JP2003151574A - 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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Abstract
(57)【要約】
【課題】 黒鉛粉末と樹脂の混合物を成形した燃料電池
用セパレータの表面抵抗を小さくするとともに、 反り
量を改善するための製造方法を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 セパレータ４を、黒鉛と樹脂との混合物
１における樹脂の含有量が１０〜３０重量％で、両面よ
り当接する電極部との接触面５に含まれる樹脂の含有量
を、電極部との非接触面６に含まれる樹脂の含有量より
少なくした構成とし、黒鉛と樹脂との混合物１を金型２
を用いてガス流路１０を有する形状に成形した後、この
成形品の両面より電極部との接触面５の表面層１１を除
去することにより得る。
用セパレータの表面抵抗を小さくするとともに、 反り
量を改善するための製造方法を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 セパレータ４を、黒鉛と樹脂との混合物
１における樹脂の含有量が１０〜３０重量％で、両面よ
り当接する電極部との接触面５に含まれる樹脂の含有量
を、電極部との非接触面６に含まれる樹脂の含有量より
少なくした構成とし、黒鉛と樹脂との混合物１を金型２
を用いてガス流路１０を有する形状に成形した後、この
成形品の両面より電極部との接触面５の表面層１１を除
去することにより得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、黒鉛と樹脂との混
合物の成形品及びその製造方法に関するものであり、特
に燃料電池に使用されるセパレータ及びその製造方法に
関するものである。
合物の成形品及びその製造方法に関するものであり、特
に燃料電池に使用されるセパレータ及びその製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電
池は、水素を含有する燃料ガスと、空気など酸素を含有
する燃料ガスとを、電気化学的に反応させることで、電
力と熱とを同時に発生させるものである。その構造は、
まず、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜の
両面に、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主
成分とする触媒反応層を形成する。次に、この触媒反応
層の外面に、燃料ガスの通気性と、電子導電性を併せ持
つ拡散層を形成し、この拡散層と触媒反応層とを合わせ
て電極とする。
池は、水素を含有する燃料ガスと、空気など酸素を含有
する燃料ガスとを、電気化学的に反応させることで、電
力と熱とを同時に発生させるものである。その構造は、
まず、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜の
両面に、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主
成分とする触媒反応層を形成する。次に、この触媒反応
層の外面に、燃料ガスの通気性と、電子導電性を併せ持
つ拡散層を形成し、この拡散層と触媒反応層とを合わせ
て電極とする。
【０００３】次に、供給する燃料ガスが外にリークした
り、二種類の燃料ガスが互いに混合しないように、電極
の周囲には高分子電解質膜を挟んでガスシール材やガス
ケットを配置する。このシール材やガスケットは、電極
及び高分子電解質膜と一体化してあらかじめ組み立て、
これを、ＭＥＡ（電極電解質膜接合体）と呼ぶ。ＭＥＡ
の外側には、これを機械的に固定するとともに、隣接し
たＭＥＡを互いに電気的に直列に接続するための導電性
のセパレータ板を配置する。セパレータ板のＭＥＡと接
触する部分には、電極面に反応ガスを供給し、生成ガス
や余剰ガスを運び去るためのガス流路を形成する。ガス
流路はセパレータ板と別に設けることもできるが、セパ
レータの表面に溝を設けてガス流路とする方式が一般的
である。このような固体高分子型の燃料電池では、セパ
レータは導電性が高く、かつ燃料ガスに対してガス気密
性が高く、更に水素／酸素を酸化還元する際の反応に対
して高い耐食性を持つ必要がある。
り、二種類の燃料ガスが互いに混合しないように、電極
の周囲には高分子電解質膜を挟んでガスシール材やガス
ケットを配置する。このシール材やガスケットは、電極
及び高分子電解質膜と一体化してあらかじめ組み立て、
これを、ＭＥＡ（電極電解質膜接合体）と呼ぶ。ＭＥＡ
の外側には、これを機械的に固定するとともに、隣接し
たＭＥＡを互いに電気的に直列に接続するための導電性
のセパレータ板を配置する。セパレータ板のＭＥＡと接
触する部分には、電極面に反応ガスを供給し、生成ガス
や余剰ガスを運び去るためのガス流路を形成する。ガス
流路はセパレータ板と別に設けることもできるが、セパ
レータの表面に溝を設けてガス流路とする方式が一般的
である。このような固体高分子型の燃料電池では、セパ
レータは導電性が高く、かつ燃料ガスに対してガス気密
性が高く、更に水素／酸素を酸化還元する際の反応に対
して高い耐食性を持つ必要がある。
【０００４】このような理由で、従来のセパレータは、
フェノール樹脂等の樹脂単独、あるいは炭素粉末との混
練物を平板に成形した後、非酸化雰囲気中で炭化、ある
いは黒鉛化処理することにより、炭素質あるいは黒鉛質
の平板を形成し、さらに切削加工等により表面にガス流
路となる溝を形成することにより製造されている。しか
しながら、このセパレータは２０００℃以上の熱処理を
必要とし、さらにガス流路を切削加工により形成するた
め、製造コストがかかるという問題点を有している。
フェノール樹脂等の樹脂単独、あるいは炭素粉末との混
練物を平板に成形した後、非酸化雰囲気中で炭化、ある
いは黒鉛化処理することにより、炭素質あるいは黒鉛質
の平板を形成し、さらに切削加工等により表面にガス流
路となる溝を形成することにより製造されている。しか
しながら、このセパレータは２０００℃以上の熱処理を
必要とし、さらにガス流路を切削加工により形成するた
め、製造コストがかかるという問題点を有している。
【０００５】そこで、黒鉛粒子と樹脂との混合物を数百
度の温度でガス流路を一体成形することにより、安価に
セパレータを製造する方法が提案されている。この方法
は、黒鉛粒子間を樹脂をバインダーとして結合させるこ
とにより、所定のセパレータ形状を得るものである。例
えば、黒鉛粒子とフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂との
混合物を圧縮成形、あるいは射出成形により、セパレー
タを製造する方法がある。
度の温度でガス流路を一体成形することにより、安価に
セパレータを製造する方法が提案されている。この方法
は、黒鉛粒子間を樹脂をバインダーとして結合させるこ
とにより、所定のセパレータ形状を得るものである。例
えば、黒鉛粒子とフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂との
混合物を圧縮成形、あるいは射出成形により、セパレー
タを製造する方法がある。
【０００６】しかしながら、黒鉛粉末と樹脂との混合物
を成形したセパレータは、黒鉛焼結体に樹脂を含浸させ
て得られる不浸透黒鉛に比べて、セパレータに対し両面
より当接する電極との接触抵抗が高いため、電池に組ん
だときの内部抵抗が高くなり、出力が低くなるという問
題点がある。
を成形したセパレータは、黒鉛焼結体に樹脂を含浸させ
て得られる不浸透黒鉛に比べて、セパレータに対し両面
より当接する電極との接触抵抗が高いため、電池に組ん
だときの内部抵抗が高くなり、出力が低くなるという問
題点がある。
【０００７】この問題点に対し、特開平１１−２９７３
３８号公報に電極部との接触抵抗が低いセパレータ及び
その製造方法が記載されている。このセパレータは、前
述のように黒鉛粒子と樹脂との混合物を成形するととも
に、電極部と接触する面の表面粗さを、Ｒａ＝０．１〜
１０μｍとしたものであり、この表面粗さはセパレータ
を酸性溶液に浸すことにより実現するものである。
３８号公報に電極部との接触抵抗が低いセパレータ及び
その製造方法が記載されている。このセパレータは、前
述のように黒鉛粒子と樹脂との混合物を成形するととも
に、電極部と接触する面の表面粗さを、Ｒａ＝０．１〜
１０μｍとしたものであり、この表面粗さはセパレータ
を酸性溶液に浸すことにより実現するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平１１−２９７３３８号公報に記載のセパレータで
は、電極部との接触抵抗が、黒鉛焼結体に樹脂を含浸さ
せて得られる不浸透黒鉛に比べて依然として高いレベル
にあり、実用上の課題を持っている。
開平１１−２９７３３８号公報に記載のセパレータで
は、電極部との接触抵抗が、黒鉛焼結体に樹脂を含浸さ
せて得られる不浸透黒鉛に比べて依然として高いレベル
にあり、実用上の課題を持っている。
【０００９】本発明は、上記課題を解決するものであ
り、黒鉛粒子と樹脂との混合物を成形したセパレータに
おいて、電極部との接触抵抗の低い燃料電池用セパレー
タ及びその製造方法を提供することを目的とする。
り、黒鉛粒子と樹脂との混合物を成形したセパレータに
おいて、電極部との接触抵抗の低い燃料電池用セパレー
タ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、電極部との接触面の状態が接触抵抗に及ぼす影響に
ついて検討した結果、電極部との接触抵抗は、表面粗さ
よりも電極部との接触面の樹脂の割合に大きく関係して
いることを見いだした。更に、成形品の反り量を低減
し、電極部との接触圧をセパレータ全面で均等にするこ
とにより、接触抵抗を更に下げることが可能であること
を見出し、本発明を完成した。
に、電極部との接触面の状態が接触抵抗に及ぼす影響に
ついて検討した結果、電極部との接触抵抗は、表面粗さ
よりも電極部との接触面の樹脂の割合に大きく関係して
いることを見いだした。更に、成形品の反り量を低減
し、電極部との接触圧をセパレータ全面で均等にするこ
とにより、接触抵抗を更に下げることが可能であること
を見出し、本発明を完成した。
【００１１】すなわち、本発明の請求項１に記載の燃料
電池用セパレータは、黒鉛と樹脂との混合物から成り、
樹脂の含有量が、前記混合物の総量に対して１０〜３０
重量％であり、両面より当接する電極部との接触面に含
まれる樹脂の含有量が、前記電極部との非接触面に含ま
れる樹脂の含有量より少ないことを特徴とする。
電池用セパレータは、黒鉛と樹脂との混合物から成り、
樹脂の含有量が、前記混合物の総量に対して１０〜３０
重量％であり、両面より当接する電極部との接触面に含
まれる樹脂の含有量が、前記電極部との非接触面に含ま
れる樹脂の含有量より少ないことを特徴とする。
【００１２】また、本発明の請求項２に記載の燃料電池
用セパレータは、請求項１に記載の構成において、反り
量が１００μｍ以下であることを特徴とする。
用セパレータは、請求項１に記載の構成において、反り
量が１００μｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】また、本発明の請求項３に記載の燃料電池
用セパレータの製造方法は、黒鉛粒子と樹脂との混合物
を原料とし、これを用いて金型によりガス流路部を一体
成形した後、この成形品の両面より当接する電極部との
接触面の表面層を除去することを特徴とする。
用セパレータの製造方法は、黒鉛粒子と樹脂との混合物
を原料とし、これを用いて金型によりガス流路部を一体
成形した後、この成形品の両面より当接する電極部との
接触面の表面層を除去することを特徴とする。
【００１４】また、本発明の請求項４に記載の燃料電池
用セパレータの製造方法は、請求項３に記載の製造方法
において、成形品の面全体を１〜３０ｋｇｆ／ｃｍ2で
加圧した状態で、成形品の両面より当接する電極部との
接触面を機械加工することを特徴とする。
用セパレータの製造方法は、請求項３に記載の製造方法
において、成形品の面全体を１〜３０ｋｇｆ／ｃｍ2で
加圧した状態で、成形品の両面より当接する電極部との
接触面を機械加工することを特徴とする。
【００１５】また、本発明の請求項５に記載の燃料電池
用セパレータの製造方法は、請求項４に記載の製造方法
において、成形品を加熱した状態で機械加工することを
特徴とする。
用セパレータの製造方法は、請求項４に記載の製造方法
において、成形品を加熱した状態で機械加工することを
特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て述べる。
て述べる。
【００１７】本発明におけるセパレータは、黒鉛粒子と
樹脂との混合物から成る。前記黒鉛粒子は、黒鉛質、ま
たは炭素質を意味し、高い導電性を有する限り、黒鉛構
造を有する必要は無いが、高い結晶性の黒鉛構造を有す
ることが好ましい。このような黒鉛粒子として、例えば
人造黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛があげられる。黒鉛粒子
の粒径は特に規定されるものではないが、高導電性を得
るために平均粒径１０μｍ〜２００μｍ、好ましくは３
０μｍ〜１００μｍのものを用いることができる。
樹脂との混合物から成る。前記黒鉛粒子は、黒鉛質、ま
たは炭素質を意味し、高い導電性を有する限り、黒鉛構
造を有する必要は無いが、高い結晶性の黒鉛構造を有す
ることが好ましい。このような黒鉛粒子として、例えば
人造黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛があげられる。黒鉛粒子
の粒径は特に規定されるものではないが、高導電性を得
るために平均粒径１０μｍ〜２００μｍ、好ましくは３
０μｍ〜１００μｍのものを用いることができる。
【００１８】樹脂としては、フェノール、エポキシ、ポ
リイミドなどの熱硬化性樹脂、ポリフェニレンスルフィ
ド系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリスルホ
ン系樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチ
レン系樹脂、ポリカーボネート樹脂などの熱可塑性樹脂
が例示できる。これらの樹脂の中で耐薬品性、耐久性、
機械的強度の点から、ポリフェニレンスルフィド系樹脂
あるいは、フェノール樹脂が好ましい。
リイミドなどの熱硬化性樹脂、ポリフェニレンスルフィ
