JP2003077487A

JP2003077487A - 燃料電池用セパレータ及び燃料電池用セパレータを用いた燃料電池

Info

Publication number: JP2003077487A
Application number: JP2001269045A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Seki; 智憲関; Akitsugu Tashiro; 了嗣田代; Atsushi Fujita; 藤田　　淳
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2003-03-14

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】電池特性に優れた燃料電池用セパレータ及び
これを用いる燃料電池を提供する。【解決手段】表面の水との接触角が４０度〜８０度で
ある燃料電池用セパレータで、上記セパレータは平均粒
径２５−５００μｍの膨張黒鉛及び樹脂からなる成形体
にフッ素系の離型剤の膜を表面に形成したもの及び上記
のセパレータを有してなる固体高分子燃料電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用セパレ
ータ及び燃料電池用セパレータを用いた燃料電池に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は近年、化石燃料消費拡大によ
る地球温暖化防止策、省エネルギー対策等の観点から非
常に注目され、国、大学の研究機関、大手企業等でも研
究開発が盛んに行われ一部商品化されている。

【０００３】燃料電池（固体高分子形）は大きく分け
て、イオン交換膜、白金触媒、セパレータから構成され
る。このうちセパレータの働きは、エネルギーを発生さ
せる水素及び酸素を燃料極と酸素極に安定して供給する
と共に発生する水並びに冷却水の速やかな排出にあり、
電池特性を左右する重要な部材である。

【０００４】特に、セパレータは一つの電池〔自動車
用〕に数百枚使用されるため、セパレータの特性が電池
特性を大きく支配する。現在、電池特性の優れる燃料電
池を開発すべく、そのためのセパレータの開発が盛んに
行われており、前記した水並びに冷却水の速やかな排出
による電池特性の改善が要望される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来、前記し
た水並びに冷却水の速やかな排出という観点からの、セ
パレータ特性の改善による、燃料電池の電池特性の改善
という点については、注意が払われていなかった。そこ
で、本発明は、このような観点から燃料電池の電池特性
の改善されたセパレータ、即ち電池特性に優れたセパレ
ータ及びこれを用いる燃料電池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、表面の水との
接触角が４０度〜８０度である燃料電池用セパレータに
関する。また、本発明は、セパレータが、リブ部及び平
坦部を有する燃料電池用セパレータに関する。また、本
発明は、セパレータが、黒鉛及び樹脂を含む成形体から
なる燃料電池用セパレータに関する。また、本発明は、
黒鉛が、膨張黒鉛である燃料電池用セパレータに関す
る。また、本発明は、膨張黒鉛が膨張黒鉛シート粉砕粉
である燃料電池用セパレータに関する。また、本発明
は、膨張黒鉛シート粉砕粉が、平均粒径２５μｍ〜５０
０μｍである燃料電池用セパレータに関する。

【０００７】また、本発明は、樹脂が、粉末状で、開環
重合し、かつその平均粒径が１μｍ〜１００μｍである
燃料電池用セパレータに関する。また、本発明は、密度
が、１．３ｇ／ｃｍ^３以上である燃料電池用セパレータ
に関する。また、本発明は、成形体が、圧縮成形法で成
形したものである燃料電池用セパレータに関する。ま
た、本発明は、成形体が、フッ素系の離型剤の膜を表面
に形成したものである燃料電池用セパレータに関する。
また、本発明は、セパレータが、リブ部及び平坦部以外
に穴部を有する燃料電池用セパレータに関する。また、
本発明は、上記の燃料電池用セパレータを有してなる燃
料電池に関する。さらに、本発明は、固体高分子型であ
る燃料電池に関する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明で得られる成形体（燃料電
池用セパレータ）は、表面の水との接触角が４０〜８０
度の範囲、好ましくは５０度〜８０度の範囲、さらに好
ましくは６０度〜８０度の範囲とされる。表面の水との
接触角が４０度未満の場合、リブ間と水との撥水性に劣
るため、リブ間の凹部に発生水及び冷却水が介在し易く
安定した流路の確保が困難となり、電池特性に優れた燃
料電池用セパレータ及びそれを用いた燃料電池を得るこ
とができなくなる。表面の水との接触角が４０度未満の
場合、ガス圧力を上げ、介在した水を強制的に排除し流
路を確保する方法も考えられるが、この場合は、セパレ
ータ単体のガスシール性、機械強度及びスタック全体の
ガスシールの向上が必要となり、更なる技術的課題をク
リアーする必要性を考慮しなければならなくなる。一
方、表面の水との接触角が８０度を超える場合、そのよ
うなセパレータの作製がコストアップにつながるか又は
製造困難になる。

