JP2003109621A - Separator for fuel cell and fuel cell using the same - Google Patents

Separator for fuel cell and fuel cell using the same

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JP2003109621A
JP2003109621A JP2001302880A JP2001302880A JP2003109621A JP 2003109621 A JP2003109621 A JP 2003109621A JP 2001302880 A JP2001302880 A JP 2001302880A JP 2001302880 A JP2001302880 A JP 2001302880A JP 2003109621 A JP2003109621 A JP 2003109621A
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JP
Japan
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fuel cell
separator
cell separator
hot water
immersion
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Application number
JP2001302880A
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Japanese (ja)
Inventor
Akitsugu Tashiro
了嗣 田代
Takayuki Suzuki
孝幸 鈴木
Atsushi Fujita
藤田  淳
Masaaki Yokota
正明 横田
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.)
Showa Denko Materials Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
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Publication date
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    • 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

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a separator for a fuel cell, low in increase rate of volume and weight of the separator even dipped in the hot water, and low in bending strength drop, and to provide a fuel cell using the separator. SOLUTION: In this separator for the fuel cell, the increase rate of volume after dipped in the water of 80 deg.C±5 deg.C for more than 50 hours, is within 0.1% of that of before the dipping, the increase rate of weight after dipped in the water of 80 deg.C±5 deg.C for 50 hours is within 2% of that before dipping, and the lowering rate of bending strength after being dipped in the hot water of 80 deg.C±5 deg.C for 50 hours is within 10% of that before dipping. The fuel cell is provided with the separator.

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、温水に浸漬しても
電池特性に優れた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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell separator having excellent cell characteristics even when immersed in warm water, and a fuel cell using the fuel cell separator.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells have received a great deal of attention from the viewpoints of measures to prevent global warming due to the expansion of fossil fuel consumption, energy saving measures, etc., and research and development are being actively conducted by national and university research institutes, major companies, etc. Some have been commercialized.

【0003】特に、固体高分子型の燃料電池は、作動温
度が約80℃と他の燃料電池に比べて圧倒的に低く、自
動車用及び家庭用発電機として現在注目を浴びている。
固体高分子型の燃料電池は大きく分けて、イオン交換
膜、白金触媒、セパレータから構成される。
In particular, the polymer electrolyte fuel cell has an operating temperature of about 80 ° C., which is far lower than that of other fuel cells, and is currently attracting attention as a generator for automobiles and households.
A polymer electrolyte fuel cell is roughly divided into an ion exchange membrane, a platinum catalyst, and a separator.

【0004】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。
Among them, the function of the separator is to stably supply hydrogen and oxygen for generating energy to the fuel electrode and the oxygen electrode and to quickly discharge water and cooling water generated, which is an important factor affecting the battery characteristics. It is a member.

【0005】また、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コンパクト化が急務であ
り、現在セパレータ製造各社とも体積、重量及び曲げ強
度の変化の少ないセパレータの改善が要望される。
Further, since hundreds of separators are used for one battery (for automobile), downsizing is urgently required, and at present, separator manufacturing companies are demanded to improve the separators whose volume, weight and bending strength do not change much. It

【0006】しかしながら、従来のセパレータは、電池
作動中の温水(冷却水など)との接触により、セパレー
タに温水が含浸し、その結果、体積及び重量の増加、曲
げ強度の低下を招いていた。温水浸漬時における体積、
重量、曲げ強度の変化が大きいセパレータを使用した場
合、スタックに組み込まれたセパレータの一部が破損し
たりリークが発生するなどの要因となっていた。
However, in the conventional separator, hot water (cooling water or the like) was in contact with the separator during the operation of the battery, so that the separator was impregnated with hot water, resulting in an increase in volume and weight and a decrease in bending strength. Volume when immersed in warm water,
When a separator having a large change in weight and bending strength was used, it was a factor that a part of the separator incorporated in the stack was damaged or leaked.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、温
水に浸漬してもセパレータの体積及び重量の増加率が少
なく、かつ曲げ強度の低下率の少ない燃料電池用セパレ
ータ及びこれを用いる燃料電池を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the present invention is directed to a fuel cell separator and a fuel cell using the same, in which the increase rate of the volume and weight of the separator is small and the decrease rate of the bending strength is small even when immersed in warm water. Is provided.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、80℃±5℃
の温水に50時間以上浸漬した後の体積の増加率が温水
浸漬前の0.1%以内である燃料電池用セパレータに関
する。また、本発明は、80℃±5℃の温水に50時間
以上浸漬した後の重量の増加率が温水浸漬前の2%以内
である前記の燃料電池用セパレータに関する。また、本
発明は、80℃±5℃の温水に50時間以上浸漬した後
の曲げ強度の低下率が温水浸漬前の10%以内である前
記の燃料電池用セパレータに関する。また、本発明は、
80℃±5℃の温水に50時間以上浸漬した後の重量の
増加率が温水浸漬前の2%以内である燃料電池用セパレ
ータに関する。また、本発明は、80℃±5℃の温水に
50時間以上浸漬した後の曲げ強度の低下率が温水浸漬
前の10%以内である燃料電池用セパレータに関する。
[Means for Solving the Problems] The present invention is 80 ° C ± 5 ° C.
The fuel cell separator has a volume increase rate of 0.1% or less before immersion in warm water for 50 hours or more. The present invention also relates to the fuel cell separator, wherein the rate of increase in weight after immersion in hot water at 80 ° C ± 5 ° C for 50 hours or more is within 2% before immersion in hot water. The present invention also relates to the fuel cell separator, wherein the rate of decrease in bending strength after immersion in hot water at 80 ° C ± 5 ° C for 50 hours or more is within 10% before immersion in hot water. Further, the present invention is
The present invention relates to a fuel cell separator in which the weight increase rate after immersion in hot water at 80 ° C. ± 5 ° C. for 50 hours or more is within 2% before immersion in hot water. The present invention also relates to a fuel cell separator in which the rate of decrease in bending strength after immersion in hot water at 80 ° C ± 5 ° C for 50 hours or more is within 10% before immersion in hot water.

