JP2021170524A - Separator for fuel cell and method for manufacturing separator for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池用セパレータ及び燃料電池用セパレータの製造方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell separator and a method for manufacturing a fuel cell separator.
特許文献1には、炭素材が樹脂中に分散されてなる燃料電池用セパレータが開示されている。同セパレータは、膨張黒鉛粉と、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂との混合物を、金型を用いて加熱するとともに加圧することにより製造されている。 Patent Document 1 discloses a fuel cell separator in which a carbon material is dispersed in a resin. The separator is produced by heating and pressurizing a mixture of expanded graphite powder and a thermosetting resin or a thermoplastic resin using a mold.
ところで、特許文献1に記載のセパレータにおいては、製造に際して上記混合物を加圧することで、炭素材同士の間に存在する樹脂がセパレータの厚さ方向の両側に染み出すとともに、炭素材がセパレータの厚さ方向における中央部に偏在することがある。この場合、セパレータの表面近傍には、樹脂の比率がその他の部分よりも多い領域が形成される。その結果、セパレータの接触抵抗が増大するおそれがある。 By the way, in the separator described in Patent Document 1, by pressurizing the mixture during production, the resin existing between the carbon materials exudes on both sides in the thickness direction of the separator, and the carbon material exudes the thickness of the separator. It may be unevenly distributed in the central part in the vertical direction. In this case, a region having a resin ratio higher than that of the other portions is formed in the vicinity of the surface of the separator. As a result, the contact resistance of the separator may increase.
本発明の目的は、接触抵抗の増大を抑制できる燃料電池用セパレータ及び燃料電池用セパレータの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fuel cell separator and a method for manufacturing a fuel cell separator capable of suppressing an increase in contact resistance.
上記目的を達成するための燃料電池用セパレータは、基材を備えるものであって、前記基材は、導電性の第1炭素材を含み、樹脂材中に形成された第1導電層と、導電性の第2炭素材を含み、前記第1導電層の厚さ方向における少なくとも一側に前記第1導電層と隣り合って形成され、前記樹脂材を介して前記第1導電層に結合された第2導電層と、を備える。 The fuel cell separator for achieving the above object includes a base material, and the base material contains a conductive first carbon material, and has a first conductive layer formed in the resin material. It contains a conductive second carbon material, is formed adjacent to the first conductive layer on at least one side in the thickness direction of the first conductive layer, and is bonded to the first conductive layer via the resin material. A second conductive layer is provided.
同構成によれば、セパレータを構成する第1導電層と第2導電層とが厚さ方向において互いに接触する。これにより、セパレータの内部に第1導電層及び第2導電層を介した導電経路が形成される。また、第2導電層が形成されるセパレータの表面においては、樹脂材の比率が他の部分よりも多くなることが抑制される。したがって、セパレータの接触抵抗の増大を抑制できる。 According to the same configuration, the first conductive layer and the second conductive layer constituting the separator come into contact with each other in the thickness direction. As a result, a conductive path is formed inside the separator via the first conductive layer and the second conductive layer. Further, on the surface of the separator on which the second conductive layer is formed, it is suppressed that the ratio of the resin material is higher than that of the other portions. Therefore, an increase in the contact resistance of the separator can be suppressed.
上記燃料電池用セパレータにおいて、前記第2導電層は、前記第1導電層の厚さ方向における両側に形成されていることが好ましい。
同構成によれば、上記導電経路が第1導電層の厚さ方向における両側に形成される。また、セパレータの両面において樹脂材の比率が他の部分よりも多くなることが抑制される。したがって、セパレータの接触抵抗の増大を一層抑制できる。
In the fuel cell separator, the second conductive layer is preferably formed on both sides of the first conductive layer in the thickness direction.
According to the same configuration, the conductive paths are formed on both sides of the first conductive layer in the thickness direction. In addition, it is suppressed that the ratio of the resin material on both sides of the separator is higher than that of the other parts. Therefore, an increase in the contact resistance of the separator can be further suppressed.
上記燃料電池用セパレータにおいて、前記第1導電層の前記一側に結合された前記第2導電層を構成する前記第2炭素材は、第1炭素粒子と、前記第1炭素粒子の平均粒子径よりも小さい平均粒子径を有する第2炭素粒子と、を含み、当該第2導電層の表面は、前記第2炭素材のみにより構成されていることが好ましい。 In the fuel cell separator, the second carbon material constituting the second conductive layer bonded to the one side of the first conductive layer has first carbon particles and an average particle diameter of the first carbon particles. It is preferable that the surface of the second conductive layer is composed of only the second carbon material, including the second carbon particles having an average particle diameter smaller than that of the second carbon particles.