【０００９】本発明において、表面の水との接触角を４
０度〜８０度の範囲にするためには、例えば成形体の表
面に樹脂膜の層を形成し、さらにその上に離型性のある
物質の膜を形成すればよい。なお、離型性のある物質に
ついては特に制限はないが、得られる成形体表面の撥水
性及び離型性（金型からの成形体の剥がれ易さ）を考慮
すれば、フッ素系離型剤又はシリコーン系離型剤を使用
することが好ましく、さらに金型成形面の汚れ難さを考
慮すればフッ素系離型剤を使用することが好ましい。

【００１０】フッ素系離型剤の性状に特に制限はないが
一般的には、液状又はエアゾールタイプで使用される。
セパレータの成形に用いる複雑な形状をした金型の場
合、金型へのフッ素系離型剤の均一な塗布を考慮すれ
ば、エアゾールタイプが好ましい。また、環境への悪影
響を考慮すれば、フロンを使用しない代替フロン溶融型
エアゾールタイプフッ素系離型剤が好ましい。代替フロ
ン溶融型エアゾールタイプフッ素系離型剤としては、例
えばＧＡ−６０１０、ＧＡ−６３１０（ダイキン工業
（株）製、商品名）等が挙げられる。これらの離型剤を
用いることにより、本発明におけるセパレータを容易に
製造することができる。

【００１１】なお、樹脂膜の厚さ及び形成方法について
は特に制限はなく、使用樹脂の量、融点、分子量、反応
時間、成形温度、成形圧力等の組み合せにより任意に決
定される。しかし形成される樹脂膜が極端に厚い場合
は、電気特性の低下につながる傾向があり、極端に薄い
場合はガス不浸透性が低下する傾向がある。

【００１２】また、離型性のある物質の膜の形成につい
ても特に制限はなく、例えば通常使用するスプレー缶か
ら噴霧されるフッ素系離型剤を成形金型及びシート材料
（樹脂と膨張黒鉛粉の混合体）に均一に噴霧すればよ
い。厚さについては膜が均一に付着していれば特に制限
はない。

【００１３】本発明における燃料電池用セパレータにお
いて、リブ部は、導電性又は通電性を有し、セパレータ
を電解質膜、燃料極及び空気極を介して重ねたときにガ
スの流路を形成するものである。また平坦部は、セパレ
ータの把持部を形成し、上記の流路をガスが通過すると
きにガス漏れしないように構成される。またリブ部は、
セパレータを重ねたときに形成された流路をガスが通過
するときにガス漏れしないように構成される。平坦部
は、セパレータを重ねたときに全体を固定するための把
持部となることが好ましい。

【００１４】さらに、本発明になるセパレータは、リブ
部及び平坦部以外に穴部を有していてもよく、特に、平
坦部内に穴部を有していることが好ましい。穴部は、セ
パレータを多数重ねたときに、重ね方向に長い穴を形成
するように構成され、水素ガス、酸素ガス及び冷却水を
通すための穴が形成されるように構成される。そしてそ
れぞれの穴は、セパレータのリブ部によって形成される
水素ガス流路、酸素ガス流路及び冷却水流路と連結され
るように構成される。なお平坦部には、セパレータを重
ねたときに固定用のボルトを通るための穴を有していて
もよい。

【００１５】リブ部及び平坦部を有する成形体は、黒鉛
と樹脂を含む材料をセパレータ形状に成形して得られる
もので、特に黒鉛が樹脂中に分散された構造のものが、
電気特性、成形性、ガスの不浸透性等の点に優れ、安価
であるので好ましい。前記黒鉛としては、特に制限はな
くコストを重視するならば、天然黒鉛、人造黒鉛等を使
用することが好ましい。使用する黒鉛の粒径に制限はな
く、要求特性及び成形性を考慮し粒径の異なる黒鉛を混
合して使用することが好ましい。また、軽量化及び機械
強度（靭性）を重視する場合、膨張黒鉛を使用すること
が好ましく、特に膨張黒鉛シート粉砕粉を使用すること
が好ましい。

