JP5543322B2 - 固体燃料電池用集電体基材 - Google Patents
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Description
このような要望に応えるものとして、例えば、特許文献1にガラス繊維にアクリル樹脂及び/又は酢酸ビニル樹脂を含むバインダを付着せしめたガラス不織布(ガラス繊維ペーパー)からなる基材が提案されている。また、特許文献2にはガラスクロス等の網目内部に炭素繊維や炭素微粒子を入り込ませて複合化してなる基材が提案されている。
しかしながら、前記特許文献1に記載のものは、基材に導電体を付与するために導電ペーストを含浸し、300〜360℃で焼成して、導電ペーストに含ませたPTFE等のバインダを硬化させてガス拡散電極を作製しているが、この導電体ペーストの焼成時に、基材のガラス繊維ペーパーのバインダであるアクリル樹脂や酢酸ビニル樹脂は焼成温度域での耐熱性が乏しく、分解、燃焼して消失してしまい、柔軟性が悪くなり、脆くなるという問題があった。
また、前記特許文献2に記載のものは、ガラスクロスを構成するガラス繊維の繊維径が4〜20μmと太いために基材表面の凹凸が大きいという問題があった。
また、請求項2記載の固体燃料電池用集電体基材は、請求項1記載の固体燃料電池用集電体用基材において、前記極細ガラス繊維が35〜50wt%、前記耐熱性有機繊維が20〜40wt%、前記熱接着性有機繊維が15〜45wt%からなることを特徴とする。
また、請求項3記載の固体燃料電池用集電体基材は、請求項2記載の固体燃料電池用集電体基材において、前記極細ガラス繊維が40〜50wt%、前記耐熱性有機繊維が25〜35wt%、前記熱接着性有機繊維が20〜40wt%からなることを特徴とする。
また、請求項4記載の固体燃料電池用集電体基材は、請求項3記載の固体燃料電池用集電体基材において、前記極細ガラス繊維の平均繊維径が0.1〜1μmであることを特徴とする。
また、請求項5記載の固体燃料電池用集電体基材は、請求項1乃至4の何れかに記載の固体燃料電池用集電体用基材において、前記耐熱性有機繊維がアラミド繊維であることを特徴とする。
また、請求項6記載の固体燃料電池用集電体基材は、請求項1乃至5の何れかに記載の固体燃料電池用集電体用基材において、前記熱接着性有機繊維がPET繊維であることを特徴とする。
また、請求項7記載の固体燃料電池用集電体基材は、請求項1乃至6の何れかに記載の固体燃料電池用集電体用基材において、更に、セルロース繊維を5〜15wt%含ませてなることを特徴とする。
また、請求項8記載の固体燃料電池用集電体基材は、請求項1乃至7の何れかに記載の固体燃料電池用集電体基材において、更に、シリカフレークを5〜15wt%含ませてなることを特徴とする。
また、極細ガラス繊維の他に、柔軟性の高い耐熱性有機繊維(アラミド繊維など)を10〜50wt%含むため、導電体含浸処理後の焼成に耐え、繊維が残るため、集電体の柔軟性を残すことができる。
また、熱接着性有機繊維(PET繊維、PP繊維など)を10〜50wt%含むため、水に濡れても強度が低下せず、導電体含浸処理時の作業強度が高まり、加工性がよい。また、従来のアクリル樹脂や酢酸ビニル樹脂バインダは膜を張っているが、繊維状バインダならば、膜を張らないので、導電ペーストの含浸性がよい。
また、前記ガラス繊維の配合量は、30wt%未満であると補強材(抄紙)の収縮が発生し、また、60wt%を超えると引張強度不足で脆くなるので、30〜60wt%、好ましくは、35〜50wt%、より好ましくは、40〜50wt%の配合量とする。
引張強度を高くすることおよび容易に入手できることから繊維径は1〜10μmが好ましい。水に分散し再凝集しにくいことから、繊維長は3〜5mmが好ましい。
尚、種類が多く生産量も多く比較的安価に入手しやすいことからポリエステルの中でもポリエチレンテレフタレート繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維が好ましい。
また、前記熱接着性有機繊維の配合量は、10wt%未満であると、湿潤時の引張強度が不足し、また、50wt%を超えると焼成時に収縮が発生するので、10〜50wt%、好ましくは15〜45wt%、より好ましくは20〜40wt%の配合量とする。
また、接着点を増やすため、より細い繊維が入手できることから、耐熱性有機繊維としてはより細いものを使用するのが好ましい。また、接着力が高くなり、補強材の引張強度が上がることから、耐熱性有機繊維と熱接着性繊維は同材質系のもの同士を使用するとよい。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.6μmのCガラス短繊維(日本板硝子社製CMLF306)45wt%と、耐熱性有機繊維として繊度2.2dtex(平均繊維径20μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)15wt%と、0.2μm径のフィブリル状アラミド繊維(ダイセル化学工業社製ティアラ)10wt%と、熱接着性繊維として繊度1.1dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(ユニチカ社製キャスベン、融着温度160℃)30wt%とを水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて3MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量19.1g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、水に濡らした時の引張強度(以下、「湿潤引張強度」とする。)、水に濡らした時の伸び(以下、「湿潤引張伸び」とする。)、360℃焼成後の引張強度(以下、「耐熱引張強度」とする。)、360℃焼成後の引張伸び(以下、「耐熱引張伸び」とする。)を測定したところ、引張強度11.3N/25mm幅、引張伸び2.0%、湿潤引張強度6.7N/25mm幅、湿潤引張伸び1.3%、耐熱引張強度8.8N/25mm幅、耐熱引張伸び1.4%の結果が得られた。
上記測定結果から明らかな通り、乾紙時の強度が高く、濡れた時の強度、360℃加熱時の強度と柔軟性が乾紙時から5割以上に維持され、集電体(ガス拡散電極)への加工性に優れ、導電体坦持後の柔軟性に優れるものであった。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.4μmのガラス繊維(ジョーンズマンビル社製#102)45wt%と、耐熱性有機繊維として繊度0.9dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)20wt%と、カナディアン濾水度50mlのパルプ状アラミド繊維(帝人社製トワロン)10wt%と、熱接着性繊維として繊度0.5dtex(平均繊維径7μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(帝人社製テピルス、融着温度150℃)25wt%を水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて3MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量19.1g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度10.9N/25mm幅、引張伸び1.9%、湿潤引張強度6.4N/25mm幅、湿潤引張伸び1.2%、耐熱引張強度6.8N/25mm幅、耐熱引張伸び1.0%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.6μmのCガラス短繊維(日本板硝子社製CMLF306)60wt%と、耐熱性有機繊維として繊度0.9dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)10wt%と、熱接着性繊維として繊度0.5dtex(平均繊維径7μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(帝人社製テピルス、融着温度150℃)20wt%と、乾紙の強度向上および紙形成材として、フィブリル状セルロース繊維(ダイセル化学工業社製セリッシュ)15wt%と、を水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて2MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量19.5g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度11.9N/25mm幅、引張伸び1.2%、湿潤引張強度5.9N/25mm幅、湿潤引張伸び1.3%、耐熱引張強度5.8N/25mm幅、耐熱引張伸び1.1%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.6μmのCガラス短繊維(日本板硝子社製CMLF306)30wt%と、耐熱性有機繊維として繊度0.9dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)50wt%と、熱接着性繊維として繊度0.5dtex(平均繊維径7μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(帝人社製テピルス、融着温度150℃)15wt%と、乾紙の強度向上および焼成後の強度向上として、シリカフレーク(AGCエスアイテック社製サンラブリーLFS)5wt%とを水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて5MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量18.7g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度9.6N/25mm幅、引張伸び1.2%、湿潤引張強度5.5N/25mm幅、湿潤引張伸び1.4%、耐熱引張強度8.2N/25mm幅、耐熱引張伸び3.1%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.6μmのCガラス短繊維(日本板硝子社製CMLF306)35wt%と、耐熱性有機繊維として繊度0.9dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)40wt%と、熱接着性繊維として繊度0.5dtex(平均繊維径7μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(帝人社製テピルス、融着温度150℃)10wt%と、乾紙の強度向上および焼成後の強度向上として、シリカフレーク(AGCエスアイテック社製サンラブリーLFS)5wt%と、乾紙の強度向上および紙形成材として、フィブリル状セルロース繊維(ダイセル化学工業社製セリッシュ)10wt%を水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて3MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量19.6g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度12.2N/25mm幅、引張伸び1.3%、湿潤引張強度5.0N/25mm幅、湿潤引張伸び1.1%、耐熱引張強度7.7N/25mm幅、耐熱引張伸び1.9%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.3μmのCガラス短繊維(ジョーンズマンビル社製#100)30wt%と、耐熱性有機繊維として繊度0.9dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)10wt%と、熱接着性繊維として繊度1.1dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(ユニチカ社製キャスベン、融着温度160℃)50wt%と、乾紙の強度向上および焼成後の強度向上として、シリカフレーク(AGCエスアイテック社製サンラブリーLFS)10wt%と、を水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて5MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量18.3g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度10.5N/25mm幅、引張伸び2.5%、湿潤引張強度9.3N/25mm幅、湿潤引張伸び4.3%、耐熱引張強度6.0N/25mm幅、耐熱引張伸び1.2%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.6μmのCガラス短繊維(日本板硝子社製CMLF306)60wt%と、耐熱性有機繊維として繊度2.2dtex(平均繊維径20μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)10wt%と、0.2μm径のフィブリル状アラミド繊維(ダイセル化学工業製ティアラ)5wt%と、熱接着性繊維として繊度0.5dtex(平均繊維径7μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(帝人社製テピルス、融着温度150℃)20wt%と、フィブリル状セルロース繊維(ダイセル化学工業社製セリッシュ)5wt%を水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて3MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量19.8g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度9.3N/25mm幅、引張伸び1.4%、湿潤引張強度5.6N/25mm幅、湿潤引張伸び1.2%、耐熱引張強度6.7N/25mm幅、耐熱引張伸び1.1%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.6μmのCガラス短繊維(日本板硝子社製CMLF306)60wt%と、耐熱性有機繊維として繊度0.9dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)10wt%と、0.2μm径のフィブリル状アラミド繊維(ダイセル化学工業社製ティアラ)5wt%と、熱接着性繊維として繊度1.1dtex(平均繊維径10μ)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(帝人社製テピルス、融着温度150℃)30wt%と、極細有機繊維繊維として繊度0.11dtex(平均繊維径10μ)、繊維長3mmのポリエステル繊維(帝人社製テピルス)10wt%とを水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて4MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量19.5g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度11.1N/25mm幅、引張伸び2.4%、湿潤引張強度7.9N/25mm幅、湿潤引張伸び3.2%、耐熱引張強度6.3N/25mm幅、耐熱引張伸び1.1%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.6μmのCガラス短繊維(日本板硝子社製CMLF306)50wt%と、耐熱性有機繊維として繊度0.9dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)25wt%と、熱接着性繊維として繊度1.1dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(ユニチカ社製キャスベン、融着温度160℃)25wt%とを水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて3MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量19.3g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度9.8N/25mm幅、引張伸び1.6%、湿潤引張強度6.2N/25mm幅、湿潤引張伸び1.2%、耐熱引張強度6.3N/25mm幅、耐熱引張伸び1.1%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.4μmのガラス繊維(ジョーンズマンビル社製#102)40wt%と、耐熱性有機繊維として繊度2.2dtex(平均繊維径20μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)30wt%と、熱接着性繊維として繊度1.1dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(ユニチカ社製キャスベン、融着温度160℃)25wt%と、乾紙の強度向上および焼成後の強度向上として、平均粒径0.5μmのシリカフレーク5wt%とを水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて3MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量18.4g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度10.4N/25mm幅、引張伸び1.3%、湿潤引張強度6.3N/25mm幅、湿潤引張伸び1.3%、耐熱引張強度7.2N/25mm幅、耐熱引張伸び1.0%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.4μmのガラス繊維(ジョーンズマンビル社製#102)40wt%と、耐熱性有機繊維として繊度0.9dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)20wt%と、熱接着性繊維として繊度1.1dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(ユニチカ社製キャスベン、融着温度160℃)35wt%と、乾紙の強度向上および紙形成材として、フィブリル状セルロース繊維(ダイセル化学工業社製セリッシュ)5wt%とを水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて3MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量18.9g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度10.7N/25mm幅、引張伸び1.8%、湿潤引張強度7.8N/25mm幅、湿潤引張伸び1.8%、耐熱引張強度7.9N/25mm幅、耐熱引張伸び1.1%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.3μmのCガラス短繊維(ジョーンズマンビル社製#100)35wt%と、耐熱性有機繊維として繊度0.9dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)20wt%と、熱接着性繊維として繊度2.2dtex(平均繊維径14μm)繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維45wt%を水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて3MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量17.8g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度10.2N/25mm幅、引張伸び2.4%、湿潤引張強度8.4N/25mm幅、湿潤引張伸び3.6%、耐熱引張強度6.8N/25mm幅、耐熱引張伸び1.3%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.6μmのCガラス短繊維(日本板硝子社製CMLF306)45wt%と、耐熱性有機繊維として繊度0.9dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)20wt%と熱接着性繊維として繊度1.1dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(ユニチカ社製キャスベン、融着温度160℃)40wt%と、乾紙の強度向上および焼成後の強度向上として、平均粒径0.5μmのシリカフレーク5wt%とを水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて3MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量18.1g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度11.0N/25mm幅、引張伸び2.1%、湿潤引張強度7.4N/25mm幅、湿潤引張伸び2.8%、耐熱引張強度7.0N/25mm幅、耐熱引張伸び1.1%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.1μmのCガラス短繊維50wt%と、耐熱性有機繊維として平均繊維径0.1μm、繊維長5mmのアラミド繊維10wt%と、熱接着性繊維として繊度0.01dtex(平均繊維径1μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維40wt%とを水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて3MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量17.4g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度8.9N/25mm幅、引張伸び2.3%、湿潤引張強度7.7N/25mm幅、湿潤引張伸び3.1%、耐熱引張強度5.9N/25mm幅、耐熱引張伸び1.2%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径3.0μmのCガラス短繊維40wt%と、耐熱性有機繊維として繊度3.3dtex(平均繊維径30μm)、繊維長5mmのアラミド繊維40wt%と、熱接着性繊維として繊度4.0dtex(平均繊維径20μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維20wt%とを水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて3MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量17.1g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度8.1N/25mm幅、引張伸び1.4%、湿潤引張強度6.7N/25mm幅、湿潤引張伸び1.6%、耐熱引張強度9.1N/25mm幅、耐熱引張伸び2.3%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.1μmのガラス繊維40wt%と、耐熱性有機繊維として繊度0.9dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)25wt%と、熱接着性繊維として繊度1.1dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(ユニチカ社製キャスベン、融着温度160℃)35wt%とを水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて3MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量17.3g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度8.3N/25mm幅、引張伸び1.7%、湿潤引張強度7.5N/25mm幅、湿潤引張伸び2.0%、耐熱引張強度7.9N/25mm幅、耐熱引張伸び1.8%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径1.0μmのCガラス短繊維50wt%と、耐熱性有機繊維として0.2μm径のフィブリル状アラミド繊維(ダイセル化学工業社製ティアラ)30wt%と、熱接着性繊維として繊度0.5dtex(平均繊維径7μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(帝人社製テピルス、融着温度150℃)20wt%とを水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて3MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量18.4g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、水に濡らした時の引張強度(以下、「湿潤引張強度」とする。)、水に濡らした時の伸び(以下、「湿潤引張伸び」とする。)、360℃焼成後の引張強度(以下、「耐熱引張強度」とする。)、360℃焼成後の引張伸び(以下、「耐熱引張伸び」とする。)を測定したところ、引張強度8.6N/25mm幅、引張伸び1.4%、湿潤引張強度6.2N/25mm幅、湿潤引張伸び1.2%、耐熱引張強度6.9N/25mm幅、耐熱引張伸び1.9%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.4μmのCガラス短繊維(ジョーンズマンビル社製#104)29wt%と、耐熱性有機繊維として繊度0.9dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)40wt%と、熱接着性繊維として繊度1.1dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(ユニチカ社製キャスベン、融着温度160℃)31wt%とを水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて5MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量14.4g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度6.2N/25mm幅、引張伸び2.1%、湿潤引張強度4.8N/25mm幅、湿潤引張伸び0.8%、耐熱引張強度5.1N/25mm幅、耐熱引張伸び2.0%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.6μmのCガラス短繊維(ジョーンズマンビル社製#106)61wt%と、耐熱性有機繊維として繊度0.9dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)20wt%と、熱接着性繊維として繊度1.1dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(ユニチカ社製キャスベン、融着温度160℃)19wt%とを水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて3MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量15.9g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度5.5N/25mm幅、引張伸び1.2%、湿潤引張強度4.0N/25mm幅、湿潤引張伸び1.1%、耐熱引張強度4.2N/25mm幅、耐熱引張伸び1.1%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.6μmのCガラス短繊維(日本板硝子社製CMLF306)60wt%と、耐熱性有機繊維として0.2μm径のフィブリル状アラミド繊維(ダイセル化学工業製ティアラ)9wt%と、熱接着性繊維として繊度2.2dtex(平均繊維径14μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(ユニチカ社製キャスベン、融着温度160℃)31wt%とを水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて3MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量16.0g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度5.9N/25mm幅、引張伸び1.8%、湿潤引張強度4.6N/25mm幅、湿潤引張伸び0.7%、耐熱引張強度2.8N/25mm幅、耐熱引張伸び0.7%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.3μmのCガラス短繊維(ジョーンズマンビル社製#100)30wt%と、耐熱性有機繊維として繊度2.2dtex(平均繊維径20μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)51wt%と、熱接着性繊維として繊度1.1dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(ユニチカ社製キャスベン、融着温度160℃)19wt%とを水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて5MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量15.6g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度4.9N/25mm幅、引張伸び1.0%、湿潤引張強度3.7N/25mm幅、湿潤引張伸び1.0%、耐熱引張強度7.7N/25mm幅、耐熱引張伸び2.6%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.6μmのCガラス短繊維(日本板硝子社製CMLF306)50wt%と、耐熱性有機繊維として繊度2.2dtex(平均繊維径20μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)41wt%と、熱接着性繊維として繊度0.5dtex(平均繊維径7μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(ユニチカ社製キャスベン、融着温度160℃)9wt%とを水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて3MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量16.8g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度5.0N/25mm幅、引張伸び0.8%、湿潤引張強度3.4N/25mm幅、湿潤引張伸び0.9%、耐熱引張強度7.1N/25mm幅、耐熱引張伸び2.2%の結果が得られた。
極細ガラス繊維として平均繊維径0.3μmのCガラス短繊維(ジョーンズマンビル社製#100)39wt%と、耐熱性有機繊維として繊度0.9dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmのアラミド繊維(帝人社製コーネックス)10wt%と、熱接着性繊維として繊度1.1dtex(平均繊維径10μm)、繊維長5mmの芯鞘型PET−PET繊維(ユニチカ社製キャスベン、融着温度160℃)51wt%とを水中で分散・混合し、更に高分子凝集剤を適量添加して、手抄き用角型シートマシンにて湿式抄造し、プレス機にて5MPaの圧力を掛けた後、110℃にて乾燥し、200℃にて3分間加熱処理して、坪量13.1g/m2、厚さ0.1mmの無機・有機繊維シートの基材を得た。
得られた固体電解質膜補強材の、引張強度、引張伸び、湿潤引張強度、湿潤引張伸び、耐熱引張強度、耐熱引張伸びを測定したところ、引張強度4.4N/25mm幅、引張伸び7.9%、湿潤引張強度4.2N/25mm幅、湿潤引張伸び6.7%、耐熱引張強度3.7N/25mm幅、耐熱引張伸び0.9%の結果が得られた。
引張強度および引張伸びの測定はJIS P8113「紙及び板紙−引張特性の試験方法−第2部:定速伸張法」に準拠し、湿潤引張強度および湿潤引張伸びの測定はJIS P8135「紙及び板紙−湿潤引張強さ試験方法」に準拠し、耐熱引張強度および耐熱引張伸びの測定は、370℃で30分加熱後、室温にて、JIS P8113「紙及び板紙−引張特性の試験方法−第2部:定速伸張法」に準拠して行った。詳細は次の通りである。
引張強度:等速度引張試験機により常温での引張強度を測定した。サンプル寸法は25mm幅×100mm長、測定条件は、引張速度10mm/分、チャック間距離50mmとして行った。
引張伸び:前記引張強度の測定時に、サンプルが破断した時の距離を測定し、その破断時の距離からチャック間を引いた値をチャック間で割り、100を掛けて、引張伸びとした。
湿潤引張強度:引張強度と同様に常温にて測定した。ただし、測定用サンプルは水に30秒間浸して濡らしてから、市販のワイパー(ふき取り紙)であるキムタオルの上に置いて水切りをした後に測定した。
湿潤引張伸び:前記湿潤引張強度の測定時に、サンプルが破断した時の距離を測定し、その破断時の距離からチャック間を引いた値をチャック間で割り、100を掛けて、湿潤引張伸びとした。
耐熱引張強度:寸法25mm幅×100mm長のサンプルを370℃、30分で加熱した後、等速度引張試験機により常温での引張強度を測定した。サンプル寸法は25mm幅×100mm長、測定条件は、引張速度10mm/分、チャック間距離50mmとして行った。
耐熱引張伸び:前記耐熱引張強度の測定時に、サンプルが破断した時の距離を測定し、その破断時の距離からチャック間を引いた値をチャック間で割り、100を掛けて、引張伸びとした。
Claims (8)
- ガラス繊維と有機繊維とからなる固体燃料電池用集電体基材であって、前記ガラス繊維として極細ガラス繊維が30〜60wt%、前記有機繊維として耐熱性有機繊維が10〜50wt%、熱接着性有機繊維が10〜50wt%からなり、
前記極細ガラス繊維の繊維径が0.1〜3μm、前記耐熱性有機繊維の平均繊維径が0.1〜30μm、前記熱接着性有機繊維の平均繊維径が1〜20μmであり、
前記耐熱性有機繊維は、アラミド繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維、ポリイミド繊維から選択され、
前記熱接着性有機繊維は、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンから選択されることを特徴とする固体燃料電池用集電体基材。 - 前記極細ガラス繊維が35〜50wt%、前記耐熱性有機繊維が20〜40wt%、前記熱接着性有機繊維が15〜45wt%からなることを特徴とする請求項1記載の固体燃料電池用集電体基材。
- 前記極細ガラス繊維が40〜50wt%、前記耐熱性有機繊維が25〜35wt%、前記熱接着性有機繊維が20〜40wt%からなることを特徴とする請求項2記載の固体燃料電池用集電体基材。
- 前記極細ガラス繊維の平均繊維径が0.1〜1μmであることを特徴とする請求項3記載の固体燃料電池用集電体基材。
- 前記耐熱性有機繊維がアラミド繊維であることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の固体燃料電池用集電体基材。
- 前記熱接着性有機繊維がPET繊維であることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の固体燃料電池用集電体基材。
- 更に、セルロース繊維を5〜15wt%含ませてなることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の固体燃料電池用集電体基材。
- 更に、シリカフレークを5〜15wt%含ませてなることを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の固体燃料電池用集電体基材。
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