ド系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリスルホ
ン系樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチ
レン系樹脂、ポリカーボネート樹脂などの熱可塑性樹脂
が例示できる。これらの樹脂の中で耐薬品性、耐久性、
機械的強度の点から、ポリフェニレンスルフィド系樹脂
あるいは、フェノール樹脂が好ましい。
【００１９】上記混合物に含まれる樹脂の含有量は、黒
鉛粒子と樹脂の総量に対して、１０〜３０重量％であ
る。樹脂の含有量が総量に対して１０重量％より少なく
なるとセパレータとしての強度が弱くなる。一方、総量
に対して３０重量％より多くなると、導電性が低くな
り、セパレータとしての特性を確保することができなく
なる。
鉛粒子と樹脂の総量に対して、１０〜３０重量％であ
る。樹脂の含有量が総量に対して１０重量％より少なく
なるとセパレータとしての強度が弱くなる。一方、総量
に対して３０重量％より多くなると、導電性が低くな
り、セパレータとしての特性を確保することができなく
なる。
【００２０】セパレータには両面より電極部が当接し、
このセパレータの電極部との接触面において、黒鉛と樹
脂の総量に対する樹脂の含有量が、電極部との非接触面
における樹脂の含有量よりも小さいことが必要である。
このセパレータの電極部との接触面において、黒鉛と樹
脂の総量に対する樹脂の含有量が、電極部との非接触面
における樹脂の含有量よりも小さいことが必要である。
【００２１】また、成形品の反り量は１００μｍ以下で
あり、好ましくは５０μｍ以下である。反り量が１００
μｍより大きくなると、電極部との接触性が悪くなり、
接触抵抗が高くなるとともに、セパレータを複数枚積層
した状態で機械的に固定したときに破損する可能性があ
る。
あり、好ましくは５０μｍ以下である。反り量が１００
μｍより大きくなると、電極部との接触性が悪くなり、
接触抵抗が高くなるとともに、セパレータを複数枚積層
した状態で機械的に固定したときに破損する可能性があ
る。
【００２２】次に、上記セパレータの製造方法について
述べる。
述べる。
【００２３】成形工法としては、上記黒鉛粉末と樹脂の
混合物を原料として、ガス流路を一体成形できる工法で
あれば、特に規定されるものではない。例えば、プレス
成形、トランスファー成形、射出成形、シート成形等が
あげられる。
混合物を原料として、ガス流路を一体成形できる工法で
あれば、特に規定されるものではない。例えば、プレス
成形、トランスファー成形、射出成形、シート成形等が
あげられる。
【００２４】ガス流路を一体成形した成形品の、電極部
との接触面の表面層を除去する方法として、例えばサン
ドペーパー、ラッピングテープ、サンドブラスト等を用
いることができる。
との接触面の表面層を除去する方法として、例えばサン
ドペーパー、ラッピングテープ、サンドブラスト等を用
いることができる。
【００２５】また、ガス流路を一体成形した成形品の電
極部との接触面全体を１〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2で加圧し
た状態で、成形品の電極部との接触面を機械加工するこ
とにより、成形品の反り量が低減でき、その結果、電極
部との接触圧をセパレータ全面で均等に受けることとな
り、接触抵抗を更に下げることが可能である。圧力が１
ｋｇｆ／ｃｍ2より小さいと成形品の反り量を改善する
ことができない。また、圧力が５０ｋｇｆ／ｃｍ2を超
えると成形品が破損することがある。
極部との接触面全体を１〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2で加圧し
た状態で、成形品の電極部との接触面を機械加工するこ
とにより、成形品の反り量が低減でき、その結果、電極
部との接触圧をセパレータ全面で均等に受けることとな
り、接触抵抗を更に下げることが可能である。圧力が１
ｋｇｆ／ｃｍ2より小さいと成形品の反り量を改善する
ことができない。また、圧力が５０ｋｇｆ／ｃｍ2を超
えると成形品が破損することがある。
【００２６】更に、ガス流路を一体成形した成形品の電
極部との接触面全体を１〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2で加圧し
た状態で、成形品を１００℃以上２５０℃以下に加熱し
ながら成形品の電極部との接触面を機械加工することに
より、成形品の反り量をより低減することが可能とな
る。
極部との接触面全体を１〜５０ｋｇｆ／ｃｍ2で加圧し
た状態で、成形品を１００℃以上２５０℃以下に加熱し
ながら成形品の電極部との接触面を機械加工することに
より、成形品の反り量をより低減することが可能とな
る。
【００２７】
【実施例】以下に本発明の実施例について述べる。
【００２８】（実施例１）黒鉛粒子として、人造黒鉛粉
末（エスイーシー製、ＳＧＰグレード、平均粒径５０μ
