JP2006331673A - 燃料電池セパレータ - Google Patents

燃料電池セパレータ Download PDF

Info

Publication number
JP2006331673A
JP2006331673A JP2005149260A JP2005149260A JP2006331673A JP 2006331673 A JP2006331673 A JP 2006331673A JP 2005149260 A JP2005149260 A JP 2005149260A JP 2005149260 A JP2005149260 A JP 2005149260A JP 2006331673 A JP2006331673 A JP 2006331673A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
cell separator
separator
atmospheric pressure
contact angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005149260A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5045867B2 (ja
Inventor
Fumio Tanno
文雄 丹野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nisshinbo Holdings Inc
Original Assignee
Nisshinbo Industries Inc
Nisshin Spinning Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nisshinbo Industries Inc, Nisshin Spinning Co Ltd filed Critical Nisshinbo Industries Inc
Priority to JP2005149260A priority Critical patent/JP5045867B2/ja
Priority to US11/437,659 priority patent/US20060263670A1/en
Publication of JP2006331673A publication Critical patent/JP2006331673A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5045867B2 publication Critical patent/JP5045867B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223Composites
    • H01M8/0226Composites in the form of mixtures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0213Gas-impermeable carbon-containing materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0221Organic resins; Organic polymers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】 燃料電池の発電により生じた水を容易に排水可能な高い親水性を有する上、良好な親水性を比較的長く維持でき、しかも電極部との接触抵抗が低い燃料電池セパレータを提供すること。
【解決手段】 熱硬化性樹脂、平均粒径20〜80μmの黒鉛材料および内部離型剤を含む組成物からなる成形体を粗面化処理し、さらに大気圧プラズマ処理してなり、少なくともガス流路面が、平均粗さRa1.0〜5.0μm、Sm値100〜200μm、静的接触角20〜70゜である燃料電池セパレータ。
【選択図】 なし

Description

本発明は、燃料電池セパレータに関する。
燃料電池は、水素等の燃料と大気中の酸素とを電池に供給し、これらを電気化学的に反応させて水を作り出すことにより直接発電させるものである。この燃料電池は、高エネルギー変換可能で、環境適応性に優れていることから、小規模地域発電、家庭用発電、キャンプ場等での簡易電源、自動車、小型船舶等の移動用電源、人工衛星、宇宙開発用電源等の各種用途向けに開発が進められている。
このような燃料電池、特に固体高分子型燃料電池は、板状体の両側面に複数個の水素、酸素などの通路を形成するための凸部を備えた2枚のセパレータと、これらセパレータ間に固体高分子電解質膜と、ガス拡散電極(カーボンペーパー)とを介在させてなる単電池(単位セル)を数十個以上並設して(これをスタックという)なる電池本体(モジュール)から構成されている。
燃料電池セパレータは、各単位セルに導電性を持たせる役割、並びに単位セルに供給される燃料および空気(酸素)の通路を確保するとともに、それらの分離境界壁としての役割を果たすものである。このため、セパレータには、高電気導電性、高ガス不浸透性、(電気)化学的安定性、親水性などの諸性能が要求される。
燃料電池の発電時にガス同士の反応により生じる水は、電池特性に大きな影響を与えることが知られており、発電時に発生した水を速やかに排出できることが、セパレータに求められる特性の中で最も重要となる。この排水性能は、セパレータの親水性に依存するものであるため、これを向上させる必要がある。
セパレータの親水性を向上させる手法として、従来、(1)セパレータ表面に親水性無機粉末を塗布する方法(特許文献1:特開昭58−150278号公報)、(2)セパレータ表面に親水性の無機繊維および有機繊維シートを付着させる方法(特許文献2:特開昭63−110555号公報)、(3)セパレータに、親水性の無機繊維および粉末または有機繊維および粉末を混入させた予備成形体シートを付着させる方法(特許文献3:特開平10−3931号公報)、(4)セパレータ中の電極と接触する部分を酸に浸漬する方法(特許文献4:特開平11−297388号公報)、(5)燃料電池セパレータを常圧放電プラズマ処理する方法(特許文献5:特開2002−25570号公報)などが知られている。
特開昭58−150278号公報 特開昭63−110555号公報 特開平10−3931号公報 特開平11−297388号公報 特開2002−25570号公報
しかしながら、上記(1)の方法では、電池の組立時にセパレータ表面に塗布した無機粉末からなる親水層が剥離したり、摩耗したりする結果、親水性向上効果が不充分になり易いという問題があった。
(2)の方法では、セパレータ表面上のシートが剥離したり、流路面でしわになったりする結果、親水性および排水性が低下してしまうことがあった。
(3)の方法では、親水性を向上させる目的で無機繊維や有機繊維などの混入量を多くすると、導電性が低下してしまうという新たな問題を招来していた。
(4)の方法では、セパレータ中に残存した酸性溶液が、燃料電池運転中に溶出したり、セパレータに含まれる樹脂を分解したりするという問題があった。
(5)の方法では、親水化処理表面の耐久性に乏しく、親水性および排水性が経時的に著しく低下するという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池の発電により生じた水を容易に排水可能な高い親水性を有する上、良好な親水性を比較的長く維持でき、しかも電極部との接触抵抗が低い燃料電池セパレータを提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、熱硬化性樹脂、所定範囲の平均粒径を有する黒鉛材料および内部離型剤を含む組成物からなる成形体を、粗面化処理および大気圧プラズマ処理の両処理を施すこと、並びにその際、セパレータ表面の平均粗さRaを所定範囲とすることで、親水性を高めることができる上、良好な親水性が比較的長く維持でき、しかも電極部との接触抵抗を低く抑えることができることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、
1. 熱硬化性樹脂、平均粒径20〜80μmの黒鉛材料および内部離型剤を含む組成物からなる成形体を粗面化処理し、さらに大気圧プラズマ処理してなり、少なくともガス流路面が、平均粗さRa1.0〜5.0μm、Sm値100〜200μm、静的接触角20〜70゜であることを特徴とする燃料電池セパレータ、
2. 前記ガス流路面のみが、平均粗さRa1.0〜5.0μm、Sm値100〜200μm、静的接触角20〜70゜であることを特徴とする1の燃料電池セパレータ、
3. 濡れ張力が、60mN/m以上であることを特徴とする1または2の燃料電池セパレータ、
4. 接触抵抗が、3.5〜7mΩ・cm2であることを特徴とする1〜3のいずれかの燃料電池セパレータ、
5. 前記粗面化処理が、#150〜#320のアルミナ研創材を用いたブラスト処理であることを特徴とする1〜4のいずれかの燃料電池セパレータ、
6. 大気圧下、相対湿度40%、温度25℃の条件で1ヶ月保存後の静的接触角が、20〜70゜であることを特徴とする1〜5のいずれかの燃料電池セパレータ、
7. 大気圧下、相対湿度40%、温度25℃の条件で1ヶ月保存後の濡れ張力が、60mN/m以上であることを特徴とする1〜6のいずれかの燃料電池セパレータ、