【0009】また、本発明は、セパレータが、黒鉛及び
樹脂を含む成形体である前記の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
坦部を有する前記の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前記の燃料電池用
セパレータに関する。また、本発明は、膨張黒鉛が膨張
黒鉛シート粉砕粉及び樹脂がフェノール樹脂である前記
の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〜500μm
である前記の燃料電池用セパレータに関する。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である前記の燃料電池用セパ
レータに関する。
The present invention also relates to the fuel cell separator, wherein the separator is a molded product containing graphite and resin. The present invention also relates to the fuel cell separator, wherein the separator has a rib portion and a flat portion. The present invention also relates to the fuel cell separator, wherein the graphite is expanded graphite. The present invention also relates to the fuel cell separator, wherein the expanded graphite is a crushed powder of an expanded graphite sheet and the resin is a phenol resin. Further, in the present invention, the expanded graphite sheet pulverized powder has an average particle diameter of 25 μm to 500 μm.
The present invention relates to the above fuel cell separator. Further, the present invention relates to the fuel cell separator, wherein the resin is in powder form, undergoes ring-opening polymerization, and has an average particle size of 1 μm to 100 μm.

【0010】また、本発明は、密度が、1.35g/c
以上である前記の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
である前記の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
有する前記の燃料電池用セパレータに関する。また、本
発明は、前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。
Further, according to the present invention, the density is 1.35 g / c.
The fuel cell separator is m 3 or more.
The present invention also relates to the fuel cell separator, wherein the molded body is molded by a compression molding method. The present invention also relates to the fuel cell separator, wherein the separator has a hole in addition to the rib and the flat part. The present invention also relates to a fuel cell having the fuel cell separator. Further, the present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell.

【0011】[0011]

【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、80℃±5℃の温水に50時間以
上浸漬し、温水浸漬後の体積の増加率は温水浸漬前の
0.1%以内、好ましくは0.05%以内、さらに好ま
しくは0%とされ、体積の増加率が温水浸漬前の0.1
%を超えると、スタックにセパレータを組み込んだ場
合、セパレータの一部が破損し、電池特性を低下させる
ことになる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The molded article (fuel cell separator) obtained by the present invention is immersed in hot water at 80 ° C. ± 5 ° C. for 50 hours or more, and the increase rate of the volume after the hot water immersion is 0 before the hot water immersion. 0.1% or less, preferably 0.05% or less, more preferably 0%, and the rate of increase in volume is 0.1 before immersion in warm water.
When it exceeds%, when the separator is incorporated in the stack, a part of the separator is damaged and the battery characteristics are deteriorated.

【0012】なお、体積の増加率が温水浸漬前の0.1
%以内であれば、温水浸漬後の重量の増加率及び曲げ強
度の低下率については特に制限はないが、例えば重量の
増加率は温水浸漬前の2%以内が好ましく、1%以内が
より好ましく、0%であることがさらに好ましいとさ
れ、また曲げ強度の低下率は、温水浸漬前の10%以内
が好ましく、5%以内がより好ましく、0%であること
がさらに好ましいとされる。
The volume increase rate is 0.1 before immersion in warm water.
There is no particular limitation on the rate of increase in weight and the rate of decrease in bending strength after being immersed in warm water, as long as it is within%, but for example, the rate of increase in weight is preferably within 2% before immersion in warm water, more preferably within 1%. , 0% is more preferable, and the reduction rate of the bending strength is preferably 10% or less before hot water immersion, more preferably 5% or less, and further preferably 0%.

【0013】前記の条件以外、即ち80℃±5℃の温水
に50時間以上浸漬し、温水浸漬後の体積の増加率が温
水浸漬前の0.1%を超えた場合においても、重量の増
加率が温水浸漬前の2%以内、好ましくは1%以内、さ
らに好ましくは0%であるか又は温水浸漬後の曲げ強度
の低下率が温水浸漬前の10%以内、好ましくは5%以
内、さらに好ましくは0%であれば本発明の目的を達成
することができる。
Even under the conditions other than the above, that is, when the volume is increased by immersion in warm water at 80 ° C. ± 5 ° C. for 50 hours or more and the volume increase rate after immersion in warm water exceeds 0.1% before immersion in warm water, the increase in weight is caused. The rate is 2% or less before hot water immersion, preferably 1% or less, more preferably 0%, or the bending strength decrease rate after hot water immersion is 10% or less before hot water immersion, preferably 5% or less, If it is preferably 0%, the object of the present invention can be achieved.

【0014】本発明において、成形体を80℃±5℃の
温水に50時間以上浸漬し、温水浸漬後の体積の増加率
を温水浸漬前の0.1%以内、温水浸漬後の重量の増加
率を温水浸漬前の2%以内又は温水浸漬後の曲げ強度の
低下率を温水浸漬前の10%以内にするためには、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(金型からの成形体の剥がれ易さ)のある物質の
膜を形成して、撥水性を良好にし成形体中に温水が浸透
しないようにすることにより達成できる。このようにす
ることにより、体積の増加率を低減できるばかりでな
く、重量の増加率及び曲げ強度の低下率を低減すること
ができる。なお、離型性のある物質については特に制限
はないが、フッ素系離型剤又はシリコン系離型剤を使用
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。
In the present invention, the molded product is immersed in warm water at 80 ° C. ± 5 ° C. for 50 hours or more, and the volume increase rate after the warm water immersion is within 0.1% before the warm water immersion, and the weight increase after the hot water immersion. In order to make the rate within 2% before immersion in hot water or within 10% before immersion in warm water, the rate of decrease in bending strength may be determined by, for example, forming a resin film layer on the surface of the molded body, and further This can be achieved by forming a film of a substance having releasability (easiness of peeling of the molded product from the mold) on the substrate to improve water repellency and prevent hot water from penetrating into the molded product. By doing so, not only the rate of increase in volume can be reduced, but also the rate of increase in weight and the rate of decrease in bending strength can be reduced. There is no particular limitation on the substance having a releasing property, but it is preferable to use a fluorine-based releasing agent or a silicon-based releasing agent, and in consideration of the stain resistance of the mold molding surface, the fluorine-based releasing agent is preferable. It is preferable to use molds.

【0015】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。
The properties of the fluorine-based releasing agent are not particularly limited, but generally, they are used in liquid or aerosol type.
In the case of a die having a complicated shape used for forming the separator, the aerosol type is preferable in consideration of uniform application of the fluorine-based release agent to the die. Further, in consideration of adverse effects on the environment, an alternative CFC-melting aerosol type fluorine-based release agent that does not use CFC is preferable. Examples of alternative CFC-melting aerosol type fluorine-based release agents include GA-6010 and GA-6310 (Daikin Industries, Ltd.).
Co., Ltd., trade name) and the like. By using these release agents, the separator of the present invention can be easily manufactured.

【0016】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。
The thickness of the resin film and the method for forming the resin film are not particularly limited, and can be arbitrarily determined by a combination of the amount of resin used, melting point, molecular weight, reaction time, molding temperature, molding pressure and the like. However, when the formed resin film is extremely thick, the electrical characteristics tend to be deteriorated, and when it is extremely thin, the gas impermeability tends to be decreased.

【0017】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。
There is no particular limitation on the formation of a film of a substance having a releasing property. For example, a fluorine-based releasing agent sprayed from a commonly used spray can is used as a molding die and sheet material (resin and expanded graphite). It may be uniformly sprayed on the powder mixture). The thickness is not particularly limited as long as the film is uniformly attached.

【0018】本発明において、成形体を浸漬する温水の
温度は、燃料電池の作動温度の関係で80℃±5℃、好
ましくは80℃±3℃、さらに好ましくは80℃±1℃
とされる。
In the present invention, the temperature of the hot water in which the molded body is dipped is 80 ° C. ± 5 ° C., preferably 80 ° C. ± 3 ° C., more preferably 80 ° C. ± 1 ° C. in relation to the operating temperature of the fuel cell.
It is said that

【0019】また、成形体の温水への浸漬時間は50時
間以上であればその上限については特に制限はない。浸
漬時間が50時間未満では時間の経過と共に体積などが
変化して一定とならず、本発明で必要とされる体積の増
加率などを求めることができない。
The upper limit of the immersion time of the molded body in hot water is 50 hours or more, and there is no particular upper limit. When the immersion time is less than 50 hours, the volume and the like change with the lapse of time and do not become constant, and the rate of increase in volume and the like required in the present invention cannot be obtained.

【0020】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。
In the fuel cell separator of the present invention, the rib portion is conductive or conductive, and forms a gas flow path when the separators are stacked via the electrolyte membrane, the fuel electrode and the air electrode. Is. Further, the flat portion forms a gripping portion of the separator and is configured so that gas does not leak when the gas passes through the flow path. Also, the rib part
It is configured so that gas does not leak when the gas passes through the flow path formed when the separators are stacked. The flat portion preferably serves as a gripping portion for fixing the whole when the separators are stacked.

【0021】さらに、本発明になる燃料電池用セパレー
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。
Further, the fuel cell separator according to the present invention may have holes other than the rib and the flat portion, and it is particularly preferable that the flat portion has the holes. The hole portion is configured to form a long hole in the stacking direction when a large number of separators are stacked, and a hole for passing hydrogen gas, oxygen gas, and cooling water is formed. Each hole is configured to be connected to the hydrogen gas flow passage, the oxygen gas flow passage, and the cooling water flow passage formed by the rib portion of the separator. In addition, in the flat part,
It may have a hole for passing a fixing bolt when the separators are stacked.

【0022】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。
The molded body having the rib portion and the flat portion is obtained by molding a material containing graphite and a resin into a separator shape, and particularly, one having a structure in which graphite is dispersed in the resin,
It is preferable because it is excellent in electrical properties, moldability, gas impermeability, and inexpensive. There is no particular limitation on the graphite, and natural graphite, artificial graphite or the like is preferably used if cost is important. There is no limitation on the particle size of the graphite used, and it is preferable to mix and use graphite having different particle sizes in consideration of required characteristics and moldability. Further, when importance is attached to weight reduction and mechanical strength (toughness), it is preferable to use expanded graphite, and it is particularly preferable to use crushed powder of expanded graphite sheet.

【0023】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。
It is preferable that each of the rib portion and the flat portion has a layer containing expanded graphite and a resin, and these layers are continuous layers. Thereby, the moldability at the time of molding for obtaining the separator is good, the lightweight property is given to the separator, and the preferable properties such as high toughness and low elasticity are given to the separator.

【0024】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。
Expanded graphite preferably used in the present invention is obtained by immersing raw graphite into a solution containing an acidic substance and an oxidizing agent to form a graphite intercalation compound, and heating the graphite intercalation compound to produce graphite. It can be manufactured by a step of expanding the crystal in the C-axis direction to obtain expanded graphite.
As a result, the expanded graphite becomes a bug-like shape and has a entangled complex shape with no directivity.

【0025】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。
The expansive graphite preferably has a higher magnification to secure the strength and sealing property of the separator, and is not particularly limited, but is preferably 150 times or more, and 150 times to 3 times.
It is more preferably 00 times. The expanded graphite can be made into expanded graphite powder by crushing this expanded graphite, but it is preferable to compress the obtained expanded graphite by pressure to obtain a expanded graphite sheet before crushing. Further, the obtained expanded graphite powder is subjected to a treatment (high temperature treatment or the like) for reducing acidic roots contained in the pulverized powder, if necessary.

