JP2021180150A - 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 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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、燃料電池の発電部に当接して設けられる燃料電池用セパレータの製造方法であって、樹脂材中に導電性の第1炭素材を分散させた第1混合物から第1板材を形成するとともに、樹脂材中に導電性の第2炭素材を分散させた第2混合物から第2板材を形成し、前記第1板材の厚さ方向における少なくとも発電部側の面に、前記第2板材を積層して積層体を形成する積層体形成工程と、前記積層体を加熱するとともに加圧することで、前記第1板材から第1導電層を形成するとともに、前記第1導電層の前記厚さ方向における前記発電部側に前記第2板材から第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、前記第2混合物として、樹脂材の含有量が前記第2炭素材の含有量よりも少ないものを用い、前記第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。
上記燃料電池用セパレータの製造方法において、前記積層体形成工程において、前記第1混合物と前記第2混合物とが個別に供給されるマルチマニホールドダイの内部において前記積層体を形成し、当該積層体を前記マルチマニホールドダイから押出成形することが好ましい。
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、第1導電層50と、第1導電層50の厚さ方向における両側において、第1導電層50と隣り合って形成された第2導電層60とを備えている。
第2導電層60は、導電性の第2炭素材61と、樹脂材62とを含んでいる。
本実施形態における第1炭素材51と第2炭素材61とは、同種の炭素材である。第1炭素材51及び第2炭素材61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炭素材61は、第1炭素粒子63と、第1炭素粒子63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64とを含んでいる。
<押出成形機200>
図3に示すように、押出成形機200は、1つの第1押出成形機201と、2つの第2押出成形機202とを備えている。第1押出成形機201は、樹脂材52中に第1炭素材51を分散させた第1混合物50aを生成する。第2押出成形機202は、樹脂材62中に第2炭素材61を分散させた第2混合物60aを生成する。
本実施形態における第1押出成形機201及び第2押出成形機202は、同一の構成を有している。このため、以下では、第1押出成形機201の構成について説明することで、第2押出成形機202の構成についての説明を省略する。
第1スリット233における第1マニホールド231とは反対側の端部と、各第2スリット234における第2マニホールド232とは反対側の端部とは、合流部235に連通している。
<プレス装置300>
図5に示すように、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。
図3に示すように、まず、第1押出成形機201及び第2押出成形機202を用いて第1混合物50a及び第2混合物60aをそれぞれ生成する。そして、これら第1混合物50a及び第2混合物60aをマルチマニホールドダイ230に供給する。
なお、第2混合物60aを生成する際は、樹脂材62の含有量が第2炭素材61の含有量よりも少なくなるように、第1ホッパ213への樹脂材62の供給量と、第2ホッパ214への第2炭素材61の供給量とを調節する。
図5に示すように、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、積層体70を下型301のダイ303上に載置し、下型301と上型305とにより積層体70を挟持する。これにより、積層体70が加熱されることで軟化する。
本実施形態の作用について説明する。
第2導電層60の樹脂材62の表面には、第1炭素粒子63が露出する部分、及び第2炭素粒子64が露出する部分が存在する。また、樹脂材62の表面から露出する第1炭素粒子63の表面には、第1炭素粒子63よりも平均粒子径の小さい複数の第2炭素粒子64が樹脂材62を介して結合されている。このように、発電部11に当接する第2導電層60の表面には、第1炭素粒子63及び第2炭素粒子64によって、多数の微細な凹凸が形成される。
本実施形態の効果について説明する。
また、上記構成によれば、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。したがって、セパレータ20の接触抵抗の増大を抑制できる。
こうした方法によれば、マルチマニホールドダイ230の内部に第1混合物50aと第2混合物60aとが個別に供給されることから、これらの温度を個別に調節することでこれらの粘度を調節することができる。そして、粘度が個別に調節された第1混合物50aからなる第1板材50bと、第2混合物60aからなる第2板材60bとの積層体70をマルチマニホールドダイ230から押出成形する。これにより、第1板材50bの厚みのばらつきと、第2板材60bの厚みのばらつきとを抑制することができる。したがって、セパレータ20の製造ばらつきを抑制することができる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本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。
・第1炭素材51及び第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、球状黒鉛以外の天然黒鉛などであってもよい。
・本実施形態では、樹脂材52と樹脂材62とは、同種の樹脂材であったが、これらは、互いに異なる種類の樹脂材であってもよい。
・第2導電層60は、セパレータ20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は、セパレータ20の突条31,41の頂面にのみ形成されていてもよい。
20…セパレータ
21…基材
50…第1導電層
50a…第1混合物
50b…第1板材
51…第1炭素材
52…樹脂材
60…第2導電層
60a…第2混合物
60b…第2板材
61…第2炭素材
62…樹脂材
63…第1炭素粒子
64…第2炭素粒子
70…積層体
230…マルチマニホールドダイ
Claims (5)
- 基材を備え、燃料電池の発電部に当接して設けられる燃料電池用セパレータであって、
前記基材は、
導電性の第1炭素材、及び樹脂材を含む第1導電層と、
導電性の第2炭素材、及び樹脂材を含み、前記第1導電層の厚さ方向における少なくとも前記発電部側に前記第1導電層と隣り合って形成され、前記基材の表面を構成する第2導電層と、を備え、
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、を含んでおり、
前記第1炭素粒子と前記第2炭素粒子とは、前記第2導電層の樹脂材から露出している、
燃料電池用セパレータ。 - 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、
請求項1に記載の燃料電池用セパレータ。 - 燃料電池の発電部に当接して設けられる燃料電池用セパレータの製造方法であって、
樹脂材中に導電性の第1炭素材を分散させた第1混合物から第1板材を形成するとともに、樹脂材中に導電性の第2炭素材を分散させた第2混合物から第2板材を形成し、前記第1板材の厚さ方向における少なくとも発電部側の面に、前記第2板材を積層して積層体を形成する積層体形成工程と、
前記積層体を加熱するとともに加圧することで、前記第1板材から第1導電層を形成するとともに、前記第1導電層の前記厚さ方向における前記発電部側に前記第2板材から第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、
前記第2混合物として、樹脂材の含有量が前記第2炭素材の含有量よりも少ないものを用い、
前記第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、
燃料電池用セパレータの製造方法。 - 前記積層体形成工程では、前記第1板材の厚さ方向における両側の面に前記第2板材を積層し、
前記導電層形成工程では、前記第1導電層における前記両側に前記第2導電層を形成する、
請求項3に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。 - 前記積層体形成工程において、前記第1混合物と前記第2混合物とが個別に供給されるマルチマニホールドダイの内部において前記積層体を形成し、当該積層体を前記マルチマニホールドダイから押出成形する、
請求項3または請求項4に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
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