JP4631311B2 - Manufacturing method of fuel cell separator - Google Patents
Manufacturing method of fuel cell separator Download PDFInfo
- Publication number
- JP4631311B2 JP4631311B2 JP2004152431A JP2004152431A JP4631311B2 JP 4631311 B2 JP4631311 B2 JP 4631311B2 JP 2004152431 A JP2004152431 A JP 2004152431A JP 2004152431 A JP2004152431 A JP 2004152431A JP 4631311 B2 JP4631311 B2 JP 4631311B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resin
- separator
- fuel cell
- fine particles
- conductive fine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、燃料電池用セパレータの製造方法に関し、とくに、カーボンと樹脂の複合材料からなる燃料電池用セパレータ(以下、「カーボンセパレータ」という)の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell separators, in particular, carbon and resin fuel cell separator made of a composite material (hereinafter, referred to as "carbon separator") it relates to a method of manufacturing.
特開2003−132913号公報は、カーボン粒子と樹脂の複合材料からなるカーボンセパレータを開示している。該公報は、カーボンセパレータの電極(拡散層)との接触部分の表面をブラスト加工にて面粗化し接触抵抗を低減すると共に、電極と接触しない外周のシール部分の表面を滑らかに保つことで気密性を高め、ガスリークを抑制する技術を開示している。
しかし、カーボンセパレータを金型で熱圧成形した場合、図8に示すように、セパレータ表面は流動性のよい樹脂2で覆われやすく、樹脂リッチとなり接触抵抗が高くなる。その樹脂リッチとなった表面をブラスト加工すれば、面粗化はするが、図9に示すように、表面からカーボン粒子1が欠落、欠損し、ますます樹脂リッチの表面となって、かえって接触抵抗が高くなる。
However, when the carbon separator is hot-press molded with a mold, as shown in FIG. 8, the surface of the separator is easily covered with the resin 2 having good fluidity, and the resin becomes rich and the contact resistance increases. If the resin-rich surface is blasted, the surface is roughened, but as shown in FIG. 9, the carbon particles 1 are missing from the surface and chipped, resulting in an increasingly resin-rich surface, which is in contact with the surface. Resistance increases.
本発明が解決しようとする課題は、カーボンセパレータを通常にブラスト加工した場合、セパレータ表面のカーボン粒子が欠落することにより樹脂リッチの表面になるという問題である。 The problem to be solved by the present invention is a problem that when the carbon separator is normally blasted, the surface of the separator becomes rich due to the lack of carbon particles on the separator surface.
本発明の目的は、ブラスト表面処理加工を施しても、樹脂リッチの表面にならず、カーボンセパレータを通常にブラスト加工した場合に比べて接触抵抗を、さげることができる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, be subjected to blasting surface treatment, not on the surface of the resin-rich, producing contact resistance, the separators for a fuel cell capable of reducing as compared with the case where the blasting carbon separators to normal It is to provide a method.
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
(1) カーボン粒子および樹脂の複合材料からなる燃料電池用セパレータの製造方法であって、平板状セパレータの表面のうち接触抵抗が低いことを要求される部分にショットブラストにより導電性微粒子を表面の樹脂に付着またはめり込ませる第1の工程を有し、
前記第1の工程で、セパレータ表面に導電性微粒子を繰り返しショットし、該繰り返しショットにおいて、導電性微粒子のサイズを数百ミクロンオーダからナノオーダまで順次細かくする燃料電池用セパレータの製造方法。
(2) 前記第1の工程の後に、平板状のセパレータの一面にショットブラストにより反応ガス流路加工を施すとともにショットブラストにより表面処理加工を施し、平板状のセパレータの他面にショットブラストにより冷却水流路加工を施すとともにショットブラストにより表面処理加工を施す第2の工程を有する(1)記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
(3) 樹脂は熱可塑性樹脂であり、導電性微粒子を表面の樹脂に付着またはめり込ませる時には樹脂を加温しておく(1)または(2)記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
(4) 前記反応ガス流路加工において、反応ガス流路加工と同時にまたは該反応ガス流路加工の後に反応ガス流路表面にナノオーダの導電性微粒子をショットブラストにより流路表面の樹脂に付着またはめり込ませる(2)記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
(5) 前記冷却水流路加工において、前記冷却水流路加工と同時にまたは該冷却水流路加工の後に冷却水流路表面にはっ水性のあるまたははっ水性の表面コーティングを施した導電性微粒子をショットブラストにより流路表面の樹脂に付着またはめり込ませる(2)載の燃料電池用セパレータの製造方法。
(6) 前記導電性微粒子がカーボン粒子である(1)〜(5)記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
The present invention for achieving the above object is as follows.
