JP7306324B2 - Fuel cell separator and fuel cell separator manufacturing method - 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用セパレータの製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell separator and a method for manufacturing a fuel cell separator.
特許文献1には、炭素材が樹脂中に分散されてなる燃料電池用セパレータが開示されている。同セパレータは、膨張黒鉛粉と、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂との混合物を、金型を用いて加熱するとともに加圧することにより製造されている。 Patent Document 1 discloses a fuel cell separator in which a carbon material is dispersed in a resin. The separator is manufactured by heating and pressurizing a mixture of expanded graphite powder and thermosetting resin or thermoplastic resin using a mold.
こうしたセパレータは、燃料電池の発電部に当接する複数の突条と、互いに隣り合う2つの突条の間に設けられ、反応ガスが流れる流路を形成する複数のガス流路部とを有している。 Such a separator has a plurality of ridges that abut on the power generating section of the fuel cell, and a plurality of gas flow path portions that are provided between two adjacent ridges and form flow paths through which reaction gases flow. ing.
アノード側のセパレータと発電部との間には、上記突条及びガス流路部により区画され、燃料ガスを供給するガス流路が形成されている。カソード側のセパレータと発電部との間には、上記突条及びガス流路部により区画され、酸化ガスを供給するガス流路が形成されている。アノード側のガス流路を通じて供給される燃料ガスと、カソード側のガス流路を通じて供給される酸化ガスとが、発電部において電気化学反応することにより発電が行われるとともに水が生成される。 Between the separator on the anode side and the power generating section, a gas flow path for supplying the fuel gas is formed which is partitioned by the protrusion and the gas flow path section. Between the separator on the cathode side and the power generating section, a gas flow path for supplying an oxidizing gas is formed which is partitioned by the protrusion and the gas flow path section. The fuel gas supplied through the anode-side gas flow channel and the oxidizing gas supplied through the cathode-side gas flow channel undergo an electrochemical reaction in the power generation unit to generate power and water.
ところで、電気化学反応により生成された水(以下、生成水)は、カソード側のガス流路に流入する。こうした生成水は、ガス流路を流れる酸化ガスの圧力によって外部に排出される。しかしながら、生成水の量が多くなった場合には、ガス流路が生成水により閉塞されたり、酸化ガスの圧力損失が過度に増大したりするおそれがある。 By the way, the water produced by the electrochemical reaction (hereinafter referred to as produced water) flows into the gas flow path on the cathode side. Such generated water is discharged to the outside by the pressure of the oxidizing gas flowing through the gas flow path. However, when the amount of generated water increases, the gas flow path may be clogged with the generated water, or the pressure loss of the oxidizing gas may increase excessively.
本発明の目的は、生成水の排出性を高めることができる燃料電池用セパレータ及び燃料電池用セパレータの製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fuel cell separator and a method for manufacturing a fuel cell separator that can improve the dischargeability of generated water.
上記目的を達成するための燃料電池用セパレータは、基材を備え、燃料電池の発電部に当接して設けられる燃料電池用セパレータであって、前記基材は、導電性の第1炭素材、及び樹脂材を含む第1導電層と、導電性の第2炭素材、及び樹脂材を含み、前記第1導電層の厚さ方向における少なくとも前記発電部側に前記第1導電層と隣り合って形成され、前記基材の表面を構成する第2導電層と、を備え、前記第2炭素材は、第1炭素粒子と、前記第1炭素粒子の平均粒子径よりも小さい平均粒子径を有する第2炭素粒子と、を含んでおり、前記第1炭素粒子と前記第2炭素粒子とは、前記第2導電層の樹脂材から露出している。 A fuel cell separator for achieving the above object is a fuel cell separator that includes a base material and is provided in contact with a power generation part of a fuel cell, wherein the base material is a conductive first carbon material, and a resin material; a conductive second carbon material; a second conductive layer formed to constitute the surface of the base material, wherein the second carbon material has first carbon particles and an average particle size smaller than that of the first carbon particles. and second carbon particles, and the first carbon particles and the second carbon particles are exposed from the resin material of the second conductive layer.
