JP3969138B2 - 車両用電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックからなる構成部品をもつ車両用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車などの車両用電源装置には、構成部品の一部として、プラスチックからなる絶縁材が用いられる。また、中にはプラスチックに導電性を付与して導電材として用いられる場合もある。
たとえば、特開２０００−１７１７９は、導電性のプラスチック（樹脂）で形成されたセパレータを構成部品とする燃料電池を開示している。また、電槽がプラスチックから構成される二次電池などもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通常の車両部品の廃棄処理に環境対策が必要であると同様に、電気自動車特有の上記のようなプラスチック部品、たとえば燃料電池のプラスチックセパレータ等、の廃棄処理にも環境対策が必要になる。
すなわち、上記車両用電源装置のプラスチック構成部品を廃棄する時、他のプラスチック廃棄物と同様、埋め立て処分しても、分解されずに半永久的に残留し、燃焼処理しても高エネルギーのために炉寿命を縮めたり、あるいは有害物質を大気に放出して環境悪化を招く、などの問題がある。
本発明の目的は、廃棄時に環境上の問題を起こさない車両用電源装置を提供することある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） プラスチックからなる構成部品を備えた車両用電源装置において、前記プラスチックを分解性プラスチックから構成し、該分解性プラスチックを分解する環境条件を、車両での前記分解性プラスチックの使用環境と異なせたことを特徴とする車両用電源装置。
（２） プラスチックからなる構成部品が燃料電池のセパレータである（１）の車両用電源装置。
（３） プラスチックからなる構成部品が２次電池の電槽である（１）の車両用電源装置。
（４） 分解性プラスチックは導電性も合わせもっている（２）の車両用電源装置。
（５） 前記分解性プラスチックが光分解性プラスチックであり、該光分解性プラスチックからなる構成部品は車両での使用環境において光に曝されないようにケーシング内に配置されている（１）記載の車両用電源装置。
（６） 前記分解性プラスチックが生分解性プラスチックであり、該生分解性プラスチックからなる構成部品は車両での使用環境において微生物から遮断されるようにケーシング内に配置されている（１）記載の車両用電源装置。
【０００５】
上記（１）、（５）、（６）の車両用電源装置では、プラスチックを分解性プラスチックとしたので、微生物または光などによりプラスチックが分解して二酸化炭素と水になり、廃棄時に半永久的に分解せずにゴミとなっていた従来の環境問題を解決できる。
また、分解性プラスチックを分解する環境条件が、車両での分解性プラスチックの使用環境と異なるようにしてあるので、使用中に分解性プラスチックが分解して崩壊することはない。
上記（２）の車両用電源装置では、燃料電池セパレータを分解性プラスチックから構成したので、従来の非分解性セパレータのような廃棄時の環境問題を起こさない。
上記（３）の車両用電源装置では、２次電池の電槽を分解性プラスチックから構成しても同様の作用・効果を得る。
上記（４）の車両用電源装置では、分解性プラスチックが導電性も合わせもっているので、燃料電池セパレータに適用することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の車両用電源装置を図１を参照して説明する。
本発明の車両用電源装置は、プラスチックからなる構成部品を備えた車両用電源装置であって、プラスチックを分解性プラスチックから構成したものからなる。
分解性プラスチックとは、つぎの▲１▼〜▲２▼イ）、ロ）、ハ）のものをいう。
【０００７】
▲１▼ 光分解性プラスチック
光（主に、紫外線）により分解するプラスチックである。光分解性プラスチックは、光によって分子量の小さい化合物となり、ある場合には酸素、水などにより低分子量化合物に分解する。低分子量化合物は、微生物の力によって炭酸ガスと水にまで完全に分解し、自然のサイクルに入る。
光分解性プラスチックは、光によって分解を起こす特定の化学結合グループ（たとえば、カルボニル基）を持ち、この特定の化学結合グループをポリマー内に導入する感光性官能基導入型と、添加剤のような形で加える感光性試薬添加型とに分類される。
感光性官能基導入型の例としては、エチレン−一酸化炭素共重合体、ビニルケトン共重合体（メチルビニルケトン、エチルビニルケトン等）がある。紫外線照射で約２０〜２４時間で分解し、自然環境下の光で約２〜８週間で分解する。
感光性試薬添加型の光増感剤としては、ベンゾフェノン、アセトフェノン、アンソラキノンなどの芳香族ケトンがある。
【０００８】
▲２▼ 生分解性プラスチック
微生物により分解して生態系の循環サイクルに還元できる、すなわち、最終的に炭酸ガスと水になるプラスチックである。つぎのイ）、ロ）、ハ）の３つに大別できる。
イ）微生物の作る高分子
一例としてヒドロキシブチレート系ポリエステルがある。
ロ）デンプンやセルロースやキチン等の天然高分子素材
農作物のトウモロコシ、イモ、小麦、サトウキビ等ならのでんぷんや、
植物からのセルロースや、
カニ、エビ等甲羅からのキチンなど、
の天然高分子素材を主成分にしたもの。
ハ）分解性を付与した化学合成プラスチック
一例として、ポリカプロラクトンがある。
【０００９】
車両用電源装置の構成部品に上記の分解性プラスチックを成形して用いると、廃棄時に自然のサイクルに入るので、廃棄時の環境上の問題を解決できる。
上記の分解性プラスチックの使用が可能である車両用電源装置の構成部品として、燃料電池のセパレータや、２次電池の電槽などがある。
図１に示すように、燃料電池１０は、透過膜／電極接合体（ＭＥＡ）１１と、その両側の多孔質炭素膜からなる拡散層１２、１３と、セパレータ１４、１５からなるセルを複数積層したものから構成され、さらにシールフレーム１６、１７が介装される。セパレータ１４、１５は、カーボンやメタルや導電性樹脂にガスや冷却水の流路を形成したものから構成され、分解性プラスチックでセパレータを構成する場合は、分解性プラスチックセパレータに導電性を付与する必要がある。
【００１０】
分解性プラスチックに導電性を付与して燃料電池セパレータ素材とする方法として、つぎの▲１▼〜▲４▼の４つの方法を提供する。
▲１▼ 界面活性剤、帯電防止剤を、分解性プラスチックへ配合、表面に塗布する方法
▲２▼ 導電性付与剤（導電性フィラーともいう）を分解性プラスチックへ混合する方法
導電性付与剤としては、リン状黒鉛、カーボン系粉末、カーボン系繊維、銀、銅、ニッケル等の導電性金属粉末や導電性金属繊維などがある。
▲３▼ 分解性プラスチック成形品に、金属蒸着膜（たとえば、酸化錫などの蒸着膜）を形成する方法
▲４▼ 導電性プラスチックを新規設計する方法
高分子の化学構造から導電性高分子を合成する方法である。
【００１１】
分解性プラスチックを電源装置構成部品に成形するのに、各種分解性プラスチックの高分子原材料を、石油化学工業で生産された熱可塑性プスチックの成形に用いる通常の押出機、射出成形機、ブロー成形機などの成形装置を用いることができる。
また、燃料電池セパレータを導電性・分解性プラスチックから製造する場合には、各種分解性プラスチック高分子原材料と導電性付与剤（たとえば、リン状黒鉛、またはカーボン粉末、またはカーボン繊維）とを二軸押出機で混合した後、上記の成形装置に供給して所望の形状に成形する。
【００１２】
一例として、燃料電池用の導電性・分解性プラスチックセパレータを、つぎの１）〜３）の材料を用い、４）の方法により、製造した。
１）分解性プラスチック
微生物により分解される生分解性プラスチックとして、トウモロコシからのデンプンを用いた。
２）導電性付与剤
導電性付与剤にはリン状黒鉛（カーボンブラック）を用いた。粒度は、数ミクロン以下が望ましい。また、導電性付与剤の添加量は２０重量％以下としたが、セパレータに必要な導電性を付与できれば２０重量％以下にはこだわらない。ただし、導電性付与剤の添加量は少ない方が、プラスチック分解後残る導電性付与剤量が少なくなるので、廃棄物処理上からは望ましい。
３）水
分解性プラスチックと導電性付与剤とを混合して液状とするために水を加える。液状とするのは、従来の通常の熱可塑性プラスチックの押出機、射出成形機、ブロー成形機などの成形装置を用いるためである。
４）成形品への製造
トウモロコシからのデンプンとカーボンブラックと、水とを、二軸押出機で温度１００℃、圧力３０ｋｇｆ／ｃｍ2 で混合し、流動化し、通常の熱可塑性プラスチックの押出機、射出成形機、ブロー成形機などの成形装置により成形品とした。
【００１３】
上記により製造されたセパレータを組み込んだ燃料電池を製造し、発電テストを行い、必要な導電性が得られること、および運転条件温度でのセパレータの安定性、必要な機械的強度のあることを確認した。
その後、燃料電池を分解し、セパレータを分解条件下において、分解することを確認した。分解条件下としては、活性汚泥を用いる方法、土壌を用いる方法、特定酵素・微生物による方法（デンプンを分解する酵素としては菌体から分泌されるアミラーゼとリパーゼが有効）等があるが、特定酵素・微生物による方法による分解が時間が短い（数日〜数週間）。完全分解後は、カーボンブラックが残るが、カーボンブラックは再利用できる。
【００１４】
分解性プラスチックで電源装置の構成部品を作製する場合は、電源装置の車両での使用状態において、分解性プラスチックで作製された構成部品が分解条件下に置かれないことが必要となることは言うまでもない。すなわち分解性プラスチックを分解する環境条件は、車両での分解性プラスチックの使用環境と異なる必要がある。
たとえば、分解性プラスチックが光分解性プラスチックである場合は、その構成部品は光に曝されないように、ケーシング内に配置されなければならないし、分解性プラスチックが生分解性プラスチックである場合は、その構成部品が微生物から遮断されるように、ケーシング内に配置されなければならない。
燃料電池スタックは、通常、ケーシング内配置であるから、これらの条件を満足している。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１、５、６の車両用電源装置によれば、プラスチックを分解性プラスチックとしたので、微生物または光などによりプラスチックが分解して二酸化炭素と水になり、廃棄時に半永久的に分解せずにゴミとなっていた従来の環境問題を解決できる。
また、分解性プラスチックを分解する環境条件が、車両での分解性プラスチックの使用環境と異なるようにしてあるので、使用中に分解性プラスチックが分解して崩壊することはない。
請求項２の車両用電源装置によれば、燃料電池セパレータを分解性プラスチックから構成したので、従来の非分解性セパレータのような廃棄時の環境問題を起こさない。
請求項３の車両用電源装置によれば、２次電池の電槽を分解性プラスチックから構成しても請求項２と同様の作用・効果を得る。
請求項４の車両用電源装置によれば、分解性プラスチックが導電性も合わせもっているので、導電性を必要とする燃料電池セパレータに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用電源装置の一例としての燃料電池の単セルの分解斜視図である。
【符号の説明】
１０ 燃料電池
１１ 透過膜／電極接合体（ＭＥＡ）
１２、１３ 多孔質炭素膜からなる拡散層
１４、１５ セパレータ
１６、１７ シールフレーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックからなる構成部品をもつ車両用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車などの車両用電源装置には、構成部品の一部として、プラスチックからなる絶縁材が用いられる。また、中にはプラスチックに導電性を付与して導電材として用いられる場合もある。
たとえば、特開２０００−１７１７９は、導電性のプラスチック（樹脂）で形成されたセパレータを構成部品とする燃料電池を開示している。また、電槽がプラスチックから構成される二次電池などもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通常の車両部品の廃棄処理に環境対策が必要であると同様に、電気自動車特有の上記のようなプラスチック部品、たとえば燃料電池のプラスチックセパレータ等、の廃棄処理にも環境対策が必要になる。
すなわち、上記車両用電源装置のプラスチック構成部品を廃棄する時、他のプラスチック廃棄物と同様、埋め立て処分しても、分解されずに半永久的に残留し、燃焼処理しても高エネルギーのために炉寿命を縮めたり、あるいは有害物質を大気に放出して環境悪化を招く、などの問題がある。
本発明の目的は、廃棄時に環境上の問題を起こさない車両用電源装置を提供することある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） プラスチックからなる構成部品を備えた車両用電源装置において、前記プラスチックを分解性プラスチックから構成し、該分解性プラスチックを分解する環境条件を、車両での前記分解性プラスチックの使用環境と異なせたことを特徴とする車両用電源装置。
（２） プラスチックからなる構成部品が燃料電池のセパレータである（１）の車両用電源装置。
（３） プラスチックからなる構成部品が２次電池の電槽である（１）の車両用電源装置。
（４） 分解性プラスチックは導電性も合わせもっている（２）の車両用電源装置。
（５） 前記分解性プラスチックが光分解性プラスチックであり、該光分解性プラスチックからなる構成部品は車両での使用環境において光に曝されないようにケーシング内に配置されている（１）記載の車両用電源装置。
（６） 前記分解性プラスチックが生分解性プラスチックであり、該生分解性プラスチックからなる構成部品は車両での使用環境において微生物から遮断されるようにケーシング内に配置されている（１）記載の車両用電源装置。
【０００５】
上記（１）、（５）、（６）の車両用電源装置では、プラスチックを分解性プラスチックとしたので、微生物または光などによりプラスチックが分解して二酸化炭素と水になり、廃棄時に半永久的に分解せずにゴミとなっていた従来の環境問題を解決できる。
また、分解性プラスチックを分解する環境条件が、車両での分解性プラスチックの使用環境と異なるようにしてあるので、使用中に分解性プラスチックが分解して崩壊することはない。
上記（２）の車両用電源装置では、燃料電池セパレータを分解性プラスチックから構成したので、従来の非分解性セパレータのような廃棄時の環境問題を起こさない。
上記（３）の車両用電源装置では、２次電池の電槽を分解性プラスチックから構成しても同様の作用・効果を得る。
上記（４）の車両用電源装置では、分解性プラスチックが導電性も合わせもっているので、燃料電池セパレータに適用することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の車両用電源装置を図１を参照して説明する。
本発明の車両用電源装置は、プラスチックからなる構成部品を備えた車両用電源装置であって、プラスチックを分解性プラスチックから構成したものからなる。
分解性プラスチックとは、つぎの▲１▼〜▲２▼イ）、ロ）、ハ）のものをいう。
【０００７】
▲１▼ 光分解性プラスチック
光（主に、紫外線）により分解するプラスチックである。光分解性プラスチックは、光によって分子量の小さい化合物となり、ある場合には酸素、水などにより低分子量化合物に分解する。低分子量化合物は、微生物の力によって炭酸ガスと水にまで完全に分解し、自然のサイクルに入る。
光分解性プラスチックは、光によって分解を起こす特定の化学結合グループ（たとえば、カルボニル基）を持ち、この特定の化学結合グループをポリマー内に導入する感光性官能基導入型と、添加剤のような形で加える感光性試薬添加型とに分類される。
感光性官能基導入型の例としては、エチレン−一酸化炭素共重合体、ビニルケトン共重合体（メチルビニルケトン、エチルビニルケトン等）がある。紫外線照射で約２０〜２４時間で分解し、自然環境下の光で約２〜８週間で分解する。
感光性試薬添加型の光増感剤としては、ベンゾフェノン、アセトフェノン、アンソラキノンなどの芳香族ケトンがある。
【０００８】
▲２▼ 生分解性プラスチック
微生物により分解して生態系の循環サイクルに還元できる、すなわち、最終的に炭酸ガスと水になるプラスチックである。つぎのイ）、ロ）、ハ）の３つに大別できる。
イ）微生物の作る高分子
一例としてヒドロキシブチレート系ポリエステルがある。
ロ）デンプンやセルロースやキチン等の天然高分子素材
農作物のトウモロコシ、イモ、小麦、サトウキビ等ならのでんぷんや、
植物からのセルロースや、
カニ、エビ等甲羅からのキチンなど、
の天然高分子素材を主成分にしたもの。
ハ）分解性を付与した化学合成プラスチック
一例として、ポリカプロラクトンがある。
【０００９】
車両用電源装置の構成部品に上記の分解性プラスチックを成形して用いると、廃棄時に自然のサイクルに入るので、廃棄時の環境上の問題を解決できる。
上記の分解性プラスチックの使用が可能である車両用電源装置の構成部品として、燃料電池のセパレータや、２次電池の電槽などがある。
図１に示すように、燃料電池１０は、透過膜／電極接合体（ＭＥＡ）１１と、その両側の多孔質炭素膜からなる拡散層１２、１３と、セパレータ１４、１５からなるセルを複数積層したものから構成され、さらにシールフレーム１６、１７が介装される。セパレータ１４、１５は、カーボンやメタルや導電性樹脂にガスや冷却水の流路を形成したものから構成され、分解性プラスチックでセパレータを構成する場合は、分解性プラスチックセパレータに導電性を付与する必要がある。
【００１０】
分解性プラスチックに導電性を付与して燃料電池セパレータ素材とする方法として、つぎの▲１▼〜▲４▼の４つの方法を提供する。
▲１▼ 界面活性剤、帯電防止剤を、分解性プラスチックへ配合、表面に塗布する方法
▲２▼ 導電性付与剤（導電性フィラーともいう）を分解性プラスチックへ混合する方法
導電性付与剤としては、リン状黒鉛、カーボン系粉末、カーボン系繊維、銀、銅、ニッケル等の導電性金属粉末や導電性金属繊維などがある。
▲３▼ 分解性プラスチック成形品に、金属蒸着膜（たとえば、酸化錫などの蒸着膜）を形成する方法
▲４▼ 導電性プラスチックを新規設計する方法
高分子の化学構造から導電性高分子を合成する方法である。
【００１１】
分解性プラスチックを電源装置構成部品に成形するのに、各種分解性プラスチックの高分子原材料を、石油化学工業で生産された熱可塑性プスチックの成形に用いる通常の押出機、射出成形機、ブロー成形機などの成形装置を用いることができる。
また、燃料電池セパレータを導電性・分解性プラスチックから製造する場合には、各種分解性プラスチック高分子原材料と導電性付与剤（たとえば、リン状黒鉛、またはカーボン粉末、またはカーボン繊維）とを二軸押出機で混合した後、上記の成形装置に供給して所望の形状に成形する。
【００１２】
一例として、燃料電池用の導電性・分解性プラスチックセパレータを、つぎの１）〜３）の材料を用い、４）の方法により、製造した。
１）分解性プラスチック
微生物により分解される生分解性プラスチックとして、トウモロコシからのデンプンを用いた。
２）導電性付与剤
導電性付与剤にはリン状黒鉛（カーボンブラック）を用いた。粒度は、数ミクロン以下が望ましい。また、導電性付与剤の添加量は２０重量％以下としたが、セパレータに必要な導電性を付与できれば２０重量％以下にはこだわらない。ただし、導電性付与剤の添加量は少ない方が、プラスチック分解後残る導電性付与剤量が少なくなるので、廃棄物処理上からは望ましい。
３）水
分解性プラスチックと導電性付与剤とを混合して液状とするために水を加える。液状とするのは、従来の通常の熱可塑性プラスチックの押出機、射出成形機、ブロー成形機などの成形装置を用いるためである。
４）成形品への製造
トウモロコシからのデンプンとカーボンブラックと、水とを、二軸押出機で温度１００℃、圧力３０ｋｇｆ／ｃｍ2 で混合し、流動化し、通常の熱可塑性プラスチックの押出機、射出成形機、ブロー成形機などの成形装置により成形品とした。
【００１３】
上記により製造されたセパレータを組み込んだ燃料電池を製造し、発電テストを行い、必要な導電性が得られること、および運転条件温度でのセパレータの安定性、必要な機械的強度のあることを確認した。
その後、燃料電池を分解し、セパレータを分解条件下において、分解することを確認した。分解条件下としては、活性汚泥を用いる方法、土壌を用いる方法、特定酵素・微生物による方法（デンプンを分解する酵素としては菌体から分泌されるアミラーゼとリパーゼが有効）等があるが、特定酵素・微生物による方法による分解が時間が短い（数日〜数週間）。完全分解後は、カーボンブラックが残るが、カーボンブラックは再利用できる。
【００１４】
分解性プラスチックで電源装置の構成部品を作製する場合は、電源装置の車両での使用状態において、分解性プラスチックで作製された構成部品が分解条件下に置かれないことが必要となることは言うまでもない。すなわち分解性プラスチックを分解する環境条件は、車両での分解性プラスチックの使用環境と異なる必要がある。
たとえば、分解性プラスチックが光分解性プラスチックである場合は、その構成部品は光に曝されないように、ケーシング内に配置されなければならないし、分解性プラスチックが生分解性プラスチックである場合は、その構成部品が微生物から遮断されるように、ケーシング内に配置されなければならない。
燃料電池スタックは、通常、ケーシング内配置であるから、これらの条件を満足している。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１、５、６の車両用電源装置によれば、プラスチックを分解性プラスチックとしたので、微生物または光などによりプラスチックが分解して二酸化炭素と水になり、廃棄時に半永久的に分解せずにゴミとなっていた従来の環境問題を解決できる。
また、分解性プラスチックを分解する環境条件が、車両での分解性プラスチックの使用環境と異なるようにしてあるので、使用中に分解性プラスチックが分解して崩壊することはない。
請求項２の車両用電源装置によれば、燃料電池セパレータを分解性プラスチックから構成したので、従来の非分解性セパレータのような廃棄時の環境問題を起こさない。
請求項３の車両用電源装置によれば、２次電池の電槽を分解性プラスチックから構成しても請求項２と同様の作用・効果を得る。
請求項４の車両用電源装置によれば、分解性プラスチックが導電性も合わせもっているので、導電性を必要とする燃料電池セパレータに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用電源装置の一例としての燃料電池の単セルの分解斜視図である。
【符号の説明】
１０ 燃料電池
１１ 透過膜／電極接合体（ＭＥＡ）
１２、１３ 多孔質炭素膜からなる拡散層
１４、１５ セパレータ
１６、１７ シールフレーム
Claims (6)
- プラスチックからなる構成部品を備えた車両用電源装置において、前記プラスチックを分解性プラスチックから構成し、該分解性プラスチックを分解する環境条件を、車両での前記分解性プラスチックの使用環境と異なせたことを特徴とする車両用電源装置。
- 前記プラスチックからなる構成部品が燃料電池のセパレータである請求項１記載の車両用電源装置。
- 前記プラスチックからなる構成部品が２次電池の電槽である請求項１記載の車両用電源装置。
- 前記分解性プラスチックは導電性も合わせもっている請求項２記載の車両用電源装置。
- 前記分解性プラスチックが光分解性プラスチックであり、該光分解性プラスチックからなる構成部品は車両での使用環境において光に曝されないようにケーシング内に配置されている請求項１記載の車両用電源装置。
- 前記分解性プラスチックが生分解性プラスチックであり、該生分解性プラスチックからなる構成部品は車両での使用環境において微生物から遮断されるようにケーシング内に配置されている請求項１記載の車両用電源装置。
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