ｍ）、樹脂として、ポリフェニレンスルフィド系樹脂Ｐ
ＰＳ粉末（東レ製、トレリナ粉末）を、人造黒鉛粉末８
０重量％、ＰＰＳ粉末２０重量％の割合でミキサーによ
り１５分間混合し、セパレータの原料となる混合物を作
製した。
末（エスイーシー製、ＳＧＰグレード、平均粒径５０μ
ｍ）、樹脂として、ポリフェニレンスルフィド系樹脂Ｐ
ＰＳ粉末（東レ製、トレリナ粉末）を、人造黒鉛粉末８
０重量％、ＰＰＳ粉末２０重量％の割合でミキサーによ
り１５分間混合し、セパレータの原料となる混合物を作
製した。
【００２９】この混合物１を金型２に供給し、平坦化し
た状態を図１（ａ）に示す。次に、図１（ｂ）に示す通
り、ホットプレス機３（コータキ製型締め力８０ｔｏ
ｎ、熱盤温度３３０℃）により、金型２内の混合物１を
圧力７００ｋｇｆ／ｃｍ2で３３０℃まで加熱した後室
温まで冷却し、両面に図１（ｃ）に示すようなガス流路
１０を形成したセパレータ４を取り出した。
た状態を図１（ａ）に示す。次に、図１（ｂ）に示す通
り、ホットプレス機３（コータキ製型締め力８０ｔｏ
ｎ、熱盤温度３３０℃）により、金型２内の混合物１を
圧力７００ｋｇｆ／ｃｍ2で３３０℃まで加熱した後室
温まで冷却し、両面に図１（ｃ）に示すようなガス流路
１０を形成したセパレータ４を取り出した。
【００３０】次に図１（ｃ）に示すように、このセパレ
ータ４の電極部との接触面５を研磨機７（１５００番サ
ンドペーパー）で研磨することにより、図１（ｄ）に示
す表面層１１を除去したセパレータ４を得ることができ
る。
ータ４の電極部との接触面５を研磨機７（１５００番サ
ンドペーパー）で研磨することにより、図１（ｄ）に示
す表面層１１を除去したセパレータ４を得ることができ
る。
【００３１】このセパレータ４において、電極部との接
触面５における樹脂の含有量と、電極部との非接触面６
における樹脂の含有量を比較するため、Ｘ線微小分析計
（日本電子製、ＪＸＭ−８９００）により、ＰＰＳに含
まれる硫黄の分布をマッピングした。この結果、セパレ
ータ４の電極部との接触面５における硫黄は、電極部と
の非接触面６における硫黄よりも３０％少ないことが確
認できた。このことから、セパレータ４における電極部
との接触面５におけるＰＰＳの割合が、電極部との非接
触面６におけるＰＰＳの割合よりも少ないことがわか
る。
触面５における樹脂の含有量と、電極部との非接触面６
における樹脂の含有量を比較するため、Ｘ線微小分析計
（日本電子製、ＪＸＭ−８９００）により、ＰＰＳに含
まれる硫黄の分布をマッピングした。この結果、セパレ
ータ４の電極部との接触面５における硫黄は、電極部と
の非接触面６における硫黄よりも３０％少ないことが確
認できた。このことから、セパレータ４における電極部
との接触面５におけるＰＰＳの割合が、電極部との非接
触面６におけるＰＰＳの割合よりも少ないことがわか
る。
【００３２】次に、このセパレータ４の接触抵抗、及び
単電池特性を測定した。接触抵抗の測定は、セパレータ
４を３０ｍｍ×３０ｍｍに切断し、その両面を同じサイ
ズのカーボンペーパー（東レ製ＴＧＰＨ−１２０）で挟
んだ状態で圧力をかけ、セパレータとカーボンペーパー
との接触抵抗を測定した。その結果を図３に示す。
単電池特性を測定した。接触抵抗の測定は、セパレータ
４を３０ｍｍ×３０ｍｍに切断し、その両面を同じサイ
ズのカーボンペーパー（東レ製ＴＧＰＨ−１２０）で挟
んだ状態で圧力をかけ、セパレータとカーボンペーパー
との接触抵抗を測定した。その結果を図３に示す。
【００３３】次に、このセパレータ４を用いて固体高分
子型の燃料電池を組み、単電池特性を測定した。測定条
件は燃料を水素、酸化剤を空気とし、燃料利用率７０
％、酸化剤利用率４０％、セル温度７０℃とした。この
ときの単電池特性を図４に示す。後述の比較例１に示す
セパレータを用いた燃料電池より、接触抵抗が低く、ま
た、単電池特性も向上していることが確認できた。
子型の燃料電池を組み、単電池特性を測定した。測定条
件は燃料を水素、酸化剤を空気とし、燃料利用率７０
％、酸化剤利用率４０％、セル温度７０℃とした。この
ときの単電池特性を図４に示す。後述の比較例１に示す
セパレータを用いた燃料電池より、接触抵抗が低く、ま
た、単電池特性も向上していることが確認できた。
【００３４】（実施例２）実施例１と同様に、黒鉛粒子
として、人造黒鉛粉末（エスイーシー製、ＳＧＰグレー
ド、平均粒径５０μｍ）、樹脂として、ポリフェニレン
スルフィド系樹脂ＰＰＳ粉末（東レ製、トレリナ粉末）
を、人造黒鉛粉末８０重量％、ＰＰＳ粉末２０重量％の
割合でミキサーにより１５分間混合し、セパレータの原
料となる混合物を作製した。
として、人造黒鉛粉末（エスイーシー製、ＳＧＰグレー
ド、平均粒径５０μｍ）、樹脂として、ポリフェニレン
スルフィド系樹脂ＰＰＳ粉末（東レ製、トレリナ粉末）
を、人造黒鉛粉末８０重量％、ＰＰＳ粉末２０重量％の
割合でミキサーにより１５分間混合し、セパレータの原
