JP2004346411A

JP2004346411A - Porous board, and its production method

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Publication number: JP2004346411A
Application number: JP2003147983A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Wada; 正弘和田; Hirochika Ueno; 博規上野
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-26
Also published as: JP4889914B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the electric resistance and thermal resistance of the contact part with a contact object in a porous board. <P>SOLUTION: The porous board is composed of a continuous powder sintered system having mutually communicating three dimensional network vacancies 6 formed by foaming action. A plurality of pores 6b communicating with the vacancies 6a are made at least on one surface 6A, and the surroundings of the pores 6b are formed by planar parts 6c. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元網目状の複数の空孔を有する多孔質板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電気や熱の伝導部材の接触面を考えた場合、通常、表面に多少の凹凸が存在するため、物理的に全ての面で接触させることは困難である。このため、そのままでは、接触面での電気抵抗あるいは熱抵抗が各部材自体の材料の物性値に比べ極めて大きくなる。これらの抵抗を低下させるためには、互いに接触する各部材を例えばボルトなどで圧力を加えて接触させることにより改善することができる。この場合、各部材の接触部に耐力以上の圧力を加え、その接触部に塑性変形を生じさせて接触面積の増加を図ることにより、上述した抵抗の低減を図ることができる。
【０００３】
しかし、接触面の全体に一定の圧力を加えることは極めて困難であることから、接触面における電気抵抗や熱抵抗を低減するのが難しいという問題があった。
【０００４】
この問題を解決するため、接触面に金属の多孔質板（多孔質シート）を挟み、電気的接続を良好にする試みがなされている（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５３−６１０８３号公報
【特許文献２】
特開昭５６−４８０７９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記金属の多孔質板は、特許文献１の第１図に示されているように、金属骨格が空孔を形成した構造になっていることから、その表面は金属骨格の端部がそのまま突出し不規則な凹凸を有する形状になっている。
そのため、比較的低い荷重で電気的導通は得られるものの、接触点の数が少なく、満足の行く低抵抗値は得られていない。
【０００７】
このため、発明者等は、上述した抵抗の低減を図るべく、鋭意、研究開発を重ねた結果、接触可能な面積が大きく、かつその面が接触すべき部材の面になじみやすい構造の多孔質板を見出し本発明に至った。
【０００８】
本発明は、上記研究開発によって得られたものであり、接触対象物との接触部の電気抵抗や熱抵抗の低減を図ることのできる多孔質板およびその製造方法を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の多孔質板は、発泡作用によって形成された互いに連通する三次元網目状の複数の空孔を有する連続的な粉末焼結組織によって構成され、少なくとも一方の表面は、上記空孔に連通する複数の穴が開口し、当該穴の周囲が面状部によって形成されていることをことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の多孔質板は、請求項１に記載の発明において、上記穴は、円形状および／または長円形状に形成されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の多孔質板は、請求項１または２に記載の発明において、上記面状部は、面一状に形成されていることを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の多孔質板は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、上記表面側の全面積に対する上記面状部の面積の占める割合は、３０〜８０％になっていることを特徴としている。
【００１３】
請求項５に記載の多孔質板は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、上記空孔の平均孔径が２０〜１０００μｍに形成され、気孔率が４０〜９９容量％に形成され、厚さが２５〜１０００μｍに形成されていることを特徴としている。
【００１４】
請求項６に記載の多孔質板の製造方法は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、金属粉末を少なくともバインダーおよび発泡剤と混合してなる発泡性スラリーを原料として焼成された粉末焼結金属によって形成されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項７に記載の多孔質板の製造方法は、請求項１〜６の何れかに記載の多孔質板の製造方法であって、金属粉末を少なくともバインダーおよび発泡剤と混合することによって発泡性スラリーを製造し、上記発泡性スラリーをドクターブレード法によりキャリアシート上に所定の厚さに塗工し、この塗工後の発泡性スラリーを上記キャリヤシート上で発泡させた後に乾燥させることによって、互いに連通する三次元網目状の複数の空孔を有するとともに、少なくとも上記キャリヤシート側の表面に上記空孔に連通する穴が開口し、当該穴の周囲が上記キャリヤシートの上面に沿うように広がる面状部を有するグリーン板を成形し、上記グリーン板を焼成することを特徴としている。
【００１６】
請求項８に記載の多孔質板の製造方法は、請求項１〜６の何れかに記載の多孔質板の製造方法であって、金属粉末を少なくともバインダーおよび発泡剤と混合することによって発泡性スラリーを製造し、上記発泡性スラリーをドクターブレード法によりキャリアシート上に所定の厚さに塗工し、この塗工後の発泡性スラリーを上記キャリヤシート上で発泡させた後に乾燥させることによって、互いに連通する三次元網目状の複数の空孔を有するとともに、少なくとも上記キャリヤシート側の表面に上記空孔に連通する穴が開口し、当該穴の周囲が上記キャリヤシートの上面に沿うように広がる面状部を有するグリーン板を成形し、上記グリーン板を焼成した後に、その焼成後の上記面状部を接触対象物の接触面に押し付けながら加熱することにより、上記面状部を介して上記接触対象物に拡散接合してなることを特徴としている。
【００１７】
請求項９に記載の多孔質板の製造方法は、請求項１〜６の何れかに記載の多孔質板の製造方法であって、金属粉末を少なくともバインダーおよび発泡剤と混合することによって発泡性スラリーを製造し、上記発泡性スラリーをドクターブレード法によりキャリアシート上に所定の厚さに塗工し、この塗工後の発泡性スラリーを上記キャリヤシート上で発泡させた後に乾燥させることによって、互いに連通する三次元網目状の複数の空孔を有するとともに、少なくとも上記キャリヤシート側の表面に上記空孔に連通する穴が開口し、当該穴の周囲が上記キャリヤシートの上面に沿うように広がる面状部を有するグリーン板を成形し、上記グリーン板の上記面状部を接触対象物の接触面に重ねるとともに、上記グリーン板を上記接触対象物に押し付けながら、当該接触対象物およびグリーン板を加熱することによって、上記グリーン板を焼成するとともに上記面状部を介して上記接触対象物に拡散接合してなることを特徴としている。
【００１８】
請求項１０に記載の多孔質板の製造方法は、請求項１〜６の何れかに記載の多孔質板の製造方法であって、金属粉末を少なくともバインダーおよび発泡剤と混合することによって発泡性スラリーを製造し、上記発泡性スラリーをドクターブレード法あるいはスクリーン印刷により接触対象物の接触面に所定の厚さに塗工し、この塗工後の発泡性スラリーを発泡させた後に乾燥させることによって、互いに連通する三次元網目状の複数の空孔を有するとともに、少なくとも上記接触対象物の接触面側の表面に上記空孔に連通する穴が開口し、当該穴の周囲が上記接触対象物の接触面に沿うように広がる面状部を有するグリーン板を成形し、上記グリーン板を上記接触対象物の接触面に押し付けながら、当該接触対象物および上記グリーン板を加熱することによって、上記グリーン板を焼成するとともに上記面状部を介して上記接触対象物に拡散接合してなることを特徴としている。
【００１９】
請求項１〜６に記載の多孔質板においては、少なくとも一方の表面に開口する複数の穴の周囲が面状部によって面状の広がりを有するように形成されているので、その面状部を接触対象物（接触すべき部材）の接触面に接触させることによって、当該接合対象物との接触面積の増大を図ることができる。しかも、多孔質状に形成されていることから屈曲性等の柔軟性に優れており、各位置の面状部を、凹凸を有する接触対象物の接触面に当接させるべく小さな変形圧力で容易に変形させることができる。
【００２０】
したがって、接触対象物との接触面積を容易に増大させることができるので、その接触部の電気抵抗や熱抵抗の低減を容易に図ることができる。
【００２１】
また、上記抵抗の低減を図ることができることから、接触抵抗を下げる接点材、例えばブスバー同士を接合する際のスペーサとして利用することができる。また、冷却が必要な放熱面と、放熱フィンとの接続面に挿入したり、後述する燃料電池のガス拡散電極等々として利用することができる。
【００２２】
請求項２に記載の多孔質板においては、各穴が円形状および／または長円形状に形成されているので、面状部の面積を極力大きくすることができる。したがって、接触対象物との接触面積の増大を図ることができる。
【００２３】
請求項３に記載の多孔質板においては、面状部が面一状に形成されているので、接触対象物の接触面が平滑な面の場合に、接触面積の向上を図る上で特に有効である。ただし、屈曲が容易であることから、円筒面等の滑らかに湾曲する面に対しても接触面積の向上を図ることができる。
【００２４】
請求項４に記載の多孔質板においては、表面側の全面積に対する面状部の面積の占める割合が３０〜８０％になっているので、屈曲性等の柔軟性に優れ、かつ接触面積の十分大きなものを得ることができる。
【００２５】
なお、上記割合を３０〜８０％としたのは、３０％未満では面状部の面積が小さくなるため、接触対象物との接触面積が十分得られなくなるからであり、８０％超では曲げ剛性が高くなって、屈曲性等の柔軟性が十分に得られなくなるからである。
【００２６】
請求項５に記載の多孔質板においては、空孔の平均孔径が２０〜１０００μｍ、気孔率が４０〜９９容量％、厚さが２５〜１０００μｍに形成されているので、十分な屈曲性等の柔軟性が得られるとともに、強度的にも優れたものを得ることができる。
【００２７】
なお、空孔の平均孔径を２０〜１０００μｍとしたのは、２０μｍ未満にすることが最新の技術でも困難であるからであり、１０００μｍ超にすると、接触対象物と接触しない部位の面積が大きくなり、当該接触対象物との接触抵抗値が安定しないおそれがあるからである。
【００２８】
また、気孔率を４０〜９９容量％としたのは、４０容量％未満にすると、強度的には向上するものの、曲げ剛性が高くなって十分な柔軟性が得られなくなるからであり、９９容量％超にすると、強度不足になるおそれがあるからである。
【００２９】
