JP2006155952A - Resin composition for fuel cell separator, and fuel cell separator - Google Patents

Resin composition for fuel cell separator, and fuel cell separator Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resin composition for producing a fuel cell separator, the resin composition being capable of suppressing a reduction in moldability and degradation in electric characteristics of the fuel cell separator molded using the resin composition. <P>SOLUTION: The resin composition contains a thermosetting resin and graphite particles. The proportion of the graphite particle content in the entire resin composition is within a range of 60% to 90% by weight. The graphite particles have a mean particle diameter of 40 to 60 μm, and the proportion of the graphite particles 100 μm or less in diameter in the cumulative particle size distribution is within a range of 85 to 100 cumulative percent. Alternatively, the graphite particles have a mean particle diameter of equal to or greater than 20 μm and smaller than 40 μm, and the proportion of the particles 100 μm or less in diameter in the cumulative particle size distribution is within a range of 95 to 100 cumulative percent. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本願発明は、燃料電池セパレータ用樹脂組成物と、それを用いて得られる燃料電池セパレータに関するものである。   The present invention relates to a resin composition for a fuel cell separator and a fuel cell separator obtained using the same.

近年、石油や石炭などの化石燃料の燃焼などによって排出される二酸化炭素が一因とされる地球温暖化が環境問題として取り上げられている。このような中、省エネルギー効果が期待でき、クリーンな発電システムとして燃料電池が注目され、様々な分野において実用化が検討されている。   In recent years, global warming caused by carbon dioxide emitted by burning fossil fuels such as oil and coal has been taken up as an environmental problem. Under such circumstances, an energy saving effect can be expected, and a fuel cell is attracting attention as a clean power generation system, and its practical application is being studied in various fields.

図1は燃料電池の基本構造を模式的に例示した斜視図であり、この図によれば、電解質1を挟むように燃料極(マイナスの電極)2と空気極(プラスの電極)3が配置され、その両側には、両側面に複数個の凸部5が形成されている燃料電池セパレータ4が配置され、単電池(単位セル)が構成されいる。前記凸部5は、隣り合う凸部5同士の間で、燃料である水素と酸素の流路であるガス供給排出用溝6を構成している。このガス供給排出用溝6は、燃料電池内を流れる水素、酸素及び冷却水が混合しないように分離する働きを有すると共に、燃料電池の単位セルで発電した電気エネルギーを外部へ伝達したり単位セルで生じた熱を外部へ放熱するという重要な役割を担っている。   FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating the basic structure of a fuel cell. According to this figure, a fuel electrode (negative electrode) 2 and an air electrode (positive electrode) 3 are arranged so as to sandwich an electrolyte 1. On both sides thereof, fuel cell separators 4 having a plurality of convex portions 5 formed on both side surfaces are arranged to constitute a unit cell (unit cell). The convex portion 5 constitutes a gas supply / discharge groove 6 which is a flow path of hydrogen and oxygen as fuel between adjacent convex portions 5. The gas supply / discharge groove 6 has a function of separating hydrogen, oxygen and cooling water flowing through the fuel cell so as not to mix, and transmits electric energy generated by the unit cell of the fuel cell to the outside or unit cell. It plays an important role of dissipating the heat generated in the outside.

そして、上記の単位セルを数十個〜数百個積み重ねて電池本体(セルスタック)を形成している。この単位セルにおいては、電解質1を介して対向する一対の電極のうち燃料極2に水素を、空気極3に酸素を供給して、水素と酸素の電気化学反応により直接電気エネルギーに変換される。   Then, several tens to several hundreds of the above unit cells are stacked to form a battery body (cell stack). In this unit cell, hydrogen is supplied to the fuel electrode 2 and oxygen is supplied to the air electrode 3 of a pair of electrodes facing each other through the electrolyte 1, and is directly converted into electric energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. .

すなわち、水素は、燃料極2中の触媒の働きにより、電子を切り離して水素イオンになり、この水素イオンは電解質1の中を移動する。水素イオンは、対向する電極である空気極3に供給された酸素と、外部回路を通じて戻ってきた電子と反応して水となる。そして、この外部回路を通じて電子が移動することで電気が発生するものである。   That is, hydrogen is separated into electrons by the action of the catalyst in the fuel electrode 2 to form hydrogen ions, and these hydrogen ions move in the electrolyte 1. The hydrogen ions react with oxygen supplied to the air electrode 3 which is an opposing electrode and electrons returned through the external circuit to become water. Electricity is generated when electrons move through the external circuit.

電解質1は、水酸化カリウム、リン酸、高分子膜等の種類があり、その種類によって燃料電池はそれぞれアルカリ型、リン酸型、固体高分子型に分類される。   The electrolyte 1 has various types such as potassium hydroxide, phosphoric acid, and a polymer membrane, and the fuel cell is classified into an alkaline type, a phosphoric acid type, and a solid polymer type depending on the type.

これらのなかでも、特に固体高分子型燃料電池は、作動温度が常温〜約120℃程度と低く、小型化が可能なので、家庭向け、自動車などの用途への適用が期待されている。   Among these, the polymer electrolyte fuel cell, in particular, has an operating temperature as low as about room temperature to about 120 ° C. and can be miniaturized, and therefore is expected to be applied to applications such as home use and automobiles.

このような燃料電池において、燃料電池セパレータ4は、優れた導電性や耐食性(耐酸性)と共に、ガスの不透過性(気密性)、機械的強度、耐衝撃性、耐熱性を有することが強く求められており、これまでに数々の燃料電池セパレータが提案されている。例えば、燃料電池セパレータ4を構成する材料としては、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂やポリプロピレン、ポリビニリデンフルオライド等の熱可塑性樹脂をバインダーとし、黒鉛粒子等を導電材として含有する各種の樹脂組成物が提案されている(例えば、特許文献1〜5参照。)。   In such a fuel cell, the fuel cell separator 4 has strong conductivity and corrosion resistance (acid resistance), gas impermeability (air tightness), mechanical strength, impact resistance, and heat resistance. Many fuel cell separators have been proposed so far. For example, as the material constituting the fuel cell separator 4, various resin compositions containing a thermosetting resin such as a phenol resin, a thermoplastic resin such as polypropylene or polyvinylidene fluoride as a binder, and graphite particles as a conductive material. The thing is proposed (for example, refer patent documents 1-5).

しかしながら、これら従来の燃料電池セパレータ用樹脂組成物では、それを用いて燃料電池セパレータを作製した場合に、しばしば成形性の悪化(特に燃料電池セパレータの最薄部に未充填部分が見られる場合がある)が見られ、接触抵抗が増大する等の電気特性の低下も起こりやすいという問題があった。
特開2003−297386号公報 特開2003−346827号公報 特開2004−55375号公報 特開2003−268249号公報 特開2002−343374号公報
However, when these conventional resin compositions for fuel cell separators are used to produce fuel cell separators, moldability often deteriorates (particularly, the unfilled portion may be found in the thinnest part of the fuel cell separator). There is a problem that electrical characteristics are likely to deteriorate, such as an increase in contact resistance.
JP 2003-297386 A JP 2003-346827 A JP 2004-55375 A JP 2003-268249 A JP 2002-343374 A

そこで、本願発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、燃料電池セパレータを作製するための樹脂組成物であって、この樹脂組成物を用いて成形される燃料電池セパレータの成形性の悪化や電気特性の低下を抑制できる燃料電池セパレータ用樹脂組成物を提供することを課題としている。   Therefore, the present invention has been made in view of the circumstances as described above, and is a resin composition for solving the problems of the prior art and for producing a fuel cell separator, and using this resin composition It is an object of the present invention to provide a resin composition for a fuel cell separator that can suppress deterioration of moldability and electrical characteristics of the fuel cell separator that is molded.

本願発明の燃料電池セパレータ用樹脂組成物は、上記の課題を解決するものとして、第1には、熱硬化性樹脂成分と黒鉛粒子成分を含有する樹脂組成物において、黒鉛粒子の含有量は樹脂組成物全量に対して60〜90重量%の範囲であり、この黒鉛粒子は、平均粒径が40〜60μmの範囲で且つ累積粒度分布において粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積85〜100%の範囲であるか、もしくは、平均粒径が20μm以上40μm未満で且つ累積粒度分布において粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積95〜100%の範囲であることを特徴とする。   The resin composition for a fuel cell separator according to the present invention solves the above problems. First, in a resin composition containing a thermosetting resin component and a graphite particle component, the content of graphite particles is a resin. The graphite particles have an average particle size in the range of 40 to 60 μm and a cumulative particle size distribution of 85 to 100% of graphite particles having a particle size of 100 μm or less. Or graphite particles having an average particle size of 20 μm or more and less than 40 μm and a particle size distribution of 100 μm or less in the cumulative particle size distribution are in the range of 95 to 100% cumulative.

本願発明の燃料電池セパレータ用樹脂組成物は、第2には、上記の燃料電池セパレータ用樹脂組成物において、熱硬化性樹脂成分として、エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤を含有することを特徴とする。   Secondly, the resin composition for a fuel cell separator according to the present invention is characterized in that, in the fuel cell separator resin composition described above, an epoxy resin, a curing agent, and a curing accelerator are contained as a thermosetting resin component. And

また、本願発明の燃料電池セパレータ用樹脂組成物は、第3には、上記の燃料電池セパレータ用樹脂組成物において、エポキシ樹脂の融点が70〜130℃の範囲にあることを、第4には、硬化促進剤として、少なくともリン系化合物を含有することを特徴とし、そして、第5には、エポキシ樹脂に対する硬化剤の化学量論上の当量比が1〜1.15であることを特徴とする。   The resin composition for a fuel cell separator according to the present invention is, thirdly, in the above resin composition for a fuel cell separator, the fourth is that the melting point of the epoxy resin is in the range of 70 to 130 ° C. The curing accelerator is characterized by containing at least a phosphorus compound, and fifth, the stoichiometric equivalent ratio of the curing agent to the epoxy resin is 1-1.15. To do.

さらに、本願発明の燃料電池セパレータ用樹脂組成物は、第6には、上記の燃料電池セパレータ用樹脂組成物において、熱硬化性樹脂成分として、フェノール樹脂を含有することを、第7には、フェノール樹脂が、融点が70〜80℃の範囲にあるレゾール型フェノール樹脂であることを特徴とする。   Furthermore, the resin composition for a fuel cell separator of the present invention sixthly contains a phenol resin as a thermosetting resin component in the above resin composition for a fuel cell separator, and seventhly, The phenol resin is a resol type phenol resin having a melting point in the range of 70 to 80 ° C.

そして、本願発明の燃料電池セパレータは、第8には、前記いずれかの燃料電池セパレータ用樹脂組成物を成形して得られることを特徴とし、第9には、最薄部の厚みが0.1〜0.2mmの範囲であることを特徴とする。   An eighth aspect of the present invention is a fuel cell separator obtained by molding any one of the above resin compositions for a fuel cell separator. Ninth, the thickness of the thinnest portion is 0.00. It is the range of 1-0.2 mm, It is characterized by the above-mentioned.

