JP5139630B2 - セパレータの製造方法 - Google Patents
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Description
最もよく使用されているものとして緻密性カーボンがある。緻密性カーボンは導電性、耐食性に優れ、機械的強度も高い。また加工性がよく軽量である。しかし、振動や衝撃に弱く、切削加工が必要なため、加工費が高くなる。また気体の不浸透化処理を施す必要がある。
バインダである電子線硬化性のエポキシ系モノマーもしくは電子線硬化性のエポキシ系オリゴマーと導電性フィラーとを含む混合層を形成する混合層形成工程と、
スタンパによって前記混合層に前記流路を設けた成型層を形成する成型工程と、
前記成型層1kgあたりの吸収線量が10kGy以上200kGy以下となるように電子線を照射することにより硬化して樹脂層を形成する成型層硬化工程とを含むことを特徴とするセパレータの製造方法である。
金属板表面に、バインダである電子線硬化性のエポキシ系モノマーもしくは電子線硬化性のエポキシ系オリゴマーと導電性フィラーとを含む混合層を形成する混合層形成工程と、
スタンパによって前記混合層に前記流路を設けた成型層を形成する成型工程と、
前記成型層1kgあたりの吸収線量が10kGy以上200kGy以下となるように電子線を照射することにより硬化して樹脂層を形成する成型層硬化工程とを含むことを特徴とするセパレータの製造方法である。
平板状の金属板表面の全体に、導電性を有するゴムまたは合成樹脂からなる被覆層を形成する被覆層形成工程と、
前記被覆層表面に、バインダである電子線硬化性のエポキシ系モノマーもしくは電子線硬化性のエポキシ系オリゴマーと導電性フィラーとを含む混合層を形成する混合層形成工程と、
スタンパによって前記混合層に前記流路を設けた成型層を形成する成型工程と、
前記成型層1kgあたりの吸収線量が10kGy以上200kGy以下となるように電子線を照射し、前記成型層を電子線照射により硬化して樹脂層を形成する成型層硬化工程とを含むことを特徴とするセパレータの製造方法である。
前記シール部に相当する領域には、プレス加工によって、前記電解質組立体から露出した前記電解質層に平行に延びるシール突部であって、その頂部がばね力によって前記電解質層に圧接されるように構成されたシール突部を形成することを特徴とする。
Assembly)とも呼ばれる。
・溶解溶剤型スラリー
溶解溶剤型スラリーは、有機溶剤として、ベンゼン、トルエンおよびキシレンなどの芳香族系溶解溶剤、アセトンなどのケトン系溶解溶剤、酢酸エチルエステル、酢酸ブチルエステルなどのエステル系溶解溶剤のうち1種類または2種類以上を混合して用いることができる。バインダ、導電性フィラー、重合触媒および添加剤と有機溶剤を混合して導電性スラリーを調製する。
非水性分散型スラリーは、上記の溶解溶剤の代わりに、ミネラルターペン(脂肪族炭化水素系溶剤)を使用してバインダなどを分散させる。溶解溶剤を用いる場合に比べて低公害性の導電性スラリーが実現できる。
エマルジョン型スラリーは、水に溶解しないバインダを用いる場合に調製する。水に界面活性剤などの助剤(乳化剤)を添加し、水に溶解しないバインダなどを乳化分散させて安定した導電性スラリーを実現する。さらに、共溶剤(必ずしも揮発性とは限らない)としてメチルアルコール、エチルアルコール、カルビトールなどを添加してもよい。
水溶性型スラリーは、水に溶解する変性バインダを用いる場合に調製する。変性バインダなどを水に溶解させて導電性スラリーを実現する。さらに共溶剤としてエチレングリコールn−ブチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、エチレングリコールt−ブチルエーテルなどを添加する。
導電性スラリーを構成する上記物質についてさらに具体的に例示する。
ステップB2の組成物調製工程では、後工程の積層工程で用いる導電性グリーンシート用組成物(以下では単に「導電性組成物」と呼ぶ)を調製する。
他の添加剤としては、粘度低下剤などを用いることができる。
さらに、セパレータ1は、樹脂層32の表面に高導電層を設けた構成としてもよい。
スタンパとしては、アルミ合金製で、離型性を向上させるために表面に窒化クロム膜を形成したものを実施例1および2で共用した。
実施例1は、図6に示す導電性スラリーを用いたセパレータの製造方法の実施例である。
バインダ:エポキシ化ポリブタジエン(エポリード−PB3600、ダイセル化学社製)(分子量:5900)65重量部、液化ポリブタジエン(ハイカ−CTBN、宇部興産社製)(分子量:3500)25重量部、3官能エポキシオリゴマー(グリシジルアミン)(エピコート630、ジャパンエポキシレジン社製)10重量部
導電性フィラー:球状黒鉛(球状黒鉛、日本黒鉛社製)300重量部、カーボンブラック(#5500、東海カーボン社製)150重量部、鱗状黒鉛(BFシリーズ、中越黒鉛工業所製)300重量部
重合開始剤:トリアリルスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェート(サイラキュアUVI−6990、ダウケミカル社製)1.0重量部、ヒドロキシフェニルケトン(ダロキュア−1173、チバ社製)1.5重量部、
溶媒:メチルエチルケトン(MEK)200重量部、メチルイソブチルケトン(MIBK)70重量部
電子線照射装置(CB250/15/180L、岩崎電気(株)製)を用いて、吸収線量が180kGyとなるように電子線照射した。
実施例2は、図7に示す導電性グリーンシートを用いたセパレータの製造方法の実施例である。
バインダ:ビニールエステル(リポキシ−SP1507、昭和高分子社製)75重量部、アクリレートオリゴマー(ヘキサジオールジアクリレート(HDDA)、UCBケミカル社製)25重量部
導電性フィラー:球状黒鉛(球状黒鉛、日本黒鉛社製)300重量部、カーボンブラック(#5500、東海カーボン社製)150重量部、鱗状黒鉛(BFシリーズ、中越黒鉛工業所製)300重量部
重合開始剤:ベンジルジメチルケタール(ジメトキシジフェニルエタン、シーベルヘグナー社製)1.0重量部
電子線照射装置(CB250/15/180L、岩崎電気(株)製)を用いて、吸収線量が70kGyとなるように電子線照射した。
実施例1および実施例2の機械特性および電気特性を表1に示す。
固有体積抵抗値:4探針法(JIS K7194)準拠
接触抵抗値 :電気抵抗計(オームメータ)
硬度 :微小硬度計による測定値を[ショアD]に換算
2 燃料電池セル
3 集電板
4 絶縁シート
5 エンドフランジ
6 水素ガス供給口
7 冷却水供給口
8 酸素ガス供給口
9 水素ガス排出口
10 冷却水排出口
11 酸素ガス排出口
12 電極配線
13 分離部
14 シール部
15 分離ブロック
16 水素ガス流路
17 酸素ガス流路
18 底部
20 高分子膜
21 触媒電極
30 金属薄板
31 接着層
32 樹脂層
33 被覆層
34 高導電層
100 固体高分子型燃料電池(PEFC)
101 単位電池
Claims (16)
- 電解質媒体を含有した電解質層の厚み方向表面に触媒電極を設けた複数の電解質組立体間に介在され、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路を分離する分離部を有するセパレータの製造方法であって、
バインダである電子線硬化性のエポキシ系モノマーもしくは電子線硬化性のエポキシ系オリゴマーと導電性フィラーとを含む混合層を形成する混合層形成工程と、
スタンパによって前記混合層に前記流路を設けた成型層を形成する成型工程と、
前記成型層1kgあたりの吸収線量が10kGy以上200kGy以下となるように電子線を照射することにより硬化して樹脂層を形成する成型層硬化工程とを含むことを特徴とするセパレータの製造方法。 - 電解質媒体を含有した電解質層の厚み方向表面に触媒電極を設けた複数の電解質組立体間に介在され、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路を分離する分離部を有するセパレータの製造方法であって、
金属板表面に、バインダである電子線硬化性のエポキシ系モノマーもしくは電子線硬化性のエポキシ系オリゴマーと導電性フィラーとを含む混合層を形成する混合層形成工程と、
スタンパによって前記混合層に前記流路を設けた成型層を形成する成型工程と、
前記成型層1kgあたりの吸収線量が10kGy以上200kGy以下となるように電子線を照射することにより硬化して樹脂層を形成する成型層硬化工程とを含むことを特徴とするセパレータの製造方法。 - 前記混合層形成工程は、前記金属板表面に導電性スラリーを塗布し、塗布された前記導電性スラリーに含まれる溶媒を除去して前記混合層を形成することを特徴とする請求項2記載のセパレータの製造方法。
- 前記導電性スラリーは、前記バインダである電子線硬化性のエポキシ系モノマーもしくは電子線硬化性のエポキシ系オリゴマーと、金属化合物または炭素系材料からなる前記導電性フィラーと、溶媒とを混合して得られることを特徴とする請求項3記載のセパレータの製造方法。
- 前記混合層形成工程は、前記導電性スラリーを、ディッピング法、ドクターブレード法またはカーテンコート法によって塗布することを特徴とする請求項3または4記載のセパレータの製造方法。
- 前記混合層形成工程は、塗布された前記導電性スラリーに温風を吹き付けて乾燥させることで前記溶媒を除去することを特徴とする請求項3〜5のいずれか1つに記載のセパレータの製造方法。
- 前記混合層形成工程は、前記金属板表面に導電性グリーンシートを積層して前記混合層を形成することを特徴とする請求項2記載のセパレータの製造方法。
- 前記導電性グリーンシートは、前記電子線硬化性のエポキシ系モノマーもしくは電子線硬化性のエポキシ系オリゴマーからなる前記バインダと、金属化合物または炭素系材料からなる前記導電性フィラーとを含むことを特徴とする請求項7記載のセパレータの製造方法。
- 前記混合層形成工程は、押し出し成型により、前記金属板表面に前記導電性グリーンシートを直接積層することを特徴とする請求項7または8記載のセパレータの製造方法。
- 前記混合層形成工程は、予め押し出し成型により前記導電性グリーンシートを作製し、作製された前記導電性グリーンシートを前記金属板表面に積層することを特徴とする請求項7または8記載のセパレータの製造方法。
- 前記混合層形成工程より前に、前記金属板表面に、前記混合層との密着性を増加させるための処理を行う基板処理工程を含むことを特徴とする請求項2〜10のいずれか1つに記載のセパレータの製造方法。
- 前記基板処理工程では、トリアジンチオールまたはポリアニリンを前記金属板表面に拡散させることを特徴とする請求項11記載のセパレータの製造方法。
- 電解質媒体を含有した電解質層の厚み方向表面に触媒電極を設けた複数の電解質組立体間に介在され、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路を分離する分離部を有するセパレータの製造方法であって、
平板状の金属板表面の全体に、導電性を有するゴムまたは合成樹脂からなる被覆層を形成する被覆層形成工程と、
前記被覆層表面に、バインダである電子線硬化性のエポキシ系モノマーもしくは電子線硬化性のエポキシ系オリゴマーと導電性フィラーとを含む混合層を形成する混合層形成工程と、
スタンパによって前記混合層に前記流路を設けた成型層を形成する成型工程と、
前記成型層1kgあたりの吸収線量が10kGy以上200kGy以下となるように電子線を照射し、前記成型層を電子線照射により硬化して樹脂層を形成する成型層硬化工程とを含むことを特徴とするセパレータの製造方法。 - 前記樹脂層表面に、前記樹脂層の導電性より高い導電性を有する高導電層を形成する高導電層形成工程を有することを特徴とする請求項1〜13のいずれか1つに記載のセパレータの製造方法。
- 前記高導電層形成工程では、少なくとも前記樹脂層が前記電解質組立体と接触する領域に前記高導電層を形成することを特徴とする請求項14記載のセパレータの製造方法。
- セパレータは、外周部に設けられ、燃料ガスおよび酸化剤ガスの漏出を防ぐシール部を有し、
前記シール部に相当する領域には、プレス加工によって、前記電解質組立体から露出した前記電解質層に平行に延びるシール突部であって、その頂部がばね力によって前記電解質層に圧接されるように構成されたシール突部を形成することを特徴とする請求項2〜15のいずれか1つに記載のセパレータの製造方法。
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