JP5849229B2 - Fuel cell separator and fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池用セパレータ、及び燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell separator and a fuel cell.
一般に燃料電池では、複数の単セルが数十〜数百個直列に重なってセルスタックを構成することで、起電力が発生する。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、高出力の燃料電池として、電解質として固体高分子電解質膜を備える固体高分子型燃料電池が注目されている。 In general, in a fuel cell, an electromotive force is generated when a plurality of single cells are overlapped in series to form a cell stack. Fuel cells are classified into several types depending on the type of electrolyte. In recent years, attention has been paid to a solid polymer fuel cell having a solid polymer electrolyte membrane as an electrolyte as a high-power fuel cell.
固体高分子型燃料電池の単セルは、例えば燃料電池用セパレータ、ガスケット、膜−電極複合体が重ねられることで構成されている(図1参照)。燃料電池用セパレータには、その片面又は両面に、燃料、酸化剤及び冷却水等の流体を流通させるための溝が形成され、更にこの溝が形成されている領域を取り囲む外周部分にマニホールド孔が形成されている。また、必要に応じ、燃料電池用セパレータの外周部分に、シーリングのためのガスケットが積層される。 A single cell of a polymer electrolyte fuel cell is configured, for example, by stacking a fuel cell separator, a gasket, and a membrane-electrode composite (see FIG. 1). A separator for a fuel cell is formed with a groove for flowing a fluid such as fuel, oxidant, and cooling water on one or both sides, and a manifold hole is formed in an outer peripheral portion surrounding the area where the groove is formed. Is formed. Further, a sealing gasket is laminated on the outer peripheral portion of the fuel cell separator as required.
このような燃料電池を構成する部品のうち、燃料電池用セパレータは、上記の通り微細な溝とマニホールド孔とが形成されている特異な形状を有している。燃料電池用セパレータは、燃料電池内を流れる燃料、酸化剤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、燃料電池で生じた熱を外部へ放熱したりするという、重要な役割を担っている。 Among the components constituting such a fuel cell, the fuel cell separator has a unique shape in which fine grooves and manifold holes are formed as described above. The fuel cell separator has a function of separating the fuel, oxidant, and cooling water flowing in the fuel cell so as not to mix, and transmits electric energy generated by the fuel cell to the outside or heat generated by the fuel cell. It plays an important role of radiating heat to the outside.
燃料電池用セパレータは、例えば金属製のプレートや、黒鉛粒子と樹脂成分とを含有する成形用材料などから形成される。このうち、金属製のプレートから形成される燃料電池セパレータは、製造効率が良く、また導電性が高いという利点がある。 The fuel cell separator is formed of, for example, a metal plate or a molding material containing graphite particles and a resin component. Among these, the fuel cell separator formed from a metal plate has the advantages of good production efficiency and high conductivity.
しかし、金属製のプレートから形成される燃料電池用セパレータは、腐食しやすいという問題がある。特に、燃料電池用セパレータのマニホールド孔に冷却用の水が流通する場合、マニホールド孔の周囲から腐食が生じやすくなり、そうすると最終的には燃料電池から冷却水が漏出するおそれがある。 However, a fuel cell separator formed of a metal plate has a problem that it is easily corroded. In particular, when cooling water flows through the manifold hole of the fuel cell separator, corrosion tends to occur from the periphery of the manifold hole, and there is a risk that the cooling water will eventually leak from the fuel cell.
金属製のプレートから形成される燃料電池用セパレータの耐食性を向上させるための手法も種々検討されているが、従来は燃料電池用セパレータの耐食性を十分に向上させることが困難であり、或いは耐食性向上のための多大な手間がかかってしまうものであった。例えば特許文献1では、母材として5質量%以下のBを含有し、母材全体にTiB系硼化物粒子が分散析出しており、その一部が母材表面に形成された不働体皮膜の表面に露出して電気の導通路を構成するようにした、燃料電池用セパレータ用チタン系材料が、開示されている。しかし、この特許文献1に記載の技術でも、燃料電池用セパレータの耐食性を十分に向上させることが困難であった。 Various methods for improving the corrosion resistance of fuel cell separators formed from metal plates have been studied, but it has been difficult to sufficiently improve the corrosion resistance of fuel cell separators, or improved corrosion resistance. It took a lot of time and effort. For example, Patent Document 1 contains 5 mass% or less of B as a base material, and TiB boride particles are dispersed and deposited on the entire base material, and a part of the passive film formed on the base material surface. A titanium-based material for a fuel cell separator that is exposed on the surface and constitutes an electrical conduction path is disclosed. However, even with the technique described in Patent Document 1, it has been difficult to sufficiently improve the corrosion resistance of the fuel cell separator.
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、金属製の部材から構成され、しかも耐腐食性の高い燃料電池用セパレータを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a fuel cell separator that is made of a metal member and has high corrosion resistance.
本発明に係る燃料電池用セパレータは、流体を流通させるための溝が形成されている金属製の第一の部材と、前記溝に連通するマニホールド孔が形成され、熱硬化性樹脂と黒鉛とを含有する成形用材料の硬化物から形成されている第二の部材とで構成されている。 The separator for a fuel cell according to the present invention includes a metal first member in which a groove for allowing fluid to flow is formed, a manifold hole communicating with the groove, and a thermosetting resin and graphite. It is comprised with the 2nd member formed from the hardened | cured material of the molding material to contain.
本発明において、前記黒鉛の真密度が2.22g/cm3以上、前記第二の部材における前記黒鉛の含有量が70〜80質量%の範囲であることが好ましい。 In the present invention, the true density of the graphite is preferably 2.22 g / cm 3 or more, and the content of the graphite in the second member is preferably in the range of 70 to 80% by mass.
本発明に係る燃料電池は、前記燃料電池用セパレータを備える。 The fuel cell according to the present invention includes the fuel cell separator.
本発明によれば、金属製の部材から構成され、しかも耐腐食性の高い燃料電池用セパレータ、及びこの燃料電池用セパレータを備える燃料電池が、得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell separator comprised from a metal member and having high corrosion resistance, and a fuel cell provided with this fuel cell separator are obtained.
図2に、セパレータ20を備える固体高分子型燃料電池の単位セルの構造の一例を示す。2枚のセパレータ20,20の間に、固体高分子電解質膜などの電解質4とガス拡散電極(燃料電極31と酸化剤電極32)などからなる膜−電極複合体(MEA)5が介在することで、単電池(単位セル)が構成されている。セパレータ20と膜−電極複合体5の電解質4との間には、ガスケット12が介在している。この単位セルを数十個〜数百個並設されることで電池本体(セルスタック)が構成される。
In FIG. 2, an example of the structure of the unit cell of a polymer electrolyte fuel cell provided with the
セパレータ20には、燃料、酸化剤、冷却水等の流体を流通させるための溝2が形成される。
The
本実施形態では、セパレータ20として、片面に燃料を流通させるための溝2(201)を有し、もう一方の片面に冷却水を流通させるための溝2(203)を有するアノード側セパレータ21と、前記アノード側セパレータとは反対側の片面に酸化剤を流通させるための溝2(202)を有し、もう一方の片面に冷却水を流通させるための溝2(203)を有するするカソード側セパレータ22とが用いられる。アノード側セパレータ21とカソード側セパレータ22とが重ねられると、アノード側セパレータ21における溝203と、カソード側セパレータ22における溝203との間に、冷却水が流通する流路が形成される。アノード側セパレータ21とカソード側セパレータ22との間にはガスケットが介在してもよい。
In the present embodiment, the
セパレータ20の、溝2が形成されている領域を取り囲む外周部分には、六個のマニホールド孔13(二つの燃料用マニホールド孔131、二つの酸化剤用マニホールド孔132、及び二つの冷却用マニホールド孔133)が形成されている。燃料用マニホールド孔131,131は二つ形成されており、各燃料用マニホールド孔131,131はアノード側セパレータ21の燃料電極31と重なる面における溝2の両端にそれぞれ連通する。酸化剤用マニホールド孔132,132も二つ形成されており、各酸化剤用マニホールド孔132,132はカソード側セパレータ22の酸化剤電極32と重なる面における溝2の両端にそれぞれ連通する。この外周部分には、二つの冷却用マニホールド孔133も形成されている。各冷却用マニホールド孔133,133は、セパレータ20における冷却水が流通する溝2の両端にそれぞれ連通する。
In the outer peripheral portion surrounding the region where the
本実施形態では、図1に示されるように、セパレータ20にはストレートタイプの溝2が形成されている。一般に、セパレータにおける溝としては、屈曲を有するサーペンタインタイプの溝と屈曲を有さないストレートタイプの溝とがある。勿論、図1に示されるセパレータ20において、このセパレータ20にサーペンタインタイプの溝が形成されてもよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a
セパレータ20の厚みは例えば0.5〜3.0mmの範囲に形成される。セパレータ20の溝2の幅は例えば1.0〜1.5mm、深さは例えば0.5〜1.5mmの範囲に形成される。マニホールド孔13の開口面積は例えば0.5〜5.0cm2の範囲に形成される。
The thickness of the
セパレータ20は、第一の部材61と第二の部材62とで構成される。第一の部材61は金属製であり、この第一の部材61に溝2が形成されている。第二の部材62は、熱硬化性樹脂と黒鉛とを含有する成形用材料の硬化物から形成され、枠状である。この第二の部材62にマニホールド孔13が形成されている。第一の部材61は第二の部材62の内側に保持固定されており、それにより、第一の部材61における溝2が、第二の部材62におけるマニホールド孔13に連通している。
The
図1に、セパレータ20の断面構造の一例を示す。第一の部材61は、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、各種合金等の、適宜の金属から形成される。第一の部材61は、例えば金属製のプレートを折り曲げ成形、プレス成形等により、波板状に成形することで、得られる。この場合、第一の部材61の両面に溝2が形成される。この第一の部材61は、セパレータにおける、溝2が形成されている領域を構成する。第一の部材61を構成する金属製のプレートの厚みは、0.05〜0.30mmの範囲であることが好ましい。
FIG. 1 shows an example of a cross-sectional structure of the
第二の部材62は、熱硬化性樹脂と黒鉛粒子とを含有する成形用材料の硬化物から形成される。この第二の部材62は、枠状であり、すなわち第二の部材62には、第一の部材61に合致する開口63が形成されている。この第二の部材62は、セパレータにおける、溝が形成されている領域を取り囲む外周部分を構成する。第二の部材62には、六個のマニホールド孔13(二つの燃料用マニホールド孔131、二つの酸化剤用マニホールド孔132、及び二つの冷却用マニホールド孔133)が形成されている。
The
第二の部材62における開口63に第一の部材61が配置されることで第一の部材61と第二の部材62とが組み合わされ、これによりセパレータ20が構成される。第一の部材61は第二の部材62に適宜の手法によって固定されればよい。例えば、まず第一の部材61を作製してから、この第一の部材61を圧縮成形金型に配置し、更にこの圧縮成形金型でインサート成形により第二の部材62を作製する。この場合、第二の部材62を作製すると同時に第一の部材61と第二の部材62とを一体化し、これにより、第一の部材61を第二の部材62に固定することができる。
By arranging the
尚、第一の部材61と第二の部材62とを別個に作製してから、接着剤で第一の部材61を第二の部材62に接着すると共にこの接着剤により第一の部材61と第二の部材62との間をシーリングし、これにより、第一の部材61を第二の部材62に固定してもよい。このような接着剤として、例えばオレフィン系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、末端シリル基を有するシリコーン樹脂系接着剤などが、挙げられる。また、接着剤として導電性接着剤を使用することで、第一の部材61と第二の部材62との間の良好な電気伝導性を確保してもよい。
The
このような第一の部材61と第二の部材62によりセパレータ20が構成されると、セパレータ20における複雑な溝2が、金属製の第一の部材61に形成されるため、この溝2を金属製のプレートの折り曲げ成形やプレス成形などによって、容易に形成することができる。一方、第二の部材62には複雑な溝2は形成されないため、成形用材料を圧縮成形するなどして第二の部材62を形成しても、第二の部材62を容易に形成することができる。更に、冷却用マニホールドは、金属製の第一の部材61ではなく、成形用材料の硬化物から形成される第二の部材62に形成されるため、冷却用マニホールド孔133に冷却水が流通しても、冷却用マニホールド孔133の内面に腐食が発生しにくくなる。
When the
本実施形態において、第二の部材62に含まれる黒鉛粒子の真密度は2.22g/cm3以上であることが好ましい。また、第二の部材62全体に対する黒鉛粒子の含有量は70〜80質量%の範囲であることが好ましい。更に、第二の部材62の腐食電流は10μA/cm2以下であることが好ましい。成形用材料、並びにこれに含有される熱硬化性樹脂及び黒鉛粒子の詳細については、後述する。
In the present embodiment, the true density of the graphite particles contained in the
真密度の高い黒鉛粒子は結晶性が高く、第二の部材62がこのような黒鉛粒子を含有すると第二の部材62の腐食電流が低くなる。このため第二の部材62の耐腐食性が高くなり、特に燃料電池中に組み込まれているセパレータ20中の第二の部材62の冷却用マニホールド孔133内に冷却水が流通しても、冷却用マニホールド孔133の内面で腐食が更に発生しにくくなる。黒鉛粒子の詳細については後述する。
Graphite particles with high true density have high crystallinity, and when the
黒鉛粒子の含有量が70〜80質量%の範囲であることで、第二の部材62の腐食電流が低減されつつ、第二の部材62に優れた導電性と機械的強度が付与され、更に第二の部材62に高いガス透過性が付与される。
When the content of the graphite particles is in the range of 70 to 80% by mass, the
第二の部材62の腐食電流は上記のとおり10μA/cm2以下であることが好ましい。腐食電流とは、導電率200μS/cmに調整されている硫酸ナトリウム水溶液中に、作用極として第二の部材62を、対極として白金電極を30mmの間隔で配置し、液温80℃で電極間に20Vの電圧を48時間印加した時点で測定される、電極間を通電する電流値をさす。このように第二の部材62の腐食電流が小さいことで、第二の部材62の耐腐食性が特に高くなる。この第二の部材62の腐食電流は、成形用材料の構成成分に応じ、黒鉛粒子の含有量が70〜80質量%の範囲で調整されることで、適宜調整可能である。
As described above, the corrosion current of the
第二の部材62から平面視30mm×30mmの寸法の二つの小片を切り出した場合、いかなる位置から小片を切り出した場合でも二つの小片間の接触抵抗の比が0.9〜1.1の範囲となること(片方の小片の接触抵抗を1とした場合にもう片方の小片の接触抵抗が0.9〜1.1の範囲であること)が好ましい。小片は第二の部材62が厚み方向に切断されることで得られ、平面視とは第二の部材62をその厚み方向に観察することを意味する。この場合、第二の部材62における接触抵抗のバラツキが少なくなり、このような第二の部材62では黒鉛粒子の部分的な配向が抑制されている。これにより、第二の部材62の良好な電気的特性が確保される。更に、第二の部材62における黒鉛粒子の部分的な配向が抑制されることで第二の部材62の高い機械的強度も確保される。
When two small pieces having a size of 30 mm × 30 mm in plan view are cut out from the
尚、接触抵抗は、小片の上下にカーボンペーパーを配置し、更にその上下に銅板を配置し、上下方向に面圧1.0MPaの圧力をかけた状態で、2枚のカーボンペーパー間の電圧を電圧計で測定すると共に2枚の銅板間に流れる電流を電流計で測定し、その結果から算出される値である。 The contact resistance is determined by placing the carbon paper on the top and bottom of the small piece, further placing the copper plates on the top and bottom, and applying a surface pressure of 1.0 MPa in the up and down direction. It is a value calculated from the result of measuring with a voltmeter and measuring the current flowing between two copper plates with an ammeter.
このような第二の部材62を製造するために用いられる成形用材料は、樹脂成分及び黒鉛粒子を含有する。
The molding material used for manufacturing the
成形用材料は、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。すなわち、この成形用材料が、置換基−NH及び−NH2を有する化合物を含有しないことが好ましい。更に成形用材料は第三アミンを含有しないことが好ましい。このように成形用材料がアミンを含有しないと、成形用材料から形成される第二の部材62が燃料電池中の白金触媒を被毒することがなく、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 molding material preferably does not contain a primary amine and a secondary amine. That is, it is preferable that this molding material does not contain a compound having substituents —NH and —
樹脂成分は、熱硬化性樹脂を含有する。熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂のうち少なくとも一方を含有することが好ましい。エポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂は良好な溶融粘度を有すると共に不純物が少なく、特にイオン性不純物が少ない点で優れている。 The resin component contains a thermosetting resin. The thermosetting resin preferably contains at least one of an epoxy resin and a thermosetting phenol resin. Epoxy resins and thermosetting phenol resins are excellent in that they have a good melt viscosity and a small amount of impurities, in particular, a small amount of ionic impurities.
熱硬化性樹脂全量に対するエポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂の含有量は50〜100質量%の範囲にあることが好ましい。熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂のみ、熱硬化性フェノール樹脂のみ、或いはエポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂のみを含むのであれば特に好ましい。 The content of the epoxy resin and the thermosetting phenol resin with respect to the total amount of the thermosetting resin is preferably in the range of 50 to 100% by mass. It is particularly preferable if the thermosetting resin contains only an epoxy resin, only a thermosetting phenol resin, or only an epoxy resin and a thermosetting phenol resin.
エポキシ樹脂は固形状であることが好ましく、特に融点が70〜90℃の範囲であることが好ましい。これにより、材料の変化が少なくなり、成形時の成形用材料の取り扱い性が向上する。この融点が70℃未満であると、成形用材料中で凝集が生じやすくなって、取り扱い性が低下するおそれがある。また、エポキシ樹脂として溶融粘度が低粘度の樹脂が選択されれば、成形用材料の良好な成形性が維持されつつ、成形用材料及び第二の部材62中に黒鉛粒子が高充填され得る。尚、前記作用が発揮される範囲内でエポキシ樹脂の一部が液状であってもよい。
The epoxy resin is preferably solid, and particularly preferably has a melting point in the range of 70 to 90 ° C. Thereby, the change of material decreases and the handleability of the molding material at the time of shaping | molding improves. When this melting point is less than 70 ° C., aggregation tends to occur in the molding material, and the handleability may be lowered. If a resin having a low melt viscosity is selected as the epoxy resin, the molding material and the
エポキシ樹脂としては、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂等が用いられることが好ましい。このオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂は、良好な溶融粘度を有すると共に不純物が少なく、特にイオン性不純物が少ない点で優れている。 As the epoxy resin, an ortho cresol novolak type epoxy resin, a bisphenol type epoxy resin, a biphenyl type epoxy resin, a phenol aralkyl type epoxy resin having a biphenylene skeleton, or the like is preferably used. This ortho-cresol novolac type epoxy resin, bisphenol type epoxy resin, and phenol aralkyl type epoxy resin having a biphenylene skeleton are excellent in that they have a good melt viscosity and a small amount of impurities, and in particular, a small amount of ionic impurities.
特にエポキシ樹脂が、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂のみからなり、或いはオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂と、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂から選択される少なくとも一種からなる成分(第一成分という)を含むことが好ましい。オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂が必須の成分であると、成形用材料の成形性が向上すると共に、第二の部材62の耐熱性が向上する。更に、製造コストが低減され得る。第一成分中のオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂の割合は、前記成形性の向上、第二の部材62の耐熱性の向上、製造コストの低減の観点から、50〜100質量%の範囲であることが好ましく、特に50〜70質量%の範囲であることが好ましい。
In particular, the epoxy resin is composed only of an ortho cresol novolac type epoxy resin, or at least one selected from an ortho cresol novolac type epoxy resin, a bisphenol type epoxy resin, a biphenyl type epoxy resin, and a phenol aralkyl type epoxy resin having a biphenylene skeleton. It is preferable that the component (it is called 1st component) which becomes. When the ortho-cresol novolac type epoxy resin is an essential component, the moldability of the molding material is improved and the heat resistance of the
オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂と共に、ビスフェノール型エポキシ樹脂やビフェニル型エポキシ樹脂やビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂が併用されることも好ましい。この場合、成形用材料の溶融粘度が更に低減し、更に薄型の第二の部材62が作製される場合にはその靱性が向上し得る。
It is also preferable to use a bisphenol type epoxy resin, a biphenyl type epoxy resin, or a phenol aralkyl type epoxy resin having a biphenylene skeleton together with the orthocresol novolac type epoxy resin. In this case, the melt viscosity of the molding material can be further reduced, and the toughness can be improved when the thinner
特にビスフェノールF型エポキシ樹脂が使用されると、成形用材料の粘度が低減し、成形用材料の成形性が特に高くなる。この場合の第一成分中におけるビスフェノールF型エポキシ樹脂の含有量は30〜50質量%の範囲であることが好ましい。 In particular, when a bisphenol F type epoxy resin is used, the viscosity of the molding material is reduced, and the moldability of the molding material is particularly improved. In this case, the content of the bisphenol F-type epoxy resin in the first component is preferably in the range of 30 to 50% by mass.
ビフェニル型エポキシ樹脂が使用されると、このビフェニル型樹脂は溶融粘度が低いため、成形用材料の流動性が著しく向上し、成形用材料の薄型成形性が特に向上する。この場合の第一成分中におけるビフェニル型エポキシ樹脂の含有量は30〜50質量%の範囲であることが好ましい。 When a biphenyl type epoxy resin is used, since this biphenyl type resin has a low melt viscosity, the fluidity of the molding material is remarkably improved, and the thin moldability of the molding material is particularly improved. In this case, the content of the biphenyl type epoxy resin in the first component is preferably in the range of 30 to 50% by mass.
ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂が使用されると、第二の部材62の強度及び靱性が向上し、更に第二の部材62の吸湿性が低減し得る。このため、第二の部材62の機械的特性、導電性、並びに長期使用時の特性の安定性が向上する。この場合の第一成分中におけるビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂の割合は、30〜50質量%の範囲であることが好ましい。
When a phenol aralkyl epoxy resin having a biphenylene skeleton is used, the strength and toughness of the
成形用材料中の熱硬化性樹脂全量に対する第一成分の含有量は50〜100質量%の範囲にあることが好ましい。 The content of the first component with respect to the total amount of the thermosetting resin in the molding material is preferably in the range of 50 to 100% by mass.
前記第一成分は熱硬化性樹脂中のエポキシ樹脂の少なくとも一部として成形用材料中に含有される。すなわち、この第一成分以外の他の熱硬化性樹脂として、例えば前記第一成分以外のエポキシ樹脂、熱硬化性フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、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用いられてもよい。但し、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おそれがあるため、使用されないことが望ましい。また、熱硬化性樹脂として、第二の部材62の耐熱性や耐酸性の向上に寄与する点で、ポリイミド樹脂も適している。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用いられることも好ましく、例えば、4,4−ジアミノジフェニルビスマレイミドが用いられることが好ましい。4,4−ジアミノジフェニルビスマレイミドが用いられると、第二の部材62の耐熱性が更に向上する。
The first component is contained in the molding material as at least a part of the epoxy resin in the thermosetting resin. That is, the thermosetting resin other than the first component is selected from, for example, an epoxy resin other than the first component, a thermosetting phenol resin, a vinyl ester resin, a polyimide resin, an unsaturated polyester resin, a diallyl phthalate resin, and the like. One or more kinds of resins may be used. However, it is desirable not to use a resin containing an ester bond because it may hydrolyze in an acid resistant environment. In addition, a polyimide resin is also suitable as a thermosetting resin in that it contributes to improving the heat resistance and acid resistance of the
熱硬化性フェノール樹脂が用いられる場合には、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用いられることが好ましい。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が挙げられる。この場合は、成形用材料の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、このため第二の部材62のガス透過性の低下が抑制される。また、レゾール型フェノール樹脂が用いられることも好ましく、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%の構造を有するレゾール型フェノール樹脂が用いられることが好ましい。レゾール樹脂は通常液状であるが、レゾール型フェノール樹脂の軟化点は容易に調整され得るため、融点が70〜90℃のレゾール型フェノール樹脂が容易に得られる。融点が70〜90℃のレゾール型フェノール樹脂が使用されることで、成形用材料の変質が抑制され、成形時の成形用材料の取り扱い性が向上する。この融点が70℃未満であると、成形用材料中で凝集が生じやすくなって、取り扱い性が低下するおそれがある。
When a thermosetting phenol resin is used, it is particularly preferable to use 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 of the molding material, voids are not generated in the molded product, and therefore, a decrease in gas permeability of the
エポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂以外の他の樹脂が併用されてもよい。例えばポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ビニルエステル樹脂等から選択される一種又は複数種の樹脂が用いられてもよい。但し、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ため、使用されないことが望ましい。 Other resins other than the epoxy resin and the thermosetting phenol resin may be used in combination. For example, one or more kinds of resins selected from polyimide resins, unsaturated polyester resins, diallyl phthalate resins, vinyl ester resins, and the like may be used. However, it is desirable not to use a resin containing an ester bond because it may hydrolyze in an acid resistant environment.
熱硬化性樹脂として、第二の部材62の耐熱性や耐酸性の向上に寄与する点で、ポリイミド樹脂も適している。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も好ましく、その具体例として例えば、4,4−ジアミノジフェニルビスマレイミドが挙げられる。このような樹脂が併用されることで、第二の部材62の耐熱性が更に向上され得る。
A polyimide resin is also suitable as the thermosetting resin in that it contributes to improving the heat resistance and acid resistance of the
エポキシ樹脂が使用される場合、樹脂成分は硬化剤を含有することが好ましく、この硬化剤はフェノール系化合物を含有することが好ましい。このフェノール系化合物としては、ノボラック型フェノール樹脂、クレゾールノボラック型フェノール樹脂、多官能フェノール樹脂、アラルキル変性フェノール樹脂等が挙げられる。 When an epoxy resin is used, the resin component preferably contains a curing agent, and this curing agent preferably contains a phenolic compound. Examples of the phenol compound include novolak type phenol resins, cresol novolac type phenol resins, polyfunctional phenol resins, aralkyl-modified phenol resins, and the like.
硬化剤全量に対するフェノール系化合物の含有量は、エポキシ樹脂の使用量に依存して決定される。また、硬化剤がフェノール系化合物のみであれば特に好ましい。 The content of the phenolic compound relative to the total amount of the curing agent is determined depending on the amount of the epoxy resin used. Further, it is particularly preferable that the curing agent is only a phenol compound.
フェノール系化合物以外の硬化剤が使用される場合、硬化剤として非アミン系の化合物が用いられることが好ましい。この場合、第二の部材62の電気伝導度が高い状態に維持されると共に、燃料電池の触媒の被毒が抑制される。硬化剤として酸無水物系の化合物が用いられないことも好ましい。酸無水物系の化合物が使用される場合は硬化物が硫酸酸性環境下等の酸性環境下で加水分解して、第二の部材62の電気伝導度の低下が引き起こされたり、第二の部材62からの不純物の溶出が増大してしまうおそれがある。
When a curing agent other than a phenol compound is used, a non-amine compound is preferably used as the curing agent. In this case, the electric conductivity of the
熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂が用いられる場合は、熱硬化性樹脂におけるエポキシ樹脂と硬化剤におけるフェノール系化合物とは、前記フェノール系化合物に対する前記エポキシ樹脂の当量比が0.8〜1.2の範囲となるように配合されることが好ましい。 When an epoxy resin is used as the thermosetting resin, the epoxy resin in the thermosetting resin and the phenolic compound in the curing agent have an equivalent ratio of the epoxy resin to the phenolic compound of 0.8 to 1.2. It is preferable to mix | blend so that it may become a range.
黒鉛粒子は、第二の部材62の電気比抵抗を低減して第二の部材62の導電性を向上する。黒鉛粒子としては、真密度が2.22g/cm3以上の黒鉛粒子が用いられる。真密度の高い黒鉛粒子は結晶性が高く、第二の部材62がこのような黒鉛粒子を含有すると第二の部材62の腐食電流が低くなり、このため第二の部材62の耐腐食性が高くなる。黒鉛粒子の真密度は特に2.25g/cm3以上であることが好ましい。黒鉛粒子の真密度の上限に特に制限はないが、入手可能な黒鉛粒子の真密度を考慮すると、真密度が2.32g/cm3以下であることが好ましく、2.30g/cm3以下であれば更に好ましい
上記黒鉛粒子の真密度は定容積膨張法により測定される値である。この黒鉛粒子の真密度は、例えば株式会社島津製作所製の乾式自動密度計(アキュピックII 1340)を用い、測定にあたってはヘリウムガスを用い、導入圧(ゲージ圧)を134.45kPag、パージ回数10回、ラン回数10回、平衡判定圧力(ゲージ圧)0.345kPagの条件で、測定される。
The graphite particles reduce the electrical specific resistance of the
このような真密度の高い黒鉛粒子は、天然黒鉛粉から適宜選択され得る。黒鉛粒子として、結晶性の高い人造黒鉛粉(例えば結晶性向上のための処理が施された人造黒鉛粉)が使用されてもよい。 Such high-density graphite particles can be appropriately selected from natural graphite powder. As the graphite particles, artificial graphite powder having high crystallinity (for example, artificial graphite powder subjected to a treatment for improving crystallinity) may be used.
黒鉛粒子は、精製されていることが好ましい。この場合は、黒鉛粒子中の灰分やイオン性不純物が低いため、第二の部材62からの不純物の溶出が抑制される。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、灰分が0.05質量%を超えると、第二の部材62が用いられることで作製される燃料電池の特性が低下するおそれがある。
The graphite particles are preferably purified. In this case, since ash and ionic impurities in the graphite particles are low, elution of impurities from the
黒鉛粒子の平均粒径は15〜100μmの範囲であることが好ましい。この平均粒径が10μm以上であることで成形用材料の成形性が向上し、平均粒径が100μm以下となることで第二の部材62の表面平滑性が向上する。成形性の向上のためには、特に前記平均粒径が30μm以上であることが好ましく、また第二の部材62の表面平滑性が特に向上して後述するように第二の部材62の表面の算術平均高さRa(JIS B0601:2001)が0.4〜1.6μmの範囲、特に1.0μm未満となるためには前記平均粒径が70μm以下であることが好ましい。特に前記平均粒径が30〜70μmの範囲であることが好ましい。
The average particle size of the graphite particles is preferably in the range of 15 to 100 μm. When the average particle size is 10 μm or more, the moldability of the molding material is improved, and when the average particle size is 100 μm or less, the surface smoothness of the
特に薄型の第二の部材62が作製される場合には、黒鉛粒子は100メッシュ篩(目開き150μm)を通過する粒径を有することが好ましい。この黒鉛粒子中に100メッシュ篩を通過しない粒子が含まれていると、成形用材料中に粒径の大きい黒鉛粒子が混入してしまい、特に成形用材料が薄型のシート状に成形される際の成形性が低下してしまう。
In particular, when the thin
黒鉛粒子のアスペクト比は10以下であることが好ましく、この場合、第二の部材62に異方性が生じることが抑制される共に反りなどの変形も抑制される。
The aspect ratio of the graphite particles is preferably 10 or less. In this case, anisotropy is suppressed in the
尚、第二の部材62の異方性の低減に関しては、第二の部材62における成形時の成形用材料の流動方向(第二の部材62の厚み方向と直交する方向)と、この流動方向と直交する方向(第二の部材62の厚み方向)との間での接触抵抗の比が、2以下となることが好ましい。
Regarding the reduction of the anisotropy of the
黒鉛粒子全体は、特に2種以上の粒度分布を有すること、すなわち黒鉛粒子全体が平均粒径の異なる2種以上の粒子群の混合物であることも好ましい。この明細書において、粒子群とは、黒鉛粒子全体のうちの少なくとも一部を構成する複数の粒子の集合を意味する。黒鉛粒子全体が、特に平均粒径1〜50μmの範囲の粒子群と、平均粒径30〜100μmの粒子群との混合物であることが好ましい。このような粒度分布を有する黒鉛粒子が用いられると、粒径の大きい粒子は表面積が小さいため、樹脂成分の含有量が少量であっても成形用材料の混練が可能になることが期待される。更に粒径の小さい粒子によって粒子同士の接触性が向上すると共に、第二の部材62の強度向上も期待され、これにより、第二の部材62の密度の向上、導電性の向上、ガス不透過性の向上、強度の向上等といった、性能の向上が図られる。平均粒径1〜50μmの粒子群と平均粒径30〜100μmの粒子群との混合比は、適宜調整されるが、特に前者対後者の混合質量比が40:60〜90:10、特に65:35〜85:15であることが好ましい。
It is also preferable that the entire graphite particles have particularly two or more particle size distributions, that is, the entire graphite particles are a mixture of two or more particle groups having different average particle diameters. In this specification, the particle group means an aggregate of a plurality of particles constituting at least a part of the entire graphite particle. It is preferable that the entire graphite particles are a mixture of a particle group having an average particle diameter of 1 to 50 μm and a particle group having an average particle diameter of 30 to 100 μm. When graphite particles having such a particle size distribution are used, it is expected that particles having a large particle size have a small surface area, so that the molding material can be kneaded even if the resin component content is small. . Further, the contact property between the particles is improved by the particles having a small particle diameter, and the strength of the
尚、黒鉛粒子の平均粒径は、レーザー回折・散乱式粒度分析計(日機装株式会社製のマイクロトラックMT3000IIシリーズなど)でレーザー回折散乱法により測定される体積平均粒径である。 The average particle size of the graphite particles is a volume average particle size measured by a laser diffraction / scattering method with a laser diffraction / scattering particle size analyzer (such as Microtrack MT3000II series manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).
成形用材料中の黒鉛粒子の割合は、成形用材料中の固形分全体に対して70〜80質量%の範囲であることが好ましい。このように黒鉛粒子の割合が70質量%以上であると、第二の部材62に充分に優れた導電性が付与されと共に、第二の部材62の機械的強度が充分に向上する。またこの割合が80質量%以下であると、成形用材料に充分に優れた成形性が付与されると共に第二の部材62に充分に優れたガス透過性が付与される。
The ratio of the graphite particles in the molding material is preferably in the range of 70 to 80% by mass with respect to the entire solid content in the molding material. Thus, when the ratio of the graphite particles is 70% by mass or more, sufficiently excellent conductivity is imparted to the
成形用材料は、必要に応じて硬化触媒、ワックス(離型剤)、カップリング剤等の添加剤を含有してもよい。 The molding material may contain additives such as a curing catalyst, a wax (release agent), and a coupling agent as necessary.
硬化触媒(硬化促進剤)としては、特に制限されないが、成形用材料が第一アミン及び第二アミンを含有しないためには、非アミン系の化合物が用いられることが好ましい。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り、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、あまり好ましくない。 Although it does not restrict | limit especially as a curing catalyst (curing accelerator), In order that a molding material does not contain a primary amine and a secondary amine, it is preferable that a non-amine type compound is used. For example, amine-based diaminodiphenylmethane and the like are not preferable because the residue may poison the fuel cell catalyst. In addition, imidazoles are less preferred because they easily release chlorine ions after curing, and may cause impurity elution.
但し、測定開始温度30℃、昇温速度10℃/分、保持温度120℃、保持温度での保持時間30分の条件で加熱された場合の重量減少が5%以下であり、且つ2位に炭化水素基を有する置換イミダゾールが用いられることは、成形用材料の保存安定性が向上する点で好ましい。更に、特に薄型の第二の部材62が作製される場合には、ワニス状に調製された成形用材料からシート状の第二の部材62が形成される際の溶剤の揮発性、第二の部材62の平滑性などが良好となる。この置換イミダゾールとして、特に2位の炭化水素基の炭素数が6〜17の置換イミダゾールが使用されることが好ましく、その具体例としては、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール等が挙げられる。このうち、2−ウンデシルイミダゾール及び2−ヘプタデシルイミダゾールが好適である。これらの化合物は一種単独で用いられ、或いは二種以上が併用される。このような置換イミダゾールの含有量は適宜調整され、それにより成形硬化時間が調整され得る。この置換イミダゾールの含有量は好ましくは成形用材料中の熱硬化性樹脂と硬化剤の合計量に対して、0.5〜3質量%の範囲であることが好ましい。
However, the weight loss when heated under the conditions of a measurement start temperature of 30 ° C., a heating rate of 10 ° C./min, a holding temperature of 120 ° C., and a holding time of 30 minutes at the holding temperature is 5% or less, and is in the second place The use of a substituted imidazole having a hydrocarbon group is preferable in that the storage stability of the molding material is improved. Further, in particular, when the thin
また、硬化触媒として、好ましくはリン系化合物が用いられる。リン系化合物と前記置換イミダゾールとが併用されてもよい。リン系化合物の一例として、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が用いられると、第二の部材62からの塩素イオンの溶出が抑制される。
Further, a phosphorus compound is preferably used as the curing catalyst. A phosphorus compound and the substituted imidazole may be used in combination. An example of a phosphorus compound is triphenylphosphine. When such a phosphorus compound is used, elution of chlorine ions from the
成形用材料は、硬化促進剤として、次の構造式(1)で示される化合物を含有することも好ましい。この場合、第二の部材62の耐湿性が向上する。しかも、この構造式(1)で示される化合物は、第二の部材62のガラス転移温度の低下や、熱時剛性の低下や、連続成形性の悪化などを引き起こすことがない。むしろこの構造式(1)で示される化合物が使用されることにより、第二の部材62のガラス転移温度が上昇し、熱時剛性が向上し、更に成形用組成物の成形時の離型性が向上して連続成形性が向上し得る。
It is also preferred that the molding material contains a compound represented by the following structural formula (1) as a curing accelerator. In this case, the moisture resistance of the
更に、この構造式(1)で示される化合物からは、イオン性不純物の溶出が生じにくい。このため、構造式(1)で示される化合物が使用されることで、第二の部材62からのイオン性不純物の溶出が抑制され、不純物の溶出による燃料電池の起動電圧低下等の特性低下が抑制される。構造式(1)で示される化合物からイオン性不純物の溶出が生じにくいのは、この化合物の酸解離定数(pKa)が小さいためであると推察される。
Furthermore, ionic impurities are not easily eluted from the compound represented by the structural formula (1). For this reason, by using the compound represented by the structural formula (1), elution of ionic impurities from the
構造式(1)で示される化合物の、硬化促進剤全量に対する割合は、20〜100質量%の範囲であることが好ましい。この割合が20質量%未満であると、第二の部材62のガラス転移温度(Tg)の上昇が充分ではないおそれがある。
The ratio of the compound represented by the structural formula (1) to the total amount of the curing accelerator is preferably in the range of 20 to 100% by mass. If this ratio is less than 20% by mass, the glass transition temperature (Tg) of the
このような硬化触媒の含有量は適宜調整されるが、好ましくは成形用材料中のエポキシ樹脂に対して0.5〜3質量部の範囲とする。 The content of such a curing catalyst is appropriately adjusted, but is preferably in the range of 0.5 to 3 parts by mass with respect to the epoxy resin in the molding material.
カップリング剤としては、特に制限されないが、成形用材料が第一アミン及び第二アミンを含有しないためには、アミノシランが用いられないことが好ましい。アミノシランが用いられると、燃料電池の触媒が被毒される恐れがあり好ましくない。カップリング剤としてメルカプトシランが用いられないことも好ましい。この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。 Although it does not restrict | limit especially as a coupling agent, In order that a molding material does not contain a primary amine and a secondary amine, it is preferable that aminosilane is not used. If aminosilane is used, the fuel cell catalyst may be poisoned, which is not preferable. It is also preferred that mercaptosilane is not used as a coupling agent. Similarly, when this mercaptosilane is used, the fuel cell catalyst may be poisoned.
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、アルミニウム系のカップリング剤が挙げられる。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 coupling agents include silicon-based silane compounds, titanate-based, and aluminum-based coupling agents. For example, epoxy silane is suitable as a silicon-based coupling agent.
エポキシシランカップリング剤が使用される場合の使用量は、成形用材料の固形分中の含有量が0.5〜1.5質量%となる範囲であることが好ましい。この範囲において、カップリング剤が第二の部材62の表面にブリードすることを充分に抑制することができる。
When the epoxysilane coupling agent is used, the amount used is preferably in the range where the content in the solid content of the molding material is 0.5 to 1.5% by mass. In this range, the coupling agent can be sufficiently prevented from bleeding on the surface of the
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れていてもよい。その場合の添加量は、黒鉛粒子の比表面積と、カップリング剤の単位質量当たりの被覆可能面積(カップリング剤によって被覆され得る面積)とを考慮して適宜設定される。カップリング剤の添加量は、特にカップリング剤の被覆可能面積の総量が黒鉛粒子の表面積の総量の0.5〜2倍の範囲となるように調整されることが好ましい。この範囲において、第二の部材62の表面におけるカップリング剤のブリードが充分に抑制され、これにより金型表面の汚染が抑制される。
The coupling agent may be previously attached to the surface of the graphite particles by spraying or the like. The addition amount in that case is appropriately set in consideration of the specific surface area of the graphite particles and the coatable area per unit mass of the coupling agent (area that can be coated with the coupling agent). The addition amount of the coupling agent is preferably adjusted so that the total amount of the area that can be coated with the coupling agent is in the range of 0.5 to 2 times the total amount of the surface area of the graphite particles. In this range, bleeding of the coupling agent on the surface of the
ワックス(内部離型剤)としては、特に制限されないが、120〜190℃で成形用材料中の熱硬化性樹脂及び硬化剤と相溶せずに相分離する内部離型剤が用いられることが好ましい。このような内部離型剤として、ポリエチレンワックス、カルナバワックス、及び長鎖脂肪酸系のワックスから選ばれる少なくとも一種が挙げられる。このような内部離型剤が成形用材料の成形過程で熱硬化性樹脂及び硬化剤と相分離することで、第二の部材62の離型性が向上する。
Although it does not restrict | limit especially as a wax (internal mold release agent), The internal mold release agent which phase-separates without being incompatible with the thermosetting resin and hardening | curing agent in a molding material at 120-190 degreeC may be used. preferable. Examples of such an internal mold release agent include at least one selected from polyethylene wax, carnauba wax, and long-chain fatty acid wax. Such an internal release agent is phase-separated from the thermosetting resin and the curing agent in the molding process of the molding material, so that the release property of the
内部離型剤の含有量は第二の部材62の形状の複雑さ、溝深さ、抜き勾配など金型面との離形性の容易さなどに応じて適宜設定されるが、成形用材料中の固形分全量に対して0.1〜2.5質量%の範囲であることが好ましい。この含有量が0.1質量%以上であることで金型成形時に第二の部材62が十分な離型性を発揮し、またこの含有量が2.5質量%以下であることで第二の部材62の親水性が充分に高く維持される。このワックスの含有量は0.1〜1質量%の範囲であれば更に好ましく、0.1〜0.5質量%の範囲であれば特に好ましい。
The content of the internal mold release agent is appropriately set depending on the complexity of the shape of the
第二の部材62中のイオン性不純物の含有量は、成形用材料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以下とであることが好ましい。そのためには成形用材料のイオン性不純物の含有量が、成形用材料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以下であることが好ましい。この場合、第二の部材62からのイオン性不純物の溶出が抑制され、このため不純物の溶出による燃料電池の起動電圧低下等の特性低下が抑制される。
The content of ionic impurities in the
第二の部材62及び成形用材料のイオン性不純物の含有量が上記のように低減するためには、成形用材料を構成する熱硬化性樹脂、硬化剤、黒鉛、その他添加剤等の各成分のそれぞれのイオン性不純物の含有量が、各成分に対して質量比率でナトリウム含量5ppm以下、塩素含量5ppm以下であることが好ましい。
In order to reduce the content of ionic impurities in the
イオン性不純物の含有量は、対象物(成形用材料、熱硬化性樹脂など)から溶出したイオン性不純物を含む抽出水中の、イオン性不純物の量に基づいて導出される。抽出水は、イオン交換水中に対象物が対象物10gに対してイオン交換水100mlの割合となるように投入された状態で、このイオン交換水及び対象物が90℃で50時間加熱されることで、得られる。抽出水中のイオン性不純物は、イオンクロマトグラフィで評価される。この抽出水中のイオン性不純物量が対象物に対する質量比に換算されることで、対象物中のイオン性不純物の量が導出される。 The content of the ionic impurities is derived based on the amount of the ionic impurities in the extraction water containing the ionic impurities eluted from the object (molding material, thermosetting resin, etc.). The extraction water is heated in 90 ° C. for 50 hours in a state where the object is put in the ion-exchanged water so that the object has a ratio of 100 ml of ion-exchanged water to 10 g of the object. It can be obtained. Ionic impurities in the extracted water are evaluated by ion chromatography. The amount of ionic impurities in the target is derived by converting the amount of ionic impurities in the extracted water into a mass ratio with respect to the target.
成形用材料は、この組成物から形成される第二の部材62のTOC(total organic carbon)が100ppm以下となるように調製されることが好ましい。
The molding material is preferably prepared such that the TOC (total organic carbon) of the
TOCは、イオン交換水中に第二の部材62が、第二の部材62の質量10gに対してイオン交換水100mlの割合で投入され、このイオン交換水及び第二の部材62が90℃で50時間加熱されることで得られる溶液から測定される数値である。このようなTOCは、例えばJIS K0102に準拠して島津製全有機炭素分析装置「TOC−50」などで測定され得る。測定にあたっては、サンプルの燃焼により発生したCO2濃度が非分散型赤外線ガス分析法で測定され、これによりサンプル中の炭素濃度が定量される。炭素濃度が測定されることによって、間接的に第二の部材62が含有する有機物質濃度が測定される。サンプル中の無機炭素(IC)、全炭素(TC)が測定されると、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。
In the TOC, the
上記のTOCが100ppm以下であると、燃料電池の特性低下が更に抑制される。 When the TOC is 100 ppm or less, deterioration of the characteristics of the fuel cell is further suppressed.
TOCの値は、成形用材料を構成する各成分として高純度の成分が選択されたり、樹脂の当量比が調整されたり、成形時に後硬化処理が施されたりすることによって、低減され得る。 The value of TOC can be reduced by selecting a high-purity component as each component constituting the molding material, adjusting the equivalent ratio of the resin, or performing a post-curing treatment during molding.
原料成分中には不純物として金属成分が混入している可能性があり、成形用材料及び第二の部材62には不純物として原料成分に由来する金属成分、製造時に混入する金属成分などが混入している可能性がある。第二の部材62に金属成分が混入していると、第二の部材62の腐食電流が増大してしまう。そこで、第二の部材62が製造されるにあたり、原料成分、成形用材料、及び第二の部材62のうち少なくともいずれかに対し、金属成分の含有量を低減するための処理を施すことが好ましい。この場合、第二の部材62の金属成分の含有量が低減し、これにより第二の部材62の腐食電流が更に低くなる。特に、少なくとも成形用材料に対し、金属成分の含有量を低減するための処理施すことが好ましい。
There is a possibility that a metal component is mixed as an impurity in the raw material component, and the molding material and the
原料成分に対する、金属成分の含有量を低減するための処理の一例として、原料成分中の金属成分を磁石を用いて吸引する処理が挙げられる。原料成分のうち、特に黒鉛粒子に対する、金属成分の含有量を低減するための処理としては、黒鉛粒子を、pH2以下の強酸性溶液を用いて洗浄する処理も挙げられる。強酸性溶液としては、例えば濃度69質量%の濃硝酸と濃度36質量%の濃塩酸とを体積比で1:3の割合で混合して得られる王水、濃度15質量%以上の塩酸水、濃度15質量%以上の硫酸水、及び濃度15質量%以上の硝酸水から選ばれる少なくとも一種を使用することができる。この場合、黒鉛粒子中の金属成分の含有量が容易に低減される。前記塩酸水、硫酸水及び硝酸水の濃度は、操作性の観点から30質量%以下であることが好ましい。 An example of a process for reducing the content of the metal component relative to the raw material component is a process of attracting the metal component in the raw material component using a magnet. Among the raw material components, the treatment for reducing the content of the metal component, particularly with respect to the graphite particles, includes a treatment for washing the graphite particles with a strongly acidic solution having a pH of 2 or less. As the strongly acidic solution, for example, aqua regia obtained by mixing concentrated nitric acid having a concentration of 69% by mass and concentrated hydrochloric acid having a concentration of 36% by mass in a ratio of 1: 3 by volume ratio, hydrochloric acid having a concentration of 15% by mass or more, At least one selected from sulfuric acid having a concentration of 15% by mass or more and nitric acid having a concentration of 15% by mass or more can be used. In this case, the content of the metal component in the graphite particles is easily reduced. The concentration of the hydrochloric acid water, the sulfuric acid water and the nitric acid water is preferably 30% by mass or less from the viewpoint of operability.
成形用材料に対する、金属成分の含有量を低減するための処理としては、原料成分に対する金属成分の含有量を低減するための処理と同様に、成形用材料中の金属成分を磁石を用いて吸引する処理などが挙げられる。 The treatment for reducing the metal component content for the molding material is similar to the treatment for reducing the metal component content for the raw material component, and the metal component in the molding material is sucked using a magnet. And the like.
前記のような原料成分が配合されることで成形用材料が調製され、この成形用材料が成形されることで第二の部材62が得られる。成形用材料は、粒状、シート状等の適宜の形状に形成される。
The molding material is prepared by blending the raw material components as described above, and the
成形用材料が粒状である場合には、上記のような原料成分が例えば攪拌混合機などで攪拌混合され、或いは更に整粒機などで整粒されることで、成形用材料が得られる。 When the molding material is granular, the raw material components as described above are stirred and mixed with, for example, a stirrer or the like, or further sized with a granulator or the like, whereby a molding material is obtained.
成形用材料はシート状であってもよい。特に薄型の第二の部材62が作製される場合には、シート状の成形用材料が使用されることが好ましい。シート状の成形用材料が使用されると、例えば0.2〜1.0mmの厚みの薄型の第二の部材62が容易に得られ、しかもこの第二の部材62の厚み精度が高くなる。
The molding material may be in the form of a sheet. In particular, when the thin
シート状の成形用材料の調製のためには、まず上記のような原料成分を含有する液状の組成物が調製される。液状の組成物は必要に応じて溶媒を含有する。溶媒としては、たとえばメチルエチルケトン、メトキシプロパノール、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の極性溶媒が好ましい。溶媒は一種のみが用いられても二種以上が併用されてもよい。溶媒の使用量は成形性等を考慮して適宜設定されるが、好ましくは液状の組成物の粘度が1000〜5000cps(1000〜5000mPa・s)の範囲となるように調整される。尚、前記の通り溶媒は必要に応じて使用されていればよく、原料成分中の熱硬化性樹脂が液状樹脂である場合などには、溶媒が使用されなくてもよい。 In order to prepare the sheet-shaped molding material, first, a liquid composition containing the raw material components as described above is prepared. The liquid composition contains a solvent as necessary. As the solvent, for example, polar solvents such as methyl ethyl ketone, methoxypropanol, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide are preferable. Only 1 type may be used for a solvent, or 2 or more types may be used together. The amount of the solvent used is appropriately set in consideration of moldability and the like, but is preferably adjusted so that the viscosity of the liquid composition is in the range of 1000 to 5000 cps (1000 to 5000 mPa · s). In addition, as above-mentioned, the solvent should just be used as needed, and when the thermosetting resin in a raw material component is a liquid resin, a solvent does not need to be used.
この液状の組成物がシート状に成形されることで、シート状の成形用材料が得られる。液状の組成物が、例えばキャスティング(展進)成形によりシート状に成形されると共に、キャスティングにともなって加熱されることで乾燥され、或いは半硬化することにより、シート状の成形用材料が得られる。このシート状の成形用材料は、必要に応じて所定の平面寸法にカット(切断)もしくは打ち抜かれることで適当な寸法に形成される。 By forming this liquid composition into a sheet shape, a sheet-shaped molding material is obtained. The liquid composition is formed into a sheet shape by, for example, casting (progressive) molding, and is dried by heating with casting, or is semi-cured to obtain a sheet-shaped molding material. . This sheet-shaped molding material is formed into an appropriate dimension by cutting (cutting) or punching into a predetermined plane dimension as necessary.
キャスティング法によりシート状の成形用材料が形成される際には、複数種の膜厚調節手段が適用され得る。このような複数種の膜厚調節手段が用いられるキャスティング法は、例えばすでに実用化されているマルチコータを用が用いられることで実現される。キャスティングのための膜厚調節手段としては、スリットダイとともに、ドクターナイフおよびワイヤーバーの少なくともいずれか、すなわちいずれか一方もしくは両方を用いることが好ましい。このシート状の成形用材料の厚みは、0.05mm以上であることが好ましく、0.1mm以上であれば更に好ましい。また、この厚みは0.5mm以下であることが好ましく、0.3mm以下であれば更に好ましい。このようにシート状の成形用材料の厚みが0.5mm以下であると、第二の部材62の薄型化や軽量化、並びにそれによる低コスト化が達成され、特に厚みが0.3mm以下であれば溶媒を使用する場合のシート状の成形用材料内部の溶媒の残存が効果的に抑制される。またこの厚みが0.05mm未満の場合には第二の部材62の製造にあたっての有利さが充分に発揮されなくなり、特に成形性を考慮するとこの厚みは0.1mm以上であることが好ましい。
When a sheet-shaped molding material is formed by a casting method, a plurality of types of film thickness adjusting means can be applied. The casting method using such a plurality of types of film thickness adjusting means is realized by using a multi-coater that has already been put into practical use, for example. As a film thickness adjusting means for casting, it is preferable to use a slit knife and at least one of a doctor knife and a wire bar, that is, either one or both. The thickness of the sheet-shaped molding material is preferably 0.05 mm or more, and more preferably 0.1 mm or more. The thickness is preferably 0.5 mm or less, and more preferably 0.3 mm or less. As described above, when the thickness of the sheet-shaped molding material is 0.5 mm or less, the
成形用材料が成形されることで、第二の部材62が得られる。成形法としては、圧縮成形が採用されることが好ましい。
The
成形用材料が圧縮成形されることで第二の部材62が製造される場合、成形用材料のディスクフローは80〜100mmであることが好ましい。ディスクフローは、平面上の一箇所に3gの成形用材料を密集させて配置し、これを温度170℃、圧力5MPaの条件で30秒間圧縮した場合に形成される成形体の、長径(最も長い径)の測定値である。成形用材料のディスクフローは、成形用材料の組成を変更することで適宜調整し得る。例えば、成形用材料中の黒鉛含有量が減少すればディスクフローは増大し、黒鉛含有量が増大すればディスクフローは減少する。成形用材料中の硬化促進剤の含有量が減少すればディスクフローは増大し、成形用材料中の硬化促進剤の含有量が増大すればディスクフローは低減する。更に成形用材料中の成分の種類が適宜変更されると、それに応じてディスクフローが増減する。
When the
このように成形用材料のディスクフローが80〜100mmであると、圧縮成形時の成形用材料の流動性が高くなる。このため、成形用材料が結晶性の高い黒鉛粒子を含有し、且つこの成形用材料から圧縮成形により複雑な形状を有する第二の部材62が製造されるにもかかわらず、第二の部材62内で黒鉛粒子が配向しにくくなる。この結果、第二の部材62内における部分的な配向が抑制され、第二の部材62から平面視30mm×30mmの寸法の二つの小片を切り出す場合には、いかなる位置から前記小片を切り出した場合でも小片間の接触抵抗の比が0.9〜1.1の範囲となる。
Thus, when the disk flow of the molding material is 80 to 100 mm, the fluidity of the molding material during compression molding is increased. Therefore, even though the molding material contains highly crystalline graphite particles and the
第二の部材62にはブラスト処理が施されるなどして、第二の部材62の表層のスキン層が除去されると共にこの第二の部材62の表面粗さが調整されることが好ましい。
The
この第二の部材62の表面の算術平均高さRa(JIS B0601:2001)は、0.4〜1.6μmの範囲であることが好ましい。この場合、第二の部材62の腐食電流が更に小さくなり、第二の部材62の耐食性が更に向上する。更に、第二の部材62とガスケット12との接合部でのガスリークが抑制される。このためウエットブラスト処理時に第二の部材62におけるガスケット12と接合する部位をマスクする必要がなくなり、第二の部材62の生産効率が向上する。尚、前記算術平均高さRaが0.4μm未満となることは困難であり、またこの値が1.6μmより大きいと前記ガスリークが充分に抑制されなくなるおそれがある。この第二の部材62の表面の算術平均高さRaは特に1.2μm以下であることが好ましい。更にこの第二の部材62の表面の算術平均高さRaが1.0μm未満であると、前記ガスリークが特に抑制され、第二の部材62の薄型化に伴ってセルスタック作製時の締結力が低くなっても、前記ガスリークが充分に抑制される。第二の部材62の表面の算術平均高さRaは前記のとおり0.4μm以上であることが好ましく、0.6μm以上であれば更に好ましい。
The arithmetic average height Ra (JIS B0601: 2001) of the surface of the
第二の部材62の表面の接触抵抗は15mΩcm2以下であることが好ましい。この場合、燃料電池で発電した電気エネルギーを外部へ伝達するというセパレータ20の機能が高いレベルで維持される。
The contact resistance of the surface of the
前記ブラスト処理時には、第二の部材62にウエットブラスト処理が施されると共に、この処理においてアルミナ粒子等の砥粒を含むスラリーから磁石で金属成分が吸引されることが好ましい。ブラスト処理に用いられる砥粒には不純物として金属成分が混入している可能性があり、またブラスト処理時に砥粒を含むスラリーに金属成分が混入することがある。このような金属成分を含むスラリー用いてブラスト処理が施されると、第二の部材62の表面に砥粒から金属成分が打ち込まれてしまう。しかし、前記のようにスラリーから磁石により金属成分が吸引されながら、この砥粒によりウエットブラスト処理が施されると、ブラスト処理時に第二の部材62に金属成分が付着しにくくなる。すなわち、ウエットブラスト処理によってスキン層の除去や表面粗さの調整などがされつつ、このウエットブラスト処理時に、スラリー中の砥粒に含まれる金属異物などの金属成分が第二の部材62へ打ち込まれにくくなる。また、このウエットブラスト処理において、スラリーが循環されながら繰り返し使用されると共に、このスラリーの循環時にスラリーから金属成分が磁石などで吸引されると、スラリー中の砥粒から磁石により金属成分が吸引されながら、この砥粒によってウエットブラスト処理が施される。
In the blasting process, it is preferable that the
更に、黒鉛粒子の金属成分の含有量を低減するための処理と同様に、第二の部材62から金属成分が磁石によって吸引されてもよい。この場合、例えば第二の部材62が一対の磁石の間に配置されることで、第二の部材62から金属成分が吸引される。尚、磁石を用いた吸引以外の適宜の方法で第二の部材62から金属成分が除去されてもよい。但し、強酸性溶液によって洗浄する方法では第二の部材62を構成する樹脂が溶解してしまうおそれがあり、また超音波洗浄では第二の部材62から黒鉛粒子が脱離してしまうおそれがあるため、好ましくない。
Further, the metal component may be attracted by the magnet from the
以上のようにして得られる第二の部材62における、金属成分の付着の程度は、この第二の部材62を90℃の温水で1時間洗浄した後、90℃の温度で1時間加熱乾燥する処理を施した後に、この第二の部材62の表面を観察することで確認される。第二の部材62に金属成分が付着していると、前記処理により第二の部材62の表面に金属酸化物(錆)が生成する。前記処理後の第二の部材62の表面が目視で観察されても前記金属酸化物(錆)の存在が確認されないことが好ましい。特に、前記処理後の第二の部材62の表面に、直径100μmより大きい金属酸化物が存在しないことが好ましく、直径50μmより大きい金属酸化物が存在しなければ更に好ましい。また、直径30μmより大きい金属酸化物が存在しなければ特に好ましい。
The degree of adhesion of the metal component in the
また、この第二の部材62の表面に表出しているFe、Co、及びNiの総量が0.01μg/cm2以下となっていることが好ましい。更に、この第二の部材62の表面に表出しているCr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu及びZnの総量が0.01μg/cm2以下となっていることが好ましい。
The total amount of Fe, Co, and Ni exposed on the surface of the
ガスケット12は、セパレータ20の外周部分に、シーリングのために積層される。このガスケット12はその略中央部に膜−電極複合体5における燃料電極31や酸化剤電極32を収容するための開口15を有し、この開口15においてセパレータ20の流体を流通させるための溝2が露出する。ガスケット12には、開口15の外周側の、前記セパレータ20の燃料用マニホールド孔131と合致する位置に燃料用貫通孔141が、酸化剤用マニホールド孔132に合致する位置に酸化剤用貫通孔142が、冷却用マニホールド孔133と合致する位置に冷却用貫通孔143が、それぞれ形成されている。
The
膜−電極複合体5における電解質4にも、その外周部分の、前記セパレータ20の燃料用マニホールド孔131と合致する位置に燃料用貫通孔161が、酸化剤用マニホールド孔132と合致する位置に酸化剤用貫通孔162が、冷却用マニホールド孔133と合致する位置に冷却用貫通孔163が、それぞれ形成されている。
Also in the electrolyte 4 in the membrane-
この単セル構造では、セパレータ20の燃料用マニホールド孔131、ガスケット12の燃料用貫通孔141、及び電解質4の燃料用貫通孔161が連通することで、燃料電極への燃料の供給及び排出のための燃料用流路が構成される。また、セパレータ20の酸化剤用マニホールド孔132、ガスケット12の酸化剤用貫通孔142、及び電解質4の酸化剤用貫通孔162が連通することで、酸化剤電極への酸化剤の供給及び排出のための酸化剤用流路が構成される。また、セパレータ20の冷却用マニホールド孔133、ガスケット12の冷却用貫通孔143、及び電解質4の冷却用貫通孔163が連通することで、冷却水等が流通する冷却用流路が構成される。
In this single cell structure, the
燃料電極31と酸化剤電極32、並びに電解質4は、燃料電池のタイプに応じた公知の材料で形成される。固体高分子型燃料電池の場合、燃料電極31及び酸化剤電極32は例えばカーボンクロス、カーボンペーパー、カーボンフェルト等の基材が触媒を担持することで構成される。燃料電極31における触媒としては例えば白金触媒、白金・ルテニウム触媒、コバルト触媒等が挙げられ、酸化剤電極32における触媒としては白金触媒、銀触媒等が挙げられる。また、固体高分子型燃料電池の場合、電解質4は例えばプロトン伝導性の高分子膜から形成され、特にメタノール直接型燃料電池の場合は例えばプロトン伝導性が高く、電子導電性やメタノール透過性を殆ど示さないフッ素系樹脂等から形成される。
The
ガスケット12は、例えば天然ゴム、シリコーンゴム、SIS共重合体、SBS共重合体、SEBS、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(HNBR)、クロロプレンゴム、アクリルゴム、フッ素系ゴム等などから選択されるゴム材料から形成される。このゴム材料には粘着付与剤が配合されてもよい。
The
セパレータ20にガスケット12を積層するにあたっては、例えば予めシート状又は板状に形成されたガスケット12がセパレータ20に接着や融着されるなどして接合される。セパレータ20の表面上でガスケット12を形成するための材料が成形されることによって、セパレータ20にガスケット12が積層されてもよい。例えば未加硫のゴム材料がスクリーン印刷等によりセパレータ20の表面上の所定位置に塗布され、このゴム材料の塗膜を加硫されることで、セパレータ20の表面上の所定位置に所望の形状のガスケット12が形成される。前記加硫にあたっては、加熱、電子線などの放射線の照射、或いはその他適宜の加硫方法が採用される。この場合、薄型のセパレータ20に対してもガスケット12が容易に積層される。また、セパレータ20が金型内にセットされ、このセパレータ20の表面上の所定位置に未加硫のゴム材料が射出されると共にこのゴム材料が加熱されるなどして加硫されることで、セパレータ20の表面上の所定位置に所望の形状のガスケット12が形成されてもよい。このように金型成形によりガスケット12が形成されるにあたっては、トランスファー成形、コンプレッション成形、インジェクション成形等の成形法が採用され得る。
When laminating the
図3は複数の単セルからなる燃料電池40(セルスタック)の一例を示す。この燃料電池40は、燃料用流路に連通する燃料の供給口171及び排出口172と、酸化剤用流路に連通する酸化剤の供給口181及び排出口182と、冷却用流路に連通する冷却水の供給口191及び排出口192とを有する。
FIG. 3 shows an example of a fuel cell 40 (cell stack) composed of a plurality of single cells. The
この燃料電池40の燃料の供給口171から水素ガス等の燃料が、酸化剤の供給口181から酸素ガス等の酸化剤が、それぞれ供給されることにより、燃料電池40が作動する。燃料電池40が作動する間、燃料電池に冷却水の供給口191から冷却水が供給され、このため、燃料電池の温度が運転のための適正な温度に調節される。冷却水としては、純水が使用されることが好ましい。
The
本実施形態によるセパレータ20を備える燃料電池40は、セパレータ20の耐腐食性及び強度が高いため、長期に亘って安定に動作する。特に、冷却水が流通する配管等を構成する金属や、燃料電池内の金属、樹脂等が冷却水に溶出するなどして、冷却水の導電性が上昇したとしても、セパレータ20の冷却用マニホールド孔133は腐食が発生しにくく、従ってこのような腐食による燃料電池40からの冷却水の漏出も生じにくくなる。
The
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明はこの実施例には限定されない。 Examples of the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited to this Example.
[実施例1]
(第一の部材の作製)
金属製プレートとして、SUSからなるコア材と、このコア材に積層されているTiからなる表層とを備える、0.3mmの圧延クラッド材を用意した。この金属製プレートにプレス加工を施すことで波板状に成形することにより、第一の部材を得た。この第一の部材の寸法は、175mm×225mm×1.0mmであった。また、第一の部材の両面には、前記プレス成形により、幅1mm、長さ180mm、深さ0.6mmの寸法の溝を57本形成した。
[Example 1]
(Production of the first member)
A 0.3 mm rolled clad material provided with a core material made of SUS and a surface layer made of Ti laminated on the core material was prepared as a metal plate. A first member was obtained by pressing the metal plate into a corrugated plate. The dimension of this first member was 175 mm × 225 mm × 1.0 mm. Further, 57 grooves each having a width of 1 mm, a length of 180 mm, and a depth of 0.6 mm were formed on both surfaces of the first member by the press molding.
(第二の部材及びセパレータの作製)
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬社製、EOCN−1020−75、エポキシ当量199、融点75℃)と、ノボラック型フェノール樹脂(群栄化学工業社製、PSM6200、OH当量105)とを、ノボラック型フェノール樹脂に対するクレゾールノボラック型エポキシ樹脂の当量比が0.9となるように配合し、更にトリフェニルホスフィン(北興化学工業社製、TPP)を0.12質量%の割合、黒鉛粒子(平均粒子径50μm、真密度2.25g/cm3の、人造黒鉛粒子)を75質量%の割合、エポキシシラン(日本ユニカー社製、品番A187)を0.6質量%の割合、天然カルナバワックス(大日化学工業社製、品番H1−100、融点83℃)を0.1質量%の割合で、配合した。これにより得られた混合物を、攪拌混合機(ダルトン製、5XDMV−rr型)に入れて攪拌混合し、得られた混合物を整粒機で粒径500μm以下に粉砕した。これにより、成形用材料を得た。
(Production of second member and separator)
A cresol novolac type epoxy resin (Nippon Kayaku Co., Ltd., EOCN-1020-75, epoxy equivalent 199, melting point 75 ° C.) and a novolac type phenol resin (Gunei Chemical Industry Co., Ltd., PSM6200, OH equivalent 105) The cresol novolac type epoxy resin with respect to the type phenol resin was blended so that the equivalent ratio was 0.9, and triphenylphosphine (manufactured by Hokuko Chemical Co., Ltd., TPP) was added in a proportion of 0.12% by mass, graphite particles (average particles) Artificial graphite particles having a diameter of 50 μm and a true density of 2.25 g / cm 3 are 75% by mass, epoxysilane (manufactured by Nihon Unicar Co., Ltd., product number A187) is 0.6% by mass, natural carnauba wax (Daiichi) Chemical Industry Co., Ltd., product number H1-100, melting point 83 ° C.) was blended at a ratio of 0.1 mass%. The resulting mixture was stirred and mixed in a stirring mixer (Dalton 5XDMV-rr type), and the resulting mixture was pulverized to a particle size of 500 μm or less with a granulator. Thereby, a molding material was obtained.
尚、黒鉛粒子の真密度は、株式会社島津製作所製の乾式自動密度計(アキュピックII 1340)を用い、定容積膨張法により測定した値である。測定にあたって、ヘリウムガスを用い、導入圧(ゲージ圧)を134.45kPag、パージ回数を10回、ラン回数を10回、平衡判定圧力(ゲージ圧)を0.345kPagとした。 In addition, the true density of the graphite particles is a value measured by a constant volume expansion method using a dry automatic densimeter (Acupic II 1340) manufactured by Shimadzu Corporation. In the measurement, helium gas was used, the introduction pressure (gauge pressure) was 134.45 kPag, the number of purges was 10, the number of runs was 10, and the equilibrium judgment pressure (gauge pressure) was 0.345 kPag.
圧縮成形金型内に第一の部材を配置した状態で、この圧縮成形金型内で、成形用材料を、金型温度170℃、成形圧力35.3MPa、成形時間2分の条件で圧縮成形した。 With the first member placed in the compression mold, the molding material is compression molded in this compression mold under the conditions of a mold temperature of 170 ° C., a molding pressure of 35.3 MPa, and a molding time of 2 minutes. did.
この圧縮成形により、第二の部材を、外形寸法200mm×250mm、開口の寸法165mm×200mm、厚み寸法1.0mmの枠状に形成した。更に、この圧縮成形により、第二の部材には、開口面積3.5cm2の六個のマニホールド孔を形成した。 By this compression molding, the second member was formed into a frame shape having an outer dimension of 200 mm × 250 mm, an opening dimension of 165 mm × 200 mm, and a thickness dimension of 1.0 mm. Furthermore, six manifold holes with an opening area of 3.5 cm 2 were formed in the second member by this compression molding.
これにより、第二の部材を作製すると同時に第一の部材と第二の部材とを一体化して、セパレータを得た。 Thereby, the 1st member and the 2nd member were integrated simultaneously with producing the 2nd member, and the separator was obtained.
このセパレータにおける第二の部材の表面に、マコー株式会社製のウエットブラスト処理装置(形式PFE−300T/N)を用い、砥粒としてアルミナ粒子を含むスラリー用いてブラスト処理を施した後、イオン交換水で洗浄し、更に温風乾燥した。この処理後の第二の部材の表面の算術平均高さRa(JIS B0601:2001)を測定した結果は、0.9μmであった。 The surface of the second member in this separator is subjected to a blasting process using a slurry containing alumina particles as abrasive grains using a wet blasting apparatus (model PFE-300T / N) manufactured by Macau Corporation, and then ion exchange. It was washed with water and further dried with hot air. The result of measuring the arithmetic average height Ra (JIS B0601: 2001) of the surface of the second member after this treatment was 0.9 μm.
[実施例2]
実施例1において、黒鉛粒子として、平均粒子径50μm、真密度2.20g/cm3の人造黒鉛粒子を使用した。それ以外は実施例1と同じ方法で、セパレータを得た。
[Example 2]
In Example 1, artificial graphite particles having an average particle diameter of 50 μm and a true density of 2.20 g / cm 3 were used as the graphite particles. The separator was obtained by the same method as Example 1 except it.
[比較例1]
コア材にSUSを用い表層をTiとした厚み0.3mmの圧延クラッド材に、プレス加工を施すことで、200mm×250mm×1.0mmの寸法の金属製のセパレータを得た。
[Comparative Example 1]
A metal separator having a size of 200 mm × 250 mm × 1.0 mm was obtained by subjecting a rolled clad material having a thickness of 0.3 mm with SUS as the core material and Ti as the surface layer to press working.
[腐食性評価]
各実施例及び比較例で作製されたセパレータを、400mLの硫酸水溶液(pH2、温度90℃)に、50時間浸漬した。続いて、このセパレータの腐食の程度を調べるため、このセパレータにおける金属イオンの含有量を、シーケンシャル型ICP発光分光分析装置(SIIナノテクノロジー製、型番SPS3520UV)を用いて測定した。その結果を下記表に示す。
[Corrosion evaluation]
The separator produced in each Example and Comparative Example was immersed in 400 mL of sulfuric acid aqueous solution (
[腐食電流評価]
実施例1及び実施例2で得られたセパレータの腐食電流を測定した。測定にあたっては、導電率200μS/cmに調整された硫酸ナトリウム水溶液中に、作用極としてセパレータを、対極として白金電極を30mmの間隔で配置し、液温80℃で電極間に20Vの電圧を48時間印加した時点で、電極間を通電する電流値を測定した。その結果を下記表に示す。
[Corrosion current evaluation]
The corrosion currents of the separators obtained in Example 1 and Example 2 were measured. In the measurement, a separator as a working electrode and a platinum electrode as a counter electrode are arranged at intervals of 30 mm in a sodium sulfate aqueous solution adjusted to have a conductivity of 200 μS / cm, and a voltage of 20 V is applied between the electrodes at a liquid temperature of 80 ° C. At the time when the voltage was applied for a period of time, the value of current flowing between the electrodes was measured. The results are shown in the table below.
1 燃料電池用セパレータ
2 溝
13 マニホールド孔
61 第一の部材
62 第二の部材
1
Claims (3)
前記溝に連通するマニホールド孔が形成され、熱硬化性樹脂と黒鉛とを含有する成形用材料の硬化物から形成されている第二の部材とで構成されている燃料電池用セパレータ。 A metal first member in which a groove for circulating a fluid is formed;
A fuel cell separator comprising a manifold formed with a manifold hole communicating with the groove and formed of a cured material of a molding material containing a thermosetting resin and graphite.
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