JPH05190185A - リン酸型燃料電池用マトリックスシートの製造方法 - Google Patents

リン酸型燃料電池用マトリックスシートの製造方法

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JPH05190185A
JPH05190185A JP4005772A JP577292A JPH05190185A JP H05190185 A JPH05190185 A JP H05190185A JP 4005772 A JP4005772 A JP 4005772A JP 577292 A JP577292 A JP 577292A JP H05190185 A JPH05190185 A JP H05190185A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、厚さ100μm以下のマトリ
ックスシートを得るのに適したリン酸型燃料電池用マト
リックスシートの製造方法を提供することにある。 【構成】 本発明に係るリン酸型燃料電池用マトリック
スシートの製造方法は、平均粒径10μm以下の耐リン酸
性の無機微粒子80重量%以上と、ポリテトラフルオロエ
チレン20重量%以下からなるマトリックス材に可塑剤を
加えて混練し、圧延してシート化した後、少なくとも2
枚以上の原料シートを間に離型剤を介在させて貼り合わ
せ、更に所定厚まで圧延し、次に、上記可塑剤を可溶す
る溶剤で抽出除去した後、貼り合わせた面を剥がして少
なくとも2枚以上のマトリックスシートを得ることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、リン酸型燃料電池用マ
トリックスシートの製造方法に関し、更に詳細には厚さ
100μm以下のリン酸型燃料電池用マトリックスシー
トの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、リン酸型燃料電池用マトリックス
シートの製造方法としては、例えば特開昭64−59775号
公報に開示された方法があった。ここで、マトリックス
シートはリン酸を添加して電解質マトリックスとして使
用する前のシートを意味する。電解質マトリックスは多
孔性のマトリックス材にリン酸を保持するもので、ポリ
テトラフルオロエチレンを繊維化させることによって耐
リン酸性の無機微粒子を結着させて自在性を有する薄膜
シートとされる。ポリテトラフルオロエチレンを繊維化
するためにポリテトラフロオロエチレンと耐リン酸性の
無機微粒子を混練した後、圧延される。また、マトリッ
クスシートは薄ければ薄い程リン酸型燃料電池に供した
場合にイオン伝導抵抗が低くなるために燃料電池の性能
が向上する。更に、マトリックスシートが求められる重
要な性能としてはこの他にピンホールが理想的には全く
存在しないこと、及びポロシティー(空孔率)が大きいこ
とが挙げられる。ピンホールがあるとクロスオーバー
(燃料と空気が混合する現象)が起こって電池性能が低下
したり、空気極が腐食する原因となり、また、ポロシテ
ィーが小さくなるとイオン伝導抵抗が高くなり電池性能
が低下する。従来、マトリックスシートは上述のように
圧延を繰り返してできるだけ狭いローラーの間隙を通す
ことにより薄肉化する方法が行われていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ローラーの間
隙は100μm程度が下限で、これより狭くするとマト
リックスシートの厚みにバラツキができる;ピンホール
が多くなる;圧延圧力が急激に上昇するためにポロシテ
ィーが小さくなるなどの問題点があり、厚さ100μm
以下のマトリックスシートは製造が極めて困難であっ
た。
【0004】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、厚さ100μm以下のマトリック
スシートを得るのに適したリン酸型燃料電池用マトリッ
クスシートの製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係るリン酸型燃
料電池用マトリックスシートの製造方法は、平均粒径1
0μm以下の耐リン酸性の無機微粒子80重量%以上
と、ポリテトラフルオロエチレン20重量%以下からな
るマトリックス材に可塑剤を加えて混練し、圧延してシ
ート化した後、少なくとも2枚以上の原料シートを間に
離型剤を介在させて貼り合わせ、更に所定厚まで圧延
し、次に、上記可塑剤を可溶する溶剤で抽出除去した
後、貼り合わせた面を剥がして少なくとも2枚以上のマ
トリックスシートを得ることを特徴とする。
【0006】更に、本発明に係るリン酸型燃料電池用マ
トリックスシートの製造方法は、平均粒径10μm以下
の耐リン酸性の無機微粒子80重量%以上と、ポリテト
ラフルオロエチレン20重量%以下からなるマトリック
ス材に可塑剤を加えて混練し、圧延してシート化した
後、少なくとも2枚以上の原料シートを間に離型剤を介
在させて貼り合わせ、更に所定厚まで圧延し、次に、貼
り合わせた面を剥がして少なくとも2枚以上のシートと
した後、上記可塑剤を可溶する溶剤で抽出除去すると共
に上記離型剤を洗浄除去することによりマトリックスシ
ートを得ることを特徴とする。
【0007】
【作用】本発明方法においては、剥型剤を介して2枚以
上の原料シートを貼り合わせた後、圧延しているので、
それぞれのシートが貼り合わされた面で剥がれ易くな
る。
【0008】また、本発明方法の別の態様において、離
型剤の洗浄除去工程は、リン酸型燃料電池用マトリック
スには適さない材料を離型剤として使用することを可能
にする。
【0009】
【実施例】
実施例1 以下、本発明の一実施例を図について説明する。図1に
おいて、(1)は平均粒径1μmの炭化珪素の微粒子85
重量%と、平均粒径1μmのグラファイト微粒子85重
量%と、ポリテトラフルオロエチレンの微粒子10重量
%とからなるマトリックス材に可塑剤としてジアルキル
フタレートを加えて混練し、シート化した原料シート
で、厚みは100μmである。(2)は有機溶剤と可塑剤
と粒径1μmの炭化ケイ素の微粒子を混合して作成した
離型剤であり、(3)は圧延ローラー、(4)は離型剤を間に
挟んで圧延した圧延済シート、(5)は貼り合わせた面を
剥がして作成した厚さ約50μmの本発明によるマトリ
ックスシートである。また、(6)は可塑剤を抽出除去す
るためのメタノールの入った浴槽である。
【0010】図1(a)は2枚のシートに離型剤を添加す
る工程を示すもので、図1(b)は離型剤を挟んで2枚の
シートを貼り合わせる工程を示すもので、図1(c)は圧
延ローラー(3)で圧延薄膜化する工程を示すもので、図
1(d)は圧延済シートの構成を示すもので、図1(e)は
可塑剤を抽出除去するための工程を示すもので、図1
(f)は離型剤を添加した面芯2枚のシートを剥がす工程
を示すもので、図1(g)は厚さ約50μmの本発明によ
るマトリックスシートの構成を示すものである。
【0011】図1(c)の工程において、圧延ローラーの
間隙を100μm以上に保つことで、シートの厚さの均
一性を保ち、ピンホールの発生を防ぐことができ、ま
た、無理な圧延圧力を受けないのでシートのポロシィテ
ィ(空孔率)が小さくならない。このためできあがったマ
トリックスシート(5)は約50μmと薄いにも拘わら
ず、厚さの均一性は原料シート(1)とほぼ同程度で、ピ
ンホールの発生もなく、また、水銀圧入法でポロシィテ
ィを測定したところ、100μmの厚さのマトリックス
のポロシィティとほぼ同じ値が得られた。
【0012】また、離型剤として炭化珪素の代わりにグ
ラファイト微粒子を用いた場合にも同様の結果が得られ
た。離型剤の面で圧延後も奇麗に剥がれるのは2枚のシ
ートのポリテトラフルオロエチレンの繊維が絡まるのを
離型剤が防いでいるいるためであると考えられる。な
お、離型剤としては耐リン酸性の微粒子であればよく、
上記実施例の他に酸化タンタル、酸化ニオブ、炭化硼
素、リン酸ジルコニウムなどを用いることができる。耐
リン酸性である必要があるのは、図1(g)の工程で離型
剤が付着したまま残存するためであり、もしこの後、離
型剤を除去する工程を加えるならばこの限りではなく他
の種々の材料を用いることができる。
【0013】実施例2 図2は本発明の他の態様による実施例を説明したもの
で、図2(h)は可塑剤を含んだまま離型剤の面でシート
を剥がす工程を示すものであり、図2(i)は可塑剤及び
離型剤を除去する工程であり、図2(j)はできあがった
2枚の本発明によるマトリックスシート(5)の構成を示
すものである。実施例2では、実施例1と同様に原料シ
ート(1)に同じ材料、同じ厚さのものを使用し、離型剤
としては小麦粉を用いた。
【0014】しかし、できあがった本発明によるマトリ
ックスシート(5)の厚さと品質は実施例1の場合と殆ど
同じで、実施例2ではマトリックスシート(5)に離型剤
を含まないものが得られた。このように実施例2の工程
によれば、有機物の粉末などマトリックスに残存しては
好ましくないものでも用いることができる。
【0015】従って、離型剤としてさまざまなものが利
用でき、図2(i)の工程もしくは図2(i)と(j)の間の
工程で離型剤を除去できる溶剤で洗浄すればよい。しか
しながら、実施例1すなわち図1の工程と比べると図2
(i)の工程で薄いシートを取り扱う分、取り扱いが難し
く、工程に時間と設備を要する。従って、実施例1と実
施例2のいずれの工程を選択するかは一長一短があり、
使用する離型剤や目標とするマトリックスシートの厚み
などの条件によって適宜選択することができる。
【0016】図には示さないが、図1、図2の両方の工
程を応用して4枚の原料シート(1)を重ねて200μ
m、100μmの2段階に圧延ローラーの間隙を変えて
最終的に約25μmの厚さのマトリックスシート4枚を
得て、先の50μmの厚さのマトリックスとほぼ同程度
の品質を確認した。
【0017】なお、上記実施例では平均粒径1μmの微
粒子を用いたが、もっと小さな粒径のものを用いても同
様の結果が得られた。また、上記実施例では85重量%
の炭化珪素と5重量%のグラファイト微粒子を用いた
が、これに限らず耐リン酸性の無機微粒子例えば酸化タ
ンタル、酸化ニオブ、炭化硼素、リン酸ジルコニウムな
どを用いることができる。ただし、グラファイトや炭化
硼素は5重量%を超えるとマトリックスシートの電子絶
縁性を損なって電池性能が低下し、また、酸化タンタ
ル、酸化ニオブやリン酸ジルコニウムの量が多過ぎる
と、これらの粒子の電池動作時の形状変化(クリープ)に
よりポロシティの低下を引き起こす恐れがある。また、
ポリテトラフルオロエチレンが20重量%を超えるとマ
トリックスシートの親リン酸性を阻害し、リン酸保持性
を悪くする。なお、グラファイトの混合はリン酸保持性
の向上に有効である。
【0018】
【発明の効果】以上のように、本発明によればマトリッ
クス材に可塑剤を加えて混練し、圧延してシート化した
後、少なくとも2枚以上の原料シートを間に離型剤を介
在させて貼り合わせて更に圧延し、可塑剤を溶剤で抽出
除去した後、貼り合わせた面を剥がしてマトリックスシ
ートを作成したので、100μm以下の薄さのマトリッ
クスシートが品質良く得られる効果がある。
【0019】更に、本発明の別の形態では、剥がして1
00μm以下の薄さとした後に可塑剤と共に離型剤を洗
浄除去するようにしたので、リン酸燃料電池用マトリッ
クとして適さない材料を離型剤として使用することがで
きる。また、従来よりも枚数が2倍以上になるので量産
でき、コストが低下する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明は実施例1のリン酸型燃料電池用マトリ
ックスシートの製造方法を示す工程図である。
【図2】本発明は実施例2のリン酸型燃料電池用マトリ
ックスシートの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
1 原料シート 2 離型剤 3 圧延ローラー 4 圧延済シート 5 本発明によるマトリックスシート 6 浴槽

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平均粒径10μm以下の耐リン酸性の無
    機微粒子80重量%以上と、ポリテトラフルオロエチレ
    ン20重量%以下からなるマトリックス材に可塑剤を加
    えて混練し、圧延してシート化した後、少なくとも2枚
    以上の原料シートを間に離型剤を介在させて貼り合わ
    せ、更に所定厚まで圧延し、次に、上記可塑剤を可溶す
    る溶剤で抽出除去した後、貼り合わせた面を剥がして少
    なくとも2枚以上のマトリックスシートを得ることを特
    徴とするリン酸型燃料電池用マトリックスシートの製造
    方法。
  2. 【請求項2】 平均粒径10μm以下の耐リン酸性の無
    機微粒子80重量%以上と、ポリテトラフルオロエチレ
    ン20重量%以下からなるマトリックス材に可塑剤を加
    えて混練し、圧延してシート化した後、少なくとも2枚
    以上の原料シートを間に離型剤を介在させて貼り合わ
    せ、更に所定厚まで圧延し、次に、貼り合わせた面を剥
    がして少なくとも2枚以上のシートとした後、上記可塑
    剤を可溶する溶剤で抽出除去すると共に上記離型剤を洗
    浄除去することによりマトリックスシートを得ることを
    特徴とするリン酸型燃料電池用マトリックスシートの製
    造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018039104A1 (en) * 2016-08-23 2018-03-01 Doosan Fuel Cell America, Inc. Boron phosphate matrix layer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018039104A1 (en) * 2016-08-23 2018-03-01 Doosan Fuel Cell America, Inc. Boron phosphate matrix layer
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