【００１６】前記リブ部及び平坦部は、それぞれ膨張黒
鉛及び樹脂を含む層を有し、これらの層が連続している
層であることが好ましい。これにより、セパレータを得
るための成形時の成形性が良好であり、セパレータに軽
量性を付与し、またセパレータに高靭性、低弾性という
好ましい特性を付与する。

【００１７】本発明で好ましいものとして使用される膨
張黒鉛は、原料黒鉛を、酸性物質及び酸化剤を含む溶液
中に浸漬して黒鉛層間化合物を生成させる工程及び前記
黒鉛層間化合物を加熱して黒鉛結晶のＣ軸方向を膨張さ
せて膨張黒鉛とする工程により製造することができる。
これにより膨張した黒鉛が虫状形となり方向性のない複
雑に絡み合った形態となる。

【００１８】膨張黒鉛の倍率は、セパレータの強度とシ
ール性を確保するため高い方が好ましく、特に制限はな
いが１５０倍以上であることが好ましく、１５０倍〜３
００倍であることがさらに好ましい。この膨張黒鉛を粉
砕することにより膨張黒鉛粉とすることができるが、粉
砕の前に、得られた膨張黒鉛に圧力を加えシート状に圧
縮成形して膨張黒鉛シートとすることが好ましい。さら
に得られた膨張黒鉛粉には、必要に応じて、その粉砕粉
に含まれる酸性根を低減させるための処理（高温処理な
ど）を施す。

【００１９】前記の原料黒鉛としては特に制限はない
が、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、熱分解黒鉛等の高度に結
晶が発達した黒鉛が好ましいものとして挙げられる。得
られる特性と経済性のバランスを考慮すると天然黒鉛が
好ましい。用いる天然黒鉛としては、特に制限はなく、
Ｆ４８Ｃ（日本黒鉛（株）製、商品名）、Ｈ−５０（中
越黒鉛（株）製、商品名）等の市販品を用いることがで
きる。これらは、鱗片状の粉末の形態で使用することが
好ましい。

【００２０】膨張黒鉛の処理に用いられる酸性物質は、
一般に硫酸などの黒鉛の層間に進入して十分な膨張能力
を有する酸性根（陰イオン）を発生することができるも
のが使用される。酸性物質の使用量については特に制限
はなく、目的とする膨張倍率で決定され、例えば、黒鉛
１００重量部に対して１００〜１０００重量部使用する
のが好ましい。

【００２１】また、酸性物質と共に用いられる酸化剤と
しては、過酸化水素、過塩素酸カリウム、過マンガン酸
カリウム、重クロム酸カリウム等の過酸化物、また硝酸
などの酸化作用のある酸を用いることができ、良好な膨
張黒鉛を得やすいという観点から過酸化水素が特に好ま
しい。酸化剤として過酸化水素を用いる場合、水溶液と
して用いることが好ましく、このとき、過酸化水素の濃
度については特に制限はないが、２０重量％〜４０重量
％が好ましい。その使用量についても特に制限はない
が、黒鉛１００重量部に対して過酸化水素水として５重
量部〜６０重量部配合することが好ましい。

【００２２】酸性物質及び酸化剤は、水溶液の形態で使
用することが好ましい。酸性物質としての硫酸は、適宜
の濃度で使用されるが、９５重量％以上の濃度のものが
好ましく、濃硫酸を使用することが特に好ましい。

【００２３】前記において、膨張黒鉛シートの製法につ
いても特に制限はないが、一般的には上記で得た膨張黒
鉛を、プレス、ロール等で圧力を加えてシート化するこ
とが好ましい。膨張黒鉛をシート化したときのシートの
厚さ及び密度については特に制限はないが、厚さが０．
５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲及び密度が０．２ｇ／ｃｍ ^３
〜１．７ｇ／ｃｍ^３の範囲のものが好ましい。厚さが
０．５ｍｍ未満であると得られる成形体が脆くなる傾向
があり、１．５ｍｍを超えると成形性が悪くなる傾向が
ある。また密度が０．２ｇ／ｃｍ^３未満であると電気抵
抗が悪化する傾向があり、１．７ｇ／ｃｍ^３を超えると
機械強度が低下する傾向がある。なお密度の大きさは、
加圧量、ロールギャップ等の調整により、調整すること
ができる。また、膨張黒鉛シートの粉砕は、粗粉砕及び
微粉砕により行うことが好ましく、この後、必要に応じ
て分級を行う。

【００２４】本発明において、原料としての膨張黒鉛の
密度については特に制限はないが、０．１ｇ／ｃｍ^３〜
０．４ｇ／ｃｍ^３の範囲が好ましい。膨張黒鉛の密度が
小さすぎると、樹脂との均一混合性が低下し、得られる
成形体（燃料電池用セパレータ）のシール性が低下する
傾向があり、膨張黒鉛の密度が大きすぎると目的とする
成形体（燃料電池用セパレータ）の機械的強度及び導電
性の向上効果が低下する傾向がある。

【００２５】膨張黒鉛シート粉砕粉の平均粒径について
も特に制限はないが、樹脂との混合性及び成形性を考慮
すると、数平均粒径で２５μｍ〜５００μｍの範囲が好
ましく、５０μｍ〜４００μｍの範囲がさらに好まし
い。粒径が２５μｍ未満であると膨張黒鉛粉の絡み合い
の効果が少なくなり、セパレータの強度低下が起こり易
くなる傾向があり、一方、粒径が５００μｍを超えると
幅の狭いリブへの膨張黒鉛の流れ性が悪化し、平板が薄
くリブの高さが高いセパレータの成形が困難となる傾向
がある。

【００２６】本発明において、使用する樹脂の性状に特
に制限はないが、安全性、製造工程の短縮（低コスト）
等を考慮すると、乾式混合（無溶剤混合）が可能であ
り、かつ粒度分布が安定した熱硬化性樹脂、高耐熱性樹
脂又は熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。樹脂の使
用形態としては粉末状、粒状等が好ましい。

【００２７】また、使用する樹脂の化学構造及び種類に
制限はなく、例えば、エポキシ樹脂（硬化剤が併用され
る）、メラミン樹脂、硬化性アクリル樹脂、レゾールタ
イプ及びノボラック型の粉末状フェノール樹脂等の熱硬
化性樹脂、粉末状ポリアミド樹脂、粉末状ポリアミドイ
ミド樹脂、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂等の高耐熱性
樹脂又は熱可塑性樹脂が使用される。熱硬化性樹脂には
必要に応じて、硬化剤、硬化促進剤等が併用して使用さ
れる。硬化剤及び硬化促進剤の使用形態は、粉末状、粒
状等が好ましい。これらの樹脂の中で、経済性、作業
性、硬化後の特性バランスが優れることから、熱硬化性
樹脂であるフェノール樹脂を用いることが好ましい。

【００２８】フェノール樹脂としては、粉体特性として
粒径が均一であり、またブロッキング（粉の凝集）が少
ない、反応時に発生ガスが少なく成形が容易である、熱
処理が短時間で終了する等の特長を備えたフェノール樹
脂が好ましく、中でも開環重合により重合するジヒドロ
ベンゾオキサジン環を含むフェノール樹脂〔一般式
（Ａ）及び（Ｂ）に示す化学構造単位を有する〕を用い
ることが好ましい。

【００２９】

【化１】（式中、芳香環に結合する水素はヒドロキシル基のオル
ト位の１つを除き、炭素数１〜３のアルキル基、シクロ
ヘキシル基、フェニル基又は炭素数１〜３のアルキル基
若しくはアルコキシル基で置換されたフェニル基等の炭
化水素基で置換されていてもよい。）

【００３０】

【化２】（式中、Ｒ^１は、炭素数１〜３のアルキル基、シクロヘ
キシル基、フェニル基又は炭素数１〜３のアルキル基若
しくはアルコキシル基で置換されたフェニル基等の炭化
水素基であり、芳香環に結合する水素は、同様の炭化水
素基で置換されていてもよい。）

【００３１】樹脂として粉末状フェノール樹脂を用いる
場合、その粒度分布に特に制限はないが、膨張黒鉛シー
ト粉砕粉との乾式法により短時間で、均一に混合できる
混合性と、成形時の樹脂流れを考慮すると、数平均粒径
で１μｍ〜１００μｍの範囲が好ましく、５μｍ〜５０
μｍの範囲がさらに好ましい。

【００３２】本発明で使用する膨張黒鉛と樹脂との混合
割合は、目標とする最終成形体である燃料電池用セパレ
ータの諸特性の値を考慮して決定されるが、通常混合比
率で膨張黒鉛／樹脂＝９５／５〜５０／５０（重量比）
の範囲が好ましく、９０／１０〜６０／４０（重量比）
の範囲がさらに好ましい。ここで膨張黒粉と樹脂との混
合比率が９５／５を超える場合、機械強度が急激に低下
する傾向があり、一方、５０／５０未満の場合、導電性
物質である膨張黒鉛粉の添加量が少なく、電気特性が悪
化する傾向がある。

【００３３】膨張黒鉛と樹脂の混合方法に特に制限はな
く、膨張黒鉛の微粉化を防止する点で混合時の膨張黒鉛
に大きな剪断力が加わらないシエイカー、Ｖブレンダー
等を使用した乾式混合方法によることが好ましい。混合
時に膨張黒鉛が微粉化した場合、得られる燃料電池用セ
パレータの機械強度が急激に低下する傾向がある。

【００３４】また、上記混合粉は直接、成形材料粉とし
て使用できるが、本発明においては、さらなる混合性の
向上と成形時の作業性を向上させるために、混合粉を加
圧成形しシート状にしたもの（以下、「成形用シート」
という）を使用する。

【００３５】成形用シートの製造法に特に制限はない
が、例えば混合物投入タンク、材料を一定厚さにするゲ
ート調整機、一定幅に仕上げるスリッター、前記加工材
料を移送する移送装置、シート化する圧延ロール等から
構成される成形用シートの製造装置等を使用することが
できる。平坦部に穴部を有する場合、成形用シートに穴
部が形成されているようにすると好ましい。

【００３６】成形用シートは、その強度を向上させるた
めに成形用シートに含まれる樹脂の硬化反応を部分的に
進めるか、部分的に（完全にではなく）熱溶融させてか
らセパレータの製造に供することができる。硬化反応又
は熱溶融させる方法に制限はないが、例えば、得られた
成形用シートを加熱する方法、さらに具体的には前記の
圧延ロールを加熱装置が付属されたものとし、この圧延
ロールを通すときに加熱する方法、得られた成形用シー
トを加熱オーブンに通す方法等がある。

【００３７】得られる成形体（燃料電池用セパレータ）
の密度については特に制限はないが、例えば、平坦部の
密度は１．３ｇ／ｃｍ^３以上が好ましく、１．３ｇ／ｃ
ｍ^３〜１．７５ｇ／ｃｍ^３の範囲がさらに好ましい。ま
たリブ部の密度は１．３ｇ／ｃｍ^３以上が好ましく、
１．４５ｇ／ｃｍ^３〜１．７５ｇ／ｃｍ^３の範囲がさら
に好ましい。上記の密度を有することにより十分な機密
性を保つことができると共に、撥水効果が大きいので好
ましい。

【００３８】撥水性の調整は、前記したフッ素系の離型
剤などの、離型性のある物質を成形用シート表面に付着
させる方法、セパレータの密度の調整、使用する樹脂の
選択等により調整できる。離型性のある物質の付着は、
成形用シートに直接塗布又は噴霧してもよく、セパレー
タを得るための金型に離型性のある物質を成形前に塗布
しておいてもよい。

【００３９】前記成形体の製作については特に制限はな
いが、成形機のコスト、得られる成形体の寸法精度、電
気特性及び機械特性を決定ずける樹脂中における膨張黒
鉛粉の最適な配向などを考慮すると圧縮成形法が好まし
い。

【００４０】燃料電池は、本発明におけるセパレータに
より、固体高分子電解質膜などからなる電解質層及びこ
れを挟むようにして形成されるセルを必要数積層された
構造を有する。本発明におけるセパレータは、電解質の
種類によって分類されるアルカリ形、固体高分子形、リ
ン酸形、溶融炭素塩形、固体酸形等の燃料電池のセパレ
ータとして使用でき、特に固体高分子形燃料電池に使用
することが好ましい。

【００４１】上記に示すような構造にすることにより、
電池特性に優れ、かつ成形性が良好である他に、撥水性
がよく、ガス不浸透性、電気特性、機械特性等について
も問題のない燃料電池用セパレータ及び燃料電池が得ら
れる。