上記第1の発明の燃料電池セパレータ用樹脂組成物では、熱硬化性樹脂成分と黒鉛粒子成分を含有する樹脂組成物において、黒鉛粒子の含有量は樹脂組成物全量に対して60〜90重量%の範囲であり、この黒鉛粒子は、平均粒径が40〜60μmの範囲で且つ累積粒度分布において粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積85〜100%の範囲であるか、もしくは、平均粒径が20μm以上40μm未満で且つ累積粒度分布において粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積95〜100%の範囲であることにより、この燃料電池セパレータ用樹脂組成物を使用して燃料電池セパレータを製造した場合に良好な成形性と高い電気特性が実現される。   In the resin composition for a fuel cell separator according to the first aspect of the present invention, in the resin composition containing the thermosetting resin component and the graphite particle component, the graphite particle content is 60 to 90% by weight based on the total amount of the resin composition. The graphite particles have an average particle size in the range of 40 to 60 μm and a cumulative particle size distribution of graphite particles having a particle size of 100 μm or less is in the range of 85 to 100%, or the average particle size is When a fuel cell separator is manufactured using this resin composition for a fuel cell separator because graphite particles having a particle size of 20 μm or more and less than 40 μm and a particle size of 100 μm or less in the cumulative particle size distribution are in the range of 95 to 100%. Good moldability and high electrical properties are achieved.

また、上記第2の発明では、熱硬化性樹脂成分として、エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤を含有することにより、成形性や寸法安定性が良好な燃料電池セパレータ用樹脂組成物が得られる。   Moreover, in the said 2nd invention, the resin composition for fuel cell separators with favorable moldability and dimensional stability is obtained by containing an epoxy resin, a hardening | curing agent, and a hardening accelerator as a thermosetting resin component. .

上記第3の発明では、エポキシ樹脂の融点を70〜130℃の範囲とすることにより、分散性が良好で熱安定性の高い、取り扱いの容易な燃料電池セパレータ用樹脂組成物が得られ、上記第4の発明の燃料電池セパレータ用樹脂組成物では、硬化促進剤としてリン系化合物を含有することにより、この燃料電池セパレータ用樹脂組成物を用いて得られる燃料電池セパレータからの不純物の溶出が抑えられる。さらに、上記第5の発明では、エポキシ樹脂に対する硬化剤の化学量論上の当量比を1〜1.15とすることにより、成形時にエポキシ樹脂の硬化が十分に促進され、高い強度を有する、成形性がよく、不純物溶出も少ない燃料電池セパレータを製造することが可能となる。   In the third aspect of the invention, by setting the melting point of the epoxy resin in the range of 70 to 130 ° C., a resin composition for a fuel cell separator having good dispersibility, high thermal stability, and easy handling can be obtained. In the resin composition for a fuel cell separator according to the fourth aspect of the invention, by containing a phosphorus compound as a curing accelerator, the elution of impurities from the fuel cell separator obtained using the resin composition for a fuel cell separator is suppressed. It is done. Furthermore, in the fifth invention, by setting the stoichiometric equivalent ratio of the curing agent to the epoxy resin to be 1-1.15, curing of the epoxy resin is sufficiently promoted at the time of molding, and has high strength. It becomes possible to manufacture a fuel cell separator with good moldability and less impurity elution.

上記第6の発明の燃料電池セパレータ用樹脂組成物では、熱硬化性樹脂成分としてフェノール樹脂を含有することにより、これを用い燃料電池セパレータの成形性が良好となり、得られる燃料電池セパレータの気密性も高くなる。   In the resin composition for a fuel cell separator according to the sixth aspect of the invention, by containing a phenol resin as the thermosetting resin component, the moldability of the fuel cell separator is improved using this, and the airtightness of the resulting fuel cell separator Also gets higher.

また、上記第7の発明では、フェノール樹脂を融点が70〜80℃の範囲にあるレゾール型フェノール樹脂とすることにより、成形性がよく、取り扱いが容易な燃料電池セパレータ用樹脂組成物が得られる。   Moreover, in the said 7th invention, the resin composition for fuel cell separators with a good moldability and easy handling is obtained by making a phenol resin into the resol type phenol resin which is 70-80 degreeC in melting | fusing point. .

そして、上記第8の発明の燃料電池セパレータでは、前記の燃料電池セパレータ用樹脂組成物を用いて製造されることから、成形が容易であり、高い電気特性が実現され、上記第9の発明では、上記成形が容易であることから、最薄部の厚みが0.1〜0.2mmの範囲の燃料電池セパレータを得ることができ、未充填部分が見られることなく、良好な成形性と高い電気特性が実現される。   The fuel cell separator according to the eighth aspect of the invention is manufactured using the resin composition for a fuel cell separator, so that molding is easy and high electrical characteristics are realized. In the ninth aspect of the invention, Since the molding is easy, it is possible to obtain a fuel cell separator having a thickness of the thinnest portion in the range of 0.1 to 0.2 mm, and there is no unfilled portion, and good moldability and high Electrical properties are realized.

本願発明の燃料電池セパレータ用樹脂組成物は、熱硬化性樹脂成分と黒鉛粒子成分を含有する樹脂組成物であって、黒鉛粒子の含有量は樹脂組成物全量に対して60〜90重量%の範囲であり、この黒鉛粒子は、平均粒径が40〜60μmの範囲で且つ累積粒度分布において粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積85〜100%の範囲であるか、もしくは、平均粒径が20μm以上40μm未満で且つ累積粒度分布において粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積95〜100%の範囲であることを特徴とするものである。   The resin composition for a fuel cell separator of the present invention is a resin composition containing a thermosetting resin component and a graphite particle component, and the content of the graphite particles is 60 to 90% by weight based on the total amount of the resin composition. The graphite particles have an average particle size in the range of 40 to 60 μm and the cumulative particle size distribution has a particle size of 100 μm or less in the range of 85 to 100% or an average particle size of 20 μm. The graphite particles having a particle size of less than 40 μm and a particle size distribution of 100 μm or less in the cumulative particle size distribution are in a range of 95 to 100%.

本願発明の燃料電池セパレータ用樹脂組成物において、熱硬化性樹脂成分としては、樹脂成形に適用可能な各種のものが考慮されるが、中でもエポキシ樹脂とフェノール樹脂のうちの一方、または両方を含むことが好ましい。特に、エポキシ樹脂はイオン性不純物が少ないため、好ましい。   In the resin composition for a fuel cell separator according to the present invention, various thermosetting resin components that can be applied to resin molding are considered, including one or both of an epoxy resin and a phenol resin. It is preferable. In particular, an epoxy resin is preferable because it has few ionic impurities.

