JP2005243415A - Manufacturing method of separator for fuel cell, and separator for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解質膜を挟み込む一対の電極に接触する燃料電池用セパレータの製造方法および燃料電池用セパレータに関する。 The present invention relates to a method for producing a fuel cell separator that contacts a pair of electrodes that sandwich an electrolyte membrane, and a fuel cell separator.
燃料電池は、反応ガスである水素含有ガスなどの燃料ガスと、空気などの酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより、燃料の持つ化学エネルギを、直接電気エネルギに変換する装置であり、エネルギ効率を他のエネルギ機関と比べて高くできること、資源の枯渇問題を有する化石燃料を使う必要がないので排出ガスを発生しないなどの優れた特徴を有している。 A fuel cell is a device that converts the chemical energy of fuel directly into electrical energy by electrochemically reacting a fuel gas such as a hydrogen-containing gas that is a reactive gas with an oxidant gas such as air. It has excellent characteristics such as high energy efficiency compared to other energy engines and no generation of exhaust gas because there is no need to use fossil fuels that have a problem of resource depletion.
このような燃料電池は、電解質膜を一対の電極で挟み込み、この電極に接触して電極からの集電に用いるとともに、電極側にガス供給用のガス流路を、電極と反対側に冷却水流路をそれぞれ有するセパレータを備えている。なお、冷却水流路は設けないものもある。 In such a fuel cell, an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrodes, used to collect electricity from the electrodes in contact with the electrodes, and a gas flow path for supplying gas is provided on the electrode side, and a cooling water flow is provided on the opposite side of the electrode. A separator having a path is provided. Some cooling water passages are not provided.
このような燃料電池用セパレータとして、導電性を確保するためのカーボンと、成形性を維持して強度を確保するための熱硬化性樹脂とを混合した材料を、所定形状に加熱圧縮成形するものが、下記特許文献1に記載されている。
ところで、上記した燃料電池用セパレータを成形する際に、加熱された状態の成形型に材料を投入すると、型に触れた樹脂が内部の樹脂に先行して反応・硬化し、加圧が充分でない内にセパレータの表層が導電性の低い樹脂で覆われてしまい、セパレータ全体での導電性が低下するという問題がある。 By the way, when molding the above-described fuel cell separator, if the material is put into a heated mold, the resin touching the mold reacts and cures prior to the resin inside, and the pressurization is not sufficient. There is a problem that the surface layer of the separator is covered with a resin having low conductivity, and the conductivity of the entire separator is lowered.
また、成形型の加熱を材料の投入後に行うことにより、上記したセパレータ表層の樹脂膜形成を抑制することが可能であるが、この場合には、連続して成形を行う際に、成形型の加熱−冷却を繰り返し行うための制御機構が必要となる上、成形時間が長くなることにより、製造コストの増大を招く。 In addition, it is possible to suppress the above-described resin film formation on the separator surface layer by heating the mold after the material is charged. In this case, when the molding is continuously performed, A control mechanism for repeatedly performing heating and cooling is required, and the manufacturing time is increased due to a longer molding time.
そこで、本発明は、連続して成形を行う際に、成形型の加熱−冷却を繰り返し行うことなく、セパレータ全体の導電性の低下を防止することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to prevent a decrease in the conductivity of the entire separator without repeatedly heating and cooling the molding die when continuously molding.
本発明は、樹脂および黒鉛粉末からなる混合粉末材料を所定形状に圧縮成形する燃料電池用セパレータの製造方法において、前記樹脂および黒鉛粉末を、予備成形型により完成品の圧縮方向寸法より大きい寸法となるよう予備成形し、この予備成形した予備成形品を、あらかじめ加熱してある本成形型により加熱圧縮成形して完成品とすることを最も主要な特徴とする。 The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell separator in which a mixed powder material made of a resin and graphite powder is compression-molded into a predetermined shape. The main feature is that the preform is preliminarily molded and the preform is preliminarily heated and compression-molded by a preheated main mold to form a finished product.
本発明によれば、予備成形型により完成品の圧縮方向寸法より大きい寸法となるよう予備成形した後、この予備成形品を、あらかじめ加熱してある本成形型により加熱圧縮成形するため、加熱を行わない予備成形時に黒鉛粉末と混合している樹脂材料は、表層に集まることなく、全体に分散した状態を確保でき、この状態で加熱圧縮成形することで、セパレータ全体の導電性の低下を防止することができる。 According to the present invention, after preforming with a preforming die so as to have a size larger than the dimension in the compression direction of the finished product, this preformed product is heated and compression-molded with the pre-heated mold so that heating is performed. Resin material mixed with graphite powder at the time of preforming not performed can be kept dispersed throughout without being collected on the surface layer, and heat compression molding in this state prevents deterioration of the conductivity of the entire separator can do.
また、予備成形後に、あらかじめ加熱してある本成形型により加熱圧縮成形するので、連続して成形を行う際に、成形型の加熱−冷却を繰り返し行う必要がなく、したがってそのための制御機構が不要となる上、成形時間も短縮でき、製造コストの増大を防止することができる。 In addition, since heat compression molding is performed with a preheated main mold after pre-molding, there is no need to repeatedly heat and cool the mold when performing continuous molding, and therefore no control mechanism is required In addition, the molding time can be shortened, and an increase in manufacturing cost can be prevented.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の燃料電池用セパレータの製造方法によって製造したセパレータ1を備えた燃料電池の断面図である。この燃料電池は、固体高分子型燃料電池であり、固体高分子電解質膜3を両側から一対の電極5で挟み、さらにその両側に前記したセパレータ1を配置する構造としており、これらで構成する単電池7を多数積層して燃料電池スタックとして使用する。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel cell including a
セパレータ1は、黒鉛を含む樹脂成形体であり、電極5側にガス供給用のガス流路1aを、電極5と反対側に冷却水流路1bを、それぞれ備えている。一方のセパレータ1のガス流路1aには、燃料となる水素を供給し、他方のセパレータ1のガス流路1aには酸化剤となる空気を供給する。
The
このようなセパレータ1の製造方法の第1の実施形態について、図2,図3を用いて説明する。図2は予備成形工程を、図3は本成形工程をそれぞれ示す。
A first embodiment of a method for manufacturing such a
まず、図2に示すように、予備成形型を構成する下型9と上型11とを用いて予備成形するが、このとき、下型9および上型11の互いに対向する面には、前記図1に示したセパレータ1のガス流路1aや冷却水流路1bを形成するための凸部9aおよび11aを、それぞれ設けてある。また、下型9は、外周側に全周にわたり上型11に向けて突出する側壁部9bを設けている。
First, as shown in FIG. 2, preforming is performed using the
そして、図2(a)に示すように、上記した下型9の側壁部9bの内側に、熱硬化性樹脂と黒鉛粉末とを所定の割合で混練した混合粉末材料13を投入した後、図2(b)に示すように、下型9と上型11との間で混合粉末材料13を圧縮して予備成形を行う。このとき、予備成形型の加熱は行わない。
Then, as shown in FIG. 2A, after the mixed
上記した予備成形によって得た図2(c)に示す予備成形品1Aは、前記図1に示したセパレータ1のガス流路1aや冷却水流路1bに対応する溝1Aaや1Abを有し、その各部における圧縮方向の厚さ寸法t1が、後述する図3(c)に示す完成品の同寸法t2より大きくなっている。
The
なお、図2(c)における上下寸法を図3(c)における同寸法より大きくする部位は、図2(c)にt1として示す部位だけでなく、他の溝1Aa,1Abに対応する部位も同様である。 In addition, the part which makes the vertical dimension in FIG.2 (c) larger than the same dimension in FIG.3 (c) is not only the part shown as t1 in FIG.2 (c), but also the part corresponding to other groove | channels 1Aa and 1Ab. It is the same.
また、予備成形品1Aの各部の上下寸法は、黒鉛粉末の長径部の2倍以上とする。
In addition, the vertical dimension of each part of the
次に、上記した予備成形品1Aを、図3に示すように、本成形型を構成する下型15と上型17とを用いて本成形を行う。この本成形型においても、下型15および上型17の互いに対向する面に、前記図1に示したセパレータ1のガス流路1aや冷却水流路1bを形成するための凸部15aおよび17aを、それぞれ設けてある。また、下型15は、外周側に全周にわたり上型17に向けて突出する側壁部15bを設けている。また、下型15の下部には、ヒータ19を設置して本成形型を加熱する。
Next, as shown in FIG. 3, the
本成形型を用いた本成形では、図3(a)に示すように、予備成形品1Aを、ヒータ19であらかじめ加熱してある下型15にセットする。このとき、下型15の凸部15aが予備成形品1Aの溝1Abに、上型17の凸部17aが予備成形品1Aの溝1Aaに、それぞれ入り込む。
In the main molding using the main molding die, as shown in FIG. 3A, the
そして、図3(b)に示すように、下型15と上型17との間で、加熱圧縮成形を行うことで、図3(c)に示す完成品、すなわち燃料電池用セパレータ1を得る。
And as shown in FIG.3 (b), the finished product shown in FIG.3 (c), ie, the
上記した実施形態によれば、予備成形時において予備成形型を加熱していないことから、下型9および上型11に触れた樹脂が内部の樹脂に先行して反応・硬化することがなく、このため樹脂が、完成品(セパレータ1)の表層に集まることなく、全体に分散した状態を維持でき、この状態で加熱圧縮成形することで、セパレータ1全体の導電性の低下を防止することができる。
According to the above-described embodiment, since the preforming mold is not heated at the time of preforming, the resin touching the
また、予備成形後に、あらかじめ加熱してある本成形型により加熱圧縮成形するので、連続して成形を行う際に、成形型の加熱−冷却を繰り返し行う必要がなく、したがってそのための制御機構が不要となる上、成形時間も短縮でき、製造コストの増大を防止することができる。 In addition, since heat compression molding is performed with a preheated main mold after pre-molding, there is no need to repeatedly heat and cool the mold when performing continuous molding, and therefore no control mechanism is required In addition, the molding time can be shortened, and an increase in manufacturing cost can be prevented.
図4は、この発明の第2の実施形態に係わる燃料電池用セパレータの製造方法を示す。この実施形態は、図4(a)に示すように前記図2の予備成形工程、または、図4(b)に示すように前記図3の本成形工程において、これら各成形作業前に、黒鉛粉末21を、水分を含有させた状態で噴霧して型表面に付着させる。
FIG. 4 shows a method of manufacturing a fuel cell separator according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, as shown in FIG. 4 (a), in the preforming step of FIG. 2 or in the main forming step of FIG. 3 as shown in FIG. The
そして、この状態で予備成形、または本成形を行うことで、予備成形品1Aまたは完成品(セパレータ)1の表面に、黒鉛粉末21が、第1の実施形態に比べて多く存在する状態となる。これにより、燃料電池用セパレータ1として、前記図1に示した電極5に接触する部位の黒鉛粉末21が多量となることから、導電性がさらに向上する。
Then, by performing preforming or main molding in this state, a large amount of
本発明によれば、前記予備成形工程と前記本成形工程との少なくとも一方の成形作業前に、成形品表面に接触する型表面に前記黒鉛粉末を供給することで、予備成形品または完成品の表面に、黒鉛粉末がより多く存在することになり、燃料電池用セパレータとして導電性がさらに向上する。 According to the present invention, before the molding operation of at least one of the preforming step and the main molding step, the graphite powder is supplied to the mold surface that is in contact with the surface of the molded product. More graphite powder is present on the surface, and the conductivity of the fuel cell separator is further improved.
前記黒鉛粉末を水分を含有させて噴霧して型表面に付着させることで、黒鉛粉末を型表面に確実に供給することができる。 By spraying the graphite powder containing water and adhering it to the mold surface, the graphite powder can be reliably supplied to the mold surface.
また、樹脂材料として熱硬化性樹脂を用いた燃料電池用セパレータの導電性低下を防止することができる。 Moreover, the electroconductivity fall of the separator for fuel cells using the thermosetting resin as a resin material can be prevented.
1 セパレータ
9 下型(予備成形型)
11 上型(予備成形型)
15 下型(本成形型)
17 上型(本成形型)
21 黒鉛粉末
1
11 Upper mold (preliminary mold)
15 Lower mold (main mold)
17 Upper mold (main mold)
21 Graphite powder
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004051419A JP2005243415A (en) | 2004-02-26 | 2004-02-26 | Manufacturing method of separator for fuel cell, and separator for fuel cell |
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JP2004051419A JP2005243415A (en) | 2004-02-26 | 2004-02-26 | Manufacturing method of separator for fuel cell, and separator for fuel cell |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006286545A (en) * | 2005-04-04 | 2006-10-19 | Nissan Motor Co Ltd | Manufacturing method of separator for fuel cell, and manufacturing device of separator for fuel cell |
-
2004
- 2004-02-26 JP JP2004051419A patent/JP2005243415A/en active Pending
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JP2006286545A (en) * | 2005-04-04 | 2006-10-19 | Nissan Motor Co Ltd | Manufacturing method of separator for fuel cell, and manufacturing device of separator for fuel cell |
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