【0026】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。
The above-mentioned raw material graphite is not particularly limited, but a highly crystallized graphite such as natural graphite, quiche graphite, or pyrolytic graphite is preferable. Natural graphite is preferable in consideration of the balance between the obtained properties and economy. The natural graphite used is not particularly limited,
Commercially available products such as F48C (trade name, manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd.) and H-50 (trade name, manufactured by Chuetsu Graphite Co., Ltd.) can be used. These are preferably used in the form of scale-like powder.

【0027】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。
The acidic substance used to treat the expanded graphite is
Generally, a material that can penetrate between layers of graphite such as sulfuric acid to generate an acidic root (anion) having a sufficient expansion ability is used. The amount of the acidic substance used is not particularly limited and is determined by the desired expansion ratio, and for example, it is preferable to use 100 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of graphite.

【0028】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。
As the oxidizing agent used together with the acidic substance, peroxides such as hydrogen peroxide, potassium perchlorate, potassium permanganate and potassium dichromate, and acids having an oxidizing action such as nitric acid are used. Hydrogen peroxide is particularly preferable from the viewpoint that it is possible to obtain good expanded graphite easily. When hydrogen peroxide is used as the oxidizing agent, it is preferably used as an aqueous solution. At this time, the concentration of hydrogen peroxide is not particularly limited, but is preferably 20% by weight to 40% by weight. The amount used is also not particularly limited, but it is preferable to add 5 parts by weight to 60 parts by weight as hydrogen peroxide solution to 100 parts by weight of graphite.

【0029】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。
The acidic substance and the oxidizing agent are preferably used in the form of an aqueous solution. Sulfuric acid as an acidic substance is used at an appropriate concentration, but a concentration of 95% by weight or more is preferable, and concentrated sulfuric acid is particularly preferable.

【0030】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
〜1.7g/cm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未満であると電気抵
抗が悪化する傾向があり、1.7g/cm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。
In the above, the method for producing the expanded graphite sheet is described.
Although there is no particular limitation, generally, the expanded black obtained above
Sheets of lead can be formed by applying pressure with a press, roll, etc.
And are preferred. Of the expanded graphite sheet
The thickness and density are not particularly limited, but the thickness is 0.
Range of 5 mm to 1.5 mm and density of 0.2 g / cm Three
~ 1.7 g / cmThreeThe range of is preferable. The thickness is
If it is less than 0.5 mm, the obtained molded article tends to be brittle.
However, if it exceeds 1.5 mm, the moldability tends to deteriorate.
is there. The density is 0.2 g / cmThreeIs less than electrical resistance
The resistance tends to worsen, 1.7 g / cmThreeExceeds
Mechanical strength tends to decrease. The size of the density is
Adjust by adjusting the amount of pressure, roll gap, etc.
You can In addition, the crushing of the expanded graphite sheet is performed by coarse crushing and
It is preferable to carry out by fine pulverization, and thereafter, if necessary,
Classify.

【0031】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
0.4g/cm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。
In the present invention, the density of expanded graphite as a raw material is not particularly limited, but it is 0.1 g / cm 3 to.
A range of 0.4 g / cm 3 is preferred. If the density of the expanded graphite is too low, the homogeneity of mixing with the resin will decrease, and the sealing properties of the resulting molded article (fuel cell separator) will tend to deteriorate, and if the density of the expanded graphite is too high, the objective will be The effect of improving the mechanical strength and conductivity of the molded body (fuel cell separator) tends to decrease.

【0032】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。
The average particle size of the crushed powder of the expanded graphite sheet is not particularly limited, but considering the mixing property with the resin and the moldability, the number average particle size is preferably in the range of 25 μm to 500 μm, and in the range of 50 μm to 400 μm. Is more preferable. If the particle size is less than 25 μm, the effect of entanglement of the expanded graphite powder is reduced, and the strength of the separator tends to decrease easily. On the other hand, if the particle size exceeds 500 μm, the expanded graphite flows to the narrow rib. As a result, it tends to be difficult to form a separator having a thin flat plate and high rib height.

【0033】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。
In the present invention, the properties of the resin used are not particularly limited, but safety and shortening of the manufacturing process (low cost)
In consideration of the above, it is preferable to use a thermosetting resin, a high heat resistant resin or a thermoplastic resin which is capable of dry mixing (solventless mixing) and has a stable particle size distribution. The resin is preferably used in the form of powder or particles.

【0034】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。
There is no limitation on the chemical structure and kind of the resin used, and examples thereof include epoxy resin (with a curing agent used together), melamine resin, curable acrylic resin, resol type and novolak type powdered phenol resin. The thermosetting resin, the powdery polyamide resin, the powdery polyamideimide resin, the phenoxy resin, the acrylic resin or the like having a high heat resistance or a thermoplastic resin is used. If necessary, a curing agent, a curing accelerator, etc. may be used in combination with the thermosetting resin. The use form of the curing agent and the curing accelerator is preferably powdery or granular. Among these resins, it is preferable to use a phenol resin, which is a thermosetting resin, because it is excellent in economical efficiency, workability, and property balance after curing.

【0035】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
ないこと、反応時に発生ガスが少なく成形が容易である
こと、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。
Phenolic resin has a uniform particle size as a powder property, is less blocking (aggregation of powder), generates less gas during the reaction, and is easily molded, and heat treatment is completed in a short time. Phenolic resins having the above-mentioned features are preferable, and among them, it is preferable to use a phenol resin containing a dihydrobenzoxazine ring which is polymerized by ring-opening polymerization [having a chemical structural unit represented by the general formulas (A) and (B)].

【0036】[0036]

【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)。
[Chemical 1] (In the formula, hydrogen bonded to the aromatic ring is substituted with an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a cyclohexyl group, a phenyl group, or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an alkoxyl group, except for one of the ortho positions of the hydroxyl group. Optionally substituted with a hydrocarbon group such as a phenyl group).

【0037】[0037]

【化2】 (式中、R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)。
[Chemical 2] (In the formula, R 1 is a hydrocarbon group such as an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a cyclohexyl group, a phenyl group, or a phenyl group substituted with an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an alkoxyl group; Hydrogen attached to may be substituted with similar hydrocarbon groups).

【0038】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。
When a powdery phenolic resin is used as the resin, its particle size distribution is not particularly limited, but it is possible to mix it uniformly with the crushed powder of expanded graphite sheet in a short time by a dry method, and the resin flow during molding. In consideration of the above, the number average particle size is preferably in the range of 1 μm to 100 μm, and 5 μm to 50 μm.
The range of μm is more preferable.

【0039】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、85/15〜60/40(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。
The mixing ratio of the expanded graphite and the resin used in the present invention is determined in consideration of the values of various characteristics of the fuel cell separator which is the final molded product, but the expansion ratio is usually the mixing ratio. / Resin = 95/5 to 50/50 (weight ratio)
The range is preferably 85/15 to 60/40 (weight ratio)
Is more preferable. Here, if the mixing ratio of the expanded black powder and the resin exceeds 95/5, the mechanical strength tends to decrease sharply, while if it is less than 50/50, the amount of expanded graphite powder that is a conductive substance added Is less and the electrical characteristics tend to deteriorate.

【0040】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。
There is no particular limitation on the method of mixing the expanded graphite and the resin, and a dry mixing method using a shaker, a V blender or the like that does not apply a large shearing force to the expanded graphite at the time of mixing in order to prevent the expanded graphite from being pulverized. It is preferable. When the expanded graphite is pulverized during mixing, the mechanical strength of the obtained fuel cell separator tends to be sharply reduced.

【0041】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。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。
Further, the mixed powder can be directly used as a molding material powder, but in the present invention, in order to further improve the mixing property and the workability at the time of molding, the mixed powder is pressure-molded to form a sheet. What was made (hereinafter, "molding sheet"
Is used). There is no particular limitation on the method for producing the forming sheet, but for example, a mixture charging tank, a gate adjusting machine for adjusting the material to a constant thickness, a slitter for finishing to a constant width, a transfer device for transferring the processing material, a rolling roll for sheeting, etc. It is possible to use a molding sheet manufacturing apparatus or the like. When the flat portion has a hole, it is preferable that the sheet is formed with the hole.

【0042】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。
In order to improve the strength of the molding sheet, the curing reaction of the resin contained in the molding sheet is partially advanced or partially (not completely) heat-melted before the production of the separator. Can be offered. There is no limitation on the curing reaction or the method of heat-melting, for example, a method of heating the obtained forming sheet, more specifically, the above-mentioned rolling roll shall be equipped with a heating device and passed through this rolling roll. There are a method of occasionally heating and a method of passing the obtained molding sheet through a heating oven.

【0043】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1.35g/cm以上が好ましく、1.35g/
cm 〜1.75g/cmの範囲がさらに好ましい。
またリブ部の密度は1.35g/cm以上が好まし
く、1.45g/cm〜1.75g/cm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。
Obtained molded product (fuel cell separator)
There are no particular restrictions on the density of the
Density is 1.35g / cmThreeThe above is preferable, and 1.35 g /
cm Three~ 1.75 g / cmThreeIs more preferable.
The density of the rib is 1.35 g / cmThreeThe above is preferred
1,45 g / cmThree~ 1.75 g / cmThreeThe range of
Preferred. Sufficient machine with the above density
Since it is possible to maintain the denseness and has a large water-repellent effect,
preferable.

【0044】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
鉛粉のリブ部、平坦部及び穴部周辺への最適な配向等を
考慮すると圧縮成形法が好ましい。
Although there is no particular limitation on the production of the above-mentioned molded body, the cost of the molding machine, the dimensional accuracy of the molded body to be obtained, the rib portion and the flat portion of the expanded graphite powder in the resin that can determine the electrical characteristics and mechanical characteristics. Also, the compression molding method is preferable in consideration of the optimum orientation and the like around the hole.

【0045】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。
The fuel cell has a structure in which the separator according to the present invention is formed by laminating a necessary number of electrolyte layers made of a solid polymer electrolyte membrane or the like and cells formed so as to sandwich the electrolyte layers. The separator in the present invention can be used as a separator for fuel cells of alkaline type, solid polymer type, phosphoric acid type, molten carbon salt type, solid acid type, etc., which are classified according to the type of electrolyte, and particularly solid polymer type fuel cells It is preferable to use

【0046】上記に示すような構造にすることにより、
温水に浸漬してもセパレータの重量及び体積の増加率が
少なく、かつ曲げ強度の低下が少ないという他に、成形
性が良好である、ガス不浸透性、電気特性、機械特性に
ついても問題のないセパレータ及び燃料電池が得られ
る。
With the structure as shown above,
Even if the separator is immersed in warm water, the rate of increase in weight and volume of the separator is small, and the bending strength is not significantly reduced. In addition, the moldability is good, and there is no problem with gas impermeability, electrical properties, and mechanical properties. A separator and a fuel cell are obtained.

【0047】[0047]

【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1.0kg/cm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。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples. Example 1 (1) Production of powder mixture for molding Expanded graphite sheet having a plate thickness of 1.0 mm and a density of 1.0 kg / cm 3 (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., product name Carbofit HGP-105) was roughed. Crush with a crusher and a fine crusher,
Expanded graphite sheet pulverized powder with a number average particle size of 100 μm 0.7
I got kg. Next, there is little volatile gas at the time of molding, and a powdery phenolic resin having a number average particle diameter of 20 μm, which has the chemical structural units shown in the general formulas (A) and (B) (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., trade name HR1060). 0.3 kg was added and dry mixed with a small V blender to obtain 1.0 kg of mixed powder.

