JP2006012712A - Manufacturing method of separator - Google Patents

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靖 河渕
Ikuzo Usami
育三 宇佐見
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a separator capable of improving productivity and of attaining a high yield. <P>SOLUTION: Conductive slurry is applied to a surface of a metal plate in an application process, and the applied conductive slurry is dried to form an application layer in an application layer formation process. A molding layer with a passage formed is formed by a stamper in a molding process; and the molding layer is hardened to form a resin layer with a gas passage formed in a molding layer hardening process. In a sealing part formation process, a sealing part is formed in the periphery by pressing. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、スタック型の固体高分子型燃料電池に備えられるセパレータの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a separator provided in a stack type polymer electrolyte fuel cell.

従来から、限りあるエネルギ資源の有効利用や、地球温暖化防止のための省エネルギの必要性は広く認識されている。今日では、火力発電によって、熱エネルギを電力エネルギに変換する形でエネルギ需要が賄われている。   Conventionally, the necessity of energy saving for effective use of limited energy resources and prevention of global warming has been widely recognized. Today, thermal power supplies energy demand in the form of converting thermal energy into electric energy.

しかしながら、火力発電に必要な石炭および石油は埋蔵量が有限な資源であり、これらに代わる新たなエネルギ資源が必要となっている。そこで注目されているのが水素を燃料にして化学発電する燃料電池である。   However, coal and oil necessary for thermal power generation are resources with limited reserves, and new energy resources to replace them are required. Therefore, attention is being focused on fuel cells that generate chemical power using hydrogen as a fuel.

燃料電池は、2つの電極と電極間に挟まれた電解質とを有している。陰極では、供給された水素がイオン化して水素イオンとなり電解質中を陽極に向かって移動する。陽極では、供給された酸素と電解質中を移動してきた水素イオンとが反応して水を発生する。水素がイオン化したときに発生した電子が、陰極から配線を通って陽極へと移動することで電流が流れ、電気が発生する。   The fuel cell has two electrodes and an electrolyte sandwiched between the electrodes. At the cathode, the supplied hydrogen is ionized to form hydrogen ions that move through the electrolyte toward the anode. At the anode, the supplied oxygen reacts with hydrogen ions that have moved through the electrolyte to generate water. Electrons generated when hydrogen is ionized move from the cathode through the wiring to the anode, whereby a current flows and electricity is generated.

燃料電池は、主に電解質の違いから4種類に分類される。イオン導電性セラミックスを電解質に用いた固体電解質型燃料電池(SOFC)、水素イオン導電性高分子膜を電解質に用いた固体高分子型燃料電池(PEFC)、高濃度リン酸を電解質に用いたリン酸型燃料電池(PAFC)、アルカリ金属炭酸塩を電解質に用いた熔融炭酸型燃料電池(MCFC)の4種類である。この中でも特に作動温度が80℃と低い固体高分子型燃料電池(PEFC)の開発が進んでいる。   Fuel cells are classified into four types mainly based on the difference in electrolyte. Solid electrolyte fuel cell (SOFC) using ion conductive ceramics as electrolyte, solid polymer fuel cell (PEFC) using hydrogen ion conductive polymer membrane as electrolyte, phosphorus using high concentration phosphoric acid as electrolyte There are four types: an acid fuel cell (PAFC) and a molten carbonate fuel cell (MCFC) using an alkali metal carbonate as an electrolyte. Among them, development of a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) having an operating temperature as low as 80 ° C. is in progress.

固体高分子型燃料電池の構造は、表面に触媒電極を設けた電解質層と、電解質層を両側から挟み、水素および酸素を供給するための溝を設けたセパレータと、電極発生した電気を回収する集電板などを含んで構成される。電解質層と同じく、セパレータについても改良が重ねられている。   The structure of the polymer electrolyte fuel cell includes an electrolyte layer provided with a catalyst electrode on the surface, a separator provided with a groove for supplying hydrogen and oxygen, sandwiching the electrolyte layer from both sides, and collecting electricity generated by the electrode It includes a current collector plate. As with the electrolyte layer, improvements have been made to the separator.

セパレータの要求特性としては、導電性が高く、かつ燃料ガスおよび酸化剤ガスに対して気密性が高く、さらに水素および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。
これらの要求を満たすために以下のようなセパレータ材料が使用されている。
As the required characteristics of the separator, it is necessary to have high conductivity, high airtightness with respect to the fuel gas and the oxidant gas, and high corrosion resistance against the reaction when oxidizing and reducing hydrogen and oxygen.
In order to satisfy these requirements, the following separator materials are used.

最もよく使用されているものとして緻密性カーボンがある。緻密性カーボンは導電性、耐食性に優れ、機械的強度も高い。また加工性がよく軽量である。しかし、振動や衝撃に弱く、切削加工が必要なため、加工費が高くなる。また気体の不浸透化処理を施す必要がある。   The most commonly used is dense carbon. Dense carbon is excellent in electrical conductivity and corrosion resistance, and has high mechanical strength. In addition, it has good workability and is lightweight. However, it is vulnerable to vibrations and shocks and requires cutting, which increases the processing cost. Moreover, it is necessary to perform a gas impermeability treatment.

また、合成樹脂も使用され、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が使用される。合成樹脂は、低コストであることが主な特徴であるが、寸法安定性が悪く、導電性にも劣る。   Synthetic resins are also used, and thermosetting resins such as phenol resins and epoxy resins are used. Synthetic resins are mainly characterized by low cost, but have poor dimensional stability and poor conductivity.

導電性、加工性、密閉性などの観点から、金属が使用されることが多くなっている。金属としては、主にチタン、ステンレスが使用される。しかし、金属は腐食し易く、電解質膜に金属イオンが取り込まれてイオン導電性が低下してしまうため、セパレータ表面に金めっきを施す必要がある。   From the viewpoints of conductivity, workability, sealing properties, etc., metals are often used. As the metal, titanium and stainless steel are mainly used. However, metal is easily corroded, and metal ions are taken into the electrolyte membrane and ion conductivity is lowered. Therefore, it is necessary to perform gold plating on the separator surface.

また、ゴムも使用され、エチレン−プロピレン−ジエンゴムなどが使用される。ゴムは、ガス透過性が低く、シール性が高い。   Rubber is also used, and ethylene-propylene-diene rubber is used. Rubber has low gas permeability and high sealing properties.

特許文献1には、固体高分子電解質型燃料電池が開示されている。この固体高分子電解質型燃料電池では、セパレータとしてステンレス鋼、チタン合金など大気によって容易に不動態膜が形成される金属薄板を用いており、プレス加工によって所定の形状に加工している。   Patent Document 1 discloses a solid polymer electrolyte fuel cell. In this solid polymer electrolyte fuel cell, a metal thin plate on which a passive film is easily formed by the atmosphere, such as stainless steel and titanium alloy, is used as a separator, and the separator is processed into a predetermined shape by pressing.

また、特許文献2には、燃料電池用セパレータが開示されている。この燃料電池用セパレータは、金属基板の少なくとも片面に、樹脂と導電性充填剤を混合した体積抵抗率が1.0Ω・cm以下の第1の樹脂層と、体積抵抗率が第1の樹脂層よりも小さい第2の樹脂層とを設け、集電性能と成型性、強度および耐食性を向上している。   Patent Document 2 discloses a fuel cell separator. The separator for a fuel cell includes a first resin layer having a volume resistivity of 1.0 Ω · cm or less and a volume resistivity of a first resin layer mixed on at least one surface of a metal substrate with a resin and a conductive filler. A smaller second resin layer is provided to improve current collecting performance, moldability, strength, and corrosion resistance.

このように、特許文献2記載の燃料電池用セパレータにおいても、特許文献1記載の固体高分子電解質型燃料電池のセパレータと同様に、プレス加工によって、ガス流路を形成している。   As described above, in the fuel cell separator described in Patent Document 2, as in the solid polymer electrolyte fuel cell separator described in Patent Document 1, gas flow paths are formed by pressing.

また、プレス加工以外では、特許文献3記載の固体高分子型燃料電池のセパレータが、導電基材に導電性材料を印刷することによってガス流路を形成している。具体的には、導電基材としては、炭素粉末および熱硬化性樹脂を主成分とする板状成形体が用いられ、導電性材料としては、炭素粉末を主成分として含むカーボンペーストが用いられる。   In addition to press working, the separator of the polymer electrolyte fuel cell described in Patent Document 3 forms a gas flow path by printing a conductive material on a conductive substrate. Specifically, a plate-like molded body mainly composed of carbon powder and a thermosetting resin is used as the conductive base material, and a carbon paste containing carbon powder as the main component is used as the conductive material.

特開平8−180883号公報JP-A-8-180883 特開2003−297383号公報JP 2003-297383 A 特開2001−767748号公報JP 2001-767748 A

今後のセパレータには、薄型軽量化が要求され、その実現のために金属基板の薄型軽量化、ガス流路の微細化が必要となるが、特許文献1および特許文献2記載のセパレータのようにプレス加工によってガス流路を形成しようとすると、反りおよび歪みが大きく寸法精度が悪くなり、この寸法精度の悪化により歩留まりが低下する。   Future separators are required to be thinner and lighter, and in order to achieve this, it is necessary to reduce the thickness and weight of the metal substrate and make the gas flow path finer. However, like the separators described in Patent Document 1 and Patent Document 2 If the gas flow path is formed by press working, warpage and distortion are large, and the dimensional accuracy is deteriorated, and the yield is lowered due to the deterioration of the dimensional accuracy.

特許文献3記載のセパレータは、カーボンペーストを印刷することによりガス流路の微細化には対応可能となっているが、基材が熱硬化性樹脂であるため、基材自体の寸法安定性が悪いという問題が残る。   The separator described in Patent Document 3 can cope with the miniaturization of the gas flow path by printing a carbon paste. However, since the base material is a thermosetting resin, the dimensional stability of the base material itself is low. The problem of being bad remains.

さらに、特許文献1〜3記載のセパレータを含む従来のセパレータは、流体漏れを防ぐために、電解質層との間にガスケットを備える必要がある。   Furthermore, the conventional separator including the separators described in Patent Documents 1 to 3 needs to include a gasket between the separator and the electrolyte layer in order to prevent fluid leakage.

本発明の目的は、生産性を向上し、高い歩留まりを実現するセパレータの製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a separator manufacturing method that improves productivity and achieves a high yield.

本発明は、電解質媒体を含有した電解質層の厚み方向表面に触媒電極を設けた複数の電解質組立体間に介在され、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路を分離する分離部を有するセパレータの製造方法であって、
金属板表面に導電性スラリーを塗布する塗布工程と、
塗布された導電性スラリーに含まれる溶媒を除去して塗布層を形成する塗布層形成工程と、
スタンパによって塗布層に流路を設けた成型層を形成する成型工程と、
成型層を硬化して樹脂層を形成する成型層硬化工程とを含むことを特徴とするセパレータの製造方法である。
The present invention provides a separator having a separation portion that is interposed between a plurality of electrolyte assemblies provided with catalyst electrodes on the surface in the thickness direction of an electrolyte layer containing an electrolyte medium and separates a flow path of a fuel gas and an oxidant gas. A method,
An application step of applying conductive slurry to the surface of the metal plate;
A coating layer forming step of forming a coating layer by removing the solvent contained in the coated conductive slurry;
A molding step of forming a molding layer with a flow path in the coating layer by a stamper;
And a molded layer curing step of curing the molded layer to form a resin layer.

また本発明は、導電性スラリーは、ゴムまたは合成樹脂を形成するための硬化性モノマー、硬化性オリゴマーまたは硬化性プリポリマーからなるバインダと、金属化合物または炭素系材料からなる導電性フィラーと、溶媒とを混合して得られることを特徴とする。   In the present invention, the conductive slurry includes a binder made of a curable monomer, a curable oligomer, or a curable prepolymer for forming a rubber or a synthetic resin, a conductive filler made of a metal compound or a carbon-based material, and a solvent. It is obtained by mixing and.

また本発明は、塗布工程は、導電性スラリーを、ディッピング法、ドクターブレード法またはカーテンコート法によって塗布することを特徴とする。   In the present invention, the application step is characterized in that the conductive slurry is applied by a dipping method, a doctor blade method, or a curtain coating method.

また本発明は、塗布層形成工程は、塗布された導電性スラリーに温風を吹き付けて乾燥させることで溶媒を除去することを特徴とする。   Moreover, this invention is characterized by removing a solvent by spraying a hot air on the apply | coated conductive slurry, and drying it at an application layer formation process.

また本発明は、塗布工程より前に、金属板表面に、塗布層との密着性を増加させるための処理を行う基板処理工程を含むことを特徴とする。   Moreover, this invention is characterized by including the board | substrate process process which performs the process for increasing the adhesiveness with a coating layer on the metal plate surface before a coating process.

また本発明は、基板処理工程では、トリアジンチオールまたはポリアニリンを金属板表面に拡散させることを特徴とする。   In the substrate processing step, the present invention is characterized in that triazine thiol or polyaniline is diffused on the surface of the metal plate.

また本発明は、電解質媒体を含有した電解質層の厚み方向表面に触媒電極を設けた複数の電解質組立体間に介在され、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路を分離する分離部を有するセパレータの製造方法であって、
平板状の金属板表面の全体に、導電性を有するゴムまたは合成樹脂からなる被覆層を形成する被覆層形成工程と、
被覆層表面に導電性スラリーを塗布する塗布工程と、
塗布された導電性スラリーに含まれる溶媒を除去して塗布層を形成する塗布層形成工程と、
スタンパによって塗布層に流路を設けた成型層を形成する成型工程と、
成型層を硬化して樹脂層を形成する成型層硬化工程とを含むことを特徴とするセパレータの製造方法である。
The present invention also provides a separator having a separation portion that is interposed between a plurality of electrolyte assemblies provided with catalyst electrodes on the surface in the thickness direction of an electrolyte layer containing an electrolyte medium and that separates fuel gas and oxidant gas flow paths. A manufacturing method comprising:
A coating layer forming step of forming a coating layer made of conductive rubber or synthetic resin on the entire surface of the flat metal plate;
An application step of applying a conductive slurry to the surface of the coating layer;
A coating layer forming step of forming a coating layer by removing the solvent contained in the coated conductive slurry;
A molding step of forming a molding layer with a flow path in the coating layer by a stamper;
And a molded layer curing step of curing the molded layer to form a resin layer.

また本発明は、樹脂層表面に、樹脂層の導電性より高い導電性を有する高導電層を形成する高導電層形成工程を有することを特徴とする。   Moreover, this invention has the high conductive layer formation process which forms the highly conductive layer which has the electroconductivity higher than the electroconductivity of a resin layer on the resin layer surface.

また本発明は、高導電層形成工程では、少なくとも樹脂層が電解質組立体と接触する領域に高導電層を形成することを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that in the highly conductive layer forming step, the highly conductive layer is formed at least in a region where the resin layer is in contact with the electrolyte assembly.

また本発明は、セパレータは、外周部に設けられ、燃料ガスおよび酸化剤ガスの漏出を防ぐシール部を有し、
シール部に相当する領域には、プレス加工によって、電解質組立体から露出した電解質層に平行に延びるシール突部であって、その頂部がばね力によって前記電解質層に圧接されるように構成されたシール突部を形成することを特徴とする。
In the present invention, the separator has a seal portion that is provided on the outer peripheral portion and prevents leakage of fuel gas and oxidant gas,
A region corresponding to the seal portion is a seal protrusion that extends in parallel with the electrolyte layer exposed from the electrolyte assembly by pressing, and the top portion thereof is configured to be pressed against the electrolyte layer by a spring force. A seal protrusion is formed.

本発明によれば、電解質媒体を含有した電解質層の厚み方向表面に触媒電極を設けた複数の電解質組立体間に介在されるセパレータの製造方法である。セパレータは、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路を分離する分離部を備えている。   According to the present invention, there is provided a method for producing a separator interposed between a plurality of electrolyte assemblies in which a catalyst electrode is provided on the surface in the thickness direction of an electrolyte layer containing an electrolyte medium. The separator includes a separation unit that separates the flow paths of the fuel gas and the oxidant gas.

まず、塗布工程で金属板表面に導電性スラリーを塗布し、塗布層形成工程で塗布された導電性スラリーに含まれる溶媒を除去して塗布層を形成する。成型工程でスタンパによって塗布層に流路を設けた成型層を形成し、成型層硬化工程で成型層を硬化して樹脂層を形成する。   First, an electroconductive slurry is apply | coated to the metal plate surface at an application | coating process, the solvent contained in the electroconductive slurry apply | coated at the application layer formation process is removed, and an application layer is formed. In the molding step, a molding layer having a flow path in the coating layer is formed by a stamper, and in the molding layer curing step, the molding layer is cured to form a resin layer.

流路が設けられた樹脂層をスタンパ成型によって形成することで、従来のプレス加工に比べ、寸法精度が高く、反りおよび歪みも生じない。したがって、セパレータの生産性を向上し、高い歩留まりを実現することができる。さらに、形成する流路パターンの設計自由度が大きく向上する。たとえばプレス加工の場合、パターンが表裏一体で形成されるとともに直線形状パターンが多くなるためパターン設計が制限されてしまうが、スタンパ成型によればセパレータのそれぞれの面に全く異なるパターンを形成することが可能であり、曲線形状および孔形状のパターン形成も可能となる。   By forming the resin layer provided with the flow path by stamper molding, the dimensional accuracy is higher than that of the conventional press working, and warpage and distortion do not occur. Therefore, the productivity of the separator can be improved and a high yield can be realized. Furthermore, the degree of freedom in designing the flow path pattern to be formed is greatly improved. For example, in the case of press working, the pattern design is limited because the pattern is formed integrally with the front and back and the linear pattern increases, but stamper molding can form completely different patterns on each surface of the separator. It is also possible to form curved and hole-shaped patterns.

また本発明によれば、導電性スラリーは、ゴムまたは合成樹脂を形成するための硬化性モノマー、硬化性オリゴマーまたは硬化性プリポリマーからなるバインダと、金属化合物または炭素系材料からなる導電性フィラーと、溶媒とを混合することで容易に実現できる。   According to the invention, the conductive slurry includes a binder made of a curable monomer, a curable oligomer, or a curable prepolymer for forming a rubber or a synthetic resin, and a conductive filler made of a metal compound or a carbon-based material. It can be easily realized by mixing with a solvent.

また本発明によれば、塗布工程では、導電性スラリーを、ディッピング法、ドクターブレード法またはカーテンコート法によって塗布する。   According to the invention, in the coating step, the conductive slurry is applied by a dipping method, a doctor blade method, or a curtain coating method.

また本発明によれば、塗布層形成工程では、塗布された導電性スラリーに温風を吹き付けて乾燥させることで溶媒を除去する。
これにより、所望の塗布層の特性(層厚み、表面状態など)を容易に実現できる。
According to the invention, in the coating layer forming step, the solvent is removed by blowing hot air to the coated conductive slurry and drying it.
Thereby, the characteristics (layer thickness, surface state, etc.) of a desired coating layer can be easily realized.

また本発明によれば、塗布工程より前に、基板処理工程で、金属板表面に、塗布層との密着性を増加させるための処理を行う。より詳細には、金属板表面に対してトリアジンチオール類に代表される導電性カップリング剤によるコーティング、ポリアニリン類に代表される導電性ポリマーによるドーピング処理されたコーティングを行うことにより拡散層を形成する。金属表面に拡散したトリアジンチオール類、ポリアニリン類は、導電性を示すので、最終的に形成される樹脂層との導電性を確保して、内部抵抗を小さな値にすることができ、発電した電力を最小限の内部損失で直流電流として取り出すことができる。   Moreover, according to this invention, the process for increasing the adhesiveness with a coating layer is performed to the metal plate surface by a board | substrate process process before a coating process. More specifically, the diffusion layer is formed by coating the surface of the metal plate with a conductive coupling agent typified by triazine thiols, or coating with a conductive polymer typified by polyanilines. . Since triazine thiols and polyanilines diffused on the metal surface exhibit conductivity, it is possible to secure electrical conductivity with the resin layer that is finally formed, to reduce internal resistance, and to generate electric power. Can be taken out as a direct current with a minimum internal loss.

本発明によれば、電解質媒体を含有した電解質層の厚み方向表面に触媒電極を設けた複数の電解質組立体間に介在されるセパレータの製造方法である。セパレータは、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路を分離する分離部を備えている。   According to the present invention, there is provided a method for producing a separator interposed between a plurality of electrolyte assemblies in which a catalyst electrode is provided on the surface in the thickness direction of an electrolyte layer containing an electrolyte medium. The separator includes a separation unit that separates the flow paths of the fuel gas and the oxidant gas.

まず、被覆層形成工程で平板状の金属板表面の全体に、導電性を有するゴムまたは合成樹脂からなる被覆層を形成する。塗布工程で被覆層表面に導電性スラリーを塗布し、塗布層形成工程で塗布された導電性スラリーに含まれる溶媒を除去して塗布層を形成する。成型工程でスタンパによって塗布層に流路を設けた成型層を形成し、成型層硬化工程で成型層を硬化して樹脂層を形成する。   First, a coating layer made of conductive rubber or synthetic resin is formed on the entire surface of the flat metal plate in the coating layer forming step. An electroconductive slurry is apply | coated to the coating layer surface at an application | coating process, the solvent contained in the electroconductive slurry apply | coated at the application layer formation process is removed, and an application layer is formed. In the molding step, a molding layer having a flow path in the coating layer is formed by a stamper, and in the molding layer curing step, the molding layer is cured to form a resin layer.

被覆層によって金属板の表面を被覆することで、水素ガスおよび酸素ガスならびに冷却水による腐食などの表面変化を防止することができる。また、流路が設けられた樹脂層をスタンパ成型によって形成することで、従来のプレス加工に比べ、寸法精度が高く、反りおよび歪みも生じない。したがって、セパレータの生産性を向上し、高い歩留まりを実現することができる。さらに、形成する流路パターンの設計自由度が大きく向上する。たとえばプレス加工の場合、パターンが表裏一体で形成されるとともに直線形状パターンが多くなるためパターン設計が制限されてしまうが、スタンパ成型によればセパレータのそれぞれの面に全く異なるパターンを形成することが可能であり、曲線形状および孔形状のパターン形成も可能となる。   By covering the surface of the metal plate with the coating layer, surface changes such as corrosion caused by hydrogen gas, oxygen gas, and cooling water can be prevented. Further, by forming the resin layer provided with the flow path by stamper molding, the dimensional accuracy is higher than that of the conventional press working, and warpage and distortion do not occur. Therefore, the productivity of the separator can be improved and a high yield can be realized. Furthermore, the degree of freedom in designing the flow path pattern to be formed is greatly improved. For example, in the case of press working, the pattern design is limited because the pattern is formed integrally with the front and back and the linear pattern increases, but stamper molding can form completely different patterns on each surface of the separator. It is also possible to form curved and hole-shaped patterns.

また本発明によれば、高導電層形成工程で、樹脂層表面に、樹脂層の導電性より高い導電性を有する高導電層を形成する。この高導電層は、少なくとも樹脂層が電解質組立体と接触する領域に形成する。   According to the invention, in the highly conductive layer forming step, a highly conductive layer having conductivity higher than that of the resin layer is formed on the surface of the resin layer. The highly conductive layer is formed at least in a region where the resin layer is in contact with the electrolyte assembly.

樹脂層の表面に高導電層を形成することで、触媒電極との接触抵抗を低下させて電力回収率を向上させることができる。   By forming the highly conductive layer on the surface of the resin layer, the contact resistance with the catalyst electrode can be reduced and the power recovery rate can be improved.

また本発明によれば、セパレータは、外周部に設けられ、燃料ガスおよび酸化剤ガスの漏出を防ぐシール部を備えている。   Moreover, according to this invention, the separator is provided in the outer peripheral part, and is provided with the seal part which prevents leakage of fuel gas and oxidant gas.

プレス加工によって、シール部に相当する領域に、電解質組立体から露出した電解質層に平行に延びるシール突部であって、その頂部がばね力によって前記電解質層に圧接されるように構成されたシール突部を形成する。   A seal protrusion that extends in parallel with the electrolyte layer exposed from the electrolyte assembly in a region corresponding to the seal portion by pressing, and the top of the seal protrusion is pressed against the electrolyte layer by a spring force. Protrusions are formed.

シール部は、プレス加工によって形成されるので、簡単な加工で高いシール性を実現することができる。   Since the seal portion is formed by pressing, high sealing performance can be realized with simple processing.

図1は、固体高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell、略称PEFC)100を展開した状態で模式的に示した斜視図である。PEFC100は、セパレータ1、燃料電池セル2、集電板3、絶縁シート4、エンドフランジ5、電極配線12を有する。PEFC100は、高電圧、高出力を得るために、複数の燃料電池セル2を直列に接続した、いわゆるスタック状態で構成される。このスタック状態を構成するためには、燃料電池セル2間にセパレータを配置し、各燃料電池セル2に対して水素および酸素の供給と、発生した電気の回収とを行う。したがって、図1に示すように、燃料電池セル2とセパレータ1とが交互に配置される。この配置の最外層にはセパレータ1が配置され、セパレータ1のさらに外側には集電板3が設けられる。集電板3は、各セパレータ1で回収された電気を集めて取り出すために設けられ、電極配線12が接続されている。絶縁シート4は、集電板3とエンドフランジ5との間に設けられ、集電板3からエンドフランジ5に電流が漏れるのを防止している。エンドフランジ5は、複数の燃料電池セル2をスタック状態に保持するためのケースである。   FIG. 1 is a perspective view schematically showing a state in which a polymer electrolyte fuel cell (abbreviated as PEFC) 100 is developed. The PEFC 100 includes a separator 1, a fuel battery cell 2, a current collector plate 3, an insulating sheet 4, an end flange 5, and an electrode wiring 12. The PEFC 100 is configured in a so-called stack state in which a plurality of fuel cells 2 are connected in series in order to obtain a high voltage and a high output. In order to configure this stack state, a separator is disposed between the fuel cells 2, and hydrogen and oxygen are supplied to each fuel cell 2 and the generated electricity is recovered. Therefore, as shown in FIG. 1, the fuel cells 2 and the separators 1 are alternately arranged. The separator 1 is arranged on the outermost layer of this arrangement, and the current collector plate 3 is provided on the outer side of the separator 1. The current collector plate 3 is provided to collect and take out the electricity collected by each separator 1 and is connected to the electrode wiring 12. The insulating sheet 4 is provided between the current collector plate 3 and the end flange 5, and prevents current from leaking from the current collector plate 3 to the end flange 5. The end flange 5 is a case for holding the plurality of fuel cells 2 in a stacked state.

エンドフランジ5には、水素ガス供給口6、冷却水供給口7、酸素ガス供給口8、水素ガス排出口9、冷却水排出口10および酸素ガス排出口11が形成されている。各供給口から供給されたガスおよび水の流体は、燃料電池セル2の積層方向に貫通する各往路を通り最外層のセパレータ1で折り返し、各復路を通って各排出口から排出される。   A hydrogen gas supply port 6, a cooling water supply port 7, an oxygen gas supply port 8, a hydrogen gas discharge port 9, a cooling water discharge port 10 and an oxygen gas discharge port 11 are formed in the end flange 5. The gas and water fluid supplied from each supply port passes through each forward path penetrating in the stacking direction of the fuel cells 2 and is folded back by the outermost separator 1 and is discharged from each discharge port through each return path.

往路および復路は、各セパレータ1で分岐しており、往路を流れる各流体は、セパレータ1によって形成された、燃料電池セル2の面方向に平行な流路を通って復路に流れ込む。水素ガスおよび酸素ガスは、燃料電池セル2で消費されるので、未反応ガスが復路を通って排出されることとなる。排出された未反応ガスは回収され、再度供給口から供給される。酸素ガス流路付近では酸素と水素との反応によって水が生成するので、排出された酸素ガスは水を含んでいる。排出された酸素ガスを再度供給するには水を除去する必要がある。   The forward path and the return path are branched by each separator 1, and each fluid flowing in the forward path flows into the return path through a flow path formed by the separator 1 and parallel to the surface direction of the fuel cell 2. Since hydrogen gas and oxygen gas are consumed in the fuel battery cell 2, unreacted gas is discharged through the return path. The discharged unreacted gas is recovered and supplied again from the supply port. Since water is generated by the reaction between oxygen and hydrogen in the vicinity of the oxygen gas flow path, the discharged oxygen gas contains water. In order to supply the discharged oxygen gas again, it is necessary to remove water.

燃料ガスである水素ガスおよび酸化剤ガスである酸素ガスは、それぞれ水素および酸素のみからなるガスである必要はなく、水素、酸素以外にも、接触する流路を劣化、変性させないガスであれば含んでいてもよい。たとえば、酸素ガスとして窒素を含む空気を用いてもよい。また、水素源としては水素ガスに限らずメタンガス、エチレンガス、天然ガスなどでもよく、エタノールなどでもよい。   The hydrogen gas that is a fuel gas and the oxygen gas that is an oxidant gas do not need to be hydrogen and oxygen alone, but can be any gas other than hydrogen and oxygen that does not deteriorate or denature the flow path in contact. May be included. For example, air containing nitrogen as oxygen gas may be used. The hydrogen source is not limited to hydrogen gas, and may be methane gas, ethylene gas, natural gas, or ethanol.

図2は、セパレータ1を含む単位電池101の水平断面図である。単位電池101とは、1つの燃料電池セル2と、この両側に配置された2つのセパレータ1とからなり、水素および酸素を供給することで電力を発生させることができる最小の構成である。   FIG. 2 is a horizontal sectional view of the unit battery 101 including the separator 1. The unit battery 101 is composed of one fuel battery cell 2 and two separators 1 arranged on both sides of the unit battery 101. The unit battery 101 has a minimum configuration capable of generating electric power by supplying hydrogen and oxygen.

電解質組立体である燃料電池セル2は、電解質媒体である高分子膜20と、高分子膜20の厚み方向表面に形成した触媒電極21とからなり、MEA(Membrane Electrode
Assembly)とも呼ばれる。
A fuel cell 2 as an electrolyte assembly includes a polymer film 20 as an electrolyte medium and a catalyst electrode 21 formed on the surface of the polymer film 20 in the thickness direction. The MEA (Membrane Electrode)
Also called Assembly.

高分子膜20は、水素イオン(プロトン)を透過するプロトン導電性電解質膜であり、パーフルオロスルホン酸樹脂膜(たとえば、デュポン社製、商品名ナフィオン)がよく用いられる。   The polymer membrane 20 is a proton conductive electrolyte membrane that transmits hydrogen ions (protons), and a perfluorosulfonic acid resin membrane (for example, a product name “Nafion” manufactured by DuPont) is often used.

触媒電極21は、高分子膜20の厚み方向表面に、プラチナ、ルテニウムなどの触媒金属を含むカーボン層として積層される。触媒電極21に水素ガス、酸素ガスが供給されると、触媒電極21と高分子膜20との界面で電気化学反応が生じて直流電力が発生する。   The catalyst electrode 21 is laminated on the surface of the polymer film 20 in the thickness direction as a carbon layer containing a catalyst metal such as platinum or ruthenium. When hydrogen gas or oxygen gas is supplied to the catalyst electrode 21, an electrochemical reaction occurs at the interface between the catalyst electrode 21 and the polymer film 20 to generate DC power.

高分子膜20は、厚みが約0.1mmであり、触媒電極21は含有する触媒金属などによっても変わるが、数μmの厚みで形成される。   The polymer film 20 has a thickness of about 0.1 mm, and the catalyst electrode 21 is formed with a thickness of several μm although it varies depending on the catalyst metal contained therein.

セパレータ1は、水素ガスおよび酸素ガスの流路を分離する分離部13と、外周部に設けられ、水素ガスおよび酸素ガスの漏出を防ぐシール部14とを有している。本実施形態では、触媒電極21は、高分子膜20の全面に形成されているのではなく、外周の幅1〜20mm、望ましくは5〜10mmにわたって高分子膜20が表面に露出している。セパレータ1の分離部13は、触媒電極21が形成されている領域に対向する領域に形成され、シール部は、高分子膜20が露出している領域に対向する領域に形成される。   The separator 1 has a separation part 13 that separates the flow paths of hydrogen gas and oxygen gas, and a seal part 14 that is provided on the outer periphery and prevents leakage of hydrogen gas and oxygen gas. In the present embodiment, the catalyst electrode 21 is not formed on the entire surface of the polymer film 20, but the polymer film 20 is exposed on the surface over an outer width of 1 to 20 mm, preferably 5 to 10 mm. The separator 13 of the separator 1 is formed in a region facing the region where the catalyst electrode 21 is formed, and the seal portion is formed in a region facing the region where the polymer film 20 is exposed.

分離部13には、触媒電極21の形成面に平行で、互いに平行な複数の流路溝が厚み方向両面に形成されている。この流路溝は、ガスの流れ方向に垂直な断面が凹形状となっている。所定の間隔で設けられた分離ブロック15と触媒電極21とで囲まれた空間が水素ガス流路16および酸素ガス流路17となる。分離ブロック15は、水素ガスと酸素ガスが混合しないように水素ガス流路16と酸素ガス流路17とを隔てるとともに、触媒電極21に接触し、高分子膜20と触媒電極21との界面で発生した直流電力は、直流電流として取り出される。取り出された直流電流は、他の分離ブロック15などを通って集電板3に収集される。   In the separation part 13, a plurality of flow channel grooves parallel to each other and parallel to the surface on which the catalyst electrode 21 is formed are formed on both surfaces in the thickness direction. This channel groove has a concave shape in a cross section perpendicular to the gas flow direction. A space surrounded by the separation block 15 and the catalyst electrode 21 provided at a predetermined interval is a hydrogen gas flow path 16 and an oxygen gas flow path 17. The separation block 15 separates the hydrogen gas flow channel 16 and the oxygen gas flow channel 17 so as not to mix hydrogen gas and oxygen gas, and is in contact with the catalyst electrode 21, at the interface between the polymer film 20 and the catalyst electrode 21. The generated DC power is extracted as a DC current. The extracted direct current is collected on the current collector plate 3 through another separation block 15 or the like.

互いに隣接する流路溝は、開放面が同じ向きとなるように形成されており、これに応じて、一方の面には水素ガス流路16を設定し、他方の面には酸素ガス流路17を設定する。すなわち、同一の触媒電極21には同一のガスが接触するようにガス流路を設定する。さらに、1つの単位電池101を構成する2つのセパレータ1は、図2に示すように、流路溝の開放部が、燃料電池セル2を挟んで対向するように配置される。すなわち、2つのセパレータ1は、燃料電池セル2の中心を対称面として面対称の関係となるように配置される。ただし、ガス流路の設定は、面対称の関係ではなく、燃料電池セル2を挟んで対向する流路溝が、異なるガスのガス流路を形成するように設定する。たとえば、図2に示すように、燃料電池セル2を挟んで対向するガス流路は、一方が水素ガス流路16であり、もう一方が酸素ガス流路17である。   The channel grooves adjacent to each other are formed so that the open surfaces are in the same direction, and accordingly, the hydrogen gas channel 16 is set on one side and the oxygen gas channel is set on the other side. 17 is set. That is, the gas flow path is set so that the same gas contacts the same catalyst electrode 21. Further, as shown in FIG. 2, the two separators 1 constituting one unit battery 101 are arranged so that the open portions of the flow channel grooves face each other with the fuel battery cell 2 interposed therebetween. That is, the two separators 1 are arranged so as to have a plane-symmetrical relationship with the center of the fuel cell 2 as the symmetry plane. However, the setting of the gas flow path is not a plane-symmetrical relationship, and the flow path grooves facing each other with the fuel cell 2 interposed therebetween are set so as to form gas flow paths for different gases. For example, as shown in FIG. 2, one of the gas flow paths facing each other across the fuel cell 2 is a hydrogen gas flow path 16, and the other is an oxygen gas flow path 17.

以上のようにセパレータ1を配置し、ガス流路を設定することで、電力を発生させることができる。   Electric power can be generated by arranging the separator 1 and setting the gas flow path as described above.

なお、流路溝と触媒電極21とによって形成された流路には、水素ガスおよび酸素ガスに限らず、冷却水を流してもよい。冷却水を流す場合は、燃料電池セル2を挟んで対向する流路溝のいずれにも流すことが好ましい。   The flow path formed by the flow path groove and the catalyst electrode 21 is not limited to hydrogen gas and oxygen gas, and cooling water may flow. When flowing the cooling water, it is preferable to flow in any of the channel grooves facing each other with the fuel battery cell 2 interposed therebetween.

セパレータ1の芯材として、平板状の金属薄板を用いる。たとえば、鉄、アルミニウム、チタンなどの金属薄板、特にステンレス(たとえばSUS304など)鋼板、SPCC(一般用冷間圧延鋼板)、耐食性鋼板が好ましい。ステンレス鋼板については、表面処理されたものを使用することができる。たとえば、表面を酸洗処理、電解エッチング処理したもの、導電性介在物を含むもの、BA皮膜を形成したもの、イオンプレーティング加工により導電性化合物をコーティングしたものなどが使用できる。また、結晶組織を超微細化した高耐食性ステンレス鋼板なども使用できる。   As a core material of the separator 1, a flat metal thin plate is used. For example, metal thin plates such as iron, aluminum and titanium, particularly stainless steel (for example, SUS304) steel plates, SPCC (general cold rolled steel plates), and corrosion resistant steel plates are preferred. As for the stainless steel plate, a surface-treated one can be used. For example, a surface pickled, electrolytically etched, containing conductive inclusions, formed with a BA film, or coated with a conductive compound by ion plating can be used. Further, a highly corrosion-resistant stainless steel plate with an ultrafine crystal structure can be used.

シール部14には、高分子膜20に平行に延びるシール突部が形成される。このシール突部は、ガスの流れ方向に垂直な断面が逆U字形状または逆V字形状となっている。セパレータ1の芯材を金属薄板とすることで、シール突部の頂部18は、ばね力によって、露出した高分子膜20に圧接される。この圧接位置でシールされ、水素ガスおよび酸素ガスの漏出を防ぐことができる。また、シール突部を逆U字形状または逆V字形状とすることで、頂部18の膜接触面積を小さくし、Oリングと同様の高圧シールを実現している。   The seal portion 14 is formed with a seal protrusion that extends in parallel with the polymer film 20. The seal projection has an inverted U-shaped or inverted V-shaped cross section perpendicular to the gas flow direction. By making the core material of the separator 1 a metal thin plate, the top portion 18 of the seal projection is pressed against the exposed polymer film 20 by a spring force. Sealing at this pressure contact position can prevent leakage of hydrogen gas and oxygen gas. Further, by forming the seal protrusion in an inverted U shape or an inverted V shape, the membrane contact area of the top portion 18 is reduced, and a high-pressure seal similar to that of an O-ring is realized.

図3は、第1の実施形態であるセパレータ1の分離部13の要部拡大図である。芯材である金属薄板30の両面に接着層31を介して樹脂層32を形成し、分離部13の樹脂層32には互いに平行な溝が設けられている。この樹脂層32に設けられた溝が、水素ガス流路16および酸素ガス流路17となる。樹脂層32には、ゴム(エラストマー)または合成樹脂を用いることができる。   FIG. 3 is an enlarged view of a main part of the separation unit 13 of the separator 1 according to the first embodiment. Resin layers 32 are formed on both surfaces of a thin metal plate 30 as a core material via an adhesive layer 31, and grooves parallel to each other are provided in the resin layer 32 of the separation portion 13. The grooves provided in the resin layer 32 become the hydrogen gas channel 16 and the oxygen gas channel 17. For the resin layer 32, rubber (elastomer) or synthetic resin can be used.

分離部13では、樹脂層32が触媒電極21に接触して、高分子膜20と触媒電極21との界面で発生した直流電力を直流電流として取り出し、金属薄板30を通って集電板に収集される。   In the separation unit 13, the resin layer 32 comes into contact with the catalyst electrode 21, and the DC power generated at the interface between the polymer film 20 and the catalyst electrode 21 is taken out as a DC current and collected through the metal thin plate 30 to the current collector plate. Is done.

接着層31は、金属薄板30表面に対してトリアジンチオール類に代表される導電性カップリング剤によるコーティング、ポリアニリン類に代表される導電性ポリマーによるドーピング処理されたコーティングを行うことにより、金属表面に拡散層として形成される。金属表面に拡散したトリアジンチオール類、ポリアニリン類は、導電性を示すので、樹脂層32との導電性を確保し、発生した直流電力を直流電流として取り出すことができる。   The adhesive layer 31 is coated on the surface of the metal thin plate 30 by coating with a conductive coupling agent typified by triazine thiols or a coating treated with a conductive polymer typified by polyanilines. It is formed as a diffusion layer. Since the triazine thiols and polyanilines diffused on the metal surface exhibit conductivity, the conductivity with the resin layer 32 can be secured and the generated DC power can be taken out as a DC current.

本発明では、従来のプレス加工ではなく、金属薄板表面に導電性スラリーを塗布し、乾燥させて塗布層を形成した後、スタンパによって塗布層に凹凸を成型して流路溝が設けられた樹脂層32を形成する。樹脂層32は、導電性を有することが必要であるので、導電性フィラーを含むゴムまたは合成樹脂を用いることができ、特にゴムとしては、ポリイソブチレンなどが好ましく、合成樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などが好ましく、エポキシ樹脂とアクリル樹脂とを組み合わせた相互侵入高分子網目
(Interpenetrating Polymer Network、略称「IPN」)構造の樹脂がさらに好ましい。また、樹脂層32は、一旦導電性スラリーが乾燥した塗布層として形成され、スタンパによって流路成型可能である必要がある。まず、硬化性モノマー、硬化性オリゴマーまたは硬化性プリポリマーからなるバインダおよび金属化合物または炭素系材料からなる導電性フィラーを溶媒と混合して導電性スラリーを調製し、金属薄板表面に塗布する。塗布された導電性スラリーを乾燥し塗布層を形成したのち、所定の転写パターンが設けられたスタンパ(金型)で塗布層に凹凸を成型して樹脂層32を形成する。
In the present invention, instead of the conventional press working, a conductive slurry is applied to the surface of a thin metal plate and dried to form a coating layer, and then a resin is provided with flow channel grooves by forming irregularities on the coating layer with a stamper. Layer 32 is formed. Since the resin layer 32 needs to have conductivity, a rubber or a synthetic resin containing a conductive filler can be used. In particular, the rubber is preferably polyisobutylene, and the synthetic resin is an epoxy resin, An acrylic resin or the like is preferable, and a resin having an interpenetrating polymer network (abbreviated as “IPN”) structure in which an epoxy resin and an acrylic resin are combined is more preferable. Further, the resin layer 32 needs to be formed as a coating layer once the conductive slurry is dried, and can be flow-path molded by a stamper. First, a binder made of a curable monomer, a curable oligomer or a curable prepolymer and a conductive filler made of a metal compound or a carbon-based material are mixed with a solvent to prepare a conductive slurry, which is applied to the surface of the metal thin plate. After the applied conductive slurry is dried to form a coating layer, the resin layer 32 is formed by molding irregularities on the coating layer with a stamper (mold) provided with a predetermined transfer pattern.

図4は、第1の実施形態のシール部14の要部拡大図である。シール部14では、金属薄板30が高分子膜20に接触してシールしている。シール部14は、プレス加工によって形成される。   FIG. 4 is an enlarged view of a main part of the seal portion 14 of the first embodiment. In the seal portion 14, the metal thin plate 30 is in contact with the polymer film 20 and sealed. The seal part 14 is formed by press working.

シール突部の頂部18を、ばね力によって高分子膜20に圧接するには、高分子膜20と接触しない状態、すなわちPEFC1を組み立てる前の状態のセパレータ1において、シール突部の頂部18の位置が、PEFC1が組み立てられ、高分子膜20と接触する位置よりさらに高分子膜20側となるように予めシール部14を形成する。具体的には、図5(a)に示すように、PEFC1が組み立てられた状態では、シール突部の頂部18の位置は、触媒電極21との仮想接触面Aを基準とすると、触媒電極21との接触面と頂部18との距離が触媒電極21の厚みt1となるような位置になる。したがって、PEFC1が組み立てられる以前の状態では、図5(b)に示すように、シール突部の頂部18の位置は、触媒電極21との接触面との距離がt1より大きなt2となるように形成すればよい。分離部13とシール突部との接続部分がばねとして働くので、組み立て時に頂部18が高分子膜に圧接する際の圧力は、このばね力と接触面積によって決まる。ばね力は、フックの法則に従い、ばね定数(弾性定数)に変位量を掛けたものとなる。セパレータ1においては、ばね定数は、セパレータ1の材質およびシール部14の形状とで決まる。変位量は、Δt=t2−t1である。したがって、材質と形状とを予め決定し、ばね定数を決定した状態で、加工時にt2を変えることで、シール圧力を容易に調整することができる。最適なシール圧力を実現するために、材質および形状を変更してもよいことは言うまでもない。   In order to press-contact the top 18 of the seal protrusion against the polymer film 20 by a spring force, the position of the top 18 of the seal protrusion in the separator 1 in a state where it does not come into contact with the polymer film 20, that is, before the PEFC 1 is assembled. However, the seal part 14 is formed in advance so that the PEFC 1 is assembled and the polymer film 20 side is further from the position where it is in contact with the polymer film 20. Specifically, as shown in FIG. 5A, when the PEFC 1 is assembled, the position of the top portion 18 of the seal protrusion is determined based on the virtual contact surface A with the catalyst electrode 21. The distance between the contact surface and the top portion 18 is such that the thickness t1 of the catalyst electrode 21 is reached. Therefore, in a state before the PEFC 1 is assembled, as shown in FIG. 5B, the position of the top portion 18 of the seal projection is such that the distance from the contact surface with the catalyst electrode 21 is t2 larger than t1. What is necessary is just to form. Since the connecting portion between the separation portion 13 and the seal projection acts as a spring, the pressure when the top portion 18 is pressed against the polymer film during assembly is determined by this spring force and the contact area. The spring force is obtained by multiplying the spring constant (elastic constant) by the amount of displacement according to Hooke's law. In the separator 1, the spring constant is determined by the material of the separator 1 and the shape of the seal portion 14. The amount of displacement is Δt = t2−t1. Accordingly, the seal pressure can be easily adjusted by changing t2 during processing in a state where the material and shape are determined in advance and the spring constant is determined. Needless to say, the material and shape may be changed in order to achieve the optimum sealing pressure.

前述のように、燃料電池セル2を挟む2つのセパレータ1は、面対称の関係となるように配置されるので、シール突部の頂部18による圧接位置も、燃料電池セル2の中心を対称面として面対称の関係となる。頂部18の圧接位置が対向する位置となることで、シール性が向上する。   As described above, since the two separators 1 sandwiching the fuel cell 2 are arranged so as to have a plane symmetry, the pressure contact position by the top portion 18 of the seal projection also has a plane of symmetry about the center of the fuel cell 2. As shown in FIG. The sealing performance is improved by the pressure contact position of the top 18 being opposed.

図6は、本発明の実施の一形態であるセパレータの製造方法を示す製造工程図である。
本製造工程は、基板処理工程、スラリー調製工程、塗布工程、塗布層形成工程、成型工程、成型層硬化工程およびシール部形成工程を含む。
FIG. 6 is a production process diagram illustrating a method for producing a separator according to an embodiment of the present invention.
This manufacturing process includes a substrate processing process, a slurry preparation process, a coating process, a coating layer forming process, a molding process, a molding layer curing process, and a seal portion forming process.

スタンパを用いた成型によって、図2に示したような分離ブロック形状を実現するためには、成型された樹脂層の厚みがおよそ100μm〜500μmとなるような厚膜を形成する必要がある。また、樹脂層32が導電性を有するために導電性フィラーを多量に含む必要がある。   In order to realize the separation block shape as shown in FIG. 2 by molding using a stamper, it is necessary to form a thick film in which the thickness of the molded resin layer is about 100 μm to 500 μm. Further, since the resin layer 32 has conductivity, it is necessary to contain a large amount of conductive filler.

厚膜の必要性から、ある程度粘度の高い導電性スラリーを用いなければならない。したがって、要求される電気特性および構造特性を実現するためには、導電性スラリーの組成が重要となる。   Due to the necessity of a thick film, a conductive slurry having a certain degree of viscosity must be used. Therefore, the composition of the conductive slurry is important in order to achieve the required electrical and structural properties.

ステップS1の基板処理工程では、基板としてステンレス鋼板などの金属薄板30を用いる場合に、樹脂層32との導電性を確保するために、金属薄板30の表面をエッチングなどによって不動態膜を除去し、接着層31を形成する。詳細には、所定の外形および厚み方向のガス経路を得るために、型抜き加工を行い、型抜き加工が施された金属薄板の表面に、トリアジンチオール類に代表される導電性カップリング剤によるコーティング、ポリアニリン類に代表される導電性ポリマーによるドーピング処理されたコーティングを行う。   In the substrate processing step of step S1, when using a metal thin plate 30 such as a stainless steel plate as a substrate, the passive film is removed by etching or the like on the surface of the metal thin plate 30 in order to ensure conductivity with the resin layer 32. Then, the adhesive layer 31 is formed. Specifically, in order to obtain a predetermined outer shape and gas path in the thickness direction, a die cutting process is performed, and the surface of the metal sheet subjected to the die cutting process is subjected to a conductive coupling agent typified by triazine thiols. Coating is performed by doping with a conductive polymer represented by polyanilines.

ステップS2のスラリー調製工程では、後工程の塗布工程で用いる導電性スラリーを調製する。   In the slurry preparation step of step S2, a conductive slurry used in a subsequent application step is prepared.

低コスト生産を実現するためには、原材料のみならず、加工工程が量産性に富むものであることが望ましい。本発明では、多量の導電性フィラーを用いるため、バインダと導電性フィラーと添加剤などとを混合しただけでは、高粘度、高稠度となり金属薄板表面に層を形成することが困難である。したがって、バインダ、導電性フィラーおよび添加剤などを溶媒と混合することで粘度を低下させ、容易に金属薄板表面に塗布することが可能となる。さらに、溶媒を用いることでバインダとしてより高分子量のものを使用することが可能となり、樹脂層32の特性を向上させることができる。したがって、導電性スラリーとしては、液状で反応性を有するバインダ、多量の導電性フィラー、硬化を促進するための重合触媒および他の添加剤を溶媒に混合して調整することが望ましい。   In order to realize low-cost production, it is desirable that not only raw materials but also processing steps are rich in mass productivity. In the present invention, since a large amount of conductive filler is used, it is difficult to form a layer on the surface of the metal thin plate because it has high viscosity and high consistency only by mixing a binder, a conductive filler and an additive. Therefore, by mixing a binder, a conductive filler, an additive, and the like with a solvent, the viscosity can be lowered and it can be easily applied to the surface of the thin metal plate. Furthermore, by using a solvent, it is possible to use a higher molecular weight binder, and the characteristics of the resin layer 32 can be improved. Accordingly, the conductive slurry is preferably prepared by mixing a liquid and reactive binder, a large amount of conductive filler, a polymerization catalyst for promoting curing, and other additives in a solvent.

調製する導電性スラリーとしては、用いる溶媒によって2種類に分類される。1つは有機溶剤を溶媒として用いる有機溶剤型スラリーであり、もう1つは水を溶媒として用いる水性型スラリーである。さらに、有機溶剤型スラリーおよび水性型スラリーはそれぞれ2種類に分類される。有機溶剤型スラリーは、溶解溶剤型スラリーおよび非水性分散型(NAD型)スラリーに分類され、水性型スラリーは、エマルジョン型スラリーおよび水溶性型スラリーに分類される。
以下では各種類のスラリーについて説明する。
The conductive slurry to be prepared is classified into two types depending on the solvent used. One is an organic solvent type slurry using an organic solvent as a solvent, and the other is an aqueous type slurry using water as a solvent. Furthermore, the organic solvent type slurry and the aqueous type slurry are classified into two types, respectively. The organic solvent type slurry is classified into a dissolved solvent type slurry and a non-aqueous dispersion type (NAD type) slurry, and the aqueous type slurry is classified into an emulsion type slurry and a water soluble type slurry.
Below, each kind of slurry is demonstrated.

・溶解溶剤型スラリー
溶解溶剤型スラリーは、有機溶剤として、ベンゼン、トルエンおよびキシレンなどの芳香族系溶解溶剤、アセトンなどのケトン系溶解溶剤、酢酸エチルエステル、酢酸ブチルエステルなどのエステル系溶解溶剤のうち1種類または2種類以上を混合して用いることができる。バインダ、導電性フィラー、重合触媒および添加剤と有機溶剤を混合して導電性スラリーを調整する。
・ Solvent solvent type slurry Solvent solvent type slurry is an organic solvent such as aromatic solvent such as benzene, toluene and xylene, ketone solvent such as acetone, ester solvent such as ethyl acetate and butyl ester. Among them, one type or a mixture of two or more types can be used. A conductive slurry is prepared by mixing a binder, a conductive filler, a polymerization catalyst, an additive, and an organic solvent.

・非水性分散型スラリー
非水性分散型スラリーは、上記の溶解溶剤の代わりに、ミネラルターペン(脂肪族炭化水素系溶剤)を使用してバインダなどを分散させる。溶解溶剤を用いる場合に比べて低公害性の導電性スラリーが実現できる。
-Non-aqueous dispersion type slurry A non-aqueous dispersion type slurry disperses a binder etc. using mineral terpene (aliphatic hydrocarbon solvent) instead of the above-mentioned dissolution solvent. Compared with the case of using a dissolving solvent, a conductive slurry having low pollution can be realized.

・エマルジョン型スラリー
エマルジョン型スラリーは、水に溶解しないバインダを用いる場合に調整する。水に界面活性剤などの助剤(乳化剤)を添加し、水に溶解しないバインダなどを乳化分散させて安定した導電性スラリーを実現する。さらに、共溶剤(必ずしも揮発性とは限らない)としてメチルアルコール、エチルアルコール、カルビトールなどを添加してもよい。
-Emulsion type slurry Emulsion type slurry is adjusted when a binder that does not dissolve in water is used. An auxiliary agent (emulsifier) such as a surfactant is added to water, and a binder that does not dissolve in water is emulsified and dispersed to realize a stable conductive slurry. Further, methyl alcohol, ethyl alcohol, carbitol or the like may be added as a cosolvent (not necessarily volatile).

・水溶性型スラリー
水溶性型スラリーは、水に溶解する変性バインダを用いる場合に調整する。変性バインダなどを水に溶解させて導電性スラリーを実現する。さらに共溶剤としてエチレングリコールn−ブチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、エチレングリコールt−ブチルエーテルなどを添加する。
-Water-soluble slurry The water-soluble slurry is adjusted when a modified binder that dissolves in water is used. A conductive slurry is realized by dissolving a modified binder or the like in water. Further, ethylene glycol n-butyl ether, propylene glycol propyl ether, ethylene glycol t-butyl ether or the like is added as a cosolvent.

実際の製造工程においては、用いるバインダ、導電性フィラーおよび重合触媒の種類などにより、調整するスラリーの種類を選択すればよい。   In the actual manufacturing process, the type of slurry to be adjusted may be selected depending on the type of binder, conductive filler, and polymerization catalyst used.

バインダとしては、樹脂層32が、ゴムまたは合成樹脂からなることから、これらを実現するための硬化性モノマー、硬化性オリゴマーまたは硬化性プリポリマーを用いればよい。特に、後工程の成型層硬化工程では、光硬化および熱硬化を組み合わせて硬化を行うので、光硬化性モノマー、光硬化性オリゴマーまたは光硬化性プリポリマーを用いることが好ましい。たとえば、アクリル系モノマーまたはオリゴマー、エポキシ系モノマーまたはオリゴマーなどを用いることができる。アクリル系モノマーまたはオリゴマーとしては、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレートおよびイソボロニアルアクリレートなどが好ましい。   As the binder, since the resin layer 32 is made of rubber or synthetic resin, a curable monomer, curable oligomer, or curable prepolymer for realizing these may be used. In particular, in the subsequent molding layer curing step, curing is performed by combining photocuring and thermal curing, and therefore it is preferable to use a photocurable monomer, a photocurable oligomer, or a photocurable prepolymer. For example, acrylic monomers or oligomers, epoxy monomers or oligomers can be used. As the acrylic monomer or oligomer, epoxy acrylate, polyester acrylate, isobornial acrylate and the like are preferable.

導電性フィラーとしては、金属化合物または炭素系材料を用いることができる。金属化合物としては、炭化ストロンチウム、窒化ストロンチウムおよび酸化セシウムなどが好ましい。炭素系材料としては、粉末状材料と、繊維状材料とがある。粉末状材料としては、人造黒鉛、天然黒鉛およびカーボンブラックなどが好ましく、繊維状材料としては、炭素繊維、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバーなどが好ましい。   As the conductive filler, a metal compound or a carbon-based material can be used. As the metal compound, strontium carbide, strontium nitride, cesium oxide and the like are preferable. As the carbon-based material, there are a powdery material and a fibrous material. As the powdery material, artificial graphite, natural graphite, carbon black and the like are preferable, and as the fibrous material, carbon fiber, carbon nanotube, carbon nanofiber and the like are preferable.

光硬化反応には、アクリル系のラジカル重合反応と、エポキシ系のカチオン重合反応とがあり、特に樹脂層32として、エポキシ樹脂とアクリル樹脂とからなるIPN構造樹脂を用いる場合は、導電性スラリーにカチオン重合開始剤およびラジカル重合開始剤を添加する。
他の添加剤としては、粘度低下剤などを用いることができる。
The photocuring reaction includes an acrylic radical polymerization reaction and an epoxy cationic polymerization reaction. In particular, when an IPN structure resin composed of an epoxy resin and an acrylic resin is used as the resin layer 32, the conductive slurry is used as a conductive slurry. A cationic polymerization initiator and a radical polymerization initiator are added.
As other additives, a viscosity reducing agent or the like can be used.

導電性スラリーを構成する上記物質についてさらに具体的に例示する。
親油性アクリル系モノマーの例としては、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸フェノキシエチル、トリブロモ(メタ)アクリル酸ベンジル、トリブロモ(メタ)アクリル酸フェノキシエチル、(メタ)アクリル酸ビフェニルエトキシ、(メタ)アクリル酸ビフェニルエポキシ、(メタ)アクリル酸ナフチルエトキシ、(メタ)アクリル酸フルオレンエポキシ、ジ(メタ)アクリル酸ビスフェノールA、テトラブロモジ(メタ)アクリル酸ビスフェノールA、エトキシ変性ジ(メタ)アクリル酸ビスフェノールA、テトラブロモエトキシ変性ジ(メタ)アクリル酸ビスフェノールA、ジ(メタ)アクリル酸ビスフェノールAエポキシ、エトキシ変性ジ(メタ)アクリル酸ビスフェノールAエポキシ、テトラブロモジ(メタ)アクリル酸ビスフェノールAエポキシ、テトラブロモエトキシ変性ジ(メタ)アクリル酸ビスフェノールAエポキシなどが挙げられる。
The substance constituting the conductive slurry will be illustrated more specifically.
Examples of lipophilic acrylic monomers include dicyclopentanyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, phenoxyethyl (meth) acrylate, benzyl tribromo (meth) acrylate, and phenoxyethyl tribromo (meth) acrylate. Biphenylethoxy (meth) acrylate, biphenyl epoxy (meth) acrylate, naphthylethoxy (meth) acrylate, fluorene epoxy (meth) acrylate, bisphenol A di (meth) acrylate, bisphenol A tetrabromodi (meth) acrylate , Ethoxy modified di (meth) acrylate bisphenol A, tetrabromoethoxy modified di (meth) acrylate bisphenol A, di (meth) acrylate bisphenol A epoxy, ethoxy modified di (meth) acrylate bisphenol A epoxy, Tetoraburomoji (meth) acrylate bisphenol A epoxy, such as tetra-bromoethoxy-modified di (meth) acrylate of bisphenol A epoxy and the like.

親水性アクリル系モノマーの例としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、2−メタアクロイルオキシエチル−2−ヒドロキシプロピルアクリレート、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、アクリロイルモルフォリン、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、イソプロピルアクリルアミド、ジメチルアミノエチルアクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレートなどのエチレングリコール系の(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート等のグリセリン(メタ)アクリレートエステル類、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート等のジオール類の(メタ)アクリル酸エステル、ネオペンチルジ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。   Examples of hydrophilic acrylic monomers include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl acrylate, 4-hydroxybutyl acrylate, 2-methacryloyloxyethyl-2-hydroxypropyl acrylate, N, N-dimethylacrylamide, N, N-diethylacrylamide, acryloylmorpholine, N, N-dimethylaminopropylacrylamide, isopropylacrylamide, dimethylaminoethyl acrylate, 2-hydroxy-3-phenoxypropyl acrylate, ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meta ) Glycerin (meth) such as ethylene glycol-based (meth) acrylate such as acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate Chestnut rates esters, (meth) acrylic acid ester of hexanediol di (meth) diols such as acrylate, and Neopenchiruji (meth) acrylate.

エポキシ樹脂には、芳香族エポキシ樹脂、脂環族エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂があり、芳香族エポキシ樹脂として、少なくとも1個の芳香核を有する多価フェノールまたはそのアルキレンオキサイド付加体のポリグリシジルエーテルであって、たとえばビスフェノールAやビスフェノールFまたはそのアルキレンオキサイド付加体と、エピクロルヒドリンとの反応によって製造されるグリシジルエーテル、エポキシノボラック樹脂が挙げられる。また、脂環族エポキシ樹脂としては、少なくとも1個の脂環族環を有する多価アルコールのポリグリシジルエーテルまたは、シクロヘキセン、シクロペンテン環含有化合物を、過酸化水素、過酸などの適当な酸化剤でエポキシ化することによって得られるシクロヘキセンオキサイド、またはシクロペンテンオキサイド含有化合物が挙げられる。   Epoxy resins include aromatic epoxy resins, alicyclic epoxy resins, and aliphatic epoxy resins, and polyglycidyl ethers of polyhydric phenols having at least one aromatic nucleus or their alkylene oxide adducts as aromatic epoxy resins. For example, glycidyl ether and epoxy novolac resin produced by the reaction of bisphenol A, bisphenol F or its alkylene oxide adduct and epichlorohydrin can be mentioned. In addition, as the alicyclic epoxy resin, a polyglycidyl ether of a polyhydric alcohol having at least one alicyclic ring, or a cyclohexene or cyclopentene ring-containing compound is mixed with an appropriate oxidizing agent such as hydrogen peroxide or peracid. Examples thereof include cyclohexene oxide or cyclopentene oxide-containing compound obtained by epoxidation.

脂環族エポキシ樹脂のモノマー例としては、水素添加ビスフェノールAジグリシジルエーテル、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3’,4’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−メタ−ジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、ビニルシクロヘキセンジオキサイド、4−ビニルエポキシシクロヘキサン、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシル−3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキサン)カルボキシレート、メチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサン)、ジシクロペンタジエンジエポキサイド、エチレングリコールのジ(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル、エチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート)、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジオクチル、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジ−2−エチルヘキシルなどが挙げられる。   Examples of alicyclic epoxy resin monomers include hydrogenated bisphenol A diglycidyl ether, 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexanecarboxylate, 2- (3,4-epoxycyclohexyl-5, 5-spiro-3,4-epoxy) cyclohexane-meta-dioxane, bis (3,4-epoxycyclohexylmethyl) adipate, vinylcyclohexene dioxide, 4-vinylepoxycyclohexane, bis (3,4-epoxy-6-methyl) Cyclohexyl-3,4-epoxy-6-methylcyclohexane) carboxylate, methylenebis (3,4-epoxycyclohexane), dicyclopentadiene diepoxide, ethylene glycol di (3,4-epoxycyclohexylmethyl) Ether, ethylenebis (3,4-epoxycyclohexane carboxylate), epoxy hexahydrophthalic acid dioctyl and epoxy hexahydrophthalic acid di-2-ethylhexyl and the like.

脂肪族エポキシ樹脂のモノマー例としては、脂肪族多価アルコール、またはそのアルキレンオキサイド付加物のポリグリシジルエーテル、脂肪族長鎖多塩基酸のポリグリシジルエステル、グリシジルアクリレートやグリシジルメタクリレートのホモポリマー、コポリマーなどがあり、その代表例としては、1,4−ブタンジオールのジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールのジグリシジルエーテル、グリセリンのトリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンのトリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコ−ルのジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールのジグリシジルエーテル、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどの脂肪族多価アルコールに1種または2種以上のアルキレンオキサイドを付加することによって得られるポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル、脂肪族長鎖二塩基酸のジグリシジルエステルが挙げられる。さらに脂肪族高級アルコールのモノグリシジルエーテルやフェノール、クレゾール、ブチルフェノールまたはこれらにアルキレンオキサイドを付加することにより得られるポリエーテルアルコールのモノグリシジルエーテル、高級脂肪酸のグリシジルエステル、エポキシ化大豆油、エポキシステアリン酸ブチル、エポキシステアリン酸オクチル、エポキシ化アマニ油、エポキシ化ポリブタジエン糖などが挙げられる。   Examples of aliphatic epoxy resin monomers include polyglycidyl ethers of aliphatic polyhydric alcohols or alkylene oxide adducts thereof, polyglycidyl esters of aliphatic long-chain polybasic acids, homopolymers and copolymers of glycidyl acrylate and glycidyl methacrylate, and the like. Typical examples are 1,4-butanediol diglycidyl ether, 1,6-hexanediol diglycidyl ether, glycerin triglycidyl ether, trimethylolpropane triglycidyl ether, polyethylene glycol diglycol. One or more alkylene oxides for aliphatic polyhydric alcohols such as glycidyl ether, diglycidyl ether of polypropylene glycol, ethylene glycol, propylene glycol and glycerin Polyglycidyl ethers of polyether polyols obtained by adding include diglycidyl esters of aliphatic long-chain dibasic acids. Furthermore, monoglycidyl ether of higher aliphatic alcohol, phenol, cresol, butylphenol or polyether alcohol monoglycidyl ether obtained by adding alkylene oxide to these, glycidyl ester of higher fatty acid, epoxidized soybean oil, epoxy butyl stearate Octyl epoxy stearate, epoxidized linseed oil, epoxidized polybutadiene sugar and the like.

さらに、エポキシ樹脂以外のカチオン重合反応性物質の例としては、トリメチレンオキシド、3,3−ジメチルオキセタン、3,3−ジクロロメチルオキセタン、などのオキセタン化合物;テトラヒドロフラン、2,3−ジメチルテトラヒドロフランのようなオキソラン化合物;トリオキサン、1,3−ジオキソラン、1,3,6−トリオキサンシクロオクタンのような環状アセタール化合物;β−プロピオラクトン、ε−カプロラクトンのような環状ラクトン化合物;エチレンスルフィド、チオエピクロロヒドリンのようなチイラン化合物;1,3−プロピンスルフィド、3,3−ジメチルチエタンのようなチエタン化合物;エチレングリコールジビニルエーテル、アルキルビニルエーテル、3,4−ジヒドロピラン−2−メチル(3,4−ジヒドロピラン−2−カルボキシレート)、トリエチレングリコールジビニルエーテルのようなビニルエーテル化合物;エポキシ化合物とラクトンとの反応によって得られるスピロオルソエステル化合物;ビニルシクロヘキサン、イソブチレン、ポリブタジエンのようなエチレン性不飽和化合物及び上記化合物の誘導体などが挙げられる。   Further, examples of the cationic polymerization reactive substance other than the epoxy resin include oxetane compounds such as trimethylene oxide, 3,3-dimethyloxetane, and 3,3-dichloromethyloxetane; tetrahydrofuran, 2,3-dimethyltetrahydrofuran and the like. Oxolane compounds; cyclic acetal compounds such as trioxane, 1,3-dioxolane, 1,3,6-trioxane cyclooctane; cyclic lactone compounds such as β-propiolactone and ε-caprolactone; ethylene sulfide, thioepichloro Thiirane compounds such as hydrin; 1,3-propyne sulfide, thietane compounds such as 3,3-dimethylthietane; ethylene glycol divinyl ether, alkyl vinyl ether, 3,4-dihydropyran-2-methyl (3,3) 4- Dihydropyran-2-carboxylate), vinyl ether compounds such as triethylene glycol divinyl ether; spiro orthoester compounds obtained by reaction of epoxy compounds with lactones; ethylenically unsaturated compounds such as vinylcyclohexane, isobutylene, polybutadiene, and And derivatives of the above compounds.

カチオン重合開始剤の例としては、ジアゾニウム塩、ヨードニウム塩、スルフォニウム塩、セレニウム塩、ピリジニウム塩、フェロセニウム塩、フォスフォニウム塩、チヲピリニウム塩などが挙げられるが、熱的に比較的安定である芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルフォニウム塩などのオニウム塩重合開始剤が好ましい。なお、オニウム塩重合開始剤を活性化させるためには、紫外線・可視光の照射が好ましい。芳香族ヨードニウム塩および芳香族スルフォニウム塩などのオニウム塩重合開始剤を使用する場合、アニオンとしてはBF 、AsF 、SbF 、PF 、B(C などが挙げられる。 Examples of cationic polymerization initiators include diazonium salts, iodonium salts, sulfonium salts, selenium salts, pyridinium salts, ferrocenium salts, phosphonium salts, and thiopyrinium salts, but aromatics that are relatively thermally stable. Onium salt polymerization initiators such as iodonium salts and aromatic sulfonium salts are preferred. In order to activate the onium salt polymerization initiator, irradiation with ultraviolet rays and visible light is preferable. When onium salt polymerization initiators such as aromatic iodonium salts and aromatic sulfonium salts are used, the anions include BF 4 , AsF 6 , SbF 6 , PF 6 , B (C 6 F 5 ) 4 − and the like. Is mentioned.

カチオン重合開始剤の市販品としては、たとえば、サイラキュアUVI−6974(ビス[4−(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルフィドビスヘキサフルオロアンチモネートとジフェニル−4−チオフェノキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネートの混合物)、サイラキュアUVI−6990(UVI−6974のヘキサフルオロホスフェート)(以上、ユニオンカーバイド製)や、アデカオプトマーSP−151、アデカオプトマーSP−170(ビス[4−(ジ(4−(2−ヒドロキシエチル)フェニル)スルホニオ)フェニル]スルフィド)、アデカオプトマーSP−150(アデカオプトマーSP−170のヘキサフルオロホスフェート)、アデカオプトマーSP−171(以上、旭電化製)や、DTS−102、DTS−103、NAT−103、NDS−103((4−ヒドロキシナフチル)−ジメチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート)、TPS−102(トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート)、TPS−103(トリフェニルホスホニウムヘキサフルオロアンチモネート)、MDS−103(4−メトキシフェニル−ジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート)、MPI−103(4−メトキシフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート)、BBI−101(ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート)、BBI−103(ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート)(以下、みどり化学製)や、Irgacure261(η−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)[(1,2,3,4,5,6−η)−(1−メチルエチル)ベンゼン]−鉄(1+)ヘキサフルオロホスフェート(1−))(チバガイギー製)や、CD−1010,CD−1011、CD−1012(4−(2−ヒドロキシテトラデカニルオキシ)ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート)(以上、サートマー製)や、CI−2481、CI−2624、CI−2639、CI−2064(以上、日本曹達製)や、Degacure K126(ビス[4−(ジフェニルスルホニオ)フェニル]スルフィドビスヘキサフルオロホスフェート)(テグッサ製)や、RHODORSIL PHOTOINITIATOR 2074((トリクミル)ヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート)(Rhodia製)などが挙げられる。 As a commercial product of a cationic polymerization initiator, for example, Cyracure UVI-6974 (mixture of bis [4- (diphenylsulfonio) phenyl] sulfide bishexafluoroantimonate and diphenyl-4-thiophenoxyphenylsulfonium hexafluoroantimonate) Syracure UVI-6990 (hexafluorophosphate of UVI-6974) (manufactured by Union Carbide), Adekaoptomer SP-151, Adekaoptomer SP-170 (Bis [4- (di (4- (2-hydroxy Ethyl) phenyl) sulfonio) phenyl] sulfide), Adekaoptomer SP-150 (hexafluorophosphate of Adekaoptomer SP-170), Adekaoptomer SP-171 (above, manufactured by Asahi Denka), and DTS-10 , DTS-103, NAT-103, NDS-103 ((4-hydroxynaphthyl) -dimethylsulfonium hexafluoroantimonate), TPS-102 (triphenylsulfonium hexafluorophosphate), TPS-103 (triphenylphosphonium hexafluoroantimony) Nate), MDS-103 (4-methoxyphenyl-diphenylsulfonium hexafluoroantimonate), MPI-103 (4-methoxyphenyliodonium hexafluoroantimonate), BBI-101 (bis (4-t-butylphenyl) iodonium hexa) Fluorophosphate), BBI-103 (bis (4-t-butylphenyl) iodonium hexafluoroantimonate) (hereinafter referred to as Midori Kagaku) and Irgacure 2 1 (eta 5-2,4-cyclopentadiene-1-yl) [(1,2,3,4,5,6-η) - (1- methylethyl) benzene] - iron (1+) hexafluorophosphate ( 1-)) (manufactured by Ciba Geigy), CD-1010, CD-1011, CD-1012 (4- (2-hydroxytetradecanyloxy) diphenyliodonium hexafluoroantimonate) (above, manufactured by Sartomer), CI- 2481, CI-2624, CI-2639, CI-2064 (manufactured by Nippon Soda), Dekacure K126 (bis [4- (diphenylsulfonio) phenyl] sulfide bishexafluorophosphate) (manufactured by Tegusa), RHODOLSIL PHOTOINITIATOR 2074 ((Tricumyl) iodonium tetrakis (pen Tafluorophenyl) borate) (manufactured by Rhodia) and the like.

ラジカル重合開始剤の例としては、ベンゾフェノン、チオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、2,4−ジクロロチオキサントンなどのチオキサントン類、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテルなどのベンゾインエーテル類、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オンなどのベンジルジメチルケタール類、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンなどのα−ヒドロキシアルキルフェノン類、カンファーキノンなどのα−ジカルボニル化合物などが挙げられる。ラジカル重合開始剤は、光硬化性組成物100質量部に対して、0.1〜20質量部使用することが好ましい。   Examples of radical polymerization initiators include thioxanthones such as benzophenone, thioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone, 2-isopropylthioxanthone, and 2,4-dichlorothioxanthone, and benzoins such as benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, and benzoin isopropyl ether. Ethers, benzyldimethyl ketals such as 2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethane-1-one, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, 1- (4-isopropylphenyl) ) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, α-hydroxyalkylphenones such as 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, and α-dicarbonyl compounds such as camphorquinone. The radical polymerization initiator is preferably used in an amount of 0.1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the photocurable composition.

有機溶媒としては、トルエン、メチルエチルケトン、アセトン、エチレングリコールモノエチルエーテル、ターペン、ジオキサン、シクロヘキサン、ノルマルヘキサン、ノルマルヘプタン、メチルアルコール、エチルアルコール、ミネラルスピリットなどが挙げられる。   Examples of the organic solvent include toluene, methyl ethyl ketone, acetone, ethylene glycol monoethyl ether, terpene, dioxane, cyclohexane, normal hexane, normal heptane, methyl alcohol, ethyl alcohol, mineral spirit and the like.

以上のようなバインダ、導電性フィラーおよび重合開始剤と溶媒とを高速衝撃ミル、高速インペラーなどを用いて分散、混合し、導電性スラリーを得る。詳細には、最初に赤色光下で、バインダと重合開始剤とを混合して中粘度液を作製し、これに溶媒を加えて低粘度液を調整する。最後に、高速ミルなどを用いて剪断力を十分に加えながら低粘度液に導電性フィラーを添加し、導電性スラリーを得る。   The binder, conductive filler, polymerization initiator, and solvent as described above are dispersed and mixed using a high-speed impact mill, a high-speed impeller, or the like to obtain a conductive slurry. Specifically, first, under red light, a binder and a polymerization initiator are mixed to prepare a medium viscosity liquid, and a solvent is added to the medium to prepare a low viscosity liquid. Finally, a conductive slurry is obtained by adding a conductive filler to the low viscosity liquid while sufficiently applying a shearing force using a high speed mill or the like.

ステップS3の塗布工程では、調製した導電性スラリーを金属薄板30の表面に所定の厚みで塗布する。具体的な塗布方法としては、既存の方法を用いることができるが、ディッピング法、ドクターブレード法、カーテンコート法を用いることが好ましい。塗布工程における導電性スラリーの厚みとしては、200μm〜500μm程度が好ましい。   In the application step of step S3, the prepared conductive slurry is applied to the surface of the metal thin plate 30 with a predetermined thickness. As a specific coating method, an existing method can be used, but it is preferable to use a dipping method, a doctor blade method, or a curtain coating method. The thickness of the conductive slurry in the coating step is preferably about 200 μm to 500 μm.

ディッピング法は、被塗布部材を塗布液に浸漬させる方法で、本発明に適用すると、表面処理された金属薄板30を導電性スラリーに浸漬させることで塗布を行う。塗布された導電性スラリーの厚みは、導電性スラリーの組成と温度、浸漬時間、引き上げ速度などを調整することで制御することができる。   The dipping method is a method of immersing a member to be coated in a coating solution. When applied to the present invention, the dipping method is performed by immersing the surface-treated metal thin plate 30 in a conductive slurry. The thickness of the applied conductive slurry can be controlled by adjusting the composition and temperature of the conductive slurry, the immersion time, the pulling speed, and the like.

ドクターブレード法は、塗布液をタンクに入れ、被塗布部材を移動させながらドクターブレードと呼ばれるいわゆる堰を開けることで、連続的に被塗布部材表面に塗布する方法で、ドクターブレードの高さに応じた厚みで塗布することができる。本発明に適用すると、導電性スラリーをタンクに入れ、表面処理された金属薄板30を移動させて塗布を行う。塗布された導電性スラリーの厚みは、導電性スラリーの組成と温度、ドクターブレード高さ、金属薄板30の移動速度などを調製することで制御することができる。   The doctor blade method is a method in which a coating liquid is placed in a tank and a so-called weir called a doctor blade is opened while moving the member to be coated. It can be applied with a different thickness. When applied to the present invention, the conductive slurry is placed in a tank and the surface-treated metal thin plate 30 is moved to perform application. The thickness of the applied conductive slurry can be controlled by adjusting the composition and temperature of the conductive slurry, the doctor blade height, the moving speed of the metal thin plate 30, and the like.

カーテンコート法は、塗布液をカーテン状に落下させ、その中に被塗布部材を通過させる方法で、本発明に適用すると、導電性スラリーをカーテン状に落下させ、その中に表面処理された金属薄板30を通過させることで塗布を行う。塗布された導電性スラリーの厚みは、導電性スラリーの組成と温度、導電性スラリーの落下速度、金属薄板30の通過速度などを調製することで制御することができる。   The curtain coating method is a method in which a coating liquid is dropped into a curtain shape and a member to be coated is passed through it. When applied to the present invention, the conductive slurry is dropped into a curtain shape and the surface-treated metal is dropped into the curtain. Application is performed by passing the thin plate 30. The thickness of the applied conductive slurry can be controlled by adjusting the composition and temperature of the conductive slurry, the falling speed of the conductive slurry, the passing speed of the metal thin plate 30, and the like.

特に、工業的には表面処理された長尺の金属薄板に対してディッピング法で塗布することが好ましい。   Particularly, industrially, it is preferable to apply the surface treatment to a long metal thin plate by a dipping method.

ステップS4の塗布層形成工程では、塗布された導電性スラリーに含まれる溶媒を除去して塗布層を形成する。ここで、塗布層とは、導電性スラリーに含まれる溶媒が除去された状態の層、すなわちバインダ、導電性フィラー、重合開始剤などの不揮発成分からなる層である。   In the coating layer forming step of step S4, the solvent contained in the applied conductive slurry is removed to form a coating layer. Here, the coating layer is a layer in a state where the solvent contained in the conductive slurry is removed, that is, a layer made of a nonvolatile component such as a binder, a conductive filler, and a polymerization initiator.

溶媒の除去方法としては既存の方法を用いることができるが、温風吹き付けによる乾燥法が好ましい。具体的には、所定の温度の温風を塗布された導電性スラリー表面に吹き付け、溶媒を蒸発させて乾燥する。温風の温度としては、有機溶剤型スラリーまたは水性型スラリーのいずれを用いた場合であっても、含まれる溶媒に応じて選択すればよい。   As a method for removing the solvent, an existing method can be used, but a drying method by blowing warm air is preferable. Specifically, hot air having a predetermined temperature is sprayed on the surface of the applied conductive slurry, and the solvent is evaporated to dry. The temperature of the hot air may be selected according to the solvent contained, regardless of whether an organic solvent type slurry or an aqueous type slurry is used.

ステップS5の成型工程では、スタンパによって、塗布層に流路が設けられた成型層を形成する。成型層は、樹脂層として硬化させる前の状態の層であり、流路溝が形成され、目的とする樹脂層32とほぼ同形状に形成される。   In the molding step of step S5, a molding layer in which a flow path is provided in the coating layer is formed by a stamper. The molding layer is a layer in a state before being cured as a resin layer, and has a channel groove and is formed in substantially the same shape as the target resin layer 32.

塗布層に対して、スタンパ(金型)を圧接し、スタンパに形成された凹凸パターンを転写する。スタンパとしては、平面版であってもよいし、緩やかに湾曲したものであってもよい。また、スタンパは、塗布層の賦型のための金型であるので、金属シートなどのプレス用金型と同等もしくはそれ以下の機械的強度を有していればよい。たとえば、試作など少量生産時にはアルミ合金製のもの、大量生産時にはSS鋼材(一般構造用圧延鋼材)製のものが使用できる。   A stamper (die) is pressed against the coating layer, and the uneven pattern formed on the stamper is transferred. The stamper may be a flat plate or may be gently curved. Further, since the stamper is a mold for forming the coating layer, the stamper only needs to have a mechanical strength equal to or lower than that of a pressing mold such as a metal sheet. For example, an aluminum alloy can be used for small-scale production such as trial production, and an SS steel (general structural rolled steel) can be used for mass production.

塗布層は、非粘着性であるが、スタンパ圧接時に表面の粘着性が増加し、離型時に塗布層表面が粗化してしまうおそれがある。したがって、スタンパの塗布層との接触部は、離型性を向上させるために非粘着化加工されていることが望ましい。非粘着化加工としては、たとえばクロムメッキの微小クラック中にテフロン(登録商標)粒子を付着させる加工、DLC(Diamond Like Carbon)膜を形成する加工、窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、酸化チタン、窒化アルミニウムチタン、窒化クロムなどのセラミックス膜を形成する加工、プラズマソースイオン注入による硬質皮膜を形成する加工、放電による表面を硬質化する加工などが挙げられる。特に、塗布層に対しては、窒化クロム膜をスタンパ表面に形成することが好ましい。   The coating layer is non-tacky, but the surface tackiness increases when the stamper is pressed, and the surface of the coating layer may be roughened during release. Therefore, it is desirable that the contact portion of the stamper with the coating layer is non-adhesive to improve the releasability. Non-adhesive processing includes, for example, processing for attaching Teflon (registered trademark) particles in micro cracks of chrome plating, processing for forming a DLC (Diamond Like Carbon) film, titanium nitride, titanium carbide, titanium carbonitride, titanium oxide Examples thereof include a process for forming a ceramic film such as aluminum titanium nitride and chromium nitride, a process for forming a hard film by plasma source ion implantation, and a process for hardening the surface by electric discharge. In particular, for the coating layer, it is preferable to form a chromium nitride film on the stamper surface.

ステップS6の成型層硬化工程では、流路が設けられた成型層を、光硬化処理と熱硬化処理とを組み合わせて硬化させる。まず光硬化処理によって、成型層の表層部分を硬化させ、熱硬化処理によって成型層全体を硬化させる。   In the molding layer curing step of step S6, the molding layer provided with the flow path is cured by combining the photocuring process and the thermosetting process. First, the surface layer portion of the molding layer is cured by photocuring treatment, and the entire molding layer is cured by thermosetting treatment.

成型層は、多量の導電性フィラーを含むため、光硬化処理だけでは、照射した光が印刷インク層内の到達深度までしか硬化しない。また、熱硬化処理では、スタンパ成型された流路が熱だれによって変形してしまう。したがって、予め光照射によって、成型層の表層部分を硬化させ、加熱によって層全体を硬化させるのが効果的である。   Since the molding layer includes a large amount of conductive filler, the irradiated light is cured only to the depth reached in the printing ink layer only by the photocuring treatment. Further, in the thermosetting treatment, the stamper-molded flow path is deformed by heat dripping. Therefore, it is effective to harden the surface layer portion of the molding layer in advance by light irradiation and to cure the entire layer by heating.

光硬化では、照射光として紫外線を使用すると、波長が短いために硬化させるためのエネルギは大きいが、到達深度が浅く、本発明のような厚膜の硬化には適さない。したがって、可視光から近赤外光程度の波長を有する光を照射するのが望ましい。また、ラジカル重合反応とカチオン重合反応とを組み合わせ、簡単な操作で短時間に硬化させることが望ましい。   In photocuring, when ultraviolet rays are used as irradiation light, the energy for curing is large because the wavelength is short, but the depth of reach is shallow, and it is not suitable for curing a thick film as in the present invention. Therefore, it is desirable to irradiate light having a wavelength of visible light to near infrared light. Moreover, it is desirable to combine a radical polymerization reaction and a cationic polymerization reaction and to cure in a short time with a simple operation.

熱硬化では、加熱炉による加熱、電磁波照射による電磁波加熱が望ましい。
基板処理工程、塗布工程、塗布層形成工程、成型工程および成型層硬化工程では、金属薄板はロール状で供給してもよいし、予めセパレータの外寸大に切断されたピース状で供給してもよい。
In thermosetting, heating by a heating furnace and electromagnetic wave heating by electromagnetic wave irradiation are desirable.
In the substrate processing step, the coating step, the coating layer forming step, the molding step, and the molding layer curing step, the metal thin plate may be supplied in a roll shape or supplied in a piece shape that has been cut in advance to the outer dimensions of the separator. Also good.

ステップS7のシール部形成工程では、プレス加工によって、シール部14に相当する領域にシール突部を形成する。図5に示したように、PEFC組み立て時にばね力によってシール突部が高分子膜20に圧接するようにシール突部の形状を決定し、プレス加工によって決定した形状のシール突部を形成する。金属薄板がロール状で供給される場合は、シール部形成工程において、1回のプレスでシール突部を形成するとともに、セパレータの外寸大に打ち抜いてセパレータ1を得る。また、シール突部の形成と、外寸打ち抜きとを連続する2回のプレスで行ってもよい。   In the seal portion forming step in step S7, a seal protrusion is formed in a region corresponding to the seal portion 14 by press working. As shown in FIG. 5, when the PEFC is assembled, the shape of the seal protrusion is determined so that the seal protrusion is pressed against the polymer film 20 by the spring force, and the seal protrusion having the shape determined by press working is formed. When the metal thin plate is supplied in the form of a roll, in the seal portion forming step, the seal protrusion is formed by one press, and the separator 1 is obtained by punching out to the outer size of the separator. Further, the formation of the seal protrusion and the outer dimension punching may be performed by two successive presses.

以上のようにして得られたセパレータ1は、組立工程において、燃料電池セル2と交互に積層され、さらに集電板3、絶縁シート4、エンドフランジ5および電極配線12を加えて、図1に示したような構成のPEFC100として組み立てられる。   The separator 1 obtained as described above is alternately laminated with the fuel cells 2 in the assembly process, and further, a current collecting plate 3, an insulating sheet 4, an end flange 5 and an electrode wiring 12 are added to FIG. It is assembled as a PEFC 100 configured as shown.

以上のように、塗布層にスタンパ成型によって樹脂層32に流路を形成することで、従来のプレス加工に比べ、寸法精度が高く、反りおよび歪みも生じない。したがって、セパレータの生産性を向上し、高い歩留まりを実現することができる。
また、樹脂層32と金属薄板30との間に被覆層を設けた構成としてもよい。
As described above, by forming the flow path in the resin layer 32 by stamper molding in the coating layer, the dimensional accuracy is higher than that in the conventional press working, and warpage and distortion do not occur. Therefore, the productivity of the separator can be improved and a high yield can be realized.
Moreover, it is good also as a structure which provided the coating layer between the resin layer 32 and the metal thin plate 30. FIG.

図7は、被覆層33を設けたときの分離部13の要部拡大図であり、図8は、被覆層33を設けたときのシール部14の要部拡大図である。分離部13において、被覆層33によって金属薄板30の表面を被覆することで、水素ガスおよび酸素ガスならびに冷却水による腐食などの表面変化を効果的に防止することができる。   FIG. 7 is an enlarged view of a main part of the separation part 13 when the covering layer 33 is provided, and FIG. 8 is an enlarged view of a main part of the seal part 14 when the covering layer 33 is provided. By covering the surface of the metal thin plate 30 with the coating layer 33 in the separation unit 13, surface changes such as corrosion due to hydrogen gas, oxygen gas, and cooling water can be effectively prevented.

被覆層33も樹脂層32と同様に導電性を有することが必要であるので、ゴムとしては、たとえば、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブチルゴムおよびエチレン−プロピレンゴムなどの汎用ゴム、耐ガス透過性および耐熱性を有するエピクロロヒドリンゴムなどの特殊ゴムに導電性フィラーを添加して導電性を付与したものを使用することができる。特に、耐熱性、耐酸性に優れたアリル系付加重合型ポリイソブチレンにカーボンフィラーを添加したものが好ましい。   Since the coating layer 33 is also required to have conductivity like the resin layer 32, the rubber includes, for example, general-purpose rubbers such as isoprene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, butyl rubber and ethylene-propylene rubber, A material obtained by adding a conductive filler to a special rubber such as epichlorohydrin rubber having gas permeability and heat resistance can be used. In particular, an allyl addition polymerization type polyisobutylene excellent in heat resistance and acid resistance is preferably added with a carbon filler.

また、合成樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、含フッ素樹脂などに導電性フィラーを添加して導電性を付与したものを使用することができる。特には、耐腐食性に優れた含フッ素樹脂が好ましく、たとえば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、FEP(テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、EPE(テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、ETFE(テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体)、PCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)、ECTFE(クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVF(ポリビニルフルオライド)、THV(テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体)、VDF−HFP(フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、TFE−P(フッ化ビニリデン−プロピレン共重合体)などにカーボンフィラーを添加したものが好ましい。   In addition, as the synthetic resin, a resin obtained by adding a conductive filler to a phenol resin, an epoxy resin, a fluorine-containing resin, or the like can be used. In particular, a fluorine-containing resin excellent in corrosion resistance is preferable. For example, PTFE (polytetrafluoroethylene), PFA (tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer), FEP (tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer). Polymer), EPE (tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer), ETFE (tetrafluoroethylene-ethylene copolymer), PCTFE (polychlorotrifluoroethylene), ECTFE (chlorotrifluoroethylene). -Ethylene copolymer), PVDF (polyvinylidene fluoride), PVF (polyvinyl fluoride), THV (tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-vinylidene fluoride copolymer), VD -HFP (vinylidene fluoride - hexafluoropropylene copolymer), TFE-P (vinylidene fluoride - propylene copolymer) is preferably obtained by adding carbon filler or the like.

またシール部14において、弾性体である被覆層33で被覆すると、ばね力によって頂部18が圧接されることにより接触部分が変形し、高分子膜20表面との間に隙間が生じないのでシール性がさらに向上する。   Further, when the sealing portion 14 is covered with the covering layer 33 that is an elastic body, the top portion 18 is pressed by the spring force, so that the contact portion is deformed and no gap is formed between the surface of the polymer film 20 and the sealing performance. Is further improved.

なお、製造工程においては、ステップS1の基板処理工程で、接着層31を形成したのち、被覆層33の形成を行う。被覆層33が形成された状態のものを被覆基板と呼ぶ。加熱による被覆層33の加硫処理は、基板処理工程で行ってもよいし、成型層硬化工程で、樹脂層32の硬化と同時に行ってもよい。
さらに、セパレータ1は、樹脂層32の表面に高導電層を設けた構成としてもよい。
In the manufacturing process, the coating layer 33 is formed after the adhesive layer 31 is formed in the substrate processing process of step S1. The thing in the state in which the coating layer 33 was formed is called a coating substrate. The vulcanization treatment of the coating layer 33 by heating may be performed in the substrate processing step, or may be performed simultaneously with the curing of the resin layer 32 in the molding layer curing step.
Furthermore, the separator 1 may have a configuration in which a highly conductive layer is provided on the surface of the resin layer 32.

図9は、高導電層34を設けたときの分離部13の要部拡大図である。樹脂層32表面の触媒電極21と接触する領域にのみ高導電層34を形成する。   FIG. 9 is an enlarged view of a main part of the separation part 13 when the high conductive layer 34 is provided. The highly conductive layer 34 is formed only in the region in contact with the catalyst electrode 21 on the surface of the resin layer 32.

樹脂層32と触媒電極21との接触抵抗が高く電力の回収率が十分に得られないような場合、樹脂層32の表面に高導電層34を形成することで、触媒電極21との接触抵抗を低下させて回収率を向上させることができる。高導電層34には、バインダ樹脂と炭素との混合物(以下では「カーボン・樹脂コンパウンド」と呼ぶ。)を使用するのが好ましい。高導電層34は、炭素によって高導電性を実現し、バインダ樹脂によってガス透過性を低減させている。カーボン・樹脂コンパウンドの炭素含有量が増加するほど高導電層34の電気抵抗は低くなるが、バインダ樹脂の含有量が減少するので、ガスの透過性が高くなってしまう。電気抵抗とガス透過性のバランスからカーボン樹脂コンパウンドの樹脂含有率は、20〜30%の範囲が好ましい。含有する炭素としては、人造黒鉛、炭素繊維、カーボンナノチューブ、フラーレンなどを使用し、特に人造黒鉛を使用することが好ましい。バインダ樹脂としては、ポリイソブチレンゴムなどを使用することが好ましい。   When the contact resistance between the resin layer 32 and the catalyst electrode 21 is high and a sufficient power recovery rate cannot be obtained, the contact resistance with the catalyst electrode 21 is formed by forming the highly conductive layer 34 on the surface of the resin layer 32. The recovery rate can be improved. It is preferable to use a mixture of a binder resin and carbon (hereinafter referred to as “carbon / resin compound”) for the highly conductive layer 34. The highly conductive layer 34 achieves high conductivity with carbon and reduces gas permeability with a binder resin. As the carbon content of the carbon / resin compound increases, the electrical resistance of the highly conductive layer 34 decreases. However, since the binder resin content decreases, the gas permeability increases. From the balance between electric resistance and gas permeability, the resin content of the carbon resin compound is preferably in the range of 20 to 30%. As carbon to be contained, artificial graphite, carbon fiber, carbon nanotube, fullerene and the like are used, and it is particularly preferable to use artificial graphite. As the binder resin, polyisobutylene rubber or the like is preferably used.

また、高導電層34は、樹脂層32表面の触媒電極21と接触する領域にのみ混合物を塗布すればよい。高導電層34による接触抵抗の低下は、樹脂層32と触媒電極21との接触領域にのみ高導電層34を形成すれば十分な効果が得られる。したがって、高導電層34の形成領域を減少させ、少量のカーボン・樹脂コンパウンドで効果的に接触抵抗を低下させることができる。   In addition, the highly conductive layer 34 may be applied only to a region in contact with the catalyst electrode 21 on the surface of the resin layer 32. A reduction in contact resistance due to the high conductive layer 34 is sufficiently effective if the high conductive layer 34 is formed only in the contact region between the resin layer 32 and the catalyst electrode 21. Therefore, the formation region of the high conductive layer 34 can be reduced, and the contact resistance can be effectively reduced with a small amount of carbon / resin compound.

製造工程においては、成型層硬化工程中または成型層硬化工程後に、高導電層形成工程を行う。高導電層形成工程では、樹脂層32の表面に、カーボン・樹脂コンパウンドを所定の厚みで塗布する。成型層硬化工程では、樹脂層32に対して光硬化処理を行うため、成型層硬化工程前にカーボン・樹脂コンパウンドを塗布してしまうと樹脂層32の硬化が困難となる。したがって、成型層硬化工程中に行う場合は、光硬化処理を行った後、熱硬化処理を行う前に行えばよい。   In the production process, a highly conductive layer forming step is performed during the molding layer curing step or after the molding layer curing step. In the highly conductive layer forming step, a carbon / resin compound is applied to the surface of the resin layer 32 with a predetermined thickness. In the molding layer curing step, the resin layer 32 is subjected to a photocuring process. Therefore, if the carbon / resin compound is applied before the molding layer curing step, the resin layer 32 is difficult to cure. Therefore, when performing during a molding layer hardening process, it may carry out after performing a photocuring process and before performing a thermosetting process.

また、高導電層34としては、薄膜層であっても十分に効果が得られることから、成型工程後の印刷インク層がウェット状態のときに、カーボン粒子のアルコール分散液をスプレーによって数μmの厚みとなるように吹き付け、その後、乾燥固化させることで簡単な工程で形成することもできる。   Further, since the highly conductive layer 34 can be sufficiently effective even if it is a thin film layer, when the printing ink layer after the molding process is in a wet state, an alcohol dispersion of carbon particles is sprayed to several μm. It can also be formed in a simple process by spraying to a thickness and then drying and solidifying.

以上のように、セパレータ1では、分離部13にガス流路を設けるための樹脂層32は、導電性スラリーを塗布、乾燥したのち、スタンパ成型によって流路を形成することで、従来のプレス加工に比べ、寸法精度が高く、反りおよび歪みも生じない。したがって、セパレータ1の生産性を向上し、高い歩留まりを実現することができる。さらに、形成する流路パターンの設計自由度が大きく向上する。たとえばプレス加工の場合、パターンが表裏一体で形成されるとともに直線形状のパターンが多くなるためパターン設計が制限されてしまうが、スタンパ成型によればセパレータ1のそれぞれの面に全く異なるパターンを形成することが可能であり、曲線形状および孔形状のパターン形成も可能となる。また、シール部14は、プレス加工によって形成され、簡単な加工で高いシール性を実現することができる。   As described above, in the separator 1, the resin layer 32 for providing the gas flow path in the separation unit 13 is formed by applying the conductive slurry and drying, and then forming the flow path by stamper molding, so that the conventional press working is performed. Compared with, the dimensional accuracy is high, and no warping or distortion occurs. Therefore, the productivity of the separator 1 can be improved and a high yield can be realized. Furthermore, the degree of freedom in designing the flow path pattern to be formed is greatly improved. For example, in the case of press working, the pattern design is limited because the pattern is formed integrally with the front and back and the number of linear patterns increases. However, stamper molding forms completely different patterns on each surface of the separator 1. It is also possible to form curved and hole-shaped patterns. Moreover, the seal part 14 is formed by press work, and can achieve high sealing performance with simple processing.

さらに、分離部13に高導電層34を設けることで、触媒電極21とセパレータ1との接触抵抗を大幅に低下させることができるので、電力の回収率をさらに向上することができる。   Furthermore, since the contact resistance between the catalyst electrode 21 and the separator 1 can be greatly reduced by providing the highly conductive layer 34 in the separation portion 13, the power recovery rate can be further improved.

図10は、他のセパレータ1を含む単位電池101の水平断面図である。図に示すように、単位電池101の一方のセパレータ1において、シール突部が、高分子膜20と面接触するように、シール突部の断面を台形形状としてもよい。また、図11に示すように、単位電池101の両方のセパレータ1において、シール突部が、高分子膜20と面接触するように、シール突部の断面を台形形状としてもよい。   FIG. 10 is a horizontal sectional view of the unit battery 101 including the other separator 1. As shown in the figure, in one separator 1 of the unit battery 101, the cross section of the seal protrusion may be trapezoidal so that the seal protrusion is in surface contact with the polymer film 20. In addition, as shown in FIG. 11, in both separators 1 of the unit battery 101, the cross section of the seal protrusion may be trapezoidal so that the seal protrusion is in surface contact with the polymer film 20.

なお、上記の説明では、セパレータ1の芯材として金属薄板を用いているが、高導電性炭素繊維強化樹脂(CFRP)など高導電性かつ高強度の樹脂を用いてもよい。
下記の実施例に示す条件でセパレータ1を作製した。
In the above description, a thin metal plate is used as the core material of the separator 1, but a highly conductive and high strength resin such as a highly conductive carbon fiber reinforced resin (CFRP) may be used.
The separator 1 was produced on the conditions shown in the following Example.

スタンパとしては、アルミ合金製で、離型性を向上させるために表面に窒化クロム膜を形成したものを実施例1〜3で共用した。   As the stamper, those made of an aluminum alloy and having a chromium nitride film formed on the surface in order to improve releasability were commonly used in Examples 1-3.

また、導電性スラリーを塗布する被覆基板も各実施例で共用し、次のような手順で作製した。SUS304(たて10cm、よこ10cm、厚さ0.2mm)からなる金属薄板表面の不動態層をサンドブラストによって除去し、直ちにトリアジンチオール溶液に浸漬して接着層を形成した。次に、アリル系付加重合型ポリイソブチレン100重量部と、導電性カーボングラファイトを400部とを混合したものを、表面処理した金属薄板表面に厚さ50μmで塗布し、130℃で2時間硬化させて被覆層を形成した。   Moreover, the coated substrate which apply | coats electroconductive slurry was shared in each Example, and it produced in the following procedures. The passive layer on the surface of the thin metal plate made of SUS304 (length 10 cm, width 10 cm, thickness 0.2 mm) was removed by sandblasting, and immediately immersed in a triazine thiol solution to form an adhesive layer. Next, a mixture of 100 parts by weight of allylic addition polymerization type polyisobutylene and 400 parts of conductive carbon graphite was applied to the surface of the surface-treated metal thin plate at a thickness of 50 μm and cured at 130 ° C. for 2 hours. Thus, a coating layer was formed.

(実施例1)
実施例1では、樹脂層32をアクリル/エポキシのIPN構造樹脂で形成した。
Example 1
In Example 1, the resin layer 32 was formed of an acrylic / epoxy IPN structure resin.

・導電性スラリー組成
バインダ:アクリレートオリゴマー(ヘキサンジオールジアクリレート、UCBケミカル社製、品名HDDA)70重量部、エポキシオリゴマー(エポキシ化大豆油、CP HALL社製、品名パラプレックス G−62)30重量部
導電性フィラー:球状黒鉛(日本黒鉛工業製)300重量部、導電性カーボンブラック(東海カーボン製、品名#5500)150重量部、鱗状黒鉛(中越黒鉛工業所製、品名BFシリーズ)300重量部
重合触媒:ヒドロキシフェニルケトン(チバ社製、品名Daro cure 1173)1.5重量部、トリアリルサルフォニウム6フッ化リン(ダウケミカル社製、品名Cyracure UVI-6990)1.0重量部
溶媒:トルエン6重量部、メチルエチルケトン4重量
Conductive slurry composition Binder: 70 parts by weight of acrylate oligomer (hexanediol diacrylate, manufactured by UCB Chemical Co., product name HDDA), 30 parts by weight of epoxy oligomer (epoxidized soybean oil, product of CP HALL, product name Paraplex G-62) Conductive filler: 300 parts by weight of spherical graphite (manufactured by Nippon Graphite Industry), 150 parts by weight of conductive carbon black (manufactured by Tokai Carbon, product name # 5500), 300 parts by weight of scaly graphite (manufactured by Chuetsu Graphite Industry, product name BF series) Catalyst: 1.5 parts by weight of hydroxyphenyl ketone (product name: Daro cure 1173, manufactured by Ciba), 1.0 part by weight of triallylsulfonium hexafluoride (product name: Cyracure UVI-6990, manufactured by Dow Chemical Company) Solvent: Toluene 6 parts by weight, methyl ethyl ketone 4 weights

なお、溶媒の含有量は、バインダ、導電性フィラーおよび重合触媒を混合したものを100重量部としたときの含有量である。   In addition, content of a solvent is content when what mixed a binder, an electroconductive filler, and a polymerization catalyst is 100 weight part.

・硬化条件
出力600mW/cmでメタルハライドランプを用いて光照射した。
一次照射:10秒間照射
二次照射:100℃に保持して10分間照射
Curing conditions Light irradiation was performed using a metal halide lamp at an output of 600 mW / cm 2 .
Primary irradiation: Irradiation for 10 seconds Secondary irradiation: Irradiation at 100 ° C for 10 minutes

(実施例2)
実施例2では、樹脂層32をビニルエステル(エポキシアクリレート)で形成した。
(Example 2)
In Example 2, the resin layer 32 was formed of vinyl ester (epoxy acrylate).

・導電性スラリー組成
バインダ:アクリレートオリゴマー(ビスフェノールAジアクリレート、昭和高分子製、品名リポキシSP1507)100重量部
導電性フィラー:球状黒鉛(日本黒鉛工業製)300重量部、導電性カーボンブラック(東海カーボン製、品名#5500)150重量部、鱗状黒鉛(中越黒鉛工業所製、品名BFシリーズ)300重量部
重合触媒:色素・ボレート2光子型(PII型)光重合開始剤 α−ジケトン3重量部、三級アミン0.5重量部
溶媒:トルエン4部、メチルエチルケトン4部、ノルマルヘキサン3部
Conductive slurry composition Binder: 100 parts by weight of acrylate oligomer (Bisphenol A diacrylate, Showa High Polymer, product name Lipoxy SP1507) Conductive filler: 300 parts by weight of spherical graphite (manufactured by Nippon Graphite Industry), conductive carbon black (Tokai Carbon) Manufactured, product name # 5500) 150 parts by weight, scaly graphite (manufactured by Chuetsu Graphite Industry Co., Ltd., product name BF series) 300 parts by weight Polymerization catalyst: dye / borate 2-photon type (PII type) photopolymerization initiator α-diketone 3 parts by weight, Tertiary amine 0.5 parts by weight Solvent: 4 parts of toluene, 4 parts of methyl ethyl ketone, 3 parts of normal hexane

なお、溶媒の含有量は、バインダ、導電性フィラーおよび重合触媒を混合したものを100重量部としたときの含有量である。   In addition, content of a solvent is content when what mixed a binder, an electroconductive filler, and a polymerization catalyst is 100 weight part.

・硬化条件
出力500mW/cmでキセノンランプを用いて光照射した。
一次照射:20秒間照射
二次照射:100℃に保持して7分間照射
Curing conditions Light irradiation was performed using a xenon lamp at an output of 500 mW / cm 2 .
Primary irradiation: Irradiation for 20 seconds Secondary irradiation: Irradiation at 100 ° C for 7 minutes

(実施例3)
実施例3では、樹脂層32をアクリル/エポキシのIPN構造樹脂で形成した。
Example 3
In Example 3, the resin layer 32 was formed of an acrylic / epoxy IPN structure resin.

・導電性スラリー組成
バインダ:アクリレートオリゴマー(ビスフェノールAジアクリレート、昭和高分子製、品名リポキシSP1507)50重量部、エポキシオリゴマー(ビス環状脂肪族ジエポキシ、チバ社製、品名アラルダイトGY-179)
導電性フィラー:球状黒鉛(日本黒鉛工業製)300重量部、導電性カーボンブラック(東海カーボン製、品名#5500)150重量部、鱗状黒鉛(中越黒鉛工業所製、品名BFシリーズ)300重量部
重合触媒:ビスアシルフォスフィンオキシド(チバ社製、品名Irgacure819)1.3重重量部、トリアリルサルフォニウム6フッ化リン(ダウケミカル社製、品名Cyracure UVI-6990)1.5重量部
溶媒:トルエン6重量部、メチルエチルケトン4重量
Conductive slurry composition Binder: Acrylate oligomer (Bisphenol A diacrylate, Showa High Polymer, product name Lipoxy SP1507) 50 parts by weight, Epoxy oligomer (Bis cyclic aliphatic diepoxy, Ciba, product name Araldite GY-179)
Conductive filler: 300 parts by weight of spherical graphite (manufactured by Nippon Graphite Industry), 150 parts by weight of conductive carbon black (manufactured by Tokai Carbon, product name # 5500), 300 parts by weight of scaly graphite (manufactured by Chuetsu Graphite Industry, product name BF series) Catalyst: 1.3 parts by weight of bisacylphosphine oxide (manufactured by Ciba, product name Irgacure819), 1.5 parts by weight of triallylsulfonium hexafluoride (manufactured by Dow Chemical Co., product name Cyracure UVI-6990) Solvent: 6 parts by weight of toluene, 4 parts by weight of methyl ethyl ketone

なお、溶媒の含有量は、バインダ、導電性フィラーおよび重合触媒を混合したものを100重量部としたときの含有量である。   In addition, content of a solvent is content when what mixed a binder, an electroconductive filler, and a polymerization catalyst is 100 weight part.

・硬化条件
出力800mW/cmでメタルハライドランプを用いて光照射した。
一次照射:7秒間照射
二次照射:100℃に保持して10分間照射
各実施例の機械特性および電気特性を表1に示す。
Curing conditions Light irradiation was performed using a metal halide lamp at an output of 800 mW / cm 2 .
Primary irradiation: Irradiation for 7 seconds Secondary irradiation: Irradiation for 10 minutes while maintaining at 100 ° C. Table 1 shows mechanical and electrical characteristics of each example.

Figure 2006012712
Figure 2006012712

なお、接触抵抗値は、樹脂層印刷工程後の印刷インク層がウェット状態のときに、導電性カーボンブラック(東海カーボン製、品名#5500)のエチルアルコール分散液をスプレーにより、乾燥膜厚が2〜3μmの厚みとなるように吹きつけ、その後硬化させることで高導電層を形成したものを用いて測定した。   In addition, when the printing ink layer after the resin layer printing process is in a wet state, the contact resistance value is obtained by spraying an ethyl alcohol dispersion of conductive carbon black (product name # 5500, manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.) with a dry film thickness of 2 It measured using what formed the highly conductive layer by spraying so that it might become thickness of -3micrometer, and making it harden | cure after that.

(特性評価方法)
固有体積抵抗値:4探針法(JIS K7194)準拠
接触抵抗値 :電気抵抗計(オームメータ)
硬度 :微小硬度計による測定値を[ショアD]に換算
(Characteristic evaluation method)
Specific volume resistance value: Conforms to 4-probe method (JIS K7194) Contact resistance value: Electric resistance meter (ohm meter)
Hardness: The value measured by the microhardness meter is converted to [Shore D]

図12は、実施例1によって得られたセパレータの概略断面図である。触媒電極と接する凸部の幅a=2.0mm、流体流路となる凹部の幅b=2.0mm、凸部の厚みc=0.45mm、凹部の厚み=0.1mmであった。また、流路となる凹部はその断面が逆台形上となり底面と側面とのなす角度θ=135°であった。   12 is a schematic cross-sectional view of the separator obtained in Example 1. FIG. The width a of the convex portion in contact with the catalyst electrode was 2.0 mm, the width b of the concave portion serving as the fluid flow path was 2.0 mm, the thickness c of the convex portion was 0.45 mm, and the thickness of the concave portion was 0.1 mm. Further, the concave portion serving as the flow path had an inverted trapezoidal cross section, and the angle θ between the bottom surface and the side surface was 135 °.

実施例1〜3によって製造したセパレータは、未硬化部もなく均質であり、スタンパからの転写性も良好であった。また、表1に示すように、セパレータとして十分に機能する機械特性および電気特性が得られた。   The separators produced according to Examples 1 to 3 were homogeneous with no uncured part and good transferability from the stamper. Further, as shown in Table 1, mechanical characteristics and electrical characteristics that sufficiently function as a separator were obtained.

固体高分子型燃料電池(PEFC)100を展開した状態で模式的に示した斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) 100 in a developed state. FIG. セパレータ1を含む単位電池101の水平断面図である。2 is a horizontal sectional view of a unit battery 101 including a separator 1. FIG. セパレータ1の分離部13の要部拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a main part of a separation unit 13 of the separator 1. セパレータ1のシール部14の要部拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of a main part of a seal part 14 of the separator 1. ばね力が発生するためのシール部14の形状を説明する図である。It is a figure explaining the shape of the seal part 14 for a spring force to generate | occur | produce. 本発明の実施の一形態であるセパレータの製造方法を示す製造工程図である。It is a manufacturing process figure which shows the manufacturing method of the separator which is one Embodiment of this invention. 被覆層33を設けたときの分離部13の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of the isolation | separation part 13 when the coating layer 33 is provided. 被覆層33を設けたときのシール部14の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of the seal | sticker part 14 when the coating layer 33 is provided. 高導電層34を設けたときの分離部13の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of the isolation | separation part 13 when the highly conductive layer 34 is provided. 他のセパレータ1を含む単位電池101の水平断面図である。3 is a horizontal sectional view of a unit battery 101 including another separator 1. FIG. 他のセパレータ1を含む単位電池101の水平断面図である。3 is a horizontal sectional view of a unit battery 101 including another separator 1. FIG. 実施例1によって得られたセパレータの概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a separator obtained by Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 セパレータ
2 燃料電池セル
3 集電板
4 絶縁シート
5 エンドフランジ
6 水素ガス供給口
7 冷却水供給口
8 酸素ガス供給口
9 水素ガス排出口
10 冷却水排出口
11 酸素ガス排出口
12 電極配線
13 分離部
14 シール部
15 分離ブロック
16 水素ガス流路
17 酸素ガス流路
18 底部
20 高分子膜
21 触媒電極
30 金属薄板
31 接着層
32 樹脂層
33 被覆層
34 高導電層
100 固体高分子型燃料電池(PEFC)
101 単位電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Separator 2 Fuel cell 3 Current collector plate 4 Insulation sheet 5 End flange 6 Hydrogen gas supply port 7 Cooling water supply port 8 Oxygen gas supply port 9 Hydrogen gas discharge port 10 Cooling water discharge port 11 Oxygen gas discharge port 12 Electrode wiring 13 Separation part 14 Seal part 15 Separation block 16 Hydrogen gas flow path 17 Oxygen gas flow path 18 Bottom part 20 Polymer membrane 21 Catalytic electrode 30 Metal thin plate 31 Adhesive layer 32 Resin layer 33 Coating layer 34 High conductive layer 100 Solid polymer fuel cell (PEFC)
101 unit battery

Claims (10)

電解質媒体を含有した電解質層の厚み方向表面に触媒電極を設けた複数の電解質組立体間に介在され、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路を分離する分離部を有するセパレータの製造方法であって、
金属板表面に導電性スラリーを塗布する塗布工程と、
塗布された導電性スラリーに含まれる溶媒を除去して塗布層を形成する塗布層形成工程と、
スタンパによって塗布層に流路を設けた成型層を形成する成型工程と、
成型層を硬化して樹脂層を形成する成型層硬化工程とを含むことを特徴とするセパレータの製造方法。
A method of manufacturing a separator having a separation portion that is interposed between a plurality of electrolyte assemblies provided with catalyst electrodes on a surface in a thickness direction of an electrolyte layer containing an electrolyte medium and separates a flow path of a fuel gas and an oxidant gas. ,
An application step of applying conductive slurry to the surface of the metal plate;
A coating layer forming step of forming a coating layer by removing the solvent contained in the coated conductive slurry;
A molding step of forming a molding layer with a flow path in the coating layer by a stamper;
A separator manufacturing method comprising: a molding layer curing step of curing a molding layer to form a resin layer.
導電性スラリーは、ゴムまたは合成樹脂を形成するための硬化性モノマー、硬化性オリゴマーまたは硬化性プリポリマーからなるバインダと、金属化合物または炭素系材料からなる導電性フィラーと、溶媒とを混合して得られることを特徴とする請求項1記載のセパレータの製造方法。   The conductive slurry is obtained by mixing a binder made of a curable monomer, a curable oligomer or a curable prepolymer for forming a rubber or a synthetic resin, a conductive filler made of a metal compound or a carbon-based material, and a solvent. The method for producing a separator according to claim 1, wherein the separator is obtained. 塗布工程は、導電性スラリーを、ディッピング法、ドクターブレード法またはカーテンコート法によって塗布することを特徴とする請求項1または2記載のセパレータの製造方法。   3. The separator manufacturing method according to claim 1, wherein in the coating step, the conductive slurry is applied by a dipping method, a doctor blade method, or a curtain coating method. 塗布層形成工程は、塗布された導電性スラリーに温風を吹き付けて乾燥させることで溶媒を除去することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のセパレータの製造方法。   The method for producing a separator according to any one of claims 1 to 3, wherein the coating layer forming step removes the solvent by blowing hot air to the applied conductive slurry and drying the applied slurry. 塗布工程より前に、金属板表面に、塗布層との密着性を増加させるための処理を行う基板処理工程を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のセパレータの製造方法。   The separator according to any one of claims 1 to 4, further comprising a substrate processing step for performing a treatment for increasing adhesion to the coating layer on the surface of the metal plate before the coating step. Production method. 基板処理工程では、トリアジンチオールまたはポリアニリンを金属板表面に拡散させることを特徴とする請求項5記載のセパレータの製造方法。   6. The separator manufacturing method according to claim 5, wherein in the substrate processing step, triazine thiol or polyaniline is diffused on the surface of the metal plate. 電解質媒体を含有した電解質層の厚み方向表面に触媒電極を設けた複数の電解質組立体間に介在され、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路を分離する分離部を有するセパレータの製造方法であって、
平板状の金属板表面の全体に、導電性を有するゴムまたは合成樹脂からなる被覆層を形成する被覆層形成工程と、
被覆層表面に導電性スラリーを塗布する塗布工程と、
塗布された導電性スラリーに含まれる溶媒を除去して塗布層を形成する塗布層形成工程と、
スタンパによって塗布層に流路を設けた成型層を形成する成型工程と、
成型層を硬化して樹脂層を形成する成型層硬化工程とを含むことを特徴とするセパレータの製造方法。
A method of manufacturing a separator having a separation portion that is interposed between a plurality of electrolyte assemblies provided with catalyst electrodes on a surface in a thickness direction of an electrolyte layer containing an electrolyte medium and separates a flow path of a fuel gas and an oxidant gas. ,
A coating layer forming step of forming a coating layer made of conductive rubber or synthetic resin on the entire surface of the flat metal plate;
An application step of applying a conductive slurry to the surface of the coating layer;
A coating layer forming step of forming a coating layer by removing the solvent contained in the coated conductive slurry;
A molding step of forming a molding layer with a flow path in the coating layer by a stamper;
A separator manufacturing method comprising: a molding layer curing step of curing a molding layer to form a resin layer.
樹脂層表面に、樹脂層の導電性より高い導電性を有する高導電層を形成する高導電層形成工程を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載のセパレータの製造方法。   The production of a separator according to any one of claims 1 to 7, further comprising a highly conductive layer forming step of forming a highly conductive layer having conductivity higher than that of the resin layer on the surface of the resin layer. Method. 高導電層形成工程では、少なくとも樹脂層が電解質組立体と接触する領域に高導電層を形成することを特徴とする請求項8記載のセパレータの製造方法。   9. The method for manufacturing a separator according to claim 8, wherein in the high conductive layer forming step, the high conductive layer is formed at least in a region where the resin layer is in contact with the electrolyte assembly. セパレータは、外周部に設けられ、燃料ガスおよび酸化剤ガスの漏出を防ぐシール部を有し、
シール部に相当する領域には、プレス加工によって、電解質組立体から露出した電解質層に平行に延びるシール突部であって、その頂部がばね力によって前記電解質層に圧接されるように構成されたシール突部を形成することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載のセパレータの製造方法。
The separator is provided on the outer peripheral portion, and has a seal portion that prevents leakage of fuel gas and oxidant gas,
A region corresponding to the seal portion is a seal protrusion that extends in parallel with the electrolyte layer exposed from the electrolyte assembly by pressing, and the top portion thereof is configured to be pressed against the electrolyte layer by a spring force. The method of manufacturing a separator according to claim 1, wherein a seal protrusion is formed.
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