【００４２】

【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。実施例１（１）成形用混合粉の製造板厚が１．０ｍｍ及び密度が１．０ｇ／ｃｍ^３の膨張黒
鉛シート（日立化成工業（株）製、商品名カーボフィッ
トＨＧＰ−１０５）を粗粉砕機及び微粉砕機で粉砕し、
数平均粒径が１００μｍの膨張黒鉛シート粉砕粉０．７
ｋｇを得た。次いで成形時揮発性ガスが少なく、前記一
般式（Ａ）及び（Ｂ）に示す化学構造単位を有する数平
均粒径が２０μｍの粉末状フェノール樹脂（日立化成工
業（株）製、商品名ＨＲ１０６０）０．３ｋｇを加えて
小型Ｖブレンダーで乾式混合し、１．０ｋｇの混合粉を
得た。

【００４３】（２）燃料電池用セパレータの製造前記の混合粉（１ｍ^２当たり１ｋｇ）０．０６ｋｇをロ
ールで２．０ＭＰａの圧力で成形して、厚さが５ｍｍ及
び密度が０．５ｇ／ｃｍ^３の成形用シートを得た。次
に、金型（下型及び上型）を用意した。下型を成形面
（縦、横１６０ｍｍ）が平坦な雌型とし、上型を突起部
（成形後リブ部となる部分）を有する雄型とした。ただ
し、上型において、突起部の高さを０．５ｍｍ、突起部
ピッチ１．０ｍｍ、リブの幅１．０ｍｍ及びリブテーパ
１０度とした。

【００４４】前記の金型を１８０℃に加熱した後、該金
型に代替フロン溶融型エアゾールタイプフッ素系離形剤
（ダイキン工業（株）製、商品名ダイフリーＧＡ−６０
１０）を均一に吹き付けた。次いで前記で得た成形用シ
ートの表面に前記と同様の離形剤を均一に吹き付けた
後、この成形用シートを前記の離形剤を吹き付けた下型
に載置し、その上部に上型の突起部を有する部分を下に
向けてセットし、その後１８０℃の熱プレスで面圧１
９．６ＭＰａの条件で１０分間成形（ガス抜き１回：５
秒）した。

【００４５】前記で得られた成形体を２００℃で３０分
間熱処理を行った後、平坦部の４カ所に穴部を簡易打ち
抜き機で打ち抜いて、図１に示すようなリブ部１、平坦
部２及び穴部３から構成され、寸法が縦、横１６０ｍｍ
で厚さが１．５ｍｍの燃料電池用セパレータを得た。得
られたセパレータのリブ部の密度は１．５ｇ／ｃｍ^３及
び平坦部の密度は１．３ｇ／ｃｍ^３であった。なお、図
１におけるリブ部１は突起部４と溝部（金型の突起部対
応）５から構成される。

【００４６】実施例２実施例１で得たセパレータの表面を、サンドペーパー
（８００番）で５μｍ程研磨して、実施例１より接触角
の小さな燃料電池用セパレータを得た。

【００４７】実施例３実施例１で用いた金型にフッ素系の離形剤を吹き付けな
い以外は、実施例１と同様の工程を経て実施例１と同寸
法及び同密度の燃料電池用セパレータを得た。

【００４８】比較例１実施例１で得た成形用シートの表面にフッ素系の離形剤
を吹き付けず、金型のみに離型剤としてワックス１００
重量部に対し水１００重量部の割合で混合した水溶性ワ
ックス（カストロール（株）製、商品名Ｎｏ．１７０）
を吹き付けた以外は、実施例１と同様の工程を経て実施
例１と同寸法及び同密度の燃料電池用セパレータを得
た。

【００４９】比較例２実施例１（１）で得た膨張黒鉛シート粉砕紛０．７ｋ
ｇ、実施例１で用いた粉末状フェノール樹脂０．２４ｋ
ｇ及びシリコンパウダー（チッソ（株）製、商品名Ｓ１
５００）０．０６ｋｇを小型ブレンダで乾式混合して
１．０ｋｇの混合粉を得た以外は、実施例１と同様の工
程を経て実施例１と同寸法及び同密度の燃料電池用セパ
レータを得た。

【００５０】次に、上記各実施例及び各比較例で得たセ
パレータの撥水性、離型性及び固有抵抗について検討し
た結果を表１に示す。なお、撥水性は、セパレータの平
坦部の部分を用いて、接触角を測定して判定した。

【００５１】離型性を確かめるための接触角は、接触角
測定用試片の表面にスポイトでイオン交換水を垂らし、
ゴニオメータ式接触角測定器（エルマ光学（株）製、商
品名Ｇ・Ｉ）を用いて測定した。固有抵抗は、上記各実
施例及び各比較例で得たセパレータの平坦部から、試験
片（幅１０ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ１．５ｍｍ）を切
り出し、面方向を「ＪＣＡＳ１０電気機械用ブラシ法に
準じて測定し、次式により算出した。

【００５２】

【数１】

【００５３】また、上記各実施例及び各比較例で得たセ
パレータを用い、単セルの実電池を組立て、電池特性を
確認した。先ず、白金触媒を担持したカーボン粉及びパ
ーフルオロスルホン酸粉末をエタノールに分散させペー
ストを作成し、これをカーボンペーパーに均一に塗布し
電極触媒層を形成した。このペーストを塗布したカーボ
ンペーパー２枚を１００ｍｍ角に切断し、ペースト面が
内側になるようにして厚さ５０μｍのパーフルオロスル
ホン酸膜（デュポン社製、商品名ナフィオン）を挟み込
み、加熱しなが圧着して膜電極複合体（ＭＥＡ）を製作
した。

【００５４】この後、上記各実施例及び各比較例で得た
セパレータで上記のＭＥＡを挟み込みセパレータのリブ
形成部及びマニホールド周辺部を液体パッキン（シリコ
ーンゴム）を用いてシールし、さらに全体を剛性のある
板で挟み込み、５００ＫＰａの面圧をかけ固定した。こ
のようにして得られた燃料電池の単セルにマニホールド
を通じて水素ガス及び空気を供給し、８０℃に保持して
０．３ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度で運転を行った。そのと
きのそれぞれの出力電力を上記の特性と合わせて表１に
示す。

【００５５】

【表１】＊離型性の評価 ○：成形体が成形型から容易に外れる。 △：少し手を加えれば成形体が成形型から外れる。 ×：成形体が成形型から外れ難い。

【００５６】表１に示されるように、本発明の実施例に
なるセパレータは、接触角が４０度〜８０度の範囲に入
っており、離型性がよく、固有抵抗が低く、出力電圧が
高いという効果を奏することが明らかである。これに対
し比較例１のセパレータは、接触角が小さく、離型性が
悪い、出力電圧が低いという欠点が生じ、比較例２のセ
パレータは、接触角が大きく、固有抵抗が高い、出力電
圧が低いという欠点が生じることが明らかである。

【００５７】

【発明の効果】本発明の燃料電池用セパレータは、電池
特性に優れた燃料電池用セパレータである。また、本発
明の燃料電池は、電池特性に優れた燃料電池用セパレー
タを有する高性能な燃料電池である。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料電池用セパレータの平面図である。

【符号の説明】

１リブ部２平坦部３穴部４突起部５溝部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤田淳茨城県日立市鮎川町三丁目３番１号日立化成工業株式会社山崎事業所内Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB00 BB02 BB04 BB06 CC04 CX04 EE06 EE18 EE19 HH01 HH03 HH05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面の水との接触角が４０度〜８０度で
ある燃料電池用セパレータ。
【請求項２】セパレータが、リブ部及び平坦部を有す
る請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】セパレータが、黒鉛及び樹脂を含む成形
体からなる請求項１又は２記載の燃料電池用セパレー
タ。
【請求項４】黒鉛が、膨張黒鉛である請求項１〜３の
いずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】膨張黒鉛が膨張黒鉛シート粉砕粉である
請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池用セパレー
タ。
【請求項６】膨張黒鉛シート粉砕粉が、平均粒径２５
μｍ〜５００μｍである請求項１〜５のいずれかに記載
の燃料電池用セパレータ。
【請求項７】樹脂が、粉末状で、開環重合し、かつそ
の平均粒径が１μｍ〜１００μｍである請求項１〜６の
いずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項８】密度が、１．３ｇ／ｃｍ^３以上である請
求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項９】成形体が、圧縮成形法で成形したもので
ある請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池用セパレ
ータ。
【請求項１０】成形体が、フッ素系の離型剤の膜を表
面に形成したものである請求項１〜９のいずれかに記載
の燃料電池用セパレータ。
【請求項１１】セパレータが、リブ部及び平坦部以外
に穴部を有する請求項１〜１０のいずれかに記載の燃料
電池用セパレータ。
【請求項１２】請求項１〜１１のいずれかに記載の燃
料電池用セパレータを有してなる燃料電池。
【請求項１３】固体高分子型である請求項１２記載の
燃料電池。