JP3925806B2 - 燃料電池セパレータ用材料、及びその材料を用いた燃料電池用セパレータ、燃料電池 - Google Patents
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Description
請求項1記載の発明の要旨は、粒状黒鉛が熱硬化性樹脂に被覆されてなる燃料電池セパレータ用材料であって、前記粒状黒鉛中の灰分が0.5重量%以下かつ前記粒状黒鉛の平均粒子径が5〜100μmの範囲であり、前記粒状黒鉛100重量部に対し、11重量部〜50重量部の熱硬化性樹脂によって前記粒状黒鉛が被覆され、前記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂のいずれかまたはこれらの混合系であり、かつアンモニアを含まないことを特徴とする燃料電池セパレータ用材料に存する。
請求項2記載の発明の要旨は、前記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂であり、かつアンモニアを含まないことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池セパレータ用材料に存する。
請求項3記載の発明の要旨は、請求項1または2に記載の燃料電池セパレータ用材料を用いて構成されたことを特徴とする燃料電池用セパレータに存する。
請求項4記載の発明の要旨は、90℃の熱水中での100時間浸漬処理後の3点曲げ強度の、前記処理前の3点曲げ強度に対する比率である強度保持率が、95%以上であることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池用セパレータに存する。
請求項5記載の発明の要旨は、請求項3または4に記載の燃料電池用セパレータを備えて構成されたことを特徴とする燃料電池に存する。
同様の比率で粉状樹脂を黒鉛と混合させてから成型する手法もあるが、樹脂の軟化流動時間を十分にとり、その後硬化が起こるように加熱工程を工夫する必要があり、全体工程が長くなる。
このように調製されたセパレータ用材料は、セパレータ製造工程において、セパレータ形状の金型に充填され加圧成形されるが、成型条件は特に規定されるものではなく、樹脂が硬化する条件以上で汎用的な圧縮成型機を用いることができる。
灰分濃度が0.1重量%、平均粒子径が18μmの破砕状粉末黒鉛100重量部に対してレゾール型フェノール樹脂を反応後20重量部となるように反応被覆させた。そして、実施例1にかかる燃料電池セパレータ用材料を、金型に入れて成型後2mm厚となるように一軸プレス機により加熱圧縮成型して燃料電池セパレータを得た。加熱温度は160℃、成型圧力は200kg/cm2、成型時間は5分とした。なお、後述する実施例2及び3、比較例1〜6にかかる燃料電池セパレータは、この上記した成形工程によってなる。
体積抵抗率:燃料電池用セパレータ2を、長さ200mm、断面が1mm四方の供試体に加工し、該供試体を用いて4端子法にて測定を行った。
水素透過率:JIS K7126のA法(差圧法)に準じて行い、試料調湿:23℃、50%RH*48Hr以上、測定温度:23℃、使用ガス種:水素ガス、の条件下で行った。
結論として、実施例1にかかる燃料電池セパレータ用材料を用いて構成された燃料電池セパレータは、燃料電池用セパレータに必要な諸特性を十分満足していることが確認された。
灰分濃度が0.1重量%、平均粒子径が20μmの球状粉末黒鉛100重量部に対してレゾール型フェノール樹脂を反応後15重量部となるように反応被覆させ、実施例1と同様の条件にて実施例2にかかる燃料電池セパレータ用材料を得た。
結論として、実施例2にかかる燃料電池セパレータ用材料を用いて構成された燃料電池セパレータは、実施例1と同様に、燃料電池用セパレータに必要な諸特性を十分満足していることが確認された。
灰分濃度が0.05重量%、平均粒子径が21μmの鱗片状粉末黒鉛を用いる以外は実施例1と同様の条件で実施例3にかかる燃料電池セパレータ用材料を得た。
実施例3にかかる燃料電池セパレータ用材料を用いて構成された燃料電池セパレータの諸特性を評価したところ、3点曲げ強度が65MPa、体積抵抗率が13mΩcm、水素透過率が1.4×10-14mol/m2sPaとすべて良好な値を示した。さらに実施例3にかかる燃料電池セパレータ用材料を90℃熱水中に100時間浸漬後3点曲げ強度を測定したところ、強度保持率が95%であった。
結論として、実施例3にかかる燃料電池セパレータ用材料を用いて構成された燃料電池セパレータは、実施例1及び2と同様に、燃料電池用セパレータに必要な諸特性を十分満足していることが確認された。
(比較例1)
灰分濃度が4.0重量%、平均粒子径が18μmの低灰分化前の破砕状粉末黒鉛を用いる以外は実施例1と同様の条件により比較材料1を得た。
比較材料1を用いて構成された燃料電池セパレータの諸特性を評価したところ、3点曲げ強度が68MPa、体積抵抗率が14mΩcm、水素透過率が2.0×10-14mol/m2sPaとすべて良好な値を示した。しかしながら、比較材料1を用いて構成された燃料電池セパレータを90℃熱水中に100時間浸漬後3点曲げ強度を測定したところ、強度保持率が65%であった。
結論として比較材料1を用いて構成された燃料電池セパレータは、燃料電池用セパレータとしては耐久性の点で不十分であることが確認された。
実施例1の破砕状粉末黒鉛を粗粉分級し、灰分濃度が0.2重量%、平均粒子径が110μmの破砕状粉末黒鉛を得た。本材料を実施例1と同様に樹脂被覆、成型し、比較材料2を用いて構成された燃料電池セパレータを得た。
比較材料2を用いて構成された燃料電池セパレータの諸特性を評価したところ、3点曲げ強度が20MPa、体積抵抗率が540mΩcm、水素透過率が8.3×10-12mol/m2sPaとセパレータとしては不適であることが確認された。
実施例1の破砕状粉末黒鉛を微粉分級及び粉砕し、灰分濃度が0.1重量%、平均粒子径が4.5μmの破砕状粉末黒鉛を得た。本材料を実施例1と同様に樹脂被覆、成型し、比較材料3を用いて構成された燃料電池セパレータを得た。
比較材料3を用いて構成された燃料電池セパレータの諸特性を評価したところ、3点曲げ強度が18MPa、体積抵抗率が820mΩcm、水素透過率が5.5×10-9mol/m2sPaとセパレータとしては不適であることが確認された。
被覆樹脂量を5重量部とする以外は実施例1と同様に成型し、比較材料4を用いて構成された燃料電池セパレータを得た。
比較材料4を用いて構成された燃料電池セパレータの諸特性を評価したところ、3点曲げ強度が0.5MPa、体積抵抗率が450mΩcm、水素透過率が1.2×10-6mol/m2sPaとセパレータとしては不適であることが確認された。
被覆樹脂量を55重量部とする以外は実施例1と同様に成型し、比較材料5を用いて構成された燃料電池セパレータを得た。
比較材料5を用いて構成された燃料電池セパレータの諸特性を評価したところ、3点曲げ強度が70MPa、体積抵抗率が1800mΩcm、水素透過率が1.2×10-14mol/m2sPaと、抵抗が高いためセパレータとしては不適であることが確認された。
被覆樹脂種としてアンモニアを重合触媒として使用したフェノール樹脂とする以外は実施例1と同様に成型し、比較材料6を用いて構成された燃料電池セパレータを得た。
比較材料6を用いて構成された燃料電池セパレータの諸特性を評価したところ、3点曲げ強度が80MPa、体積抵抗率が8mΩcm、水素透過率が1.4×10-14mol/m2sPaとすべて良好な値を示した。しかしながら本成型材料を90℃熱水中に100時間浸漬後3点曲げ強度を測定したところ、強度保持率が55%であった。
結論として、比較材料6を用いて構成された燃料電池セパレータは、燃料電池用セパレータとしては耐久性の点で不十分であることが確認された。
11 雄型
12 雌型
13 油圧シリンダ
2 燃料電池用セパレータ
21 ガス供給排出用溝
22 開口部
23 固定穴
Claims (5)
- 粒状黒鉛が熱硬化性樹脂に被覆されてなる燃料電池セパレータ用材料であって、
前記粒状黒鉛中の灰分が0.5重量%以下かつ前記粒状黒鉛の平均粒子径が5〜100μmの範囲であり、
前記粒状黒鉛100重量部に対し、11重量部〜50重量部の熱硬化性樹脂によって前記粒状黒鉛が被覆され、
前記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂のいずれかまたはこれらの混合系であり、かつアンモニアを含まないことを特徴とする燃料電池セパレータ用材料。 - 前記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂であり、かつアンモニアを含まないことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池セパレータ用材料。
- 請求項1または2に記載の燃料電池セパレータ用材料を用いて構成されたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
- 90℃の熱水中での100時間浸漬処理後の3点曲げ強度の、前記処理前の3点曲げ強度に対する比率である強度保持率が、95%以上であることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池用セパレータ。
- 請求項3または4に記載の燃料電池用セパレータを備えて構成されたことを特徴とする燃料電池。
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