同構成によれば、第2導電層の樹脂材の表面には、第1炭素粒子が露出する部分、及び第2炭素粒子が露出する部分が存在する。また、樹脂材の表面から露出する第1炭素粒子の表面には、第1炭素粒子よりも平均粒子径の小さい複数の第2炭素粒子が樹脂材を介して結合されている。このように、発電部に当接する第2導電層の表面には、第1炭素粒子及び第2炭素粒子によって、多数の微細な凹凸が形成される。 According to this configuration, the surface of the resin material of the second conductive layer has a portion where the first carbon particles are exposed and a portion where the second carbon particles are exposed. In addition, a plurality of second carbon particles having an average particle diameter smaller than that of the first carbon particles are bonded via the resin material to the surface of the first carbon particles exposed from the surface of the resin material. In this way, the first carbon particles and the second carbon particles form a large number of fine irregularities on the surface of the second conductive layer that contacts the power generating section.
以上のことから、発電部において発生した生成水が、上記多数の微細な凹凸と発電部との隙間を伝って第2導電層の表面から排出されやすくなる。したがって、生成水の排出性を高めることができる。 As described above, the generated water generated in the power generation section can be easily discharged from the surface of the second conductive layer along the gaps between the numerous fine irregularities and the power generation section. Therefore, it is possible to improve the dischargeability of the generated water.
また、上記構成によれば、セパレータの内部に第1導電層及び第2導電層を介した導電経路が形成される。したがって、セパレータの接触抵抗の増大を抑制できる。
上記燃料電池用セパレータにおいて、前記第2導電層は、前記第1導電層の厚さ方向における両側に形成されていることが好ましい。
Further, according to the above configuration, a conductive path is formed through the first conductive layer and the second conductive layer inside the separator. Therefore, an increase in contact resistance of the separator can be suppressed.
In the above fuel cell separator, the second conductive layer is preferably formed on both sides of the first conductive layer in the thickness direction.
同構成によれば、上記導電経路が第1導電層の厚さ方向における両側に形成される。したがって、セパレータの接触抵抗の増大を一層抑制できる。
また、上記目的を達成するための燃料電池用セパレータの製造方法は、燃料電池の発電部に当接して設けられる燃料電池用セパレータの製造方法であって、樹脂材中に導電性の第1炭素材を分散させた第1混合物から第1板材を形成するとともに、樹脂材中に導電性の第2炭素材を分散させた第2混合物から第2板材を形成し、前記第1板材の厚さ方向における少なくとも発電部側の面に、前記第2板材を積層して積層体を形成する積層体形成工程と、前記積層体を加熱するとともに加圧することで、前記第1板材から第1導電層を形成するとともに、前記第1導電層の前記厚さ方向における前記発電部側に前記第2板材から第2導電層を前記第1導電層と隣り合って形成する導電層形成工程と、を備え、前記第2混合物として、樹脂材の含有量が前記第2炭素材の含有量よりも少ないものを用い、前記第2炭素材として、第1炭素粒子と、前記第1炭素粒子の平均粒子径よりも小さい平均粒子径を有する第2炭素粒子と、を含むものを用いる。
According to this configuration, the conductive path is formed on both sides in the thickness direction of the first conductive layer. Therefore, an increase in contact resistance of the separator can be further suppressed.
Further, a method for manufacturing a fuel cell separator for achieving the above object is a method for manufacturing a fuel cell separator provided in contact with a power generation part of a fuel cell, comprising: A first plate is formed from a first mixture of dispersed materials, and a second plate is formed from a second mixture of a second conductive carbon material dispersed in a resin material, and the thickness of the first plate is A laminated body forming step of forming a laminated body by laminating the second plate material on at least the surface on the power generation part side in the direction, and heating and pressing the laminated body to form the first conductive layer from the first plate material and a conductive layer forming step of forming a second conductive layer from the second plate material adjacent to the first conductive layer on the power generation part side in the thickness direction of the first conductive layer. , as the second mixture, the content of the resin material is less than the content of the second carbon material, and as the second carbon material, the first carbon particles and the average particle diameter of the first carbon particles and second carbon particles having an average particle size smaller than the above.
同方法によれば、第1混合物からなる第1板材と、第2混合物からなる第2板材とを積層した積層体を加熱するとともに加圧することで、第1導電層と第2導電層とが厚さ方向において隣り合って形成される。ここで、第2混合物における樹脂材の含有量は、第2炭素材の含有量よりも少ない。このため、積層体を加熱するとともに加圧することによって、第2導電層の表面において、第2炭素材に含まれる第1炭素粒子と第2炭素粒子とが樹脂材から露出しやすくなる。こうして製造されたセパレータによれば、上記燃料電池用セパレータ作用効果に準じた作用効果を奏することから、生成水の排出性を高めることができる。また、セパレータの接触抵抗の増大を抑制できる。 According to this method, the first conductive layer and the second conductive layer are formed by heating and pressurizing a laminate obtained by laminating a first plate material made of the first mixture and a second plate material made of the second mixture. They are formed adjacent to each other in the thickness direction. Here, the content of the resin material in the second mixture is less than the content of the second carbonaceous material. Therefore, by heating and pressurizing the laminate, the first carbon particles and the second carbon particles contained in the second carbon material are easily exposed from the resin material on the surface of the second conductive layer. According to the separator manufactured in this way, since the function and effect corresponding to the function and effect of the separator for a fuel cell are exhibited, the discharge property of the generated water can be improved. Also, an increase in the contact resistance of the separator can be suppressed.
上記燃料電池用セパレータの製造方法において、前記積層体形成工程では、前記第1板材の厚さ方向における両側の面に前記第2板材を積層し、前記導電層形成工程では、前記第1導電層における前記両側に前記第2導電層を形成することが好ましい。 In the method for manufacturing a fuel cell separator, in the laminate forming step, the second plate member is laminated on both sides of the first plate member in the thickness direction, and in the conductive layer forming step, the first conductive layer Preferably, the second conductive layer is formed on both sides of the.
同方法によれば、上記導電経路が第1導電層の厚さ方向における両側に形成される。したがって、セパレータの接触抵抗の増大を一層抑制できる。
上記燃料電池用セパレータの製造方法において、前記積層体形成工程において、前記第1混合物と前記第2混合物とが個別に供給されるマルチマニホールドダイの内部において前記積層体を形成し、当該積層体を前記マルチマニホールドダイから押出成形することが好ましい。
According to this method, the conductive paths are formed on both sides in the thickness direction of the first conductive layer. Therefore, an increase in contact resistance of the separator can be further suppressed.
In the method for manufacturing a fuel cell separator, in the laminate forming step, the laminate is formed inside a multi-manifold die to which the first mixture and the second mixture are separately supplied, and the laminate is formed. Extrusion from the multi-manifold die is preferred.
同方法によれば、マルチマニホールドダイの内部に第1混合物と第2混合物とが個別に供給されることから、これらの温度を個別に調節することでこれらの粘度を調節することができる。そして、粘度が個別に調節された第1混合物からなる第1板材と、第2混合物からなる第2板材との積層体をマルチマニホールドダイから押出成形する。これにより、第1板材の厚みのばらつきと、第2板材の厚みのばらつきとを抑制することができる。したがって、セパレータの製造ばらつきを抑制することができる。 According to this method, since the first mixture and the second mixture are individually supplied to the inside of the multi-manifold die, their viscosities can be adjusted by individually adjusting their temperatures. Then, a laminate of a first plate made of the first mixture whose viscosity is individually adjusted and a second plate made of the second mixture is extruded from a multi-manifold die. Thereby, variations in the thickness of the first plate member and variations in the thickness of the second plate member can be suppressed. Therefore, manufacturing variations of the separator can be suppressed.
本発明によれば、生成水の排出性を高めることができる。 According to the present invention, it is possible to enhance the discharge of generated water.
以下、図1~図5を参照して、燃料電池用セパレータ及び燃料電池用セパレータの製造方法の一実施形態について説明する。
各図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又は簡略化して示す場合がある。また、各部分の寸法比率については実際と異なる場合がある。
An embodiment of a fuel cell separator and a method for manufacturing a fuel cell separator will be described below with reference to FIGS. 1 to 5. FIG.
In each drawing, part of the configuration may be exaggerated or simplified for convenience of explanation. Also, the dimensional ratio of each part may differ from the actual one.
図1に示すように、本実施形態の燃料電池用セパレータ(以下、セパレータ20と称する)は、固体高分子形燃料電池のスタック100に用いられるものである。なお、セパレータ20は、後述する第1セパレータ30及び第2セパレータ40の総称である。
As shown in FIG. 1, the fuel cell separator (hereinafter referred to as separator 20) of this embodiment is used in a
スタック100は、複数の単セル10が積層された構造を有している。単セル10は、発電部11を備えている。発電部11は、アノード側の第1セパレータ30とカソード側の第2セパレータ40とにより挟持されている。
A
発電部11は、膜電極接合体12と、膜電極接合体12を挟持するアノード側ガス拡散層15及びカソード側ガス拡散層16とにより構成されている。アノード側ガス拡散層15は、膜電極接合体12と第1セパレータ30との間に設けられている。カソード側ガス拡散層16は、膜電極接合体12と第2セパレータ40との間に設けられている。アノード側ガス拡散層15及びカソード側ガス拡散層16は、共に炭素繊維により形成されている。
The
膜電極接合体12は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有する固体高分子材料からなる電解質膜13と、電解質膜13を挟持する一対の電極触媒層14とを備えている。各電極触媒層14には、燃料電池における反応ガスの電気化学反応を促進するために、例えば白金などの触媒が担持されている。
The
第1セパレータ30は、複数の突条31と、反応ガスが流れる複数のガス流路部32とを有している。各突条31は、互いに間隔をおいて並列して延在している。各ガス流路部32は、互いに隣り合う2つの突条31の間において突条31に沿って延在している。各突条31は、アノード側ガス拡散層15に当接している。なお、突条31及びガス流路部32は、図1の紙面に直交する方向に延びている。
The
第2セパレータ40は、複数の突条41と、反応ガスが流れる複数のガス流路部42とを有している。各突条41は、互いに間隔をおいて並列して延在している。各ガス流路部42は、互いに隣り合う2つの突条41の間において突条41に沿って延在している。各突条41は、カソード側ガス拡散層16に当接している。なお、突条41及びガス流路部42は、図1の紙面に直交する方向に延びている。
The
互いに隣り合う2つの単セル10において、一方の単セル10における第1セパレータ30のガス流路部32の底部と、他方の単セル10における第2セパレータ40のガス流路部42の底部とは互いに当接している。
In two
第1セパレータ30のガス流路部32とアノード側ガス拡散層15とで区画される部分には、反応ガスとしての燃料ガスが流通する燃料ガス流路が形成されている。第2セパレータ40のガス流路部42とカソード側ガス拡散層16とで区画される部分には、反応ガスとしての酸化ガスが流通する酸化ガス流路が形成されている。本実施形態における燃料ガスは水素であり、酸化ガスは空気である。
A portion of the
第1セパレータ30の突条31の裏面と、第2セパレータ40における突条41の裏面とで区画される部分には、冷却水が流通する冷却水流路が形成されている。
図2に示すように、セパレータ20は、板状の基材21を備えている。基材21は、第1導電層50と、第1導電層50の厚さ方向における両側において、第1導電層50と隣り合って形成された第2導電層60とを備えている。
A cooling water flow path through which cooling water flows is formed in a portion defined by the back surface of the
As shown in FIG. 2, the
第1導電層50は、導電性の第1炭素材51と、樹脂材52とを含んでいる。
第2導電層60は、導電性の第2炭素材61と、樹脂材62とを含んでいる。
本実施形態における第1炭素材51と第2炭素材61とは、同種の炭素材である。第1炭素材51及び第2炭素材61としては、例えば、球状黒鉛などの天然黒鉛が挙げられる。
The first
The second
The
本実施形態における樹脂材52と樹脂材62とは、同種の樹脂材である。樹脂材52及び樹脂材62としては、例えば、ポリプロピレン樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。
第2炭素材61は、第1炭素粒子63と、第1炭素粒子63の平均粒子径よりも小さい平均粒子径を有する第2炭素粒子64とを含んでいる。
The
The
本明細書における「平均粒子径」とは、レーザー回折・散乱法などによって測定される体積基準の粒度分布における積算値が50%となるときの粒子径、すなわちメジアン径を指す。なお、図2においては、便宜上、第1炭素粒子63のうち、当該第1炭素粒子63のメジアン径を有する炭素粒子と、第2炭素粒子64のうち、当該第2炭素粒子64のメジアン径を有する炭素粒子とを図示している。
The term "average particle size" as used herein refers to the particle size when the integrated value in the volume-based particle size distribution measured by a laser diffraction/scattering method or the like is 50%, that is, the median size. In FIG. 2, for the sake of convenience, among the
各第2導電層60の表面において、第1炭素粒子63と第2炭素粒子64とは、樹脂材62から露出している。したがって、発電部11に対向する第2導電層60においては、当該第2導電層60の樹脂材62から露出する第1炭素粒子63と第2炭素粒子64とが、発電部11に当接している。
The
次に、セパレータ20を製造するための押出成形機200と、プレス装置300について説明する。
<押出成形機200>
図3に示すように、押出成形機200は、1つの第1押出成形機201と、2つの第2押出成形機202とを備えている。第1押出成形機201は、樹脂材52中に第1炭素材51を分散させた第1混合物50aを生成する。第2押出成形機202は、樹脂材62中に第2炭素材61を分散させた第2混合物60aを生成する。
Next, an
<
As shown in FIG. 3 , the
各押出成形機201,202は、流路220を介してマルチマニホールドダイ230に接続されている。
本実施形態における第1押出成形機201及び第2押出成形機202は、同一の構成を有している。このため、以下では、第1押出成形機201の構成について説明することで、第2押出成形機202の構成についての説明を省略する。
Each
The
第1押出成形機201は、シリンダ211と、シリンダ211内に収容されたスクリュー212と、シリンダ211内に樹脂材52を供給する第1ホッパ213と、シリンダ211内に第1炭素材51を供給する第2ホッパ214とを備えている。第2ホッパ214は、第1ホッパ213よりもシリンダ211の先端側に設けられている。
The
シリンダ211の外周部には、シリンダ211内を加熱するためのヒータ215が設けられている。ヒータ215によりシリンダ211内が加熱されることで、シリンダ211内に供給された樹脂材52が溶融する。したがって、ヒータ215によって、樹脂材52の温度が調節されることで、樹脂材52の粘度が調節される。
A
スクリュー212は、図示しないモータを有する駆動装置216に連結されており、シリンダ211内において回転可能に設けられている。スクリュー212が回転することにより、第1ホッパ213から供給された樹脂材52と、第2ホッパ214から供給された第1炭素材51とが混合されて第1混合物50aが生成される。
The
第1混合物50aは、上記スクリュー212の回転によってシリンダ211の先端に向けて搬送される。その後、第1混合物50aは、流路220を通じて、マルチマニホールドダイ230の内部に供給される。
The
図4に示すように、マルチマニホールドダイ230は、略直方体状をなしている。マルチマニホールドダイ230の内部には、1つの第1マニホールド231と、2つの第2マニホールド232とが並んで設けられている。各第2マニホールド232は、第1マニホールド231を挟んで互いに反対側に設けられている。
As shown in FIG. 4, the multi-manifold die 230 has a substantially rectangular parallelepiped shape. Inside the multi-manifold die 230, one
第1マニホールド231には、第1押出成形機201から流路220を通じて第1混合物50aが供給される。各第2マニホールド232には、各第2押出成形機202から流路220を通じて第2混合物60aが供給される。したがって、マルチマニホールドダイ230には、第1混合物50aと第2混合物60aとが個別に供給される。
The
第1マニホールド231には、第1スリット233が連なって設けられている。各第2マニホールド232には、第2スリット234が連なって設けられている。
第1スリット233における第1マニホールド231とは反対側の端部と、各第2スリット234における第2マニホールド232とは反対側の端部とは、合流部235に連通している。
A
The end of the
合流部235は、板状の空間を有している。合流部235は、マルチマニホールドダイ230の端面に開口する吐出口236に連通している。
<プレス装置300>
図5に示すように、プレス装置300は、下型301と、下型301に対して進退可能に設けられた上型305とを備えている。
The
<
As shown in FIG. 5, the
下型301の中央部には、上型305に向かって突出した突出部302が設けられている。突出部302には、突条31,41及びガス流路部32,42を形成するためのダイ303が設けられている。下型301の内部には、電熱線304が内蔵されている。
A protruding
上型305の中央部には、下型301に向かって突出した突出部306が設けられている。突出部306には、突条31,41及びガス流路部32,42を形成するためのパンチ307が設けられている。なお、パンチ307とダイ303とは対向して設けられている。上型305の内部には、電熱線308が内蔵されている。
A projecting
次に、セパレータ20の製造方法について説明する。
図3に示すように、まず、第1押出成形機201及び第2押出成形機202を用いて第1混合物50a及び第2混合物60aをそれぞれ生成する。そして、これら第1混合物50a及び第2混合物60aをマルチマニホールドダイ230に供給する。
Next, a method for manufacturing the
As shown in FIG. 3, first, a
本実施形態では、第1押出成形機201と第2押出成形機202とによって、第1混合物50aの温度と第2混合物60aの温度とが個別に調節されている。
なお、第2混合物60aを生成する際は、樹脂材62の含有量が第2炭素材61の含有量よりも少なくなるように、第1ホッパ213への樹脂材62の供給量と、第2ホッパ214への第2炭素材61の供給量とを調節する。
In this embodiment, the
When generating the
図4に示すように、第1マニホールド231に供給された第1混合物50aは、第1スリット233を通じて合流部235に流入する。第2マニホールド232に供給された第2混合物60aは、第2スリット234を通じて合流部235に流入する。したがって、第1混合物50aと第2混合物60aとが、合流部235において合流する。これにより、第1混合物50aからなる第1板材50bが形成されるとともに、第2混合物60aからなる第2板材60bが形成される。
As shown in FIG. 4 , the
合流部235においては、第1混合物50aの厚さ方向の両側から第2混合物60aを合流させる。これにより、合流部235において、第1板材50bの厚さ方向の両側の面に第2板材60bを積層して積層体70を形成する。その後、積層体70は、吐出口236から吐出される、すなわち、マルチマニホールドダイ230から押出成形される(積層体形成工程)。
In the
次に、積層体70を、図示しない切断装置により所定の形状に切断する。
図5に示すように、次に、各電熱線304,308に電流を供給することにより、下型301及び上型305を所定の温度まで加熱する。その後、積層体70を下型301のダイ303上に載置し、下型301と上型305とにより積層体70を挟持する。これにより、積層体70が加熱されることで軟化する。
Next, the laminate 70 is cut into a predetermined shape by a cutting device (not shown).
As shown in FIG. 5, the
次に、下型301と上型305とにより積層体70を加圧する。これにより、積層体70がダイ303及びパンチ307の形状に応じて変形することで、積層体70に突条31,41及びガス流路部32,42が形成される。
Next, the laminate 70 is pressed by the
その後、積層体70が冷却されることで、各樹脂材52,62が硬化する。こうして、第1板材50bから第1導電層50を形成するとともに、第1導電層50の厚さ方向における両側に第2板材60bから第2導電層60を第1導電層50と隣り合って形成する(導電層形成工程)。
After that, the
このようにして、セパレータ20が製造される。
本実施形態の作用について説明する。
第2導電層60の樹脂材62の表面には、第1炭素粒子63が露出する部分、及び第2炭素粒子64が露出する部分が存在する。また、樹脂材62の表面から露出する第1炭素粒子63の表面には、第1炭素粒子63よりも平均粒子径の小さい複数の第2炭素粒子64が樹脂材62を介して結合されている。このように、発電部11に当接する第2導電層60の表面には、第1炭素粒子63及び第2炭素粒子64によって、多数の微細な凹凸が形成される。
Thus, the
The operation of this embodiment will be described.
The surface of the
以上のことから、発電部11において発生した生成水が、上記多数の微細な凹凸と発電部11との隙間を伝って第2導電層60の表面から排出されやすくなる。
本実施形態の効果について説明する。
As described above, the generated water generated in the
Effects of the present embodiment will be described.
(1)基材21は、第1導電層50と、第1導電層50の厚さ方向における両側において、第1導電層50と隣り合って形成された第2導電層60とを備えている。第2導電層60の第2炭素材61は、第1炭素粒子63と、第1炭素粒子63の平均粒子径よりも小さい平均粒子径を有する第2炭素粒子64とを含んでいる。第1炭素粒子63と第2炭素粒子64とは、樹脂材62から露出している。
(1) The
こうした構成によれば、上述した作用を奏することから、生成水の排出性を高めることができる。
また、上記構成によれば、セパレータ20の内部に第1導電層50及び第2導電層60を介した導電経路が形成される。したがって、セパレータ20の接触抵抗の増大を抑制できる。
According to such a configuration, since the above-described effects are exhibited, the discharge of generated water can be enhanced.
Moreover, according to the above configuration, a conductive path is formed inside the
(2)積層体形成工程では、第1混合物50aから第1板材50bを形成するとともに、第2混合物60aから第2板材60bを形成し、第1板材50bの厚さ方向における両側の面に、第2板材60bを積層して積層体70を形成する。導電層形成工程では、積層体70を加熱するとともに加圧することで、第1板材50bから第1導電層50を形成するとともに、第1導電層50の厚さ方向における両側に第2板材60bから第2導電層60を第1導電層50と隣り合って形成する。第2混合物60aとして、樹脂材62の含有量が第2炭素材61の含有量よりも少ないものを用いる。第2炭素材61として、第1炭素粒子63と、第1炭素粒子63の平均粒子径よりも小さい平均粒子径を有する第2炭素粒子64とを含むものを用いる。
(2) In the laminate forming step, the
こうした方法によれば、積層体70を加熱するとともに加圧することで、第1導電層50と第2導電層60とが厚さ方向において隣り合って形成される。ここで、第2混合物60aにおける樹脂材62の含有量は、第2炭素材61の含有量よりも少ない。このため、積層体70を加熱するとともに加圧することによって、第2導電層60の表面において、第2炭素材61に含まれる第1炭素粒子63と第2炭素粒子64とが樹脂材62から露出しやすくなる。こうして製造されたセパレータ20によれば、上記効果(1)を奏することから、生成水の排出性を高めることができる。また、セパレータ20の接触抵抗の増大を抑制できる。
According to such a method, by heating and pressurizing the laminate 70, the first
(3)積層体形成工程において、マルチマニホールドダイ230の内部において積層体70を形成し、当該積層体70をマルチマニホールドダイ230から押出成形する。
こうした方法によれば、マルチマニホールドダイ230の内部に第1混合物50aと第2混合物60aとが個別に供給されることから、これらの温度を個別に調節することでこれらの粘度を調節することができる。そして、粘度が個別に調節された第1混合物50aからなる第1板材50bと、第2混合物60aからなる第2板材60bとの積層体70をマルチマニホールドダイ230から押出成形する。これにより、第1板材50bの厚みのばらつきと、第2板材60bの厚みのばらつきとを抑制することができる。したがって、セパレータ20の製造ばらつきを抑制することができる。
(3) In the laminate forming step, the laminate 70 is formed inside the multi-manifold die 230 and the laminate 70 is extruded from the multi-manifold die 230 .
According to this method, since the
<変更例>
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
<Change example>
This embodiment can be implemented with the following modifications. This embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
・積層体形成工程では、マルチマニホールドダイ230に代えて、例えば、コータやスプレーなどを用いて、第1板材50bと第2板材60bとを形成することもできる。こうした方法の一例としては、まず、金型の表面に溶融した第2混合物60aを塗布することで、第2板材60bを形成する。次に、第2板材60bの表面に溶融した第1混合物50aを塗布することで、第1板材50bを形成する。次に、第1板材50bの表面に溶融した第2混合物60aを塗布することで、第2板材60bを形成する。これにより、第1板材50bの厚さ方向における両側の面に第2板材60bが積層した積層体70を形成する。
- In the laminate forming step, instead of the multi-manifold die 230, for example, a coater or a sprayer may be used to form the
・第2導電層60は、第1導電層50の厚さ方向における発電部11側の面にのみ形成されていてもよい。この場合、積層体形成工程においては、第1板材50bの厚さ方向における発電部11側の面にのみ第2板材60bを積層すればよい。
- The second
・本実施形態では、第1炭素材51と第2炭素材61とは、同種の炭素材であったが、これらは、互いに異なる種類の炭素材であってもよい。
・第1炭素材51及び第2炭素材61は、導電性の炭素材であればよく、他に例えば、人造黒鉛や、球状黒鉛以外の天然黒鉛などであってもよい。
- In the present embodiment, the
- The
・第1導電層50には、第1炭素材51に加えて、第1炭素材51とは異なる種類の炭素材や、金属製の導電性粒子などが含まれていてもよい。第2導電層60には、第2炭素材61に加えて、第2炭素材61とは異なる種類の炭素材や、金属製の導電性粒子などが含まれていてもよい。
- In addition to the
・本実施形態では、第1炭素粒子63と第2炭素粒子64とは、同種の炭素粒子であったが、これらは、互いに異なる種類の炭素粒子であってもよい。
・本実施形態では、樹脂材52と樹脂材62とは、同種の樹脂材であったが、これらは、互いに異なる種類の樹脂材であってもよい。
- In the present embodiment, the
- In the present embodiment, the
・樹脂材52及び樹脂材62は、ポリプロピレン樹脂以外の熱可塑性樹脂であってもよいし、例えば、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂であってもよい。
・第2導電層60は、セパレータ20のうち発電部11に対向する部分の表面全体に形成されていることが好ましいが、必ずしも表面全体に形成されていなくてもよい。例えば、第2導電層60は、セパレータ20の突条31,41の頂面にのみ形成されていてもよい。
- The
- The second
・本実施形態のセパレータ20を、アノード側の第1セパレータ30にのみ適用してもよいし、カソード側の第2セパレータ40にのみ適用してもよい。
- The
11…発電部
20…セパレータ
21…基材
50…第1導電層
50a…第1混合物
50b…第1板材
51…第1炭素材
52…樹脂材
60…第2導電層
60a…第2混合物
60b…第2板材
61…第2炭素材
62…樹脂材
63…第1炭素粒子
64…第2炭素粒子
70…積層体
230…マルチマニホールドダイ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記基材は、
導電性の第1炭素材、及び樹脂材を含む第1導電層と、
導電性の第2炭素材、及び樹脂材を含み、前記第1導電層の厚さ方向における両側に前記第1導電層と隣り合って形成され、前記基材の表面を構成する第2導電層と、を備え、
前記第1炭素材と前記第2炭素材とは、互いに異なる種類の炭素材であり、
前記第2炭素材は、第1炭素粒子と、前記第1炭素粒子の平均粒子径よりも小さい平均粒子径を有する第2炭素粒子と、を含んでおり、
前記第1炭素粒子と前記第2炭素粒子とは、前記第2導電層の樹脂材から露出している、
燃料電池用セパレータ。 A fuel cell separator comprising a base material and provided in contact with a power generation part of a fuel cell,
The base material is
a first conductive layer including a conductive first carbon material and a resin material;
A second conductive material comprising a conductive second carbon material and a resin material, formed adjacent to the first conductive layer on both sides in the thickness direction of the first conductive layer, and constituting the surface of the base material. comprising a layer and
the first carbon material and the second carbon material are carbon materials of different types;
The second carbon material includes first carbon particles and second carbon particles having an average particle size smaller than the average particle size of the first carbon particles,
The first carbon particles and the second carbon particles are exposed from the resin material of the second conductive layer,
Fuel cell separator.
樹脂材中に導電性の第1炭素材を分散させた第1混合物から第1板材を形成するとともに、樹脂材中に導電性の第2炭素材を分散させた第2混合物から第2板材を形成し、前記第1板材の厚さ方向における両側の面に、前記第2板材を積層して積層体を形成する積層体形成工程と、
前記積層体を加熱するとともに加圧することで、前記第1板材から第1導電層を形成するとともに、前記第1導電層における前記両側に前記第2板材から第2導電層を前記第1導電層と隣り合って形成する導電層形成工程と、を備え、
前記第2混合物として、樹脂材の含有量が前記第2炭素材の含有量よりも少ないものを用い、
前記第2炭素材として、第1炭素粒子と、前記第1炭素粒子の平均粒子径よりも小さい平均粒子径を有する第2炭素粒子と、を含むものを用いる、
燃料電池用セパレータの製造方法。 A method for manufacturing a fuel cell separator provided in contact with a power generation portion of a fuel cell, comprising:
A first plate is formed from a first mixture in which a first conductive carbon material is dispersed in a resin material, and a second plate is formed from a second mixture in which a second conductive carbon material is dispersed in a resin material. a laminate forming step of forming a laminate by laminating the second plate material on both sides of the first plate material in the thickness direction;
By heating and pressurizing the laminate, a first conductive layer is formed from the first plate material, and a second conductive layer is formed from the second plate material on both sides of the first conductive layer. A conductive layer forming step formed adjacent to the layer,
As the second mixture, a mixture having a resin material content smaller than the content of the second carbon material is used,
As the second carbon material, one containing first carbon particles and second carbon particles having an average particle size smaller than the average particle size of the first carbon particles is used.
A method for producing a fuel cell separator.
請求項2に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。 In the laminate forming step, the laminate is formed inside a multi-manifold die to which the first mixture and the second mixture are separately supplied, and the laminate is extruded from the multi-manifold die.
3. The method for manufacturing the fuel cell separator according to claim 2 .
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