JPH07220735A - 燃料電池電極用カーボンペーパーおよびその製造 方法 - Google Patents
燃料電池電極用カーボンペーパーおよびその製造 方法Info
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- JPH07220735A JPH07220735A JP6023466A JP2346694A JPH07220735A JP H07220735 A JPH07220735 A JP H07220735A JP 6023466 A JP6023466 A JP 6023466A JP 2346694 A JP2346694 A JP 2346694A JP H07220735 A JPH07220735 A JP H07220735A
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- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【目的】 コンパクト化が必要な燃料電池用電解板
に好適なよう薄手で、しかも必要な強度とすぐれた電池
性能を発揮できるカーボンペーパーを提供する。 【構成】 カーボンファイバーで構成されるカーボ
ンペーパーであり、厚みが0.05mm〜1.0mm ，気孔率が70
〜90％，平均孔径が10〜30μｍ、開気孔容積が2.0 〜4.
0cc/g ，固有抵抗が 0.1Ωcm以下である特性を有するカ
ーボンペーパーおよびその製造方法。
に好適なよう薄手で、しかも必要な強度とすぐれた電池
性能を発揮できるカーボンペーパーを提供する。 【構成】 カーボンファイバーで構成されるカーボ
ンペーパーであり、厚みが0.05mm〜1.0mm ，気孔率が70
〜90％，平均孔径が10〜30μｍ、開気孔容積が2.0 〜4.
0cc/g ，固有抵抗が 0.1Ωcm以下である特性を有するカ
ーボンペーパーおよびその製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池、特に自動車用
の可搬型で小型の燃料電池を始めとする各種の用途に展
開可能なカーボンペーパーおよびその製造方法に関す
る。
の可搬型で小型の燃料電池を始めとする各種の用途に展
開可能なカーボンペーパーおよびその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】地球環境の見直しに伴い、温室効果の高
い二酸化炭素の排出規制はますます強くなる方向にあ
る。大量の化石燃料を消費し、大量の二酸化炭素を排出
する自動車も例外ではなく、動力源を化石燃料から他の
燃料に切り替える検討がなされており、燃料電池も候補
のひとつに挙げられている。
い二酸化炭素の排出規制はますます強くなる方向にあ
る。大量の化石燃料を消費し、大量の二酸化炭素を排出
する自動車も例外ではなく、動力源を化石燃料から他の
燃料に切り替える検討がなされており、燃料電池も候補
のひとつに挙げられている。
【０００３】しかしながら、燃料電池を自動車に搭載す
る場合、自動車のスーペス的制約から、それもコンパク
ト化する必要がある。そのためには、燃料電池に採用す
る部材類を小型、薄型化する必要があり、電極板もその
例外ではない。上記のように薄型化され、しかも必要な
強度を備え、電解液の保持能力も充分で、すぐれた電池
性能を発揮できる材料の開発が望まれていた。
る場合、自動車のスーペス的制約から、それもコンパク
ト化する必要がある。そのためには、燃料電池に採用す
る部材類を小型、薄型化する必要があり、電極板もその
例外ではない。上記のように薄型化され、しかも必要な
強度を備え、電解液の保持能力も充分で、すぐれた電池
性能を発揮できる材料の開発が望まれていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は主として、燃
料電池のコンパクト化の要求に対応できるように薄型
で、しかもすぐれた電池性能を発揮できるカーボンペー
パーおよびその製造方法を提供しようとするものであ
る。
料電池のコンパクト化の要求に対応できるように薄型
で、しかもすぐれた電池性能を発揮できるカーボンペー
パーおよびその製造方法を提供しようとするものであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
め、本発明は、カーボンファイバーとカーボンとから構