熱硬化性樹脂成分としてエポキシ樹脂を含む場合には、エポキシ樹脂は固形のものとすることが好ましい。特に、常温での凝集を防止する上では、融点が70〜130℃の範囲のものとすることが望ましい。融点が70℃未満の場合には、樹脂が凝集しやすく取り扱い性が低下し、130℃より高い場合には、後工程である樹脂組成物の混練が困難となる場合があるので好ましくない。   When an epoxy resin is included as the thermosetting resin component, the epoxy resin is preferably solid. In particular, in order to prevent aggregation at room temperature, it is desirable that the melting point is in the range of 70 to 130 ° C. When the melting point is less than 70 ° C., the resin is likely to aggregate and the handleability is lowered. When the melting point is higher than 130 ° C., it may be difficult to knead the resin composition as a subsequent step, which is not preferable.

また、燃料電池セパレータ用樹脂組成物が熱硬化性樹脂成分としてエポキシ樹脂を含む場合には、硬化剤を含有していてもよい。このとき、硬化剤としては、燃料電池セパレータ4の高い導電性の維持、被毒の防止、不純物溶出の防止等を考慮してアミン系化合物や酸無水物系化合物を含まないものとすることが望ましい。具体的には、フェノール系化合物が好ましく例示される。硬化剤の含有量については、特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂に対する硬化剤の化学量論上の当量比を1〜1.15とすることができる。これによって、成形時にエポキシ樹脂の硬化が十分に促進され、高い強度を有する燃料電池セパレータを製造することができる。1未満の場合には十分な強度を得ることができなくなる場合があるため好ましくない。1.15を超える場合には硬化剤が未反応で残り性能が低下すると共に、成形性が低下したり不純物が溶出したりする場合があるため好ましくない。   Moreover, when the resin composition for fuel cell separators contains an epoxy resin as a thermosetting resin component, it may contain a curing agent. At this time, the curing agent may not contain an amine compound or an acid anhydride compound in consideration of maintaining high conductivity of the fuel cell separator 4, prevention of poisoning, prevention of impurity elution, and the like. desirable. Specifically, a phenol compound is preferably exemplified. Although it does not specifically limit about content of a hardening | curing agent, For example, the stoichiometric equivalent ratio of the hardening | curing agent with respect to an epoxy resin can be 1-1.15. Thereby, the curing of the epoxy resin is sufficiently promoted during molding, and a fuel cell separator having high strength can be manufactured. If it is less than 1, it is not preferable because sufficient strength may not be obtained. If it exceeds 1.15, the curing agent is unreacted and the remaining performance is lowered, and the moldability may be lowered or impurities may be eluted, which is not preferable.

また、本願発明は、上記硬化剤と共に硬化促進剤を併用していてもよい。具体的には、非アミン系化合物を使用することが望ましく、例えば、トリフェニルホスフィン等のリン系化合物が用いられる。硬化促進剤の含有量は適宜調整されるが、例えば、樹脂成分(エポキシ樹脂と硬化剤)に対して0.5〜3重量%の範囲とすることができる。0.5重量%未満の場合には硬化促進効果を高めることができず、作業性が低下する場合があるため好ましくない。3重量%を超える場合には成形性に不具合を生じる場合があるため好ましくない。   Moreover, this invention may use together the hardening accelerator with the said hardening | curing agent. Specifically, it is desirable to use a non-amine compound, and for example, a phosphorus compound such as triphenylphosphine is used. Although content of a hardening accelerator is adjusted suitably, it can be set as the range of 0.5 to 3 weight% with respect to a resin component (an epoxy resin and a hardening | curing agent), for example. If it is less than 0.5% by weight, the effect of promoting the curing cannot be enhanced, and workability may be deteriorated. If it exceeds 3% by weight, there is a possibility that defects in moldability may occur.

一方、燃料電池セパレータ用樹脂組成物が、熱硬化性樹脂成分としてフェノール樹脂を含む場合には、フェノール樹脂として開環重合により重合反応が進行するフェノール樹脂を用いることが好ましい。このようなフェノール樹脂では、成形工程での脱水によるガス発生がないことから、成形品、すなわち燃料電池セパレータ4におけるボイドの発生を防止でき、これにより高い気密性が確保される。   On the other hand, when the resin composition for a fuel cell separator contains a phenol resin as a thermosetting resin component, it is preferable to use a phenol resin that undergoes a polymerization reaction by ring-opening polymerization as the phenol resin. In such a phenol resin, since no gas is generated due to dehydration in the molding process, generation of voids in the molded product, that is, the fuel cell separator 4 can be prevented, thereby ensuring high airtightness.

各種のフェノール樹脂のなかでも、融点70〜80℃のレゾール型フェノール樹脂を用いることが好ましく、具体的には、13C−NMR分析からオルト−オルト25〜35%、オルト−パラ60〜70%、パラ−パラ5〜10%の構造が確認されるレゾール型フェノール樹脂を用いることが好ましい。なお、レゾール型フェノール樹脂は、通常、常温において液状であるが、燃料電池セパレータ用樹脂組成物における熱硬化性樹脂成分の分散性を考慮すれば、固体とすることが望ましい。したがって、前記のとおり、融点を70〜80℃に調節したものを使用することが好ましい。   Among various phenol resins, it is preferable to use a resol type phenol resin having a melting point of 70 to 80 ° C., specifically, from 13C-NMR analysis, ortho-ortho 25 to 35%, ortho-para 60 to 70%, It is preferable to use a resol-type phenol resin in which a para-para-5 to 10% structure is confirmed. The resol type phenolic resin is normally in a liquid state at normal temperature, but it is desirable that the resol type phenolic resin be a solid in consideration of the dispersibility of the thermosetting resin component in the resin composition for a fuel cell separator. Therefore, as described above, it is preferable to use one whose melting point is adjusted to 70 to 80 ° C.