8. 前記黒鉛材料100質量部に対し、前記熱硬化性樹脂が10〜30質量部および前記内部離型剤が0.1〜1.5質量部含まれることを特徴とする1〜7のいずれかの燃料電池セパレータ
を提供する。
本発明の燃料電池セパレータは、熱硬化性樹脂、平均粒径20〜80μmの黒鉛材料および内部離型剤を含む組成物からなる成形体を粗面化処理し、さらに大気圧プラズマ処理してなり、少なくともガス流路面が、平均粗さRa1.0〜5.0μm、Sm値100〜200μm、静的接触角20〜70゜であるから、燃料電池の発電により生じた水を容易に排水可能な高い親水性を有しているだけでなく、比較的長い間良好な親水性および濡れ張力を保つことができ、しかも接触抵抗も低い。したがって、本発明の燃料電池セパレータを備えた燃料電池は、長期に亘って安定した発電効率を維持することができる。
以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
本発明に係る燃料電池セパレータは、熱硬化性樹脂、平均粒径20〜80μmの黒鉛材料および内部離型剤を含む組成物からなる成形体を粗面化処理し、さらに大気圧プラズマ処理してなり、少なくともガス流路面が、平均粗さRa1.0〜5.0μm、Sm値100〜200μm、静的接触角20〜70゜であることを特徴とする。
本発明において、熱硬化性樹脂としては、特に限定されるものではなく、従来、セパレータの成形に用いられている各種熱硬化性樹脂が挙げられる。例えば、レゾール型フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ベンゾキサジン樹脂等が挙げられ、これらは1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。これらの中でも、耐熱性および機械的強度に優れていることから、ベンゾキサジン樹脂、エポキシ樹脂、レゾール型フェノール樹脂が好適に用いられる。
熱硬化性樹脂、平均粒径20〜80μmの黒鉛材料および内部離型剤を含む組成物(以下、燃料電池セパレータ用組成物という)中における、熱硬化性樹脂の含有量は、特に限定されるものではないが、黒鉛材料100質量部に対して10〜30質量部、特に、15〜25質量部であることが好ましい。熱硬化性樹脂の含有量が10質量部未満であると、セパレータのガスリークおよび強度低下を招く虞があり、30質量部を超えると、導電性低下を招く虞がある。
黒鉛材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、針状コークスを焼成したもの、塊状コークスを焼成したもの、電極を粉砕したもの、石炭系ピッチ、石油系ピッチ、コークス、活性炭、ガラス状カーボン、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック等が挙げられ、これらは1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。中でも、黒鉛化度が高く、導電性に優れていることから、針状コークスを2000〜3000℃で焼成してなるものが好適である。
本発明において、黒鉛材料の平均粒径は20〜80μm、好ましくは30〜70μm、より好ましくは40〜60μmである。
平均粒径が20μm未満であると、熱硬化性樹脂が黒鉛の表面を覆い易くなり、黒鉛粒子同士の接触面積が小さくなる。このため、セパレータ自体の導電性が悪化する可能性が高い。一方、平均粒径が80μmを超えると、黒鉛粒子間の空隙に熱硬化性樹脂が侵入し易くなり、黒鉛粒子同士の接触面積が小さくなる。その結果、この場合もセパレータ自体の導電性が悪化する可能性が高い。
すなわち、黒鉛材料の平均粒径が本発明で規定した範囲外にあるものは、黒鉛粒子表面または粒子同士の間隙に熱硬化性樹脂層が発生し易くなり、いずれにしてもセパレータ自体の導電性の悪化を招来する可能性が高い。
これに対して、平均粒径20〜80μmの範囲に調整された黒鉛粉末を含む組成物を成形してなるセパレータは、通常、その表層において、黒鉛粒子間に熱硬化性樹脂層が介在しているが、セパレータの表面粗さを後に詳述する平均粗さRaに調整することで、この熱硬化性樹脂層が除去され、親水性に優れるとともに、接触抵抗の低いセパレータとすることができる。
燃料電池セパレータの親水性向上および接触抵抗低減効果をより一層高めることを考慮すると、黒鉛粉末としては、平均粒径30〜70μm、かつ、粒径5μm以下が5%以下、粒径100μm以上が3%以下のものがより好ましく、平均粒径40〜60μm、かつ、粒径5μm以下が5%以下、粒径100μm以上が1%以下のものが最適である。
なお、平均粒径は、粒度測定装置(Microtrak社製)による測定値である。
内部離型剤としては、特に限定されるものではなく、従来、セパレータの成形に用いられている各種内部離型剤が挙げられる。例えば、ステアリン酸系ワックス、アマイド系ワックス、モンタン酸系ワックス、カルナバワックス、ポリエチレンワックス等が挙げられ、これらは1種単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。
セパレータ成形用組成物中における内部離型剤の含有量としては、特に限定されるものではないが、黒鉛粉末100質量部に対して0.1〜1.5質量部、特に0.3〜1.0質量部であることが好ましい。内部離型剤の含有量が1.5質量部を超えると、セパレータ表面に内部離型剤がしみ出してくるなどの問題が生じる虞がある。
