JPH0157466B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、燃料電池用炭素質材、とくにリン酸
型燃料電池のセパレーター板として好適な炭素質
材の製造方法に関する。 リン酸型燃料電池は、リン酸を保持した電解質
層の両側に白金触媒を担持した多孔質電極板を配
置して単位セルを構成し、各単位セルをセパレー
ター板を介して積層することにより所定のスタツ
ク構造に形成される。セパレーター板は、その両
側面に供給される燃料ガスと酸化剤ガスの分離境
界ならびに単位セル間の接続導体となる構成部材
として機能するもので、材質的に高度のガス不透
過性、電気伝導性、熱伝導性、機械的強度、耐薬
品性と電池作動温度（約218℃）において十分安
定な耐熱特性が要求される。 従来、上記要求特性に適合するものとして炭素
材が注目されているが、特性項目を全面的に満足
していない。すなわち、現在、セパレーター用炭
素材の製法としては、黒鉛基板にフエノール系樹
脂などの熱硬化性樹脂液を含浸硬化する方法（樹
脂含浸法）、および炭素質粉末をフエノール樹脂、
エポキシ樹脂、弗化ビニリデン樹脂などをバイン
ダーとして加熱成形する方法（樹脂結合法）が知
られている。しかしながら、これら方法において
は使用される樹脂類が目的に対して十分な耐熱耐
薬品性を保有しないという根本的な欠点があるう
えに、樹脂含浸法は複数回の含浸処理を繰返して
も高度のガス不透過性を付与するのに困難性を伴
い、他方、樹脂結合法にあつてはガス不透過性を
与えるために炭素質粉末の20〜30％に相当する樹
脂量を必要とする関係から、電気伝導性の低下を
招く問題があつた。 本発明は、樹脂結合法に有効なバインダー樹脂
について多角的に研究を重ねた結果、分子直鎖中
にパラキシレン結合を有する変性フエノール樹脂
が最適であることを知見し、さらに該樹脂を用い
た場合に適合する処理手段を見出して開発に至つ
たものである。 すなわち、本発明により提供される燃料電池用
炭素質材の製造方法は、粒度100メツシユ以下の
炭素質粉末100重量部に、分子直鎖中にパラキシ
レン結合をもつフエノール樹脂初期縮合物12〜25
重量部を架橋剤とともに混練し、混練物を熱圧モ
ールド法により板状体に成形して170℃までの温
度域で予備加熱したのち、220〜270℃の温度に加
熱して硬化を完結することを構成的特徴とする。 骨材となる炭素質粉末としては、人造黒鉛、天
然黒鉛、カーボンブラツク、石油コークス、ピツ
チコークスなどを100メツシユ以下の粒度に微粉
砕したものが用いられる。これらの物質は本来的
に優れた耐熱耐薬品性と伝導特性を具備している
が、電気抵抗および熱膨張係数の低い人造黒鉛
粉、天然黒鉛粉の使用が特に好適である。 バインダーとして用いられる分子直鎖中にパラ
キシレン結合をもつフエノール樹脂初期縮合物
は、例えばフエノールとアラルキルエーテル
（aa′−ジメトキシパラキシレン）とをフリーデル
クラフツ反応により初期縮合させた粉状体で、下
記構造式を有するものである。 この変性フエノール樹脂は、通常のノボラツク
型フエノール樹脂に比べ耐熱耐薬品性に優れてお
り、架橋剤の存在下に加熱すると機械的強度の高
い不溶不融物に転化する。架橋剤には、ヘキサメ
チレンテトラミン、パラホルムアルデヒド、ベン
ズアルデヒドなどが用いられ、樹脂に対し５〜15
重量％の範囲で配合される。 樹脂バインダーは、炭素質粉末（骨材）100重
量部に対し12〜25重量部の割合で架橋剤とともに
配合し、十分に混練する。前記樹脂バインダーの
配合割合は、従来の樹脂結合法に比べて低位にあ
るが、この範囲において高度のガス不透過性およ
び機械的強度が付与される。しかし、配合量が12
重量部を下廻るとガス不透過性および機械的強度
が損われ、他方、25重量％を越えると電気抵抗の
増大を助長する結果を招き好ましくない。 混練に際し、樹脂バインダーは粉状体のままで
適用することもできるが、これを一旦、メチルエ
チルケトン、２−エトキシエタノールなど適宜な
溶剤に溶解した状態で用いると炭素質粉末との混
合均質化が一層促進される。 混練物は、必要に応じて乾燥、粉砕、篩分けな
どの処理を施したのち、熱圧モールド法により板
状体に成形する。該熱圧モールド法は、加熱温度
120〜270℃、負荷圧力100〜800Kg／cm²の成形条件
でおこなうことが適切で、120℃および100Kg／cm²
より低い熱圧条件では成形体の緻密度が不足して
十分なガス不透過性が得られず、270℃および800
Kg／cm²を越える条件によるとバインダー樹脂の劣
化変性と成形体の破壊を生ずる危険性がある。 得られた板状成形体は、そのままあるいは所定
の厚さにスライス加工し、次いで170℃までの温
度域で予備加熱する。成形体の予備加熱は均質な
緻密組織を形成するための重要な要件で、この処
理をおこなわないと硬化段階で成形体組織内部に
亀裂を生じガス不透過性を付与することができな
くなる。 予熱加熱後の成形体は、220〜270℃の温度に加
熱して硬化を完結する。 このようにして得られた炭素質材は、燃料電池
用器材とくにセパレーター板に要求される耐熱耐
薬品性、ガス不透過性その他の諸特性を全面的に
満足するものである。 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 実施例 １ 分子直鎖中にパラキシレン結合をもつフエノー
ル樹脂の初期縮合物に10重量％のヘキサメチレン
テトラミン（架橋剤）を加えてメチルエチルケト
ン（溶剤）に溶解した。この樹脂液をバインダー
として、樹脂量が種々の割合になるように粒度
150メツシユ以下の人造黒鉛粉に配合し、混練機
中で２時間撹拌混合した。混練物を風乾して溶剤
を揮散したのち、80メツシユ以下の粒度に粉砕篩
分けして成形粉とした。ついで成形粉を縦横500
mmのモールドに充填し、油圧プレスにより条件を
変えて板状体に熱圧成形した。 板状成形体を厚さ10.0mmにスライス加工して加
熱装置に入れ、160℃の温度で24時間予備加熱処
理し、引続き250℃に昇温して硬化を完結した。 得られた炭素質材の各種特性を測定し、製造条
件と対応させて表に示した。 特性試験のうち、ガス透過度は１Kg／cm²加圧下
において試片厚10.0mmを通過するガス透過量
（c.c.／min）、熱劣化度は大気中200℃の温度に
1000時間晒した後の前記ガス透過量（c.c.／min）、
また耐薬品性は試片を200℃に加熱した濃りん酸
中に1000時間浸漬した後の重量減少率（％）とし
た。 なお、比較のために、成形体を予備加熱せずに
直接、硬化した例（比較例）、および通常のレゾ
ール型フエノールホルムアルデヒド樹脂初期縮合
物をバインダーとした例（従来例）についても同
様に試験し、結果を表に併載した。

【表】

【表】 表の結果は、本発明例の製造方法により得ら
れた炭素質材は燃料電池セパレーター板に要求さ
れる特性項目を満足し、とくに耐用性の面で比較
例および従来例のものに比べ著るしく優れている
ことを示している。 実施例 ２ 実施例１のRunNo.３と同一の条件で熱圧モール
ド成形およびスライス加工した板状体を、各種温
度により24時間予備加熱したのち250℃で硬化を
完結した。得られた炭素質材のガス透過度を測定
し、その結果を適用した予備加熱温度と対比して
表に示した。

【表】 表の結果から、予備加熱温度が170℃を越え
ると成形体組織内部に亀裂を生じガス不透過性が
損われることが判明する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 粒度100メツシユ以下の炭素質粉末100重量部
   に、分子直鎖中にパラキシレン結合をもつフエノ
   ール樹脂初期縮合物12〜25重量部を架橋剤ととも
   に混練し、混練物を熱圧モールド法により板状体
   に成形して170℃までの温度域で予備加熱したの
   ち、220〜270℃の温度に加熱して硬化を完結する
   ことを特徴とする燃料電池用炭素質材の製造方
   法。 ２ 熱圧モールド法が、加熱温度120〜270℃、負
   荷圧力100〜800Kg／cm²の成形条件でおこなわれる
   特許請求の範囲第１項記載の燃料電池用炭素質材
   の製造方法。