【0048】(2)燃料電池用セパレータの製造 前記の混合粉(1m当たり1kg)0.07kgをロ
ールでシート状に成形して、成形用シートを得た。次
に、図1及び図2に示す形状のリブ部1、平坦部2及び
穴(マニホールド)部3から構成されるセパレータ
〔縦、横160mm、厚さ1.5mm(リブ部1は高さ
が0.5mm)及び穴部3が6カ所〕を作製できるそれ
ぞれの金型(下型及び上型)を180℃に加熱し、この
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。
(2) Production of Fuel Cell Separator 0.07 kg of the mixed powder (1 kg per 1 m 2 ) was molded into a sheet with a roll to obtain a molding sheet. Next, a separator composed of a rib portion 1, a flat portion 2 and a hole (manifold) portion 3 having a shape shown in FIGS. 1 and 2 [length, width 160 mm, thickness 1.5 mm (the height of the rib portion 1 is 0.5 mm) and 6 holes 3] can be produced by heating each mold (lower mold and upper mold) to 180 ° C., and substitute CFC-melting aerosol type fluorine-based mold release agent (Daikin Industrial Co., Ltd., trade name DAIFREE GA-60
10) was sprayed uniformly.

【0049】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
シートを前記の下型に載置し、その上部に上型をセット
し、その後180℃の熱プレスで面圧19.6MPaの
条件で10分間成形(ガス抜き1回:5秒)した。
Then, the same releasing agent as described above is uniformly sprayed on the surface of the molding sheet obtained above, the molding sheet is placed on the lower mold, and the upper mold is set on the upper part thereof. Then, it was molded by hot pressing at 180 ° C. for 10 minutes under the condition of a surface pressure of 19.6 MPa (once degassing: 5 seconds).

【0050】前記で得られた成形体を190℃で30分
間熱処理を行った後、平坦部に穴部を簡易打ち抜き機で
打ち抜いて、リブ部1、平坦部2及び穴部3から構成さ
れた図1及び図2に示す形状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1.6g/
cm及び平坦部の密度は1.5g/cmであった。
なお、図1及び図2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。
The molded body obtained above was heat-treated at 190 ° C. for 30 minutes, and then the flat portion was punched with a simple punching machine to form a rib portion 1, a flat portion 2 and a hole portion 3. A fuel cell separator having the shape shown in FIGS. 1 and 2 was obtained. The density of the rib portion of the obtained separator is 1.6 g /
The density of the cm 3 and the flat portion was 1.5 g / cm 3 .
The rib portion 1 in FIGS. 1 and 2 is composed of a protrusion portion 4 and a groove portion (corresponding to the protrusion portion of the mold) 5.

【0051】実施例2 実施例1(1)で得た混合粉(1m当たり1kg)
0.064kgをロールでシート状に成形して、成形用
シートを得た。以下、実施例1(2)と同様の工程を経
て実施例1と同じ厚さ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1.46g/cm
及び平坦部の密度は1.37g/cmであった。
Example 2 The mixed powder obtained in Example 1 (1) (1 kg per 1 m 2 ).
A sheet for molding was obtained by forming 0.064 kg into a sheet with a roll. Then, the same steps as in Example 1 (2) were performed to obtain a fuel cell separator having the same thickness as in Example 1.
The density of the rib portion of the obtained separator is 1.46 g / cm.
3 and the flat part had a density of 1.37 g / cm 3 .

【0052】比較例1 離型剤として、ワックス100重量部に対して水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)を使用した以外は、実施
例1と同様の工程を経て実施例1と同じ厚さ及び同じ密
度の燃料電池用セパレータを得た。
Comparative Example 1 As a releasing agent, 100 parts by weight of wax and 100 parts of water were used.
Water-soluble wax (castrol
Product name No. A fuel cell separator having the same thickness and the same density as in Example 1 was obtained through the same steps as in Example 1 except that 170) was used.

【0053】比較例2 実施例1(1)で得た混合粉(1m当たり1kg)
0.055kgをロールでシート状に成形して、成形用
シートを得た。以下、離型剤として比較例1で用いた水
溶性ワックスを使用した以外は、実施例1(2)と同様
の工程を経て実施例1と同じ厚さ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1.3
g/cm及び平坦部の密度は1.2g/cmであっ
た。
Comparative Example 2 Mixed powder obtained in Example 1 (1) (1 kg per 1 m 2 ).
0.055 kg was formed into a sheet with a roll to obtain a forming sheet. Hereinafter, a fuel cell separator having the same thickness as in Example 1 was obtained through the same steps as in Example 1 (2) except that the water-soluble wax used in Comparative Example 1 was used as the release agent. The density of the rib portion of the obtained separator is 1.3.
The density of g / cm 3 and the flat portion was 1.2 g / cm 3 .

【0054】次に、上記の各実施例及び各比較例で得た
セパレータから試験片を切り出した後、よく洗浄した1
00ミリリットルのビーカー(試験片1枚/1個)を用
意し、各々のビーカーにイオン交換水を80ミリリット
ル入れ、さらに前記の試験片を入れ、次いでビーカーの
上部に耐熱ラップをかけて密封し、さらに輪ゴムを使用
してラップが広がるのを防止し、これを80℃に昇温し
た相対湿度80%の恒温槽に入れて50時間放置し、そ
の後の重量の増加率、体積の増加率及び曲げ強さの低下
率の比較試験を行った。その結果を表1に示す。
Next, test pieces were cut out from the separators obtained in each of the above Examples and Comparative Examples, and then thoroughly washed 1
Prepare a 00 ml beaker (1 test piece / 1 piece), put 80 ml of ion-exchanged water in each beaker, further put the above-mentioned test piece, and then seal the beaker with heat-resistant wrap, Furthermore, a rubber band is used to prevent the wrap from spreading, and the wrap is placed in a constant temperature bath heated to 80 ° C and a relative humidity of 80% and left for 50 hours, after which the rate of increase in weight, the rate of increase in volume and bending. A comparative test was conducted on the rate of decrease in strength. The results are shown in Table 1.