燃料電池の発電部では、燃料電池に供給される反応ガスの電気化学反応により水が生成される。こうして生成された水(以下、生成水と称する)は、反応ガスの圧力によって発電部の外部に排出される。しかしながら、生成水の量が多くなった場合には、反応ガスの圧力損失が過度に増大するおそれがある。このため、生成水は、発電部の外部に早期に排出されることが好ましい。 In the power generation section of a fuel cell, water is generated by an electrochemical reaction of the reaction gas supplied to the fuel cell. The water thus generated (hereinafter referred to as generated water) is discharged to the outside of the power generation unit by the pressure of the reaction gas. However, when the amount of produced water is large, the pressure loss of the reaction gas may increase excessively. Therefore, it is preferable that the generated water is discharged to the outside of the power generation unit at an early stage.
上記構成によれば、第1導電層の一側に形成された第2導電層の表面には、第1炭素粒子及び第2炭素粒子を含む第2炭素材によって、多数の微細な凹凸が形成される。これにより、当該第2導電層が形成されたセパレータの表面を発電部に当接させることで、発電部において生じた生成水が、多数の微細な凹凸を伝って第2導電層の表面から排出されやすくなる。したがって、生成水の排出性を高めることができる。 According to the above configuration, a large number of fine irregularities are formed on the surface of the second conductive layer formed on one side of the first conductive layer by the second carbon material containing the first carbon particles and the second carbon particles. Will be done. As a result, the surface of the separator on which the second conductive layer is formed is brought into contact with the power generation section, so that the generated water generated in the power generation section is discharged from the surface of the second conductive layer through a large number of fine irregularities. It becomes easy to be done. Therefore, the dischargeability of the produced water can be improved.
また、上記構成によれば、第2導電層の表面が第2炭素材のみにより構成されている。すなわち、セパレータの一側の表面には、第1導電層の樹脂材が露出していない。したがって、セパレータの接触抵抗の増加を抑制できる。 Further, according to the above configuration, the surface of the second conductive layer is composed of only the second carbon material. That is, the resin material of the first conductive layer is not exposed on the surface on one side of the separator. Therefore, an increase in the contact resistance of the separator can be suppressed.
また、上記目的を達成するための燃料電池用セパレータの製造方法は、樹脂材中に導電性の第1炭素材を分散させた混合物から板材を形成する板材形成工程と、前記板材の厚さ方向における少なくとも一側の面に、導電性の第2炭素材を配置する第2炭素材配置工程と、前記第2炭素材が配置された前記板材を加熱するとともに加圧することで、前記板材の厚さ方向の中央部に前記第1炭素材を含む第1導電層を形成するとともに、前記板材における前記一側に前記第2炭素材を含む第2導電層を前記第1導電層と隣り合って形成する導電層形成工程と、を備える。 Further, a method for manufacturing a separator for a fuel cell for achieving the above object is a plate material forming step of forming a plate material from a mixture in which a conductive first carbon material is dispersed in a resin material, and a plate material forming step in the thickness direction of the plate material. The thickness of the plate material is obtained by heating and pressurizing the plate material on which the conductive second carbon material is arranged and the plate material on which the second carbon material is arranged. A first conductive layer containing the first carbon material is formed in the central portion in the longitudinal direction, and a second conductive layer containing the second carbon material is adjacent to the first conductive layer on one side of the plate material. A step of forming a conductive layer to be formed is provided.
同方法によれば、導電層形成工程において、第2炭素材が配置された板材を加熱するとともに加圧することで、樹脂材中に分散された第1炭素材が厚さ方向の中央部に偏在するようになる。一方、板材の厚さ方向における少なくとも一側の面近傍には、樹脂材を介して第2導電層が第1導電層と隣り合って形成される。このため、第2導電層が形成されるセパレータの表面においては、樹脂材の比率が他の部分よりも多くなることが抑制される。こうして製造されたセパレータによれば、上記燃料電池用セパレータの作用効果に準じた作用効果を奏することができる。 According to this method, in the conductive layer forming step, the plate material on which the second carbon material is arranged is heated and pressurized, so that the first carbon material dispersed in the resin material is unevenly distributed in the central portion in the thickness direction. Will come to do. On the other hand, a second conductive layer is formed adjacent to the first conductive layer via a resin material in the vicinity of at least one surface in the thickness direction of the plate material. Therefore, on the surface of the separator on which the second conductive layer is formed, it is suppressed that the ratio of the resin material is higher than that of the other portions. According to the separator manufactured in this way, it is possible to exert an action effect similar to the action effect of the above-mentioned fuel cell separator.
上記燃料電池用セパレータの製造方法において、前記第2炭素材配置工程では、前記板材の厚さ方向における両側の面に前記第2炭素材を配置し、前記導電層形成工程では、前記板材における前記両側に前記第2導電層を形成することが好ましい。 In the method for manufacturing a fuel cell separator, in the second carbon material arranging step, the second carbon material is arranged on both side surfaces in the thickness direction of the plate material, and in the conductive layer forming step, the plate material is said to be said. It is preferable to form the second conductive layer on both sides.
同方法によれば、上記燃料電池用セパレータの作用効果に準じた作用効果を奏することができる。
上記燃料電池用セパレータの製造方法において、前記第2炭素材配置工程では、前記板材の前記一側の面の全体に前記第2炭素材を配置し、当該第2炭素材として、第1炭素粒子と、前記第1炭素粒子の平均粒子径よりも小さい平均粒子径を有する第2炭素粒子と、を含むものを用いることが好ましい。
According to this method, it is possible to obtain an action and effect similar to the action and effect of the fuel cell separator.
In the method for producing a separator for a fuel cell, in the second carbon material arranging step, the second carbon material is arranged on the entire surface of the plate material on one side, and the first carbon particles are used as the second carbon material. It is preferable to use one containing the second carbon particles having an average particle size smaller than the average particle size of the first carbon particles.
同方法によれば、第2炭素材配置工程において、板材の一側の面の全体が、第1炭素粒子と第2炭素粒子とを含む第2炭素材によって覆われる。これにより、導電層形成工程において板材の一側に形成される第2導電層の表面が、第2炭素材のみにより構成されやすくなる。すなわち、セパレータの一側の表面から樹脂材が露出しにくくなる。こうして製造されたセパレータによれば、上記燃料電池用セパレータの作用効果に準じた作用効果を奏することから、生成水の排出性を高めることができる。また、セパレータの接触抵抗の増大を抑制できる。 According to this method, in the process of arranging the second carbon material, the entire surface on one side of the plate material is covered with the second carbon material containing the first carbon particles and the second carbon particles. As a result, the surface of the second conductive layer formed on one side of the plate material in the conductive layer forming step is likely to be composed of only the second carbon material. That is, the resin material is less likely to be exposed from the surface on one side of the separator. According to the separator manufactured in this way, since the action effect is similar to the action effect of the fuel cell separator, the discharge property of the produced water can be enhanced. In addition, an increase in the contact resistance of the separator can be suppressed.
本発明によれば、燃料電池用セパレータの接触抵抗の増大を抑制できる。 According to the present invention, an increase in contact resistance of a fuel cell separator can be suppressed.
<第1実施形態>
以下、図1〜図6を参照して、燃料電池用セパレータ及び燃料電池用セパレータの製造方法の第1実施形態について説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, the first embodiment of the fuel cell separator and the method for manufacturing the fuel cell separator will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
各図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又は簡略化して示す場合がある。また、各部分の寸法比率については実際と異なる場合がある。
図1に示すように、本実施形態の燃料電池用セパレータ(以下、セパレータ20と称する)は、固体高分子形燃料電池のスタック100に用いられるものである。なお、セパレータ20は、後述する第1セパレータ30及び第2セパレータ40の総称である。
In each drawing, a part of the configuration may be exaggerated or simplified for convenience of explanation. In addition, the dimensional ratio of each part may differ from the actual one.
As shown in FIG. 1, the fuel cell separator of the present embodiment (hereinafter, referred to as a separator 20) is used for the
スタック100は、複数の単セル10が積層された構造を有している。単セル10は、アノード側の第1セパレータ30と、カソード側の第2セパレータ40とにより挟持された発電部11を備えている。
The
発電部11は、膜電極接合体12と、膜電極接合体12を挟持するアノード側ガス拡散層15及びカソード側ガス拡散層16とにより構成されている。アノード側ガス拡散層15は、膜電極接合体12と第1セパレータ30との間に設けられている。カソード側ガス拡散層16は、膜電極接合体12と第2セパレータ40との間に設けられている。アノード側ガス拡散層15及びカソード側ガス拡散層16は、共に炭素繊維により形成されている。
The
膜電極接合体12は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有する固体高分子材料からなる電解質膜13と、電解質膜13を挟持する一対の電極触媒層14とを備えている。各電極触媒層14には、燃料電池における反応ガスの電気化学反応を促進するために、例えば白金などの触媒が担持されている。
The
第1セパレータ30は、互いに間隔をおいて並列して延在する複数の突条31と、互いに隣り合う2つの突条31の間において突条31に沿って延在するとともに反応ガスが流れるガス流路32とを有している。各突条31は、アノード側ガス拡散層15に当接している。なお、突条31及びガス流路32は、図1の紙面に直交する方向に延びている。
The
第2セパレータ40は、互いに間隔をおいて並列して延在する複数の突条41と、互いに隣り合う2つの突条41の間において突条41に沿って延在するとともに反応ガスが流れるガス流路42とを有している。各突条41は、カソード側ガス拡散層16に当接している。なお、突条41及びガス流路42は、図1の紙面に直交する方向に延びている。
The
第1セパレータ30のガス流路32とアノード側ガス拡散層15とで区画される部分には、反応ガスとしての燃料ガスが流通する燃料ガス流路が形成されている。第2セパレータ40のガス流路42とカソード側ガス拡散層16とで区画される部分には、反応ガスとしての酸化ガスが流通する酸化ガス流路が形成されている。本実施形態において、燃料ガス流路を流通する燃料ガスは水素であり、酸化ガス流路を流通する酸化ガスは空気である。
A fuel gas flow path through which fuel gas as a reaction gas flows is formed in a portion of the
第1セパレータ30の突条31の裏面と、第2セパレータ40における突条41の裏面とで区画される部分には、冷却水が流通する冷却水流路が形成されている。
図2に示すように、セパレータ20は、板状の基材21を備えている。基材21は、導電性の第1炭素材51を含み、樹脂材52中に形成された第1導電層50と、導電性の第2炭素材61を含み、第1導電層50の厚さ方向における両側に形成された第2導電層60とを備えている。第2導電層60は、第1導電層50と隣り合って形成されており、樹脂材52を介して第1導電層50に結合されている。
A cooling water flow path through which cooling water flows is formed in a portion partitioned by the back surface of the
As shown in FIG. 2, the
第1炭素材51としては、例えば、球状黒鉛などの天然黒鉛が挙げられる。樹脂材52としては、例えば、ポリプロピレン樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。第2炭素材61としては、例えば、膨張黒鉛などの天然黒鉛が挙げられる。
Examples of the
次に、セパレータ20の製造方法について説明する。
図3に示すように、まず、押出成形機200を用いて、樹脂材52中に第1炭素材51を分散させた混合物から板材Pを形成する(板材形成工程)。
Next, a method for manufacturing the
As shown in FIG. 3, first, a plate material P is formed from a mixture in which the
ここで、押出成形機200について説明する。
押出成形機200は、シリンダ201と、シリンダ201内に収容されたスクリュー202と、シリンダ201内に樹脂材52を供給する第1ホッパ203と、シリンダ201内に第1炭素材51を供給する第2ホッパ204とを備えている。第2ホッパ204は、第1ホッパ203よりもシリンダ201の先端側に設けられている。
Here, the
The
シリンダ201の先端には、吐出口205aを有するダイ205が設けられている。また、シリンダ201の外周部には、シリンダ201内を加熱するためのヒータ206が設けられている。
A die 205 having a
スクリュー202は、図示しないモータを有する駆動装置207に連結されており、シリンダ201内において回転可能に設けられている。スクリュー202が回転することにより、第1ホッパ203から供給された樹脂材52と、第2ホッパ204から供給された第1炭素材51とが混合されるとともに、これらの混合物がシリンダ201の先端に向けて搬送される。このとき、樹脂材52は、ヒータ206により加熱されることで溶融している。
The
第1炭素材51と樹脂材52との混合物がダイ205の吐出口205aから押し出されることで、板材Pが形成される。なお、板材Pは、図示しない切断装置により所定の形状に切断される。
The plate material P is formed by extruding the mixture of the
図4に示すように、板材Pにおいては、厚さ方向の全体にわたって第1炭素材51が樹脂材52中に分散している。
図5に示すように、次に、板材Pの厚さ方向における両側の面に第2炭素材61を配置する(第2炭素材配置工程)。本実施形態では、第2炭素材61の粉末を板材Pの両側の面に付着させる。
As shown in FIG. 4, in the plate material P, the
As shown in FIG. 5, next, the
図6に示すように、次に、プレス装置300を用いて、第2炭素材61が配置された板材Pを加熱するとともに加圧することで、板材Pの厚さ方向の中央部に第1導電層50を形成するとともに、板材Pにおける厚さ方向の両側に第2導電層60を第1導電層50と隣り合って形成する(導電層形成工程)。
As shown in FIG. 6, next, by using the
ここで、プレス装置300について説明する。
プレス装置300は、下型301と、下型301に対して進退可能に設けられた上型305とを備えている。
Here, the
The
下型301の中央部には、上型305に向かって突出した突出部302が設けられている。突出部302には、板材Pに突条31,41及びガス流路32,42を形成するためのダイ303が設けられている。下型301の内部には、電熱線304が内蔵されている。
At the center of the
上型305の中央部には、下型301に向かって突出した突出部306が設けられている。突出部306には、板材Pに突条31,41及びガス流路32,42を形成するためのパンチ307が設けられている。なお、パンチ307とダイ303とは対向して設けられている。上型305の内部には、電熱線308が内蔵されている。
At the center of the
次に、各電熱線304,308に電流を供給することにより、下型301及び上型305を所定の温度まで加熱する。その後、第2炭素材61が配置された板材Pを下型301のダイ303上に載置し、下型301と上型305とにより板材Pを挟持する。これにより、板材Pが加熱されることで軟化する。
Next, the
次に、下型301と上型305とにより板材Pを加圧する。これにより、板材Pがダイ303及びパンチ307の形状に応じて変形する。その後、板材Pが冷却されることで、樹脂材52が硬化して、第1導電層50と第2導電層60とが形成される。またこのとき、板材Pには、突条31,41及びガス流路32,42が形成される。
Next, the plate material P is pressurized by the
こうしてセパレータ20が製造される。
本実施形態の作用について説明する。
セパレータ20を構成する第1導電層50と第2導電層60とが厚さ方向において互いに接触する。これにより、セパレータ20の内部に第1導電層50及び第2導電層60を介した導電経路が形成される。また、第2導電層60が形成されるセパレータ20の表面においては、樹脂材52の比率が他の部分よりも多くなることが抑制される。
In this way, the
The operation of this embodiment will be described.
The first
本実施形態の効果について説明する。
(1)セパレータ20は、基材21を備える。基材21は、第1炭素材51を含み、樹脂材52中に形成された第1導電層50と、第2炭素材61を含み、第1導電層50の厚さ方向における少なくとも一側に第1導電層50と隣り合って形成され、樹脂材52を介して第1導電層50に結合された第2導電層60とを備える。
The effect of this embodiment will be described.
(1) The
こうした構成によれば、上述した作用を奏することから、セパレータ20の接触抵抗の増大を抑制できる。
(2)第2導電層60は、第1導電層50の厚さ方向における両側に形成されている。
According to such a configuration, since the above-mentioned action is obtained, an increase in the contact resistance of the
(2) The second
こうした構成によれば、上記導電経路が第1導電層50の厚さ方向における両側に形成される。また、セパレータ20の両面において樹脂材52の比率が他の部分よりも多くなることが抑制される。したがって、セパレータ20の接触抵抗の増大を一層抑制できる。
According to such a configuration, the conductive paths are formed on both sides of the first
(3)板材形成工程では、樹脂材52中に第1炭素材51を分散させた混合物から板材Pを形成する。第2炭素材配置工程では、板材Pの厚さ方向における少なくとも一側の面に、第2炭素材61を配置する。導電層形成工程では、第2炭素材61が配置された板材Pを加熱するとともに加圧することで、板材Pの厚さ方向の中央部に第1炭素材51を含む第1導電層50を形成するとともに、板材Pにおける一側に第2炭素材61を含む第2導電層60を第1導電層50と隣り合って形成する。
(3) In the plate material forming step, the plate material P is formed from a mixture in which the
こうした方法によれば、導電層形成工程において、第2炭素材61が配置された板材Pを加熱するとともに加圧することで、樹脂材52中に分散された第1炭素材51が厚さ方向の中央部に偏在するようになる。一方、板材Pの厚さ方向における少なくとも一側の面近傍には、樹脂材52を介して第2導電層60が第1導電層50と隣り合って形成される。このため、第2導電層60が形成されるセパレータ20の表面においては、樹脂材52の比率が他の部分よりも多くなることが抑制される。
According to such a method, in the conductive layer forming step, the plate material P on which the
(4)第2炭素材配置工程では、板材Pの厚さ方向における両側の面に第2炭素材61を配置する。導電層形成工程では、板材Pの厚さ方向における両側に第2導電層60を形成する。
(4) In the second carbon material arranging step, the
こうした方法によれば、上述した効果(2)に準じた効果を奏することができる。
<第2実施形態>
以下、図7及び図8を参照して、燃料電池用セパレータ及び燃料電池用セパレータの製造方法の第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
According to such a method, an effect similar to the above-mentioned effect (2) can be obtained.
<Second Embodiment>
Hereinafter, the second embodiment of the method for manufacturing the fuel cell separator and the fuel cell separator will be described with reference to FIGS. 7 and 8, focusing on the differences from the first embodiment.
各図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又は簡略化して示す場合がある。また、各部分の寸法比率については実際と異なる場合がある。
なお、第2実施形態の構成について、第1実施形態と同一の構成については同一の符号を付すとともに、第1実施形態と対応する構成については、第1実施形態の符号「**」に「100」を加算した符号「1**」を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。
In each drawing, a part of the configuration may be exaggerated or simplified for convenience of explanation. In addition, the dimensional ratio of each part may differ from the actual one.
Regarding the configurations of the second embodiment, the same components as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the configurations corresponding to the first embodiment are designated by the reference numerals “**” of the first embodiment as “**”. By adding the code "1 **" to which "100" is added, the duplicate description may be omitted.
図7に示すように、セパレータ120は、板状の基材121を備えている。基材121は、導電性の第1炭素材51を含み、樹脂材52中に形成された第1導電層50と、導電性の第2炭素材161を含み、第1導電層50の厚さ方向における両側に形成された第2導電層160とを備えている。各第2導電層160は、基材121の表面、すなわち、セパレータ120の表面を構成している。
As shown in FIG. 7, the
第1炭素材51としては、例えば、球状黒鉛などの天然黒鉛が挙げられる。樹脂材52としては、例えば、ポリエーテルサルフォン(PES)などの熱可塑性樹脂が挙げられる。
Examples of the
第2導電層160を構成する第2炭素材161は、第1炭素粒子162と、第1炭素粒子162の平均粒子径よりも小さい平均粒子径を有する第2炭素粒子163とを含んでいる。
The
本明細書における「平均粒子径」とは、レーザ回折・散乱法などによって測定される体積基準の粒度分布における積算値が50%となるときの粒子径、すなわちメジアン径を指す。なお、各図においては、便宜上、第1炭素粒子162のうち、当該第1炭素粒子162のメジアン径を有する炭素粒子と、第2炭素粒子163のうち、当該第2炭素粒子163のメジアン径を有する炭素粒子とを図示している。
The "average particle size" in the present specification refers to the particle size when the integrated value in the volume-based particle size distribution measured by a laser diffraction / scattering method or the like is 50%, that is, the median size. In each figure, for convenience, the carbon particles having the median diameter of the
第1炭素粒子162としては、例えば、球状黒鉛などの天然黒鉛が挙げられる。第2炭素粒子163としては、例えば、人造黒鉛が挙げられる。本実施形態における第1導電層50の第1炭素材51と、第2導電層160の第1炭素粒子162とは、同種の炭素材である。
Examples of the
各第2導電層160は、第1導電層50の樹脂材52を介して第1導電層50に結合されている。各第2導電層160の表面において、第1炭素粒子162と第2炭素粒子163とは、樹脂材52から露出している。より詳しくは、各第2導電層160の表面は、第2炭素材161のみにより構成されている。したがって、各第2導電層160の表面においては、樹脂材52が露出していない。換言すると、セパレータ120の厚さ方向における両側において、樹脂材52の全体は、第2炭素材161により覆われている。
Each of the second
以上のことから、発電部11に対向する第2導電層160においては、当該第2導電層160に含まれる第1炭素粒子162と第2炭素粒子163とが発電部11に当接している。
From the above, in the second
次に、セパレータ120の製造方法について説明する。セパレータ120の製造方法では、第2炭素材配置工程が第1実施形態のセパレータ20の製造方法と異なる。
図8に示すように、第2炭素材配置工程では、板材Pの厚さ方向における両側の面の全体に第2炭素材161を配置する。本実施形態では、第2導電層160において樹脂材52の全体を覆うために必要とされる第2炭素材161の量よりも過剰な量の第2炭素材161を板材Pの厚さ方向における両側の面に付着させる。したがって、板材Pの厚さ方向における両側の面の全体が第2炭素材161により覆われる。
Next, a method of manufacturing the
As shown in FIG. 8, in the second carbon material arranging step, the
導電層形成工程では、板材Pの厚さ方向における両側に第2導電層160を第1導電層50と隣り合って形成する。このとき、第2炭素材161は、第1導電層50の樹脂材52を介して第1導電層50と結合される。上述したように、板材Pには、過剰な量の第2炭素材161が付着しているため、第2炭素材161の一部は、第1導電層50と結合することなく、第2導電層160の表面に残留する。本実施形態では、第2炭素材配置工程の後に、第2導電層160の表面に残留した第2炭素材161を除去する工程を行う。
In the conductive layer forming step, the second
本実施形態の作用について説明する。
発電部11では、反応ガスの電気化学反応により水が生成される。こうして生成された水(以下、生成水と称する)は、反応ガスの圧力によってガス流路42を通じて発電部11の外部に排出される。しかしながら、生成水の量が多くなった場合には、反応ガスの圧力損失が過度に増大するおそれがある。このため、生成水は、発電部11の外部に早期に排出されることが好ましい。
The operation of this embodiment will be described.
In the
上記構成によれば、第1導電層50の厚さ方向における両側に形成された第2導電層160の表面には、第1炭素粒子162及び第2炭素粒子163を含む第2炭素材161によって、多数の微細な凹凸が形成される。これにより、第2導電層160が形成されたセパレータ120の表面を発電部11に当接させることで、発電部11において生じた生成水が、多数の微細な凹凸を伝って第2導電層160の表面から排出されやすくなる。
According to the above configuration, the surface of the second
本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、第1実施形態における効果(1)〜(4)に加えて、新たに以下に示す効果が得られるようになる。
The effect of this embodiment will be described.
According to the present embodiment, in addition to the effects (1) to (4) in the first embodiment, the following effects can be newly obtained.
(5)第2導電層160の第2炭素材161は、第1炭素粒子162と、第1炭素粒子162の平均粒子径よりも小さい平均粒子径を有する第2炭素粒子163とを含む。第2導電層160の表面は、第2炭素材161のみにより構成されている。
(5) The
こうした構成によれば、上述した作用を奏することから、生成水の排出性を高めることができる。
また、上記構成によれば、第2導電層160の表面が第2炭素材161のみにより構成されている。すなわち、セパレータ120の厚さ方向における両側の表面には、第1導電層50の樹脂材52が露出していない。したがって、セパレータ120の接触抵抗の増加を抑制できる。
According to such a configuration, since the above-mentioned action is exhibited, the dischargeability of the produced water can be enhanced.
Further, according to the above configuration, the surface of the second
(6)第2炭素材配置工程では、板材Pの厚さ方向における両側の面の全体に第2炭素材161を配置する。第2炭素材161として、第1炭素粒子162と、第1炭素粒子162の平均粒子径よりも小さい平均粒子径を有する第2炭素粒子163とを含むものを用いる。
(6) In the second carbon material arranging step, the
こうした方法によれば、第2炭素材配置工程において、板材Pの厚さ方向における両側の面の全体が、第1炭素粒子162と第2炭素粒子163とを含む第2炭素材161によって覆われる。これにより、導電層形成工程において板材Pの厚さ方向における両側に形成される第2導電層160の表面が、第2炭素材161のみにより構成されやすくなる。すなわち、セパレータ120の厚さ方向における両側の表面から樹脂材52が露出しにくくなる。こうして製造されたセパレータ120によれば、上記効果(5)に準じた効果を奏することから、生成水の排出性を高めることができる。また、セパレータ120の接触抵抗の増大を抑制できる。
According to such a method, in the second carbon material arranging step, the entire surfaces on both sides of the plate material P in the thickness direction are covered with the
<変更例>
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
<Change example>
Each of the above embodiments can be modified and implemented as follows. Each of the above embodiments and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
・上記各実施形態の板材形成工程において、第1炭素材51と樹脂材52とを予め混合した混合物を押出成形機200のシリンダ201内に供給するようにしてもよい。
・上記各実施形態の板材形成工程では、押出成形機200に代えて、互いに対向する一対のベルトを備えるベルトプレス機を用いて、第1炭素材51と樹脂材52との混合物を加熱するとともに加圧することで板材Pを形成するようにしてもよい。
In the plate material forming step of each of the above embodiments, a mixture in which the
In the plate material forming step of each of the above embodiments, the mixture of the
・上記各実施形態の第2炭素材配置工程において、下型301のダイ303の表面に第2炭素材61,161の粉末を撒布してもよい。この場合、板材Pがダイ303とパンチ307とにより加圧される際に、板材Pのうちダイ303に対向する表面の樹脂材52に対して第2炭素材61,161の粉末が付着する。
-In the second carbon material arranging step of each of the above-described embodiments, the powders of the
・上記第1実施形態の第2炭素材配置工程では、第2炭素材61の粉末と、バインダとしての樹脂材とを含む塗料を、例えば、コータやスプレーなどにより板材Pの表面に塗布するようにしてもよい。こうした方法により製造されたセパレータ20の第2導電層60には、第2炭素材61と、上記樹脂材とが含まれている。このとき、第1導電層50に含まれる樹脂材52と、第2導電層60に含まれる上記樹脂材とは、同一の樹脂材であってもよいし、互いに異なる樹脂材であってもよい。
-In the second carbon material arranging step of the first embodiment, a paint containing the powder of the
・上記各実施形態において、第2導電層60,160は、第1導電層50の厚さ方向における一側の面にのみ形成されていてもよい。この場合、第2炭素材配置工程においては、板材Pの厚さ方向における一側の面にのみ第2炭素材61,161を配置すればよい。
-In each of the above embodiments, the second
・上記各実施形態の第2導電層60,160は、セパレータ20,120のうち発電部11に対向する部分の表面全体に形成されていることが好ましいが、必ずしも表面全体に形成されていなくてもよい。例えば、第2導電層60,160は、セパレータ20,120の突条31,41の頂面にのみ形成されていてもよい。
The second
・上記第1実施形態において、樹脂材52は、ポリプロピレン樹脂以外の熱可塑性樹脂であってもよい。
・上記第2実施形態において、樹脂材52は、ポリエーテルサルフォン以外の熱可塑性樹脂であってもよい。
-In the first embodiment, the
-In the second embodiment, the
・上記各実施形態において、樹脂材52は、例えば、エポキシ樹脂などの熱硬化樹脂であってもよい。
・上記第1実施形態において、第1炭素材51と第2炭素材61とは互いに異なる炭素材であったが、これらは、同一の炭素材であってもよい。
-In each of the above embodiments, the
-In the first embodiment, the
・上記第1実施形態において、第1炭素材51は、導電性の炭素材であればよく、他に例えば、人造黒鉛や、球状黒鉛以外の天然黒鉛などであってもよい。第2炭素材61は、導電性の炭素材であればよく、他に例えば、人造黒鉛や、膨張黒鉛以外の天然黒鉛などであってもよい。
-In the first embodiment, the
・上記各実施形態において、第1導電層50には、第1炭素材51に加えて、第1炭素材51とは異なる炭素材や、金属製の導電性粒子などが含まれていてもよい。第2導電層60,160には、第2炭素材61,161に加えて、第2炭素材61,161とは異なる炭素材や、金属製の導電性粒子などが含まれていてもよい。
-In each of the above embodiments, the first
・上記第2実施形態において、第1導電層50の第1炭素材51と、第2導電層160の第1炭素粒子162とは同種の炭素材であったが、これらは互いに異なる種類の炭素材であってもよい。
-In the second embodiment, the
・上記第2実施形態において、第1炭素粒子162と第2炭素粒子163とは同種の炭素材であってもよい。
・上記各実施形態において、セパレータ20,120を、アノード側の第1セパレータ30にのみ適用してもよいし、カソード側の第2セパレータ40にのみ適用してもよい。
-In the second embodiment, the
-In each of the above embodiments, the
P…板材
20,120…セパレータ
21,121…基材
50…第1導電層
51…第1炭素材
52…樹脂材
60,160…第2導電層
61,161…第2炭素材
162…第1炭素粒子
163…第2炭素粒子
P ...
Claims (6)
前記基材は、
導電性の第1炭素材を含み、樹脂材中に形成された第1導電層と、
導電性の第2炭素材を含み、前記第1導電層の厚さ方向における少なくとも一側に前記第1導電層と隣り合って形成され、前記樹脂材を介して前記第1導電層に結合された第2導電層と、を備える、
燃料電池用セパレータ。 A fuel cell separator equipped with a base material.
The base material is
A first conductive layer containing a conductive first carbon material and formed in the resin material,
It contains a conductive second carbon material, is formed adjacent to the first conductive layer on at least one side in the thickness direction of the first conductive layer, and is bonded to the first conductive layer via the resin material. The second conductive layer is provided.
Separator for fuel cells.
請求項1に記載の燃料電池用セパレータ。 The second conductive layer is formed on both sides of the first conductive layer in the thickness direction.
The fuel cell separator according to claim 1.
当該第2導電層の表面は、前記第2炭素材のみにより構成されている、
請求項1または請求項2に記載の燃料電池用セパレータ。 The second carbon material constituting the second conductive layer bonded to the one side of the first conductive layer has the first carbon particles and an average particle size smaller than the average particle size of the first carbon particles. Containing with the second carbon particles having
The surface of the second conductive layer is composed of only the second carbon material.
The fuel cell separator according to claim 1 or 2.
樹脂材中に導電性の第1炭素材を分散させた混合物から板材を形成する板材形成工程と、
前記板材の厚さ方向における少なくとも一側の面に、導電性の第2炭素材を配置する第2炭素材配置工程と、
前記第2炭素材が配置された前記板材を加熱するとともに加圧することで、前記板材の厚さ方向の中央部に前記第1炭素材を含む第1導電層を形成するとともに、前記板材における前記一側に前記第2炭素材を含む第2導電層を前記第1導電層と隣り合って形成する導電層形成工程と、を備える、
燃料電池用セパレータの製造方法。 It is a method of manufacturing a separator for a fuel cell.
A plate material forming step of forming a plate material from a mixture in which a conductive first carbon material is dispersed in a resin material, and
A second carbon material arranging step of arranging a conductive second carbon material on at least one surface in the thickness direction of the plate material, and
By heating and pressurizing the plate material on which the second carbon material is arranged, a first conductive layer containing the first carbon material is formed in the central portion in the thickness direction of the plate material, and the plate material in the plate material. A conductive layer forming step of forming a second conductive layer containing the second carbon material on one side adjacent to the first conductive layer is provided.
A method for manufacturing a separator for a fuel cell.
前記導電層形成工程では、前記板材における前記両側に前記第2導電層を形成する、
請求項4に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。 In the second carbon material arranging step, the second carbon material is arranged on both side surfaces in the thickness direction of the plate material.
In the conductive layer forming step, the second conductive layer is formed on both sides of the plate material.
The method for manufacturing a fuel cell separator according to claim 4.
当該第2炭素材として、第1炭素粒子と、前記第1炭素粒子の平均粒子径よりも小さい平均粒子径を有する第2炭素粒子と、を含むものを用いる、
請求項4または請求項5に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。 In the second carbon material arranging step, the second carbon material is arranged on the entire surface of the plate material on the one side.
As the second carbon material, a material containing first carbon particles and second carbon particles having an average particle size smaller than the average particle size of the first carbon particles is used.
The method for manufacturing a fuel cell separator according to claim 4 or 5.
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