本発明の燃料電池セパレータは、少なくともガス流路面の平均粗さRaが1.0〜5.0μm、Sm値が100〜200μmの範囲にある。
ここで、平均粗さRaが1.0μm未満、Sm値が100μm未満の場合、水の表面張力が保持されるためセパレータ表面に形成された流路内で水が凝集し易いのみならず、セパレータの表層において黒鉛粒子間に熱硬化性樹脂層が介在するため電極と黒鉛との接触面積が小さくなる結果、接触抵抗が高くなる可能性が高い。一方、平均粗さRaが5.0μm超、Sm値が200μm超であると、親水性は向上するものの、セパレータ表面から黒鉛が脱落し易くなる。その結果、この場合も電極とセパレータとの接触面積が小さくなって接触抵抗が高くなる可能性が高い。
これに対して、平均粗さRaが1.0〜5.0μm、かつ、Sm値が100〜200μmであると、水の表面張力のバランスが崩れるため、セパレータ表面に形成された流路内表面の親水性が向上する。しかも、セパレータ表層にある熱硬化性樹脂層が除去されるため、電極との接触面積が大きくなり接触抵抗を低減させることができる。
燃料電池セパレータの親水性向上および接触抵抗低減効果をより一層高めることを考慮すると、平均粗さRaは1.5〜5.0μmが、Sm値は120〜200μmがより好ましく、Ra3.5〜4.0μm、Sm値170〜200μmがより一層好ましい。
本発明において、セパレータ表面の粗面化処理は、ショットブラスト法を用いることが好適である。特に、#150〜#320のアルミナ研創材(以下、WAと記すことがある)を用いて、平均粗さRaを1.0〜5.0μmの範囲に適宜調整する手法が最適である。
ここで、WAの粒度が、#150未満では、平均粗さRaを1.0μm以上に処理し難いため、表層に樹脂が残り易く、#320を超えると、研創材の粒度が粗すぎるため、表面処理自体にムラが生じ易くなる結果、表層に樹脂が残り易くなる。
燃料電池セパレータの表層に存在する樹脂をより一層効率良く除去するためには、#180〜#280の粒度のWAを用いることがより好ましく、#220〜#240の粒度のWAを用いることがより一層好ましい。
また、本発明の燃料電池セパレータは、少なくともガス流路面の静的接触角が20〜70゜の範囲にある。
ここで接触角が、20゜未満であると、プラズマ処理における電極移動速度を遅くする必要があり、生産効率が低下してコスト高となる虞があり、一方、70゜を超えると、濡れ性が不足するため、燃料電池の運転中に生成した水がセパレータから排水されない可能性が生じる。
本発明においては、上記粗面化処理後、大気圧プラズマ処理を施すことでセパレータの静的接触角を上記範囲に調節する。
大気圧プラズマ処理の手法としては、特に限定されるものではなく、大気圧下での酸素ガスプラズマ処理、窒素ガスプラズマ処理などの公知の大気圧プラズマ処理を適宜採用することができる。本発明では、特に、常圧プラズマ表面処理装置(AP−T02−S、積水化学工業(株)製)による酸素ガスプラズマ処理、窒素ガスプラズマ処理を採用することが好適である。
さらに、本発明の燃料電池セパレータは、濡れ張力が60mN/m以上であることが好ましく、65mN/m以上であることがより好ましい。濡れ張力が60mN/m未満であると、濡れ性が不足し、燃料電池の運転中に生成した水がセパレータから排水されない可能性がある。なお、その上限は、特に限定されるものではないが、通常、73mN/m程度である。
また、本発明の燃料電池セパレータは、接触抵抗が、3.5〜7mΩ・cm2であることが好ましく、5〜7mΩ・cm2であることがより好ましい。
接触抵抗が、7mΩ・cm2を超えると、導電性が不足して発電性を低下させる可能性がある。
本発明の燃料電池セパレータでは、上記粗面化処理と、大気圧プラズマ処理とを併用することで、親水性および濡れ性の経時劣化を効果的に防止することができる。
すなわち、これら2つの表面処理を併用してなる本発明の燃料電池セパレータは、大気圧下、相対湿度40%、温度25℃の条件で1ヶ月保存後の静的接触角が20〜70゜、濡れ張力が60mN/m以上を維持することが可能となる。
なお、本発明の燃料電池セパレータにおいて、粗面化処理および大気圧プラズマ処理の各表面処理は、少なくとも発電水と接触するガス流路面に施されていればよいが、セパレータ全表面に施されていてもよい。
ガス流路面にのみ表面処理を施す場合、表面処理の不要な部位はマスキングしておくことになる。この際、マスキング材およびマスキング法は公知の材料および方法から適宜選択すればよい。
本発明の燃料電池セパレータは、燃料電池セパレータ用組成物から得られた成形体を、上記粗面化処理および大気圧プラズマ処理してなるものである。この場合、組成物の調製方法および成形体の成形方法としては、特に限定されるものではなく、従来公知の種々の方法を用いることができる。
例えば、組成物の調製は、上述の熱硬化性樹脂、黒鉛材料および内部離型剤のそれぞれを任意の順序で所定割合混合して調製すればよい。混合に用いられる混合機としては、例えば、プラネタリーミキサ、リボンブレンダ、レディゲミキサ、ヘンシェルミキサ、ロッキングミキサ、ナウターミキサ等が挙げられる。セパレータの成形方法としても、特に限定されるものではなく、射出成形、トランスファ成形、圧縮成形、押出成形、シート成形等を採用することができる。
なお、本発明の燃料電池セパレータには、本発明の効果を損なわない限りにおいて、上記各材料に加えて、炭素繊維、セルロース繊維等の有機繊維、無機繊維などの各種繊維や、アルミナ、シリカ、炭化珪素などの無機フィラー等のその他の添加剤が含まれていてもよい。
以上で説明した本発明の燃料電池セパレータは、高い親水性を有する上、良好な親水性が比較的長い間維持され、しかも接触抵抗が低く抑えられている。したがって、このセパレータを備えた燃料電池は、長期に亘って安定した発電効率を維持することができる。このような特性を有する燃料電池セパレータは、特に、固体高分子型燃料電池のセパレータとして好適に用いることができる。
一般的に固体高分子型燃料電池は、固体高分子膜を挟む一対の電極と、これらの電極を挟んでガス供給排出用流路を形成する一対のセパレータとから構成される単位セルが多数並設されてなるものであるが、これら複数個のセパレータの一部または全部として本発明の燃料電池セパレータを用いることができる。
以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、平均粒径は、粒度測定装置(Microtrak社製)により測定した値である。
[実施例1〜9,比較例1〜8]
表1に示す各種平均粒径を有する人造黒鉛粉末(SGP、(株)エスイーシー製、針状コークスを焼成してなるもの)100質量部、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂(PL4804、群栄化学工業(株)製)24質量部、および内部離型剤であるカルナバワックス(カルナバワックスF2、大日化学工業(株)製)0.3質量部を、ヘンシェルミキサ内に投入し、1500rpmで3分間混合して燃料電池セパレータ用組成物を調製した。
得られた組成物を、300mm×300mmの金型に投入し、金型温度180℃、成形圧力29.4MPa、成形時間2分間にて圧縮成形し、成形体を得た。得られた成形体の全表面に対し、実施例1〜9および比較例1〜6,8では下記に示す粗面化処理および酸素ガスプラズマ処理を施し、実施例10〜13では粗面化処理および窒素ガスプラズマ処理を施し、比較例7では酸素ガスプラズマ処理のみを施し、比較例9では、粗面化処理のみを施し、表1に示される表面特性を有する各燃料電池セパレータサンプルを得た。
<粗面化処理方法>
表1に記載の粒度を有するWA(アルミナ研創材、ホワイトモランダム WA F220、昭和電工(株)製)を用い、ノズル圧0.25MPaの条件下、ショットブラスト(装置名:AMC127、(株)ニッチュー製)により、セパレータの搬送速度0.5m/分にて成形体に表面処理を施した。
<酸素ガスプラズマ処理方法>
常圧プラズマ表面処理装置(AP−T02−S、積水化学工業(株)製)により、酸素ガス流量20リットル/分、電極移動速度0.2m/分の条件で表面処理を施した。
<窒素ガスプラズマ処理方法>
常圧プラズマ表面処理装置(AP−T02−S、積水化学工業(株)製)により、窒素ガス流量20リットル/分、電極移動速度0.2m/分の条件で表面処理を施した。
上記各実施例および比較例で得られた燃料電池セパレータサンプルについて、表面粗さの平均粗さRa、Sm値、接触抵抗、接触角(製造直後および処理後1ヶ月後)、および濡れ張力(製造直後および処理後1ヶ月後)を測定・評価した。これらの結果を表1に併せて示す。なお、各評価項目は以下の方法により、測定・評価した。
[1]平均粗さRaおよびSm値
プローブ先端径5μmの表面粗さ計(サーフコム1800D、東京精密(株)製)を用い、JIS B0601 1994に準拠した方法により測定した。
[2]接触抵抗
(1)カーボンペーパー+セパレータサンプル
上記で得られた各セパレータサンプルを2枚重ね合わせ、その上下にカーボンペーパー(TGP−H060、東レ(株)製)を配置し、さらにその上下に銅電極を配置し、上下方向に1MPaの面圧をかけ、4端子法により電圧を測定した。
(2)カーボンペーパー
カーボンペーパーの上下に銅電極を配置し、上下方向に1MPaの面圧をかけ、4端子法により電圧を測定した。
(3)接触抵抗算出方法
上記(1),(2)で求めた各電圧値よりセパレータサンプルとカーボンペーパーとの電圧降下を求め、下記式により接触抵抗を算出した。
接触抵抗=(電圧降下×接触面積)/電流
[3]接触角
接触角計(CA−DT A型、協和界面科学(株)製)を用い、製造直後、および製造後大気中、相対湿度40%、温度25℃で1ヶ月保存後の接触角を測定した。
[4]濡れ張力
JIS K6768プラスチック−フィルムおよびぬれ張力試験方法に基づいて、製造直後、および製造後大気中、相対湿度40%、温度25℃で1ヶ月保存後の接触角を測定した。
Figure 2006331673
表1に示されるように、上記各実施例の燃料電池セパレータは、平均粒径20〜80μmの黒鉛材料を用い、さらに粗面化処理および大気圧プラズマ処理され、平均粗さRa1.0〜5.0μm、Sm値100〜200μm、静的接触角20〜70゜の範囲にあるから、比較例の燃料電池セパレータと比べ、接触抵抗が低く抑えられているとともに、濡れ性に優れていることがわかる。
また、粗面化処理を施していない比較例7と比べると、1ヶ月後も接触角が低く保たれ、濡れ張力が高く保たれている。さらに、大気圧プラズマ処理を施していない比較例9と比べ、接触角が低減化されていることがわかる。