【0055】なお、上記の試験片において、重量の増加
率及び体積の増加率には、リブ部から3cm×3cmの
寸法に切断したものを各々3枚使用し、また曲げ強さの
低下率には、平坦部から5cm×1cmの寸法に切断し
たものを10枚使用した。
In the above-mentioned test pieces, the weight increase rate and the volume increase rate were obtained by using three pieces each cut into a size of 3 cm × 3 cm from the rib portion and reducing the bending strength. For, 10 sheets were used which were cut from the flat portion to a size of 5 cm × 1 cm.

【0056】上記の重量の増加率は、科学天秤を用いて
イオン交換水に浸漬する前の試験片の重量と、50時間
の浸漬を終了した試験片をビーカーからピンセットを用
いて取り出し、速やかに表面上の水滴を拭き取りそのと
きの重量を測定し、双方の差から求め、その平均値を示
した。
The rate of increase in the above weight was determined by using a scientific balance to measure the weight of the test piece before being immersed in the ion-exchanged water and the test piece after the 50-hour immersion was taken out from the beaker with tweezers and immediately The water droplets on the surface were wiped off, the weight at that time was measured, and the difference between the two was determined, and the average value was shown.

【0057】また、体積の増加率は、ノギス、マイクロ
メータ等を用いてイオン交換水に浸漬する前の試験片の
体積と、50時間の浸漬を終了した試験片をビーカーか
らピンセットを用いて取り出し、速やかに表面上の水滴
を拭き取りそのときの体積を測定し、双方の差から求
め、その平均値を示した。
The rate of increase in volume was determined by measuring the volume of the test piece before immersing in ion-exchanged water using a caliper, a micrometer, etc., and removing the test piece after 50 hours of immersion from the beaker using tweezers. The water droplets on the surface were quickly wiped off, the volume at that time was measured, the difference between the two was determined, and the average value was shown.

【0058】さらに、曲げ強さの低下率は、オートグラ
フ(島津製作所製、商品名1M−100)によりイオン
交換水に浸漬する前の試験片の曲げ強さを5枚、50時
間の浸漬を終了した試験片の曲げ強さを5枚それぞれ測
定し、双方の差から求め、その平均値を示した。
Further, the decrease rate of the bending strength was determined by autograph (manufactured by Shimadzu Corporation, trade name 1M-100) with the bending strength of 5 test pieces before being immersed in ion-exchanged water for 50 hours. The bending strength of each of the finished test pieces was measured, and the difference between the two was measured, and the average value was shown.

【0059】一方、上記の各実施例及び各比較例で得た
セパレータを用い、燃料電池を組立て、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てペース
トを作製し、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、加熱しながら圧着して膜電極複合体(MEA)を製
作した。
On the other hand, fuel cells were assembled using the separators obtained in each of the above Examples and Comparative Examples, and the cell characteristics were confirmed. First, a carbon powder carrying a platinum catalyst and a perfluorosulfonic acid powder were dispersed in ethanol to prepare a paste, which was uniformly applied to carbon paper to form an electrode catalyst layer. Two pieces of carbon paper coated with this paste are cut into 100 mm square pieces, a perfluorosulfonic acid film (DuPont, Nafion, manufactured by DuPont) with a thickness of 50 μm is sandwiched so that the paste surface faces inside, and pressure bonding is applied while heating. Then, a membrane electrode assembly (MEA) was manufactured.

【0060】次に、各実施例及び各比較例で得た図1及
び図2に示す形状のセパレータを各々50枚用い、上記
のMEAを図1に示すセパレータA面(表面)と図2に
示すセパレータA面(表面)の間に挟み込み、セパレー
タのリブ部1及び穴部2周辺を液体パッキン(シリコー
ンゴム)でシールし、単セルを50セット作製した。
Next, 50 MEA separators each having the shape shown in FIGS. 1 and 2 obtained in each of the examples and the comparative examples were used, and the MEA described above was used as shown in FIG. The separator A was sandwiched between the surfaces (surfaces) A, and the periphery of the rib portion 1 and the hole portion 2 of the separator was sealed with a liquid packing (silicone rubber) to produce 50 single cells.

【0061】次いで、得られた50セットの単セルを、
外側面である図1に示すセパレータB面(裏面)と隣り
合う図2に示すセパレータB面(裏面)のリブ部1及び
穴部2周辺を液体パッキン(シリコーンゴム)でシール
しながら積層し、積層体の上下を剛性のある板で挟み込
み、500KPaの面圧をかけて固定し、電池特性確認
用のスタックを得た。
Then, the obtained 50 sets of single cells were
The ribs 1 and holes 2 around the separator B surface (rear surface) shown in FIG. 2 which is adjacent to the outer surface of the separator B surface (rear surface) shown in FIG. 1 are laminated while being sealed with a liquid packing (silicone rubber), The top and bottom of the laminate were sandwiched by rigid plates and fixed by applying a surface pressure of 500 KPa to obtain a stack for confirming battery characteristics.

【0062】このようにして得られた電池特性確認用の
スタックに穴(マニホールド)部2を通じて水素ガス、
空気及び冷却水を供給し、80℃に保持して0.4mA
/cmの電流密度で200時間の運転を行い、各単セ
ルのそれぞれの出力電圧を測定した。表1に200時間
経過後の50セル中の最大電圧と最小電圧を示す。な
お、運転時間200時間以前に不具合が発生し、運転中
止となったスタックについては中止直前の電圧を記載し
た。
Hydrogen gas was passed through the hole (manifold) portion 2 in the stack for confirming the battery characteristics thus obtained,
Supply air and cooling water, keep at 80 ℃, 0.4mA
The operation was performed at a current density of / cm 2 for 200 hours, and the output voltage of each single cell was measured. Table 1 shows the maximum voltage and the minimum voltage in 50 cells after 200 hours have passed. The voltage immediately before the stop was described for the stack that was stopped due to a problem that occurred before the operation time of 200 hours.

【0063】[0063]

【表1】 [Table 1]

【0064】表1に示されるように、本発明になる実施
例1及び実施例2のセパレータは、比較例1及び比較例
2セパレータに比較して重量の増加率、体積の増加率及
び曲げ強さの低下率が少なく、200時間の運転に対し
ても高い出力を供給でき、また電池スタックの健全性に
ついても何ら問題がないことが明らかである。
As shown in Table 1, the separators of Example 1 and Example 2 according to the present invention were higher in weight increase rate, volume increase rate and bending strength than the separators of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. It is clear that the decrease rate of the battery is small, a high output can be supplied even after 200 hours of operation, and there is no problem with the soundness of the battery stack.

【0065】[0065]

【発明の効果】本発明の燃料電池用セパレータは、温水
に浸漬してもセパレータの体積及び重量の増加率が少な
く、かつ曲げ強度の低下率の少ない、燃料電池用セパレ
ータである。また、本発明の燃料電池は、温水に浸漬し
てもセパレータの体積及び重量の増加率が少なく、かつ
曲げ強度の低下率の少ない、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。
EFFECTS OF THE INVENTION The fuel cell separator of the present invention is a fuel cell separator in which the rate of increase in volume and weight of the separator and the rate of decrease in bending strength are small even when immersed in warm water. Further, the fuel cell of the present invention is a high-performance fuel cell having a fuel cell separator that has a small increase rate of the volume and weight of the separator and a small decrease rate of bending strength even when immersed in warm water.

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

【図1】燃料電池用セパレータの形状の一例を示す平面
図である。
FIG. 1 is a plan view showing an example of the shape of a fuel cell separator.

【図2】燃料電池用セパレータの形状の他の一例を示す
平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing another example of the shape of the fuel cell separator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 リブ部 2 平坦部 3 穴部 4 突起部 5 溝部 1 rib part 2 Flat part 3 holes 4 protrusion 5 groove

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横田 正明 茨城県日立市東町四丁目13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 BB02 BB06 CC03 CC08 EE06 EE18 HH00 HH01 HH02 HH05 HH08 HH10    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Masaaki Yokota             Hitachi, Ichiba, Ibaraki Prefecture             Seikou Co., Ltd. Yamazaki Office F-term (reference) 5H026 AA06 BB02 BB06 CC03 CC08                       EE06 EE18 HH00 HH01 HH02                       HH05 HH08 HH10

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 80℃±5℃の温水に50時間以上浸漬
した後の体積の増加率が温水浸漬前の0.1%以内であ
る燃料電池用セパレータ。
1. A fuel cell separator in which the rate of increase in volume after immersion in hot water at 80 ° C. ± 5 ° C. for 50 hours or more is within 0.1% before immersion in hot water.
【請求項2】 80℃±5℃の温水に50時間以上浸漬
した後の重量の増加率が温水浸漬前の2%以内である請
求項1記載の燃料電池用セパレータ。
2. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the rate of increase in weight after immersion in hot water at 80 ° C. ± 5 ° C. for 50 hours or more is within 2% before immersion in hot water.
【請求項3】 80℃±5℃の温水に50時間以上浸漬
した後の曲げ強度の低下率が温水浸漬前の10%以内で
ある請求項1又は2記載の燃料電池用セパレータ。
3. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the rate of decrease in bending strength after immersion in hot water at 80 ° C. ± 5 ° C. for 50 hours or more is within 10% before immersion in hot water.
【請求項4】 80℃±5℃の温水に50時間以上浸漬
した後の重量の増加率が温水浸漬前の2%以内である燃
料電池用セパレータ。
4. A fuel cell separator in which the rate of increase in weight after immersion in hot water at 80 ° C. ± 5 ° C. for 50 hours or more is within 2% before immersion in hot water.
【請求項5】 80℃±5℃の温水に50時間以上浸漬
した後の曲げ強度の低下率が温水浸漬前の10%以内で
ある燃料電池用セパレータ。
5. A fuel cell separator in which the rate of decrease in flexural strength after immersion in hot water at 80 ° C. ± 5 ° C. for 50 hours or more is within 10% before immersion in hot water.
【請求項6】 セパレータが、黒鉛及び樹脂を含む成形
体である請求項1〜5のいずれかに記載の燃料電池用セ
パレータ。
6. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the separator is a molded body containing graphite and a resin.
【請求項7】 セパレータが、リブ部及び平坦部を有す
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。
7. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the separator has a rib portion and a flat portion.
【請求項8】 黒鉛が、膨張黒鉛である請求項1〜7の
いずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
8. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the graphite is expanded graphite.
【請求項9】 膨張黒鉛が膨張黒鉛シート粉砕粉及び樹
脂がフェノール樹脂である請求項1〜8のいずれかに記
載の燃料電池用セパレータ。
9. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the expanded graphite is an expanded graphite sheet pulverized powder and the resin is a phenol resin.
【請求項10】 膨張黒鉛シート粉砕粉が、平均粒径2
5μm〜500μm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。
10. The crushed powder of expanded graphite sheet has an average particle size of 2
It is 5 micrometers-500 micrometers, The separator for fuel cells in any one of Claims 1-9.
【請求項11】 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1〜1
0のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
11. The resin as a powder, which undergoes ring-opening polymerization and has an average particle size of 1 μm to 100 μm.
0. The fuel cell separator according to 0.
【請求項12】 密度が、1.35g/cm以上であ
る請求項1〜11のいずれかに記載の燃料電池用セパレ
ータ。
12. The fuel cell separator according to claim 1, which has a density of 1.35 g / cm 3 or more.
【請求項13】 成形体が、圧縮成形法で成形したもの
である請求項1〜12のいずれかに記載の燃料電池用セ
パレータ。
13. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the molded body is molded by a compression molding method.
【請求項14】 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1〜13のいずれかに記載の燃料
電池用セパレータ。
14. The fuel cell separator according to claim 1, wherein the separator has a hole portion other than the rib portion and the flat portion.
【請求項15】 請求項1〜14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。
15. A fuel cell comprising the fuel cell separator according to claim 1.
【請求項16】 固体高分子型である請求項15記載の
燃料電池。
16. The fuel cell according to claim 15, which is a solid polymer type.
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