このように、燃料電池セパレータ用樹脂組成物が、熱硬化性樹脂成分としてエポキシ樹脂およびフェノール樹脂のいずれか一方または両方を含む場合、エポキシ樹脂やフェノール樹脂の含有量は特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の合計量を、熱硬化性樹脂全量に対して50〜100重量%の範囲とすることができる。   Thus, when the resin composition for a fuel cell separator contains either one or both of an epoxy resin and a phenol resin as the thermosetting resin component, the content of the epoxy resin or the phenol resin is not particularly limited. The total amount of the epoxy resin and the phenol resin can be in the range of 50 to 100% by weight with respect to the total amount of the thermosetting resin.

もちろん、熱硬化性樹脂成分として、エポキシ樹脂やフェノール樹脂に加えて、さらに、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂等の一種または複数種の樹脂を含んでいてもよい。例えば、ポリイミド樹脂を加えることにより、燃料電池セパレータ用樹脂組成物の耐熱性や耐酸性を向上することができる。   Of course, as a thermosetting resin component, in addition to an epoxy resin or a phenol resin, one or more kinds of resins such as a polyimide resin, a melamine resin, an unsaturated polyester resin, and a diallyl phthalate resin may be further included. For example, the heat resistance and acid resistance of the resin composition for a fuel cell separator can be improved by adding a polyimide resin.

本願発明の燃料電池セパレータ用樹脂組成物において、黒鉛粒子成分は、成形される燃料電池セパレータ4の比抵抗を低減し、導電性を向上するためのものであるが、黒鉛粒子成分の含有量は、燃料電池セパレータ用樹脂組成物全量に対して60〜90重量%の範囲とする。黒鉛粒子成分の含有量が60重量%未満の場合、燃料電池セパレータ4に必要とされる電気特性が十分に得られなくなる場合があり、また90重量%より多い場合には、燃料電池セパレータ4に必要とされる気密性や成形性が十分に得られなくなる場合がある。   In the fuel cell separator resin composition of the present invention, the graphite particle component is for reducing the specific resistance of the molded fuel cell separator 4 and improving the conductivity. The range is from 60 to 90% by weight based on the total amount of the resin composition for a fuel cell separator. When the content of the graphite particle component is less than 60% by weight, the electric characteristics required for the fuel cell separator 4 may not be sufficiently obtained. When the content is more than 90% by weight, the fuel cell separator 4 The required airtightness and moldability may not be obtained sufficiently.

本願発明の燃料電池セパレータ用樹脂組成物は、黒鉛粒子として、平均粒径が40〜60μmの範囲で且つ累積粒度分布において粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積85〜100%の範囲であるか、もしくは、平均粒径が20μm以上40μm未満で且つ累積粒度分布において粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積95〜100%の範囲のものを用いる。累積粒度分布において粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積85%未満のものは、成形性が低下し成形品に未充填部分が見られる場合がある。また、平均粒径が20μm未満の黒鉛粒子または累積粒度分布において粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積85%以上95%未満であって平均粒径が40μm未満の黒鉛粒子は成形性が低下し易く、平均粒径が60μmを超える黒鉛粒子または累積粒度分布において粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積85%以上95%未満であって平均粒径が40μm以上の黒鉛粒子は成形品の表面平滑性が損なわれる場合がある。   Whether the resin composition for a fuel cell separator of the present invention has, as graphite particles, an average particle size in the range of 40 to 60 μm and a cumulative particle size distribution of graphite particles having a particle size of 100 μm or less in a cumulative range of 85 to 100%, Alternatively, graphite particles having an average particle size of 20 μm or more and less than 40 μm and a cumulative particle size distribution having a particle size of 100 μm or less in a cumulative range of 95 to 100% are used. In the cumulative particle size distribution, if graphite particles having a particle size of 100 μm or less are cumulatively less than 85%, the moldability is lowered and an unfilled portion may be seen in the molded product. In addition, graphite particles having an average particle size of less than 20 μm or graphite particles having a particle size of 100 μm or less in the cumulative particle size distribution are cumulatively 85% or more and less than 95%, and graphite particles having an average particle size of less than 40 μm are liable to deteriorate in formability. In addition, graphite particles having an average particle size exceeding 60 μm or graphite particles having a particle size of 100 μm or less in the cumulative particle size distribution are cumulatively 85% or more and less than 95%, and graphite particles having an average particle size of 40 μm or more have a surface smoothness of the molded product. It may be damaged.

黒鉛粒子の種類としては、高い導電性を示すものであればよく、その種類は特に限定されない。例えば、メソカーボンマイクロビーズなどの炭素質を黒鉛化したもの、石炭系コークスや石油系コークスを黒鉛化したもの、黒鉛電極や特殊炭素材料の加工粉、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、膨張黒鉛等が挙げられる。このような黒鉛粒子は、一種のみを用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。また、黒鉛粒子は、人造黒鉛粉、天然黒鉛粉のいずれでも良いが、天然黒鉛粉は導電性が高いことが知られており、人造黒鉛粉は異方性が少ないことが知られていることから、必要に応じて適宜選択すればよい。各種の黒鉛粒子の中でも、球状天然黒鉛は、燃料電池セパレータ用樹脂組成物中で配向しないことから、導電性の異方性が生じず好ましい。   The type of graphite particles is not particularly limited as long as it exhibits high conductivity. Examples include graphitized carbonaceous materials such as mesocarbon microbeads, graphitized coal-based coke and petroleum-based coke, processed powder of graphite electrodes and special carbon materials, natural graphite, quiche graphite, expanded graphite, etc. It is done. Only one kind of such graphite particles may be used, or a plurality of kinds of graphite particles may be mixed and used. The graphite particles may be either artificial graphite powder or natural graphite powder, but natural graphite powder is known to have high conductivity, and artificial graphite powder is known to have low anisotropy. Therefore, it may be appropriately selected as necessary. Among various types of graphite particles, spherical natural graphite is preferable because it does not cause orientation in the resin composition for a fuel cell separator and thus does not cause conductive anisotropy.

このような燃料電池セパレータ用樹脂組成物は、さらに、必要に応じて離型剤、カップリング剤など、各種の添加剤を含有していてもよい。具体的には、離型剤として、炭化水素系化合物、アマイド系化合物、脂肪酸系化合物、天然カルナバワックス等を一種または複数種使用できる。また、カップリング剤としては、シリコン系、チタネート系、アルミニウム系等のもの、具体的には、エポキシシラン等を使用することが出来る。このようなカップリング剤は、燃料電池セパレータ用樹脂組成物中に直接添加してもよいし、有機溶媒などで希釈した溶液を噴射して処理してもよい。あるいは、燃料電池セパレータ用樹脂組成物中の黒鉛粒子成分に直接混合したり、有機溶媒などで希釈した溶液を噴霧することにより添加してもよい。   Such a resin composition for a fuel cell separator may further contain various additives such as a release agent and a coupling agent as necessary. Specifically, one or more hydrocarbon compounds, amide compounds, fatty acid compounds, natural carnauba wax, and the like can be used as the release agent. In addition, as the coupling agent, silicon-based, titanate-based, aluminum-based and the like, specifically, epoxy silane or the like can be used. Such a coupling agent may be directly added to the resin composition for a fuel cell separator, or may be treated by injecting a solution diluted with an organic solvent or the like. Alternatively, it may be added by directly mixing with the graphite particle component in the resin composition for a fuel cell separator or by spraying a solution diluted with an organic solvent or the like.

以上のとおりの燃料電池セパレータ用樹脂組成物は、前記の各成分を適宜の手法で配合し、必要に応じて混練することにより得られる。混練には、通常の混練機が使用できるが、好ましいものとしては、2軸押出機の中でもスクリューやパドルパターンが変更できるものが挙げられる。これらの一例としては、(株)栗本鉄工所から市販されているKRCニーダーが挙げられる。これは、回転数や温度に加えて、混練ゾーン比率も容易に変更できるものであり、容易に配合物の混練状態を調整できる点で適当といえる。   The resin composition for a fuel cell separator as described above can be obtained by blending the above components by an appropriate technique and kneading as necessary. For kneading, a normal kneader can be used, and preferable examples include those capable of changing the screw and paddle pattern among the twin screw extruders. As an example of these, there is a KRC kneader commercially available from Kurimoto Iron Works. This can be said to be appropriate in that the kneading zone ratio can be easily changed in addition to the rotation speed and temperature, and the kneading state of the compound can be easily adjusted.

なお、各成分の配合にあたっては、イソプロピルアルコール等の有機溶媒を添加してもよい。有機溶媒の使用量は、熱硬化性樹脂の一部を溶解できる量とすることが望ましいが、有機溶媒の使用量があまり多いと、混練後に有機溶媒の除去に長時間を要し、生産性が低下することから、燃料電池セパレータ用樹脂組成物における全固形分に対して30重量%以下とすることが望ましい。   In addition, when blending each component, an organic solvent such as isopropyl alcohol may be added. It is desirable that the amount of the organic solvent used is an amount that can dissolve a part of the thermosetting resin. However, if the amount of the organic solvent used is too large, it takes a long time to remove the organic solvent after kneading, and productivity is increased. Therefore, it is desirable to make it 30% by weight or less with respect to the total solid content in the resin composition for a fuel cell separator.

このようにして得られた燃料電池セパレータ用樹脂組成物は、混練後、不定形であるが、これらをさらに整粒機等により粉砕して、小径の粒としてもよい。   The thus obtained resin composition for a fuel cell separator is indefinite after kneading, but these may be further pulverized by a granulator or the like to form small-diameter particles.

また、本願発明は、以上の燃料電池セパレータ用樹脂組成物を成形して燃料電池セパレータを提供するものである。この燃料電池セパレータは、以上の燃料電池セパレータ用樹脂組成物を使用するため成形が容易であり、高い電気特性が実現される。特に、燃料電池セパレータの最薄部の厚みが0.1〜0.2mmの範囲でも未充填部分が見られることなく、良好な成形性と高い電気特性を実現することができる。   The present invention also provides a fuel cell separator by molding the above resin composition for a fuel cell separator. Since this fuel cell separator uses the above resin composition for a fuel cell separator, it can be easily molded and high electrical characteristics can be realized. In particular, even when the thickness of the thinnest portion of the fuel cell separator is in the range of 0.1 to 0.2 mm, an unfilled portion is not seen, and good moldability and high electrical characteristics can be realized.

以下、実施例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。   Hereinafter, examples will be shown, and the embodiments of the present invention will be described in more detail. Of course, the present invention is not limited to the following examples, and it goes without saying that various aspects are possible in detail.

<実施例1〜5>
(1)燃料電池セパレータ用樹脂組成物の製造
表1に示した条件の配合物にイソプロピルアルコールを15%噴霧し、攪拌した後、所定の温度に加熱した混練機に投入した。なお、混練機としては、S2KRCニーダー((株)栗本鉄工所製)を使用した。
<Examples 1-5>
(1) Production of Resin Composition for Fuel Cell Separator 15% of isopropyl alcohol was sprayed on the composition having the conditions shown in Table 1, stirred, and then charged into a kneader heated to a predetermined temperature. As a kneader, an S2KRC kneader (manufactured by Kurimoto Iron Works) was used.

次いで、得られた燃料電池セパレータ用樹脂組成物を整粒機で粒径500μm以下に粉砕した。
(2)燃料電池セパレータの製造
得られた粉砕物を、金型温度185℃、成形圧力35.3MPa、成形時間2分間の条件で圧縮成形した。次に、金型を閉じたまま圧抜きし、除圧工程として30秒間保持した後、型を開き、成形品を取出した。成形品は図1に示される形状の燃料電池用セパレータ4で、200mm×250mm×1.5mmの大きさで、最薄部が0.2mm、0.1mmの燃料電池用セパレータ4をそれぞれ50個成形した。
(3)評価
・成形性:得られた燃料電池セパレータ用樹脂組成物を用いて同一条件で50個のサンプル(成形性1:最薄部0.2mm、成形性2:最薄部0.1mm)を成形し、その最薄部の外観観察より充填不良の有無を確認し、不良品の発生数により評価した。
Subsequently, the obtained resin composition for a fuel cell separator was pulverized to a particle size of 500 μm or less with a granulator.
(2) Production of fuel cell separator The obtained pulverized product was compression molded under the conditions of a mold temperature of 185 ° C, a molding pressure of 35.3 MPa, and a molding time of 2 minutes. Next, pressure was released while the mold was closed, and the mold was held for 30 seconds as a pressure release process. Then, the mold was opened, and the molded product was taken out. The molded product is a fuel cell separator 4 having the shape shown in FIG. 1 and is 50 mm in size, each having a size of 200 mm × 250 mm × 1.5 mm, and the thinnest part being 0.2 mm and 0.1 mm. Molded.
(3) Evaluation Formability: 50 samples (moldability 1: thinnest part 0.2 mm, moldability 2: thinnest part 0.1 mm) using the obtained resin composition for a fuel cell separator under the same conditions. ), The presence or absence of defective filling was confirmed by observing the appearance of the thinnest part, and the number of defective products was evaluated.

・体積抵抗率:燃料電池セパレータ成形品の溝のない部分を切り出して、F50mm×厚み3mmの試験片を作製し、JIS K7194に従い、体積抵抗率を測定した。
<比較例1〜2>
平均粒径が40〜60μmの範囲で且つ累積粒度分布において粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積85〜100%の範囲でない黒鉛粒子、もしくは、平均粒径が20μm以上40μm未満で且つ累積粒度分布において粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積95〜100%の範囲でない黒鉛粒子を用いた以外は、実施例1と同じ方法により燃料電池セパレータ用樹脂組成物を製造し、これを用いて燃料電池セパレータ4を成形した。
Volume resistivity: A portion of the fuel cell separator molded product without a groove was cut out to prepare a test piece of F50 mm × thickness 3 mm, and the volume resistivity was measured according to JIS K7194.
<Comparative Examples 1-2>
Graphite particles whose average particle size is in the range of 40 to 60 μm and whose particle size is 100 μm or less in the cumulative particle size distribution are not within the range of 85 to 100%, or whose average particle size is 20 μm or more and less than 40 μm and in the cumulative particle size distribution A fuel cell separator resin composition was produced by the same method as in Example 1 except that graphite particles having a particle size of 100 μm or less were not accumulated in the range of 95 to 100%, and this was used to produce a fuel cell separator 4 Was molded.

評価結果を表1に示した。   The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 2006155952
なお、表1において、*1〜*11は次のものを表す。
*1 EOCN−1020−75(日本化薬)
*2 PSM4357(群栄化学工業)
*3 トリフェニルホスフィン(四国化成)
*4 WF−50A−100M(中越黒鉛工業所)平均粒径50μm
*5 WR−30A−100M(中越黒鉛工業所)平均粒径30μm
*6 WR−SCL(中越黒鉛工業所)平均粒径30μm
*7 WR−50A(中越黒鉛工業所)平均粒径50μm
*8 WR−30A(中越黒鉛工業所)平均粒径30μm
*9 A187(日本ユニカー)
*10 F1−100(大日化学工業)
*11 J−900(大日化学工業)
*12 サンプルA(群栄化学工業)融点75℃、13C−NMR分析でオルト−オルト25〜35%、オルト−パラ60〜70%、パラ−パラ5〜10%の構造である。
*13 当量 エポキシ/フェノール=1/1.12=0.89
表1より、黒鉛粒子の含有量は樹脂組成物全量に対して60〜90重量%の範囲であり、この黒鉛粒子は、平均粒径が40〜60μmの範囲で且つ累積粒度分布において粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積85〜100%の範囲であるか、もしくは、平均粒径が20μm以上40μm未満で且つ累積粒度分布において粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積95〜100%の範囲である燃料電池セパレータ用樹脂組成物(実施例1〜5)を用いることにより、成形性が良好で燃料電池セパレータを得ることができることが示された。
Figure 2006155952
In Table 1, * 1 to * 11 represent the following.
* 1 EOCN-1020-75 (Nippon Kayaku)
* 2 PSM4357 (Gunei Chemical Industry)
* 3 Triphenylphosphine (Shikoku Chemicals)
* 4 WF-50A-100M (Chuetsu Graphite Industry) Average particle size 50μm
* 5 WR-30A-100M (Chuetsu Graphite Industry) Average particle size 30μm
* 6 WR-SCL (Chuetsu Graphite Industry) average particle size 30μm
* 7 WR-50A (Chuetsu Graphite Industry) Average particle size 50μm
* 8 WR-30A (Chuetsu Graphite Industry) Average particle size of 30μm
* 9 A187 (Nihon Unicar)
* 10 F1-100 (Daichi Chemical Industry)
* 11 J-900 (Daichi Chemical Industry)
* 12 Sample A (Gunei Chemical Industry Co., Ltd.) Melting point: 75 ° C., 13-NMR analysis: ortho-ortho 25-35%, ortho-para 60-70%, para-para 5-10%.
* 13 Equivalent Epoxy / Phenol = 1 / 1.12 = 0.89
From Table 1, the content of graphite particles is in the range of 60 to 90% by weight with respect to the total amount of the resin composition, and the graphite particles have an average particle size in the range of 40 to 60 μm and a particle size of 100 μm in the cumulative particle size distribution. The following graphite particles have a cumulative range of 85 to 100%, or a fuel having an average particle size of 20 μm or more and less than 40 μm and a cumulative particle size distribution of graphite particles having a particle size of 100 μm or less in the range of 95 to 100%. It was shown that by using the battery separator resin composition (Examples 1 to 5), the moldability was good and a fuel cell separator could be obtained.

一方、黒鉛粒子の含有量は樹脂組成物全量に対して60〜90重量%の範囲であっても、黒鉛粒子の平均粒径が40〜60μmの範囲ではあるが粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積85〜100%の範囲でない場合(比較例1)や、黒鉛粒子の平均粒径が20μm以上40μm未満ではあるが粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積95〜100%の範囲でない場合(比較例2)には、成形性が著しく悪化したことが確認された。また、燃料電池セパレータ成形品から切り出した試験片による体積抵抗率の測定では実施例と比較例で有意差は確認されなかったものの、燃料電池セパレータ成形品による電気特性は、実施例で作製した燃料電池セパレータ成形品の方が比較例よりも成形性が良好であったため電気特性が優れていることが確認された。   On the other hand, even if the content of the graphite particles is in the range of 60 to 90% by weight with respect to the total amount of the resin composition, the graphite particles having an average particle size in the range of 40 to 60 μm, but having a particle size of 100 μm or less. When the cumulative particle size is not in the range of 85 to 100% (Comparative Example 1), or when the average particle size of the graphite particles is 20 μm or more and less than 40 μm, but the graphite particles with a particle size of 100 μm or less is not in the cumulative 95 to 100% range (Comparative Example) In 2), it was confirmed that the moldability was remarkably deteriorated. In addition, in the measurement of volume resistivity with the test piece cut out from the fuel cell separator molded product, no significant difference was confirmed between the example and the comparative example, but the electrical characteristics of the fuel cell separator molded product were the fuel produced in the example. It was confirmed that the battery separator molded product had better electrical characteristics because it had better moldability than the comparative example.

燃料電池の基本構造を模式的に例示した斜視図である。It is the perspective view which illustrated the basic structure of the fuel cell typically.

符号の説明Explanation of symbols

1 電解質
2 燃料極
3 空気極
4 燃料電池セパレータ
5 凸部
6 ガス供給排出用溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrolyte 2 Fuel electrode 3 Air electrode 4 Fuel cell separator 5 Convex part 6 Gas supply / discharge groove

Claims (9)

熱硬化性樹脂成分と黒鉛粒子成分を含有する樹脂組成物において、黒鉛粒子の含有量は樹脂組成物全量に対して60〜90重量%の範囲であり、この黒鉛粒子は、平均粒径が40〜60μmの範囲で且つ累積粒度分布において粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積85〜100%の範囲であるか、もしくは、平均粒径が20μm以上40μm未満で且つ累積粒度分布において粒径100μm以下の黒鉛粒子が累積95〜100%の範囲であることを特徴とする燃料電池セパレータ用樹脂組成物。   In the resin composition containing the thermosetting resin component and the graphite particle component, the content of the graphite particles is in the range of 60 to 90% by weight with respect to the total amount of the resin composition, and the graphite particles have an average particle size of 40. Graphite particles with a particle size of 100 μm or less in the cumulative particle size distribution in the range of ˜60 μm are in the range of 85% to 100% cumulative, or the average particle size is 20 μm or more and less than 40 μm and the cumulative particle size distribution has a particle size of 100 μm or less. A resin composition for a fuel cell separator, characterized in that the graphite particles have a cumulative range of 95 to 100%. 熱硬化性樹脂成分として、エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤を含有することを特徴とする請求項1の燃料電池セパレータ用樹脂組成物。   The resin composition for a fuel cell separator according to claim 1, comprising an epoxy resin, a curing agent, and a curing accelerator as the thermosetting resin component. エポキシ樹脂の融点は、70〜130℃の範囲にあることを特徴とする請求項2の燃料電池セパレータ用樹脂組成物。   The resin composition for a fuel cell separator according to claim 2, wherein the melting point of the epoxy resin is in the range of 70 to 130 ° C. 硬化促進剤として、少なくともリン系化合物を含有することを特徴とする請求項2または3の燃料電池セパレータ用樹脂組成物。   4. The resin composition for a fuel cell separator according to claim 2, wherein the curing accelerator contains at least a phosphorus compound. エポキシ樹脂に対する硬化剤の化学量論上の当量比が1〜1.15であることを特徴とする請求項2から4のいずれかの燃料電池セパレータ用樹脂組成物。   The resin composition for a fuel cell separator according to any one of claims 2 to 4, wherein the stoichiometric equivalent ratio of the curing agent to the epoxy resin is 1-1.15. 熱硬化性樹脂成分として、フェノール樹脂を含有することを特徴とする請求項1から5のいずれかの燃料電池セパレータ用樹脂組成物。   The resin composition for a fuel cell separator according to any one of claims 1 to 5, comprising a phenol resin as the thermosetting resin component. フェノール樹脂は、融点が70〜80℃の範囲にあるレゾール型フェノール樹脂であることを特徴とする請求項6の燃料電池セパレータ用樹脂組成物。   The resin composition for a fuel cell separator according to claim 6, wherein the phenol resin is a resol type phenol resin having a melting point in the range of 70 to 80 ° C. 請求項1から7のいずれかの燃料電池セパレータ用樹脂組成物を成形して得られることを特徴とする燃料電池セパレータ。   A fuel cell separator obtained by molding the resin composition for a fuel cell separator according to claim 1. 最薄部の厚みが0.1〜0.2mmの範囲であることを特徴とする請求項8の燃料電池セパレータ。
9. The fuel cell separator according to claim 8, wherein the thickness of the thinnest part is in the range of 0.1 to 0.2 mm.
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