Claims (8)

  1. 熱硬化性樹脂、平均粒径20〜80μmの黒鉛材料および内部離型剤を含む組成物からなる成形体を粗面化処理し、さらに大気圧プラズマ処理してなり、
    少なくともガス流路面が、平均粗さRa1.0〜5.0μm、Sm値100〜200μm、静的接触角20〜70゜であることを特徴とする燃料電池セパレータ。
  2. 前記ガス流路面のみが、平均粗さRa1.0〜5.0μm、Sm値100〜200μm、静的接触角20〜70゜であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池セパレータ。
  3. 濡れ張力が、60mN/m以上であることを特徴とする請求項1または2記載の燃料電池セパレータ。
  4. 接触抵抗が、3.5〜7mΩ・cm2であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の燃料電池セパレータ。
  5. 前記粗面化処理が、#150〜#320のアルミナ研創材を用いたショットブラスト処理であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の燃料電池セパレータ。
  6. 大気圧下、相対湿度40%、温度25℃の条件で1ヶ月保存後の静的接触角が、20〜70゜であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の燃料電池セパレータ。
  7. 大気圧下、相対湿度40%、温度25℃の条件で1ヶ月保存後の濡れ張力が、60mN/m以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の燃料電池セパレータ。
  8. 前記黒鉛材料100質量部に対し、前記熱硬化性樹脂が10〜30質量部および前記内部離型剤が0.1〜1.5質量部含まれることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の燃料電池セパレータ。
JP2005149260A 2005-05-23 2005-05-23 燃料電池セパレータ Active JP5045867B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005149260A JP5045867B2 (ja) 2005-05-23 2005-05-23 燃料電池セパレータ
US11/437,659 US20060263670A1 (en) 2005-05-23 2006-05-22 Fuel cell bipolar plate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005149260A JP5045867B2 (ja) 2005-05-23 2005-05-23 燃料電池セパレータ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006331673A true JP2006331673A (ja) 2006-12-07
JP5045867B2 JP5045867B2 (ja) 2012-10-10

Family

ID=37448671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005149260A Active JP5045867B2 (ja) 2005-05-23 2005-05-23 燃料電池セパレータ

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20060263670A1 (ja)
JP (1) JP5045867B2 (ja)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009113717A1 (ja) * 2008-03-14 2009-09-17 昭和電工株式会社 燃料電池用セパレータおよびその製造方法
JP2010092638A (ja) * 2008-10-06 2010-04-22 Nisshinbo Holdings Inc 燃料電池用セパレータ
JP2011076989A (ja) * 2009-10-01 2011-04-14 Panasonic Electric Works Co Ltd 燃料電池セパレータの製造方法及び燃料電池セパレータ
WO2011089758A1 (ja) * 2010-01-20 2011-07-28 パナソニック電工株式会社 燃料電池セパレータの製造方法、燃料電池セパレータ、ガスケット付き燃料電池セパレータの製造方法、及び燃料電池の製造方法
JP2011150858A (ja) * 2010-01-20 2011-08-04 Panasonic Electric Works Co Ltd 燃料電池セパレータの製造方法、燃料電池セパレータ、ガスケット付き燃料電池セパレータの製造方法、及び燃料電池の製造方法
WO2012032922A1 (ja) 2010-09-10 2012-03-15 日清紡ケミカル株式会社 燃料電池セパレータ
WO2014129224A1 (ja) 2013-02-25 2014-08-28 日清紡ケミカル株式会社 燃料電池セパレータ
JP2015222729A (ja) * 2015-08-03 2015-12-10 パナソニックIpマネジメント株式会社 燃料電池セパレータ
JP2016042481A (ja) * 2015-11-17 2016-03-31 パナソニックIpマネジメント株式会社 ガスケット付き燃料電池セパレータ及びその製造方法
JP2017143078A (ja) * 2017-04-12 2017-08-17 パナソニックIpマネジメント株式会社 燃料電池セパレータの製造方法及び燃料電池セパレータ
WO2018008806A1 (ko) * 2016-07-06 2018-01-11 주식회사 플라즈맵 대기압 유전체 장벽 방전 플라즈마를 이용한 이차전지의 분리막 처리 방법
CN114188552A (zh) * 2021-11-18 2022-03-15 四川东材科技集团股份有限公司 一种苯并噁嗪模压双极板的制备方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008153684A2 (en) * 2007-05-23 2008-12-18 Entegris, Inc. Articles comprising wettable structured surfaces
US8029870B2 (en) * 2008-03-24 2011-10-04 GM Global Technology Operations LLC Method of coating fuel cell components for water removal
GB0902580D0 (en) * 2009-02-17 2009-04-01 Itm Power Hydrophillic conductive resin
CN101986392B (zh) * 2010-05-25 2013-10-02 华东理工大学 一种导电材料及其制备方法和用途
CN103003998B (zh) * 2010-06-24 2016-08-17 现代制铁株式会社 燃料电池用分离板及其制备方法
EP2559806A1 (en) 2011-08-17 2013-02-20 Center of Excellence Polymer Materials and Technologies (Polimat) Method for increasing the hydrophilicity of polymeric materials
TWI447995B (zh) 2011-12-20 2014-08-01 Ind Tech Res Inst 雙極板與燃料電池
KR102429014B1 (ko) * 2017-08-16 2022-08-03 현대자동차 주식회사 연료전지용 분리판 및 연료전지용 분리판의 코팅 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10102214A (ja) * 1996-09-25 1998-04-21 Nippon Yakin Kogyo Co Ltd 親水性ステンレス材料
JP2001283873A (ja) * 2000-03-31 2001-10-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子電解質型燃料電池用セパレータとその製造法およびこれを用いた高分子電解質型燃料電池
JP2003077487A (ja) * 2001-09-05 2003-03-14 Hitachi Chem Co Ltd 燃料電池用セパレータ及び燃料電池用セパレータを用いた燃料電池
JP2003282084A (ja) * 2002-03-20 2003-10-03 Honda Motor Co Ltd 燃料電池用セパレータ及びその製造方法
JP2004055375A (ja) * 2002-07-22 2004-02-19 Sumitomo Bakelite Co Ltd 燃料電池セパレーター用成形材料とその製造方法、及び燃料電池セパレーター

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0975040A1 (en) * 1998-02-06 2000-01-26 Nisshinbo Industries, Inc. Separator for fuel cells and method of manufacturing the same
US7125624B2 (en) * 2002-04-08 2006-10-24 Nisshinbo Industries, Inc. Fuel cell separator and method of manufacture
JP2005197222A (ja) * 2003-12-12 2005-07-21 Nisshinbo Ind Inc 燃料電池セパレータ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10102214A (ja) * 1996-09-25 1998-04-21 Nippon Yakin Kogyo Co Ltd 親水性ステンレス材料
JP2001283873A (ja) * 2000-03-31 2001-10-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子電解質型燃料電池用セパレータとその製造法およびこれを用いた高分子電解質型燃料電池
JP2003077487A (ja) * 2001-09-05 2003-03-14 Hitachi Chem Co Ltd 燃料電池用セパレータ及び燃料電池用セパレータを用いた燃料電池
JP2003282084A (ja) * 2002-03-20 2003-10-03 Honda Motor Co Ltd 燃料電池用セパレータ及びその製造方法
JP2004055375A (ja) * 2002-07-22 2004-02-19 Sumitomo Bakelite Co Ltd 燃料電池セパレーター用成形材料とその製造方法、及び燃料電池セパレーター

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009113717A1 (ja) * 2008-03-14 2009-09-17 昭和電工株式会社 燃料電池用セパレータおよびその製造方法
CN101971399A (zh) * 2008-03-14 2011-02-09 昭和电工株式会社 燃料电池用隔板及其制造方法
JP2013179098A (ja) * 2008-03-14 2013-09-09 Showa Denko Kk 燃料電池用セパレータおよびその製造方法
JP2010092638A (ja) * 2008-10-06 2010-04-22 Nisshinbo Holdings Inc 燃料電池用セパレータ
JP2011076989A (ja) * 2009-10-01 2011-04-14 Panasonic Electric Works Co Ltd 燃料電池セパレータの製造方法及び燃料電池セパレータ
WO2011089758A1 (ja) * 2010-01-20 2011-07-28 パナソニック電工株式会社 燃料電池セパレータの製造方法、燃料電池セパレータ、ガスケット付き燃料電池セパレータの製造方法、及び燃料電池の製造方法
JP2011150858A (ja) * 2010-01-20 2011-08-04 Panasonic Electric Works Co Ltd 燃料電池セパレータの製造方法、燃料電池セパレータ、ガスケット付き燃料電池セパレータの製造方法、及び燃料電池の製造方法
WO2012032922A1 (ja) 2010-09-10 2012-03-15 日清紡ケミカル株式会社 燃料電池セパレータ
WO2014129224A1 (ja) 2013-02-25 2014-08-28 日清紡ケミカル株式会社 燃料電池セパレータ
JP2014164996A (ja) * 2013-02-25 2014-09-08 Nisshinbo Chemical Inc 燃料電池セパレータ
US9768452B2 (en) 2013-02-25 2017-09-19 Nisshinbo Chemical Inc. Fuel cell separator
JP2015222729A (ja) * 2015-08-03 2015-12-10 パナソニックIpマネジメント株式会社 燃料電池セパレータ
JP2016042481A (ja) * 2015-11-17 2016-03-31 パナソニックIpマネジメント株式会社 ガスケット付き燃料電池セパレータ及びその製造方法
WO2018008806A1 (ko) * 2016-07-06 2018-01-11 주식회사 플라즈맵 대기압 유전체 장벽 방전 플라즈마를 이용한 이차전지의 분리막 처리 방법
JP2017143078A (ja) * 2017-04-12 2017-08-17 パナソニックIpマネジメント株式会社 燃料電池セパレータの製造方法及び燃料電池セパレータ
CN114188552A (zh) * 2021-11-18 2022-03-15 四川东材科技集团股份有限公司 一种苯并噁嗪模压双极板的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20060263670A1 (en) 2006-11-23
JP5045867B2 (ja) 2012-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5045867B2 (ja) 燃料電池セパレータ
JP4257544B2 (ja) 固体高分子型燃料電池セパレータ
JP2005197222A (ja) 燃料電池セパレータ
JP5003914B2 (ja) 燃料電池用セパレータ
JP4962691B2 (ja) 燃料電池セパレータ
EP2264817B1 (en) Fuel cell separator and method of manufacturing the same
JP4747804B2 (ja) 燃料電池用セパレータの製造方法
CN1679188A (zh) 液体燃料供给类型燃料电池、燃料电池电极以及它们的生产方法
WO2006135108A1 (ja) 燃料電池用金属セパレータ及び製造方法
JP6052670B2 (ja) 燃料電池セパレータ及びその製造方法
JP2002270203A (ja) 燃料電池スタック用双極極板
JP4934951B2 (ja) 燃料電池用セパレータ及びその製造方法及びそれを用いた固体高分子型燃料電池
JP4414631B2 (ja) 燃料電池用セパレータの製造方法
JP5249609B2 (ja) 燃料電池セパレータ及びその製造方法
JP5249610B2 (ja) 燃料電池セパレータの製造方法
EP2960973A1 (en) Fuel cell separator
JP4410020B2 (ja) 燃料電池用セパレータ材の製造方法
JP2006269403A (ja) 燃料電池用セパレータとその製造方法
JP2003297385A (ja) 燃料電池セパレータの製造方法、燃料電池セパレータ、および固体高分子型燃料電池
JP6760418B2 (ja) 燃料電池セパレータ
JP2006066139A (ja) 燃料電池セパレータおよびそれを用いた燃料電池
JP4656370B2 (ja) 固体高分子型燃料電池用セパレータ、その製造方法及び固体高分子型燃料電池
JP5624298B2 (ja) 燃料電池セパレータの製造方法及び燃料電池セパレータ
KR101195104B1 (ko) 연료 전지 세퍼레이터의 제조 방법, 연료 전지 세퍼레이터, 개스킷을 가지는 연료 전지 세퍼레이터의 제조 방법, 및 연료 전지의 제조 방법
EP1494300A1 (en) Porous fuel cell separator, method of manufacture thereof, and solid polymer fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080407

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110727

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110907

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111007

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120620

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120703

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150727

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5045867

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150727

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250