JP2007026828A - 燃料電池用セパレータおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】膨張黒鉛とバインダを含む基材で形成された第1シート2と、第1シート2の外縁部の互いに対向する表面のうち少なくとも一方に対面可能な第2シート3とを用意する。第1シート2の外縁部25の互いに対向する表面のうち少なくとも一方に第2シート3を当接し、加圧手段4で加圧することにより第1シート2と第2シート3とを接合するとともに、第1シート2に表面流路22を形成する加圧工程とを実施する。
【選択図】 図4
Description
第1シートの外縁部の互いに対向する表面のうち少なくとも一方に2シートを当接し、加圧手段で加圧することにより第1シートと第2シートとを接合するとともに、第1シートに表面流路を形成する加圧工程とを順に実施することを特徴とするものである。
第1シートの外縁部の互いに対向する表面のうち少なくとも一方に接合され膨張黒鉛とバインダを含む基材で形成された第2シートとを具備しており、
加圧手段で加圧することにより表面流路を形成すると共に第1シートと第2シートを接合させたことを特徴とするものである。表面流路は、発電反応を行う反応流体が流れる流路である。
この場合には、熱プレス成形時において第2シート3が加圧型4の型面に付着することが抑制される。また、図7(B)に示す例によれば、バインダ配合比について、第1シート2よりも第2シート3が高く設定されている。この場合には、第1シート2のバインダ配合比を低下させて第1シート2の導電性を高めつつ、第1シート2と第2シート3との接合性が確保されている。更に第2シート3の強度を確保するのに有利となる。
試験例1は実施例1に対応する試験である(但し、溝無し)。まず、膨張黒鉛の粉体(東洋炭素株式会社製)とポリフェニレンスルフィド(PPS)を混合機で混合して混合体を形成した。この場合、表1に示すように、重量比で、膨張黒鉛の粉体:ポリフェニレンスルフィド=80:20とした。混合体を多段圧延機により圧延し、第1シート2を形成した。第1シート2では、板厚が2.0ミリメートル、坪量が2.08kg/m2とした。坪量とは平方メートル当たりのシートの重量をいう。第1シート2の場合と同様な方法で第2シート3を形成した。第2シート3では、板厚が0.7ミリメートル、坪量が0.67kg/m2とした。
試験例2は実施例1に対応する(但し、溝無し)。試験例2は試験例1と基本的には同様な条件で行った。以下、相違する部分を中心として説明する。試験例1と同様に、膨張黒鉛の粉体とポリフェニレンスルフィド(PPS)を混合して混合体を形成した。この場合、表1に示すように、重量比で、膨張黒鉛の粉体:ポリフェニレンスルフィド(PPS)=60:40とした。実施例1よりもポリフェニレンスルフィドの割合が増加している。混合体を多段圧延機により圧延し、第1シート2(図14参照)を形成した。第1シート2では、坪量を2.42kg/m2(試験例1よりも多い)とした。同様に第2シート3(図15参照)を形成した。第2シート3では、坪量が0.87kg/m2(試験例1よりも多い)とした。第1シート2および第2シート3を予備加熱した後、プレス機に設置されている平盤状の加圧型に積層状態に配置し、面圧2.0tonf/cm2(試験例1よりも高い面圧)で熱プレス成形した。これにより板厚t1(2.58ミリメートル)の積層構造の平板状の成形品を形成した。
試験例3は試験例1と基本的には同様な条件で行った。この場合、重量比で、膨張黒鉛の粉体:ポリフェニレンスルフィド=58:42とした。第1シート2の坪量は2.64kg/m2とした。同様に第2シート3を形成した。この場合、重量比で、膨張黒鉛の粉体:ポリフェニレンスルフィド=58:42とした。第2シート3の坪量は0.89kg/m2とした。第1シート2と第2シート3のバインダであるポリフェニレンスルフィド(PPS)の設定については、試験例2と同様にした(図14及び図15参照)。次に、第1シート2および第2シート3を予備加熱し、その後、試験例1と同様に熱プレス成形し、成形品(板厚2.58ミリメートル)を形成した。加圧型4の面圧は2.25tonf/cm2とした。
比較例1は試験例1と基本的には同様な条件で行った。以下、相違する部分を中心として説明する。加圧前の第1シート2の板厚を3.5ミリメートルとした。次に、第1シート2を予備加熱した後、プレス機に設置されている平盤状の加圧型に積層状態に配置し、面圧0.75tonf/cm2(試験例1,2よりも低い面圧)で成形し、第1シート2の板厚を板厚2.54ミリメートルとした。なお、第2シート3は積層されていない。
比較例1は試験例1と基本的には同様な条件で行ったである。以下、相違する部分を中心として説明する。第1シート2については、重量比で、膨張黒鉛の粉体:ポリフェニレンスルフィド=60:40とした。第1シート2では、坪量を2.42kg/m2(試験例1よりも多い)とした。そして第1シート2を予備加熱した後、プレス機に設置されている積層状態に配置し、面圧1.0tonf/cm2で熱プレス成形し、第1シート2の板厚を板厚2.53ミリメートルとした。なお第2シート3は積層されていない。
上記した試験例および比較例について評価を行った。評価としては、上記したように平板状の成型品から試験片(55ミリメートル×55ミリメートル)を取り出し、ガス透過係数、板厚変化率(圧縮クリープ試験)、電気抵抗を試験片についてそれぞれ測定した。水素ガスのガス透過係数については、図16に示すガス透過装置100の試験片固定治具101(測定面積13.85cm2)に試験片を組み込んだ。この固定治具101の構成としては、試験片の双方の表面に室102,108を形成している。そして試験片の一方の表面側の室102にはマスフローコントローラ(MFC)106を介して室102に水素ガスを供給し、その室102の出口側に取り付けた圧力センサ104により室102の圧力を検出した。室102の圧力は0.02MPaとした。
実施例1によれば、セパレータ1は第1シート2および第2シート3を積層した2層構造とされているが、これに限らず、第1シート2、第2シート3および第3シートを積層した3層構造あるいはそれ以上の層構造としても良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。
Claims (10)
- 膨張黒鉛とバインダを含む基材で形成された第1シートと、前記第1シートの外縁部の互いに対向する表面のうち少なくとも一方に対面可能な第2シートとを用意する工程と、
前記第1シートの外縁部の互いに対向する表面のうち少なくとも一方に前記2シートを当接し、加圧手段で加圧することにより前記第1シートと前記第2シートとを接合するとともに、前記第1シートに表面流路を形成する加圧工程とを順に実施することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 - 請求項1において、前記バインダは熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂であることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
- 請求項1または2において、単位体積当たりの電気抵抗について、前記第2シートよりも第1シートが低く設定されていることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
- 請求項1〜3のうちのいずれか一項において、前記バインダの配合比について、前記第1シートよりも第2シートが高く設定されていることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
- 請求項1〜4のうちのいずれか一項において、前記バインダの配合比について、前記第1シートよりも第2シートが低く設定されていることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
- 請求項1〜5のうちのいずれか一項において、前記バインダの配合比について、前記第1シートの表面側が前記第1シートの内部に比較して、相対的に低く設定されていることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
- 請求項1〜6のうちのいずれか一項において、前記バインダの配合比について、前記第2シートのうち前記第1シートと反対側の表面側が前記第2シートの内部に比較して相対的に低く設定されていることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
- 請求項1〜7のうちのいずれか一項において、前記バインダの配合比について、前記第2シートのうち前記第1シートと反対側に位置する表面側は、前記第2シートのうち前記第1シート側に位置する表面側に比較して、相対的に低く設定されていることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
- 請求項1〜8のうちのいずれか一項において、前記第1シートおよび前記第2シートのうち少なくとも一方は、複数の層が積層されて形成されていることを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
- 膨張黒鉛とバインダを含む基材で形成され燃料電池の反応ガスが流れる表面流路を有する第1シートと、
前記第1シートの外縁部の互いに対向する表面のうち少なくとも一方に接合され膨張黒鉛とバインダを含む基材で形成された第2シートとを具備しており、
加圧手段で加圧することにより前記表面流路を形成すると共に前記第1シートと前記第2シートを接合させたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
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