JPH0644978A

JPH0644978A - 燃料電池電極板の製造方法

Info

Publication number: JPH0644978A
Application number: JP4100607A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tajiri; 博幸田尻; Shoji Doi; 祥司土肥; Satoru Hamaoka; 覚浜岡; Kazuo Okamoto; 一夫岡本
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1991-09-26
Filing date: 1992-03-25
Publication date: 1994-02-18

Abstract

(57)【要約】【目的】ガス透過性、電気伝導性、機械的強度に優れ
ると共に、細孔径がコントロールされた燃料電池電極板
を高い歩留まりで製造する。【構成】炭素繊維化可能な繊維又は炭素繊維の短繊維
２０〜５０重量％、炭化収率４０〜７５重量％の結合剤
１５〜５０重量％、及び炭化収率３０重量％以下の粉粒
状の気孔形成剤３０〜６０重量％を混合し、該混合物を
加圧成形する。気孔形成剤として熱により軟化しない熱
硬化性樹脂硬化物を用いる。粉粒状の熱硬化性樹脂硬化
物の粒径は、１０〜５００μｍである。成形体を１００
０〜３０００℃の温度で炭化又は黒鉛化することによ
り、燃料電池電極板を得る。結合剤にはフェノール樹脂
などが含まれ、熱硬化性樹脂硬化物にはエポキシ樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂等の硬化物が含まれる。気孔形
成剤として熱硬化性樹脂の硬化物を用いるため、成形時
及び炭化又は黒鉛化処理時に軟化せず、細孔径を任意に
精度よくコントロールでき、均一な気孔を有する電極板
を高い歩留まりで得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リン酸型燃料電池など
に使用される電極板およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、他の発電装置と異なり、Ｓ
Ｏx 、ＮＯx 及び粉塵などの公害物質の発生が極めて少
なく、騒音発生源も少ないなどの特徴を有している。こ
のような燃料電池のうちリン酸型燃料電池は、電解液の
両側にポーラスな陰極と陽極を設けて単位セルを構成
し、各単位セルをセパレータを介して積層した構造を有
する。前記陰極および陽極には、電気エネルギーへの変
換効率を高めるため、細孔径とその分布がコントロール
され、ガス透過性が高いことが要求される。さらに、電
気伝導性、熱伝導性、機械的強度および作動温度におけ
る耐リン酸液性などが要求される。

【０００３】従来、燃料電池電極板の製造方法として、
フェノール樹脂などの結合剤と、炭素繊維と、粉粒状の
熱可塑性樹脂を特定の割合で乾式混合し、混合物を熱ロ
ールや熱プレスによりシート状に加圧成形し、炭化又は
黒鉛化処理する方法が採用されている（特公平１−３６
６７０号公報）。

【０００４】しかし、この方法では、気孔形成剤として
粉粒状の熱可塑性樹脂を用いるため、熱ロールや熱プレ
スによりシート状に加熱加圧成形したとき、熱可塑性樹
脂が軟化し、成形板に反りや、膨れが発生しやすく、特
に脱型時にその発生が著しい。更に、この成形板を焼成
により炭化又は黒鉛化処理する際に、再び熱可塑性樹脂
が軟化、分解するため、焼成板に反り及び膨れが発生し
易く、最終的に高品質の電極板の歩留まりが悪い。しか
も、上記方法においては、気孔形成剤としての熱可塑性
樹脂の粒径が細孔径分布と直接関わるところ、加熱加圧
成形時及び焼成時の二度に亘る熱可塑性樹脂の軟化によ
って細孔径が大きく変化し、細孔径が不均質になり易
い。そのため、細孔径とその分布を任意に精度よくコン
トロールできず、ガス透過性、電気伝導性及び機械的強
度の優れた電極板を得ることができない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、反り、膨れ、割れなどがなく、ガス透過性、電気伝
導性、機械的強度に優れると共に、細孔径とその分布が
精度よくコントロールされ、リン酸液の通過を阻止でき
る燃料電池電極板を提供することにある。

【０００６】本発明の他の目的は、製造過程において反
り、膨れ、割れ等による歩留まり低下が少なく、かつ、
ガス透過性、電気伝導性、機械的強度に優れると共に、
細孔径とその分布を任意に精度よくコントロールでき、
リン酸液の通過を阻止できる燃料電池電極板の製造方法
を提供することにある。

【０００７】

【発明の構成】上記目的を達成するため、本発明者等
は、鋭意検討の結果、気孔形成剤として粉粒状の熱硬化
性樹脂硬化物を用いると、細孔径分布を任意に精度よく
コントロールでき、ガス透過性、電気伝導性、機械的強
度に優れると共に、リン酸液の通過を阻止できる燃料電
池電極板が、生産性良く製造できることを見出だし、本
発明を完成した。

【０００８】すなわち、本発明は、炭素繊維化可能な繊
維又は炭素繊維の短繊維２０〜５０重量％、炭化収率４
０〜７５重量％の結合剤１５〜５０重量％、及び炭化収
率３０重量％以下の粉粒状の熱硬化性樹脂硬化物３０〜
６０重量％を含む加圧成形シートが、炭化又は黒鉛化さ
れている燃料電池電極板を提供する。

【０００９】また、本発明は、炭素繊維化可能な繊維又
は炭素繊維の短繊維２０〜５０重量％、炭化収率４０〜
７５重量％の結合剤１５〜５０重量％、及び炭化収率３
０重量％以下の粉粒状の熱硬化性樹脂硬化物３０〜６０
重量％を混合し、該混合物を加圧成形し、その後炭化又
は黒鉛化する燃料電池電極板の製造方法を提供する。

【００１０】前記粉粒状の熱硬化性樹脂硬化物の粒径
は、１０〜５００μｍが好ましく、さらに５０〜３００
μｍであるのがより好ましい。なお、前記混合物は、抄
紙法によりシート化し、加圧成形してもよい。

【００１１】なお、本明細書において、炭化とは、炭素
化可能な成分を、例えば、４５０〜１５００℃程度の温
度で焼成処理することを言う。黒鉛化とは、例えば、１
５００〜３０００℃程度の温度で焼成することを言い、
黒鉛の結晶構造を有していないときでも黒鉛化の概念に
含める。

【００１２】炭素繊維とは炭化又は黒鉛化された繊維を
言う。耐炎化処理とは、ピッチ系繊維以外の繊維を、例
えば、酸素存在下、２００〜４５０℃程度の温度で加熱
して表面に耐熱層を形成し、焼成時の溶融を防止する処
理を言う。不融化処理とは、例えば、ピッチ系繊維を、
酸素存在下、２００〜４５０℃程度の温度で加熱して表
面に耐熱層を形成し、焼成時の溶融を防止する処理を言
う。

【００１３】本発明において、炭素繊維化可能な繊維と
しては、炭素繊維の素材となり得る種々の繊維、例え
ば、ポリアクリロニトリル繊維、フェノール樹脂繊維、
レーヨン、セルロース系繊維、ピッチ系繊維などが挙げ
られる。炭素繊維化可能な繊維は、耐炎化処理又は不融
化処理されていてもよい。炭素繊維としては、前記炭素
繊維化可能な繊維を炭化又は黒鉛化した繊維が挙げられ
る。炭素繊維化可能な繊維や炭素繊維は一種又は二種以
上使用できる。

【００１４】本発明では、炭素繊維化可能な繊維又は炭
素繊維の短繊維が用いられる。短繊維の繊維長は、例え
ば０．０５ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜２ｍ
ｍ程度である。炭素繊維の繊維長は、曲げ強度、電気伝
導性や熱伝導度に大きく寄与する。繊維長が３ｍｍを越
えると細孔径とその分布が不均質になり易く、０．０５
ｍｍ未満では強度などが低下し易い。

【００１５】炭素繊維化可能な繊維又は炭素繊維の割合
は、２０〜５０重量％、好ましくは２２．５〜４０重量
％である。２０重量％未満では電気伝導度、熱伝導度及
び曲げ強度が低下し、５０重量％を越える場合には、気
孔率が小さくなり易い。

