JPH02181367A - 燃料電池用セパレータとその製造方法 - Google Patents

燃料電池用セパレータとその製造方法

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JPH02181367A
JPH02181367A JP64000400A JP40089A JPH02181367A JP H02181367 A JPH02181367 A JP H02181367A JP 64000400 A JP64000400 A JP 64000400A JP 40089 A JP40089 A JP 40089A JP H02181367 A JPH02181367 A JP H02181367A
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JP
Japan
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fluororesin
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pores
separator
fuel cell
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Masaru Osuga
勝 大須賀
Kaoru Takahashi
薫 高橋
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Yamaha Motor Co Ltd
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Yamaha Motor Co Ltd
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    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
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    • H01M8/0223Composites
    • HELECTRICITY
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は燃料電池用セパレータに関する。
〔従来技術〕
一般に燃料電池は、所望の高い電圧を発生させるため多
数の電池セルを積層するように構成され、これら電池セ
ル間にセパレータが介挿されるようになっている。
第4図はこのような燃料電池を概略的に示すもので、多
数の電池セル1がセパレータ5を介在させながら積層さ
れており、その積層体の両端に集電板6,6が配置され
ている。各電池セルlは陽極板2と陰極板3の間にリン
酸などの電解液を含浸した電解層4を挟んで構成されて
いる。陽極板2と陰極板3は多孔質のカーボン板から構
成され、電解液を含浸した状態になっている。
一方、セパレータ5は陽極板2と対面する側に案内溝5
aを有し、陰極板3と対面する側に案内溝5bを有して
おり、これら両案内溝5a。
5bは互いに直交する関係になっている。これら案内溝
のうち、一方の案内溝5aには酸素(空気)が供給され
、他方の案内溝5bには水素が供給され、それぞれの活
物質ガスは電解液によって分解されてイオン化し、互い
に反応して水と電気エネルギを発生する。この反応は発
熱反応であるので、運転時の燃料電池は一般には200
℃程度の高温になる。
上述のようにセパレータ5は電解液の湿潤環境下に置か
れるが、そのために基材としては電解液に対して化学的
に安定なカーボンの焼成材が使用されている。しかし、
このカーボン焼成材は多孔性物質であるため、そのまま
では酸素や水素の活物質ガスを分離するに十分な隔壁機
能を果たすことができない。また、毛細管現象によって
電解液を吸いだすため、電池セルの性能を劣化させてし
まうということもある。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、上述したカーボン焼成材からなるセパ
レータの問題を解消し、活物質ガスに対して十分な隔壁
機能を果たし、かつ電解液の吸いだしを防止して電池セ
ルの性能劣化させることのない燃料電池用セパレータを
提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明の燃料電池用セパレー
タは、カーボン焼成材を基材とし、該基材中の気孔内に
溶融固化した弗素系樹脂が気孔内壁面に融着して充填さ
れていることを特徴とするものである。
また、このような燃料電池用セパレータの製造方法は、
カーボン焼成材からなる基材を、微粒子状フッ素系樹脂
の懸濁液中に浸漬して該基材の気孔内に前記懸濁液を含
浸させ、次いで乾燥したのち前記フッ素系樹脂の融点以
上の温度で加熱して該フッ素系樹脂を溶融させることを
特徴とするものである。
このように基材の気孔内に充填されたフッ素系樹脂が溶
融固化され、気孔内壁に融着したものであるため、微粒
子相互間の隙間が完全に埋められた気密状態になり、か
つフッ素系樹脂自体もtθ水性を有するので、電解液や
活物質ガスの浸透を阻止することができる。
本発明において、セパレータの基材に使用されるカーボ
ン焼成材は、カーボン粉末をバインダと混練して成形し
、その成形体を焼成することによってグラファイト化し
たものである。そのため基材中には、焼成時に飛んだバ
インダの跡が多数の気孔となって存在している。
また、本発明において基材の気孔に充填されるフッ素系
樹脂は、それ自体が撥水性の特性を有するものであり、
リン酸などの電解液に対して耐腐蝕性を有し、かつ融点
が200℃以上であるものが好ましい。このように融点
が200℃以上で、かつ電解液に対して耐腐蝕性を有す
ることによって、燃料電池が発生する熱に対して安定で
あると共に、リン酸などの電解液に対して安定した性能
を発揮する。このようなフッ素系樹脂としては、フッ化
アルコキシエチレンmu (llt点300℃)、フ・
ノ化エチレンプロピレンエーテル樹脂(融点250℃)
などを挙げることができる。
以下、本発明の燃料電池用セパレータを、その製造方法
と共に説明する。
まず、セパレータ用の基材は、カーボン粉末をバインダ
と混練して板状に成形し、その成形板を焼成することに
よりグラファイト化されたカーボン焼成材にする。この
ようにして作られたカーボン焼成材は、例えば次のよう
な物性値を有するものとなる。
かさ比重   1.60 固有抵抗   900μΩcm ショア硬さ  25 曲げ強さ   200 kg/cm” 天   分    0.1  % 最大粒径   1.5 mn+ 全気孔率   27  % このカーボン焼成材は必要な大きさに切り出して、案内
溝等を機械加工することによって、第4図に例示するよ
うな燃料電池用セパレータ5の基材にする。このときの
基材50は、第2図(a)に示すように多数の気孔11
、−、 11を形成しており、その気孔11は基材表面
にまで開口した状態になっている。
次に、第3図(a)に示すように、真空ポンプなどによ
って例えばlOmmHg程度に減圧にした処理槽30に
上記基材50を投入する。このように真空中に投入され
ることによって、基材50の気孔内も真空状態に減圧さ
れる。
次いで、この処理槽30にフッ素系樹脂の微粒子状を水
に分散させた懸濁液Fを供給する。
基材50の気孔内は予め真空状態になっているため、上
記懸濁液Fは気孔の奥深くまで侵入することになる。こ
のときの含浸処理は、大気圧下で行ってもよく、また必
要により加圧下に行って、より高い含浸効果を図るよう
にしてもよい。
この実施例では、フッ素系樹脂としてフン化アルコキシ
エチレン樹脂を使用し、懸濁液の濃度を60重量%にし
た。この懸濁液中のフッ素系樹脂濃度は特に限定される
ものでないが、均一な含浸を図るため出来るだけ均一に
分散していることが望ましく、そのための助剤として界
面活性剤を適宜添加することが望ましい。
次いで含浸処理後の基材50は、第3図(b)のように
熱風乾燥炉31で乾燥する。この乾燥処理によって基材
50の気孔11中に含浸された懸濁液から水分が蒸発し
、第2図(b)に示すようにフッ素系樹脂の微粒子9だ
けが残る。
この乾燥処理は、例えば100〜150℃で1時間程度
行えばよい。これによって水分を完全に蒸発させること
ができる。懸濁液の濃度や分散状態の関係で、1回の含
浸操作だけでは気孔11内にフッ素樹脂微粒子9を十分
に充填できないときは、上記含浸処理と乾燥処理とを複
数回繰り返すようにするとよい。
このように複数回の含浸処理と乾燥処理を繰り返す場合
には、最初の数回をカーボン懸濁液で処理するようにし
、最後の1回を上記フッ素系樹脂懸濁液で処理するよう
にしてもよい。このようにカーボン懸濁液の前処理をす
れば、気孔の奥側にカーボン粒子を充填し、表面に近い
部分のみにフッ素系樹脂を充填するため、セパレータ内
部の電気抵抗を軽減することができるようになる。
また、乾燥処理後の基材50は、その外表面に多数のフ
ッ素系樹脂微粒子9を付着している。
したがって、第3図(c)に示すようにブラシ32など
でブラッシングして余剰の微粒子9を除去するようにす
る。外側に付着したフッ素系樹脂は集電板および電極と
の導電性を阻害する原因になって好ましくないからであ
る。
余剰のフッ素系樹脂微粒子を除去した後の基材50は、
次いで第3図(d)に示すように加熱炉33に入れて、
フッ素系樹脂の融点以上に加熱する。この加熱によって
、第1図に示すように気孔ll内のフッ素系樹脂微粒子
9は溶融し、微粒子相互間の隙間を埋めた状態にして気
孔内壁に融着する。また、中央部分に独立気泡12を形
成した状態になる。すなわち、フッ素系樹脂微粒子9は
、9′で示すように流動を行って溶融固化し、気孔11
を気密に封止した状態になる。
以上によって上記基材50は燃料電池用のセパレータ5
として完成されるが、気孔11が溶融固化したフッ素系
樹脂9゛によってほとんど完全気密な状態になっている
ため、電解液を浸透させないばかりでなく、活物質ガス
をも透さなくなる。したがって、電池セルの相互間にお
いてセパレータを介して酸素と水素の活物質ガスが混合
することがなくなって効率的な発電が可能になる。また
、毛細管現象によって電解液を吸いだすことがないため
、電池の性能劣化を防止することができる。
〔発明の効果〕
上述したように、本発明による燃料電池用セパレータは
、カーボン焼成材からなる基材中の気孔が溶融固化した
フッ素系樹脂で充填されているので、気孔をほとんど気
密な状態に封止することができる。
したがって、電池セル間に挿入されたセパレータを通し
て酸素や水素の活物質ガスが混合するおそれはなく、ま
た電解液を毛細管現象によって吸い上げることも防止さ
れ、電池の性能劣化を招くことがない。
(本頁以下余白) 4、
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の燃料電池用セパレータの要部を示す縦
断面図、第2図(a) 、 (b)は、それぞれ本発明
のセパレータの製造過程における基材の要部断面図、第
3図(a) 、 (b) 、 (c) 、 (d)は、
それぞれ本発明のセパレータの製造方法を説明する説明
図、第4図は燃料電池を分解した状態で示す概略説明図
である。 1・・・電池セル、2・・・陽極板、3・・・陰極板、
4・・・電解層、5・・・セパレータ、11・・・気孔
、50・・・基材。 代理人 弁理士 小 川 信 −

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)カーボン焼成材を基材とし、該基材中の気孔内に
    溶融固化した弗素系樹脂が気孔内壁面に融着して充填さ
    れている燃料電池用セパレータ。
  2. (2)カーボン焼成材からなる基材を、微粒子状フッ素
    系樹脂の懸濁液中に浸漬して該基材の気孔内に前記懸濁
    液を含浸させ、次いで乾燥したのち前記フッ素系樹脂の
    融点以上の温度で加熱して該フッ素系樹脂を溶融させる
    ことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
JP64000400A 1989-01-06 1989-01-06 燃料電池用セパレータとその製造方法 Pending JPH02181367A (ja)

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