料となる混合物を作製した。
【００３５】この混合物１を金型２に供給し、平坦化し
た状態を図２（ａ）に示す。次に、図２（ｂ）に示す通
り、ホットプレス機３（コータキ製型締め力８０ｔｏ
ｎ、熱盤温度３００℃）により、金型２内の混合物１を
圧力４００ｋｇｆ／ｃｍ2で３００℃まで加熱した後室
温まで冷却し、両面に図２（ｃ）に示すようなガス流路
１０を形成したセパレータ４を取り出した。
た状態を図２（ａ）に示す。次に、図２（ｂ）に示す通
り、ホットプレス機３（コータキ製型締め力８０ｔｏ
ｎ、熱盤温度３００℃）により、金型２内の混合物１を
圧力４００ｋｇｆ／ｃｍ2で３００℃まで加熱した後室
温まで冷却し、両面に図２（ｃ）に示すようなガス流路
１０を形成したセパレータ４を取り出した。
【００３６】次に図２（ｃ）に示すように、このセパレ
ータ４の電極部との接触面５をラッピングテープ８を貼
った円盤９により１０ｋｇｆ／ｃｍ2で加圧しながら回
転させ、図２（ｄ）に示すセパレータ４を得る。
ータ４の電極部との接触面５をラッピングテープ８を貼
った円盤９により１０ｋｇｆ／ｃｍ2で加圧しながら回
転させ、図２（ｄ）に示すセパレータ４を得る。
【００３７】このセパレータ４において、電極部との接
触面５における樹脂の含有量と、電極部との非接触面６
における樹脂の含有量を比較するため、Ｘ線微小分析計
（日本電子製、ＪＸＭ−８９００）により、ＰＰＳに含
まれる硫黄の分布をマッピングした。この結果、セパレ
ータ４の電極部との接触面５における硫黄は、電極部と
の非接触面６における硫黄よりも３０％少ないことが確
認できた。このことから、セパレータ４における電極部
との接触面５におけるＰＰＳの割合が、電極部との非接
触面６におけるＰＰＳの割合よりも少ないことがわか
る。
触面５における樹脂の含有量と、電極部との非接触面６
における樹脂の含有量を比較するため、Ｘ線微小分析計
（日本電子製、ＪＸＭ−８９００）により、ＰＰＳに含
まれる硫黄の分布をマッピングした。この結果、セパレ
ータ４の電極部との接触面５における硫黄は、電極部と
の非接触面６における硫黄よりも３０％少ないことが確
認できた。このことから、セパレータ４における電極部
との接触面５におけるＰＰＳの割合が、電極部との非接
触面６におけるＰＰＳの割合よりも少ないことがわか
る。
【００３８】次に、このセパレータ４の反り量、及び単
電池特性を測定した。反り量の測定は、レーザフォーカ
ス変位計（キーエンス製、ＬＴ−８１００）を使用し
た。その結果、セパレータ４の反り量は、最大５０μｍ
であった。
電池特性を測定した。反り量の測定は、レーザフォーカ
ス変位計（キーエンス製、ＬＴ−８１００）を使用し
た。その結果、セパレータ４の反り量は、最大５０μｍ
であった。
【００３９】次に、このセパレータ４を用いて固体高分
子型の燃料電池を組み、単電池特性と電池内部の抵抗を
測定した。測定条件は燃料を水素、酸化剤を空気とし、
燃料利用率７０％、酸化剤利用率４０％、セル温度７０
℃とした。この単電池性能を図５に、電池内部の抵抗を
図６に示す。後術の比較例２に示すセパレータと比較し
て、反り量が小さいため、電池内部の抵抗が低減し、電
池特性が向上することが確認できた。
子型の燃料電池を組み、単電池特性と電池内部の抵抗を
測定した。測定条件は燃料を水素、酸化剤を空気とし、
燃料利用率７０％、酸化剤利用率４０％、セル温度７０
℃とした。この単電池性能を図５に、電池内部の抵抗を
図６に示す。後術の比較例２に示すセパレータと比較し
て、反り量が小さいため、電池内部の抵抗が低減し、電
池特性が向上することが確認できた。
【００４０】（比較例１）実施例１において、電極部と
の接触面が研磨前の状態であるセパレータについて、実
施例１と同様に電極部との接触面における樹脂量と電極
部との非接触面における樹脂量、接触抵抗、電池性能を
測定した。
の接触面が研磨前の状態であるセパレータについて、実
施例１と同様に電極部との接触面における樹脂量と電極
部との非接触面における樹脂量、接触抵抗、電池性能を
測定した。
【００４１】このセパレータの電極部との接触面におけ
る樹脂量は、電極部との非接触面における樹脂量と同等
であった。また、接触抵抗は図３、電池性能は図４に示
す。
る樹脂量は、電極部との非接触面における樹脂量と同等
であった。また、接触抵抗は図３、電池性能は図４に示
す。
【００４２】（比較例２）実施例２において、電極部と
の接触面が研磨前の状態であるセパレータについて、電
極部との接触面における樹脂量と電極部との非接触面に
おける樹脂量、反り量、電池性能、及び電池内部の抵抗
を測定した。
の接触面が研磨前の状態であるセパレータについて、電
極部との接触面における樹脂量と電極部との非接触面に
おける樹脂量、反り量、電池性能、及び電池内部の抵抗
を測定した。
【００４３】このセパレータの電極部との接触面におけ
る樹脂量は、電極部との非接触面における樹脂量と同等
であり、反り量は、１２０μｍであった。また、電池性
能は図５、電池内部の抵抗は図６に示す。
る樹脂量は、電極部との非接触面における樹脂量と同等
であり、反り量は、１２０μｍであった。また、電池性
能は図５、電池内部の抵抗は図６に示す。
【００４４】
【発明の効果】本発明によれば、黒鉛粒子と樹脂との混
合物を成形したセパレータにおいて、電極部との接触面
の接触抵抗が小さい燃料電池用セパレータ及びその製造
方法、電極部との接触抵抗が小さく且つセパレータの反
り量を低減した燃料電池用セパレータ及びその製造方法
を提供することができる。
合物を成形したセパレータにおいて、電極部との接触面
の接触抵抗が小さい燃料電池用セパレータ及びその製造
方法、電極部との接触抵抗が小さく且つセパレータの反
り量を低減した燃料電池用セパレータ及びその製造方法
を提供することができる。
【図１】（ａ）本発明の実施例１において、混合物を金
型内に供給した状態を示す図 （ｂ）金型内の混合物を加圧し、セパレータを成形する
状態を示す図 （ｃ）セパレータの電極部との接触面を研磨する状態を
示す図 （ｄ）研磨により表面層を除去されたセパレータを示す
図
型内に供給した状態を示す図 （ｂ）金型内の混合物を加圧し、セパレータを成形する
状態を示す図 （ｃ）セパレータの電極部との接触面を研磨する状態を
示す図 （ｄ）研磨により表面層を除去されたセパレータを示す
図
【図２】（ａ）本発明の実施例２において、混合物を金
型内に供給した状態を示す図 （ｂ）金型内の混合物を加圧し、セパレータを成形する
状態を示す図 （ｃ）セパレータの電極部との接触面を加圧しながら研
磨する状態を示す図 （ｄ）研磨されたセパレータを示す図
型内に供給した状態を示す図 （ｂ）金型内の混合物を加圧し、セパレータを成形する
状態を示す図 （ｃ）セパレータの電極部との接触面を加圧しながら研
磨する状態を示す図 （ｄ）研磨されたセパレータを示す図
【図３】実施例１と比較例１に示すセパレータの接触抵
抗の測定データを示す図
抗の測定データを示す図
【図４】実施例１と比較例１に示すセパレータを用いた
固体高分子型燃料電池の電池性能測定データを示す図
固体高分子型燃料電池の電池性能測定データを示す図
【図５】実施例２と比較例２に示すセパレータを用いた
固体高分子型燃料電池の電池性能測定データを示す図
固体高分子型燃料電池の電池性能測定データを示す図
【図６】実施例２と比較例２に示すセパレータを用いた
固体高分子型燃料電池の内部抵抗測定データを示す図
固体高分子型燃料電池の内部抵抗測定データを示す図
１ 黒鉛と樹脂の混合物
２ 金型
３ ホットプレス機
４ セパレータ
５ セパレータの電極部との接触面
６ セパレータの電極部との非接触面
７ 研磨機
８ ラッピングテープ
９ 円盤
１０ ガス流路
１１ 表面層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 宝 晃
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB01 BB02 BB06 CC03
EE06 HH03 HH05 HH09
Claims (5)
- 【請求項１】 黒鉛と樹脂との混合物から成り、樹脂の
含有量が、前記混合物の総量に対して１０〜３０重量％
であり、両面より当接する電極部との接触面に含まれる
樹脂の含有量が、前記電極部との非接触面に含まれる樹
脂の含有量より少ないことを特徴とする燃料電池用セパ
レータ。 - 【請求項２】 反り量が１００μｍ以下であることを特
徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。 - 【請求項３】 黒鉛と樹脂との混合物を原料とし、これ
を用いて金型によりガス流路部を一体成形した後、この
成形品の両面より当接する電極部との接触面の表面層を
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。 - 【請求項４】 成形品の面全体を１〜３０ｋｇｆ／ｃｍ
2で加圧した状態で、成形品の両面より当接する電極部
との接触面を機械加工することを特徴とする請求項３に
記載の燃料電池用セパレータの製造方法。 - 【請求項５】 成形品を加熱した状態で機械加工するこ
とを特徴とする請求項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 |
|---|---|---|---|
| JP2001352730A JP4269551B2 (ja) | 2001-11-19 | 2001-11-19 | 燃料電池用セパレータの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001352730A JP4269551B2 (ja) | 2001-11-19 | 2001-11-19 | 燃料電池用セパレータの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003151574A true JP2003151574A (ja) | 2003-05-23 |
| JP4269551B2 JP4269551B2 (ja) | 2009-05-27 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001352730A Expired - Fee Related JP4269551B2 (ja) | 2001-11-19 | 2001-11-19 | 燃料電池用セパレータの製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4269551B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003068316A (ja) * | 2001-03-06 | 2003-03-07 | Toray Ind Inc | 燃料電池用セパレーターおよびその製造方法 |
| JP2005071933A (ja) * | 2003-08-27 | 2005-03-17 | Ibiden Co Ltd | 燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造方法 |
| JP2006107989A (ja) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Nichias Corp | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
| JP2006164770A (ja) * | 2004-12-08 | 2006-06-22 | Nichias Corp | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
| WO2007086404A1 (ja) * | 2006-01-25 | 2007-08-02 | Dic Corporation | 燃料電池用セパレータおよびその製造方法、ならびにこれを用いた燃料電池 |
| WO2012032922A1 (ja) * | 2010-09-10 | 2012-03-15 | 日清紡ケミカル株式会社 | 燃料電池セパレータ |
-
2001
- 2001-11-19 JP JP2001352730A patent/JP4269551B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003068316A (ja) * | 2001-03-06 | 2003-03-07 | Toray Ind Inc | 燃料電池用セパレーターおよびその製造方法 |
| JP2005071933A (ja) * | 2003-08-27 | 2005-03-17 | Ibiden Co Ltd | 燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造方法 |
| JP4508574B2 (ja) * | 2003-08-27 | 2010-07-21 | イビデン株式会社 | 燃料電池用セパレータ、燃料電池用セパレータの製造方法 |
| JP2006107989A (ja) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Nichias Corp | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
| JP2006164770A (ja) * | 2004-12-08 | 2006-06-22 | Nichias Corp | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
| WO2007086404A1 (ja) * | 2006-01-25 | 2007-08-02 | Dic Corporation | 燃料電池用セパレータおよびその製造方法、ならびにこれを用いた燃料電池 |
| US7704624B2 (en) | 2006-01-25 | 2010-04-27 | Dic Corporation | Fuel cell bipolar plate, process for producing the same, and fuel cell including the bipolar plate |
| WO2012032922A1 (ja) * | 2010-09-10 | 2012-03-15 | 日清紡ケミカル株式会社 | 燃料電池セパレータ |
| JP5954177B2 (ja) * | 2010-09-10 | 2016-07-20 | 日清紡ケミカル株式会社 | 燃料電池セパレータ |
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