【００１６】結合剤としては、例えば、フェノール樹
脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂；ポリアクリロニト
リルなどの熱可塑性樹脂；石炭又は石油ピッチなどが使
用できる。これらの結合剤のうち、熱硬化性樹脂、特に
フェノール樹脂が好ましい。結合剤の炭化収率は、電極
板の機械的強度の低下を防止し、気孔率を調整するた
め、４０〜７５重量％、好ましくは５０〜７５重量％程
度である。なお、前記フェノール樹脂の炭化収率は、通
常６５〜７５重量％程度と大きい。これらの結合剤は少
なくとも一種使用できる。

【００１７】結合剤の割合は１５〜５０重量％、好まし
くは１５〜４０重量％である。１５重量％未満では機械
的強度が低下し、５０重量％を越える場合には気孔率が
小さくなり易く、細孔径とその分布も不均質になり易
い。

【００１８】本発明における粉粒状の熱硬化性樹脂硬化
物としては、例えば、炭化収率２０重量％以下のフェノ
ール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メ
ラミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ユリア樹脂及び
ポリウレタンなどの粉粒状の硬化物が挙げられる。これ
は、炭素材に細孔を生成させる気孔形成剤として機能す
るもので、特にエポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂
などの硬化物が好ましい。これらの熱硬化性樹脂は一種
又は二種以上混合して使用できる。

【００１９】粉粒状硬化物の粒径は、適当に選択できる
が、通常、１０〜５００μｍ、好ましくは５０〜３００
μｍ、さらに好ましくは１００〜２５０μｍ程度であ
る。粒径が１０μｍ未満では、ガス透過性が著しく低下
し、５００μｍを越えるとガス透過性は向上するが曲げ
強度が低下する。なお、上記「粒径」とは主に平均粒子
径を意味し、粉粒状硬化物には、不可避的に混入する微
細粒子や粗大粒子が含まれていてもよい。粒径を適宜選
択することによって、気孔率及び細孔径を調節すること
ができる。また、気孔形成剤である樹脂の硬化物が軟化
しないため、硬化物の粒径とその量に対応して細孔径の
気孔が形成され、任意の細孔径分布を有する電極板が得
られる。さらに同様な理由から、電極板は均質であり、
ガス透過性、電気伝導度及び機械強度の優れた電極板を
得ることができる。

【００２０】気孔形成剤として熱硬化性樹脂の硬化物を
用いる場合には、従来のポリビニルアルコール等の熱可
塑性樹脂を用いる場合と異なり、加熱加圧成形時に軟化
しないため、厚みが１ｍｍ以下と薄く、１０００ｍｍ×
１０００ｍｍ程度の大きな面積であっても、脱型時など
に反り及び膨れが発生せず、寸法安定性の優れた電極板
が得られる。また、炭化又は黒鉛化処理時にも気孔形成
剤は再軟化しないため電極板の反り、膨れ、割れ等が発
生せず製造工程での歩留まりが非常に高い。

【００２１】本発明では、炭化収率３０重量％以下の熱
硬化性樹脂を用いる。炭化収率が３０％を越えると、微
細で均一な気孔の形成や気孔率の調整が困難である。

【００２２】上記熱硬化性樹脂硬化物の割合は３０〜６
０重量％、好ましくは３０〜５５重量％である。この範
囲外では、気孔率及び曲げ強度の双方を満足する電極板
を得ることができない。

【００２３】上記の炭素繊維、結合剤及び粉粒状の熱硬
化性樹脂硬化物の混合は、均一になるまで行う。この混
合には、通常一般の混合装置を用いることができる。

【００２４】このようにして得られた混合物は、所望す
る電極板の大きさ、厚さ及び形状に応じて、金型プレス
又はローラーによるプレスなどの方法で加圧成形され
る。加圧成形は成形板の均一性を高めるため加熱下で行
うのが好ましい。加熱温度は、適当に選択できるが、通
常、１００〜２５０℃程度である。成形圧は、例えば、
３０〜７５０ｋｇｆ／ｃｍ²、好ましくは５０〜５００
ｋｇｆ／ｃｍ²程度である。

【００２５】なお、加圧成形により得られる成形体は、
前記混合物を含むスラリーを用い、抄紙法などにより得
られたシートを加圧成形したシート状成形体であっても
よい。前記スラリーを用いる方法においては、吸引成形
型を用いてスラリーを吸引成形し、抄紙構造のシートを
得てもよい。

【００２６】そして、得られた成形体を、炭化又は黒鉛
化する焼成工程に供することにより、ガス透過性、電気
伝導度、機械的強度が大きく、微細でかつ細孔径分布が
任意にコントロールされた炭素質多孔体が得られる。焼
成工程では、８００℃以上、好ましくは１０００〜３０
００℃程度で炭化又は黒鉛下処理するのが好ましい。焼
成は、真空下または不活性ガス雰囲気中で行われる。不
活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン等が使用
できる。

【００２７】電極板のガス透過性は、４００〜２５００
ｍｌ・ｍｍ／ｃｍ²・ｈｒ・ｍｍＡｑ．程度が好まし
く、特に好ましい範囲は４００〜２１００ｍｌ・ｍｍ／
ｃｍ²・ｈｒ・ｍｍＡｑ．である。上記範囲外では電極
表面でのガスの拡散が不安定になり易い。

【００２８】本発明の方法によれば、厚み１ｍｍ以下で
あっても、気孔径５０μｍ以下の微細で均一な気孔を有
する炭素板を得ることができる。したがって、電極板
は、ガス透過性に優れ、かつリン酸液の通過を阻止でき
リン酸液に対するバリア性が高い。また、本発明の方法
では、密度０．５ｇ／ｃｍ³以上、曲げ強度１．５ｋｇ
ｆ／ｍｍ²以上、ガス透過性４００〜２５００ｍｌ・ｍ
ｍ／ｃｍ²・ｈｒ・ｍｍＡｑ．、体積固有抵抗５×１０
^-2Ω・ｃｍ以下という優れた性状を有する電極板を生産
性よく容易に製造することができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の燃料電池電極板は、粉粒状の熱
硬化性樹脂硬化物により気孔が形成されているので、均
質で、反り、膨れ、割れなどがなく寸法精度が高い。し
かも細孔径とその分布が精度よくコントロールされてお
り、ガス透過性、電気伝導性、機械的強度に優れると共
に、リン酸液の通過を阻止できる。

【００３０】本発明の製造方法によれば、気孔形成剤と
して加熱しても軟化しない粉粒状の熱硬化性樹脂の硬化
物を用いるため、気孔形成剤の粒径とその量に対応する
細孔径の気孔が形成され、細孔径とその分布が任意に精
度よくコントロールされた電極板が得られる。また、電
極板が均質であり、ガス透過性、電気伝導度及び機械強
度の優れた電極板を得ることができる。さらに、電極板
の反り、膨れ、割れ等が発生せず、製造工程での歩留ま
りが非常に高い。

【００３１】

【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細
に説明する。

【００３２】実施例１〜９フェノール樹脂［群栄化学工業（株）製、商品名レジト
ップＰＳ−４１０１、炭化収率６０重量％］、平均繊維
長０．７ｍｍの炭素繊維［（株）ドナック、商品名ドナ
カーボＳ−２４４］及びエポキシ樹脂硬化物［油化シェ
ル（株）製、商品名エピコート８５１、炭化収率１０重
量％］の粉末（粒径２０〜８０μｍ）を表１に示した割
合で乾式混合し、均一な混合物を得た。

【００３３】この混合物を、６００ｍｍ×６００ｍｍの
平板金型に入れ、プレス温度１６５℃、成形圧１５０ｋ
ｇｆ／ｃｍ²で２０分間加熱加圧成形し、厚み１ｍｍ×
６００ｍｍ×６００ｍｍの硬化板を得た。この硬化板
を、２２０℃の温度で４時間放置して後硬化させた後、
黒鉛板に挾み、３０℃／時の昇温速度で２０００℃まで
昇温し、同温度で３時間黒鉛化処理することにより、電
極板を得た。

【００３４】実施例１０，１１実施例１で用いたフェノール樹脂に代えて、フェノール
樹脂［鐘紡（株）製、商品名ベルパールＳ−８９９、炭
化収率６５重量％］、実施例１で用いたエポキシ樹脂硬
化物の粉末に代えて、不飽和ポリエステル樹脂硬化物
［武田薬品工業（株）製、商品名ポリマール９８０２、
炭化収率１０重量％］の粉末（粒径１００〜２５０μ
ｍ）を表１に示す割合で用いる以外、実施例１と同様に
して、電極板を得た。

【００３５】得られた電極板の密度、曲げ強度、ガス透
過度及び体積固有抵抗の値、並びに製造工程における反
り、膨れの発生率及び歩留まりを表２に示した。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】比較例１〜４比較例として、エポキシ樹脂硬化物の代わりにポリビニ
ルアルコール［（株）クラレ製、粒径２０〜８０μｍ］
を表３に示す割合で用いる以外は、上記と同様な操作を
行い、電極板を得た。得られた電極板の物性等を表４に
示した。

【００３８】比較例５，６比較例として、エポキシ樹脂硬化物の代わりにポリビニ
ルアルコール［（株）クラレ製、粒径１００〜３００μ
ｍ］を表３に示す割合で用いる以外は、上記と同様な操
作を行い、電極板を得た。得られた電極板の物性等を表
４に示した。

【００３９】

【表３】

【００４０】

【表４】表２と表４より、実施例で得られた電極板は、比較例と
比べ、密度、曲げ強度および導電性が非常に大きく、ガ
ス透過性に優れていた。また、実施例の場合には、製造
工程における電極板の反り、膨れの発生が極めて少な
く、性状の優れた電極板が、非常に高い歩留まりで得ら
れた。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年６月８日

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】燃料電池電極板の製造方法

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リン酸型燃料電池など
に使用される電極板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、他の発電装置と異なり、Ｓ
Ｏｘ、ＮＯｘ及び粉塵などの公害物質の発生が極めて少
なく、騒音発生源も少ないなどの特徴を有している。こ
のような燃料電池のうちリン酸型燃料電池は、電解液の
両側にポーラスな陰極と陽極を設けて単位セルを構成
し、各単位セルをセパレータを介して積層した構造を有
する。前記陰極および陽極には、電気エネルギーへの変
換効率を高めるため、細孔径とその分布がコントロール
され、ガス透過性が高いことが要求される。さらに、電
気伝導性、熱伝導性、機械的強度および作動温度におけ
る耐リン酸液性などが要求される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、製造過程において反り、膨れ、割れ等による歩留ま
り低下が少なく、かつ、ガス透過性、電気伝導性、機械
的強度に優れると共に、細孔径とその分布を任意に精度
よくコントロールでき、リン酸液の通過を阻止できる燃
料電池電極板の製造方法を提供することにある。

【０００６】

【０００７】すなわち、本発明は、炭素繊維化可能な繊
維又は炭素繊維の短繊維２０〜５０重量％、炭化収率４
０〜７５重量％の結合剤１５〜５０重量％、及び炭化収
率３０重量％以下の粉粒状の熱硬化性樹脂硬化物３０〜
６０重量％を混合し、該混合物を加圧成形し、その後炭
化又は黒鉛化する燃料電池電極板の製造方法を提供す
る。

【００８】前記粉粒状の熱硬化性樹脂硬化物の粒径は、
１０〜５００μｍが好ましく、さらに５０〜３００μｍ
であるのがより好ましい。なお、前記混合物は、抄紙法
によりシート化し、加圧成形してもよい。

【００９】なお、本明細書において、炭化とは、炭素化
可能な成分を、例えば、４５０〜１５００℃程度の温度
で焼成処理することを言う。黒鉛化とは、例えば、１５
００〜３０００℃程度の温度で焼成することを言い、黒
鉛の結晶構造を有していないときでも黒鉛化の概念に含
める。

【００１０】炭素繊維とは炭化又は黒鉛化された繊維を
言う。耐炎化処理とは、ピッチ系繊維以外の繊維を、例
えば、酸素存在下、２００〜４５０℃程度の温度で加熱
して表面に耐熱層を形成し、焼成時の溶融を防止する処
理を言う。不融化処理とは、例えば、ピッチ系繊維を、
酸素存在下、２００〜４５０℃程度の温度で加熱して表
面に耐熱層を形成し、焼成時の溶融を防止する処理を言
う。

【００１１】本発明において、炭素繊維化可能な繊維と
しては、炭素繊維の素材となり得る種々の繊維、例え
ば、ポリアクリロニトリル繊維、フェノール樹脂繊維、
レーヨン、セルロース系繊維、ピッチ系繊維などが挙げ
られる。炭素繊維化可能な繊維は、耐炎化処理又は不融
化処理されていてもよい。炭素繊維としては、前記炭素
繊維化可能な繊維を炭化又は黒鉛化した繊維が挙げられ
る。炭素繊維化可能な繊維や炭素繊維は一種又は二種以
上使用できる。

【００１２】本発明では、炭素繊維化可能な繊維又は炭
素繊維の短繊維が用いられる。短繊維の繊維長は、例え
ば０．０５ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜２ｍ
ｍ程度である。炭素繊維の繊維長は、曲げ強度、電気伝
導性や熱伝導度に大きく寄与する。繊維長が３ｍｍを越
えると細孔径とその分布が不均質になり易く、０．０５
ｍｍ未満では強度などが低下し易い。

【００１３】炭素繊維化可能な繊維又は炭素繊維の割合
は、２０〜５０重量％、好ましくは２２．５〜４０重量
％である。２０重量％未満では電気伝導度、熱伝導度及
び曲げ強度が低下し、５０重量％を越える場合には、気
孔率が小さくなり易い。

【００１４】結合剤としては、例えば、フェノール樹
脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂；ポリアクリロニト
リルなどの熱可塑性樹脂；石炭又は石油ピッチなどが使
用できる。これらの結合剤のうち、熱硬化性樹脂、特に
フェノール樹脂が好ましい。結合剤の炭化収率は、電極
板の機械的強度の低下を防止し、気孔率を調整するた
め、４０〜７５重量％、好ましくは５０〜７５重量％程
度である。なお、前記フェノール樹脂の炭化収率は、通
常６５〜７５重量％程度と大きい。これらの結合剤は少
なくとも一種使用できる。

【００１５】結合剤の割合は１５〜５０重量％、好まし
くは１５〜４０重量％である。１５重量％未満では機械
的強度が低下し、５０重量％を越える場合には気孔率が
小さくなり易く、細孔径とその分布も不均質になり易
い。

【００１６】本発明における粉粒状の熱硬化性樹脂硬化
物としては、例えば、炭化収率２０重量％以下のフェノ
ール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メ
ラミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ユリア樹脂及び
ポリウレタンなどの粉粒状の硬化物が挙げられる。これ
は、炭素材に細孔を生成させる気孔形成剤として機能す
るもので、特にエポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂
などの硬化物が好ましい。これらの熱硬化性樹脂は一種
又は二種以上混合して使用できる。

【００１７】粉粒状硬化物の粒径は、適当に選択できる
が、通常、１０〜５００μｍ、好ましくは５０〜３００
μｍ、さらに好ましくは１００〜２５０μｍ程度であ
る。粒径が１０μｍ未満では、ガス透過性が著しく低下
し、５００μｍを越えるとガス透過性は向上するが曲げ
強度が低下する。なお、上記「粒径」とは主に平均粒子
径を意味し、粉粒状硬化物には、不可避的に混入する微
細粒子や粗大粒子が含まれていてもよい。粒径を適宜選
択することによって、気孔率及び細孔径を調節すること
ができる。また、気孔形成剤である樹脂の硬化物が軟化
しないため、硬化物の粒径とその量に対応して細孔径の
気孔が形成され、任意の細孔径分布を有する電極板が得
られる。さらに同様な理由から、電極板は均質であり、
ガス透過性、電気伝導度及び機械強度の優れた電極板を
得ることができる。

【００１８】気孔形成剤として熱硬化性樹脂の硬化物を
用いる場合には、従来のポリビニルアルコール等の熱可
塑性樹脂を用いる場合と異なり、加熱加圧成形時に軟化
しないため、厚みが１ｍｍ以下と薄く、１０００ｍｍ×
１０００ｍｍ程度の大きな面積であっても、脱型時など
に反り及び膨れが発生せず、寸法安定性の優れた電極板
が得られる。また、炭化又は黒鉛化処理時にも気孔形成
剤は再軟化しないため電極板の反り、膨れ、割れ等が発
生せず製造工程での歩留まりが非常に高い。

【００１９】本発明では、炭化収率３０重量％以下の熱
硬化性樹脂を用いる。炭化収率が３０％を越えると、微
細で均一な気孔の形成や気孔率の調整が困難である。

【００２０】上記熱硬化性樹脂硬化物の割合は３０〜６
０重量％、好ましくは３０〜５５重量％である。この範
囲外では、気孔率及び曲げ強度の双方を満足する電極板
を得ることができない。

【００２１】上記の炭素繊維、結合剤及び粉粒状の熱硬
化性樹脂硬化物の混合は、均一になるまで行う。この混
合には、通常一般の混合装置を用いることができる。

【００２２】このようにして得られた混合物は、所望す
る電極板の大きさ、厚さ及び形状に応じて、金型プレス
又はローラーによるプレスなどの方法で加圧成形され
る。加圧成形は成形板の均一性を高めるため加熱下で行
うのが好ましい。加熱温度は、適当に選択できるが、通
常、１００〜２５０℃程度である。成形圧は、例えば、
３０〜７５０ｋｇｆ／ｃｍ^２、好ましくは５０〜５００
ｋｇｆ／ｃｍ^２程度である。

【００２３】なお、加圧成形により得られる成形体は、
前記混合物を含むスラリーを用い、抄紙法などにより得
られたシートを加圧成形したシート状成形体であっても
よい。前記スラリーを用いる方法においては、吸引成形
型を用いてスラリーを吸引成形し、抄紙構造のシートを
得てもよい。

【００２４】そして、得られた成形体を、炭化又は黒鉛
化する焼成工程に供することにより、ガス透過性、電気
伝導度、機械的強度が大きく、微細でかつ細孔径分布が
任意にコントロールされた炭素質多孔体が得られる。焼
成工程では、８００℃以上、好ましくは１０００〜３０
００℃程度で炭化又は黒鉛下処理するのが好ましい。焼
成は、真空下または不活性ガス雰囲気中で行われる。不
活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン等が使用
できる。

【００２５】電極板のガス透過性は、４００〜２５００
ｍｌ・ｍｍ／ｃｍ^２・ｈｒ・ｍｍＡｑ．程度が好まし
く、特に好ましい範囲は４００〜２１００ｍｌ・ｍｍ／
ｃｍ^２・ｈｒ・ｍｍＡｑ．である。上記範囲外では電極
表面でのガスの拡散が不安定になり易い。

【００２６】本発明の方法によれば、厚み１ｍｍ以下で
あっても、気孔径５０μｍ以下の微細で均一な気孔を有
する炭素板を得ることができる。したがって、電極板
は、ガス透過性に優れ、かつリン酸液の通過を阻止でき
リン酸液に対するバリア性が高い。また、本発明の方法
では、密度０．５ｇ／ｃｍ^３以上、曲げ強度１．５ｋｇ
ｆ／ｍｍ^２以上、ガス透過性４００〜２５００ｍｌ・ｍ
ｍ／ｃｍ^２・ｈｒ．ｍｍＡｑ．、体積固有抵抗５×１０
^−２Ω・ｃｍ以下という優れた性状を有する電極板を生
産性よく容易に製造することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の製造方法によれば、気孔形成剤
として加熱しても軟化しない粉粒状の熱硬化性樹脂の硬
化物を用いるため、気孔形成剤の粒径とその量に対応す
る細孔径の気孔が形成され、細孔径とその分布が任意に
精度よくコントロールされた電極板が得られる。また、
電極板が均質であり、ガス透過性、電気伝導度及び機械
強度の優れると共に、リン酸液の通過を阻止できる電極
板を得ることができる。さらに、電極板の反り、膨れ、
割れ等が発生せず、寸法精度が高く、製造工程での歩留
まりが非常に高い。

【００２８】

【００２９】実施例１〜９フェノール樹脂［群栄化学工業（株）製、商品名レジト
ップＰＳ−４１０１、炭化収率６０重量％］、平均繊維
長０．７ｍｍの炭素繊維［（株）ドナック、商品名ドナ
カーボＳ−２４４］及びエポキシ樹脂硬化物［油化シェ
ル（株）製、商品名エピコート８５１、炭化収率１０重
量％］の粉末（粒径２０〜８０μｍ）を表１に示しな割
合で乾式混合し、均一な混合物を得た。

【００３０】この混合物を、６００ｍｍ×６００ｍｍの
平板金型に入れ、プレス温度１６５℃、成形圧１５０ｋ
ｇｆ／ｃｍ^２で２０分間加熱加圧成形し、厚み１ｍｍ×
６００ｍｍ×６００ｍｍの硬化板を得た。この硬化板
を、２２０℃の温度で４時間放置して後硬化させた後、
黒鉛板に挾み、３０℃／時の昇温速度で２０００℃まで
昇温し、同温度で３時間黒鉛化処理することにより、電
極板を得た。

【００３１】実施例１０，１１実施例１で用いたフェノール樹脂に代えて、フェノール
樹脂［鐘紡（株）製、商品名ベルパールＳ−８９９、炭
化収率６５重量％］、実施例１で用いたエポキシ樹脂硬
化物の粉末に代えて、不飽和ポリエステル樹脂硬化物
［武田薬品工業（株）製、商品名ポリマール９８０２、
炭化収率１０重量％］の粉末（粒径１００〜２５０μ
ｍ）を表１に示す割合で用いる以外、実施例１と同様に
して、電極板を得た。

【００３２】得られた電極板の密度、曲げ強度、ガス透
過度及び体積固有抵抗の値、並びに製造工程における反
り、膨れの発生率及び歩留まりを表２に示した。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【００３５】比較例５，６比較例として、エポキシ樹脂硬化物の代わりにポリビニ
ルアルコール［（株）クラレ製、粒径１００〜３００μ
ｍ］を表３に示す割合で用いる以外は、上記と同様な操
作を行い、電極板を得た。得られた電極板の物性等を表
４に示した。

【００３６】

【表３】

【００３７】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡本一夫大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素繊維化可能な繊維又は炭素繊維の短
繊維２０〜５０重量％、炭化収率４０〜７５重量％の結
合剤１５〜５０重量％、及び炭化収率３０重量％以下の
粉粒状の熱硬化性樹脂硬化物３０〜６０重量％を含む加
圧成形シートが、炭化又は黒鉛化されている燃料電池電
極板。
【請求項２】炭素繊維化可能な繊維又は炭素繊維の短
繊維２０〜５０重量％、炭化収率４０〜７５重量％の結
合剤１５〜５０重量％、及び炭化収率３０重量％以下の
粉粒状の熱硬化性樹脂硬化物３０〜６０重量％を混合
し、該混合物を加圧成形し、その後炭化又は黒鉛化する
燃料電池電極板の製造方法。
【請求項３】粉粒状の熱硬化性樹脂硬化物の粒径が、
１０〜５００μｍである請求項２記載の燃料電池電極板
の製造方法。