JP5185661B2 - Fuel cell separator - Google Patents

Fuel cell separator Download PDF

Info

Publication number
JP5185661B2
JP5185661B2 JP2008052374A JP2008052374A JP5185661B2 JP 5185661 B2 JP5185661 B2 JP 5185661B2 JP 2008052374 A JP2008052374 A JP 2008052374A JP 2008052374 A JP2008052374 A JP 2008052374A JP 5185661 B2 JP5185661 B2 JP 5185661B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
cell separator
composition
activated carbon
graphite particles
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
Application number
JP2008052374A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009211887A (en
Inventor
亨 伊藤
広志 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2008052374A priority Critical patent/JP5185661B2/en
Publication of JP2009211887A publication Critical patent/JP2009211887A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5185661B2 publication Critical patent/JP5185661B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、燃料電池に組み込まれる燃料電池セパレータに関する。   The present invention relates to a fuel cell separator incorporated in a fuel cell.

一般に燃料電池は複数の単位セルを数十〜数百個直列に重ねて構成されるセルスタックから成り、これにより所定の電圧を得ている。   In general, a fuel cell is composed of a cell stack in which several tens to several hundreds of unit cells are stacked in series, thereby obtaining a predetermined voltage.

単位セルの最も基本的な構造は、「燃料電池セパレータ/燃料電極(アノード)/電解質/酸化剤電極(カソード)/燃料電池セパレータ」という構成を有している。この単位セルにおいては、電解質を介して対向する一対の電極のうち燃料電極に燃料を、酸化剤電極に酸化剤を供給して、電気化学反応により燃料を酸化させることにより、反応の化学エネルギーを直接電気化学エネルギーに変換するものである。   The most basic structure of the unit cell has a configuration of “fuel cell separator / fuel electrode (anode) / electrolyte / oxidant electrode (cathode) / fuel cell separator”. In this unit cell, the chemical energy of the reaction is obtained by oxidizing the fuel by electrochemical reaction by supplying fuel to the fuel electrode and supplying the oxidant to the oxidant electrode of the pair of electrodes facing each other through the electrolyte. Direct conversion to electrochemical energy.

このような燃料電池は、電解質の種類によりいくつかのタイプに分類されるが、近年、高出力が得られる燃料電池として、電解質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池が注目されている。   Such fuel cells are classified into several types depending on the type of electrolyte. Recently, solid polymer fuel cells using a solid polymer electrolyte membrane as an electrolyte have attracted attention as fuel cells that can provide high output. Has been.

図1は固体高分子型燃料電池の一例を示すものであり、左右両側面に複数個の凸部(リブ)1aが形成されている2枚の燃料電池セパレータ1,1の間に、固体高分子電解質膜2とガス拡散電極(燃料電極と酸化剤電極)3,3とを介在させて、単電池(単位セル)が構成され、この単位セルを数十個〜数百個並設して電池本体(セルスタック)が形成されている。このとき、隣り合う前記凸部1a同士の間に、燃料である水素ガスと酸化剤である酸素ガスの流路となるガス供給排出用溝4が形成される。   FIG. 1 shows an example of a polymer electrolyte fuel cell. A solid polymer fuel cell is disposed between two fuel cell separators 1 and 1 each having a plurality of convex portions (ribs) 1a formed on both left and right side surfaces. A single cell (unit cell) is formed by interposing the molecular electrolyte membrane 2 and gas diffusion electrodes (fuel electrode and oxidant electrode) 3 and 3, and several tens to several hundreds of unit cells are arranged in parallel. A battery body (cell stack) is formed. At this time, a gas supply / discharge groove 4 serving as a flow path for hydrogen gas as a fuel and oxygen gas as an oxidant is formed between the adjacent convex portions 1a.

このようなセルスタックは、例えば家庭用定置型のものでは50〜100個の単位セルで構成し、また自動車積載用では400〜500個の単位セルで構成される。   Such a cell stack is composed of, for example, 50 to 100 unit cells in a stationary type for home use, and is composed of 400 to 500 unit cells for automobile loading.

この固体高分子型燃料電池は、燃料電極に流体である水素ガスを、酸化剤電極に流体である酸素ガスを供給することにより、外部回路より電流を取り出すものであるが、この際、各電極においては下記式に示したような反応が生じている。
燃料電極反応 : H2→ 2H++2e-…(1)
酸化剤電極反応 : 2H++2e-+1/2O2→H2O…(2)
全体反応 : H2+1/2O2→H2
即ち、燃料電極上で水素(H2)はプロトン(H+)となり、このプロトンが固体高分子電解質膜中を酸化剤電極上まで移動し、酸化剤電極上で酸素(O2)と反応して水(H2O)を生ずる。従って、固体高分子型燃料電池の運転には、反応ガスの供給と排出、電流の取り出しが必要となる。
In this polymer electrolyte fuel cell, hydrogen gas, which is a fluid, is supplied to a fuel electrode, and oxygen gas, which is a fluid, is supplied to an oxidizer electrode, thereby extracting current from an external circuit. In the reaction, the reaction shown in the following formula occurs.
Fuel electrode reaction: H 2 → 2H + + 2e (1)
Oxidant electrode reaction: 2H + + 2e + 1 / 2O 2 → H 2 O (2)
Overall reaction: H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O
That is, hydrogen (H 2 ) becomes proton (H + ) on the fuel electrode, and this proton moves through the solid polymer electrolyte membrane to the oxidant electrode and reacts with oxygen (O 2 ) on the oxidant electrode. To produce water (H 2 O). Therefore, for the operation of the polymer electrolyte fuel cell, it is necessary to supply and discharge the reactive gas and to take out the current.

また、固体高分子型燃料電池は、通常、室温〜120℃以下の範囲での湿潤雰囲気下での運転が想定されており、そのため水が液体状態で扱われることが多くなるので、燃料電極への液体状態の水の補給管理と酸化剤電極からの液体状態の水の排出が必要となる。   In addition, the polymer electrolyte fuel cell is normally assumed to be operated in a humid atmosphere in the range of room temperature to 120 ° C., and therefore water is often handled in a liquid state. Therefore, it is necessary to replenish the liquid water and to discharge the liquid water from the oxidizer electrode.

このような燃料電池を構成する部品のうち、燃料電池セパレータ1は、図1(a),(b)に示すように、薄肉の板状体の片面又は両面に複数個のガス供給排出用溝4を有する特異な形状を有しており、燃料電池内を流れる燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水が混合しないように分離する働きを有すると共に、燃料電池セルで発電した電気エネルギーを外部へ伝達したり、燃料電池セルで生じた熱を外部へ放熱するという重要な役割を担っている。   Among the components constituting such a fuel cell, the fuel cell separator 1 has a plurality of gas supply / discharge grooves on one or both sides of a thin plate-like body as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). 4 and has the function of separating the fuel gas, oxidant gas and cooling water flowing in the fuel cell so that they do not mix, and also transmits the electric energy generated by the fuel cell to the outside And plays an important role of radiating the heat generated in the fuel cell to the outside.

上記燃料電池セパレータ1に関して、一般に次のような要求がなされている。即ち、(1)高導電性、(2)腐食性電解質に対する耐腐食性(耐酸性)、(3)ガスを分離するための気密性、(4)燃料電池に組み立て時のボルトとナットによる締め付け等の組み込み作業時に燃料電池セパレータ1に割れやヒビが生じないための強度、更には機械的強度を有すること、特に自動車等の移動用電源として用いる場合には優れた耐振動性及び耐衝撃性を有すること、さらに耐クリープ性、(5)複雑な形状を形成するための成形性、(6)低コスト性、(7)耐膨潤性(水や硫酸水溶液に浸しても膨潤しないもの)、(8)耐熱性(反応時の発熱(90〜120℃)に耐えること)、(9)液体状態の水が溜まらないこと等の要求特性を同時に満たすことが求められている。   In general, the fuel cell separator 1 has the following requirements. (1) High conductivity, (2) Corrosion resistance (acid resistance) against corrosive electrolytes, (3) Airtightness to separate gases, (4) Tightening with bolts and nuts when assembling to a fuel cell It has strength to prevent the fuel cell separator 1 from being cracked or cracked during assembling work, etc., as well as mechanical strength, and particularly excellent vibration resistance and impact resistance when used as a mobile power source for automobiles etc. Creep resistance, (5) moldability for forming complex shapes, (6) low cost, (7) swelling resistance (those that do not swell when immersed in water or aqueous sulfuric acid solution), (8) Heat resistance (withstand heat generation during reaction (90 to 120 ° C.)), (9) It is required to satisfy the required characteristics at the same time, such as liquid water does not accumulate.

このような固体高分子型燃料電池の燃料電池セパレータ1としては、生産性やコストの面から有利な各種の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂をバインダーとして用いた炭素組成物が提案されている(例えば特許文献1〜5等参照)。   As the fuel cell separator 1 of such a polymer electrolyte fuel cell, a carbon composition using various thermoplastic resins or thermosetting resins, which are advantageous in terms of productivity and cost, as a binder has been proposed ( For example, see Patent Documents 1 to 5).

ここで、燃料電池セパレータ1に必要とされる上記特性のうち、液体状態の水が溜まらない、という特性を発揮させるためには、燃料電池セパレータ1の表面の親水性を向上するといアプローチと、燃料電池セパレータ1の吸水性を高めるというアプローチが考えられる。このうち、燃料電池セパレータ1の吸水性を高めるためには、アルミナエアロジル等の多孔質材を燃料電池セパレータ1に含有させることが考えられる。
特開昭59−26907号公報 特開昭55−61752号公報 特開昭56−116277号公報 特開平8−31231号公報 特開昭59−26907号公報
Here, among the above characteristics required for the fuel cell separator 1, in order to exhibit the characteristics that liquid water does not accumulate, an approach to improve the hydrophilicity of the surface of the fuel cell separator 1, An approach to increase the water absorption of the fuel cell separator 1 can be considered. Among these, in order to increase the water absorption of the fuel cell separator 1, it is conceivable that the fuel cell separator 1 contains a porous material such as alumina aerosil.
JP 59-26907 A JP-A-55-61752 JP-A-56-116277 Japanese Patent Laid-Open No. 8-31231 JP 59-26907 A

しかし、燃料電池セパレータ1にアルミナエアロジル等を含有させると、燃料電池セパレータ1の導電性が低下し、燃料電池セパレータ1が充分な機能を発揮しなくなるおそれがある。また、燃料電池セパレータ1の機能向上にあたっては、製造効率向上等の観点から、できるだけ簡易な手法が採用されることが好ましい。   However, if the fuel cell separator 1 contains alumina aerosil or the like, the conductivity of the fuel cell separator 1 is lowered, and the fuel cell separator 1 may not function sufficiently. In order to improve the function of the fuel cell separator 1, it is preferable to adopt a method as simple as possible from the viewpoint of improving manufacturing efficiency.

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、簡易な手法により、且つ燃料電池セパレータ1の他の諸特性が低下することなく、燃料電池セパレータの吸水性が向上し、液体状態の水が溜まることが抑制された燃料電池セパレータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points. The water absorption of the fuel cell separator is improved by a simple method and without deterioration of other characteristics of the fuel cell separator 1. An object of the present invention is to provide a fuel cell separator in which the accumulation of water is suppressed.

本発明に係る燃料電池セパレータ1は、活性炭を含有することを特徴とする。このため、活性炭によって燃料電池セパレータ1の吸水性が向上し、しかも活性炭は導電性材料であるため燃料電池セパレータ1の導電性が損なわれることがなく、また他の諸特性が損なわれることも防止される。   The fuel cell separator 1 according to the present invention is characterized by containing activated carbon. For this reason, the water absorption of the fuel cell separator 1 is improved by the activated carbon, and furthermore, since the activated carbon is a conductive material, the conductivity of the fuel cell separator 1 is not impaired, and other characteristics are also prevented from being impaired. Is done.

上記活性炭の含有量は5〜10質量%の範囲が好ましい。この場合、燃料電池セパレータ1の吸水率の向上が著しくなると共に、特に高い成形性が維持される。   The content of the activated carbon is preferably in the range of 5 to 10% by mass. In this case, the water absorption rate of the fuel cell separator 1 is remarkably improved and particularly high moldability is maintained.

この燃料電池セパレータ1は、熱硬化性樹脂と黒鉛粒子とを含有し、且つ前記黒鉛粒子の一部として活性炭を含有する燃料電池セパレータ用組成物が成形されることにより製造されることが好ましい。この場合、燃料電池セパレータ1に必要とされる成形性、導電性等の諸特性に優れた燃料電池セパレータ1が得られる。 The fuel cell separator 1 is preferably manufactured by molding a composition for a fuel cell separator that contains a thermosetting resin and graphite particles, and that contains activated carbon as part of the graphite particles . In this case, the fuel cell separator 1 excellent in various properties such as moldability and conductivity required for the fuel cell separator 1 can be obtained.

また、上記熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂とエポキシ樹脂のうち少なくとも一方を含有することが好ましい。このフェノール樹脂とエポキシ樹脂は、良好な樹脂粘度を有すると共に不純物が少ない点で、適している。   Moreover, it is preferable that the said thermosetting resin contains at least one among a phenol resin and an epoxy resin. The phenol resin and the epoxy resin are suitable because they have a good resin viscosity and few impurities.

また、上記活性炭以外の黒鉛粒子が、平均粒径3〜150μmの天然黒鉛であることが好ましい。この場合、成形性及び表面平滑性が更に高く維持される。 The graphite particles other than the activated carbon are preferably natural graphite having an average particle diameter of 3 to 150 μm. In this case, moldability and surface smoothness are maintained at a higher level.

また、この燃料電池セパレータ1は、105℃、100RHの雰囲気下に500時間曝露された場合の吸水率が1%以上であることが好ましい。この場合、燃料電池セパレータ1に充分な吸水性が付与される。   The fuel cell separator 1 preferably has a water absorption of 1% or more when exposed to an atmosphere of 105 ° C. and 100 RH for 500 hours. In this case, sufficient water absorption is imparted to the fuel cell separator 1.

本発明によれば、燃料電池セパレータの吸水性が向上することで、この燃料電池セパレータに液体状の水が付着した場合にこの水が吸収され、燃料電池セパレータに液体状の水が溜まりにくくなる。このとき、燃料電池セパレータに活性炭を含有させるという簡易な手法により燃料電池セパレータの吸水性が充分に向上され、しかも燃料電池セパレータに必要とされる他の諸特性が阻害されることもないものである。   According to the present invention, the water absorption of the fuel cell separator is improved, so that when the liquid water adheres to the fuel cell separator, the water is absorbed, and the liquid water does not easily accumulate in the fuel cell separator. . At this time, the water absorption of the fuel cell separator is sufficiently improved by a simple method of including activated carbon in the fuel cell separator, and other characteristics required for the fuel cell separator are not hindered. is there.

以下本発明を実施するための最良の形態を説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below.

本発明に係る燃料電池セパレータ1は、活性炭を含有する。この活性炭は、多孔質であるため吸水性が高く、このため燃料電池セパレータ1の吸水性が向上する。また活性炭は導電性材料であるため、燃料電池セパレータ1が活性炭を含有しても燃料電池セパレータ1の導電性は損なわれず、また、燃料電池セパレータ1の耐腐食性、気密性、強度、成形性等の諸特性を低下させる原因にもならない。   The fuel cell separator 1 according to the present invention contains activated carbon. Since the activated carbon is porous, the water absorption is high, and therefore the water absorption of the fuel cell separator 1 is improved. Moreover, since activated carbon is a conductive material, even if the fuel cell separator 1 contains activated carbon, the conductivity of the fuel cell separator 1 is not impaired, and the corrosion resistance, air tightness, strength, and moldability of the fuel cell separator 1 are not impaired. It does not cause the deterioration of various characteristics such as.

燃料電池セパレータ1の高い導電性が維持されるため、並びに燃料電池セパレータ1からの不純物の溶出が抑制されるためには、上記活性炭は高純度のものであることが好ましい。特に純度が99%以上の範囲の活性炭が用いられることが好ましい。   In order to maintain high conductivity of the fuel cell separator 1 and to suppress elution of impurities from the fuel cell separator 1, the activated carbon is preferably of high purity. In particular, activated carbon having a purity in the range of 99% or more is preferably used.

ここで、上記活性炭を含有していれば、その分だけ燃料電池セパレータ1の吸水性は向上するが、特にこの含有量が燃料電池セパレータ1の全量に対して5質量%以上であれば、燃料電池セパレータ1に特に高い吸水性が付与される。また、この活性炭の含有量は多いほど吸水性の向上が大きくなるが、この含有量が過剰であると燃料電池セパレータ1を構成する他の材料が活性炭に吸着することで燃料電池セパレータ1の成形性が低下するおそれがある。このような成形性の低下を抑制するためには、前記含有量は10質量%以下であることが望ましい。   Here, if the activated carbon is contained, the water absorption of the fuel cell separator 1 is improved by that amount. In particular, if this content is 5% by mass or more with respect to the total amount of the fuel cell separator 1, the fuel Particularly high water absorption is imparted to the battery separator 1. In addition, as the content of the activated carbon increases, the improvement in water absorption increases. However, when the content is excessive, other materials constituting the fuel cell separator 1 are adsorbed on the activated carbon, thereby forming the fuel cell separator 1. May decrease. In order to suppress such a decrease in moldability, the content is desirably 10% by mass or less.

このような燃料電池セパレータ1は、活性炭を含有する燃料電池セパレータ用組成物が成形されることで製造される。   Such a fuel cell separator 1 is manufactured by molding a composition for a fuel cell separator containing activated carbon.

この燃料電池セパレータ用組成物は、合成樹脂と導電性材料(活性炭を含む)とを含有する混合物であることが好ましいが、特に熱硬化性樹脂と黒鉛粒子とを含有することが好ましい。このとき上記活性炭は、前記黒鉛粒子の一部として燃料電池セパレータ用組成物中に含有される。   The composition for a fuel cell separator is preferably a mixture containing a synthetic resin and a conductive material (including activated carbon), and particularly preferably contains a thermosetting resin and graphite particles. At this time, the activated carbon is contained in the fuel cell separator composition as a part of the graphite particles.

燃料電池セパレータ用組成物中に黒鉛粒子を含有させることは、燃料電池セパレータ1の電気比抵抗の低減に寄与し、燃料電池セパレータ1の導電性が向上する。黒鉛粒子の含有量は、好ましくは組成物全量に対して60〜90質量%であり、更に好ましくは75〜90質量%である。この黒鉛粒子の割合が過少であると燃料電池セパレータ1に必要とされる導電性が十分に得られなくなるおそれがあり、また過剰であると燃料電池セパレータ1に必要とされるガス透過性や成形性が十分に得られなくなるおそれがある。   Inclusion of graphite particles in the fuel cell separator composition contributes to a reduction in the electrical resistivity of the fuel cell separator 1 and improves the conductivity of the fuel cell separator 1. The content of the graphite particles is preferably 60 to 90% by mass, more preferably 75 to 90% by mass with respect to the total amount of the composition. If the ratio of the graphite particles is too small, the conductivity required for the fuel cell separator 1 may not be sufficiently obtained, and if it is excessive, the gas permeability and molding required for the fuel cell separator 1 may be lost. There is a risk that sufficient properties cannot be obtained.

黒鉛粒子の粒径は特に制限されないが、平均粒径3〜150μmの範囲が特に好ましい。前記平均粒径が3μm未満になると成形性が低下してしまい、150μmを超えると成形品の表面平滑性が損なわれる恐れがある。   The particle size of the graphite particles is not particularly limited, but an average particle size of 3 to 150 μm is particularly preferable. If the average particle size is less than 3 μm, the moldability is lowered, and if it exceeds 150 μm, the surface smoothness of the molded product may be impaired.

また、黒鉛粒子としては、粒子のアスペクト比が10以下のものが好ましい。このアスペクト比が10を超えると、成形される燃料電池セパレータ1に異方性が生じ反りなどが生じる恐れがある。   The graphite particles preferably have an aspect ratio of 10 or less. If this aspect ratio exceeds 10, the molded fuel cell separator 1 may become anisotropic and warp.

活性炭以外の黒鉛粒子は、高い導電性を示すものであれば制限なく用いられる。この黒鉛粒子の具体例としては、例えば、メソカーボンマイクロビーズなどの炭素質を黒鉛化したもの、石炭系コークスや石油系コークスを黒鉛化したものの他、黒鉛電極や特殊炭素材料の加工粉、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、膨張黒鉛等のような、適宜のものが挙げられる。このような黒鉛粒子は、一種のみが用いられるほか、複数種が併用されても良い。   Any graphite particles other than activated carbon can be used without limitation as long as they exhibit high conductivity. Specific examples of the graphite particles include, for example, graphitized carbonaceous materials such as mesocarbon microbeads, graphitized coal-based coke and petroleum-based coke, graphite electrode and processed powder of special carbon material, natural powder Suitable examples include graphite, quiche graphite, expanded graphite and the like. Only one kind of such graphite particles may be used, or a plurality of kinds may be used in combination.

黒鉛粒子は、人造黒鉛、天然黒鉛のいずれでも良いが、特に天然黒鉛は導電性が高いという利点を有する。また人造黒鉛は天然黒鉛粉に比べて導電性は多少劣るものの、異方性が少ないという利点がある。   The graphite particles may be artificial graphite or natural graphite, but natural graphite has an advantage of high conductivity. Artificial graphite has the advantage of low anisotropy, although its conductivity is somewhat inferior to natural graphite powder.

また、黒鉛粒子が、特に球状の天然黒鉛粒子であると、黒鉛の結晶化度、すなわち導電性が高く、異方性もないことから流動性が良好で、導電性に優れた成形が可能となる。但し、球状黒鉛は導電パスを形成しにくい為、単体のみの使用では成形品としての導電性が低くなる。この為、異方性を有する黒鉛との併用が好ましい。   Further, when the graphite particles are particularly spherical natural graphite particles, the crystallinity of graphite, that is, the conductivity is high, and there is no anisotropy, so the fluidity is good and the molding with excellent conductivity is possible. Become. However, since spherical graphite is difficult to form a conductive path, the conductivity as a molded product is lowered when only a single piece is used. For this reason, the combined use with anisotropic graphite is preferable.

また、黒鉛粒子は、天然黒鉛、人造黒鉛のいずれからなるものであっても、精製されたものであることが好ましく、この場合は、灰分やイオン性不純物が低いため、成形品である燃料電池セパレータ1からの不純物の溶出が抑制される。   The graphite particles are preferably purified from natural graphite or artificial graphite. In this case, since the ash content and ionic impurities are low, the fuel cell is a molded product. The elution of impurities from the separator 1 is suppressed.

ここで、黒鉛粒子における灰分は0.05質量%以下であることが好ましく、また抽出水中のイオン性不純物が、黒鉛粒子全量に対して質量比率でナトリウム含量5ppm以下、塩素含量5ppm以下となるようにすることが好ましい。   Here, the ash content in the graphite particles is preferably 0.05% by mass or less, and the ionic impurities in the extracted water have a sodium content of 5 ppm or less and a chlorine content of 5 ppm or less by mass ratio with respect to the total amount of the graphite particles. It is preferable to make it.

上記の灰分が0.05質量%を超えると燃料電池として特性低下が発生する恐れがある。また、抽出水中のイオン性不純物がナトリウム含量5ppmを超え、或いは塩素含量5ppmを超える場合には、燃料電池セパレータ1を成形した場合に、不純物の溶出により燃料電池として特性低下が発生する恐れがある。   If the above ash content exceeds 0.05% by mass, there is a risk that the characteristics of the fuel cell will deteriorate. Further, when the ionic impurities in the extracted water exceed 5 ppm of sodium or exceed 5 ppm of chlorine, when the fuel cell separator 1 is formed, the characteristics of the fuel cell may be deteriorated due to elution of impurities. .

ここで、上記抽出水は、対象成分(ここでは黒鉛粒子)10gに対してイオン交換水100mlの割合で、イオン交換水中に対象成分を分散させ、90℃で50時間処理したものであり、また抽出水中のイオン性不純物は、イオンクロマトグラフィにて評価されるものである。そして、導出される抽出水中のイオン性不純物量に基づいて、組成物中の対象成分中のイオン性不純物の総量を、この組成物中の対象成分の総量に対する質量比に換算して導出するものである。イオン性不純物の含有量は、黒鉛以外でも上記と同様の手法により測定される。   Here, the extracted water is obtained by dispersing the target component in ion-exchanged water at a ratio of 100 ml of ion-exchanged water with respect to 10 g of the target component (here, graphite particles) and treating at 90 ° C. for 50 hours. Ionic impurities in the extracted water are evaluated by ion chromatography. Based on the amount of ionic impurities in the extracted water to be derived, the total amount of ionic impurities in the target component in the composition is converted into a mass ratio with respect to the total amount of the target component in the composition. It is. The content of ionic impurities is measured by the same method as described above except for graphite.

熱硬化性樹脂としては樹脂成形に適用可能な適宜のものが採用される。特に前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂とフェノール樹脂のうちの、少なくとも一方を含むことが好ましい。これらエポキシ樹脂及びフェノール樹脂は、良好な樹脂粘度を有すると共に不純物が少ない点で、適している。殊にエポキシ樹脂はイオン性不純物が少ないため、特に優れている。熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂、フェノール樹脂のうち少なくとも一方を含む場合は、熱硬化性樹脂全量に対して、エポキシ樹脂とフェノール樹脂との合計量が、50〜100質量%の範囲にあることが好ましい。   As the thermosetting resin, an appropriate one applicable to resin molding is adopted. In particular, the thermosetting resin preferably includes at least one of an epoxy resin and a phenol resin. These epoxy resins and phenol resins are suitable because they have good resin viscosity and few impurities. In particular, epoxy resins are particularly excellent because they contain few ionic impurities. When the thermosetting resin contains at least one of an epoxy resin and a phenol resin, the total amount of the epoxy resin and the phenol resin may be in the range of 50 to 100% by mass with respect to the total amount of the thermosetting resin. preferable.

またこれらの樹脂と共に、更にポリイミド樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂等から選択される一種又は複数種の樹脂が併用されても良いが、エステル結合を含む樹脂は耐酸性環境下で加水分解する恐れがある。これらの樹脂の中では、特に耐熱性や耐酸性の向上に寄与する点で、ポリイミド樹脂が適している。このようなポリイミド樹脂としては、特にビスマレイミド樹脂などが好ましく、例えば、4,4−ジアミノジフェニルビスマレイミドが好ましい。この4,4−ジアミノジフェニルビスマレイミドが併用されることで燃料電池セパレータ1の耐熱性が更に高められる。   In addition to these resins, one or more types of resins selected from polyimide resins, melamine resins, unsaturated polyester resins, diallyl phthalate resins, etc. may be used in combination. There is a risk of hydrolysis. Among these resins, polyimide resin is particularly suitable in terms of contributing to improvement of heat resistance and acid resistance. As such a polyimide resin, a bismaleimide resin is particularly preferable, and for example, 4,4-diaminodiphenyl bismaleimide is preferable. By using this 4,4-diaminodiphenyl bismaleimide in combination, the heat resistance of the fuel cell separator 1 is further enhanced.

また、これらの熱硬化性樹脂は、イオン性不純物である塩素イオンの含有量とナトリウムイオンの含有量とが、共に熱硬化性樹脂全量に対して質量比率で5ppm以下であることが好ましい。この場合、成形品である燃料電池セパレータ1からの不純物の溶出が更に低減する。   Further, in these thermosetting resins, it is preferable that the content of chlorine ions, which are ionic impurities, and the content of sodium ions are both 5 ppm or less by mass ratio with respect to the total amount of the thermosetting resin. In this case, the elution of impurities from the fuel cell separator 1 which is a molded product is further reduced.

上記エポキシ樹脂は、固形状のエポキシ樹脂が好ましく、特に融点が70〜130℃の範囲のエポキシ樹脂が好ましい。これにより、材料の変化が少なくなり、成形時の取り扱い性が向上する。この融点が70℃未満であると、組成物が凝集しやすくなって、取り扱い性が低下するおそれがある。このようなエポキシ樹脂は、熱硬化性樹脂全量に対して50〜100質量%の割合で含有されていることが好ましい。   The epoxy resin is preferably a solid epoxy resin, particularly preferably an epoxy resin having a melting point in the range of 70 to 130 ° C. Thereby, the change of a material decreases and the handleability at the time of shaping | molding improves. When the melting point is less than 70 ° C., the composition tends to aggregate and the handleability may be reduced. Such an epoxy resin is preferably contained in a proportion of 50 to 100% by mass with respect to the total amount of the thermosetting resin.

また、低粘度のエポキシ樹脂の使用も好ましい。この場合、組成物の成形性が維持され、また黒鉛粒子の高充填化も図られる。   Moreover, it is also preferable to use a low-viscosity epoxy resin. In this case, the moldability of the composition is maintained and the graphite particles are highly filled.

また、上記フェノール樹脂は、特に開環重合により重合反応が進行するフェノール樹脂が好ましい。このようなフェノール樹脂としては、例えばベンゾオキサジン樹脂等を挙げることができる。この場合、成形工程で脱水によるガスが発生しないので成形品中にボイドが発生せず、ガス透過性の低下等が抑制される。このようなフェノール樹脂の含有量は、熱硬化性樹脂全量に対して5〜50質量%の範囲が好ましい。   The phenol resin is preferably a phenol resin that undergoes a polymerization reaction by ring-opening polymerization. Examples of such phenol resins include benzoxazine resins. In this case, since gas due to dehydration is not generated in the molding process, voids are not generated in the molded product, and a decrease in gas permeability is suppressed. The content of such a phenol resin is preferably in the range of 5 to 50% by mass with respect to the total amount of the thermosetting resin.

また、フェノール樹脂がレゾール型フェノール樹脂であることも好ましい。この場合、レゾール型フェノール樹脂は、例えば13C−NMR分析で、オルト−オルト25〜35%、オルト−パラ60〜70%、パラ−パラ5〜10%の構造を有することが好ましい。レゾール樹脂は通常液状であるが、上記のレゾール型フェノール樹脂は軟化点の調整が容易であり、融点が70〜80℃のフェノール樹脂が容易に得られる。これにより、材料の変化が少なくなり成形時の取り扱い性が向上する。この融点が70℃未満であると、組成物が凝集しやすくなって、取り扱い性が低下するおそれがある。このようなレゾール型フェノール樹脂の含有量は熱硬化性樹脂全量に対して10〜70質量%の範囲であることが好ましい。   Moreover, it is also preferable that a phenol resin is a resol type phenol resin. In this case, the resol type phenol resin preferably has a structure of ortho-ortho 25-35%, ortho-para 60-70%, para-para 5-10%, for example, by 13C-NMR analysis. The resol resin is usually in a liquid state, but the above-mentioned resol type phenol resin can easily adjust the softening point, and a phenol resin having a melting point of 70 to 80 ° C. can be easily obtained. Thereby, the change of a material decreases and the handleability at the time of shaping | molding improves. When the melting point is less than 70 ° C., the composition tends to aggregate and the handleability may be reduced. The content of such a resol type phenol resin is preferably in the range of 10 to 70% by mass with respect to the total amount of the thermosetting resin.

また、組成物中には、必要に応じて硬化開始剤、硬化触媒、ワックス(離型剤)、カップリング剤等の添加剤を含有させることができる。このとき、組成物中には第一アミン及び第二アミンを含有させないことが好ましく、また更に第三アミンも含有させないことが好ましい。この場合、燃料ガスに混入した前記アミンによる燃料電池中の白金触媒の被毒が防止され、燃料電池が長時間使用される場合の起電力の低下が抑制される。   The composition may contain additives such as a curing initiator, a curing catalyst, a wax (release agent), and a coupling agent as necessary. At this time, it is preferable not to include a primary amine and a secondary amine in the composition, and it is preferable not to further include a tertiary amine. In this case, poisoning of the platinum catalyst in the fuel cell by the amine mixed in the fuel gas is prevented, and a decrease in electromotive force when the fuel cell is used for a long time is suppressed.

すなわち、エポキシ樹脂が使用される場合の硬化開始剤(硬化剤)は、非アミン系の化合物が好ましい。アミン系の場合は、燃料電池の触媒が被毒される恐れがある。また硬化開始剤は、酸無水物系の化合物ではないことも好ましい。酸無水物系の化合物は硫酸酸性環境下等の耐酸性の環境下で加水分解することで、燃料電池セパレータ1からの不純物の溶出が増大するおそれがある。   That is, the curing initiator (curing agent) when an epoxy resin is used is preferably a non-amine compound. In the case of amines, the fuel cell catalyst may be poisoned. It is also preferred that the curing initiator is not an acid anhydride compound. An acid anhydride-based compound may be hydrolyzed in an acid-resistant environment such as a sulfuric acid acid environment, thereby increasing the elution of impurities from the fuel cell separator 1.

上記硬化開始剤(硬化剤)としては、特にフェノール系化合物が好ましい。この場合、成形品の特性が優れたものとなる。   As the curing initiator (curing agent), a phenol compound is particularly preferable. In this case, the characteristics of the molded product are excellent.

硬化開始剤の含有量は適宜設定されるが、エポキシ樹脂に対する硬化開始剤の化学量論上の当量比が、1〜1.12となることが好ましい。   The content of the curing initiator is appropriately set, but the stoichiometric equivalent ratio of the curing initiator to the epoxy resin is preferably 1 to 1.12.

また、エポキシ樹脂と共に使用される硬化触媒(硬化促進剤)としては、特に制限されないが、組成物中に第一アミン及び第二アミンを含有させないようにするため、非アミン系の化合物が好ましい。例えば、アミン系のジアミノジフェニルメタンなどは残存物が燃料電池の触媒を被毒する恐れがあって好ましくない。また、イミダゾール類は硬化後、塩素イオンを放出しやすくなるので不純物溶出の恐れがあり好ましくない。   In addition, the curing catalyst (curing accelerator) used together with the epoxy resin is not particularly limited, but a non-amine compound is preferable in order not to contain a primary amine and a secondary amine in the composition. For example, amine-based diaminodiphenylmethane is not preferred because the residue may poison the fuel cell catalyst. In addition, imidazoles are not preferred because they easily release chlorine ions after curing, which may cause impurity elution.

エポキシ樹脂と共に使用される硬化触媒としては、好ましくはリン系化合物が用いられる。その一例としては、トリフェニルホスフィンが挙げられる。このようなリン系化合物を含有させると、成形品である燃料電池セパレータ1からの塩素イオンの溶出が抑制される。   As the curing catalyst used together with the epoxy resin, a phosphorus compound is preferably used. One example is triphenylphosphine. When such a phosphorus compound is contained, elution of chlorine ions from the fuel cell separator 1 which is a molded product is suppressed.

上記のような硬化開始剤や硬化触媒も、イオン性不純物である塩素イオンの含有量とナトリウムイオンの含有量とが、それぞれ質量比率で5ppm以下であることが好ましい。この場合、成形品である燃料電池セパレータ1からのイオン性不純物の溶出が更に抑制される。   Also in the curing initiator and the curing catalyst as described above, the content of chlorine ions, which are ionic impurities, and the content of sodium ions are each preferably 5 ppm or less by mass ratio. In this case, elution of ionic impurities from the fuel cell separator 1 which is a molded product is further suppressed.

上記硬化触媒の含有量は適宜調整されるが、好ましくはエポキシ樹脂に対して0.5〜3質量部の範囲とする。   Although content of the said curing catalyst is adjusted suitably, Preferably it is set as the range of 0.5-3 mass parts with respect to an epoxy resin.

また、組成物中にはカップリング剤を含有させることができる。このカップリング剤としては、適宜のものが用いられるが、組成物が第一アミン及び第二アミンを含有しないことが好ましいため、アミノシランではないことが好ましい。また、カップリング剤はメルカプトシランではないことも好ましい。メルカプトシランが用いられる場合も、同様に燃料電池の触媒が被毒される恐れがある。   Moreover, a coupling agent can be contained in the composition. As this coupling agent, an appropriate one is used, but it is preferable that the composition does not contain a primary amine and a secondary amine. It is also preferred that the coupling agent is not mercaptosilane. Similarly, when mercaptosilane is used, the fuel cell catalyst may be poisoned.

使用されるカップリング剤の例としては、シリコン系のシラン化合物、チタネート系、アルミニウム系等が挙げられる。例えばシリコン系のカップリング剤としては、エポキシシランが適している。   Examples of the coupling agent used include silicon-based silane compounds, titanate-based, aluminum-based and the like. For example, epoxy silane is suitable as a silicon-based coupling agent.

カップリング剤は黒鉛粒子の表面に予め噴霧等により付着させておくことが好ましい。カップリング剤の添加量は適宜設定されるが、好ましくは、カップリング剤による被覆面積の総量が、黒鉛粒子の表面積の総量に対して、0.5〜2倍の範囲となるようにする。この値が多くなると成形品表面にカップリング剤がブリードしてしまい、成形時に金型表面が汚染されるおそれがある。   The coupling agent is preferably attached to the surface of the graphite particles by spraying or the like in advance. The addition amount of the coupling agent is appropriately set, but preferably the total amount of the area covered by the coupling agent is in the range of 0.5 to 2 times the total surface area of the graphite particles. When this value increases, the coupling agent bleeds on the surface of the molded product, and the mold surface may be contaminated during molding.

また、組成物がワックス(離型剤)を含有する場合、ワックスとしては適宜のものが用いられるが、特に天然カルナバワックスが好ましい。また、ワックスの含有量は適宜設定されるが、組成物全量に対して0.1〜2.5質量%の範囲が好ましい。この含有量が1質量%未満では金型成形時に十分な離型性が得られず、また2.5質量%を超えると燃料電池セパレータ1に必要とされる水との濡れ性が十分に得られなくなる恐れがある。   When the composition contains a wax (release agent), an appropriate wax is used, and natural carnauba wax is particularly preferable. Moreover, although content of a wax is set suitably, the range of 0.1-2.5 mass% is preferable with respect to the composition whole quantity. If this content is less than 1% by mass, sufficient releasability cannot be obtained during molding, and if it exceeds 2.5% by mass, sufficient wettability with water required for the fuel cell separator 1 is obtained. There is a risk of being lost.

また、このワックスも、イオン性不純物である塩素イオンの含有量とナトリウムイオンの含有量とが、共に質量換算した値で5ppm以下であることが好ましい。   Further, this wax also preferably has a content of chlorine ions, which are ionic impurities, and a content of sodium ions of 5 ppm or less in terms of mass.

また、本発明にて調製される組成物は、この組成物で形成される成形品のTOC(total organic carbon)が100ppm以下であることが好ましい。TOCが100ppmを超えると燃料電池の特性が低下するおそれがある。   Moreover, it is preferable that the composition prepared in the present invention has a TOC (total organic carbon) of a molded article formed from the composition of 100 ppm or less. If the TOC exceeds 100 ppm, the characteristics of the fuel cell may deteriorate.

ここで、上記TOCは、比表面積20cm2/gの成形品を90℃で50時間処理した後の水溶液を用いて測定した数値である。このようなTOCは、例えばJIS K0102に準拠して株式会社島津製作所製の全有機炭素分析装置「TOC−50」などで測定される。測定方法は次の通りである。まず、サンプルを燃焼して熱分解させ、発生したCO2濃度を非分散型赤外線ガス分析法で測定して、サンプル中の全炭素(TC)を定量する。また、サンプルに酸を添加するなどして遊離させたCO2濃度を同様に測定して、TCと同様に無機炭素(IC)を定量する。この全炭素と無機炭素の差(TC−IC)から、全有機炭素(TOC)が導出される。 Here, the TOC is a numerical value measured using an aqueous solution after processing a molded product having a specific surface area of 20 cm 2 / g at 90 ° C. for 50 hours. Such TOC is measured by, for example, a total organic carbon analyzer “TOC-50” manufactured by Shimadzu Corporation based on JIS K0102. The measuring method is as follows. First, the sample is burned and thermally decomposed, and the generated CO 2 concentration is measured by a non-dispersive infrared gas analysis method to determine the total carbon (TC) in the sample. Further, the concentration of CO 2 liberated by adding an acid to the sample is measured in the same manner, and inorganic carbon (IC) is quantified in the same manner as TC. Total organic carbon (TOC) is derived from the difference between the total carbon and the inorganic carbon (TC-IC).

ここで上記TOCの低減は、例えば高純度の原材料の使用、樹脂の当量比の調整、後硬化処理の採用等により達成される。   Here, the reduction of the TOC is achieved, for example, by using a high-purity raw material, adjusting the equivalent ratio of the resin, or adopting a post-curing treatment.

また、組成物全体における、水溶性イオンである塩素イオン、ナトリウムイオンの含有量は、それぞれ組成物全量に対する質量比率で5ppm以下が好ましい。この値が5ppmを超えると成形される燃料電池セパレータ1からの不純物の溶出によって、燃料電池の特性が低下するおそれがある。   In addition, the content of chlorine ions and sodium ions, which are water-soluble ions, in the entire composition is preferably 5 ppm or less in terms of mass ratio with respect to the total amount of the composition. If this value exceeds 5 ppm, the characteristics of the fuel cell may deteriorate due to the elution of impurities from the molded fuel cell separator 1.

上記の塩素イオン、ナトリウムイオンの含有量は、組成物を成形して得られる成形品から水溶性のイオンを抽出し、これをイオンクロマトグラフ法で評価測定したものを、組成物の質量に基づいて換算することで導出される。このとき、比表面積20cm2/gの成形品を成形品10gに対してイオン交換水100mLとして、成形品をイオン交換水中に浸漬し、90℃で50時間処理することでイオン交換水中にイオンを抽出することによって、水溶性イオンの抽出が行われる。 Based on the mass of the composition, the content of the above-mentioned chlorine ions and sodium ions is obtained by extracting water-soluble ions from a molded product obtained by molding the composition and evaluating and measuring the ions by ion chromatography. It is derived by conversion. At this time, a molded product having a specific surface area of 20 cm 2 / g is made into 100 mL of ion-exchanged water with respect to 10 g of the molded product, and the molded product is immersed in ion-exchanged water and treated at 90 ° C. for 50 hours, whereby ions are ionized in the ion-exchanged water. By extracting, water-soluble ions are extracted.

燃料電池セパレータ用組成物は、適宜の手法で調製されるが、例えば上記のような各成分が適宜の手法で混合して混合物を調製し、この混合物を必要に応じて攪拌或いは混練し、或いは更に造粒し、更に必要に応じて粉砕して小径化することによって、燃料電池セパレータ用組成物が調製される。   The composition for a fuel cell separator is prepared by an appropriate technique. For example, the components described above are mixed by an appropriate technique to prepare a mixture, and the mixture is stirred or kneaded as necessary. Further, the composition for a fuel cell separator is prepared by granulating and further pulverizing to reduce the diameter as necessary.

燃料電池セパレータ用組成物の調製方法の具体的な一例について説明する。   A specific example of a method for preparing a composition for a fuel cell separator will be described.

例えば、まず組成物を構成する各成分を配合して得られる混合物を攪拌する。このとき、熱硬化性樹脂を除く成分を配合しても良い。このときこの混合物が熱硬化性樹脂を含む場合は、熱硬化性樹脂の溶融開始温度以上の温度に加熱された状態で、攪拌がなされることが好ましい。前記加熱温度は、熱硬化性樹脂の種類に応じて適宜設定されるが、加熱温度の上限は好ましくは120℃とする。また、攪拌等の時間は例えば5〜30分間とすることができる。このように熱硬化性樹脂が溶融した状態で混合物が攪拌等されることで、熱硬化性樹脂と、黒鉛粒子等の他の成分とが均一に混合される。   For example, first, a mixture obtained by blending each component constituting the composition is stirred. At this time, you may mix | blend the component except a thermosetting resin. When this mixture contains a thermosetting resin at this time, it is preferable to stir in the state heated to the temperature more than the melting start temperature of a thermosetting resin. Although the said heating temperature is suitably set according to the kind of thermosetting resin, Preferably the upper limit of heating temperature shall be 120 degreeC. Moreover, time, such as stirring, can be 5 to 30 minutes, for example. In this way, the mixture is stirred and the like while the thermosetting resin is melted, so that the thermosetting resin and other components such as graphite particles are uniformly mixed.

次いで、この混合物に、熱硬化性樹脂を溶解させる溶媒(例えばイソプロピルアルコール、メタノール等)を滴下、噴霧等により加え、更に攪拌することで、混合物を更に混合する。ここで、この段階で混合物が熱硬化性樹脂を含んでいない場合には、前記攪拌前に混合物中に熱硬化性樹脂を加える。この攪拌時間は例えば5〜30分間とする。このとき特に溶媒が噴霧により加えられると、樹脂分と黒鉛粒子とが馴染み良く混合されると共に、組成物中に大きな塊が発生することが防止され、微細な粒状の組成物が得られる。溶媒が噴霧により加えられる場合の噴射条件は、噴霧圧0.05〜0.3MPa、噴霧空気量5〜50ml/分、液圧0.05〜0.5MPaとすることが好ましい。前記溶媒の使用量は、熱硬化性樹脂を全て溶解することができるように適宜の量に調整されるが、好ましくは溶媒の使用量が、原料の全固形分に対して50質量%以下となるようにする。溶媒の使用量が過剰であると溶媒の揮散に要する時間が長くなって生産性が低下する。またこの使用量は、更に好ましくは25質量%以下とする。また、この攪拌時にも、上記と同様に熱硬化性樹脂の溶融開始温度以上の温度に加熱された状態で攪拌がなされると、更に均一な混合が可能となる。   Next, a solvent for dissolving the thermosetting resin (for example, isopropyl alcohol, methanol, etc.) is added to the mixture by dropping, spraying, and the like, and the mixture is further mixed by further stirring. Here, when the mixture does not contain the thermosetting resin at this stage, the thermosetting resin is added to the mixture before the stirring. This stirring time is, for example, 5 to 30 minutes. Particularly when the solvent is added by spraying at this time, the resin component and the graphite particles are mixed well, and a large lump is prevented from being generated in the composition, so that a fine granular composition is obtained. The spraying conditions when the solvent is added by spraying are preferably a spray pressure of 0.05 to 0.3 MPa, a spray air amount of 5 to 50 ml / min, and a fluid pressure of 0.05 to 0.5 MPa. The amount of the solvent used is adjusted to an appropriate amount so that all the thermosetting resin can be dissolved. Preferably, the amount of the solvent used is 50% by mass or less based on the total solid content of the raw material. To be. If the amount of the solvent used is excessive, the time required for volatilization of the solvent becomes long and the productivity is lowered. The amount used is more preferably 25% by mass or less. Further, even during this stirring, if stirring is performed in a state of being heated to a temperature equal to or higher than the melting start temperature of the thermosetting resin as described above, further uniform mixing is possible.

次いで、混合物を攪拌すると共に溶媒を揮散させることで、造粒が行われる。このときの攪拌時間は5〜30分間とすることが好ましい。溶媒の揮散は、混合物の加熱や、混合物の周囲の雰囲気の減圧等により行うことができる。加熱と同時に減圧がなされても良い。加熱温度は、混合物中の熱硬化性樹脂が溶解する温度以上の温度とすることができ、また減圧時の圧力は例えば0.1MPa〜0.01MPaの範囲とすることができる。このとき混合物中の溶媒が充分に揮散することが好ましく、この溶媒が残存すると成形品中に空隙が発生してしまうおそれがある。   Next, granulation is performed by stirring the mixture and volatilizing the solvent. The stirring time at this time is preferably 5 to 30 minutes. Volatilization of the solvent can be performed by heating the mixture, reducing the pressure of the atmosphere around the mixture, or the like. The pressure may be reduced simultaneously with the heating. The heating temperature can be a temperature equal to or higher than the temperature at which the thermosetting resin in the mixture is dissolved, and the pressure at the time of depressurization can be set in the range of, for example, 0.1 MPa to 0.01 MPa. At this time, it is preferable that the solvent in the mixture is sufficiently volatilized, and if this solvent remains, voids may be generated in the molded article.

上記のようにして組成物が調製されるが、この組成物は、更に整粒機等で粉砕するなどして、更に小径の粒状に形成することができる。このとき組成物を、例えば粒径500μm以下の粒状に形成すると、成形時の未充填を更に抑制することができる。   The composition is prepared as described above, and this composition can be further formed into a smaller particle size by further pulverizing with a granulator or the like. At this time, if the composition is formed into particles having a particle size of 500 μm or less, for example, unfilling during molding can be further suppressed.

上記のようにして得られる燃料電池セパレータ用組成物は、燃料電池セパレータ1の成形に供される。このときの成形法としては、射出成形や圧縮成形など、適宜の手法が採用される。燃料電池セパレータ1は例えば既述のように図1に示すような形状に形成される。   The fuel cell separator composition obtained as described above is used for molding the fuel cell separator 1. As a molding method at this time, an appropriate method such as injection molding or compression molding is employed. The fuel cell separator 1 is formed in a shape as shown in FIG. 1 as described above, for example.

このように形成される燃料電池セパレータ1は、活性炭を含有するため、吸水性が高い。このため、この燃料電池セパレータ1の表面に液体状の水が付着しても、この水は燃料電池セパレータに吸収され、燃料電池セパレータ1に液体状態の水が溜まることが抑制される。このとき、燃料電池セパレータ1の吸水性の向上は、活性炭を含有させるという簡易な手法により達成されるため、燃料電池セパレータ1の製造効率を低下させることがない。また、前記のように活性炭が用いられるため、燃料電池セパレータ1の導電性が損なわれることがなく、また強度等の他の特性の低下を引き起こすこともない。   Since the fuel cell separator 1 formed in this way contains activated carbon, it has high water absorption. For this reason, even if liquid water adheres to the surface of the fuel cell separator 1, this water is absorbed by the fuel cell separator, and liquid water is prevented from accumulating in the fuel cell separator 1. At this time, the improvement of the water absorption of the fuel cell separator 1 is achieved by a simple method of containing activated carbon, so that the production efficiency of the fuel cell separator 1 is not lowered. Moreover, since activated carbon is used as described above, the conductivity of the fuel cell separator 1 is not impaired, and other characteristics such as strength are not deteriorated.

このようにして形成された燃料電池セパレータ1は、105℃、100RHの雰囲気下に500時間曝露された場合の吸水率が1%以上であることが好ましい。この吸水率は、燃料電池セパレータ1を構成する成分に応じて活性炭の含有量が調整されることで、達成される。燃料電池セパレータ1の吸水率が前記範囲であると、燃料電池セパレータ1は充分な吸水性を発揮し、燃料電池セパレータ1に液体状態の水が溜まることが、充分に抑制される。   The fuel cell separator 1 thus formed preferably has a water absorption rate of 1% or more when exposed to an atmosphere of 105 ° C. and 100 RH for 500 hours. This water absorption is achieved by adjusting the content of activated carbon according to the components constituting the fuel cell separator 1. When the water absorption rate of the fuel cell separator 1 is within the above range, the fuel cell separator 1 exhibits sufficient water absorption, and liquid fuel can be sufficiently prevented from accumulating in the fuel cell separator 1.

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.

(実施例1〜10、比較例1〜3)
各実施例及び比較例につき、表1に示す組成の混合物を攪拌混合機(ダルトン社製「5XDMV−rr型」)に投入し、攪拌混合機を温水で90℃に加熱しながら混合物を攪拌した。次に、この混合物に溶媒(メタノール)を表1に示す分量添加した後、更に10分攪拌を続けた。次に90℃で真空ポンプを用いて減圧乾燥して混合物から溶媒を完全に除去した。更にこの混合物を整粒機で粒径500μm以下に粉砕し、燃料電池セパレータ用組成物を得た。
(Examples 1-10, Comparative Examples 1-3)
For each example and comparative example, a mixture having the composition shown in Table 1 was charged into a stirring mixer ("5XDMV-rr type" manufactured by Dalton), and the mixture was stirred while heating the stirring mixer to 90 ° C with warm water. . Next, a solvent (methanol) was added in an amount shown in Table 1 to this mixture, and stirring was further continued for 10 minutes. Next, the solvent was completely removed from the mixture by drying under reduced pressure at 90 ° C. using a vacuum pump. Further, this mixture was pulverized to a particle size of 500 μm or less with a granulator to obtain a composition for a fuel cell separator.

この組成物を温度175℃、圧力34.3MPa(350kg/cm2)、成形時間20分間の条件で圧縮成形した後、脱型して、成形品を得た。 This composition was compression molded under the conditions of a temperature of 175 ° C., a pressure of 34.3 MPa (350 kg / cm 2 ), and a molding time of 20 minutes, and then demolded to obtain a molded product.

尚、表1中における各成分の配合量は、質量部で示されている。   In addition, the compounding quantity of each component in Table 1 is shown by the mass part.

(評価)
・吸水率評価:各実施例及び比較例で得られた成形品を、105℃、100RHの雰囲気下に500時間曝露し、その前後の質量の差に基づいて吸水率を測定した。
(Evaluation)
Evaluation of water absorption rate: The molded products obtained in each Example and Comparative Example were exposed to an atmosphere of 105 ° C and 100RH for 500 hours, and the water absorption rate was measured based on the difference in mass before and after.

・体積抵抗率評価:JIS K 7194に準拠して測定した。   -Volume resistivity evaluation: It measured based on JISK7194.

・3点曲げ強度:支点間の距離を試験片の厚み(4mm)の16倍に設定して3点曲げ強度を測定した。   Three-point bending strength: The three-point bending strength was measured by setting the distance between the fulcrums to 16 times the thickness of the test piece (4 mm).

・成形性評価:各実施例及び比較例につき、同一条件で30個のサンプルを成形し、その外観を観察して未充填の有無を確認した。そして、未充填が発生したものを「不良」としてその発生数にて、不良数1以下を「○」、不良数2以上5以下を「△」、不良数6以上を「×」と評価した。   -Formability evaluation: About each Example and the comparative example, 30 samples were shape | molded on the same conditions, the external appearance was observed and the presence or absence of unfilling was confirmed. In addition, the number of defects was evaluated as “◯”, the number of defects 2 or more and 5 or less as “Δ”, and the number of defects 6 or more as “x”. .

・温水導電性:各実施例及び比較例につき、同一条件で10mm×40mm×4mmの寸法を有する各二個のサンプルを作製し、この二個のサンプルを50gのイオン交換水中に浸漬して加圧容器内で150℃で168時間保持した。次いで、処理後のイオン交換水の導電性を導電性測定器(CONDUCTIVITY METER ES−12)を用いて測定した。   -Warm water conductivity: For each example and comparative example, two samples each having dimensions of 10 mm x 40 mm x 4 mm were prepared under the same conditions, and the two samples were immersed in 50 g of ion-exchanged water and added. It was kept at 150 ° C. for 168 hours in a pressure vessel. Next, the conductivity of the ion-exchanged water after the treatment was measured using a conductivity meter (CONDUCTIVITY METER ES-12).

以上の結果を表1に示す。   The results are shown in Table 1.

これらの結果から明らかなように、活性炭を含有させた実施例1〜12では導電性等の特性を維持しつつ、高い吸水性を有する成形品が得られた。また、特に活性炭の純度が高く、且つこの活性炭の含有量が5〜10質量%の範囲である実施例1,2,4,5では、吸水性が特に高くなり、また高い導電性が維持され、更に成形性も優れていた。一方、活性炭が使用されていない比較例1,3では充分な吸水性が得られず、また、活性炭に代えて絶縁性多孔質材料であるアルミナエアロジルが使用されている比較例2では吸水性は高いものの、導電性が著しく低下した。   As is clear from these results, in Examples 1 to 12 containing activated carbon, molded articles having high water absorption were obtained while maintaining properties such as conductivity. In Examples 1, 2, 4, and 5, in which the purity of the activated carbon is particularly high and the content of the activated carbon is in the range of 5 to 10% by mass, the water absorption is particularly high and high conductivity is maintained. Furthermore, the moldability was also excellent. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 3 in which activated carbon is not used, sufficient water absorption is not obtained, and in Comparative Example 2 in which alumina aerosil which is an insulating porous material is used instead of activated carbon, water absorption is achieved. However, the conductivity was significantly reduced.

燃料電池セパレータの一例を示すものであり、(a)(b)は斜視図である。An example of a fuel cell separator is shown, (a) and (b) are perspective views.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池セパレータ   1 Fuel cell separator

Claims (2)

フェノール樹脂とエポキシ樹脂のうち少なくとも一方を含有する熱硬化性樹脂と、黒鉛粒子とを含有する燃料電池セパレータ用組成物が成形されることにより製造された燃料電池セパレータであって、
前記燃料電池セパレータ用組成物が、前記黒鉛粒子の一部として活性炭を含有し、前記活性炭以外の黒鉛粒子が、平均粒径3〜150μmの天然黒鉛であり、
前記燃料電池セパレータ全体が、前記燃料電池セパレータ用組成物から形成されたものであり、
活性炭を5〜10質量%の範囲で含有することを特徴とする燃料電池セパレータ。
A fuel cell separator produced by molding a composition for a fuel cell separator containing a thermosetting resin containing at least one of a phenol resin and an epoxy resin, and graphite particles,
The fuel cell separator composition contains activated carbon as a part of the graphite particles, and the graphite particles other than the activated carbon are natural graphite having an average particle diameter of 3 to 150 μm,
The whole fuel cell separator is formed from the fuel cell separator composition,
A fuel cell separator comprising activated carbon in a range of 5 to 10% by mass .
105℃、100RHの雰囲気下に500時間曝露された場合の吸水率が1%以上であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池セパレータ。 2. The fuel cell separator according to claim 1 , wherein the water absorption is 1% or more when exposed to an atmosphere of 105 ° C. and 100 RH for 500 hours.
JP2008052374A 2008-03-03 2008-03-03 Fuel cell separator Expired - Fee Related JP5185661B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008052374A JP5185661B2 (en) 2008-03-03 2008-03-03 Fuel cell separator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008052374A JP5185661B2 (en) 2008-03-03 2008-03-03 Fuel cell separator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009211887A JP2009211887A (en) 2009-09-17
JP5185661B2 true JP5185661B2 (en) 2013-04-17

Family

ID=41184848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008052374A Expired - Fee Related JP5185661B2 (en) 2008-03-03 2008-03-03 Fuel cell separator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5185661B2 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004079194A (en) * 2002-08-09 2004-03-11 Nisshinbo Ind Inc Process for production of fuel cell separator, and fuel cell separator
JP2005246809A (en) * 2004-03-04 2005-09-15 Shin Etsu Polymer Co Ltd Mold and separator for fuel cell
JP4692188B2 (en) * 2005-02-23 2011-06-01 パナソニック電工株式会社 Fuel cell separator and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009211887A (en) 2009-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5249610B2 (en) Manufacturing method of fuel cell separator
JP5249609B2 (en) Fuel cell separator and manufacturing method thereof
JP4797317B2 (en) Method for producing separator for polymer electrolyte fuel cell, and separator for polymer electrolyte fuel cell
JP5391005B2 (en) Manufacturing method of fuel cell separator and fuel cell separator
JPH11354138A (en) Ribbed fuel-cell separator, its manufacture, and fuel cell
JP4965832B2 (en) Manufacturing method of fuel cell separator and fuel cell separator
JP4281471B2 (en) Resin composition for molding fuel cell separator and separator for fuel cell
JP5033269B2 (en) Composition for molding fuel cell separator, fuel cell separator, method for producing fuel cell separator, and fuel cell
JP5879553B2 (en) Method for manufacturing fuel cell separator, method for manufacturing fuel cell separator with gasket, and method for manufacturing fuel cell
JP2008016307A (en) Fuel cell separator
JP5185661B2 (en) Fuel cell separator
KR20100020050A (en) Mixture for manufacturing self-healing fuel cell bipolar plate and fuel cell bipolar plate
JP5624298B2 (en) Manufacturing method of fuel cell separator and fuel cell separator
JP2005339953A (en) Prepreg for fuel cell, separator for fuel cell consisting of this prepreg and manufacturing method for it
JP2006040728A (en) Carbon composite material for molding fuel cell separator and fuel cell separator
JP2005071886A (en) Manufacturing method for separator-molding resin composition for fuel cell
JP4915637B2 (en) Composition for molding fuel cell separator and fuel cell separator
JP5845458B2 (en) Manufacturing method of fuel cell separator
JP2005339954A (en) Prepreg for fuel cell, separator for fuel cell consisting of this prepreg, and manufacturing method for it
JP2005071888A (en) Manufacturing method for separator-molding resin composition for fuel cell
JP4989880B2 (en) Fuel cell separator, resin composition therefor and method for producing the same
JP5000853B2 (en) Method for producing fuel cell separator material, fuel cell separator and fuel cell
JP4678170B2 (en) Fuel cell separator
JP6132247B2 (en) Manufacturing method of fuel cell separator with gasket
JP5979529B2 (en) Manufacturing method of fuel cell separator

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20100811

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100826

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20120112

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121002

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121203

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: 20121225

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130118

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5185661

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160125

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees