JPH044242B2 - - Google Patents
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- JPH044242B2 JPH044242B2 JP60195791A JP19579185A JPH044242B2 JP H044242 B2 JPH044242 B2 JP H044242B2 JP 60195791 A JP60195791 A JP 60195791A JP 19579185 A JP19579185 A JP 19579185A JP H044242 B2 JPH044242 B2 JP H044242B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0213—Gas-impermeable carbon-containing materials
-
- 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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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-
- 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
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- 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
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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
「産業上の利用分野」
本発明は、大きな強度特性を有するとともに、
微細気孔が少ない炭素質薄板の製造方法に関し、
とくにリン酸型燃料電池のセパレーターとして有
用な炭素質薄板の製造方法に関するものである。 「従来の技術」 炭素質材は耐熱性、耐蝕性ならびに導電性など
の特性がすぐれているために各種電気、電子分野
において広く使用されている。 一般に、これらの炭素質材はコークス、黒鉛な
どの粉粒体を骨材としてピツチやタールなどのバ
インダーを加えて混練しこれを所望形状に成形し
たのち焼成炭化さらに黒鉛化処理をして製造され
ている。このようにして製造される炭素質材は、
その組織構造が多孔質であるために、例えばリン
酸型燃料電池のセパレーターのように高度の気体
不透過性が要求される用途分野にはそのまま使用
することができない。 リン酸型燃料電池は、リン酸電解液を含浸させ
たマトリツクスを一対の多孔質電極板の間に狭持
し、その外側にセパレーターを配置し燃料気体お
よび酸化剤気体の供給通路である溝を形成し、こ
の単位セルを多数積層して電池を構成している。
例えば、一方の溝に水素ガス、他方の溝に空気や
酸素ガスを供給し、これらのガスがマトリツクス
を介して拡散して電極部において担持された触媒
によつて電極反応が生起する。したがつて、セパ
レーターとしては供給される燃料気体と酸化剤気
体とが混合しないように気体不透過性がすぐれて
いること、単位セルを積層構成した場合に電池の
内部抵抗として作用するために導電性が高いこ
と、薄板状であつても積層圧縮に耐え得る大きな
機械的強度を有することおよび表面の平滑性がす
ぐれていることなどの諸特性を有することが必要
である。 気体不透過性のすぐれた炭素成形体を得るため
には、例えば炭素質材に熱硬化性樹脂液を含浸硬
化する方法（樹脂含浸法）、あるいは炭素質粉末
を熱硬化性樹脂液と混練し成形、硬化する方法
（樹脂結合法）がある。さらに、これら成形体を
非酸化性雰囲気中で加熱処理して樹脂成分を焼成
炭化することにより高度の導電性、機械的強度特
性などを付与することができる。しかしながら加
熱処理による樹脂成分の焼成炭化過程において、
成形体中に内蔵、残留するガス体、例えば樹脂結
合法により混練時に捲き込まれた空気や樹脂成分
から揮発するガス成分などが揮散することにより
微細気孔が発生して気体不透過性が損われる難点
がある。また比較的に大型の成形体の場合には、
表面が皺状になり易く平滑性が低下する欠点があ
る。 「発明が解決しようとする問題点」 本発明は、樹脂結合焼成法における上記問題点
の解消をはかり、成形体中に内蔵、残留するガス
体による微細気孔の発生を防止し、気体不透過性
ならびに表面平滑性のすぐれた炭素質薄板の製造
方法を提供するものである。 「問題点を解決するための手段」 本発明は、炭素質粉末と熱硬化性樹脂との混練
物を、100mmHg以下の減圧雰囲気中50Kg／cm2以上
の圧力で加圧処理し、次いで所定形状に成形、硬
化したのち非酸化性雰囲気中で焼成炭化処理する
ことを構成的特徴とする炭素質薄板の製造方法で
ある。 本発明で使用する原料のうち、炭素質粉末とし
ては黒鉛粉末やコークス粉末が用いられ、とくに
平均粒径が10μｍ以下の微粉末を使用すると緻密
な混練物が得られるので好ましい。熱硬化性樹脂
としては非酸化性雰囲気中で焼成炭化してガラス
状炭素質に転化し得る、例えばフエノール系やフ
ラン系の樹脂が用いられ、液状または粉末樹脂と
の混合物として使用に供される。 炭素質粉末と熱硬化性樹脂は所定の割合に混合
したのち、ニーダー、スクリユウ、ローラーなど
の通常使用される適宜の混練機を用いて均一な混
練物に調製される。この混練過程において、混練
物に捲き込まれた空気の一部は混練物中に内蔵さ
れ、残留する。さらに樹脂成分から揮発するガス
成分の一部も同様に混練物中に残留する。本発明
は、混練物中に残留するこれらのガス体を脱気処
理して除去することにより組織構造が緻密で、微
細気孔が少なく気体不透過性のすぐれた炭素質薄
板の製造を可能とするものである。 混練物中のガス体は、例えば混練物をモールド
内に装填して圧力を附加するとともにモールド内
を減圧することにより除去することができる。こ
の場合、残留ガス体を効率よく除去するために
は、混練物に50Kg／cm2以上の圧力を附加するとと
もに雰囲気を100mmHg以下に減圧することが必要
である。 この脱気処理された混練物は、モールド成形、
押出し成形、ロール成形などの通常用いられる各
種成形手段を適用して所定形状の薄板に成形す
る。成形体は加熱処理により硬化されるが、この
場合１〜10Kg／cm2に加圧しつつ硬化反応を進める
と硬化反応が均等に進行して表面の平滑性が向上
するので好ましい。加圧力が１Kg／cm2未満では表
面平滑化の効果が少なく、10Kg／cm2を越える場合
には硬化時に亀裂が発生し易いためである。この
硬化成形体は、常法に従つて非酸化性雰囲気中で
焼成炭化処理して炭素質薄板が製造される。 「作用」 本発明においては、炭素質粉末と熱硬化性樹脂
との混練物を加圧しつつ減圧脱気処理を施すこと
により、混練物中に残留するガス体の効率的除去
をはかるものである。この脱気処理により、焼成
炭化過程における残留ガス体の揮散による微細気
孔の発生を効果的に低減するとともに表面平滑性
の低下が防止される。 「実施例」 平均粒径5μｍの人造黒鉛粉末100重量部に液状
フエノール樹脂120重量部を添加混合し加圧ニー
ダー中で0.5Kg／cm2の圧力を附加しながら常温で
30分間混練した。この混練物を直径100mmのモー
ルド内に装填し、100Kg／cm2の圧力で加圧処理す
るとともに真空ポンプでモールド内を30mmHgに
減圧し、３分間保持して脱気処理を行なつた。こ
の脱気処理により直径100mm、高さ100mmの円柱状
の成形物が形成された。この成形物を70℃に予熱
しつつ、ロール圧延法により800mm×800mm×１mm
の薄板状に成形した。この成形体を５Kg／cm2の加
圧下に、温度50℃で24時間硬化したのち、さらに
180℃で２時間加熱硬化処理した。この硬化成形
体は常法に従い、非酸化性雰囲気中で1300℃、３
時間加熱し、焼成炭化処理を行なつた。このよう
にして得られた炭素質薄板の諸特性を下表に示し
た。 なお、比較のために混練物の脱気処理を行なわ
ない以外は全て実施例と同一条件で混練、成形、
硬化、焼成炭化処理して得られた炭素質薄板の特
性値を比較例として同表中に併記した。
微細気孔が少ない炭素質薄板の製造方法に関し、
とくにリン酸型燃料電池のセパレーターとして有
用な炭素質薄板の製造方法に関するものである。 「従来の技術」 炭素質材は耐熱性、耐蝕性ならびに導電性など
の特性がすぐれているために各種電気、電子分野
において広く使用されている。 一般に、これらの炭素質材はコークス、黒鉛な
どの粉粒体を骨材としてピツチやタールなどのバ
インダーを加えて混練しこれを所望形状に成形し
たのち焼成炭化さらに黒鉛化処理をして製造され
ている。このようにして製造される炭素質材は、
その組織構造が多孔質であるために、例えばリン
酸型燃料電池のセパレーターのように高度の気体
不透過性が要求される用途分野にはそのまま使用
することができない。 リン酸型燃料電池は、リン酸電解液を含浸させ
たマトリツクスを一対の多孔質電極板の間に狭持
し、その外側にセパレーターを配置し燃料気体お
よび酸化剤気体の供給通路である溝を形成し、こ
の単位セルを多数積層して電池を構成している。
例えば、一方の溝に水素ガス、他方の溝に空気や
酸素ガスを供給し、これらのガスがマトリツクス
を介して拡散して電極部において担持された触媒
によつて電極反応が生起する。したがつて、セパ
レーターとしては供給される燃料気体と酸化剤気
体とが混合しないように気体不透過性がすぐれて
いること、単位セルを積層構成した場合に電池の
内部抵抗として作用するために導電性が高いこ
と、薄板状であつても積層圧縮に耐え得る大きな
機械的強度を有することおよび表面の平滑性がす
ぐれていることなどの諸特性を有することが必要
である。 気体不透過性のすぐれた炭素成形体を得るため
には、例えば炭素質材に熱硬化性樹脂液を含浸硬
化する方法（樹脂含浸法）、あるいは炭素質粉末
を熱硬化性樹脂液と混練し成形、硬化する方法
（樹脂結合法）がある。さらに、これら成形体を
非酸化性雰囲気中で加熱処理して樹脂成分を焼成
炭化することにより高度の導電性、機械的強度特
性などを付与することができる。しかしながら加
熱処理による樹脂成分の焼成炭化過程において、
成形体中に内蔵、残留するガス体、例えば樹脂結
合法により混練時に捲き込まれた空気や樹脂成分
から揮発するガス成分などが揮散することにより
微細気孔が発生して気体不透過性が損われる難点
がある。また比較的に大型の成形体の場合には、
表面が皺状になり易く平滑性が低下する欠点があ
る。 「発明が解決しようとする問題点」 本発明は、樹脂結合焼成法における上記問題点
の解消をはかり、成形体中に内蔵、残留するガス
体による微細気孔の発生を防止し、気体不透過性
ならびに表面平滑性のすぐれた炭素質薄板の製造
方法を提供するものである。 「問題点を解決するための手段」 本発明は、炭素質粉末と熱硬化性樹脂との混練
物を、100mmHg以下の減圧雰囲気中50Kg／cm2以上
の圧力で加圧処理し、次いで所定形状に成形、硬
化したのち非酸化性雰囲気中で焼成炭化処理する
ことを構成的特徴とする炭素質薄板の製造方法で
ある。 本発明で使用する原料のうち、炭素質粉末とし
ては黒鉛粉末やコークス粉末が用いられ、とくに
平均粒径が10μｍ以下の微粉末を使用すると緻密
な混練物が得られるので好ましい。熱硬化性樹脂
としては非酸化性雰囲気中で焼成炭化してガラス
状炭素質に転化し得る、例えばフエノール系やフ
ラン系の樹脂が用いられ、液状または粉末樹脂と
の混合物として使用に供される。 炭素質粉末と熱硬化性樹脂は所定の割合に混合
したのち、ニーダー、スクリユウ、ローラーなど
の通常使用される適宜の混練機を用いて均一な混
練物に調製される。この混練過程において、混練
物に捲き込まれた空気の一部は混練物中に内蔵さ
れ、残留する。さらに樹脂成分から揮発するガス
成分の一部も同様に混練物中に残留する。本発明
は、混練物中に残留するこれらのガス体を脱気処
理して除去することにより組織構造が緻密で、微
細気孔が少なく気体不透過性のすぐれた炭素質薄
板の製造を可能とするものである。 混練物中のガス体は、例えば混練物をモールド
内に装填して圧力を附加するとともにモールド内
を減圧することにより除去することができる。こ
の場合、残留ガス体を効率よく除去するために
は、混練物に50Kg／cm2以上の圧力を附加するとと
もに雰囲気を100mmHg以下に減圧することが必要
である。 この脱気処理された混練物は、モールド成形、
押出し成形、ロール成形などの通常用いられる各
種成形手段を適用して所定形状の薄板に成形す
る。成形体は加熱処理により硬化されるが、この
場合１〜10Kg／cm2に加圧しつつ硬化反応を進める
と硬化反応が均等に進行して表面の平滑性が向上
するので好ましい。加圧力が１Kg／cm2未満では表
面平滑化の効果が少なく、10Kg／cm2を越える場合
には硬化時に亀裂が発生し易いためである。この
硬化成形体は、常法に従つて非酸化性雰囲気中で
焼成炭化処理して炭素質薄板が製造される。 「作用」 本発明においては、炭素質粉末と熱硬化性樹脂
との混練物を加圧しつつ減圧脱気処理を施すこと
により、混練物中に残留するガス体の効率的除去
をはかるものである。この脱気処理により、焼成
炭化過程における残留ガス体の揮散による微細気
孔の発生を効果的に低減するとともに表面平滑性
の低下が防止される。 「実施例」 平均粒径5μｍの人造黒鉛粉末100重量部に液状
フエノール樹脂120重量部を添加混合し加圧ニー
ダー中で0.5Kg／cm2の圧力を附加しながら常温で
30分間混練した。この混練物を直径100mmのモー
ルド内に装填し、100Kg／cm2の圧力で加圧処理す
るとともに真空ポンプでモールド内を30mmHgに
減圧し、３分間保持して脱気処理を行なつた。こ
の脱気処理により直径100mm、高さ100mmの円柱状
の成形物が形成された。この成形物を70℃に予熱
しつつ、ロール圧延法により800mm×800mm×１mm
の薄板状に成形した。この成形体を５Kg／cm2の加
圧下に、温度50℃で24時間硬化したのち、さらに
180℃で２時間加熱硬化処理した。この硬化成形
体は常法に従い、非酸化性雰囲気中で1300℃、３
時間加熱し、焼成炭化処理を行なつた。このよう
にして得られた炭素質薄板の諸特性を下表に示し
た。 なお、比較のために混練物の脱気処理を行なわ
ない以外は全て実施例と同一条件で混練、成形、
硬化、焼成炭化処理して得られた炭素質薄板の特
性値を比較例として同表中に併記した。
【表】
に換算した値。
表の結果から、本発明により得られた炭素質薄
板は、混練物の脱気処理により微細気孔の発生が
抑止され、また組織構造の緻密化がはかられる結
果、気体不透過性および表面平滑性がすぐれてい
るとともに大きな機械的強度特性を有しているこ
とが判明する。 「発明の効果」 上記の説明で明らかなように、本発明方法によ
り製造される炭素質薄板は、気体不透過性、表面
平滑性、強度特性などがすぐれており、リン酸型
燃料電池用セパレーターをはじめとして、広い用
途分野に使用することができる。
表の結果から、本発明により得られた炭素質薄
板は、混練物の脱気処理により微細気孔の発生が
抑止され、また組織構造の緻密化がはかられる結
果、気体不透過性および表面平滑性がすぐれてい
るとともに大きな機械的強度特性を有しているこ
とが判明する。 「発明の効果」 上記の説明で明らかなように、本発明方法によ
り製造される炭素質薄板は、気体不透過性、表面
平滑性、強度特性などがすぐれており、リン酸型
燃料電池用セパレーターをはじめとして、広い用
途分野に使用することができる。
Claims (1)
- １ 炭素質粉末と熱硬化性樹脂との混練物を、
100mmHg以下の減圧雰囲気中50Kg／cm2以上の圧力
で加圧処理し、次いで所定形状に成形、硬化した
のち、非酸性雰囲気中で焼成炭化処理することを
特徴とする炭素質薄板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60195791A JPS6259508A (ja) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | 炭素質薄板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60195791A JPS6259508A (ja) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | 炭素質薄板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6259508A JPS6259508A (ja) | 1987-03-16 |
| JPH044242B2 true JPH044242B2 (ja) | 1992-01-27 |
Family
ID=16347033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60195791A Granted JPS6259508A (ja) | 1985-09-06 | 1985-09-06 | 炭素質薄板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6259508A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997002612A1 (fr) * | 1995-07-05 | 1997-01-23 | Nisshinbo Industries, Inc. | Separateur pour piles a combustible du type a polyelectrolyte solide et ses procedes de fabrication |
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Citations (3)
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| JPS59207822A (ja) * | 1983-05-10 | 1984-11-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 炭素材料の製造方法 |
| JPS6042212A (ja) * | 1983-07-28 | 1985-03-06 | Tokai Carbon Co Ltd | 耐熱不透過性炭素質材の製造方法 |
| JPS6090806A (ja) * | 1983-10-25 | 1985-05-22 | Kobe Steel Ltd | 不透過性炭素成形体及びその製造方法 |
-
1985
- 1985-09-06 JP JP60195791A patent/JPS6259508A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS59207822A (ja) * | 1983-05-10 | 1984-11-26 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 炭素材料の製造方法 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6259508A (ja) | 1987-03-16 |
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