JP5601518B2 - 燃料電池用セパレータの製造方法 - Google Patents
燃料電池用セパレータの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5601518B2 JP5601518B2 JP2010234339A JP2010234339A JP5601518B2 JP 5601518 B2 JP5601518 B2 JP 5601518B2 JP 2010234339 A JP2010234339 A JP 2010234339A JP 2010234339 A JP2010234339 A JP 2010234339A JP 5601518 B2 JP5601518 B2 JP 5601518B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- separator
- fuel cell
- resin
- carbonaceous powder
- green sheet
- 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
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
すなわち、セパレータ2、2は、通常、炭素質粉末と樹脂結合材を混合してなる組成物を成形し、硬化することにより形成されてなるものであるが、その表面には樹脂のスキン層が形成されており、このスキン層の存在により隣り合うセパレータ2、2間の接触抵抗が増大し、内部抵抗が上昇することにより、十分な発電性能が得られないことが判明した。
(1)燃料電池用セパレータを製造する方法であって、
炭素質粉末および樹脂結合材を含む組成物をセパレータ形状に成形して予備成形体を作製する工程と、
得られた予備成形体の少なくとも冷却水流路用の溝が設けられた側の主表面を、表面平均粗さRaが0.10〜1.00μm、十点平均粗さRzが10.00μm未満となるようにウェットブラスト処理する工程と
を有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法、
(2)前記ウェットブラスト処理に用いる研磨材の算術平均粒子径が6〜30μmである上記(1)に記載の燃料電池用セパレータの製造方法、
(3)前記炭素質粉末が粒子径1〜30μmの粒子を30〜90質量%含むものである上記(1)または(2)に記載の燃料電池用セパレータの製造方法、
(4)前記炭素質粉末、樹脂結合材を含む組成物をセパレータ形状に成形して予備成形体を作製する工程が、
炭素質粉末および樹脂結合材とともに、さらに分散剤および有機溶剤を含むスラリー状の組成物を作製した後、該スラリー状の組成物をドクターブレード法によりグリーンシート化し、得られたグリーンシートを積層してセパレータ形状に熱圧成形する工程である
上記(1)〜(3)のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法、および
(5)得られる燃料電池用セパレータが、冷却水流通用の流路が設けられた側の主表面を対面させつつ燃料電池用セパレータ同士を接触させたときに、接触抵抗が2〜10mΩ・cm2であるものである上記(1)〜(4)のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法
を提供するものである。
炭素質粉末および樹脂結合材を含む組成物をセパレータ形状に成形して予備成形体を作製する工程と、
得られた予備成形体の少なくとも冷却水流路用の溝が設けられた側の主表面を、表面平均粗さRaが0.10〜1.00μm、十点平均粗さRzが10.00μm未満となるようにウェットブラスト処理する工程と
を有することを特徴とするものである。
本工程は、炭素質粉末および樹脂結合材とともにさらに分散剤および有機溶剤を含むスラリー状の組成物を作製した後、該スラリー状の組成物をドクターブレード法によりグリーンシート化し、得られたグリーンシートを積層してセパレータ形状に熱圧成形する工程であることが好ましい。
本工程のさらに具体的な態様としては、熱硬化性樹脂結合材と分散剤を、必要に応じてフェノール樹脂硬化剤や硬化促進剤とともに有機溶剤に溶解してバインダー樹脂液を作製する工程(バインダー樹脂液作製工程)と、該バインダー樹脂液に炭素質粉末を分散させてスラリー状の組成物を作製する工程(スラリー状組成物作製工程)と、該スラリー状の組成物をフィルム上に塗布し、乾燥した後、離型してグリーンシートを作製する工程(グリーンシート作製工程)と、得られたグリーンシートを成形型内に積層、充填して熱圧成形する工程(熱圧成形工程)とを施す方法を挙げることができる。
以下、本発明における予備成形体を作製する工程の内容について、具体的態様に基づいて詳述するものとする。
バインダー樹脂液は、熱硬化性樹脂結合材と後述する炭素質粉末を分散し得る量の分散剤とを、必要に応じフェノール樹脂硬化剤や硬化促進剤とともに攪拌、混合し、所望の質量比で適宜な有機溶剤に攪拌、溶解することにより作製することができる。
(ただし、Gはグリシジル基、Oは酸素原子、Rは炭素数が2〜10のアルキレン基、kは1以上の整数であり、kが2以上の整数である場合、複数のRは同一であっても異なっていてもよい。)
本発明においては、樹脂結合材として、2官能脂肪族アルコールエーテル型エポキシ樹脂、多官能フェノール型エポキシ樹脂、2官能脂肪族アルコールエーテル型エポキシ樹脂と多官能フェノール型エポキシ樹脂とを組み合わせてなる混合樹脂を採用することにより、破断歪みが改善され、割れにくくなり、振動等に対する耐久性が著しく向上することとなる。
熱硬化性樹脂結合材の量が少ないと得られるセパレータの強度が低下し易くなるが、逆に熱硬化性樹脂結合材量が多くなると電気抵抗が高くなり易い。
分散剤は、後述する炭素質粉末100質量部に対して0.1〜5質量部加えることが好ましい。分散剤の使用量が、炭素質粉末100質量部に対して0.1質量部より少なくなると、炭素質粉末が分散せずにすぐに沈降してしまう。また、同添加量が炭素質粉末100質量部に対して5質量部より多くなると、樹脂特性を低下させ、結果的にセパレータの機械的特性の悪化(強度低下)を招くばかりか、耐薬品性、特に硫酸酸性液中における特性劣化を招くことになる。
上記(1)工程で得たバインダー樹脂液と、炭素質粉末とを混合して、炭素質粉末が分散したスラリー状の組成物を作製する。
上記(2)工程で調製したスラリー状の組成物を、ドクターブレード法によりポリエステルなどのフィルム上に塗布する。この際、ドクターブレードとフィルム間のギャップを好適には0.2〜0.8mm程度に調整した後、ドクターブレードのスラリーホッパーにスターラーでよく攪拌したスラリーを流し込み、好ましくは離型剤を塗布したフィルム上に均等な厚みに塗布する。
上記(3)工程で得たグリーンシートを、得ようとするセパレータの厚さに応じて適宜複数枚積層した上で熱圧成形することにより、セパレータ形状を有する予備成形体を作製することができる。
上記のように、得られるセパレータの立体形状を考慮しつつ積層するグリーンシートの形状を適宜選択することにより、薄くても厚さバラツキが小さく、かつ高度のガス不透過性を確保したセパレータを得ることができる。
グリーンシートとして、図2に示すように、平板状のグリーンシートaと内部をくり抜いたグリーンシートbとを使用する場合、平板状のグリーンシートaを1〜3枚、内部をくり抜いたグリーンシートbを1〜3枚積層し、熱圧成形することが好ましい。
セパレータ形状を有する予備成形体の厚さは、0.05〜0.5mmであることが適当であり、0.075〜0.4mmであることがより適当であり、0.1〜0.3mmであることがさらに適当である。
本発明において、セパレータ形状を有する予備成形体が、図3に示すような断面形状を有するものである場合、図3にtで示す厚さが予備成形体の厚さに相当するものとする。
研磨材の平均粒子径が6μm未満であると、予備成形体表面のスキン層を除去時間が増えるため加工効率が悪く、平均粒子径が30μm超であると、表面が荒れやすくなり、表面平均粗さRaが1.00μm超となり易くなる。
なお、本出願書類において、研磨材の平均粒子径は、レーザー光散乱回折法粒度測定機を用いて測定したときの、平均粒子径D50(体積積算粒度分布における積算粒度で50%の粒径)を意味する。
上記研磨材を含むスラリー中の研磨材の濃度は、5〜25体積%であることが好ましく、7.5〜22.5体積%であることがより好ましく、10〜20体積%であることがさらに好ましい。
圧縮エアーの圧力が上記範囲内にあることにより、研磨材を含むスラリーを均一に霧化して、予備成形体の表面を均一に処理することができる。
上記表面平均粗さRaが、0.10〜1.00μmとなるように処理することが好ましく、0.10〜0.90μmとなるように処理することがより好ましい。
また、上記十点平均粗さRzが、1〜10μmとなるように処理することが好ましく、1〜9μmとなるように処理することがより好ましい。
また、上記十点平均粗さRzが10.00μm未満となるようにウェットブラスト処理することにより、燃料電池に組み込んだ際に、対向するセパレータ主表面の外周部(縁部)において、特段のマスキングを行わなくても、シール性を損うことなく接触抵抗を低減することができる。
本出願書類において、上記接触抵抗は、図4に示すように、ウェットブラスト処理した主表面同士を対向させつつ接触させたセパレータ2、2の接触面とは反対側の主表面上にそれぞれ銅箔からなる電極5、5を配置した後、得られた積層物に1MPaの面圧を加えた状態で1Aの電流を通電し、4端子法により電圧を測定したときの電圧降下を求め、下記式により算出したときの値を意味する。
接触抵抗=(電圧降下/接触面積)/電流
(1)バインダー樹脂液の作製工程
熱硬化性樹脂結合材であるエポキシ樹脂(多官能フェノール型エポキシ樹脂、DIC(株)製、EPICLON N−680、軟化点85℃)、硬化剤であるノボラック型フェノール樹脂(明和化成(株)製、H−1、軟化点85℃)、硬化促進剤である2−エチル−4−メチルイミダゾールとを、これ等の合計量が(樹脂成分合計量が)後述する炭素質粉末である黒鉛粉末80質量部に対して20質量部となるように溶剤であるメチルエチルケトン(MEK)中で混合して樹脂溶液を得た。
上記混合樹脂の作製に当たっては、多官能フェノール型エポキシ樹脂66質量部に対し、硬化剤33質量部と、硬化促進剤1質量部となるように配合し、また、MEKは後述する炭素質粉末である黒鉛粉末100質量部に対して110質量部となるように配合した。
上記樹脂溶液に対し、分散剤である陰イオン界面活性剤(ポリカルボン酸型ポリマー、花王社製ホモゲノールL−18)を後述する黒鉛粉末100質量部に対して1質量部の割合になるように添加してバインダー樹脂液を得た。
得られたバインダー樹脂液を構成する熱硬化性樹脂結合材の硬化温度は120℃とみなすことができる。
(1)工程で得たバインダー樹脂液の所望量に、粒子径1〜30μmの粒子を60質量%含み、最大粒子径150μmに粒度調整した鱗片状天然黒鉛粉末を所望量投入して、適宜メチルエチルケトン(MEK)を添加しつつ、撹拌機により十分に混練して粘度を200mPa・sに調整した後、遠心法により巻き込んだ空気を脱気することにより、(1)工程で得たバインダー樹脂液を構成する熱硬化性樹脂結合材、フェノール樹脂硬化剤、硬化促進剤の合計量(樹脂成分合計量)に対して、質量比で、樹脂成分合計量:炭素質粉末=20:80となるように混合したスラリー状の組成物を得た。
(2)工程で得たスラリー状の組成物を、ドクターブレードを有するグリーンシート成形装置内に注入して、ドクターブレード法によりシート状物を作製し、十分に乾燥することにより、厚さ0.3mm程度のグリーンシートを成形した。
(3)工程で得られたグリーンシートを打ち抜き型で所定形状に打ち抜き、グリーンシートをフィルムから剥がした後、図2に示す形態を有する、平板状のグリーンシートaを2枚積層し、さらにその上に内部をくり抜いたグリーンシートbを2枚積層することによって所定厚みになるように調整して、グリーンシート積層物を得た。
次いで、成形型として、一対の上型と下型からなり、上型および下型の成形面には、200×200mmの範囲内に幅1mm、深さ0.6mmの溝形状が彫刻され、成形面にフッ素系の離型剤が塗布された、外形270×270mmの成形金型中に、上記グリーンシート積層物を挿入した。
そして、上記グリーンシート積層物を挿入した状態で、180℃の温度条件下40MPaの圧力で60秒間加圧することにより、図3に示すようなセパレータ形状を有する予備成形体を作製した。得られた予備成形体は、最薄部の厚さtが0.20mmであるものである。
上記セパレータ形状を有する予備成形体に対し、幅広スリット式投射ガンを備えたウェットブラスト装置(マコー(株)社製PFE300)を用いてウェットブラスト処理を行うことにより、目的とするセパレータを作製した。ウェットブラスト処理は、平均粒子径が7μm(JIS♯2000)であるアルミナからなる研磨材(砥粒)を水中に分散して15体積%の濃度に調整したスラリーを、圧縮エアーの圧力0.20MPaで、投射ガンから20mm離れた予備成型体の冷却水流路用の溝が設けられた側の主表面に対し、投射角度が90°になるように投射することにより行った。このとき、予備成形体主表面における噴射密度は0.5g/cm2であった。
プローブ先端径5μmの表面粗さ計((株)東京精密製、ハンディサーフ E−35B)を用いて、JIS B 0601の規定により測定した。
JIS C2525の規定により測定した。
図4に示すように、上記で得られたセパレータ2、2を冷却水流通用の流路が設けられた側の主表面を対面させつつ燃料電池用セパレータ同士を2枚接触して重ね合わせ、その上下に銅電極5、5を配置した。この積層物に1MPaの面圧をかけた状態で、1Aの電流を通電した。この時にセパレータサンプル間を4端子法により電圧を測定し、各電圧値より電圧降下を求め、下記式により接触抵抗を算出した。
接触抵抗=(電圧降下/接触面積)/電流
JIS K6768 プラスチック−フィルムおよび濡れ張力試験方法の規定により測定した。
実施例1の(5)ウェットブラスト処理工程において、研磨材の平均粒子径(砥粒粒径)、圧縮エアーの圧力(エアー圧)、噴射密度を表1に示すとおりとした以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。
得られた各セパレータにおいて、実施例1と同様にして表面平均粗さRa、十点平均粗さRz、固有抵抗率、接触抵抗および濡れ張力を測定した。結果を表2に示す。
比較例1においては、実施例1の(5)ウェットブラスト処理工程において、研磨材の平均粒子径を50μmとした以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。
比較例2においては、実施例1の(5)ウェットブラスト処理工程において、研磨材の平均粒子径を50μmとし、ブラスト装置として((株)不二精機製HD−R)を用い、ウェットブラストに代えてドライブラスト処理を施した以外は、実施例1と同様にしてセパレータを作製した。
比較例3においては、実施例1の(5)ウェットブラスト処理工程を施さず、実施例1の(1)〜(4)工程を経て得られた予備成形体をそのままセパレータとした。
得られた各セパレータにおいて、実施例1と同様にして表面平均粗さRa、十点平均粗さRz、固有抵抗率、接触抵抗および濡れ張力を測定した。結果を表2に示す。
2 セパレータ
3 ガス流路
4 冷却水流路用の溝
5 銅箔からなる電極
m 高分子膜
a、b グリーンシート
Claims (5)
- 燃料電池用セパレータを製造する方法であって、
炭素質粉末および樹脂結合材を含む組成物をセパレータ形状に成形して予備成形体を作製する工程と、
得られた予備成形体の少なくとも冷却水流路用の溝が設けられた側の主表面を、表面平均粗さRaが0.10〜1.00μm、十点平均粗さRzが10.00μm未満となるようにウェットブラスト処理する工程と
を有することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。 - 前記ウェットブラスト処理に用いる研磨材の算術平均粒子径が6〜30μmである請求項1記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
- 前記炭素質粉末が粒子径1〜30μmの粒子を30〜90質量%含むものである請求項1または請求項2に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
- 前記炭素質粉末、樹脂結合材を含む組成物をセパレータ形状に成形して予備成形体を作製する工程が、
炭素質粉末および樹脂結合材とともにさらに分散剤および有機溶剤を含むスラリー状の組成物を作製した後、該スラリー状の組成物をドクターブレード法によりグリーンシート化し、得られたグリーンシートを積層してセパレータ形状に熱圧成形する工程である
請求項1〜請求項3のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。 - 得られる燃料電池用セパレータが、冷却水流通用の流路が設けられた側の主表面を対面させつつ燃料電池用セパレータ同士を接触させたときに、接触抵抗が2〜10mΩ・cm2であるものである請求項1〜請求項4のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010234339A JP5601518B2 (ja) | 2010-10-19 | 2010-10-19 | 燃料電池用セパレータの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010234339A JP5601518B2 (ja) | 2010-10-19 | 2010-10-19 | 燃料電池用セパレータの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012089322A JP2012089322A (ja) | 2012-05-10 |
JP5601518B2 true JP5601518B2 (ja) | 2014-10-08 |
Family
ID=46260751
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010234339A Expired - Fee Related JP5601518B2 (ja) | 2010-10-19 | 2010-10-19 | 燃料電池用セパレータの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5601518B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6376009B2 (ja) * | 2015-03-16 | 2018-08-22 | 日本ゼオン株式会社 | 再利用基材の製造方法、カーボンナノチューブ生成用触媒基材の製造方法およびカーボンナノチューブの製造方法 |
CN109152314B (zh) * | 2018-10-30 | 2024-07-02 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种散热装置、控制散热组件和洗衣机 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4414631B2 (ja) * | 2002-03-20 | 2010-02-10 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池用セパレータの製造方法 |
JP4656370B2 (ja) * | 2004-01-29 | 2011-03-23 | Dic株式会社 | 固体高分子型燃料電池用セパレータ、その製造方法及び固体高分子型燃料電池 |
JP2006066260A (ja) * | 2004-08-27 | 2006-03-09 | Nok Corp | 燃料電池セパレータ |
JP4257544B2 (ja) * | 2006-08-24 | 2009-04-22 | 日清紡績株式会社 | 固体高分子型燃料電池セパレータ |
-
2010
- 2010-10-19 JP JP2010234339A patent/JP5601518B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012089322A (ja) | 2012-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2011001766A1 (ja) | 燃料電池用セパレータの製造方法 | |
JP5019195B2 (ja) | 燃料電池用セパレータ材の製造方法 | |
WO2007072745A1 (ja) | 固体高分子形燃料電池用セパレータ材及びその製造方法 | |
US7063914B2 (en) | Fuel cell separator, process for producing the same and material therefor | |
JP7258014B2 (ja) | 金属カーボン積層前駆体及び金属カーボン積層前駆体の製造方法 | |
JP5601518B2 (ja) | 燃料電池用セパレータの製造方法 | |
JP5787138B2 (ja) | 燃料電池用セパレータの製造方法 | |
JP2011171111A (ja) | 燃料電池用セパレータの製造方法 | |
JP5754671B2 (ja) | 燃料電池用セパレータおよびその製造方法 | |
JP2015038840A (ja) | 燃料電池用セパレータおよび燃料電池用セパレータの製造方法 | |
WO2016092606A1 (ja) | 燃料電池用セパレータおよび燃料電池用セパレータの製造方法 | |
JP5991615B2 (ja) | 燃料電池セパレータ成形用組成物、燃料電池セパレータ、燃料電池セパレータの製造方法、及び燃料電池 | |
JP2009158118A (ja) | 固体高分子形燃料電池用セパレータ材およびその製造方法 | |
JP2016085806A (ja) | 燃料電池用セパレータおよび燃料電池用セパレータの製造方法 | |
JP5520104B2 (ja) | 燃料電池セパレータの製造方法 | |
JP2011216433A (ja) | 燃料電池用セパレータの製造方法 | |
JP5915935B2 (ja) | 燃料電池用セパレータの製造方法 | |
JP2005108591A (ja) | 燃料電池用セパレータ用成形材料 | |
JP2014135145A (ja) | 燃料電池用フレーム部材の製造方法 | |
JP2009104887A (ja) | 燃料電池セパレータ材の製造方法 | |
JP2003077487A (ja) | 燃料電池用セパレータ及び燃料電池用セパレータを用いた燃料電池 | |
JP2010129203A (ja) | 固体高分子型燃料電池用セパレータ材、その製造方法および固体高分子型燃料電池用セパレータ | |
JP5991470B2 (ja) | 燃料電池セパレータ | |
JP2011249085A (ja) | 燃料電池セパレータの製造方法、燃料電池セパレータ、及び燃料電池の製造方法。 | |
JP2016219106A (ja) | 燃料電池用セパレータの製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131004 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140324 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140402 |
|
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: 20140729 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140806 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5601518 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |