JPH1040938A

JPH1040938A - 燃料電池用集電体の製造方法

Info

Publication number: JPH1040938A
Application number: JP8209229A
Authority: JP
Inventors: Seiji Mizuno; 誠司水野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-07-18
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 1998-02-13
Anticipated expiration: 2016-07-18
Also published as: JP3731255B2

Abstract

(57)【要約】【課題】厚さ方向にも電気伝導性の優れた集電体を製
造する。【解決手段】まず、熱膨張黒鉛粉末を用意すると共に
（Ｓ１００）、粒径が約２０μｍである球状の天然黒鉛
粉末を用意する（Ｓ１１０）。この粒径は５μｍ〜２０
０μｍ、好ましくは２０μｍ〜２００μｍである。次い
で、上記熱膨張黒鉛粉末に上記球状の黒鉛粉末を２０％
だけ添加混合する（Ｓ１２０）。続いて、その混合物で
ある混合粉末を圧縮成形する（Ｓ１３０）。熱膨張黒鉛
粉末における結晶の層間の距離は、３０μｍ〜５００μ
ｍであることから、熱膨張黒鉛粉末に上記粒径の球状の
黒鉛粉末を混合することにより、熱膨張黒鉛粉末結晶の
層間の間隙に上記黒鉛粉末の粒子をがっしりと食い込ま
せることができる。従って、この製造方法により、厚み
方向にも電気導電性の優れた集電体を製造することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池に備え
られる集電体を製造する燃料電池用集電体の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、燃料の有しているエネルギを
直接電気的エネルギに変換する装置として燃料電池が知
られている。燃料電池は、通常、電解質膜を挟んで一対
の電極を配置するとともに、一方の電極の表面に水素等
の燃料ガスを接触させ、また他方の電極の表面に酸素を
含有する酸素含有ガスを接触させ、このとき起こる電気
化学反応を利用して、電極間から電気エネルギを取り出
すようにしている。燃料電池は、燃料ガスと酸素含有ガ
スの供給を受けて高い効率で電気エネルギを取り出すこ
とができる。

【０００３】ところで、こうした燃料電池は、電解質膜
と一対の電極とからなる接合体を複数積層することで、
高出力を実現している。このため、燃料電池は、通常、
接合体と接合体との境に集電体（あるいはセパレータ）
と呼ばれる部材を配置して、複数の接合体を直列接続す
る構造としている。

【０００４】こうした集電体は、熱膨張黒鉛を主な材料
として成形される。かかる集電体の製造方法として、熱
膨張黒鉛と耐蝕性樹脂（熱硬化性樹脂）と球状または塊
状の他の炭素粉末とからなる混合物により集電体を成形
するものが提案されている（特開平１−３１１５７０号
公報）。これによれば、熱硬化性樹脂を加えることによ
り機械的強度の向上が図られ、球状または塊状の炭素粉
末を加えることにより電気伝導性の向上が図られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の技術では、次のような理由で集電体の電気伝導性は
充分なものではなかった。集電体の材料となる熱膨張黒
鉛は、嵩高い粉末状のものであることから、熱膨張黒鉛
の粒子の間に炭素粉末を介在させるようにしても、通常
の粒径の炭素粉末（特開平１−３１１５７０号公報記載
のカーボンブラックの粒径は数ｎｍ〜数十ｎｍである）
では、熱膨張黒鉛粒子の間隙を充分に埋めることができ
ないためであり、熱膨張黒鉛粒子の積層方向の電気伝導
性が充分ではなかった。

【０００６】また、次のような理由でも電気伝導性は充
分なものではなかった。熱膨張黒鉛が嵩高い粉末状のも
のであることから、熱硬化性樹脂を熱膨張黒鉛全体にゆ
き渡らすには、多量の熱硬化性樹脂を添加する必要があ
るためである。

【０００７】この発明の燃料電池用集電体の製造方法
は、こうした問題に鑑みてなされたもので、電気伝導性
に充分に優れた集電体を製造することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】前
述した課題を解決するための手段として、以下に示す構
成をとった。

【０００９】第１の発明の燃料電池用集電体の製造方法
は、熱膨張黒鉛粉末または鱗片状の天然黒鉛粉末に、主
として粒径が５μｍ以上で２００μｍ以下である球状ま
たは塊状の炭素粉末を混合する工程と、該工程による混
合物を成形する工程とを備えることを特徴としている。

【００１０】通常、熱膨張黒鉛粉末における結晶の層間
の距離は、数μｍから数百μｍであり、鱗片状の天然黒
鉛粉末における結晶の層間の距離は、数十μｍから数百
μｍである。このため、主として粒径が５μｍ以上、２
００μｍ以下である球状または塊状の炭素粉末を熱膨張
黒鉛粉末または鱗片状の天然黒鉛粉末に混合することに
より、上記熱膨張黒鉛粉末または鱗片状の天然黒鉛粉末
における結晶の層間の間隙に上記炭素粉末の粒子をがっ
しりと食い込ませることができる。この結果、結晶の積
層方向の間隙が炭素粉末で電気的に完全に導通した状態
となることから、その混合物は、結晶の積層方向にも優
れた電気導電性を示したものとなる。

【００１１】従って、この混合物を成形することによ
り、厚さ方向にも電気伝導性の優れた集電体を製造する
ことができる。

【００１２】第２の発明の燃料電池用集電体の製造方法
は、球状または塊状の炭素粉末に所定の樹脂よりなるバ
インダを被覆する工程と、熱膨張黒鉛粉末または鱗片状
の天然黒鉛粉末に、上記バインダの被覆がなされた炭素
粉末を混合する工程と、該工程による混合物を成形する
工程とを備えることを特徴としている。

【００１３】球状または塊状の炭素粉末に所定の樹脂よ
りなるバインダを被覆することは容易である。しかも、
熱膨張黒鉛粉末または鱗片状の天然黒鉛粉末（以下、主
原料と呼ぶ）に球状または塊状の炭素粉末を混合するだ
けで、炭素粉末を主原料に均一にゆき渡らせることもで
きる。このため、バインダは主原料に容易に均一にゆき
渡る。

【００１４】従って、バインダを主原料にゆき渡らせる
のに少量のバインダですむことから、電気伝導性に優れ
た集電体を製造することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例
について説明する。

【００１６】まず、第１実施例としての燃料電池用集電
体の製造方法により製造された集電体を使用した固体高
分子型燃料電池１０の構成について先に説明する。図１
は、この固体高分子型燃料電池１０の構造図である。こ
の図に示すように、固体高分子型燃料電池１０は、電解
質膜１１と、この電解質膜１１を両側から挟んでサンド
イッチ構造とするガス拡散電極としてのカソード１２お
よびアノード１３と、このサンドイッチ構造を両側から
挟みつつカソード１２およびアノード１３とで材料ガス
および燃料ガスの流路を形成する集電体１５とを備え
る。

【００１７】電解質膜１１は、高分子材料、例えばフッ
素系樹脂により形成されたイオン交換膜であり、湿潤状
態で良好な電気電導性を示す。ここでは、米国Ｅ.Ｉ.デ
ュポン社製の商標名ナフィオン（Nafion）を使用する。
カソード１２およびアノード１３は、炭素繊維からなる
糸で織成したカーボンクロスにより形成されており、こ
のカーボンクロスの表面には、触媒としての白金または
白金と他の金属からなる合金等を担持したカーボン粉が
塗布されている。

【００１８】白金を担持したカーボン粉は次のような方
法で作成されている。塩化白金酸水溶液とチオ硫酸ナト
リウムを混合して、亜硫酸白金錯体の水溶液を得る。こ
の水溶液を攪拌しながら、過酸化水素水を摘下して、水
溶液中にコロイド状の白金粒子を析出させる。次に担体
となるカーボンブラック（例えばＶｕｌｃａｎＸＣ−
７２（米国のＣＡＢＯＴ社の商標）やデンカブラック
（電気化学工業株式会社の商標）を添加しながら、攪拌
し、カーボンブラックの表面にコロイド状の白金粒子を
付着させる。次に溶液を吸引ろ過または加圧ろ過して白
金粒子が付着したカーボンブラックを分離した後、脱イ
オン水（純水）で繰り返し洗浄した後、室温で完全に乾
燥させる。

【００１９】次に、凝集したカーボンブラックを粉砕器
で粉砕した後、水素還元雰囲気中で、２５０℃〜３５０
℃で２時間程度加熱することにより、カーボンブラック
上の白金を還元するとともに、残留していた塩素を完全
に除去して、白金を担持したカーボン粉が完成する。こ
こでは、カーボンブラックの重量に対して白金の重量が
２０％（重量％）になるようにして製作している。

【００２０】集電体１５は、緻密質のカーボンプレート
により形成されている。集電体１５には、直線状に延び
る複数のリブが形成されており、このリブとカソード１
２の表面とで材料ガスである酸素含有ガスの流路をなす
酸素含有ガス流路１５ａを形成し、また、上記リブとア
ノード１３の表面とで燃料ガスである水素ガスと水蒸気
との混合ガスの流路をなす水素含有ガス流路１５ｂを形
成する。なお、この集電体１５の製造方法については後
ほど詳しく説明する。

【００２１】以上説明した電解質膜１１、カソード１
２、アノード１３および集電体１５が固体高分子型燃料
電池１０の単一セルの構成であり、実際には、集電体１
５、カソード１２、電解質膜１１、アノード１３、集電
体１５をこの順に複数組（図１では２組）積層して、固
体高分子型燃料電池１０は構成されている。なお、互い
に隣接する二つのセルの接合部に位置する集電体は、一
方の面に酸素含有ガス流路１５ａを備え、他方の面に水
素含有ガス流路１５ｂを備えるもので、一つの集電体で
両側のセルの流路を兼ねる。

【００２２】こうした構成の固体高分子型燃料電池１０
の集電体１５の製造方法について、以下、詳しく説明す
る。図２は、その集電体の製造方法の工程を示すフロー
チャートである。

【００２３】図２に示すように、まず、熱膨張黒鉛粉末
を用意する（工程Ｓ１００）。この熱膨張黒鉛粉末は次
のようにして製造される。まず、天然の燐片状の黒鉛粉
末を用意し、この黒鉛粉末を濃硫酸や濃硝酸および混酸
などに浸して、黒鉛粉末を湿式酸化させる。その後、こ
の黒鉛粉末を９００℃以上の高温で急速加熱すると、黒
鉛の結晶構造における層間の間隙が膨張して、層間の距
離が３０〜５００μｍとなる熱膨張黒鉛の粉末が形成さ
れる。この熱膨張黒鉛粉末を主原料として用意する。

【００２４】次いで、粒径が約２０μｍである球状の黒
鉛粉末を用意する（工程Ｓ１１０）。この黒鉛粉末は、
日本黒鉛製の人造黒鉛あるいは塊状粉末であり、主とす
る粒径の大きさが約２０μｍである。なお、この黒鉛粉
末に換えて、主とする粒径が５μｍ〜２００μｍ、好ま
しくは２０μｍ〜２００μｍである球状の黒鉛粉末を用
意してもよい。

【００２５】続いて、工程Ｓ１００で用意した熱膨張黒
鉛粉末に、工程Ｓ１１０で用意した黒鉛粉末を２０％
（重量％）だけ添加混合する工程を実行する（工程Ｓ１
２０）。ここでは、乾式混粉機にて混合する。

【００２６】その後、工程Ｓ１２０により得られる混合
物である混合粉末を、プレス治具２０を用いて圧縮成形
する工程を実行する（工程Ｓ１３０）。

【００２７】図３は、プレス治具２０の断面形状を示す
構成図である。図示するように、プレス治具２０は、筒
形状のダイス型２２と、このダイス型２２内に嵌入され
る上型２４および下型２６と、上型２４に固定され上型
２４を上下に移動する上スライド２８と、下型２６に固
定され下型２６を上下に移動する下スライド３０とを備
える。なお、図３は、上型２４が下死点に、下型２６が
上死点にそれぞれある状態を示している。

【００２８】上型２４および下型２６は、焼結金属製の
ポーラス型（気孔径約７μｍ、気孔率２５％）であり、
集電体１５の形状に対応した押圧面の形状を有してい
る。即ち、集電体１５には、酸素含有ガス流路１５ａ、
水素含有ガス流路１５ｂを構成するリブが形成されてい
ることから、このリブを形成するための凸部２４ａ、２
６ａを上型２４および下型２６の押圧面は備える。

【００２９】上スライド２８および下スライド３０は、
図示しない移動機構と接続されており、上下に移動す
る。上スライド２８および下スライド３０には、縦軸方
向に延びるエア抜き用の貫通孔２８ａ，３０ａがそれぞ
れ設けられている。両貫通孔２８ａ，３０ａには、真空
ポンプ３２，３４がそれぞれ接続されており、これら真
空ポンプ３２，３４を駆動することで、両貫通孔２８
ａ，３０ａの先端に接する上型２４および下型２６か
ら、上型２４と下型２６との間の空間（キャビティ）を
減圧する。なお、上型２４および下型２６は、貫通孔を
有してはいないが、前述したようにポーラス型であるこ
とから、上記キャビティの減圧は、上型２４および下型
２６の表面全体から減圧することが可能である。また、
気密性を保つため、上スライド２８および下スライド３
０には、摺動部を密封するＯリング３６，３７が設けら
れている。

【００３０】工程Ｓ１３０では、上記構成のプレス治具
２０を用いて圧縮成形がなされる。この圧縮成形の工程
について図４のフローチャートを用いて詳しく説明す
る。

【００３１】図４に示すように、まず、上型２４を上方
向に下型２６を下方向に移動し、両型２４，２６の間に
キャビティを形成し、そのキャビティに工程Ｓ１２０で
得られる混合粉末ＭＰをセットする（工程Ｓ１３１）。
その後、真空ポンプ３２および真空ポンプ３４をオン状
態にして、上記キャビティの減圧を開始する（工程Ｓ１
３２）。続いて、上スライド２８を下方に、下スライド
３０を上方に移動して、上型２４および下型２６に圧力
をかけることにより、混合粉末ＭＰを圧縮成形する工程
を実行する（工程Ｓ１３３）。

【００３２】この圧縮成形処理では、２ton/cm² の圧力
がかけられる。また、この圧縮成形処理の最中には、工
程Ｓ１３２でオン状態となった真空ポンプ３２，３４に
より上型２４および下型２６間のキャビティ部の減圧が
なされている。このときのキャビティ部の真空度は、圧
縮率Ｐｒ×７６０torr以下となるように、真空ポンプ３
２、３４は運転されている。ここで、圧縮率Ｐｒは、成
形後の空隙率を成形前の空隙率で割ったものである。

【００３３】工程Ｓ１３３で、圧縮成形処理が終了する
と、その後、真空ポンプ３２，３４をオフ状態とし（工
程Ｓ１３４）、この圧縮成形の工程を終了する。この結
果、酸素含有ガス流路１５ａおよび水素含有ガス流路１
５ｂを構成する直線状のリブを備える集電体１５が上記
工程Ｓ１２０により得られた混合粉末ＭＰから製造され
る。

【００３４】以上詳述したように、この第１実施例で
は、粒径が約２０μｍである球状の黒鉛粉末を熱膨張黒
鉛粉末の粉末に混合する工程Ｓ１２０と、この工程によ
り得られた混合粉末ＭＰを圧縮成形する工程Ｓ１３０と
を備える。熱膨張黒鉛粉末における結晶の層間の距離
は、前述したように３０μｍ〜５００μｍであることか
ら、この熱膨張黒鉛粉末に上記粒径の球状の黒鉛粉末を
混合することにより、熱膨張黒鉛粉末結晶の層間の間隙
に上記黒鉛粉末の粒子をがっしりと食い込ませることが
できる。

【００３５】図５は、この第１実施例にて製造される集
電体の結晶構造を示す模式図である。この図５に示すよ
うに、熱膨張黒鉛粉末は、ハニカム構造の六角層Ｐを積
層した結晶構造を持ち、その層間の間隙に上記黒鉛粉末
の粒子Ｃががっしりと食い込んでいる。このため、結晶
の積層方向の間隙が黒鉛粉末で電気的に完全に導通した
状態となる。従って、この第１実施例の集電体の製造方
法によれば、厚み方向（結晶の積層方向）にも電気導電
性の優れた集電体を製造することができる。

【００３６】また、熱膨張黒鉛粉末の層間の間隙に球状
の黒鉛粉末の粒子が前述したようにがっしりと食い込む
ことから、結晶の層の層方向へのすべりを抑制すること
ができる。従って、この第１実施例の集電体の製造方法
によれば、機械的強度の点でも優れた集電体を製造する
ことができる。

【００３７】なお、第１実施例で示した製造方法で、粒
径の相違する幾つかの球状の黒鉛粉末を用いて集電体を
製造したので、その集電体についての固有抵抗値、曲げ
強度を測定して、その測定結果を図６および図７に示し
た。

【００３８】図６は、球状の黒鉛粉末の粒径と集電体の
厚み方向の固有抵抗値との関係を示すグラフである。こ
の図に示すように、球状の黒鉛粉末の粒径が５μｍ、２
０μｍおよび２００μｍのときには、固有抵抗値は５な
いし６ｍΩ・ｃｍであり、５〜２００μｍの範囲より小
さい２０ｎｍのときや、その範囲より大きい５００μｍ
のときには、固有抵抗値は５ｍΩ・ｃｍより遙かに大き
い値となる。この測定結果は、球状の黒鉛粉末の粒径が
５μｍ以上で２００μｍ以下であるときには良好な電気
伝導度を示し、この範囲からずれると、電気伝導度が悪
化することを示している。

【００３９】図７は、球状の黒鉛粉末の粒径と集電体の
曲げ強度との関係を示すグラフである。この図に示すよ
うに、球状の黒鉛粉末の粒径が５μｍ、２０μｍおよび
２００μｍのときには、曲げ強度は大きく、５〜２００
ｎｍの範囲より小さい２０ｎｍのときや、その範囲より
大きい５００μｍのときには、曲げ強度は小さい。この
測定結果は、球状の黒鉛粉末の粒径が５μｍ以上で２０
０μｍ以下のときには良好な曲げ強度を示し、この範囲
からずれると、曲げ強度が悪化することを示している。
なお、黒鉛粉末の粒径が５００μｍのときに図６および
図７に示すデータ値となるのは、粒径が極端に大きくな
ると、成形体密度が上がりにくくない、固有抵抗値は頭
打ちとなり、強度は粗大粒子が破壊起点となり低下する
ためである。

【００４０】図６および図７の結果は、電気伝導度に優
れた集電体を製造するのに良好な粒径の黒鉛粉末が、曲
げ強度の点でも良好な結果を示すことを示している。

【００４１】次に、球状の黒鉛粉末の粒径を２０μｍの
ものに固定して、その黒鉛粉末の添加量を変えて集電体
を製造した。図８は、黒鉛粉末の添加量（％）と固有抵
抗値との関係を示したグラフである。図８において、固
有抵抗値は集電体の面方向と厚さ方向とを示している。
この図８から判るように、黒鉛粉末の添加量が５〜５０
％、好ましくは２０〜４０％の範囲で厚さ方向の固有抵
抗値が小さく、５〜５０％の範囲を外れると、厚さ方向
の固有抵抗値が大きくなる。

【００４２】図９は、黒鉛粉末の添加量（％）と曲げ強
度との関係を示したグラフである。この図９から、黒鉛
粉末の添加量が５〜５０％、好ましくは２０〜５０％の
範囲で曲げ強度に優れていることがわかる。このこと
は、黒鉛粉末の添加量を、前述したように固有抵抗値が
良好となる５〜５０％としても、曲げ強度が優れている
ことを示している。即ち、固有抵抗値を高めるために球
状の黒鉛粉末を５〜５０％の範囲で添加しても、製造さ
れる集電体の曲げ強度を低下させるようなことはない。
従って、前記第１実施例では、球状の黒鉛粉末の添加量
を２０％としたが、５〜５０％の範囲内では他の比率の
添加量としてもよい。

【００４３】また、この第１実施例では、上型２４と下
型２６との間のキャビティを真空ポンプ３２、３４で減
圧しつつ、上型２４および下型２６による圧縮成形を行
なっていることから、熱膨張黒鉛粉末内に気泡を残すこ
となく圧縮成形を行なうことができる。従来、集電体材
料内に気泡が含有されると、脱型後、成形体内部に閉じ
込められた気泡が膨張して、成形体は表面が膨れたり、
層状に剥離したりするが、上述のように気泡を抜いて圧
縮生成することができることから、表面の膨れや剥離の
ない集電体１５を製造することができる。

【００４４】なお、この第１実施例では、前述したよう
な真空ポンプ３２、３４による減圧成形を行なっている
が、これに換えて、減圧成形を行なわない構成としても
よい。この第１実施例では、熱膨張黒鉛粉末の層間に大
きな粒径の黒鉛粉末が介在する構成となっていることか
ら、熱膨張黒鉛粉末の層間の空気を追い出して気泡が残
ることは従来例と比べて少ない。従って、減圧しない構
成であっても、表面の膨れや剥離の少ない集電体１５を
製造することができる。

【００４５】本発明の第２実施例について、次に説明す
る。この第２実施例は、第１実施例の固体高分子型燃料
電池１０と同じ構成の燃料電池に関わるもので、その固
体高分子型燃料電池１０に使用される集電体１５の製造
方法が第１実施例と相違する。

【００４６】図１０は、その集電体の製造方法の工程を
示すフローチャートである。図１０に示すように、ま
ず、熱膨張黒鉛粉末を用意する（工程Ｓ２００）。この
工程は、第１実施例の工程Ｓ１００と同一のものであ
る。次いで、球状の天然黒鉛粉末を用意する（工程Ｓ２
１０）。なお、この黒鉛粉末の粒径は特にこだわらず、
第１実施例のように約２０μｍのものを用意してもよい
し、特開平１−３１１５７０号公報記載のカーボンブラ
ックのように数ｎｍ〜数十ｎｍのものを用意する構成と
してもよい。

【００４７】続いて、工程Ｓ２１０で用意した球状の黒
鉛粉末にバインダを被覆する工程を実行する（工程Ｓ２
２０）。詳しくは、バインダとなるエポキシ系の熱硬化
性樹脂を、黒鉛粉末の全量に対して５〜１０％（重量
％）の量だけ用意して、その量の熱硬化性樹脂をメチル
エチルケトンの溶媒で希釈する。こうして得た溶液を工
程Ｓ２１０で用意した球状の黒鉛粉末と混合して、その
後、乾燥する。この結果、工程Ｓ２１０で用意した球状
の黒鉛粉末の表面にバインダを均一に被覆することがで
きる。

【００４８】その後、工程Ｓ２００で用意した熱膨張黒
鉛粉末に、工程Ｓ２２０でバインダの被覆がなされた球
状の黒鉛粉末を１０％（重量％）だけ添加混合する工程
を実行する（工程Ｓ２３０）。続いて、工程Ｓ２３０に
より得られた混合粉末を、プレス治具を用いて圧縮成形
する工程を実行する（工程Ｓ２４０）。この圧縮成形の
工程では、第１実施例のそれとほぼ同一の工程が行なわ
れるが、相違する点は、使用するプレス治具に加熱ヒー
タが設けられており、加熱しながらの圧縮成形が可能と
なっている。この圧縮成形の工程の終了後、この集電体
の製造方法を終了する。

【００４９】以上詳述したように、この第２実施例で
は、球状の黒鉛粉末にバインダである熱硬化性樹脂を被
覆する工程Ｓ２２０と、熱膨張黒鉛粉末にこのバインダ
の被覆された黒鉛粉末を混合する工程Ｓ２４０と、この
工程により得られた混合物を圧縮成形する工程Ｓ１３０
とを備える。球状の炭素粉末に熱硬化性樹脂よりなるバ
インダを被覆することは容易であり、しかも、熱膨張黒
鉛粉末に球状の炭素粉末を混合するだけで、炭素粉末を
主原料に均一にゆき渡らせることもできる。このため、
バインダは熱膨張黒鉛粉末に容易に均一にゆき渡る。従
って、バインダを主原料にゆき渡らせるのに少量のバイ
ンダですむことから、電気伝導性に優れた集電体１５を
製造することができる効果を奏する。

【００５０】この第２実施例により製造された集電体１
５がいかに優れているかを実測データにより示すのが、
図１１および図１２である。図１１は、この第２実施例
と、バインダを熱膨張黒鉛粉末全体に混合した従来例と
でそれぞれ製造した集電体の固有抵抗値を示すグラフで
あり、図１２は、この第２実施例と上記従来例とでそれ
ぞれ製造した集電体の曲げ強度を示すグラフである。図
１２に示すように、第２実施例によれば、バインダ添加
量が２０％である従来例と比べて、少ないバインダの添
加量５％、１０％でありながら、曲げ強度は、ほぼ同じ
水準に保つことができ、それにも拘わらず、図１１に示
すように、厚さ方向の固有抵抗値は、半分以下の小さい
値に抑えることができる。