( 1 ) A method for producing a separator for a fuel cell comprising a composite material of carbon particles and a resin, wherein the conductive fine particles are applied to the surface of the surface of the flat separator by means of shot blasting on the part required to have low contact resistance. have a first step of adhering the resin or sink into,
In the first step, a method for producing a separator for a fuel cell , in which conductive fine particles are repeatedly shot on the separator surface, and the size of the conductive fine particles is sequentially reduced from several hundreds of microns to nano-orders in the repeated shots .
( 2 ) After the first step, one surface of the flat plate separator is subjected to reactive gas flow path processing by shot blasting and surface treatment processing is performed by shot blasting, and the other surface of the flat plate separator is cooled by shot blasting. ( 1 ) The manufacturing method of the separator for fuel cells which has a 2nd process of giving a surface treatment process by shot blasting while giving a water flow path process.
( 3 ) The method for producing a fuel cell separator according to ( 1 ) or ( 2 ), wherein the resin is a thermoplastic resin, and the resin is heated when the conductive fine particles are adhered or embedded in the resin on the surface.
( 4 ) In the reaction gas channel processing, nano-order conductive fine particles are attached to the resin on the surface of the channel by shot blasting simultaneously with the reaction gas channel processing or after the reaction gas channel processing. The manufacturing method of the separator for fuel cells as described in ( 2 ) to be embedded.
( 5 ) In the cooling water flow path processing, shots of conductive fine particles having a water-repellent or water-repellent surface coating on the surface of the cooling water flow path are performed simultaneously with the cooling water flow path processing or after the cooling water flow path processing. ( 2 ) A method for producing a fuel cell separator, wherein the fuel cell is adhered or sunk into a resin on the surface of a flow path by blasting.
( 6 ) The manufacturing method of the separator for fuel cells as described in ( 1 )-( 5 ) whose said electroconductive fine particles are carbon particles.
上記(1)、(2)の燃料電池用セパレータ製造方法によれば、ショットブラストで表面樹脂に導電性微粒子を付着またはめり込ませるので、ブラストでセパレータ中のカーボン粒子が欠落して表面が樹脂リッチとなっていた従来に比べて、セパレータ表面の樹脂リッチが解消され、接触抵抗をさげることができる。
上記(1)の燃料電池用セパレータ製造方法によれば、セパレータ表面に導電性微粒子を繰り返しショットする場合に、導電性微粒子のサイズを数百ミクロンオーダからナノオーダまで順次細かくしてあるので、セパレータの表面の樹脂層には、数百ミクロンオーダの導電性微粒子とナノオーダの導電性微粒子が密集しており、導電性微粒子の樹脂から露出している部分の面積が大きくなり、接触抵抗が低い。
上記(3)の燃料電池用セパレータ製造方法によれば、樹脂が熱可塑性樹脂であり、導電性微粒子の付着時に樹脂を加温可能であるので、導電性微粒子を樹脂に付着またはめり込ませやすい。
上記(4)の燃料電池用セパレータ製造方法によれば、反応ガス流路の流路表面には、ナノオーダの導電性微粒子をショットブラストにより流路表面の樹脂に付着またはめり込ませてあるので、ガス流路表面が滑らかでガス流れ抵抗を低くすることができる。
上記(5)の燃料電池用セパレータ製造方法によれば、冷却水流路の表面には、親水性またははっ水性のある、または、親水性またははっ水性の表面コーティングを施した導電性微粒子をショットブラストにより流路表面の樹脂に付着またはめり込ませてあるので、冷媒流れ抵抗を低くすることができる。
上記(6)の燃料電池用セパレータ製造方法によれば、導電性微粒子がカーボン粒子であるので、貴金属に比べて安価で最適な材料で本発明を達成することができる。
(1) above, according to the fuel cell separator manufacturing method of (2), since adhesion or sink into to the conductive fine particles on the surface resin shot blasting, carbon particles in the separator is missing blasted surface Compared to the conventional resin rich in the resin, the resin rich on the separator surface is eliminated, and the contact resistance can be reduced.