成されるカーボンペーパーであり、厚みが0.05〜1.0mm
，気孔率が70〜90% ，平均孔径が10〜30μm,開気孔容
積が2.0@4.0cc/g ，固有抵抗が 0.1Ωcm以下であること
を特徴とするカーボンペーパーである。
め、本発明は、カーボンファイバーとカーボンとから構
成されるカーボンペーパーであり、厚みが0.05〜1.0mm
，気孔率が70〜90% ，平均孔径が10〜30μm,開気孔容
積が2.0@4.0cc/g ，固有抵抗が 0.1Ωcm以下であること
を特徴とするカーボンペーパーである。
【０００６】またかかるカーボンペーパーの製造方法と
して、嵩比重0.1 〜0.5 ，厚み0.15〜2.0mm ，平均孔径
15〜40μのセルロース系ぺーパーを昇温速度10℃／hr以
下で約1,000 ℃で一次焼成した後、1,800 ℃以上で二次
焼成するカーボンペーパーの製造方法である。以下に本
発明のカーボンペーパーおよびその製造方法について詳
細に説明する。
して、嵩比重0.1 〜0.5 ，厚み0.15〜2.0mm ，平均孔径
15〜40μのセルロース系ぺーパーを昇温速度10℃／hr以
下で約1,000 ℃で一次焼成した後、1,800 ℃以上で二次
焼成するカーボンペーパーの製造方法である。以下に本
発明のカーボンペーパーおよびその製造方法について詳
細に説明する。
【０００７】本発明のカーボンペーパーは次のように厚
み、気孔率、平均孔径、孔容積、固有抵抗の各特性を特
定することにより、燃料電池用電極板としてすぐれた性
能を発揮できるようにするものである。
み、気孔率、平均孔径、孔容積、固有抵抗の各特性を特
定することにより、燃料電池用電極板としてすぐれた性
能を発揮できるようにするものである。
【０００８】まず本発明のカーボンペーパーの厚みは、
0.05mm〜1.0mm である。0.05mm未満であると絶対強度が
低下し、ハンドリング性に問題が生じ、1.0mm を越える
と燃料電池のコンパクト化の要請上、不都合である。
0.05mm〜1.0mm である。0.05mm未満であると絶対強度が
低下し、ハンドリング性に問題が生じ、1.0mm を越える
と燃料電池のコンパクト化の要請上、不都合である。
【０００９】次に気孔率は70〜90% が好ましい範囲であ
る。70% 未満では電解液の保持量が低下し、90% を超え
るとカーボンペーパーの強度が低下し、それぞれ問題が
生じる。
る。70% 未満では電解液の保持量が低下し、90% を超え
るとカーボンペーパーの強度が低下し、それぞれ問題が
生じる。
【００１０】平均孔径については10〜30μm であること
が必要である。10μm 未満では、電解液、燃料ガス等の
拡散律速が起こり、電池の性能低下の問題があり、30μ
m を超えると表面積が低下し、やはり電池の性能が低下
する。
が必要である。10μm 未満では、電解液、燃料ガス等の
拡散律速が起こり、電池の性能低下の問題があり、30μ
m を超えると表面積が低下し、やはり電池の性能が低下
する。
【００１１】開気孔容積は2.0 〜4.0CC/g である。2.0c
c/g 未満では、電解液の保持量が低下し、4.0cc/g を超
えるとカーボンペーパーの強度が低下する。固有抵抗は
0.1Ωcm以下であることが必要である。0.1 Ωcmを超え
ると、出力が低下する等、電池の性能が低下する。上記
のような特性を特定したカーボンペーパーは薄型であ
り、燃料電池の素材としてすぐれた性能を発揮できる。
c/g 未満では、電解液の保持量が低下し、4.0cc/g を超
えるとカーボンペーパーの強度が低下する。固有抵抗は
0.1Ωcm以下であることが必要である。0.1 Ωcmを超え
ると、出力が低下する等、電池の性能が低下する。上記
のような特性を特定したカーボンペーパーは薄型であ
り、燃料電池の素材としてすぐれた性能を発揮できる。
【００１２】次に本発明のカーボンペーパーの製造方法
を説明する。本発明の原料には、孔径を制御したセルロ
ース系のペーパーが最も適している。これには、セルロ
ース繊維をパルプ廃液やポリビニールアルコール等をバ
インダーにして抄紙したペーパーもしくは孔径の制御さ
れた市販のセルロース系虜紙のいずれも使用することが
できるが、前記の特性のカーボンペーパーを得るために
は、下記の特性の紙を使用する必要がある。
を説明する。本発明の原料には、孔径を制御したセルロ
ース系のペーパーが最も適している。これには、セルロ
ース繊維をパルプ廃液やポリビニールアルコール等をバ
インダーにして抄紙したペーパーもしくは孔径の制御さ
れた市販のセルロース系虜紙のいずれも使用することが
できるが、前記の特性のカーボンペーパーを得るために
は、下記の特性の紙を使用する必要がある。
【００１３】すなわち嵩比重については0.1 〜 0.5であ
り、厚みが0.05〜2.0mm、平均孔径が15〜40μm の紙であ
ることが必要である。上記の特性の紙をまず1,000 ℃前
後の温度で一次焼成を行う。この際、昇温速度を10℃／
hr以下にする必要がある。10℃／hrを超えると、カーボ
ンペーパーに皺が認められ、燃料電池の電極板として適
さなくなる。
り、厚みが0.05〜2.0mm、平均孔径が15〜40μm の紙であ
ることが必要である。上記の特性の紙をまず1,000 ℃前
後の温度で一次焼成を行う。この際、昇温速度を10℃／
hr以下にする必要がある。10℃／hrを超えると、カーボ
ンペーパーに皺が認められ、燃料電池の電極板として適
さなくなる。
【００１４】次に上記一次焼成したペーパーを1800℃以
上の温度で二次焼成して、本発明のカーボンペーパーを
得る。二次焼成温度が1800℃未満の場合、固有抵抗が
0.1Ωcmを超え、燃料電池電極板としての性能が低下す
る。
上の温度で二次焼成して、本発明のカーボンペーパーを
得る。二次焼成温度が1800℃未満の場合、固有抵抗が
0.1Ωcmを超え、燃料電池電極板としての性能が低下す
る。
【００１５】
【実施例１】平均繊径20μｍで平均繊維長10mmのセルロ
ース繊維に10% のポリビニールアルコール（ＰＶＡと略
記）水溶液を繊維／PVA=1/0.1 になるように加え、厚み
が1.0mm になるように製紙した。ペーパーの嵩比重は0.
3,平均孔径は25μm であった。
ース繊維に10% のポリビニールアルコール（ＰＶＡと略
記）水溶液を繊維／PVA=1/0.1 になるように加え、厚み
が1.0mm になるように製紙した。ペーパーの嵩比重は0.
3,平均孔径は25μm であった。
【００１６】つぎに上記ペーパーを300 ｘ300mm のサイ
ズに切断し、窒素ガス雰囲気中、1,000 ℃まで 5℃／hr
で昇温することにより一次焼成を行い、さらに2000℃で
二次焼成し、カーボンペーパーを得た。
ズに切断し、窒素ガス雰囲気中、1,000 ℃まで 5℃／hr
で昇温することにより一次焼成を行い、さらに2000℃で
二次焼成し、カーボンペーパーを得た。
【００１７】カーボンペーパーの特性は厚み0.5mm,気孔
率83%,平均孔径20μm ，開気孔容積3.1 cc/g,固有抵抗
0.036Ωであった。このカーボンペーパーを酸素／水素
を用いるリン酸型燃料電池の電極板として使用した結
果，1.5kw/m2の出力が得られ、しかも、出力の経時変化
が非常に小さいという良好な結果が得られた。
率83%,平均孔径20μm ，開気孔容積3.1 cc/g,固有抵抗
0.036Ωであった。このカーボンペーパーを酸素／水素
を用いるリン酸型燃料電池の電極板として使用した結
果，1.5kw/m2の出力が得られ、しかも、出力の経時変化
が非常に小さいという良好な結果が得られた。
【００１８】
【比較例１】実施例１における一次焼成の昇温速度を15
℃/hr とする以外、実施例１と全く同様にしてカーボン
ペーパーを得た。しかしながら、得られたカーボンペー
パーは一次焼成後に皺が認められ、燃料電池の電極板に
は使用できないことがわかった。
℃/hr とする以外、実施例１と全く同様にしてカーボン
ペーパーを得た。しかしながら、得られたカーボンペー
パーは一次焼成後に皺が認められ、燃料電池の電極板に
は使用できないことがわかった。
【００１９】
【比較例２】実施例１における二次焼成の温度を1、500
℃とする以外、実施例１と全く同様にしてカーボンペー
パーを得た。カーボンペーパーの特性は固有抵抗が 0.1
35Ωcmである以外、実施例１とほぼ同じであった。この
カーボンペーパーを実施例１と同様にして燃料電池の電
極板に使用したが、出力は0.1kw/m2であり、電極板には
適さないことがわかった。
℃とする以外、実施例１と全く同様にしてカーボンペー
パーを得た。カーボンペーパーの特性は固有抵抗が 0.1
35Ωcmである以外、実施例１とほぼ同じであった。この
カーボンペーパーを実施例１と同様にして燃料電池の電
極板に使用したが、出力は0.1kw/m2であり、電極板には
適さないことがわかった。
【００２０】
【比較例３】実施例１における繊維／PVA=1/0.5 とする
以外、実施例１と全く同様にしてカーボンペーパーを得
た。なお、セルロースペーパーの嵩比重は0.6,平均孔径
は10μｍであった。カーボンペーパーの特性は厚み0.7m
m ，気孔率63％，平均孔径 7μｍ，開気孔容積1.5cc/g
，固有抵抗 0.022Ωｍであった。次に、このカーボン
ペーパーを実施例１と同様にして燃料電池の電極板に使
用した結果、出力が0.5kw/m2と低いことがわかった。
以外、実施例１と全く同様にしてカーボンペーパーを得
た。なお、セルロースペーパーの嵩比重は0.6,平均孔径
は10μｍであった。カーボンペーパーの特性は厚み0.7m
m ，気孔率63％，平均孔径 7μｍ，開気孔容積1.5cc/g
，固有抵抗 0.022Ωｍであった。次に、このカーボン
ペーパーを実施例１と同様にして燃料電池の電極板に使
用した結果、出力が0.5kw/m2と低いことがわかった。
【００２１】
【比較例４】実施例１におけるセルロースペーパーの厚
みを0.07mmとする以外、実施例１と全く同様にしてカー
ボンペーパーを得た。カーボンペーパーの特性は厚みが
0.03mmである以外、実施例１とほぼ同じであった。しか
しながら、このペーパーは薄いため、ハンドリング時に
破れる等のトラブルが頻発した。
みを0.07mmとする以外、実施例１と全く同様にしてカー
ボンペーパーを得た。カーボンペーパーの特性は厚みが
0.03mmである以外、実施例１とほぼ同じであった。しか
しながら、このペーパーは薄いため、ハンドリング時に
破れる等のトラブルが頻発した。
【００２２】
【比較例５】実施例１における繊維／PVA=1/0.01とする
以外、実施例１と全く同様にしてカーボンペーパーを得
た。セルロースペーパーの嵩比重は0.07, 平均孔径は50
μｍであった。得られたカーボンペーパーの特性は厚み
0.5mm ，気孔率95％，平均孔径40μm,開気孔容積4.5cc/
g ，固有抵抗 0.062Ωcmであった。このカーボンペーパ
ーは強度が低くて破れやすく、また、燃料電池の電極板
に使用しても、出力が0.6KW/m2と低い結果となった。
以外、実施例１と全く同様にしてカーボンペーパーを得
た。セルロースペーパーの嵩比重は0.07, 平均孔径は50
μｍであった。得られたカーボンペーパーの特性は厚み
0.5mm ，気孔率95％，平均孔径40μm,開気孔容積4.5cc/
g ，固有抵抗 0.062Ωcmであった。このカーボンペーパ
ーは強度が低くて破れやすく、また、燃料電池の電極板
に使用しても、出力が0.6KW/m2と低い結果となった。
【００２３】
【発明の効果】本発明において得られるカーボンペーパ
ーは薄手で、燃料電池用電極板として使用した場合、コ
ンパクト化の要請にも対応でき、必要な強度を備え、電
解液の保持量も高く、すぐれた電池性能を発揮できるも
のである。
ーは薄手で、燃料電池用電極板として使用した場合、コ
ンパクト化の要請にも対応でき、必要な強度を備え、電
解液の保持量も高く、すぐれた電池性能を発揮できるも
のである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｄ２１Ｈ 11/00 Ｈ０１Ｍ 4/88 Ｃ
Claims (2)
- 【請求項１】 カーボンファイバーで構成されるカーボ
ンペーパーであって厚みが0.05〜1.0mm ，気孔率が70〜
90% ，平均孔径が10〜30μm,開気孔容積が2.0 〜4.0cc/
g ，固有抵抗が 0.1Ωcm以下である特性を有するカーボ
ンペーパー - 【請求項２】 嵩比重0.1 〜 0.5，厚み0.15〜2.0 mm，
平均孔径15〜40μm,のセルロース系ペーパーを、昇温速
度10℃/hr 以下で約1,000 ℃で一次焼成した後、1800℃
以上で二次焼成するカーボンペーパーの製造方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6023466A JPH07220735A (ja) | 1994-01-26 | 1994-01-26 | 燃料電池電極用カーボンペーパーおよびその製造 方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6023466A JPH07220735A (ja) | 1994-01-26 | 1994-01-26 | 燃料電池電極用カーボンペーパーおよびその製造 方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07220735A true JPH07220735A (ja) | 1995-08-18 |
Family
ID=12111310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6023466A Pending JPH07220735A (ja) | 1994-01-26 | 1994-01-26 | 燃料電池電極用カーボンペーパーおよびその製造 方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07220735A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003087470A1 (fr) * | 2002-04-17 | 2003-10-23 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Papier en fibre de carbone et substrat d'electrode en fibre de carbone poreux, destine aux piles |
| JP2005239504A (ja) * | 2004-02-27 | 2005-09-08 | National Institute For Materials Science | 加熱体からの伝熱による繊維状炭素の製造方法および製造装置 |
| US7410719B2 (en) | 2003-03-26 | 2008-08-12 | Toray Industries, Inc. | Porous carbon base material, method for preparation thereof, gas-diffusing material film-electrode jointed article, and fuel cell |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60231470A (ja) * | 1984-04-16 | 1985-11-18 | 昭和電工株式会社 | 緻密な炭素材の製造法 |
| JPS6364906A (ja) * | 1986-09-03 | 1988-03-23 | Showa Denko Kk | ガラス状炭素板 |
| JPS63254669A (ja) * | 1987-04-10 | 1988-10-21 | Toray Ind Inc | 燃料電池用電極基材 |
| JPH0292881A (ja) * | 1988-09-29 | 1990-04-03 | Oji Paper Co Ltd | 高黒鉛化多孔質炭素繊維シートおよびその製造方法 |
| JPH0369615A (ja) * | 1989-08-08 | 1991-03-26 | Oji Paper Co Ltd | 多孔質炭素板の製造方法 |
-
1994
- 1994-01-26 JP JP6023466A patent/JPH07220735A/ja active Pending
Patent Citations (5)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7510626B2 (en) | 2001-10-09 | 2009-03-31 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Carbon fiber paper and porous carbon electrode substrate for fuel cell therefrom |
| WO2003087470A1 (fr) * | 2002-04-17 | 2003-10-23 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Papier en fibre de carbone et substrat d'electrode en fibre de carbone poreux, destine aux piles |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000718 |