【００５１】この結果からも、この第２実施例の製造方
法によれば、少量のバインダ量でありながら集電体の機
械的強度を十分に高めることができ、さらには、集電体
の電気伝導性を優れたものにすることができることが判
る。

【００５２】なお、この発明は、上記第１および第２実
施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸
脱しない範囲内において、種々なる態様で実施し得るこ
とが可能であり、例えば、次のような他のような変形も
可能である。

【００５３】（１）固体高分子型の燃料電池に換えて、
りん酸型のもの、あるいは溶融炭酸塩型の燃料電池に用
いられる集電体を製造する構成としてもよい。

【００５４】（２）集電体の主原料を熱膨張黒鉛粉末に
換えて、鱗片状の天然黒鉛粉末とした構成であってもよ
い。鱗片状の天然黒鉛粉末も、熱膨張黒鉛粉末と同様、
嵩高い粉末状のもので、熱膨張黒鉛粒子の間に間隙があ
ることから、熱膨張黒鉛粒子の積層方向の電気伝導性が
悪いが、上記第１または第２実施例と同様の構成で集電
体を製造することで、電気伝導性を良好な集電体を製造
することができる。

【００５５】（３）主原料に添加する炭素粉末を、球状
のものに換えて、立方体等の他の形状のものとしてもよ
く、要は、少なくとも塊状のものであればよい。なお、
炭素粉末が立方体形状のものであるときは、請求項１で
言う「粒径」とは、その立方体の一辺の長さであり、粒
の大きさを示している。（４）また、球状の炭素粉末は、第１または第２実施例
のような天然黒鉛粉末に換えて、人造の黒鉛粉末を用い
た構成としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の集電体の製造方法で製造される集
電体を使用した固体高分子型燃料電池１０の構造図であ
る。

【図２】その集電体の製造方法の工程を示すフローチャ
ートである。

【図３】その製造方法の圧縮成形の工程で使用されるプ
レス治具２０の断面形状を示す構成図である。

【図４】その圧縮成形の工程を示すフローチャートであ
る。

【図５】集電体の結晶構造を示す模式図である。

【図６】球状の黒鉛粉末の粒径と集電体の厚み方向の固
有抵抗値との関係を示すグラフである。

【図７】球状の黒鉛粉末の粒径と集電体の曲げ強度との
関係を示すグラフである。

【図８】黒鉛粉末の添加量（％）と固有抵抗値との関係
を示したグラフである。

【図９】黒鉛粉末の添加量（％）と曲げ強度との関係を
示したグラフである。

【図１０】第２実施例の集電体の製造方法の工程を示す
フローチャートである。

【図１１】第２実施例と従来例とでそれぞれ製造した集
電体の固有抵抗値を示すグラフである。

【図１２】第２実施例と従来例とでそれぞれ製造した集
電体の曲げ強度を示すグラフである。

【符号の説明】

１０…固体高分子型燃料電池１１…電解質膜１２…カソード１３…アノード１５…集電体１５ａ…酸素含有ガス流路１５ｂ…水素含有ガス流路２０…プレス治具２２…ダイス型２４…上型２６…下型２４ａ、２６ａ…凸部２８…上スライド２８ａ，３０ａ…貫通孔３０…下スライド３２，３４…真空ポンプ３６，３７…Ｏリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料電池用の集電体を製造する方法であ
って、熱膨張黒鉛粉末または鱗片状の天然黒鉛粉末に、主とし
て粒径が５μｍ以上で２００μｍ以下である球状または
塊状の炭素粉末を混合する工程と、該工程による混合物を成形する工程とを備えることを特
徴とする燃料電池用集電体の製造方法。
【請求項２】燃料電池用の集電体を製造する方法であ
って、球状または塊状の炭素粉末に所定の樹脂よりなるバイン
ダを被覆する工程と、熱膨張黒鉛粉末または鱗片状の天然黒鉛粉末に、上記バ
インダの被覆がなされた炭素粉末を混合する工程と、該工程による混合物を成形する工程とを備えることを特
徴とする燃料電池用集電体の製造方法。