特性や焼成後の後加工性及びガス不浸透性
等を考慮し、成形性及び黒鉛の一方向への配向制御の容
易なことから平均粒径が５０μｍ以下かつ焼成後の割合
が１０〜７５質量％となるように配合することが好まし
い。
度な切削加工性賦与を目的として用いられる黒鉛粉末に
ついて説明する。セパレーターとしての導電性向上の為
に用いられる黒鉛粉末としては、黒鉛ウイスカ、高配向
性熱分解黒鉛（ＨＯＰＧ）、キッシュ黒鉛、天然黒鉛、
人造黒鉛、フラーレン、黒鉛繊維チョップ等の粉末が挙
げられる。使用する黒鉛粉末の種類と量は、必要とする
電気伝導性値により適宜選択され、単独でも二種以上の
混合体でも使用することができるが、特に伝導性向上効
果が高いことから、結晶の良く発達し鱗状黒鉛粉末を使
用することが好ましい。また黒鉛粉末の粒径と量は、目
的とする電極特性や焼成後の後加工性及びガス不浸透性
等を考慮し、成形性及び黒鉛の一方向への配向制御の容
易なことから平均粒径が５０μｍ以下かつ焼成後の割合
が１０〜７５質量％となるように配合することが好まし
い。
【００２１】以下に本発明による全炭素質燃料電池用セ
パレーターの製造方法を説明する。まず、使用材料とし
て熱硬化性樹脂の液状組成物と黒鉛粉末を適宜選択した
後、混合機を用いて充分に分散させ、液状材料を得る。
パレーターの製造方法を説明する。まず、使用材料とし
て熱硬化性樹脂の液状組成物と黒鉛粉末を適宜選択した
後、混合機を用いて充分に分散させ、液状材料を得る。
【００２２】次に、この得られた液体材料を用い平板部
を作製する。平板の作製手段としては、薄板形状体を高
速かつ簡易に製造することが可能な、コーター等の製膜
装置を用いる。製膜に際しては、黒鉛粉末を一方向に配
向制御させつつ板形状体を成形する。得られた板形状体
は、エアオーブン中で硬化処理を行い固化させる。
を作製する。平板の作製手段としては、薄板形状体を高
速かつ簡易に製造することが可能な、コーター等の製膜
装置を用いる。製膜に際しては、黒鉛粉末を一方向に配
向制御させつつ板形状体を成形する。得られた板形状体
は、エアオーブン中で硬化処理を行い固化させる。
【００２３】次に固化した平板に凸形状部を作製する。
凸部の作製手段としては、凸形状を高速かつ簡易に製造
することが可能な、スクリーン印刷等の印刷装置を用い
る。印刷に際しては、凸形状部の精度向上のために平板
作製段階より液状材料に高粘度化処理を施し使用する。
ここで、高粘度化処理方法としては、使用素材種変更や
配合比率変更等を適宜選択する。なお凸部の高さは、液
状材料の粘度調整や印刷・硬化作業を複数回繰り返すこ
と等により調整する。
凸部の作製手段としては、凸形状を高速かつ簡易に製造
することが可能な、スクリーン印刷等の印刷装置を用い
る。印刷に際しては、凸形状部の精度向上のために平板
作製段階より液状材料に高粘度化処理を施し使用する。
ここで、高粘度化処理方法としては、使用素材種変更や
配合比率変更等を適宜選択する。なお凸部の高さは、液
状材料の粘度調整や印刷・硬化作業を複数回繰り返すこ
と等により調整する。
【００２４】凸部を充分に固化処理した後、窒素、アル
ゴン等の不活性ガス雰囲気中で昇温速度を制御しつつ焼
成することで炭素化を終了させ、ガラス状炭素中に黒鉛
粉末が一方向に配向した全炭素質の燃料電池用セパレー
ターが得られる。
ゴン等の不活性ガス雰囲気中で昇温速度を制御しつつ焼
成することで炭素化を終了させ、ガラス状炭素中に黒鉛
粉末が一方向に配向した全炭素質の燃料電池用セパレー
ターが得られる。
【００２５】ここで、炭素化は不活性ガス雰囲気もしく
は真空下で７００℃以上に加熱昇温し行われるが、炭素
化時の昇温速度が大きいと賦形体の形状が変形したり微
細なクラックが生じるなどの欠陥が生じる。したがっ
て、５００℃までは毎時５０℃以下、それ以降も毎時１
００℃以下で行うことが適切である。
は真空下で７００℃以上に加熱昇温し行われるが、炭素
化時の昇温速度が大きいと賦形体の形状が変形したり微
細なクラックが生じるなどの欠陥が生じる。したがっ
て、５００℃までは毎時５０℃以下、それ以降も毎時１
００℃以下で行うことが適切である。
【００２６】本発明によると、単体でガス不浸透性には
優れるが、電気伝導度が劣るガラス状炭素中に、ガス不
浸透性は劣るが電気伝導性の優れた黒鉛粉末を均一かつ
一方向に配向制御したガラス状炭素／黒鉛複合体とする
ことで、電気伝導度・ガス透過性の優れた全炭素質の燃
料電池セパレーターを得ることが可能になった。
優れるが、電気伝導度が劣るガラス状炭素中に、ガス不
浸透性は劣るが電気伝導性の優れた黒鉛粉末を均一かつ
一方向に配向制御したガラス状炭素／黒鉛複合体とする
ことで、電気伝導度・ガス透過性の優れた全炭素質の燃
料電池セパレーターを得ることが可能になった。
【００２７】また本発明では、単体では炭素化や後加工
処理が困難であり耐衝撃性の劣るガラス状炭素中に加工
処理の容易な黒鉛を複合させたガラス状炭素／黒鉛複合
体であるため、炭素化工程を簡易にすることができる
上、炭素化処理後の後加工も容易となるため全炭素質か
らなる燃料電池用セパレーターを効率よく安価に製造す
ることが可能である。
処理が困難であり耐衝撃性の劣るガラス状炭素中に加工
処理の容易な黒鉛を複合させたガラス状炭素／黒鉛複合
体であるため、炭素化工程を簡易にすることができる
上、炭素化処理後の後加工も容易となるため全炭素質か
らなる燃料電池用セパレーターを効率よく安価に製造す
ることが可能である。
【００２８】以下に、実施例によって本発明を更に具体
的に説明するが、本願発明はこの実施例によって何等限
定されるものではない。
的に説明するが、本願発明はこの実施例によって何等限
定されるものではない。
【００２９】（実施例１）最初に成形用材料を得た。平
板部作製用としてフラン樹脂（日立化成工業（株）製
ヒタフランＶＦ−３０２）７７重量部に天然鱗状黒鉛粉
末（日本黒鉛工業（株）製 平均粒度５μｍ）２３重量
部を添加して、充分に分散、混合することで、平板部作
製用液状材料を得た。次に、凸部作製用としてフラン樹
脂（日立化成工業（株）製 ヒタフランＶＦ−３０２）
７２重量部に天然鱗状黒鉛粉末（日本黒鉛工業（株）製
平均粒度５μｍ）２８重量部を添加して、充分に分
散、混合する事で凸部作製用液状材料を得た。
板部作製用としてフラン樹脂（日立化成工業（株）製
ヒタフランＶＦ−３０２）７７重量部に天然鱗状黒鉛粉
末（日本黒鉛工業（株）製 平均粒度５μｍ）２３重量
部を添加して、充分に分散、混合することで、平板部作
製用液状材料を得た。次に、凸部作製用としてフラン樹
脂（日立化成工業（株）製 ヒタフランＶＦ−３０２）
７２重量部に天然鱗状黒鉛粉末（日本黒鉛工業（株）製
平均粒度５μｍ）２８重量部を添加して、充分に分
散、混合する事で凸部作製用液状材料を得た。
【００３０】次に、前記液体材料を用いて賦形を行っ
た。平板部は、ドクターブレードタイプ塗工機に液体材
料を投入し、黒鉛が膜成形方向に配向するよう制御しつ
つグリーンシートを作製、グリーンシートを切断機で切
断後乾燥炉内で加熱硬化処理を施すことで得た。得られ
た平板は、０．４mm厚みで２４．５cm角の寸法を有して
いた。次に凸部を成形した。凸部は、凸部形状部パター
ンが形成されたスクリーンメッシュを組み込んだスクリ
ーン印刷機に平板をセットし、液状材料を印刷インキ代
わりに使用し凸部を印刷した後乾燥炉内で加熱硬化処理
を施した後再度印刷および加熱硬化処理を施しこれを繰
り返すことで得た。片面に加熱硬化処理後反対面にも印
刷・加熱硬化処理を施すことで両面に凸部を有する成形
体を得た。得られた成形体の凸部は、０．５mmの厚みを
有していた。
た。平板部は、ドクターブレードタイプ塗工機に液体材
料を投入し、黒鉛が膜成形方向に配向するよう制御しつ
つグリーンシートを作製、グリーンシートを切断機で切
断後乾燥炉内で加熱硬化処理を施すことで得た。得られ
た平板は、０．４mm厚みで２４．５cm角の寸法を有して
いた。次に凸部を成形した。凸部は、凸部形状部パター
ンが形成されたスクリーンメッシュを組み込んだスクリ
ーン印刷機に平板をセットし、液状材料を印刷インキ代
わりに使用し凸部を印刷した後乾燥炉内で加熱硬化処理
を施した後再度印刷および加熱硬化処理を施しこれを繰
り返すことで得た。片面に加熱硬化処理後反対面にも印
刷・加熱硬化処理を施すことで両面に凸部を有する成形
体を得た。得られた成形体の凸部は、０．５mmの厚みを
有していた。
【００３１】得られた成形体を、窒素ガス雰囲気下１０
０℃まで５０時間で昇温し炭素化処理した後、真空高温
炉により１４００℃処理を施すことで、平板部厚み０．