さらに、厚さを２５〜１０００μｍとしたのは、２５μｍ未満にすると、屈曲性等の柔軟性は十分に得られるものの、強度不足になるおそれがあるからであり、１０００μｍ超では曲げ剛性が高くなって十分な柔軟性が得られなくなるからである。
【００３０】
請求項６に記載の多孔質板においては、金属粉末を少なくともバインダーおよび発泡剤と混合してなる発泡性スラリーを原料として焼成された粉末焼結金属によって形成されているので、大きさ、形状等の異なるものを自由に成形することができるとともに、屈曲性等の柔軟性に優れかつ強度的にも優れたものを得ることができる。
【００３１】
請求項７に記載の多孔質板の製造方法においては、発泡性スラリーをドクターブレード法によりキャリアシート上に所定の厚さに塗工し、当該発泡性スラリーを発泡させると、その発泡性スラリーに含まれる発泡剤の気化により気泡が形成され、その気泡周囲に金属粉末を含むスラリーが凝集することにより、焼成後骨格となる部分が形成される。気泡は三次元に分布し、互いに接する配置を取り、また気泡は球形状に膨らもうとすることから、骨格はほぼ球形状の連通した気孔をもつ三次元網目状構造となる。
【００３２】
キャリヤシート側（下側）では、発泡剤は球形状に膨らもうとすることから、上記表面には各気孔に連通するほぼ円形状の複数の穴が形成される。ここで気泡が接していない部分は、キャリヤシート面に沿って平坦な面状部を形成するとともに、気泡の部分が空孔になる。
ここで、キャリヤシートと発泡性スラリーの濡れ性を調整することにより、面状部の面積を調整することが可能である。
【００３３】
一方、グリーン板におけるキャリヤシートとは反対側（上側）の表面では、気泡は塗工されたスラリー表面から突出した形で形成されるが、金属粉末を含むスラリーは表面張力により表面から突出することなく表面上で凝集するため、各突出した気孔の周囲には面状に広がる面状部が形成されることになるとともに、突出した気孔の部分が空孔に連通する穴になる。
ここで、例えばドクターブレードでの塗工後、予熱温度を変更することにより、スラリー表面の粘性や表面張力を変えて、面状部の面積を調整することが可能である。
【００３４】
そして、上記グリーン板を焼結させることにより、粉末焼結金属で形成された多孔質板を得ることができる。
したがって、屈曲性に優れているとともに強度的にも優れ、かつ大きさ、形状等の異なる多孔質板を簡単に製造することができる。
【００３５】
請求項８に記載の多孔質板の製造方法においては、グリーン板を焼成した後に、その焼成後の面状部を接触対象物の接触面に押し付けながら加熱することにより、面状部を介して接触対象物に拡散接合してなる多孔質板を簡単に製造することができる。
【００３６】
この場合、上記面状部を接触対象物の接触面に押し付けながら加熱しているので、面状部と接触対象物とを速やかに拡散接合することができる。しかも、グリーン板を焼成した後の粉末焼結金属となった多孔質板を接触対象物に拡散接合しているので、その接合の際に多孔質板が収縮することがなく、当該多孔質板に亀裂等が生じるのを防止することができる。
【００３７】
請求項９に記載の多孔質板の製造方法においては、グリーン板を接触対象物に押し付けながら、接触対象物およびグリーン板を加熱することによって、グリーン板を焼成するとともに面状部を介して接触対象物に拡散接合しているので、グリーン板を単独で焼成する工程を省くことができる。したがって、製造工程の簡素化、製造時間の短縮等を図ることができる。
【００３８】
また、グリーン板を接触対象物の接触面に押し付けながら加熱しているので、焼成後の多孔質板に亀裂等が入るのを防止することができる。
【００３９】
請求項１０に記載の多孔質板の製造方法においては、発泡性スラリーを接触対象物に直接塗工して、グリーン板を成形するとともに、当該グリーン板を焼成しているので、グリーン板をキャリヤシートから接触対象物上に移動する等の工程を省くことができる。したがって、接触対象物に接合された多孔質板の製造能率の向上を図ることができる。しかも、グリーン板を接触対象物の接触面に押し付けながら加熱して多孔質板に焼成しているので、当該多孔質板に亀裂等が生じるのを防止することができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の多孔質板を燃料電池のガス拡散層（ガス拡散電極）に適用した一実施の形態および当該多孔質板の製造方法の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４１】
（多孔質板の一実施の形態）
本発明の多孔質板を燃料電池のガス拡散層に適用した一実施の形態（請求項１〜６に記載の発明に対応）について、図１および図２を参照して説明する。
【００４２】
まず、上記燃料電池について説明する。この燃料電池は、図１に示すように、単位セルＵを複数積層させた固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）によって構成されている。各単位セルＵは、固体高分子の電解質膜１の両側に触媒層２、３をそれぞれ積層し、これらの触媒層２、３のそれぞれの外面にガス拡散層としての多孔質板６を介してさらにセパレータ４、５をそれぞれ積層した構成になっている。そして、各単位セルＵは、セパレータ４（５）を互いに重ね合わせたり、共有状態にしたりすることによって積層され、各セパレータ４、５の４隅部に対応する位置に連通するボルトによって連結されるようになっている。
【００４３】
電解質膜１は、例えば０．１ｍｍ程度の厚さのもので構成されている。
触媒層２、３は、触媒としてＰｔ担持カーボンブラックＡを有する多孔質のカーボンペーパによって形成されている。また、触媒層２、３は、多孔質板６に直接スラリー状に塗布してもよい。
【００４４】
セパレータ４、５は、上記各単位セルＵを区分する隔壁としての機能を有するとともに、電極としての機能を有するようになっている。この例では、一方のセパレータ４がアノード（燃料電極）として利用され、他方のセパレータ５がカソード（酸化剤電極）として利用されるようになっている。
【００４５】
一方のセパレータ４側の多孔質板６には、燃料が供給されるようになっており、また、他方のセパレータ５側の多孔質板６には、酸化剤ガスが供給されるようになっている。燃料としては、例えばほぼ１００％の水素ガスや、天然ガス、メタノール水溶液等が用いられる。また、酸化剤ガスとしては、一般に空気が用いられる。
【００４６】
上記のように構成された燃料電池においては、図１に示すような化学反応により電気エネルギを発生させることができる。この場合、燃料となる水素（Ｈ_２）が一方の触媒層２側の触媒Ａの作用で水素イオン（Ｈ^＋）と電子（ｅ⁻）に分かれる反応が生じる。すなわち、
Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ …（１）
となる。
【００４７】
水素イオンは、電解質膜１中を触媒層３側に移動し、触媒Ａの作用によって、外部電気回路から供給される電子とともに、触媒層３に供給される酸素の還元に使われる。すなわち、
１／２Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ …（２）
の電気化学反応が生じ、水が生成される。そして、一方の触媒層２側の電子が一方の多孔質板６およびセパレータ４を介して例えば外部の負荷に流れ、さらに、他方のセパレータ５および多孔質板６を介して触媒層３側に流れることから、これを電気エネルギとして利用することができる。
上記電気化学反応は、主に電解質膜１と他方の触媒層３との境界部で発生することになる。
【００４８】
また、セパレータ４、５は、それぞれ耐食性金属としてのステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）によって厚さが例えば０．２ｍｍの四角形状の平板状に形成されている。
【００４９】
多孔質板６は、耐食性金属としてのステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）の粉体を用いて発泡焼結させたものであり、互いに連通する三次元網目状の複数の空孔６ａを有する連続的な粉末焼結組織によって平板状に形成されている。
【００５０】
この多孔質板６の一方の表面６Ａは、各空孔６ａに連通する複数の穴６ｂが開口し、各穴６ｂの周囲が面一状の平面状に広がる面状部６ｃによって形成されている。各穴６ｂは、ほぼ円形状に形成され、かつ内部の空孔６ａの径より小径に形成されている。
【００５１】
また、多孔質板６は、その面状部６ｃを介して接触対象物としてのセパレータ４、５のそれぞれの表面（接触面）４ａ、５ａに拡散接合されている。ただし、多孔質板６は、その面状部６ｃをセパレータ４、５のそれぞれの表面４ａ、５ａに接合することなく、上述した単位セルＵを連結するボルトの軸力によって圧接させるようにしてもよい。
【００５２】
さらに、多孔質板６は、表面６Ａの全面積に対する面状部６ｃの面積の占める割合が３０〜８０％になっている。そして、空孔６ａの平均孔径が２０〜１０００μｍに形成され、気孔率が４０〜９９容量％に形成され、厚さが２５〜１０００μｍに形成されている。
【００５３】
また、多孔質板６における他方の表面６Ｂは、上記一方の表面６Ａと同様に形成されており、その面状部６ｃが比較的柔軟な触媒層３にフィットし、当該触媒層３との導電性の向上が図られている。ただし、多孔質板６の他方の表面６Ｂは、面状部６ｃを有さず、凹凸状に形成されたものであってもよい。この場合にも、その表面６Ｂの凸部が比較的柔軟な触媒層３にフィットすることになり、当該触媒層３との導電性を損なうことがない。
【００５４】
そして、多孔質板６は、上述したステンレス鋼の粉末を原料粉末（金属粉末）とし、この原料粉末を４０〜６０重量％、水溶性樹脂バインダーとしてのメチルセルロースを５〜１５重量％、界面活性剤としてのアルキルベンゼンスルホン酸塩を１〜３重量％、発泡剤としてのヘキサンを０．５〜３重量％、残部を水および不可避不純物とするものを混練機で混合してなる発泡性スラリー６０（図３参照）を原料として焼成されたものである。上記原料粉末は、平均粒径が約１０μｍのもので構成されている。
【００５５】
上記のように構成された多孔質板６においては、表面６Ａ、６Ｂに開口する各空孔６ａの間が面状部６ｃによって面一の平面状に形成されているので、面状部６ｃの全体を、セパレータ４、５の各表面４ａ、５ａに均一にかつ確実に拡散接合することができ、これによって、各セパレータ４、５と多孔質板６との接合部の電気抵抗を低減することができる。また、各穴６ｂが円形状に形成されているので、面状部６ｃの面積を極力大きくすることができる。
なお、上述のように面状部６ｃを各表面４ａ、４ｂに拡散接合しない場合であっても、多孔質板６がその多孔質であるが故に柔軟性を有し、面状部６ｃの全体が小さな圧力でセパレータ４、５の各表面４ａ、５ａに密着した状態になるので、接触抵抗の低減を図ることができる。
【００５６】
また、表面６Ａまたは表面６Ｂの全面積に対する面状部６ｃの面積の占める割合が３０〜８０％になっているので、流体の流通性を良好な状態に維持することができるとともに、屈曲性等の柔軟性に優れ、かつ接触面積の十分大きな多孔質板６を得ることができる。
【００５７】
ここで、上記割合を３０〜８０％としたのは、３０％未満では面状部６ｃの面積が小さくなるため、接触対象物との接触面積が十分得られなくなるからであり、８０％超では、表面６Ｂにおける穴６ｂの開口面積が小さくなり過ぎて、触媒層２、３に対する流通性が低下するとともに、曲げ剛性が高くなって、柔軟性が低下することになるからである。
【００５８】
また、空孔６ａの平均孔径が２０〜１０００μｍ、気孔率が４０〜９９容量％、厚さが２５〜１０００μｍに形成されているので、流体の流通性を良好な状態に維持することができるとともに、十分な屈曲性等の柔軟性が得られ、かつ強度的にも優れたものを得ることができる。
【００５９】
ここで、空孔６ａの平均孔径を２０〜１０００μｍとしたのは、２０μｍ未満にすることが最新の技術でも困難であるからであり、１０００μｍ超にすると、セパレータ４、５と接触しない部位の面積が大きくなり、当該セパレータ４、５との接触抵抗値が安定しないおそれがあるからである。
【００６０】
気孔率を４０〜９９容量％としたのは、４０容量％未満にすると、強度的には向上するものの、曲げ剛性が高くなって屈曲性等の柔軟性が十分に得られなくなるからであり、９９容量％超にすると、強度不足になるおそれがあるからである。
【００６１】
厚さを２５〜１０００μｍとしたのは、２５μｍ未満にすると、屈曲性等の柔軟性は十分に得られるものの、流体の流通性が低下するとともに、強度不足になるおそれがあるからであり、１０００μｍ超では曲げ剛性が高くなって十分な柔軟性が得られなくなるからである。
【００６２】
さらに、多孔質板６は発泡性スラリー６０を原料として焼成された粉末焼結金属によって形成されているので、平面的な大きさや形状等の異なるものを自由に成形することができるとともに、屈曲性等の柔軟性に優れ強度的にも十分大きなものを得ることができる。
【００６３】
なお、上記実施の形態においては、セパレータ５や、発泡性スラリー６０の原料粉末として、ステンレス鋼のＳＵＳ３１６Ｌを用いた例を示したが、このセパレータ５や、発泡性スラリー６０の原料粉末としては、ハステロイ（登録商標）等の他の耐食合金を用いてもよい。
【００６４】
（多孔質板の製造方法の第１の実施の形態）
次ぎに、本発明の多孔質板の製造方法の第１の実施の形態（請求項１０に記載の発明に対応）を、図１〜図３を参照して説明する。
この多孔質板の製造方法の第１の実施の形態は、上記多孔質板６を製造する方法に係るものであり、まず、図３に示すように、上述した組成の発泡性スラリー６０を製造した後、当該発泡性スラリー６０をドクターブレード法を用いた成形装置Ｘによってセパレータ５の素材金属板５１上に塗工し、発泡、乾燥させる。なお、素材金属板５１は、帯状に長く形成されたものであり、所定の大きさに切断されることにより、各種の大きさのセパレータ４、５となるようになっている。
【００６５】
上記成形装置Ｘは、図３に示すように、ドクターブレード８、発泡スラリー６０のホッパ９、予備乾燥室１０ａ、恒温・高湿度槽１０、乾燥槽１１、素材金属板５１の巻き出しリール１２、同素材金属板５１の支持ロール１４、１５を備えた構成になっている。なお、上記予備乾燥室１０ａは、必要に応じて設けるように構成してもよい。
上記発泡性スラリー６０の塗工に際しては、ホッパ９に投入された発泡性スラリー６０を、巻き出しリール１２から連続的に繰り出される素材金属板５１の上面（接触面）に連続的に供給する。これにより、発泡性スラリー６０はドクターブレード８によって薄く延ばされて素材金属板５１上に均一な厚さに塗工される。
【００６６】
そして、発泡性スラリー６０が塗工された素材金属板５１を、まず必要に応じて予備乾燥室１０ａ内を通過させた後、恒温・高湿度槽１０内を連続的に移動させることによって、湿度が７５〜９５％、温度が３０〜４０℃、滞留時間が１０〜２０分の条件の下で上記発泡性スラリー６０をスポンジ状に発泡させる。さらに、乾燥槽１１を連続的に移動させることによって、温度が５０〜７０℃、滞留時間が５０〜７０分の条件の下で乾燥させて素材金属板５１上にスポンジ状グリーン板６１を成形する。このグリーン板６１の厚さは、例えば約０．３ｍｍである。
【００６７】
この場合、グリーン板６１は、互いに連通する三次元網目状の複数の空孔６ａを有するとともに、素材金属板５１の上面側に開口する各穴６ｂの間が素材金属板５１の上面に沿うべく面一状の平面状に形成された面状部６ｃとなる。すなわち、発泡性スラリー６０に含まれる発泡剤の気化により気泡が形成され、その気泡周囲に金属粉末を含むスラリーが凝集することにより、焼成後の骨格となる部分が形成される。気泡は三次元に分布し、互いに接する配置を取り、また気泡は球形状に膨らもうとすることから、骨格はほぼ球形状の連通した気孔をもつ三次元網目状構造となる。
【００６８】
素材金属板５２側の下面には、発泡剤は球形状に膨らもうとすることから、各気泡に連通するほぼ円形状の複数の穴６ｂが形成される。ここで気泡が接していない部分は、素材金属板５２の表面に沿って平坦な面状部６ｃを形成するとともに、気泡の部分が空孔６ａになる。そして、上記気泡の一断面が表面の穴６ｂとして表れることから、当該穴６ｂの径は、気泡によって連通する空孔６ａの径より小さなものとなる。
また、素材金属板５２と発泡性スラリー６０の濡れ性を調整することにより、面状部６ｃの面積を調整することが可能である。
【００６９】
一方、グリーン板６１における素材金属板５２とは反対側の面である上面では、気泡が塗工されたスラリーの表面から突出した形で形成されるが、金属粉末を含むスラリーは表面張力により表面から突出することなく表面上で凝集するため、上記突出形状の気泡の周囲には面状に広がる面状部６ｃが形成されることになる。また、突出形状の気泡の部分は、当該気泡が乾燥により排除されることにより、空孔６ａに連通する穴６ｂになる。この場合も、穴６ｂの径は、上述した理由と同様の理由により、空孔６ａの径より小さくなる。
また、例えばドクターブレード８での塗工後、予熱温度を変更することにより、スラリー表面の粘性や表面張力を変えて、面状部６ｃの面積を調整することが可能である。
【００７０】
そして、上記素材金属板５１とグリーン板６１とからなる複合板を、連続的にスキン圧延（図示せず）してグリーン板６１の平坦性および厚さの均一性の向上を図った後、所定の長さごとに切断する。
次ぎに、切断により所定の大きさに形成された複合板をジルコニア製の平板状圧縮部材（図示せず）の間に挟んで、当該複合板に対して１０〜１００ｇ／ｃｍ^２の押圧力が作用するように荷重を加える。これにより、グリーン板６１の面状部６ｃは素材金属板５１の上面に所定の圧力で押し付けられた状態になる。なお、上記押圧力は、上記荷重を、グリーン板６１における素材金属板５１側の全面積で割ることによって単純に計算した値である。また、上記平板状圧縮部材は、素材金属板５１やグリーン板６１と反応しないものであれば、ジルコニア以外の材質のものであってもよい。
【００７１】
そして、平板状圧縮部材によって押圧された複合板に対して、真空中において、４５０〜６５０℃、２５〜３５分の条件の下で、グリーン板６１におけるバインダー成分を除去する脱脂を行い、さらに真空中において、１２００〜１３００℃、５０〜７０分の条件の下に保持することにより、グリーン板６１から多孔質板６を焼成するとともに、面状部６ｃを素材金属板５１の上面に拡散接合する。
【００７２】
その後、多孔質板６を有する素材金属板５１を所定の大きさに切断することにより、所定の大きさのセパレータ４、５の各表面４ａ、５ａに接合された例えば０．１５ｍｍの厚さの多孔質板６が得られる。
【００７３】
上記のように構成された多孔質板の製造方法においては、セパレータ４、５の素材金属板５１の表面に塗工した発泡性スラリー６０を発泡させた後に乾燥させて素材金属板５１の上面にグリーン板６１を成形し、このグリーン板６１を焼結等することによって、多孔質板６を成形すると同時に、当該多孔質板６の面状部６ｃを素材金属板５１の上面に拡散接合することができる。
そして、多孔質板６が拡散接合された素材金属板５１を所定の大きさに切断することにより、所定の大きさのセパレータ５に接合された多孔質板６を得ることができる。
【００７４】
したがって、発泡性スラリー６０の塗工、発泡、乾燥、脱脂、焼結および多孔質板６の素材金属板５１への接合等を一つの素材金属板５１上で行うことができるので、製造工程の簡素化、製造時間の短縮等を図ることができる。よって、多孔質板６を簡単に製造することができるとともに、当該多孔質板６の製造コストの低減を図ることができる。
【００７５】
また、グリーン板６１を素材金属板５１の表面に押し付けながら加熱して多孔質板６に焼成しているので、その焼成の過程でグリーン板６１が素材金属板５１の表面に沿って収縮するのを防止することができる。したがって、多孔質板６に割れが生じるのを防止することができ、歩留まりの向上を図ることができる。しかも、グリーン板６１を素材金属板５１の表面に押し付けることによって、面状部６ｃと素材金属板５１との拡散接合を速やかに行わせることができる。
【００７６】
なお、上記実施の形態では、発泡性スラリー６０をドクターブレード法により素材金属板５１上に塗工するように構成したが、発泡性スラリー６０をスクリーン印刷により素材金属板５１上に塗工するようにしてもよい。この場合には、発泡性スラリー６０を所定の大きさの素材金属板５１上に塗工した後、上記と同様に予備乾燥（当該予備乾燥は必要に応じて実施することが好ましい）、発泡、乾燥、バインダ等の脱脂、焼結等を行うことにより、素材金属板５１上に多孔質板６を焼成することができる。なお、スクリーン印刷による場合は、所定の大きさに形成された後のセパレータ４、５の表面４ａ、５ａに発泡性スラリー６０を直接塗工するようにしてもよい。
【００７７】
（多孔質板の製造方法の第２の実施の形態）
次ぎに、本発明の多孔質板の製造方法の第２の実施の形態（請求項９に記載の発明に対応）を、図４を参照して説明する。
この多孔質板の製造方法の第２の実施の形態は、上記多孔質板６を製造する方法に係るものであり、まず、図４に示すように、上述した組成の発泡性スラリー６０を製造した後、当該発泡性スラリー６０をドクターブレード法を用いた成形装置Ｙによって、後述するキャリヤシート７上に塗工し、発泡、乾燥させる。
【００７８】
上記成形装置Ｙは、図４に示すように、キャリヤーシート７、ドクターブレード８、ホッパ９、予備乾燥室１０ａ、恒温・高湿度槽１０、乾燥槽１１、キャリヤシート７の巻き出しリール１２、同キャリヤシート７の巻取リール１３、同キャリヤシート７の支持ロール１４、１５を備えた構成になっている。なお、上記予備乾燥室１０ａは、必要に応じて設けるように構成してもよい。
上記キャリヤーシート７は、必要に応じて、ＰＥＴ製のシートで構成し、例えば酸素ガス中プラズマ処理を行うことにより、水との接触角を２０〜７０度に調製することによって親水性の調整が図られている。
【００７９】
上記発泡性スラリー６０の塗工に際しては、ホッパ９に投入された発泡性スラリー６０を、巻き出しリール１２から連続的に繰り出されるキャリヤシート７の上面に連続的に供給する。これにより、発泡性スラリー６０はドクターブレード８によって薄く延ばされてキャリヤシート７上に均一な厚さに塗工される。
【００８０】
そして、発泡性スラリー６０が塗工されたキャリヤシート７を、まず必要に応じて予備乾燥室１０ａ内を通過させた後、恒温・高湿度槽１０内を連続的に移動させることによって、湿度が７５〜９５％、温度が３０〜４０℃、滞留時間が１０〜２０分の条件の下で上記発泡性スラリー６０をスポンジ状に発泡させる。さらに、乾燥槽１１を連続的に移動させることによって、温度が５０〜７０℃、滞留時間が５０〜７０分の条件の下で乾燥させてキャリヤシート７上にスポンジ状グリーン板６１を成形する。このグリーン板６１の厚さは、例えば約０．３ｍｍである。
【００８１】
この場合、グリーン板６１は、互いに連通する三次元網目状の複数の空孔６ａを有するとともに、キャリヤシート７の上面側の面である下面に開口する各穴６ｂの間がキャリヤシート７の上面に沿って面一状の平面状に形成された面状部６ｃとなる。また、グリーン板６１の上面にも、上記下面と同様に穴６ｂおよび面状部６ｃが形成される。
【００８２】
そして、グリーン板６１をキャリヤシート７上に載置した状態において、連続的にスキン圧延（図示せず）してグリーン板６１の平坦性および厚さの均一性の向上を図った後、当該グリーン板６１をキャリヤシート７から分離する。
【００８３】
次ぎに、グリーン板６１の面状部６ｃをセパレータ５の素材金属板（図示せず）の少なくとも一方の表面（接触面）に重ね、この重ねられた複合板をジルコニア製の平板状圧縮部材（図示せず）の間に挟んで、上記複合板に対して１０〜１００ｇ／ｃｍ^２の押圧力が作用するように荷重を加える。これにより、グリーン板６１の面状部６ｃは素材金属板の表面に所定の圧力で押し付けられた状態になる。
【００８４】
そして、上記平板状圧縮部材によって押圧された複合板に対して、真空中において、４５０〜６５０℃、２５〜３５分の条件の下で、グリーン板６１におけるバインダー成分を除去する脱脂を行い、さらに真空中において、１２００〜１３００℃、５０〜７０分の条件の下に保持することにより、グリーン板６１から多孔質板６を焼成するとともに、面状部６ｃを素材金属板の表面に拡散接合する。
【００８５】
その後、多孔質板６を有する素材金属板を所定の大きさに切断することにより、所定の大きさのセパレータ４、５の各の表面４ａ、５ａに接合された例えば０．１５ｍｍの厚さの多孔質板６を得ることができる。
【００８６】
上記のように構成された多孔質板の製造方法においては、グリーン板６１を素材金属板に押し付けながら、当該素材金属板およびグリーン板６１を加熱することによって、グリーン板６１を多孔質板６に焼成することができるとともに面状部６ｃを素材金属板に拡散接合することができる。したがって、グリーン板６１を単独で焼成して多孔質板６を得た後に、当該多孔質板６を素材金属板に拡散接合する場合に比べて、製造工程の簡素化、製造時間の短縮等を図ることができる。
【００８７】
また、この場合も、グリーン板６１を素材金属板の表面に押し付けながら焼結しているので、多孔質板６に割れが生じるのを防止することができるとともに、面状部６ｃと素材金属板との拡散接合を速やかに行わせることができる。
【００８８】
（多孔質板の製造方法の第３の実施の形態）
次ぎに、本発明の多孔質板の製造方法の第３の実施の形態（請求項７または８に記載の発明に対応）を説明する。
この多孔質板の製造方法の第３の実施の形態は、上記多孔質板６を製造する方法に係るものである。ただし、上述した組成の発泡性スラリー６０をドクターブレード法を用いた成形装置Ｙによってキャリヤシート７上に塗工し、発泡、乾燥させるまでの工程は上記第２の実施の形態と同一である。
【００８９】
すなわち、キャリヤシート７上でグリーン板６１を連続的にスキン圧延した後、グリーン板６１をキャリヤシート７から分離するまでの工程は、上記第２の実施の形態と同一であるので説明を省略する。
【００９０】
そして、この第３の実施の形態では、上記キャリヤシート７から分離したグリーン板６１に対して、真空中において、４５０〜６５０℃、２５〜３５分の条件の下で、グリーン板６１におけるバインダー成分を除去する脱脂を行い、さらに真空中において、１２００〜１３００℃、５０〜７０分の条件の下に保持することにより、グリーン板６１から多孔質板６を焼成する。この焼結後の多孔質板６は、厚さが約０．２ｍｍである。
【００９１】
この多孔質板６をスキン圧延することにより平坦性および厚さの均一性の向上を図る。
以上により、表面６Ａ、６Ｂに穴６ｂおよび面状部６ｃを有する平板状の多孔質板６が完成する。
【００９２】
また、上記多孔質板６をセパレータ５の素材金属板に接合する場合には、次のようにして行う。
まず、多孔質板６をセパレータ４、５の素材金属板の少なくとも一方の表面（接触面）に重ね、この重ねられた複合板をジルコニア製の平板状圧縮部材（図示せず）の間に挟んで、当該複合板に対して１０〜１００ｇ／ｃｍ^２の押圧力が作用するように荷重を加える。これにより、多孔質板６の面状部６ｃが素材金属板の表面に所定の圧力で押し付けられた状態になる。
【００９３】
そこで、真空中において、１１５０〜１３００℃、３０分間〜５時間の条件の下に保持することにより、多孔質板６の面状部６ｃを素材金属板の表面に拡散接合する。
【００９４】
その後、多孔質板６が接合された素材金属板を所定の大きさに切断することにより、所定の大きさのセパレータ４、５の各表面４ａ、５ａに接合された例えば約０．１８ｍｍの厚さの多孔質板６を得ることができる。
【００９５】
上記のように構成された多孔質板の製造方法においては、互いに連通する三次元網目状の複数の空孔６ａを有し、表面６Ａ、６Ｂに穴６ｂおよび面状部６ｃを有し、かつ粉末焼結金属で形成された多孔質板６を簡単に成形することができる。すなわち、屈曲性や強度性に優れ、かつ種々の大きさ、形状等の多孔質板６を簡単に製造することができる。
【００９６】
また、多孔質板６を素材金属板の表面に押し付けながら加熱することにより、多孔質板６の面状部６ｃと素材金属板の表面とを速やかに拡散接合することができる。そして、この場合、多孔質板６がすでに焼成されていて収縮することがないので、多孔質板６を押圧する荷重等の管理を厳密に行わなくても多孔質板６に割れが生じるのを防止することができる。
【００９７】
なお、上記のように多孔質板６を予め焼成した後に、セパレータ４、５の素材金属板に接合する場合には、そのセパレータ５としては、図５に示すように、それぞれの表面４ａ、５ａに溝４ｂ、５ｂを有するものを用いることも可能である。
【００９８】
また、穴６ｂとして円形状のものを示したが、上述した発泡によって長円形（楕円形）その他の環状形状の穴が形成されることもあり得る。しかし、このような環状形状の穴であって、その穴の周囲に面状部が形成されるので、接触対象物との接触面積を向上させる上で問題ない。
【００９９】
さらに、面状部６ｃとして面一状の平面状に形成したものを示したが、この面状部６ｃは接触対象物の表面に合う形状、例えば曲面状に形成したものであってもよい。ただし、面状部６ｃが平面状であっても、多孔質板６自体が柔軟性を有しているので、例えば円筒面状に湾曲する接触対象物の表面にも面状部６ｃを小さな圧力で容易に変形させて密接させることができる。
【０１００】
【実施例】
次ぎに、本発明の実施例を説明する。図６は、本発明の実施例を示す顕微鏡写真であって、上記多孔質板の製造方法の第３実施の形態で示した多孔質板の面状部とセパレータの表面との拡散接合の状態について示したものである。この図において、下方に位置する水平に配置されたものがセパレータであり、このセパレータの表面（上面）に、多孔質板における平面状の面状部が拡散接合されている。
また、図７は、比較例を示す顕微鏡写真であって、従来の多孔質板とセパレータの表面との拡散接合状態を示したものである。この図において、下方に位置する水平に配置されたものがセパレータであり、このセパレータの表面（上面）に、多孔質板における三角形状に突出した部分が拡散接合されている。
【０１０１】
本発明の実施例においては、多孔質板の表面に面状部が形成されていることから、この面状部がセパレータの表面に面状に当接した状態で拡散接合されていることが確認できる。
一方、比較例は、多孔質板の表面が不規則な形状の凹凸によって形成されていることから、その凸部の先端部がセパレータの表面に点状に当接した状態で拡散接合されていることが確認できる。
したがって、本発明の実施例を採用することにより、多孔質板とセパレータとの間の電気抵抗を比較例に比べて格段に低減することができる。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜６に記載の多孔質板によれば、少なくとも一方の表面に開口する複数の穴の周囲が面状部によって面状の広がりを有するように形成されているので、その面状部を接触対象物の接触面に接触させることによって、当該接合対象物との接触面積の増大を図ることができる。しかも、多孔質状に形成されていることから屈曲性等の柔軟性に優れており、各位置の面状部を、凹凸を有する接触対象物の接触面に当接させるべく小さな変形圧力で容易に変形させることができる。
【０１０３】
したがって、接触対象物との接触面積を容易に増大させることができるので、その接触部の電気抵抗や熱抵抗の低減を容易に図ることができる。
【０１０４】
請求項２に記載の多孔質板によれば、各穴が円形状および／または長円形状に形成されているので、面状部の面積を極力大きくすることができる。したがって、接触対象物との接触面積の増大を図ることができる。
【０１０５】
請求項３に記載の多孔質板によれば、面状部が面一状に形成されているので、接触対象物の接触面が平滑な面の場合に、接触面積の向上を図る上で特に有効である。ただし、屈曲が容易であることから、円筒面等の滑らかに湾曲する面に対しても接触面積の向上を図ることができる。
【０１０６】
請求項４に記載の多孔質板によれば、表面側の全面積に対する面状部の面積の占める割合が３０〜８０％になっているので、屈曲性等の柔軟性に優れ、かつ接触面積の十分大きなものを得ることができる。
【０１０７】
請求項５に記載の多孔質板によれば、空孔の平均孔径が２０〜１０００μｍ、気孔率が４０〜９９容量％、厚さが２５〜１０００μｍに形成されているので、十分な屈曲性等の柔軟性が得られるとともに、強度的にも優れたものを得ることができる。
【０１０８】
請求項６に記載の多孔質板によれば、金属粉末を少なくともバインダーおよび発泡剤と混合してなる発泡性スラリーを原料として焼成された粉末焼結金属によって形成されているので、大きさ、形状等の異なるものを自由に成形することができるとともに、屈曲性等の柔軟性に優れかつ強度的にも優れたものを得ることができる。
【０１０９】
請求項７に記載の多孔質板の製造方法によれば、屈曲性等の柔軟性に優れているとともに強度的にも優れ、かつ大きさ、形状等の異なる多孔質板を簡単に製造することができる。
【０１１０】
請求項８に記載の多孔質板の製造方法によれば、面状部を接触対象物の接触面に押し付けながら加熱しているので、面状部と接触対象物とを速やかに拡散接合することができる。しかも、グリーン板を焼成した後の粉末焼結金属となった多孔質板を接触対象物に拡散接合しているので、その接合の際に多孔質板が収縮することがなく、当該多孔質板に亀裂等が生じるのを防止することができる。
【０１１１】
請求項９に記載の多孔質板の製造方法によれば、グリーン板を接触対象物に押し付けながら、接触対象物およびグリーン板を加熱することによって、グリーン板を焼成するとともに面状部を介して接触対象物に拡散接合しているので、グリーン板を単独で焼成する工程を省くことができる。したがって、製造工程の簡素化、製造時間の短縮等を図ることができる。また、グリーン板を接触対象物の接触面に押し付けながら加熱しているので、焼成後の多孔質板に亀裂等が入るのを防止することができる。
【０１１２】
請求項１０に記載の多孔質板の製造方法によれば、発泡性スラリーを接触対象物に直接塗工して、グリーン板を成形するとともに、当該グリーン板を焼成しているので、グリーン板をキャリヤシートから接触対象物上に移動する等の工程を省くことができる。したがって、接触対象物に接合された多孔質板の製造能率の向上を図ることができる。しかも、グリーン板を接触対象物の接触面に押し付けながら加熱して多孔質板に焼成しているので、当該多孔質板に亀裂等が生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の多孔質板の一実施の形態を示す図であって、当該多孔質板を備えた固体高分子型燃料電池の単位セルを示す断面説明図である。
【図２】同多孔質板の要部斜視図である。
【図３】この発明の多孔質板の製造方法の第１の実施の形態において使用する成形装置の説明図である。
【図４】この発明の多孔質板の製造方法の第２の実施の形態において使用する成形装置の説明図である。
【図５】この発明の多孔質板の製造方法の第３の実施の形態において製造した多孔質板を備えた固体高分子型燃料電池の単位セルを示す断面図である。
【図６】この発明の実施例を示す図であって、多孔質板の面状部とセパレータとの拡散接合状態を示す顕微鏡写真である。
【図７】この発明の実施例に対する比較例を示す図であって、従来の多孔質板とセパレータとの拡散接合状態を示す顕微鏡写真である。
【符号の説明】
４、５セパレータ（接触対象物）
４ａ、５ａ表面（接触面）
６多孔質板
６ａ空孔
６ｂ穴
６ｃ面状部
７キャリヤシート
６０発泡性スラリー
６Ａ、６Ｂ表面
Ｘ、Ｙ成形装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a porous plate having a plurality of three-dimensional mesh holes, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
For example, when considering a contact surface of an electric or heat conducting member, it is generally difficult to physically make contact on all surfaces because there are some irregularities on the surface. For this reason, the electrical resistance or the thermal resistance at the contact surface becomes extremely large as it is as compared with the physical properties of the material of each member. In order to reduce these resistances, it can be improved by applying pressure to each member that contacts each other, for example, with a bolt or the like. In this case, the above-described resistance can be reduced by applying a pressure higher than the proof stress to the contact portion of each member and causing the contact portion to undergo plastic deformation to increase the contact area.
[0003]
However, since it is extremely difficult to apply a constant pressure to the entire contact surface, there is a problem that it is difficult to reduce the electric resistance and the thermal resistance at the contact surface.
[0004]
In order to solve this problem, an attempt has been made to sandwich a metal porous plate (porous sheet) on the contact surface to improve the electrical connection (for example, see Patent Documents 1 and 2).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-53-61083
[Patent Document 2]
JP-A-56-48079
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, as shown in FIG. 1 of Patent Document 1, the metal porous plate has a structure in which a metal skeleton has pores. It has a shape that protrudes as it is and has irregular irregularities.
Therefore, although electrical conduction can be obtained with a relatively low load, the number of contact points is small and a satisfactory low resistance value has not been obtained.
[0007]
For this reason, the inventors have conducted intensive research and development in order to reduce the above-mentioned resistance. As a result, the porous area having a large contactable area and a structure that is easily adapted to the surface of the member to be contacted. The board was found and led to the present invention.
[0008]
The present invention has been obtained by the above research and development, and has as its object to provide a porous plate capable of reducing the electric resistance and thermal resistance of a contact portion with a contact object and a method for manufacturing the same. .
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the porous plate according to claim 1 is constituted by a continuous powder sintered structure having a plurality of three-dimensional mesh-like pores communicating with each other formed by a foaming action, On one surface, a plurality of holes communicating with the holes are opened, and the periphery of the holes is formed by a planar portion.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the porous plate according to the first aspect, the hole is formed in a circular shape and / or an elliptical shape.
[0011]
A third aspect of the present invention is the porous plate according to the first or second aspect, wherein the planar portion is formed to be flush.
[0012]
In the porous plate according to the fourth aspect, in the invention according to any one of the first to third aspects, the ratio of the area of the planar portion to the total area of the front surface side is 30 to 80%. It is characterized by having.
[0013]
In the porous plate according to claim 5, in the invention according to any one of claims 1 to 4, the average pore diameter of the pores is formed to 20 to 1000 µm, and the porosity is formed to 40 to 99% by volume. , And is formed to have a thickness of 25 to 1000 μm.
[0014]
In the method for producing a porous plate according to claim 6, in the invention according to any one of claims 1 to 5, firing is performed using a foamable slurry obtained by mixing a metal powder with at least a binder and a foaming agent as a raw material. It is characterized by being formed of a sintered powder metal.
[0015]
The method for producing a porous plate according to claim 7 is the method for producing a porous plate according to any one of claims 1 to 6, wherein the metal powder is mixed with at least a binder and a foaming agent to form a foam. A slurry is produced, the foamable slurry is applied to a predetermined thickness on a carrier sheet by a doctor blade method, and the foamable slurry after the application is foamed on the carrier sheet and dried. A plurality of three-dimensional mesh-shaped holes communicating with each other are provided, and holes communicating with the holes are opened at least on the surface on the carrier sheet side, and the periphery of the holes spreads along the upper surface of the carrier sheet. A green plate having a planar portion is formed, and the green plate is fired.
[0016]
The method for producing a porous plate according to claim 8 is the method for producing a porous plate according to any one of claims 1 to 6, wherein the metal powder is mixed with at least a binder and a foaming agent to form a foam. A slurry is produced, the foamable slurry is applied to a predetermined thickness on a carrier sheet by a doctor blade method, and the foamable slurry after the application is foamed on the carrier sheet and dried. A plurality of three-dimensional mesh-shaped holes communicating with each other are provided, and holes communicating with the holes are opened at least on the surface on the carrier sheet side, and the periphery of the holes spreads along the upper surface of the carrier sheet. After forming a green plate having a planar portion and firing the green plate, heating while pressing the fired planar portion against a contact surface of a contact object is performed. More, it is characterized by being diffusion bonded to the contact object through the planar portion.
[0017]
The method for producing a porous plate according to claim 9 is the method for producing a porous plate according to any one of claims 1 to 6, wherein the metal powder is mixed with at least a binder and a foaming agent to form a foam. A slurry is produced, the foamable slurry is applied to a predetermined thickness on a carrier sheet by a doctor blade method, and the foamable slurry after the application is foamed on the carrier sheet and dried. A plurality of three-dimensional mesh-shaped holes communicating with each other are provided, and holes communicating with the holes are opened at least on the surface on the carrier sheet side, and the periphery of the holes spreads along the upper surface of the carrier sheet. A green plate having a planar portion is formed, and the planar portion of the green plate is overlapped on a contact surface of a contact object, and the green plate is pressed against the contact object. Only while, by heating the contact object and green plate, through the planar portion while firing the green plate is characterized by being diffusion bonded to the contact object.
[0018]
The method for producing a porous plate according to claim 10 is the method for producing a porous plate according to any one of claims 1 to 6, wherein the metal powder is mixed with at least a binder and a foaming agent to form a foam. A slurry is produced, the foamable slurry is applied to a predetermined thickness on a contact surface of a contact object by a doctor blade method or screen printing, and the foamable slurry after this coating is foamed and then dried. Having a plurality of three-dimensional mesh-shaped holes communicating with each other, a hole communicating with the hole is opened at least on the surface on the contact surface side of the contact object, the periphery of the hole is the contact object A green plate having a planar portion extending along the contact surface is formed, and while the green plate is pressed against the contact surface of the contact object, the contact object and the green plate are added. By, through the planar portion while firing the green plate is characterized by being diffusion bonded to the contact object.
[0019]
In the porous plate according to claims 1 to 6, since the periphery of the plurality of holes opened on at least one surface is formed so as to have a planar spread by the planar portion, the planar portion is formed. By bringing the contact object (the member to be contacted) into contact with the contact surface, the contact area with the joining object can be increased. Moreover, since it is formed in a porous shape, it has excellent flexibility such as flexibility, and can be easily applied with a small deformation pressure so that the planar portion at each position can be brought into contact with the contact surface of a contact object having irregularities. Can be transformed into
[0020]
Therefore, the contact area with the contact object can be easily increased, so that the electrical resistance and the thermal resistance of the contact portion can be easily reduced.
[0021]
In addition, since the above resistance can be reduced, it can be used as a contact material for lowering the contact resistance, for example, as a spacer for joining bus bars. Further, it can be inserted into a connection surface between a heat-dissipating surface requiring cooling and a heat-dissipating fin, or can be used as a gas diffusion electrode of a fuel cell described later.
[0022]
In the porous plate according to the second aspect, since each hole is formed in a circular shape and / or an elliptical shape, the area of the planar portion can be made as large as possible. Therefore, it is possible to increase the contact area with the contact target.
[0023]
In the porous plate according to the third aspect, since the planar portion is formed to be flush, it is particularly effective in improving the contact area when the contact surface of the contact object is a smooth surface. It is. However, since it is easy to bend, the contact area can be improved even on a smoothly curved surface such as a cylindrical surface.
[0024]
In the porous plate according to the fourth aspect, since the ratio of the area of the planar portion to the total area of the front surface side is 30 to 80%, the porous plate is excellent in flexibility such as flexibility and the contact area. You can get something big enough.
[0025]
The reason for setting the above ratio to 30 to 80% is that if the ratio is less than 30%, the area of the planar portion becomes small, so that a sufficient contact area with the contact object cannot be obtained. Is high, and sufficient flexibility such as flexibility cannot be obtained.
[0026]
In the porous plate according to the fifth aspect, the average pore diameter of the pores is 20 to 1000 μm, the porosity is 40 to 99% by volume, and the thickness is 25 to 1000 μm. Flexibility can be obtained, and also excellent in strength can be obtained.
[0027]
The reason why the average pore diameter of the pores is set to 20 to 1000 μm is that it is difficult to make the average pore diameter less than 20 μm even with the latest technology. This is because the contact resistance value with the contact object may not be stable.
[0028]
Further, the porosity is set to 40 to 99% by volume because if it is less than 40% by volume, although the strength is improved, the bending rigidity is increased and sufficient flexibility cannot be obtained. %, The strength may be insufficient.
[0029]
Furthermore, the reason why the thickness is set to 25 to 1000 μm is that if the thickness is less than 25 μm, flexibility such as flexibility is sufficiently obtained, but strength may be insufficient. This is because sufficient flexibility cannot be obtained.
[0030]
In the porous plate according to the sixth aspect, since the porous plate is formed of powder sintered metal fired using a foamable slurry obtained by mixing a metal powder with at least a binder and a foaming agent, the size, shape, etc. Can be freely molded, and a material having excellent flexibility such as flexibility and excellent strength can be obtained.
[0031]
In the method for producing a porous plate according to claim 7, the foamable slurry is applied to a predetermined thickness on a carrier sheet by a doctor blade method, and the foamable slurry is foamed. Bubbles are formed by vaporization of the foaming agent contained therein, and a slurry containing a metal powder is aggregated around the bubbles to form a skeleton portion after firing. Since the bubbles are distributed three-dimensionally and arranged so as to be in contact with each other, and since the bubbles try to expand into a spherical shape, the skeleton has a three-dimensional network structure having interconnected pores having a substantially spherical shape.
[0032]
On the carrier sheet side (lower side), since the foaming agent tries to expand into a spherical shape, a plurality of substantially circular holes communicating with the pores are formed on the surface. Here, the portion where the air bubbles are not in contact forms a flat planar portion along the carrier sheet surface, and the air bubble portion becomes a hole.
Here, by adjusting the wettability between the carrier sheet and the foamable slurry, the area of the planar portion can be adjusted.
[0033]
On the other hand, on the surface of the green plate on the opposite side (upper side) to the carrier sheet, bubbles are formed so as to protrude from the surface of the coated slurry, but the slurry containing the metal powder protrudes from the surface due to surface tension. Instead, the particles are aggregated on the surface, so that a planar portion is formed around each protruding pore and spreads in a planar manner, and the protruding pore portion becomes a hole communicating with the pore.
Here, for example, after coating with a doctor blade, by changing the preheating temperature, it is possible to change the viscosity and surface tension of the slurry surface and adjust the area of the planar portion.
[0034]
Then, by sintering the green plate, a porous plate formed of powdered sintered metal can be obtained.
Therefore, it is possible to easily produce a porous plate having excellent flexibility and strength and different sizes, shapes, and the like.
[0035]
In the method for manufacturing a porous plate according to claim 8, after firing the green plate, the baked planar portion is heated while being pressed against the contact surface of the contact object, so that the green plate is baked through the planar portion. A porous plate formed by diffusion bonding to a contact object can be easily manufactured.
[0036]
In this case, since the planar portion is heated while being pressed against the contact surface of the contact object, the planar portion and the contact object can be quickly diffusion bonded. In addition, since the porous plate that has become the powder sintered metal after firing the green plate is diffusion bonded to the contact object, the porous plate does not shrink during the bonding, and the porous plate does not shrink. Cracks or the like can be prevented.
[0037]
In the method for manufacturing a porous plate according to the ninth aspect, by heating the contact target and the green plate while pressing the green plate against the contact target, the green plate is fired and the contact is made via the planar portion. Since it is diffusion bonded to the object, the step of firing the green plate alone can be omitted. Therefore, it is possible to simplify the manufacturing process, shorten the manufacturing time, and the like.
[0038]
In addition, since the green plate is heated while being pressed against the contact surface of the contact object, it is possible to prevent cracks or the like from entering the fired porous plate.
[0039]
In the method for manufacturing a porous plate according to claim 10, since the foaming slurry is directly applied to the contact object to form the green plate and the green plate is baked, the green plate is used as a carrier. Steps such as moving from the sheet onto the contact target can be omitted. Therefore, it is possible to improve the production efficiency of the porous plate joined to the contact object. In addition, since the green plate is heated and baked into the porous plate while being pressed against the contact surface of the contact object, it is possible to prevent the porous plate from being cracked.
[0040]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the porous plate of the present invention is applied to a gas diffusion layer (gas diffusion electrode) of a fuel cell and an embodiment of a method for manufacturing the porous plate will be described with reference to the drawings.
[0041]
(One embodiment of a porous plate)
One embodiment in which the porous plate of the present invention is applied to a gas diffusion layer of a fuel cell (corresponding to the invention described in claims 1 to 6) will be described with reference to FIGS.
[0042]
First, the fuel cell will be described. As shown in FIG. 1, this fuel cell is constituted by a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) in which a plurality of unit cells U are stacked. In each unit cell U, catalyst layers 2 and 3 are laminated on both sides of a solid polymer electrolyte membrane 1, and a porous plate 6 as a gas diffusion layer is formed on the outer surface of each of the catalyst layers 2 and 3. Further, the separators 4 and 5 are laminated. Each unit cell U is stacked by overlapping or sharing the separators 4 (5) with each other, and is connected by bolts communicating with positions corresponding to the four corners of the separators 4 and 5. It has become.
[0043]
The electrolyte membrane 1 has a thickness of, for example, about 0.1 mm.
The catalyst layers 2 and 3 are formed of porous carbon paper having Pt-supported carbon black A as a catalyst. Further, the catalyst layers 2 and 3 may be directly applied to the porous plate 6 in a slurry state.
[0044]
The separators 4 and 5 have a function as a partition for dividing the unit cells U, and also have a function as an electrode. In this example, one separator 4 is used as an anode (fuel electrode), and the other separator 5 is used as a cathode (oxidant electrode).
[0045]
The fuel is supplied to the porous plate 6 on the one separator 4 side, and the oxidizing gas is supplied to the porous plate 6 on the other separator 5 side. I have. As the fuel, for example, almost 100% hydrogen gas, natural gas, aqueous methanol solution, or the like is used. Air is generally used as the oxidizing gas.
[0046]
In the fuel cell configured as described above, electric energy can be generated by a chemical reaction as shown in FIG. In this case, hydrogen (H ₂ ) Is a hydrogen ion (H ⁺ ) And electrons (e ⁻ ) Occurs. That is,
H ₂ → 2H ⁺ + 2e ⁻ … (1)
It becomes.
[0047]
The hydrogen ions move to the catalyst layer 3 side in the electrolyte membrane 1 and are used by the action of the catalyst A to reduce the oxygen supplied to the catalyst layer 3 together with the electrons supplied from the external electric circuit. That is,
1 / 2O ₂ + 2H ⁺ + 2e ⁻ → H ₂ O ... (2)
Produces an electrochemical reaction of water. Then, electrons on one catalyst layer 2 side flow to, for example, an external load via one porous plate 6 and the separator 4, and further flow to the catalyst layer 3 side via the other separator 5 and the porous plate 6. Therefore, this can be used as electric energy.
The electrochemical reaction mainly occurs at the boundary between the electrolyte membrane 1 and the other catalyst layer 3.
[0048]
Each of the separators 4 and 5 is formed of a stainless steel (for example, SUS316L) as a corrosion-resistant metal into a rectangular flat plate having a thickness of, for example, 0.2 mm.
[0049]
The porous plate 6 is formed by foaming and sintering using a powder of stainless steel (for example, SUS316L) as a corrosion-resistant metal, and has a continuous three-dimensional mesh-like hole 6a communicating with each other. It is formed in a plate shape by a powder sintering structure.
[0050]
One surface 6A of the porous plate 6 is formed by a planar portion 6c in which a plurality of holes 6b communicating with the holes 6a are opened, and the periphery of each hole 6b spreads in a plane. . Each hole 6b is formed in a substantially circular shape and has a smaller diameter than the diameter of the internal hole 6a.
[0051]
The porous plate 6 is diffusion-bonded to the respective surfaces (contact surfaces) 4a and 5a of the separators 4 and 5 as contact objects via the planar portion 6c. However, the porous plate 6 may be pressed by the axial force of the bolt connecting the unit cells U without joining the planar portion 6c to the surfaces 4a, 5a of the separators 4, 5, respectively. Good.
[0052]
Further, the ratio of the area of the planar portion 6c to the total area of the surface 6A of the porous plate 6 is 30 to 80%. The pores 6a have an average pore diameter of 20 to 1000 μm, a porosity of 40 to 99% by volume, and a thickness of 25 to 1000 μm.
[0053]
The other surface 6B of the porous plate 6 is formed in the same manner as the one surface 6A, and its planar portion 6c fits into the relatively flexible catalyst layer 3, and has a conductive property with the catalyst layer 3. The performance is improved. However, the other surface 6B of the porous plate 6 may not have the planar portion 6c and may be formed in an uneven shape. Also in this case, the convex portion of the surface 6B fits the relatively flexible catalyst layer 3, and the conductivity with the catalyst layer 3 is not impaired.
[0054]
The porous plate 6 uses the above-mentioned stainless steel powder as a raw material powder (metal powder), this raw material powder is 40 to 60% by weight, methylcellulose as a water-soluble resin binder is 5 to 15% by weight, and a surfactant is used. 1 to 3% by weight of an alkylbenzene sulfonate as a foaming agent, 0.5 to 3% by weight of a hexane as a foaming agent, and water and unavoidable impurities as the foaming slurry 60 (FIG. 1). 3) as a raw material. The raw material powder has a mean particle size of about 10 μm.
[0055]
In the porous plate 6 configured as described above, the space between the holes 6a opened on the surfaces 6A and 6B is formed by the planar portion 6c so as to be flush with each other. The whole can be uniformly and surely diffusion-bonded to the respective surfaces 4a, 5a of the separators 4, 5, thereby reducing the electrical resistance of the junction between the separators 4, 5 and the porous plate 6. Can be. Further, since the holes 6b are formed in a circular shape, the area of the planar portion 6c can be made as large as possible.
Even when the planar portion 6c is not diffusion-bonded to the surfaces 4a and 4b as described above, the porous plate 6 has flexibility because it is porous, and the entire planar portion 6c has Is brought into close contact with the surfaces 4a, 5a of the separators 4, 5 with a small pressure, so that the contact resistance can be reduced.
[0056]
In addition, since the ratio of the area of the planar portion 6c to the total area of the surface 6A or the surface 6B is 30 to 80%, the flowability of the fluid can be maintained in a good state, and the flexibility and the like can be maintained. It is possible to obtain a porous plate 6 having excellent flexibility and a sufficiently large contact area.
[0057]
Here, the reason why the ratio is set to 30 to 80% is that if the ratio is less than 30%, the area of the planar portion 6c is small, so that a sufficient contact area with the contact object cannot be obtained. This is because the opening area of the hole 6b on the surface 6B becomes too small, so that the flowability to the catalyst layers 2 and 3 decreases, and the bending rigidity increases, and the flexibility decreases.
[0058]
In addition, since the average diameter of the pores 6a is 20 to 1000 μm, the porosity is 40 to 99% by volume, and the thickness is 25 to 1000 μm, the flowability of the fluid can be maintained in a good state. In addition, flexibility such as sufficient flexibility can be obtained, and excellent strength can be obtained.
[0059]
Here, the reason why the average pore diameter of the pores 6a is set to 20 to 1000 μm is that it is difficult to make the average pore diameter smaller than 20 μm even with the latest technology. Is increased, and the contact resistance value between the separators 4 and 5 may not be stable.
[0060]
The reason why the porosity is 40 to 99% by volume is that if the porosity is less than 40% by volume, although the strength is improved, the flexural rigidity is increased, and sufficient flexibility such as flexibility cannot be obtained. If the content exceeds 99% by volume, the strength may be insufficient.
[0061]
The reason for setting the thickness to 25 to 1000 μm is that if the thickness is less than 25 μm, sufficient flexibility such as flexibility can be obtained, but the flowability of the fluid is reduced and the strength may be insufficient. This is because if it is excessive, the bending stiffness becomes high and sufficient flexibility cannot be obtained.
[0062]
Further, since the porous plate 6 is formed of a powdered sintered metal fired from the foamable slurry 60 as a raw material, it is possible to freely form a plate having a different size, shape, and the like, and to have flexibility. It is possible to obtain a material having excellent flexibility and sufficiently large strength.
[0063]
In the above-described embodiment, an example in which SUS316L made of stainless steel is used as the raw material powder of the separator 5 and the foamable slurry 60 has been described. Other corrosion resistant alloys such as Hastelloy (registered trademark) may be used.
[0064]
(First Embodiment of Manufacturing Method of Porous Plate)
Next, a first embodiment (corresponding to the invention according to claim 10) of the method for manufacturing a porous plate of the present invention will be described with reference to FIGS.
The first embodiment of the method for manufacturing a porous plate relates to a method for manufacturing the porous plate 6. First, as shown in FIG. 3, a foamable slurry 60 having the above-described composition is manufactured. After that, the foamable slurry 60 is applied onto the material metal plate 51 of the separator 5 by a molding apparatus X using a doctor blade method, and foamed and dried. The material metal plate 51 is formed in a belt-like shape, and is formed into separators 4 and 5 having various sizes by being cut into a predetermined size.
[0065]
As shown in FIG. 3, the molding apparatus X includes a doctor blade 8, a hopper 9 for foamed slurry 60, a preliminary drying chamber 10a, a constant temperature / high humidity chamber 10, a drying chamber 11, an unwinding reel 12 for a material metal plate 51, The structure is provided with support rolls 14 and 15 of the same material metal plate 51. The preliminary drying chamber 10a may be configured to be provided as needed.
When the foaming slurry 60 is applied, the foaming slurry 60 supplied to the hopper 9 is continuously supplied to the upper surface (contact surface) of the material metal plate 51 continuously fed from the unwinding reel 12. As a result, the foamable slurry 60 is thinly spread by the doctor blade 8 and applied to the material metal plate 51 to a uniform thickness.
[0066]
Then, the material metal plate 51 coated with the foaming slurry 60 is first passed through the predrying chamber 10a as necessary, and then continuously moved in the constant temperature / high humidity bath 10 to obtain the humidity. The foamable slurry 60 is foamed into a sponge under the conditions of 75 to 95%, a temperature of 30 to 40 ° C., and a residence time of 10 to 20 minutes. Further, by continuously moving the drying tank 11, the drying is performed under the conditions of a temperature of 50 to 70 ° C. and a residence time of 50 to 70 minutes, and the sponge-like green plate 61 is formed on the material metal plate 51. . The thickness of the green plate 61 is, for example, about 0.3 mm.
[0067]
In this case, the green plate 61 has a plurality of three-dimensional mesh-shaped holes 6a communicating with each other, and the space between the holes 6b opened on the upper surface side of the material metal plate 51 follows the upper surface of the material metal plate 51. The planar portion 6c is formed to be a flat planar surface. That is, bubbles are formed by vaporization of the foaming agent contained in the foamable slurry 60, and the slurry containing the metal powder aggregates around the bubbles, thereby forming a portion that becomes a skeleton after firing. Since the bubbles are distributed three-dimensionally and arranged so as to be in contact with each other, and since the bubbles try to expand into a spherical shape, the skeleton has a three-dimensional network structure having interconnected pores having a substantially spherical shape.
[0068]
Since the foaming agent attempts to expand into a spherical shape on the lower surface on the side of the material metal plate 52, a plurality of substantially circular holes 6b communicating with the bubbles are formed. Here, the portion where the air bubbles are not in contact forms a flat planar portion 6c along the surface of the material metal plate 52, and the air bubble portions become the holes 6a. Then, since one cross section of the bubble appears as the hole 6b on the surface, the diameter of the hole 6b is smaller than the diameter of the hole 6a communicating with the bubble.
Further, by adjusting the wettability between the raw metal plate 52 and the foamable slurry 60, the area of the planar portion 6c can be adjusted.
[0069]
On the other hand, on the upper surface of the green plate 61, which is the surface opposite to the material metal plate 52, bubbles are formed so as to protrude from the surface of the slurry on which the bubbles are applied. Since the particles are aggregated on the surface without protruding from the surface, a planar portion 6c that spreads planarly is formed around the protruding bubbles. In addition, the protruding portion of the bubble becomes a hole 6b communicating with the hole 6a by removing the bubble by drying. Also in this case, the diameter of the hole 6b is smaller than the diameter of the hole 6a for the same reason as described above.
Further, for example, by changing the preheating temperature after coating with the doctor blade 8, it is possible to adjust the area of the planar portion 6c by changing the viscosity and surface tension of the slurry surface.
[0070]
Then, the composite plate composed of the material metal plate 51 and the green plate 61 is continuously skin-rolled (not shown) to improve the flatness and uniformity of the thickness of the green plate 61, Cut to length.
Next, the composite plate formed into a predetermined size by cutting is sandwiched between zirconia-made flat compression members (not shown), and the composite plate is 10 to 100 g / cm. ² A load is applied so that the pressing force of. Thus, the planar portion 6c of the green plate 61 is pressed against the upper surface of the material metal plate 51 with a predetermined pressure. The pressing force is a value calculated simply by dividing the load by the total area of the green plate 61 on the side of the material metal plate 51. The flat compression member may be made of a material other than zirconia as long as it does not react with the raw metal plate 51 or the green plate 61.
[0071]
Then, the composite plate pressed by the flat compression member is degreased in a vacuum at 450 to 650 ° C. for 25 to 35 minutes to remove the binder component from the green plate 61, and further evacuated. In the inside, the porous plate 6 is fired from the green plate 61 and the planar portion 6c is diffusion-bonded to the upper surface of the material metal plate 51 by maintaining the temperature under the conditions of 1200 to 1300 ° C. and 50 to 70 minutes. .
[0072]
After that, the material metal plate 51 having the porous plate 6 is cut into a predetermined size, so that the material metal plate 51 having a thickness of, for example, 0.15 mm is joined to the surfaces 4a and 5a of the separators 4 and 5 having a predetermined size. A porous plate 6 is obtained.
[0073]
In the method for manufacturing a porous plate configured as described above, the foamable slurry 60 applied to the surfaces of the material metal plates 51 of the separators 4 and 5 is foamed and then dried to form an upper surface of the material metal plate 51. Forming the green plate 61 and sintering the green plate 61 to form the porous plate 6 and, at the same time, diffusion bonding the planar portion 6 c of the porous plate 6 to the upper surface of the material metal plate 51. Can be.
Then, by cutting the material metal plate 51 to which the porous plate 6 has been diffusion-bonded into a predetermined size, the porous plate 6 bonded to the separator 5 having a predetermined size can be obtained.
[0074]
Therefore, the application, foaming, drying, degreasing, sintering, bonding of the porous plate 6 to the material metal plate 51, and the like of the foamable slurry 60 can be performed on one material metal plate 51. Simplification, reduction of manufacturing time, and the like can be achieved. Therefore, the porous plate 6 can be easily manufactured, and the manufacturing cost of the porous plate 6 can be reduced.
[0075]
Further, since the green plate 61 is heated and baked into the porous plate 6 while being pressed against the surface of the material metal plate 51, the green plate 61 shrinks along the surface of the material metal plate 51 in the process of the calcination. Can be prevented. Therefore, it is possible to prevent the porous plate 6 from being cracked, and to improve the yield. In addition, by pressing the green plate 61 against the surface of the material metal plate 51, diffusion bonding between the planar portion 6c and the material metal plate 51 can be quickly performed.
[0076]
In the above embodiment, the foamable slurry 60 is applied to the material metal plate 51 by the doctor blade method. However, the foamable slurry 60 is applied to the material metal plate 51 by screen printing. It may be. In this case, after the foamable slurry 60 is applied onto the metal plate 51 of a predetermined size, the pre-drying is performed in the same manner as described above (the pre-drying is preferably performed as necessary), foaming, The porous plate 6 can be fired on the material metal plate 51 by performing drying, degreasing of a binder or the like, sintering, or the like. In the case of screen printing, the foamable slurry 60 may be directly applied to the surfaces 4a and 5a of the separators 4 and 5 after being formed into a predetermined size.
[0077]
(Second embodiment of a method for manufacturing a porous plate)
Next, a second embodiment (corresponding to the invention of claim 9) of the method for manufacturing a porous plate of the present invention will be described with reference to FIG.
The second embodiment of the method for manufacturing a porous plate relates to a method for manufacturing the porous plate 6. First, as shown in FIG. 4, a foamable slurry 60 having the above-described composition is manufactured. After that, the foamable slurry 60 is applied on a carrier sheet 7 described later by a molding apparatus Y using a doctor blade method, and foamed and dried.
[0078]
As shown in FIG. 4, the forming apparatus Y includes a carrier sheet 7, a doctor blade 8, a hopper 9, a preliminary drying chamber 10a, a constant temperature / high humidity chamber 10, a drying chamber 11, an unwinding reel 12 for the carrier sheet 7, The structure includes a take-up reel 13 for the carrier sheet 7 and support rolls 14 and 15 for the carrier sheet 7. The preliminary drying chamber 10a may be configured to be provided as needed.
If necessary, the carrier sheet 7 is made of a PET sheet, and the hydrophilicity is adjusted by adjusting the contact angle with water to 20 to 70 degrees by, for example, performing a plasma treatment in oxygen gas. It is planned.
[0079]
When the foaming slurry 60 is applied, the foaming slurry 60 charged into the hopper 9 is continuously supplied to the upper surface of the carrier sheet 7 continuously fed from the unwinding reel 12. Thereby, the foamable slurry 60 is thinly spread by the doctor blade 8 and applied to the carrier sheet 7 to have a uniform thickness.
[0080]
Then, the carrier sheet 7 coated with the foamable slurry 60 is first passed through the predrying chamber 10a as necessary, and then continuously moved in the constant temperature / high humidity bath 10 to reduce the humidity. The foamable slurry 60 is foamed into a sponge under the conditions of 75 to 95%, a temperature of 30 to 40 ° C, and a residence time of 10 to 20 minutes. Further, by continuously moving the drying tank 11, the drying is performed under the conditions of a temperature of 50 to 70 ° C. and a residence time of 50 to 70 minutes, and the sponge-like green plate 61 is formed on the carrier sheet 7. The thickness of the green plate 61 is, for example, about 0.3 mm.
[0081]
In this case, the green plate 61 has a plurality of three-dimensional mesh-like holes 6a communicating with each other, and a space between the holes 6b opened on the lower surface which is the upper surface of the carrier sheet 7 is provided between the upper surface of the carrier sheet 7 and the upper surface of the carrier sheet 7. Is a planar portion 6c formed in a flat plane along the plane. Also, holes 6b and planar portions 6c are formed on the upper surface of the green plate 61, similarly to the lower surface.
[0082]
Then, while the green plate 61 is placed on the carrier sheet 7, the skin is continuously rolled (not shown) to improve the flatness and the uniformity of the thickness of the green plate 61. The plate 61 is separated from the carrier sheet 7.
[0083]
Next, the planar portion 6c of the green plate 61 is overlapped on at least one surface (contact surface) of the material metal plate (not shown) of the separator 5, and the overlapped composite plate is combined with a zirconia flat compression member ( (Not shown) between the composite board and 10 to 100 g / cm ² A load is applied so that the pressing force of. As a result, the planar portion 6c of the green plate 61 is pressed against the surface of the raw metal plate with a predetermined pressure.
[0084]
Then, the composite plate pressed by the flat compression member is degreased to remove the binder component in the green plate 61 under vacuum at 450 to 650 ° C. for 25 to 35 minutes, and further, In a vacuum, the porous plate 6 is baked from the green plate 61 by holding it under the conditions of 1200 to 1300 ° C. and 50 to 70 minutes, and the planar portion 6c is diffusion-bonded to the surface of the material metal plate. .
[0085]
Thereafter, the material metal plate having the porous plate 6 is cut into a predetermined size, so that the metal plates having a thickness of, for example, 0.15 mm joined to the respective surfaces 4a, 5a of the separators 4, 5 having a predetermined size. The porous plate 6 can be obtained.
[0086]
In the method of manufacturing a porous plate configured as described above, while pressing the green plate 61 against the raw metal plate, the raw metal plate and the green plate 61 are heated, so that the green plate 61 is formed on the porous plate 6. The firing can be performed and the planar portion 6c can be diffusion-bonded to the metal plate. Therefore, compared with the case where the porous plate 6 is diffused and joined to the material metal plate after the porous plate 6 is obtained by firing the green plate 61 alone, the manufacturing process is simplified and the manufacturing time is shortened. Can be planned.
[0087]
Also in this case, since the green plate 61 is sintered while being pressed against the surface of the material metal plate, it is possible to prevent the porous plate 6 from cracking, and to prevent the porous plate 6 from being cracked. Diffusion bonding can be performed quickly.
[0088]
(Third embodiment of a method for manufacturing a porous plate)
Next, a third embodiment (corresponding to the invention described in claim 7 or 8) of the method for manufacturing a porous plate of the present invention will be described.
The third embodiment of the method for manufacturing a porous plate relates to a method for manufacturing the porous plate 6. However, the steps from the application of the foamable slurry 60 having the above-described composition onto the carrier sheet 7 by the forming apparatus Y using the doctor blade method, to the foaming and drying are the same as those in the second embodiment.
[0089]
That is, since the steps from continuous skin rolling of the green plate 61 on the carrier sheet 7 to separation of the green plate 61 from the carrier sheet 7 are the same as those in the second embodiment, the description is omitted. .
[0090]
In the third embodiment, the binder component in the green plate 61 is separated from the carrier sheet 7 in vacuum at 450 to 650 ° C. for 25 to 35 minutes under vacuum. The porous plate 6 is fired from the green plate 61 by maintaining the vacuum at 1200 to 1300 ° C. for 50 to 70 minutes in vacuum. The porous plate 6 after the sintering has a thickness of about 0.2 mm.
[0091]
The flatness and thickness uniformity are improved by skin rolling of the porous plate 6.
Thus, the flat porous plate 6 having the holes 6b and the planar portions 6c on the surfaces 6A and 6B is completed.
[0092]
When the porous plate 6 is joined to the material metal plate of the separator 5, the following steps are performed.
First, the porous plate 6 is overlaid on at least one surface (contact surface) of the material metal plate of the separators 4 and 5, and the overlaid composite plate is sandwiched between zirconia-made flat compression members (not shown). And 10 to 100 g / cm with respect to the composite plate. ² A load is applied so that the pressing force of. Thus, the planar portion 6c of the porous plate 6 is pressed against the surface of the raw metal plate with a predetermined pressure.
[0093]
Then, the planar portion 6c of the porous plate 6 is diffusion-bonded to the surface of the material metal plate by maintaining the condition in a vacuum at 1150 to 1300 ° C. for 30 minutes to 5 hours.
[0094]
Thereafter, the material metal plate to which the porous plate 6 is bonded is cut into a predetermined size, so that a thickness of, for example, about 0.18 mm bonded to each surface 4a, 5a of the separators 4, 5 having a predetermined size. The porous plate 6 can be obtained.
[0095]
In the method of manufacturing the porous plate configured as described above, the plurality of three-dimensional mesh-like holes 6a communicating with each other are provided, and the surfaces 6A and 6B have the holes 6b and the planar portions 6c, and The porous plate 6 made of powdered sintered metal can be easily formed. That is, the porous plate 6 having excellent flexibility and strength and having various sizes and shapes can be easily manufactured.
[0096]
Further, by heating while pressing the porous plate 6 against the surface of the material metal plate, it is possible to quickly perform diffusion bonding between the planar portion 6c of the porous plate 6 and the surface of the material metal plate. In this case, since the porous plate 6 is already fired and does not shrink, it is possible to prevent the porous plate 6 from cracking without strictly controlling the load or the like pressing the porous plate 6. Can be prevented.
[0097]
When the porous plate 6 is preliminarily baked as described above and then bonded to the material metal plate of the separators 4 and 5, the separators 5 may have respective surfaces 4a and 5a as shown in FIG. It is also possible to use one having grooves 4b, 5b.
[0098]
Although the circular hole is shown as the hole 6b, an oval (elliptical) or other annular hole may be formed by the above-described foaming. However, since such an annular hole has a planar portion formed around the hole, there is no problem in improving the contact area with the contact object.
[0099]
Furthermore, although the planar portion 6c is shown as being formed in a planar shape, the planar portion 6c may be formed in a shape that matches the surface of the contact target, for example, a curved surface. However, even if the planar portion 6c is flat, the porous plate 6 itself has flexibility. Can be easily deformed and brought into close contact.
[0100]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described. FIG. 6 is a micrograph showing an example of the present invention, showing a state of diffusion bonding between the planar portion of the porous plate and the surface of the separator shown in the third embodiment of the method for manufacturing a porous plate. Is shown. In this figure, a horizontally disposed lower portion is a separator, and a planar surface portion of a porous plate is diffusion-bonded to the surface (upper surface) of the separator.
FIG. 7 is a micrograph showing a comparative example, and shows a state of diffusion bonding between a conventional porous plate and the surface of a separator. In this figure, a horizontally disposed lower part is a separator, and a triangularly projected portion of the porous plate is diffusion-bonded to the surface (upper surface) of the separator.
[0101]
In the example of the present invention, since the planar portion is formed on the surface of the porous plate, it is confirmed that the planar portion is diffusion-bonded in a state of abutting on the surface of the separator. it can.
On the other hand, in the comparative example, since the surface of the porous plate is formed by irregularly shaped irregularities, diffusion bonding is performed in a state where the tips of the projections are in point contact with the surface of the separator. Can be confirmed.
Therefore, by employing the embodiment of the present invention, the electric resistance between the porous plate and the separator can be significantly reduced as compared with the comparative example.
[0102]
【The invention's effect】
As described above, according to the porous plate according to the first to sixth aspects, the periphery of the plurality of holes opened on at least one surface is formed to have a planar spread by the planar portion. Therefore, by bringing the planar portion into contact with the contact surface of the contact object, it is possible to increase the contact area with the joint object. Moreover, since it is formed in a porous shape, it has excellent flexibility such as flexibility, and can be easily applied with a small deformation pressure so that the planar portion at each position can be brought into contact with the contact surface of a contact object having irregularities. Can be transformed into
[0103]
Therefore, the contact area with the contact object can be easily increased, so that the electrical resistance and the thermal resistance of the contact portion can be easily reduced.
[0104]
According to the porous plate of the second aspect, since each hole is formed in a circular shape and / or an elliptical shape, the area of the planar portion can be made as large as possible. Therefore, it is possible to increase the contact area with the contact target.
[0105]
According to the porous plate according to the third aspect, since the planar portion is formed to be flush, particularly when the contact surface of the contact object is a smooth surface, the contact area is particularly improved. It is valid. However, since it is easy to bend, the contact area can be improved even on a smoothly curved surface such as a cylindrical surface.
[0106]
According to the porous plate according to the fourth aspect, the ratio of the area of the planar portion to the entire area of the front surface side is 30 to 80%, so that the contact area is excellent in flexibility such as flexibility. Can be obtained large enough.
[0107]
According to the porous plate of the fifth aspect, since the average pore diameter is 20 to 1000 μm, the porosity is 40 to 99% by volume, and the thickness is 25 to 1000 μm, sufficient flexibility and the like are obtained. And a material excellent in strength can be obtained.
[0108]
According to the porous plate according to the sixth aspect, since the porous plate is formed of a sintered powder metal sintered from a foamable slurry obtained by mixing a metal powder with at least a binder and a foaming agent, the size and the shape are increased. And the like can be freely formed, and a material having excellent flexibility such as flexibility and excellent strength can be obtained.
[0109]
According to the method for producing a porous plate according to claim 7, it is possible to easily produce a porous plate having excellent flexibility such as flexibility and excellent strength and different in size and shape. Can be.
[0110]
According to the method of manufacturing a porous plate according to claim 8, since the heating is performed while pressing the planar portion against the contact surface of the contact target, the planar portion and the contact target are quickly diffusion-bonded. Can be. In addition, since the porous plate that has become the powder sintered metal after firing the green plate is diffusion bonded to the contact object, the porous plate does not shrink during the bonding, and the porous plate does not shrink. Cracks or the like can be prevented.
[0111]
According to the method for manufacturing a porous plate according to the ninth aspect, by heating the contact target and the green plate while pressing the green plate against the contact target, the green plate is fired while the green plate is interposed therebetween. Since the diffusion bonding is performed to the contact object, the step of firing the green plate alone can be omitted. Therefore, it is possible to simplify the manufacturing process, shorten the manufacturing time, and the like. In addition, since the green plate is heated while being pressed against the contact surface of the contact object, it is possible to prevent cracks or the like from entering the fired porous plate.
[0112]
According to the method for manufacturing a porous plate according to claim 10, since the foaming slurry is directly applied to the contact object to form the green plate and the green plate is baked, the green plate is fired. Steps such as moving from the carrier sheet onto the contact target can be omitted. Therefore, it is possible to improve the production efficiency of the porous plate joined to the contact object. In addition, since the green plate is heated and baked into the porous plate while being pressed against the contact surface of the contact object, it is possible to prevent the porous plate from being cracked.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing one embodiment of a porous plate of the present invention, and is a cross-sectional explanatory view showing a unit cell of a polymer electrolyte fuel cell provided with the porous plate.
FIG. 2 is a perspective view of a main part of the porous plate.
FIG. 3 is an explanatory view of a forming apparatus used in the first embodiment of the method for manufacturing a porous plate of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a forming apparatus used in a second embodiment of the method for manufacturing a porous plate of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a unit cell of a polymer electrolyte fuel cell provided with a porous plate manufactured in a third embodiment of the method for manufacturing a porous plate of the present invention.
FIG. 6 is a view showing an example of the present invention, and is a microscope photograph showing a diffusion bonding state between a planar portion of a porous plate and a separator.
FIG. 7 is a view showing a comparative example with respect to the embodiment of the present invention, and is a micrograph showing a state of diffusion bonding between a conventional porous plate and a separator.
[Explanation of symbols]
4, 5 separator (contact object)
4a, 5a surface (contact surface)
6 porous plate
6a void
6b hole
6c planar part
7 Carrier seat
60 foaming slurry
6A, 6B surface
X, Y molding equipment

Claims

It is constituted by a continuous powder sintering structure having a plurality of three-dimensional network-shaped holes communicating with each other formed by a foaming action, and at least one surface is opened with a plurality of holes communicating with the holes, A porous plate, wherein the periphery of the hole is formed by a planar portion.

The porous plate according to claim 1, wherein the hole is formed in a circular shape and / or an elliptical shape.

The porous plate according to claim 1, wherein the planar portion is formed flush.

The porous plate according to any one of claims 1 to 3, wherein a ratio of an area of the planar portion to an entire area of the front surface side is 30 to 80%.

The average pore diameter of the pores is formed to 20 to 1000 µm, the porosity is formed to 40 to 99% by volume, and the thickness is formed to 25 to 1000 µm. 4. The porous plate according to item 1.

The porous plate according to any one of claims 1 to 5, wherein the porous plate is formed of a powdered sintered metal fired from a foamable slurry obtained by mixing a metal powder with at least a binder and a foaming agent. .

A method for producing a porous plate according to any one of claims 1 to 6,
Producing a foamable slurry by mixing metal powder with at least a binder and a foaming agent,
The foamable slurry is applied to a predetermined thickness on a carrier sheet by a doctor blade method,
By foaming the foamable slurry after coating on the carrier sheet and then drying, the foamable slurry has a plurality of three-dimensional mesh-like pores communicating with each other, and at least the pores are formed on the surface of the carrier sheet side. A green plate having a planar portion that is open to a hole that communicates with and that extends around the hole along the upper surface of the carrier sheet,
A method for producing a porous plate, comprising firing the green plate.

A method for producing a porous plate according to any one of claims 1 to 6,
Producing a foamable slurry by mixing metal powder with at least a binder and a foaming agent,
The foamable slurry is applied to a predetermined thickness on a carrier sheet by a doctor blade method,
By foaming the foamable slurry after coating on the carrier sheet and then drying, the foamable slurry has a plurality of three-dimensional mesh-like pores communicating with each other, and at least the pores are formed on the surface of the carrier sheet side. A green plate having a planar portion that is open to a hole that communicates with and that extends around the hole along the upper surface of the carrier sheet,
After sintering the green plate, by heating while pressing the baked planar portion against the contact surface of the contact object, it is possible to form a diffusion bonding to the contact object through the planar portion. A method for producing a porous plate, which is characterized in that:

A method for producing a porous plate according to any one of claims 1 to 6,
Producing a foamable slurry by mixing metal powder with at least a binder and a foaming agent,
The foamable slurry is applied to a predetermined thickness on a carrier sheet by a doctor blade method,
By foaming the foamable slurry after coating on the carrier sheet and then drying, the foamable slurry has a plurality of three-dimensional mesh-like pores communicating with each other, and at least the pores are formed on the surface of the carrier sheet side. A green plate having a planar portion that is open to a hole that communicates with and that extends around the hole along the upper surface of the carrier sheet,
The green plate is fired by heating the contact target and the green plate while pressing the green plate against the contact target while overlapping the planar portion of the green plate on the contact surface of the contact target. And a method for producing a porous plate, which is formed by diffusion bonding to the contact object via the planar portion.

A method for producing a porous plate according to any one of claims 1 to 6,
Producing a foamable slurry by mixing metal powder with at least a binder and a foaming agent,
The foaming slurry is applied to a predetermined thickness on a contact surface of a contact object by a doctor blade method or screen printing,
By foaming and drying the foamable slurry after the coating, the foamed slurry has a plurality of three-dimensional mesh-like holes communicating with each other, and at least the holes on the surface of the contact surface of the object to be contacted. A green plate having a planar portion in which a communicating hole is opened and the periphery of the hole spreads along the contact surface of the contact object,
By heating the green plate and the contact object while pressing the green plate against the contact surface of the contact object, the green plate is fired and diffusion bonded to the contact object via the planar portion. A method for producing a porous plate, comprising: