JPS60150559A - 燃料電池用炭素薄板及びその製造法 - Google Patents
燃料電池用炭素薄板及びその製造法Info
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- JPS60150559A JPS60150559A JP59005654A JP565484A JPS60150559A JP S60150559 A JPS60150559 A JP S60150559A JP 59005654 A JP59005654 A JP 59005654A JP 565484 A JP565484 A JP 565484A JP S60150559 A JPS60150559 A JP S60150559A
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- thin plate
- air permeability
- specific resistance
- thermosetting resin
- carbon
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- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- 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
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Sustainable Energy (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
料電池のセ・ぐレータ−として特に有効な炭素薄板及び
その製造法に関する。
その製造法に関する。
例えばリン酸型燃料電池の内部構造の１例を示せば第１
図のようである。
図のようである。
図で］、１′は陰、陽両極であシ、通常多孔質炭素材で
構成されている。両極の間にはリン酸溶液２が満たされ
ていて、周囲はフレキシブルソートで、リン酸溶液を電
極間に保持している。両極の外側には隔壁板３，３′が
配置されている。３１は尚で、燃料（Ｈ２，０２ガス等
）供給および反応物質（Ｈ２Ｏ等）除去のために設けら
れている。このように構成されたものが単位ユニットと
なり、これが多数積層して電池となる。
構成されている。両極の間にはリン酸溶液２が満たされ
ていて、周囲はフレキシブルソートで、リン酸溶液を電
極間に保持している。両極の外側には隔壁板３，３′が
配置されている。３１は尚で、燃料（Ｈ２，０２ガス等
）供給および反応物質（Ｈ２Ｏ等）除去のために設けら
れている。このように構成されたものが単位ユニットと
なり、これが多数積層して電池となる。
この電池において隔壁板は各ユニットセルの接続線の代
り、さらにはＨ２ガスと０２ガスの隔離のために使用さ
れるものである。
り、さらにはＨ２ガスと０２ガスの隔離のために使用さ
れるものである。
従って隔壁板としては比抵抗、通気率が小さい等の性質
が要求される。
が要求される。
本発明はこれらの要請に適合した炭素板（黒鉛板を含む
）及びその製造方法を提供するものである〇 一般に炭素材はコークス、黒船等の粉、粒とピッチ、樹
脂等のバインダーを混練し、これを所望の形状に成形後
、焼成、黒鉛化し、さらに加工工程を経てつくられる。
）及びその製造方法を提供するものである〇 一般に炭素材はコークス、黒船等の粉、粒とピッチ、樹
脂等のバインダーを混練し、これを所望の形状に成形後
、焼成、黒鉛化し、さらに加工工程を経てつくられる。
また熱硬化性樹脂そのもの、例えばフルフリルアルコー
ル等の重合物を加熱、炭化して所謂ガラス状炭素もつく
られる。
ル等の重合物を加熱、炭化して所謂ガラス状炭素もつく
られる。
しかし特定の用途に応じたすべての特性を満足するもの
は得難い。例えば上記した前者の方法では電導性は良い
が、通気性の点では満足すべき状態にない。まだガラス
状炭素は通気性は殆んどないが、電導性が悪く、さらに
コスト高である。その他炭素材には熱分解黒鉛でつくら
れたものがある。これは炭化水素の熱分解で炭素を析出
させたもので、炭素の配向性、電気伝導度がよく、また
高密度で通気性の小さいものが得られるが、ある程度以
上大きな成形体を工業的に量産することは困難である。
は得難い。例えば上記した前者の方法では電導性は良い
が、通気性の点では満足すべき状態にない。まだガラス
状炭素は通気性は殆んどないが、電導性が悪く、さらに
コスト高である。その他炭素材には熱分解黒鉛でつくら
れたものがある。これは炭化水素の熱分解で炭素を析出
させたもので、炭素の配向性、電気伝導度がよく、また
高密度で通気性の小さいものが得られるが、ある程度以
上大きな成形体を工業的に量産することは困難である。
本発明は燃料電池用セパレーターとして優れた特性を有
する新規な炭素薄板を加工工程を経ず、製品サイズの大
型化による装置的制約を解消した特殊な方法により、工
業的かつ経済的に製造することを可能としだものである
。
する新規な炭素薄板を加工工程を経ず、製品サイズの大
型化による装置的制約を解消した特殊な方法により、工
業的かつ経済的に製造することを可能としだものである
。
本発明の黒鉛製薄板は比抵抗２００〜１０００（ｘｌｏ
−”Ω−ｃｍ）、曲げ強さ３００〜１０００（Ｋｐ／ｃ
ｍ２）、通気率１０−５未満（Ｃｍ２／５ｅＣ）の特性
を有するものである。
−”Ω−ｃｍ）、曲げ強さ３００〜１０００（Ｋｐ／ｃ
ｍ２）、通気率１０−５未満（Ｃｍ２／５ｅＣ）の特性
を有するものである。
さらに望ましくは嵩密度１５０〜１．７０ （＆／ｃｍ
’）、ヤング率１５００〜２５００ （Ｋ９／ｍｍ２）
である０上記の特性の中で比抵抗、通気率は小さい程よ
い。
’）、ヤング率１５００〜２５００ （Ｋ９／ｍｍ２）
である０上記の特性の中で比抵抗、通気率は小さい程よ
い。
本発明者は先に通気率１０−５〜１０−１０−３（／５
ｅＣ）の範囲のものを特許出願した（特願昭５７−１３
３８１２）。
ｅＣ）の範囲のものを特許出願した（特願昭５７−１３
３８１２）。
れるようになった。そこでさらに研究した結果熱硬化性
樹脂量をふやしまた混和後に予備的な熱処理を施す等に
よシ、比抵抗は先の出願のものと遜色なくして通気率を
かなシ下げることに成功した。
樹脂量をふやしまた混和後に予備的な熱処理を施す等に
よシ、比抵抗は先の出願のものと遜色なくして通気率を
かなシ下げることに成功した。
即ち本発明のものは通気率は１０１０−５（Ｃ／５ｅＣ
）未満、さらに特に低いものは１０−１０−７（／５ｅ
Ｃ）以下である・比抵抗は電池のセパレーターとしては
０．０１（Ω−ｃｍ）以下が必要であシ、捷だ通気率を
低くしたためＱ、００２（Ω−ｃｒｎ）よシ低くするこ
とはむづかしい。
）未満、さらに特に低いものは１０−１０−７（／５ｅ
Ｃ）以下である・比抵抗は電池のセパレーターとしては
０．０１（Ω−ｃｍ）以下が必要であシ、捷だ通気率を
低くしたためＱ、００２（Ω−ｃｒｎ）よシ低くするこ
とはむづかしい。
曲げ強さは電池の組立てにおける取扱い或いは使用中に
おける損壊を防ぐため３００ Ｋｙ／ｃｍ 以上は必要
である。またこの種の炭素薄板では強度の上限は１００
０Ｋｇ／Ｃｒｎ２が限界である。
おける損壊を防ぐため３００ Ｋｙ／ｃｍ 以上は必要
である。またこの種の炭素薄板では強度の上限は１００
０Ｋｇ／Ｃｒｎ２が限界である。
本発明の炭素薄板には単なる平板のみでなく、第１図に
示すような溝付薄板も含まれる。そしてこれは第２図に
示すロールにリブ等を付すことによシ成形後の加工工程
を経ずにつくることができる。
示すような溝付薄板も含まれる。そしてこれは第２図に
示すロールにリブ等を付すことによシ成形後の加工工程
を経ずにつくることができる。
次に製造法について説明する。
原料は黒鉛粉末と熱硬化性樹脂である。黒鉛粉末は製品
の特性を前記の範囲にするために予め２．７００℃以上
のような高温で黒鉛化熱処理された１００μｍ以下の粒
度の粉末を使用する。黒鉛でないコークス粉末を用いた
場合には、前記特性を満足することがむずかしい。熱硬
化性樹脂としては粘度２６，０００ｃｐ以上のレゾール
系液状フェノール樹脂が特に適する。また液状のノゼラ
ック系フェノール樹脂も使用可能である。ピッチや熱可
塑性樹脂では成形時の形状を最終製品まで保持すること
が難しく、マた前記特性を満足する製品を得ることも難
しい。
の特性を前記の範囲にするために予め２．７００℃以上
のような高温で黒鉛化熱処理された１００μｍ以下の粒
度の粉末を使用する。黒鉛でないコークス粉末を用いた
場合には、前記特性を満足することがむずかしい。熱硬
化性樹脂としては粘度２６，０００ｃｐ以上のレゾール
系液状フェノール樹脂が特に適する。また液状のノゼラ
ック系フェノール樹脂も使用可能である。ピッチや熱可
塑性樹脂では成形時の形状を最終製品まで保持すること
が難しく、マた前記特性を満足する製品を得ることも難
しい。
黒鉛粉末と樹脂との混合比は前者１００重量部に対し、
後者４０〜４００重量部が適する。この範囲よシ少ない
と製品の通気率が高くなシ、多いと硬化、焼成時にヒビ
等の組織不良を誘発する。
後者４０〜４００重量部が適する。この範囲よシ少ない
と製品の通気率が高くなシ、多いと硬化、焼成時にヒビ
等の組織不良を誘発する。
両者の混合物は先ずよく混練する。次に望ましい方法と
しては得られたペーストを１００℃程度の温度で数時間
加熱し、フェノール樹脂をＢ−ステージにしである程度
硬化させる。これを解砕し、粒状にした後、第２図に示
す原理のロール成形機によシ薄板状に成形する。ロール
成形にかける前にモールド成形又は押出し成形によシ目
的とする板厚よυ厚い板に加圧成形し、これをロール成
形すれば半製品の取扱いが容易である。
しては得られたペーストを１００℃程度の温度で数時間
加熱し、フェノール樹脂をＢ−ステージにしである程度
硬化させる。これを解砕し、粒状にした後、第２図に示
す原理のロール成形機によシ薄板状に成形する。ロール
成形にかける前にモールド成形又は押出し成形によシ目
的とする板厚よυ厚い板に加圧成形し、これをロール成
形すれば半製品の取扱いが容易である。
第２図において４，４′はロール、５は原料波−スドア
′ の供給用シーート、６は成形板７を受けるシーート
を示す。ロールエツジ部には成形性を向上させる為厚さ
５〜１０關×巾１０ ｍ、のゴムバンド８がまかれてい
る。まだ９は成形の際、自重によシ成形板が変形や割れ
を起さない為のサポートスライダーである。
′ の供給用シーート、６は成形板７を受けるシーート
を示す。ロールエツジ部には成形性を向上させる為厚さ
５〜１０關×巾１０ ｍ、のゴムバンド８がまかれてい
る。まだ９は成形の際、自重によシ成形板が変形や割れ
を起さない為のサポートスライダーである。
このようにロール成形により、加圧すると同時に延伸す
ることによシ、成形体を十分に緻密化することができる
。成形温度は常温〜１８０℃の範囲である。成形体は次
に第３図に示すような装置で加圧しつつ硬化するかもし
くは乾燥器（赤外線、電熱等）中で平板に挾んだ状態で
硬化させる。
ることによシ、成形体を十分に緻密化することができる
。成形温度は常温〜１８０℃の範囲である。成形体は次
に第３図に示すような装置で加圧しつつ硬化するかもし
くは乾燥器（赤外線、電熱等）中で平板に挾んだ状態で
硬化させる。
図でｌＯは鋼板で、その表面に枠１０’を載せる（（ａ
）図）。枠の厚みは成形・硬化後の成−１賂４＊つ厚さ
に等しい。
）図）。枠の厚みは成形・硬化後の成−１賂４＊つ厚さ
に等しい。
枠内にロール成形された薄板７を置き、その上に鋼板１
１を載せ、これら鋼板で成形体を挾み、それらの両側に
７−ズ・ヒーターを埋め込んだ黒鉛ブロック１２．１２
’を設けた。１３はヒーターのリード線である（（ｂ）
および（Ｃ）図）。ブロック１２に加重をかけることに
よシ圧力が調節される。
１を載せ、これら鋼板で成形体を挾み、それらの両側に
７−ズ・ヒーターを埋め込んだ黒鉛ブロック１２．１２
’を設けた。１３はヒーターのリード線である（（ｂ）
および（Ｃ）図）。ブロック１２に加重をかけることに
よシ圧力が調節される。
加圧硬化温度は樹脂が硬化する１４０〜１７０℃程度で
よく、その後周知の炉により焼成処理を行ない製品とす
る。また溝付薄板を得る為にはリプ付ロールによる成形
、若しくは第３図における鋼板の代シにリプ付鋼板を用
いる。
よく、その後周知の炉により焼成処理を行ない製品とす
る。また溝付薄板を得る為にはリプ付ロールによる成形
、若しくは第３図における鋼板の代シにリプ付鋼板を用
いる。
実施例
黒鉛微粉（粒度４４μ以下９９係、処理温度３０００℃
）対フェノール樹脂（レゾール系、粘度２７，２００ｃ
ｐ）を（ケース１）３０重量部対７０重量部、（ケース
２）４０重量部対６０重量部、（ケース３）５０重量部
対５０重量部に各々配合した。
）対フェノール樹脂（レゾール系、粘度２７，２００ｃ
ｐ）を（ケース１）３０重量部対７０重量部、（ケース
２）４０重量部対６０重量部、（ケース３）５０重量部
対５０重量部に各々配合した。
両者を混合し、よく混和しだ後約１００℃で５時間保持
し、予備硬化した。これを解砕し、３，０朋以下程度の
粒状とし、鋳型に入れて加圧（５０Ｋｑ／ｃｍυ成形し
て厚さ１０．０ ｍｍの板に成型した。これを第２図に
示すロール成形（周速０．３ ｍ／ｍｉｎ、）し、４朋
厚みのシートとする。
し、予備硬化した。これを解砕し、３，０朋以下程度の
粒状とし、鋳型に入れて加圧（５０Ｋｑ／ｃｍυ成形し
て厚さ１０．０ ｍｍの板に成型した。これを第２図に
示すロール成形（周速０．３ ｍ／ｍｉｎ、）し、４朋
厚みのシートとする。
このシートを１５０℃で２０時間加熱して硬化させた後
、１０００℃７１０時間の昇温速度で最高温度１０００
℃に熱処理し製品と成す。
、１０００℃７１０時間の昇温速度で最高温度１０００
℃に熱処理し製品と成す。
ロール成形後、鋼板に挾んで無加圧で硬化した場合の製
品特性 サイズ；３００Ｘ４００献２ ケース１ ケース２ ケース３ 嵩密度（ｇ／Ｃｍ３） １．５８１ １．６１３ １．
６６５比抵抗（×１０−５Ω−Ｃｒｎ） ３５３ ２９
１ ２３６曲げ強さく Ｋｙｉ徳２） ６９５ ６２８
５８９ヤング率（Ｋｇ／ｍｍ２） ２１５０ １９８
０ １８１０通気率（Ｃｍ２．／５ｅｅ） ６．５ＸＩ
Ｏ−’ ９．５Ｘ１０−’ ２．８Ｘ］、０−６０−ル
成形後加圧硬化（０１に９／Ｃｍ２）シた場合の製品特
性。
品特性 サイズ；３００Ｘ４００献２ ケース１ ケース２ ケース３ 嵩密度（ｇ／Ｃｍ３） １．５８１ １．６１３ １．
６６５比抵抗（×１０−５Ω−Ｃｒｎ） ３５３ ２９
１ ２３６曲げ強さく Ｋｙｉ徳２） ６９５ ６２８
５８９ヤング率（Ｋｇ／ｍｍ２） ２１５０ １９８
０ １８１０通気率（Ｃｍ２．／５ｅｅ） ６．５ＸＩ
Ｏ−’ ９．５Ｘ１０−’ ２．８Ｘ］、０−６０−ル
成形後加圧硬化（０１に９／Ｃｍ２）シた場合の製品特
性。
サイズ；３００Ｘ４００朋２
ケース１ ケース２ ケース３
嵩密度（ｇ／ｃｍ３） １．６２２ １．６５１ １．
６９３比抵抗（ＸＩＯ−”Ω−ｃＩｎ）２８０ ２４３
２１０曲げ強さくＫ９／ｃＩｎ２） ８１３ ７６５
６８０ヤング率（Ｋｇ／＋ｕ＋２） ２３１０ １９
９０ １９００通気率（Ｃｍ２／５ｅｅ） ２５刈０−
７８．２刈０−７９．８Ｘ１０−’尚ケースｌについて
表面温度１５０℃のロールでロール成形後、鋼板に挾ん
で無加圧で硬化した場合の製品特性は 嵩密度 １．６２１ （ｇ／Ｃｒｎ３）比抵抗 ２９３
（ｘｌｏ−”Ω−ｃｍ）曲げ強さ ｓ ４６ （Ｋ９
／ｃｍ ２）ヤング率 ２４３０ （Ｋｙ／ｍｍ２）通
気率 １３Ｘ１０−７（Ｃｍ２／５ｅＣ）であった。
６９３比抵抗（ＸＩＯ−”Ω−ｃＩｎ）２８０ ２４３
２１０曲げ強さくＫ９／ｃＩｎ２） ８１３ ７６５
６８０ヤング率（Ｋｇ／＋ｕ＋２） ２３１０ １９
９０ １９００通気率（Ｃｍ２／５ｅｅ） ２５刈０−
７８．２刈０−７９．８Ｘ１０−’尚ケースｌについて
表面温度１５０℃のロールでロール成形後、鋼板に挾ん
で無加圧で硬化した場合の製品特性は 嵩密度 １．６２１ （ｇ／Ｃｒｎ３）比抵抗 ２９３
（ｘｌｏ−”Ω−ｃｍ）曲げ強さ ｓ ４６ （Ｋ９
／ｃｍ ２）ヤング率 ２４３０ （Ｋｙ／ｍｍ２）通
気率 １３Ｘ１０−７（Ｃｍ２／５ｅＣ）であった。
第１図はリン酸型燃料電池の内部構造の１例を示す斜視
図、第２図はロール成形の概略斜視図、第３図は焼成装
置の１例を示す平面図及び側面図である。 ｌ、１′・・・陰極及び陽極、２・・・リン酸溶液、３
・・・隔壁板、４．４’・・・ロール、７・・・成形板
、７′・・・梗−スト、ｌＯ・・・鋼板、１２・・・黒
鉛ブロック。
図、第２図はロール成形の概略斜視図、第３図は焼成装
置の１例を示す平面図及び側面図である。 ｌ、１′・・・陰極及び陽極、２・・・リン酸溶液、３
・・・隔壁板、４．４’・・・ロール、７・・・成形板
、７′・・・梗−スト、ｌＯ・・・鋼板、１２・・・黒
鉛ブロック。
Claims (2)
- （１）黒鉛微粉が熱硬化性樹脂の炭化物により一体に結
合し、 比抵抗 ２００〜１０００（×１０−５Ω−Ｃｒｎ）曲
げ強さ ３００〜１０１０００（／１−ｍ２）通気率
１０ （ｃｍ ／ｓｅｅ ）未満である燃料電池用炭素
薄板。 - （２） 粒度１００μｍ以下の黒鉛微粉に液状熱硬化性
樹脂を加え混練したペーストをロール成形機により薄板
状に成形し、次いで常圧下で加熱硬化もしくは該薄板の
両側に加熱板を当接し加圧しながら硬化させ、その後、
常法により加熱炭化処理することを特徴とする比抵抗２
００〜１０００（ｘ １ｏ−５ｎ、−ｃｍ ）、曲げ強
さ３ｏｏ〜１ｏｏｏ（ｋｇ／ｃｒｎ２λ通気率１Ｏ−５
（ｃｒｎ２／５ｅｃ）未満の燃料電池用炭素薄板の製造
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59005654A JPS60150559A (ja) | 1984-01-18 | 1984-01-18 | 燃料電池用炭素薄板及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59005654A JPS60150559A (ja) | 1984-01-18 | 1984-01-18 | 燃料電池用炭素薄板及びその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60150559A true JPS60150559A (ja) | 1985-08-08 |
Family
ID=11617111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59005654A Pending JPS60150559A (ja) | 1984-01-18 | 1984-01-18 | 燃料電池用炭素薄板及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60150559A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000016424A1 (de) * | 1998-09-16 | 2000-03-23 | Schunk Kohlenstofftechnik Gmbh | Kunststoffplatte sowie verfahren zur herstellung einer solchen |
| JP2003059502A (ja) * | 2001-08-23 | 2003-02-28 | Unitika Ltd | 燃料電池用セパレータの製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5772273A (en) * | 1980-08-25 | 1982-05-06 | United Technologies Corp | Separation plate for electrochemical battery and method of producing same |
| JPS58117649A (ja) * | 1981-12-29 | 1983-07-13 | Kureha Chem Ind Co Ltd | 燃料電池電極基板の製造方法 |
-
1984
- 1984-01-18 JP JP59005654A patent/JPS60150559A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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