３mm、凸部厚み０．４mm、総厚み１．１mmで２０cm角の
寸法を有する、全炭素質からなる燃料電池用セパレータ
を得た。
０℃まで５０時間で昇温し炭素化処理した後、真空高温
炉により１４００℃処理を施すことで、平板部厚み０．
３mm、凸部厚み０．４mm、総厚み１．１mmで２０cm角の
寸法を有する、全炭素質からなる燃料電池用セパレータ
を得た。
【００３２】このようにして作製した全炭素質からなる
燃料電池用セパレーターの外観検査及びガス透過性を測
定した後、サンプルを切り出して電気抵抗及び曲げ強さ
等の物性を測定し、得られた結果を表１に示す。また、
各圧力で締め付けた際の接触抵抗値を測定し、得られた
結果を図１に示す。
燃料電池用セパレーターの外観検査及びガス透過性を測
定した後、サンプルを切り出して電気抵抗及び曲げ強さ
等の物性を測定し、得られた結果を表１に示す。また、
各圧力で締め付けた際の接触抵抗値を測定し、得られた
結果を図１に示す。
【００３３】（実施例２）平板部作製用としてフラン樹
脂（日立化成工業（株）製 ヒタフランＶＦ−３０３）
とフェノール樹脂（群栄化学工業（株）製ＰＧグレー
ド）との混合樹脂８０重量部に天然鱗状黒鉛粉末（日本
黒鉛工業（株）製 平均粒度２μｍ）２０重量部を添
加、分散、混合した液状材料を使用し、凸部作製用とし
てフラン樹脂（日立化成工業（株）製 ヒタフランＶＦ
−３０３）とフェノール樹脂（群栄化学工業（株）製Ｐ
Ｇグレード）との混合樹脂７５重量部に天然鱗状黒鉛粉
末（日本黒鉛工業（株）製 平均粒度５μｍ）２５重量
部を添加、分散、混合した液状材料を使用して、実施例
１と同様な工程で成形を行い、平板部厚み０．３mm、凸
部厚み０．４mm、総厚み１．１mmで２０cm角の寸法を有
する、全炭素質からなる燃料電池用セパレータを得た。
脂（日立化成工業（株）製 ヒタフランＶＦ−３０３）
とフェノール樹脂（群栄化学工業（株）製ＰＧグレー
ド）との混合樹脂８０重量部に天然鱗状黒鉛粉末（日本
黒鉛工業（株）製 平均粒度２μｍ）２０重量部を添
加、分散、混合した液状材料を使用し、凸部作製用とし
てフラン樹脂（日立化成工業（株）製 ヒタフランＶＦ
−３０３）とフェノール樹脂（群栄化学工業（株）製Ｐ
Ｇグレード）との混合樹脂７５重量部に天然鱗状黒鉛粉
末（日本黒鉛工業（株）製 平均粒度５μｍ）２５重量
部を添加、分散、混合した液状材料を使用して、実施例
１と同様な工程で成形を行い、平板部厚み０．３mm、凸
部厚み０．４mm、総厚み１．１mmで２０cm角の寸法を有
する、全炭素質からなる燃料電池用セパレータを得た。
【００３４】このようにして作製した全炭素質からなる
燃料電池用セパレーターの外観検査及びガス透過性を測
定した後、サンプルを切り出して電気抵抗及び曲げ強さ
等の物性を測定し、得られた結果を表１に示す。また、
各圧力で締め付けた際の接触抵抗値を測定し、得られた
結果を図１に示す。
燃料電池用セパレーターの外観検査及びガス透過性を測
定した後、サンプルを切り出して電気抵抗及び曲げ強さ
等の物性を測定し、得られた結果を表１に示す。また、
各圧力で締め付けた際の接触抵抗値を測定し、得られた
結果を図１に示す。
【表１】
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の全炭素質
からなる燃料電池用セパレーターは、平板の作製手段と
して、薄板形状体を高速かつ簡易に製造することが可能
な、コーター等の製膜装置を用い、凸部の製造手段とし
て、凸形状部を高速かつ簡易に製造することが可能な、
スクリーン印刷等の印刷装置を用いることで全炭素質燃
料電池用セパレーターを安価に提供することが可能であ
る。また、得られた全炭素質からなる燃料電池用セパレ
ーターは、ガラス状炭素と黒鉛粉末との複合材料からな
るため、実質的にガラス状炭素材料並のガス不浸透性と
一般炭素材料並の電気伝導性及び機械加工性を有するう
え、樹脂／炭素複合体よりも耐久性及び腐食性に優れて
いる。
からなる燃料電池用セパレーターは、平板の作製手段と
して、薄板形状体を高速かつ簡易に製造することが可能
な、コーター等の製膜装置を用い、凸部の製造手段とし
て、凸形状部を高速かつ簡易に製造することが可能な、
スクリーン印刷等の印刷装置を用いることで全炭素質燃
料電池用セパレーターを安価に提供することが可能であ
る。また、得られた全炭素質からなる燃料電池用セパレ
ーターは、ガラス状炭素と黒鉛粉末との複合材料からな
るため、実質的にガラス状炭素材料並のガス不浸透性と
一般炭素材料並の電気伝導性及び機械加工性を有するう
え、樹脂／炭素複合体よりも耐久性及び腐食性に優れて
いる。
【図１】本発明の実施例に係る全炭素質燃料電池用セパ
レータにおけるプレス圧と接触抵抗の関係を示すグラフ
である。
レータにおけるプレス圧と接触抵抗の関係を示すグラフ
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB01 BB02 BB04 CC04 CX02 CX04 EE05 EE06 EE18 HH01 HH05 HH08
Claims (10)
- 【請求項１】 黒鉛と該黒鉛の存在下での焼成により得
られたガラス状炭素を含む燃料電池用セパレータ。 - 【請求項２】 平板部および平板部上に形成されて平板
部とともに凹凸のある表面を形成する凸部とを有し、該
平板部にはガラス状炭素と黒鉛が第１の比率で含まれ、
凸部にはガラス状炭素と黒鉛が第１の比率とは実質的に
異なる第２の比率で含まれる請求項１記載の燃料電池用
セパレータ。 - 【請求項３】 前記黒鉛の平均粒径が５０μｍ以下であ
り、その含有割合が10質量％以上７５質量％以下である
請求項１記載の燃料電池用セパレータ。 - 【請求項４】 炭素を含む第１の材料で平板を形成し、 平板上に炭素を含む第２の材料で凸部を選択的に形成す
ることによって平板上に凹凸のある表面を形成し、 該凹凸のある表面を有する平板を炭素化処理するステッ
プを具備する燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項５】 平板を形成するステップにおいて、製膜
装置を用いて平板が形成される請求項４に記載の燃料電
池用セパレータの製造方法。 - 【請求項６】 凸部を形成するステップにおいて、印刷
装置を用いて凸部が形成される請求項４に記載の燃料電
池用セパレータの製造方法。 - 【請求項７】 熱硬化性樹脂の液状組成物中に平均粒径
が５０μｍ以下の黒鉛粉末を均一に分散複合させて前記
第１および第２の材料とするステップをさらに具備し、 前記炭素化処理するステップにおいて、不活性雰囲気
中、非酸化性雰囲気中、又は真空中で焼成することによ
り、熱硬化性樹脂が炭素化される請求項４に記載の燃料
電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項８】 熱硬化性樹脂は、不活性雰囲気中、非酸
化性雰囲気中、又は真空中で焼成することにより、ガス
不浸透性を有するガラス状の難黒鉛化性炭素を残すもの
である請求項７に記載の燃料電池用セパレータの製造方
法。 - 【請求項９】 黒鉛粉末が、平均粒径５０μｍ以下の黒
鉛ウイスカー、高配向性熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛、天
然黒鉛、人造黒鉛、フラーレン、黒鉛繊維チョップより
成る群より選ばれた少なくとも一種である請求項７に記
載の燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項１０】 前記炭素化処理が、７００℃以上の温
度で行なわれる請求項４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 |
|---|---|---|---|
| JP2001149865A JP2002343374A (ja) | 2001-05-18 | 2001-05-18 | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001149865A JP2002343374A (ja) | 2001-05-18 | 2001-05-18 | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002343374A true JP2002343374A (ja) | 2002-11-29 |
Family
ID=18994982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001149865A Pending JP2002343374A (ja) | 2001-05-18 | 2001-05-18 | 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) | JP2002343374A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003234110A (ja) * | 2002-02-07 | 2003-08-22 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
| JP2005158350A (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-16 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 燃料電池用電極触媒及びその製造方法 |
| WO2009001758A1 (ja) * | 2007-06-27 | 2008-12-31 | Local Independent Administrative Institute Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute | 燃料電池用セパレータプレートの製造方法及びそれを利用した燃料電池 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001076748A (ja) * | 1999-07-02 | 2001-03-23 | Ibiden Co Ltd | 固体高分子型燃料電池のセパレータ及びその製造方法、固体高分子型燃料電池 |
-
2001
- 2001-05-18 JP JP2001149865A patent/JP2002343374A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001076748A (ja) * | 1999-07-02 | 2001-03-23 | Ibiden Co Ltd | 固体高分子型燃料電池のセパレータ及びその製造方法、固体高分子型燃料電池 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003234110A (ja) * | 2002-02-07 | 2003-08-22 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
| JP4587632B2 (ja) * | 2002-02-07 | 2010-11-24 | 三菱鉛筆株式会社 | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
| JP2005158350A (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-16 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 燃料電池用電極触媒及びその製造方法 |
| WO2009001758A1 (ja) * | 2007-06-27 | 2008-12-31 | Local Independent Administrative Institute Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute | 燃料電池用セパレータプレートの製造方法及びそれを利用した燃料電池 |
| JP2013008706A (ja) * | 2007-06-27 | 2013-01-10 | Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute | 燃料電池用セパレータプレートの製造方法及びそれを利用した燃料電池 |
| JP5135341B2 (ja) * | 2007-06-27 | 2013-02-06 | 地方独立行政法人 東京都立産業技術研究センター | 燃料電池用セパレータプレートの製造方法及びそれを利用した燃料電池 |
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