According to the fuel cell separator manufacturing method of the above (1), when the conductive fine particles are repeatedly shot on the separator surface, the size of the conductive fine particles is sequentially reduced from several hundred microns to nano-order. In the resin layer on the surface, conductive fine particles on the order of several hundred microns and conductive fine particles on the order of nanometers are densely packed, the area of the exposed portions of the conductive fine particles from the resin is increased, and the contact resistance is low.
According to the fuel cell separator manufacturing method of the above SL (3), the resin is a thermoplastic resin, since the resin at the time of deposition of the conductive fine particles can be heated, adhering or Meri write the conductive fine particles to the resin It's easy.
According to the above SL (4) fuel cell separator manufacturing method, the flow path surface of the reaction gas channel, there are attached or not sink into the resin flow path surface by shot blasting conductive fine particles of nano-order Therefore, the gas flow path surface is smooth and the gas flow resistance can be lowered.
According to the fuel cell separator manufacturing method of the above SL (5), on the surface of the cooling water flow path, a hydrophilic or water-repellent, or conductive fine particles subjected to a surface coating of hydrophilic or water-repellent Is attached or embedded in the resin on the surface of the flow path by shot blasting, so that the refrigerant flow resistance can be lowered.
According to the fuel cell separator manufacturing method of the above SL (6), since the conductive fine particles is carbon particles, can be achieved the present invention by inexpensive and optimum material as compared to precious metal.
以下に、本発明の燃料電池用セパレータの製造方法を、図1〜図7を参照して説明する。
本発明の燃料電池用セパレータの製造方法が適用される燃料電池は、低温型燃料電池であり、たとえば、固体高分子電解質型燃料電池10である。該燃料電池10は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
図5〜図7に示すように、固体高分子電解質型燃料電池10は、膜−電極アッセンブリ(MEA:Membrane-Electrode Assembly )とセパレータ18との積層体からなる。積層方向は上下方向に限るものではなく、任意の方向でよい。
膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜11とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極(アノード、燃料極)14および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極(カソード、空気極)17とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ18との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層が設けられる。
Hereinafter, a method for producing separators for a fuel cell of the present invention will be described with reference to FIGS.
Fuel cell manufacturing method of the separators for a fuel cell of the present invention is applied is a low-temperature fuel cells, for example, a solid polymer
As shown in FIGS. 5 to 7, the solid polymer
The membrane-electrode assembly includes an
セパレータ18には、アノード14、カソード17に燃料ガス(水素)および酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給するための反応ガス流路27、28(燃料ガス流路27、酸化ガス流路28)と、その裏面に冷媒(通常、冷却水)を流すための冷媒流路26が形成されている。また、セパレータ18には、燃料ガス流路27に燃料ガスを供給、排出するための燃料ガスマニホールド30、酸化ガス流路28に酸化ガスを供給、排出するための酸化ガスマニホールド31、冷媒流路26に冷媒を供給、排出するための冷媒マニホールド29が形成されている。
In the
流体流路26、27、28、29、30、31をシールするために、ガス側のシール材33および冷媒側のシール32が設けられる。図示例では、ガス側シール材33が接着剤からなり、冷媒側シール材32がゴムガスケットからなる場合を示してあるが、ガス側シール材33も冷媒側シール材32も、接着剤とゴムガスケットの何れから構成されてもよい。
In order to seal the
膜−電極アッセンブリとセパレータ18を重ねて単位燃料電池(「単セル」ともいう)19を構成し、少なくとも1つのセルからモジュール(図6、図7では1モジュールが1セルから構成される場合を示しており、セル19とモジュールが等しいので、モジュールにも符号19を付す)を構成し、モジュール19を積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル20、インシュレータ21、エンドプレート22を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材(たとえば、テンションプレート24)、ボルト・ナット25により固定して、燃料電池スタック23を構成する。
A unit fuel cell (also referred to as a “single cell”) 19 is configured by stacking the membrane-electrode assembly and the
各セル19の、アノード側14では、水素を水素イオン(プロトン)と電子にする電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜11中をカソード側に移動し、カソード17側では酸素と水素イオンおよび電子(隣りのMEAのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる)から水を生成する反応が行われ、かくして発電が行われる。
アノード側:H2 →2H+ +2e-
カソード側:2H+ +2e- +(1/2)O2 →H2 O
An ionization reaction that converts hydrogen into hydrogen ions (protons) and electrons is performed on the
Anode side: H 2 → 2H + + 2e −
Cathode side: 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O
図1〜図3に示すように、燃料電池用セパレータ18は、カーボン粒子(カーボン粉、針状カーボン等)1および樹脂2の複合材料からなる燃料電池用セパレータである。セパレータ18の表面のうち拡散層13、16との接触部分および隣接セルのセパレータとの接触部分には、導電性微粒子1をショットブラストによりカーボンセパレータ表面の樹脂2に付着またはめり込ませてある。導電性微粒子1は望ましくは、カーボン粒子である。導電性微粒子がカーボン粒子である場合は、導電性微粒子はカーボン粒子1と同じであるから、導電性微粒子の符号も1とする。ただし、導電性微粒子はカーボン粒子以外の粒子、たとえば、白金は金等の微粒子であってもよい。以下、導電性微粒子がカーボン粒子である場合を例にとって説明する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
カーボン粒子1が表面にショットブラストされるカーボンセパレータは、成形加工後の、表面が樹脂で覆われたセパレータであり、その樹脂部分にカーボン粒子1をショットブラストしてカーボン粒子1を樹脂部分に付着またはめり込ませる。
あるいは、カーボン粒子1がショットブラストされるカーボンセパレータは、従来のショットブラストなどでセパレータ表面のカーボン粒子が欠落した表面であってもよく、その場合は供試体セパレータのカーボンと同等形状または球形状のカーボンをショットブラストしてカーボン粒子1を樹脂部分に付着またはめり込ませる。
カーボン粒子1の大きさは、数百μm〜nm(ナノ)オーダである。
The carbon separator in which the carbon particles 1 are shot blasted on the surface is a separator whose surface is covered with a resin after molding, and the carbon particles 1 are shot blasted to the resin portion to adhere the carbon particles 1 to the resin portion. Or dig into it.
Alternatively, the carbon separator on which the carbon particles 1 are shot blasted may be a surface in which the carbon particles on the separator surface are missing by conventional shot blasting or the like. In that case, the carbon separator 1 has a shape equivalent to or spherical with the carbon of the specimen separator. Carbon is shot blasted to cause the carbon particles 1 to adhere or sink into the resin portion.
The size of the carbon particles 1 is on the order of several hundred μm to nm (nano).
本発明の方法により製造されたカーボンセパレータの樹脂2は、望ましくは、熱可塑性樹脂である。通常のカーボンセパレータの樹脂は熱硬化性樹脂である。
本発明で樹脂2を熱可塑性樹脂とする理由は、ショット時またはショット前に樹脂および/または成形型を加温することにより樹脂2を軟化させて、カーボン粒子1をショットブラストした時にカーボン粒子1がセパレータ表面の樹脂2に付着またはめり込みやすくするためである。樹脂を加温する場合は、赤外線等で加温することができる。
The carbon separator resin 2 produced by the method of the present invention is desirably a thermoplastic resin. A typical carbon separator resin is a thermosetting resin.
The reason why the resin 2 is a thermoplastic resin in the present invention is that the carbon particle 1 is shot when the resin 2 is softened by heating the resin and / or the mold before or during shot and the carbon particles 1 are shot blasted. This is to make it easier to adhere or sink into the resin 2 on the separator surface. When the resin is heated, it can be heated with infrared rays or the like.
セパレータ表面に導電性微粒子1を繰り返しショットする場合に、導電性微粒子1のサイズを数百ミクロンオーダからナノオーダまで順次細かくする。すなわち、粒子のサイズを順次変えて、複数回、ショットをかける。これによって、1回目は数百μmオーダのサイズのカーボン粒子をショットして樹脂2に付着またはめり込ませ、最終回はナノオーダのサイズのカーボン粒子をショットしてサイズの小さなカーボン粒子1で表面を埋める。その結果、セパレータの接触面積を大きくすることができ、接触抵抗を下げることができる。 When the conductive fine particles 1 are repeatedly shot on the separator surface, the size of the conductive fine particles 1 is made finer sequentially from several hundreds of microns to nano-order. In other words, shots are made multiple times by changing the size of the particles sequentially. As a result, the first time shots carbon particles with a size on the order of several hundred μm and attaches or squeezes them onto the resin 2, and the last time shots carbon particles with a size on the order of nanometers and the surface with small carbon particles 1. Fill. As a result, the contact area of the separator can be increased and the contact resistance can be lowered.
セパレータ18には反応ガス流路27、28が形成されており、該反応ガス流路27、28の流路表面(反応ガス流路溝の底面と両側面)には、ナノオーダの導電性微粒子(カーボン粒子)1がショットブラストにより流路表面の樹脂に付着またはめり込ませてあり、表面が滑らかにしてある。ナノオーダのカーボン粒子1のショットにより、数百μmオーダのカーボン粒子の欠落はなく、流路溝表面が粗面化されない。その結果、流路溝表面は滑らかで、流路抵抗が下がる。このショットブラストは加工面以外を樹脂フィルム等でマスキングしてショットすることにより、狙いの部位だけを加工することができる。
セパレータ18には冷却水流路26が形成されており、冷却水流路26の表面(冷却水流路溝の底面および両側面)には、はっ水性(撥水性)のあるまたははっ水性の表面コーティングを施した導電性微粒子(カーボン粒子)1をショットブラストにより流路表面の樹脂に付着またはめり込ませてある。これは、冷却水流路26の流路抵抗を下げるためである。また、冷却水流路26の流路抵抗を下げるためは親水性のある粒子1を付着またはめりこませた方が効果的な場合を、親水性のある粒子1を付着またはめりこませるようにしてもよい。
A cooling
上記のセパレータ18は、セパレータ表面の各部(拡散層接触面、隣のセパレータとの接触面、ガス流路、冷却水流路)の互いに異なる要求性能に応じて、ショットブラストにより、各部の要求性能を満足するように、互いに異なる表面処理が施されている。
The
つぎに、本発明の燃料電池用セパレータ18の製造方法を図4を参照して説明する。
本発明の燃料電池用セパレータ18の製造方法は、カーボン粒子1および樹脂2の複合材料からなる燃料電池用セパレータ18の製造方法である。この製造方法には、型で成形されて表面がほとんど樹脂2で覆われた、またはそれに従来のショットブラストが欠けられた表面のカーボン粒子が欠落した、平板セパレータが工程101で供給される。
Next, a method for producing the
The manufacturing method of the
本発明の燃料電池用セパレータ18の製造方法は、平板状セパレータ18の表面のうち接触抵抗が低いことを要求される部分(セル化した時に拡散層と接触する部分およびスタック化した時に隣のセルのセパレータと接触する部分)に、ショットブラストにより導電性微粒子(カーボン粒子)1を表面の樹脂2に付着またはめり込ませる第1の工程102を有する。
導電性微粒子1は、望ましくはカーボン粒子(カーボン粉、針状カーボン等)であるが、場合によっては、白金や金などの導電性粒子であってもよい。以下、導電性微粒子がカーボン粒子である場合を、例にとって説明する。
第1の工程102で、セパレータ表面に導電性微粒子(カーボン粒子)1を繰り返しショットし、該繰り返しショットにおいて、導電性微粒子(カーボン粒子)1のサイズを数百ミクロンオーダからナノオーダまで順次細かくする。
The manufacturing method of the
The conductive fine particles 1 are desirably carbon particles (carbon powder, acicular carbon, etc.), but may be conductive particles such as platinum or gold depending on circumstances. Hereinafter, a case where the conductive fine particles are carbon particles will be described as an example.
In the
本発明の燃料電池用セパレータ18の製造方法は、第1の工程102の後に、平板状のセパレータの一面にショットブラストにより反応ガス流路27、28加工を施すとともにショットブラストにより反応ガス流路27、28の表面処理加工を施し、平板状のセパレータの他面にショットブラストにより冷却水流路26加工を施すとともにショットブラストにより冷却水流路26の表面処理加工を施す第2の工程103、104を有する。
反応ガス流路加工工程103と冷却水流路加工工程104は何れが先に行われてもよいし、同時に行われてもよい。
In the manufacturing method of the
Any of the reactive gas flow
樹脂2は熱可塑性樹脂であり、導電性微粒子(カーボン粒子)1をセパレータ表面の樹脂2に付着またはめり込ませる時には樹脂2を加温しておく(成形時の熱がまだ冷めない状態であってもよい)。樹脂2を加温するのはカーボン粒子1が樹脂2に付着またはめり込みやすくするためである。
流路溝加工をショットで行うと共に、流路溝表面のカーボン付着をショットで行う場合は、流路溝加工を樹脂が硬化した状態で行い、カーボン付着を樹脂が軟化した状態で行うことが望ましい。
The resin 2 is a thermoplastic resin, and when the conductive fine particles (carbon particles) 1 are attached to or embedded in the resin 2 on the separator surface, the resin 2 is heated (in a state where the heat during molding is not yet cooled). May be). The reason for heating the resin 2 is to make the carbon particles 1 easily adhere or sink into the resin 2.
When the channel groove processing is performed with a shot and the carbon adhesion on the surface of the channel groove is performed with a shot, it is desirable that the channel groove processing is performed in a state where the resin is cured and the carbon adhesion is performed in a state where the resin is softened. .
反応ガス流路加工工程103において、反応ガス流路加工と同時にまたは該反応ガス流路加工の後に反応ガス流路表面にナノオーダの導電性微粒子(カーボン粒子)1をショットブラストにより流路表面の樹脂2に付着またはめり込ませる。これは、ガスの流れ抵抗を低くするためである。また、ガス流路27、28の表面を生成水が流れやすくするために、はっ水加工、またはポーラス状、または親水性の表面処理を行うショットブラスト粒を付着させてもよい。
In the reaction gas
冷却水流路加工工程104において、冷却水流路26加工と同時にまたは該冷却水流路26加工の後に冷却水流路26表面に親水性またははっ水性のある、または、親水性またははっ水性の表面コーティングを施した導電性微粒子(カーボン粒子)1をショットブラストにより流路26表面の樹脂2に付着またはめり込ませる。これは、冷却水流路26における水の流れをよくするためである。
In the cooling water flow
つぎに、本発明の燃料電池用セパレータ18の製造方法の作用・効果を、説明する。
まず、ショットブラストで導電性微粒子(カーボン粒子)1をセパレータ18にショットして、表面樹脂2に導電性微粒子(カーボン粒子)1を付着またはめり込ませるので、ショットブラストでセパレータ中のカーボン粒子が欠落して表面が樹脂リッチとなっていた(ショット粒子が大きく、セパレータ中のカーボン粒子が欠落してしまっていた、また樹脂が固いため、カーボンの付着、めり込みもなかった)従来に比べて、本発明ではセパレータ表面の樹脂リッチが解消され、セパレータ表面はカーボンでほぼ覆われ、接触抵抗をさげることができる。
Next, the operation and effect of the method for producing the
First, the conductive fine particles (carbon particles) 1 are shot on the
また、セパレータ18の樹脂2が熱可塑性樹脂であり、セパレータ表面に導電性微粒子(カーボン粒子)1を付着する時に樹脂2を加温しておくことにより、樹脂2を軟化させることができ、導電性微粒子(カーボン粒子)1を樹脂2表面に付着またはめり込ませやすい。
Also, the resin 2 of the
また、導電性微粒子(カーボン粒子)1を樹脂2表面に付着またはめり込ませる場合にセパレータ表面に導電性微粒子(カーボン粒子)1を繰り返しショットする場合に、導電性微粒子(カーボン粒子)1のサイズを数百ミクロンオーダからナノオーダまで順次細かくすることにより、図3に示すように、セパレータの表面の樹脂層2には、数百ミクロンオーダの導電性微粒子とナノオーダの導電性微粒子が密集しており、しかも表面ほどナノオーダの導電性微粒子を密集させることができ、導電性微粒子(カーボン粒子)1の樹脂2から露出している部分の面積が大きくなり、セパレータ18の拡散層および隣のセルのセパレータとの接触抵抗が、樹脂で覆われていた従来セパレータに比べて、低くなる。
Further, when conductive fine particles (carbon particles) 1 are repeatedly shot with conductive fine particles (carbon particles) 1 on the surface of the separator when conductive fine particles (carbon particles) 1 are attached to or embedded in the resin 2 surface, the conductive fine particles (carbon particles) 1 By gradually reducing the size from several hundred microns to nano orders, conductive fine particles on the order of several hundred microns and conductive fine particles on the order of nanometers are concentrated in the resin layer 2 on the surface of the separator as shown in FIG. In addition, nano-order conductive fine particles can be gathered closer to the surface, the area of the conductive fine particles (carbon particles) 1 exposed from the resin 2 becomes larger, the diffusion layer of the
また、反応ガス流路27、28の流路表面には、ナノオーダの導電性微粒子(カーボン粒子)1をショットブラストにより流路表面の樹脂2に付着またはめり込ませてあるので、ガス流路表面が滑らかでガス流れ抵抗を低くすることができる。これによって、ガスの供給・排出および循環に必要なポンプ動力が軽減され、燃料電池の燃費を向上させることができる。この場合、はっ水性、または親水性のある導電性微粒子(カーボン粒子)1を付着またはめり込ませることにより、生成水の排出を促進させることも可能である。
In addition, since nano-order conductive fine particles (carbon particles) 1 are attached to or embedded in the resin 2 on the surface of the flow path by shot blasting on the flow path surfaces of the reaction
また、冷却水流路26の表面には、親水性またははっ水性のある、または、親水性またははっ水性の表面コーティングを施した導電性微粒子(カーボン粒子)1をショットブラストにより流路表面の樹脂2に付着またはめり込ませてあるので、冷媒流れ抵抗を低くすることができる。これによって、冷却水の供給・排出および循環に必要なポンプ動力が軽減され、燃料電池の燃費を向上させることができる。
Further, conductive fine particles (carbon particles) 1 having hydrophilicity or water repellency or having a hydrophilic or water repellency surface coating are applied to the surface of the cooling
また、ショットブラストにより、セパレータ18の各部位で互いに異なる表面処理が施されているので、そして、そのように各部位でショットの仕様を変えることはマスキングと併用することで容易にできるので、各部位の役割に応じて異なるカーボンセパレータの表面の要求仕様をショットブラストを利用して満足させることができる。
また、導電性微粒子1がカーボン粒子である場合、カーボンは貴金属に比べて安価で最適な材料で、本発明を達成することができる。
Moreover, since different surface treatments are applied to each part of the
In addition, when the conductive fine particles 1 are carbon particles, the present invention can be achieved by using carbon that is cheaper and more suitable than noble metals.
1 導電性粒子(カーボン粒子)
2 樹脂(熱可塑性樹脂)
10 (固体高分子電解質型)燃料電池
11 電解質膜
13 拡散層
14 電極(アノード、燃料極)
16 拡散層
17 電極(カソード、空気極)
18 燃料電池用セパレータ(カーボンセパレータ)
19 セルまたはモジュール
20 ターミナル
21 インシュレータ
22 エンドプレート
23 スタック
24 外側部材または締結部材(テンションプレート)
25 ボルト
26 冷媒流路
27 燃料ガス流路
28 酸化ガス流路
29 冷媒マニホールド
30 燃料ガスマニホールド
31 酸化ガスマニホールド
32 冷媒側シール材(たとえば、ゴムガスケット)
33 ガス側シール材(たとえば、接着剤)
1 Conductive particles (carbon particles)
2 Resin (thermoplastic resin)
10 (solid polymer electrolyte type)
16
18 Fuel cell separator (carbon separator)
19 Cell or
25
33 Gas side sealing material (for example, adhesive)
Claims (6)
前記第1の工程で、セパレータ表面に導電性微粒子を繰り返しショットし、該繰り返しショットにおいて、導電性微粒子のサイズを数百ミクロンオーダからナノオーダまで順次細かくする燃料電池用セパレータの製造方法。 A method for manufacturing a separator for a fuel cell comprising a composite material of carbon particles and a resin, wherein conductive fine particles are attached to the surface resin by shot blasting on a portion of the surface of the flat separator that requires low contact resistance. or have a first step of sink into,
In the first step, a method for producing a separator for a fuel cell , in which conductive fine particles are repeatedly shot on the separator surface, and the size of the conductive fine particles is sequentially reduced from several hundreds of microns to nano-orders in the repeated shots .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004152431A JP4631311B2 (en) | 2004-05-21 | 2004-05-21 | Manufacturing method of fuel cell separator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004152431A JP4631311B2 (en) | 2004-05-21 | 2004-05-21 | Manufacturing method of fuel cell separator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005332775A JP2005332775A (en) | 2005-12-02 |
JP4631311B2 true JP4631311B2 (en) | 2011-02-16 |
Family
ID=35487253
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004152431A Expired - Fee Related JP4631311B2 (en) | 2004-05-21 | 2004-05-21 | Manufacturing method of fuel cell separator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4631311B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5380771B2 (en) | 2006-11-28 | 2014-01-08 | トヨタ自動車株式会社 | FUEL CELL SEPARATOR, METHOD FOR PRODUCING FUEL CELL SEPARATOR, AND FUEL CELL |
US20090191444A1 (en) | 2007-11-28 | 2009-07-30 | Seikoh Giken Co., Ltd | Fuel cell bipolar plate and method for producing the same |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001093539A (en) * | 1999-09-28 | 2001-04-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Solid polimer electrolytic fuel cell |
JP2001357862A (en) * | 2000-06-15 | 2001-12-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Bipolar plate and solid high-polymer type fuel cell |
JP2002110189A (en) * | 2000-09-29 | 2002-04-12 | Toshiba Corp | Separator for fuel cell and its manufacturing method and solid polymer fuel cell using the separator |
JP2002298864A (en) * | 2001-03-28 | 2002-10-11 | Nichias Corp | Fuel cell separator and manufacturing method therefor |
JP2003142117A (en) * | 2001-10-31 | 2003-05-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | High polymer electrolyte type fuel cell and its manufacturing device |
-
2004
- 2004-05-21 JP JP2004152431A patent/JP4631311B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001093539A (en) * | 1999-09-28 | 2001-04-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Solid polimer electrolytic fuel cell |
JP2001357862A (en) * | 2000-06-15 | 2001-12-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Bipolar plate and solid high-polymer type fuel cell |
JP2002110189A (en) * | 2000-09-29 | 2002-04-12 | Toshiba Corp | Separator for fuel cell and its manufacturing method and solid polymer fuel cell using the separator |
JP2002298864A (en) * | 2001-03-28 | 2002-10-11 | Nichias Corp | Fuel cell separator and manufacturing method therefor |
JP2003142117A (en) * | 2001-10-31 | 2003-05-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | High polymer electrolyte type fuel cell and its manufacturing device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005332775A (en) | 2005-12-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6468685B1 (en) | Separator for a fuel cell | |
CN101779318B (en) | Cell for fuel cell and fuel cell | |
JP4367477B2 (en) | Fuel cell | |
JP2007157387A (en) | Manufacturing method of fuel battery and fuel battery | |
EP1686641B1 (en) | Separator and production method therefor | |
JP2009026727A (en) | Metal separator for fuel cell | |
JP2009181936A (en) | Separator for fuel cell and fuel cell | |
US20090311566A1 (en) | Separating plate for fuel cell stack and method of manufacturing the same | |
KR101173059B1 (en) | Separation plate for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell and method for manufacturing the same | |
JP4631311B2 (en) | Manufacturing method of fuel cell separator | |
JP4041308B2 (en) | Fuel cell separator | |
JP2000021418A (en) | Solid high polymer electrolyte fuel cell | |
JP4410020B2 (en) | Method for producing separator material for fuel cell | |
JP4765594B2 (en) | Fuel cell | |
JP2007042510A (en) | Gasket for fuel cell | |
CN115881999A (en) | Method for manufacturing single cell and method for manufacturing stack | |
JP2004055458A (en) | Manufacturing method of fuel cell | |
US20040115508A1 (en) | Stacked fuel cell, stacked fuel cell manufacturing method and manufacturing device thereof | |
JP2005322433A (en) | Separator for fuel cell, and its manufacturing method | |
JP4543909B2 (en) | Fuel cell | |
JP2007280615A (en) | Seal structure for fuel cell and manufacturing method of seal | |
JP2007134145A (en) | Metal separator for fuel cell, and its manufacturing method | |
JP2007035455A (en) | Separator for fuel cell | |
JP2009266729A (en) | Fuel cell | |
JP4483289B2 (en) | Fuel cell stack |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070206 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20091125 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100106 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100224 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101019 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101101 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131126 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |