JP4170067B2 - 表面処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は熱硬化性樹脂をバインダーとしたカーボンプレート成形品の表面上にレーザーを照射することにより表面を改質し、その表面に対し接着されるガスケットとカーボンプレートとの接着力を向上させることを特徴とした表面処理方法であり、主に固体高分子型燃料電池に用いられるカーボンプレートの表面に対し適用されることを特徴とした表面処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術の内容】
【特許文献１】
ＵＳ６，２３１，０５３ Ｂ１
従来、固体高分子型燃料電池は、平板状の電極構造体の両側にセパレータが積層されたものが一つのセルとなり複数のセルが積層されて燃料電池のスタックとして構成されている。
電極構造体は、正極側の電極触媒層（カソード）と負極側の電極触媒層（アノード）との間に高分子電解膜がはさまれ、各電極触媒層の外側にガス拡散層が配置された積層体である。
セパレータは電子伝達機能を有する材料からなるもので電極構造体への対向面にはガス通路が形成され少なくとも一方のセパレータの表面には冷媒通路が形成されている。
これら通路はいずれも溝状であってガス通路には、燃料ガスである水素ガスと酸素や空気等の酸化剤ガスがそれぞれ独立して流され、冷媒通路には水エチレングリコール等の冷媒（ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ））が流される。セパレータは、各ガス通路間の突起部がガス拡散層に接触する状態で電極構造体に積層される。
【０００３】
このような燃料電池によると例えば負極側に配されたセパレータのガス通路に燃料ガスを流し、正極側に配されたセパレータのガス通路に酸化剤ガスを流すと電気化学反応が起こって電気が発生する。
当該燃料電池の作動中においては、ガス拡散層は電気化学反応によって生成した電子を電極触媒層とセパレータとの間で伝達させると同時に燃料ガス及び酸化剤ガスを拡散させる。また負極側の電極触媒層は燃料ガスに化学反応を起こさせプロトンと電子を発生させ、正極側の電極触媒層は酸素とプロトンと電子から水を生成し、電解膜はプロトンをイオン伝導させる。そして、正負の電極触媒層を通して電力が取り出される。
【０００４】
上記のような燃料電池においては燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒を、それぞれ独立したガス通路及び冷媒通路に流通させる必要があることから、これら通路をシールによって隔絶している。
シールする部位としては、燃料電池スタックの構造により若干異なるが、例えば燃料電池スタックを貫通するガス通路の連通口の周囲、電極構造体の周縁部、セパレータの表面に設けられた冷媒通路の周囲、セパレータ表面の周縁部等が挙げられる。
【０００５】
そしてこれらの箇所のシール材にはシリコーン系、フッ素系、エチレンプロピレン系、イソブチレン・イソプロピレン系などの有機ゴムからなる弾性材料が用いられておるが、それらのシール材は基本的にはカーボンプレートの表面に接着剤を用いて接着された状態で使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
燃料電池に用いられるガスケットでは上述したような燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒をシールすることが必要であり、さらには電気化学反応によって発生した生成水をシールすることも要求される。この電気化学反応によって発生した生成水の中には電解膜中に含まれるフッ素イオンや硫酸イオンが溶出するため生成水は酸性を示し運転状況によっては接着層にダメージを与え接着力が低下することでガス漏れが発生し最悪は機能が停止するという事態に至る。
【０００７】
接着の剥離は、ガスケット−接着剤、接着剤−カーボンプレート間で発生するがカーボンプレートがモールド成形品の場合には成形時の離型性を向上させるために、外部離型剤を毎ショット用いて成形しているのが現状であり、この離型剤がカーボンプレートの表面に残存していると接着剤−カーボンプレート間での初期接着力が低下する原因となる。
【０００８】
そのためカーボンプレートをエタノール等により洗浄した後、接着剤を塗布するといった工程を採っているが、離型剤の種類によっては完全に除去することが出来ず、初期における接着力が極端に低下するといった現象が発生する。
そこで現在は表面の離形剤の除去及び表面の面粗度を調整する事を目的に研磨粉を用いて表面を研磨した後、接着剤の塗布を行っている。
しかしながらこの方法では全面に渡って均一に離形剤を除去したり、面を荒らしたりすることが困難であり初期接着力が安定しないという問題点を有していた。
【０００９】
本発明はかかる問題点を克服すべく鋭意検討した結果、レーザーをカーボンプレートの表面に照射することで表面に付着した離形剤を除去すると共に樹脂で固められたカーボンプレートの表面を一定の粗さに削り取ることで接着剤とカーボンプレートとの初期の接着力を安定かつ強固にすることに成功したものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固体高分子型燃料電池に用いられ、接着剤を介してガスケットが接着される、熱硬化性樹脂をバインダーとしたカーボンプレート成形品の表面処理方法であって、上記カーボンプレート成形品の接着剤を介してガスケットを接着せしめる表面は、レーザーを出力電流１０〜２０Ａ、スキャンスピード１００〜１５０ｍｍ／ｓｅｃで走査し、照射せしめて焼成して処理することを特徴としており、これにより上記課題が解決される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は以下の内容によって実施される
あらかじめ走査条件がセットされているレーザー発生装置にカーボンプレートをセットし、レーザーを出力電流１０〜２０Ａ、スキャンスピード１００〜１５０ｍｍ／ｓｅｃ．で走査の範囲で照射することによりテストピースの作成を行った。
【００１２】
【実施例】
以下に実施例を示す。

【００１３】
【発明の効果】
本発明によって得られたレーザー処理のカーボンプレートを用いて接着されたガスケットの初期接着における剥離試験の結果はゴム破壊であり、長期のフッ酸、硫酸（Ｈ _２ ＳＯ _４ ）、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）、中での浸漬試験においてもパッキンがセパレータから剥離することはなく、良好な接着性を保持しており懸案であった接着の安定性を解決するに至った。

Claims (1)

1. 固体高分子型燃料電池に用いられ、接着剤を介してガスケットが接着される、熱硬化性樹脂をバインダーとしたカーボンプレート成形品の表面処理方法であって、
   上記カーボンプレート成形品の上記接着剤を介してガスケットを接着せしめる表面は、レーザーを出力電流１０〜２０Ａ、スキャンスピード１００〜１５０ｍｍ／ｓｅｃで走査し、照射せしめて焼成して処理していることを特徴とした表面処理方法。