JPS61161666A - 電気化学的電池セパレーター板、その製造方法及び燃料電池 - Google Patents

電気化学的電池セパレーター板、その製造方法及び燃料電池

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JPS61161666A
JPS61161666A JP60290321A JP29032185A JPS61161666A JP S61161666 A JPS61161666 A JP S61161666A JP 60290321 A JP60290321 A JP 60290321A JP 29032185 A JP29032185 A JP 29032185A JP S61161666 A JPS61161666 A JP S61161666A
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plate
separator plate
coke
particles
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JP60290321A
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グレゴリー・ジヨセフ・サンデリ
ウイリアム・アレン・テイラー
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United Technologies Corp
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    • H01M8/02—Details
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    • H01M8/0213—Gas-impermeable carbon-containing materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、特に電気化学的電池に使用するために通した
炭化可能な材料から成る成形された物品に係る。
背景技術 燃料電池に使用するための黒鉛化された電気化学的セパ
レーター板は燃料電池産業で良く知られている。典型的
な燃料電池は複数個の個別電池を含んでおり、各電池は
負極（ａｎｏｄｅ）　、正極（ｃａ　ｔｈ。
ｄｅ）及び電解質を含んでいる。燃料電池は典型的に、
所望の電気的作動特性を有するユニットを形成するべく
積み重ねられている。電池はセパレ・−ター板により互
いに隔てられている。
典型的に、セパレーター板は黒鉛及びフェノール−ホル
ムアルデヒド樹脂の混合物から成る薄い成形された構造
である。炭化可能な樹脂を選定することは臨界的である
。板が成形された後、板は樹脂を炭化するべく熱処理さ
れ、また次いで成形された板を黒鉛化するべく熱処理さ
れる。これらの黒鉛化セパレーター板は、電解質がリン
酸であり耐食性のセパレーター板が必要とされる燃料電
池に特に有用である。
反応物が水素及び酸素であるリン酸燃料電池の構成要素
は厳しい作動条件にさらされ、また適当に機能し且つ燃
料電池の期待寿命を長くするためには特定の物理的、化
学的及び電気的特性を必要とする。板は薄くなければな
らず、また特に水素ガスに対して低い透過性を有してい
なければならない。板は高い熱伝導率及び低い（面に垂
直及び平行な）電気抵抗を有していなければならない。
板は高い耐食性（しきい腐食電位及び耐酸化性により示
される）を有していなければならない、板は高い構造的
不変性、特にたわみ強度を有していなければならない、
たわみ強度は燃料電池内でのセパレーター板の使用寿命
に関係がある。
電気化学的電池内に使用するための炭化可能な樹脂及び
黒鉛粒子から製造された黒鉛化セパレーター板は例えば
米国特許第４，３０１，２２２号明細書から知られてお
り、燃料電池セパレーター板として成功裡に使用されて
きた。燃料電池内に使用するため炭化可能な樹脂及び黒
鉛粒子から黒鉛化された電気化学的セパレーター板を製
造する方法は例えば米国特許第４，３６０，４８５号明
細書から知られている。米国特許第４，３０１，２２２
号及び第４，３６０．４８５号の開示を参照によりここ
に組み入れたものとする。黒鉛から製造された公知の電
気化学的セパレーター板は良好に機能してきたけれども
、改良された特性を有するセパレーター板が絶えず探究
されている。例えば、熱が燃料電池から除去される速度
を高めるべく改良された熱伝導率を有するセパレーター
板が得られれば有利である。セパレーター板及び燃料電
池の寿命を延長するため、改良された耐食性の結果とし
てたわみ強度の持続性が高められた電気化学的セパレー
ター板が得られれば有利である。さらに、一層高い稠密
度の結果として減ぜられた電気抵抗を有するセパレータ
ー板は燃料電池の効率を高めるであろう。低い不純物含
有率を有する構造材料の使用により高められた耐食性を
有する電気化学的セパレーター板は燃料電池の筒用寿命
を延長するであろう。増大された稠密度及び減少された
多孔性を有する電気化学的セパレーター板は望ましい。
低コストの構成要素から製造され且つ全製造過程の間の
エネルギー消費を減ぜられた電気化学的セパレーター板
は同様に有利である。
従って、この分野で必要とされるのは、増大された稠密
度、減少された多孔性、増大された電気抵抗、改良され
た耐食性を有し、且つ製造コストが低い改良されたセパ
レーター板である。
発明の開示 重量百分率で約３０％ないし約６０％のコークス粒子と
重量百分率で約３０％ないし約６０％の炭化可能な樹脂
とを含む組成物から形成された成形、炭化且つ黒鉛化さ
れた板が、黒鉛粒子から製造された従来の板にくらべて
有利であることが見出されている。成形された板は炭化
され、次いで黒鉛化され、その結果として、黒鉛粒子か
ら形成された従来のセパレーター板にくらべて増大され
た稠密度、減少された開放多孔性及び増大された耐食性
を有する黒鉛化されたセパレーター板が得られる。
本発明の他の局面は、それぞれ負極、正極、電解質材料
及びセパレーター板を含む複数個の電池を含んでいる形
式の燃料電池であって、セパレーター板として、重量百
分率で約３０％ないし約６０％のコークス粒子と重量百
分率で約３０％ないし約６０％の炭化可能な樹脂とを含
む組成物から形成された成形、炭化且つ黒鉛化されたセ
パレーター板を含んでいる燃料電池である。セパレータ
ー板は、黒鉛粒子から形成されたセパレーター板にくら
べて増大された稠密度、減少された開放多孔性及び増大
された耐食性を有する。
本発明の他の局面は、板を稠密化するのに十分な熱及び
圧力で成形し、次いで板を炭化且つ次いで黒鉛化するの
に十分な温度で加熱することにより、炭化可能且つ黒鉛
化可能な成形組成物から形成されている電気化学的燃料
セパレーター板を製造する方法であって、成形組成物と
して、重量百分率で約３０％ないし約６０％のコークス
粒子と重量百分率で約３０％ないし約６０％の炭化可能
な樹脂とを含む混合物を使用する方法である。この方法
により製造されたセパレーター板は、黒鉛粒子から形成
されたセパレーター板にくらべて増大された稠密度、減
少された開放多孔性及び増大された耐食性を有する。
本発明の前記及び他の目的、特徴及び利点は以下の説明
から一層明らかになろう。
好ましい実施例の説明 本発明の実施にあたり使用されるコークスは好ましくは
石油コークスである。高純度の石油コークスを使用する
ことは特に好ましい０石油コークスは典型的に、石油ピ
ッチを加熱し、次いでか焼して、ピッチ内の炭化水素を
熱変質又は熱分解することにより製造される。コークス
は次いで粉末化され、典型的に粉末として売買される０
本発明の実施にあたり有用なコークスは典型的に、炭化
された樹脂ボンドの最小の破壊が所与のセパレーター板
厚みに対して生ずるように十分な粒子寸法分布を有する
０粒子寸法は成形されるべき構成要素の寸法に直接的に
関係付けられている０本発明の実施にあたり有用なコー
クスは典型的に、コークス粒子の約２％ないし約ｌθ％
が約７４μｍないし約１４９μｍであり、コークス粒子
の約１７％ないし約３５％が約４４μｍないし約７４μ
ｍであり、またコークス粒子の少なくとも約５５％ない
し約８０％が約４４μｍ以下である粒子寸法分布を有す
る。コークス粒子の少なくとも約５５％が約４４μｍ以
下であること、またコークス粒子の１００％が１５０μ
ｍ以下であることは好ましい、コークス粒子は十分なた
わみ強度及び構造特性を有する黒鉛化されたセパレータ
ー板を生ずるのに十分なアスペクト比を有する。アスペ
クト比は、粒子の長さと幅との間の差をその粒子の長さ
で除算した比として定義されている。典型的にアスペク
ト比は約０．５以下であり、好ましくは約０．３５であ
る。
本発明の実施にあたり、プリパフ（ｐｒｅｐｕｆｆ）さ
れたコークスを使用することはオプショナルである０通
常、成形されたコークス樹脂混合物が黒鉛化される時、
コークス粒子は体積が増大する傾向、すなわち“パフ（
ｐｕｆｆ）　”する傾向がある。これは黒鉛化された板
のなかのコークス＃射脂ボンドの応力ひび割れ及び破壊
のような問題を生じ得る。
プリパフィングは、コークス粒子が成形前に粒子を予め
膨張させるのに十分な熱にさらされるプロセスとして定
義されている。コークスのプリパフィングはかなりのエ
ネルギー人力を必要とする製造プロセス内の付加的なス
テップである。しかし、もし正しい粒子寸法が選定され
るならば、驚くべきことに、また予想外に、パフィング
は問題ではなく、また炭化された樹脂ボンドの実質的な
破壊の生起は黒鉛化の間に観察されない０本発明の実施
にあたり、プリパフされていないコークスを使用するた
め、成形された対象物の所与の厚みに対する正しいコー
クス粒子寸法を確認することは臨界的である。プリパフ
されていないコークス粒子の使用は黒鉛板よりも高い稠
密度を有するセパレーター板を生ずる。コークス粒子寸
法分布は成形されるべき構成要素・に従って同様に決定
される。本発明の実施にあたり使用され得る石油コーク
スはペンシルバニア州セント・マリーズのエアコ・カー
ボン崇カンパニー（＾１ｒｃｏ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｃｏｍ
ｐａｎｙ）製のエアコ・グレード９０及びニューシャー
シー州アスバリのアスパラ・グラファイト・ミルズ（＾
５ｂｕｒｙ　Ｇｒａｐｈｉｔｅ　Ｍｉｌｌｇ）製のアス
パラＣＦ７０−Ｗを含んでいる。コークスは高純度のも
の、例えば高純度又は中間純度黒鉛の前駆物質であるこ
とが好ましい。
本発明の実施にあたり使用され得る樹脂は熱硬化性フェ
ノール−ホルムアルデヒド樹脂、ノボラック及びレゾー
ルの双方、を含んでいる。選定された樹脂がほぼ完全な
炭化能力を有することは臨界的である。熱硬化性フェノ
ール樹脂が好ましいが、コールタール又は石油ピッチ樹
脂、フルフラール樹脂などのような他の樹脂材料を使用
することも可能である。フェノール−ホルムアルデヒド
樹脂は当業者に良く知られており、典型的に塩基性触媒
の存在下にフェノールを水溶性ホルムアルデヒドと反応
させることにより製造される。プロセスが変更され、酸
性触媒が使用される時、ノボラック暑射脂が製造される
０本発明の実施にあたり使用され得る樹脂はニエーヨー
ク州ナイアガラのラインホールド・ケミカル・カンパニ
ー（Ｒｅｉｎｈｏｌｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｍｐａ
ｎｙ）グレード２４−６５５フエノール樹脂又はグレー
ド２９−８１０フエノール樹脂である０本発明のセパレ
ーター板を製造するのに使用され得る他の樹脂はウィス
コンシン州シエボイガンのプラスチックス・エンジニア
リング１カンパニー（Ｐｌａｓｔｉｃｓ　ｆｉｎｇｉｎ
ｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏａ＋ｐａｎｙ）により製造されたプ
ラスチックス・エンジニアリング・カンパニー商標フェ
ノール樹脂Ｎｏ、１３３９及びフェノール樹脂Ｎｏ、１
４４２である。
フェノール樹脂の圧縮成形に通常使用されている他の添
加物が本発明のセパレーター板を製造するのに使用され
得る０例えば、十分な量の潤滑剤、離型剤などが成形プ
ロセスパラメータを改善するべく本発明の成形組成物の
なかに含まれていてよい。
本発明のセパレーター板を製造するためには、最初に乾
燥コークスが乾燥粉末フェノール樹脂と、均等な混合物
を得るのに十分な時間にわたり混合される。任意の乾燥
混合プロセスが成分の混合を達成するために利用され得
る。成分は、ケンタラキー州コビントンのリトルフォー
ド・カンパニー（Ｌｉｔｔｌｅｆｏｒｄ　Ｃｏｍｐａｎ
ｙ）製のリトルフォード・ブレンダー又はオハイオ州の
ジェイ８エイチ、ディカンパニー　（Ｊ、Ｈ，Ｄａｙ　
Ｃｏｍｐａｎｙ）製のナウタ（Ｎａｕｔａ）　　・ブレ
ンダーのような混合手段のなかで均等な混合物を得るべ
く、典型的に約３ないし約５分間、一層典型的には約３
ないし約４分間、好ましくは３ないし約３．５分間にわ
たり混合される。成形された板のなかに十分な均等性及
び十分なコンシスチンシーを得るべく乾燥成形混合物を
複合させることは、不可欠ではないが、望ましい、これ
は典型的に、フェノール成形化合物を製造するための通
常のプロセス及び装置を使用するホット・ミリング及び
ベレット化により行われる。さらに複合が必要とされる
か否かは、選定された樹脂の粒子特性に関係する。フェ
ノール成形化合物の複合及びホット・ミリングはＰｏｔ
　　ｍａｒ　　Ｃｈｅｍｉｓｔｒ　　：Ａｎ　　Ｉｎｔ
ｒｏｄｕｃｔｉ。
ユ、Ｓｅｙｍｏｕｒ、Ｒ，Ｖ、及びＣａｒｒａｈｅｒ、
Ｊｒ、、Ｃ，、第２２５頁、Ｍ　ａ　ｒ　ｃ　ｅ　ＩＤ
ｅｋｋｅｒ、Ｉｎｃ、　、二ｓ−ヨーク、１９８１年に
開示されている。
成形組成物は次いで通常の圧縮成形装置内で、約１．５
８ｇ／ｃｍ”ないし約１．６２ｇ／ｃ＋ｍ”、一層典型
的には約１．５８ｇ／ｃｍ’ないし約１．６０ｇ／ａ１
″、好ましくは１．５９ｇ／ｃ＋＋＋’ないし約１．６
０ｇ　／　ｃｓ　３の稠密度を有する成形された板を得
るべ（、十分な熱及び圧力のもとに十分な時間にわたり
成形される。板は約２分間ないし約１０分間、一層典型
的には約２分間ないし約６分間、好ましくは約２分間な
いし約５分間にわたり、典型的に約３４．５ｂａｒない
し約１０３．５ｂａｒ、好ましくは約４１．４ｂａｒな
いし約１０３．５ｂａｒの圧力で典型的に約１２１　”
ｃないし約１７７℃、一層典型的には１３５℃ないし１
７７℃、好ましくは約１４９℃ないし１７．７℃の温度
で成形される。
この種の成形に使用される圧縮成形プレスの典型的なも
のは、モリーン、イリノア６１２６５所在のウィリアム
ス・ホワイト・カンパニー（Ｗｉｌｌｉａ＋ａｓ　Ｗｈ
ｉｔｅ　Ｃｏｍｐａｎｙ）製のウィリアムス・ホワイト
１５００トン圧縮成形プレスである。
成形された板は次いで、均等な厚みを得るべく、必要で
あれば、表面研削される。表面研削は通常の研削装置に
より行われる。粗粒及び細粒（約１８０グリツド）研削
媒体が研削媒体のブラインディングを最小化するために
使用されなければならない。坂が表面研削を最小化又は
不要化し得るようにほぼ均等な厚みに成形されることは
重要である。
いったん板が必要な寸法に研削されると、プロセスの次
のステップはフェノール樹脂の炭化である。すなわち、
フェノール４１（脂が樹脂内の炭化水素ボンドの制御さ
れた分解により炭素に転換されなければならない、炭化
プロセスはレトルト及び計算機制御装置を有する通常の
ガス燃焼対流炉のなかで実行される。板は典型的に坂が
平らさを保つように拘束される形態で炉内に積み重ねら
れ、レトルトが次いで窒素又は不活性ガスでパージされ
、また板が、炭化プロセスのガス副生物が板肉部から徐
々に除去されることを許すことにより板枠性への不利な
影響なしに炭化を達成するため十分な長さの時間にわた
り典型的に約６４９℃ないし約１０９３℃、一層典型的
には約６４９℃ないし約１０１０℃、好ましくは約１０
１０℃の温度の制御された加熱サイクルにさらされる。
好ましいサイクル時間は約１００時間ないし約２００時
間である。
いったん板が炭化されると、次のステップは黒鉛化プロ
セスである。板は約２１００℃ないし約３０００℃、一
層典型的には約２２００℃ないし約３０００℃、好まし
くは約２６５０℃ないし約２８５０℃の温度で黒鉛化さ
れる。黒鉛化プロセスは、板が電流源に接続され且つ黒
鉛化温度を生ずるのに十分な電流が抵抗負荷を通じて流
される電気加熱プロセスである。使用されたプロセスは
、公知の標準黒鉛化サイクルが板を黒鉛化するのに使用
されるアチェソン（Ａｃｈｅｓｏｎ）プロセスである。
仕上げられた板は約０．６３５ｍないし約０．９１４鰭
、一層典型的には約０．７１１順ないし約０゜８３４鰭
、好ましくは約０．７６２　＋ｎの公称厚みを有する。
成形された板は、炭化及び黒鉛化以前には、炭化及び黒
鉛化の間の収縮を補償するべく約１５％のオーバーサイ
ズにされている。本発明の電気化学的セパレーター板は
典型的に約１．５ｎ（までの公称寸法を存し得るが、約
１２．７　Ｘ　１２．７　ｃｍないし約６１．０Ｘ６８
．６ｃｍの公称寸法が特に有用である。
本発明のセパレーター板は公知の黒鉛粒子板よりも高い
稠密度を有し、また改善された性質を示す。典型的な燃
料電池の作動中にかなりの量の熱が発生されるので、電
池が高い熱伝導率を有することが重要である。熱伝導率
は単位面積及び単位温度あたりの熱伝導速度として定義
されている。
本発明のセパレーター板は約４９６２ｋｃａｌ／ｈｒ−
ｒｒＬ’ｃないし約１４８８５ｋｃａｌ／ｈｒ・ｄ・℃
、一層典型的には約４９６２ｋｃａ　ｌ／ｈｒ−ｒｒｆ
・’ｃないし約８６８３ｋｃａ　ｌ／ｈｒ　−ｄ・℃の
熱伝導率を有する。好ましくは、熱伝導率は少なくとも
約４９６２ｋｃａ　Ｉ／ｈｒ−ｒｄ・℃である。
本発明のセパレーター板は典型的に約１×１０−２Ω・
１以下、一層典型的には約０．５ＸｌＯ’″２Ω・ｃ＋
ｍ以下、好ましくは０．２５Ｘ１０−”Ω・口以下の面
と平行な電気抵抗を有する０本発明のセパレーター板は
典型的に約２Ｘ１０−２Ω・備以下、一層典型的には約
０．７５ＸＩＯ−’Ω・１以下、好ましくは０．４Ｘ１
０−２Ω・ω以下の面と垂直な電気抵抗を有する。
本発明の板は約２０４℃の温度で約４０，０００時間の
典型的な燃料電池作動に耐えるのに十分な構造的強度を
有する。セパレーター板の構造的寿命の良好な指標であ
る一次パラメータは良好な耐食性の結果としてのたわみ
強度の保持である。
たわみ強度は板のひび割れを生じない曲げの上限として
定義されている。本発明の板は典型的に約２７６ｂａｒ
ないし約・６２１ｂａｒ、−１典型的には約３４５ｂａ
ｒないし約４８３ｂａｒの初期たわみ強度を有する。
前記のように、セパレーター板が作動中にその構造的強
度を保持し且つ寿命を改善し得るようにセパレーター板
が高い初期たわみ強度及び良好な耐食性を有することは
重要である。本発明のセパレーター板は増大された耐食
性及び耐酸化性を有する。耐食性はしきい腐食電位を測
定することにより予測され得る。しきい腐食電位は、電
流の大きさの急速な増大により示される一酸化炭素及び
二酸化炭素を形成するべく、板のなかの炭素の破壊が存
在する電気化学的電位である。しきい腐食電位の大きさ
は板を製造するのに使用された成分の純度及び黒鉛化の
度合に関係付けられる。本発明の板のしきい腐食電位は
典型的に約１，１５０ｍＶないし約１，２１０ｍＶ、−
１典型的には約１．１６５ｍＶないし約１，２００ｍＶ
、一般的には約１，１９０ｍＶないし約１，２００ｍＶ
である。
耐食性の他の指標は板の開放多孔性である。開放多孔性
は０．００４μｍよりも大きい孔に対して典型的に約４
％ないし約６％である。開放多孔性は板の表面孔を指す
。開放多孔性は通常のポロシメータを使用して水銀道人
ボロシメトリにより測定される。
セパレーター板に黒鉛粒子ではなくコークスを使用する
ことにより、黒鉛化された板のなかの残留不純物が減少
すると信ぜられている。不純物は製造者により行われる
追加的処理のために黒鉛粉末内に内在していると思われ
る。コークス粒子の使用による不純物の減少又は除去は
耐食性を改善する。
本発明の黒鉛化された電気化学的板は典型的に約１．８
８ｇ／ａｍ”ないし約１．９４ｇ／ａｍ’、−１典型的
には約１．８８　ｇ　／ａｍ３ないし約１．９２ｇ／Ｃ
Ｉ＋’また典型的に約１．８８　ｇ　７ｃｍ３よりも大
きい稠密度を有する。稠密度の増大の結果として板のＭ
／ｌＷ面積が減少することは理解されよう。６部潤面積
は腐食しきいに関係付けられる。稠密度の増大及びその
結果としての湿潤面積の減少として、同一の電流密度で
測定される腐食電流は低い。酸化及び腐食の速度が板の
活性又は湿潤面積及び板肉の不純物の増大にほぼ関係付
けられることは理解されよう。
本発明のセパレーター板が燃料電池内のセパレーター板
としての用途に加えて多重の用途を有することは意図さ
れている。本発明のセパレーター板は蓄電池セパレータ
ーとしても使用され得るし、イオン膜セルセパレーター
としても使用され得るし、不活性導電材料から構成され
た分離バリアを必要とする任意のシステム又は化学プロ
セスにも使用され得る。以下の例は本発明の実施の原理
を示すものであり、本発明の範囲をそれに制限するもの
ではない０部及び百分率は重量による部及び百分率であ
る。
電気化学的板は最初に５部ｗｔ％のコークス粒子を５部
ｗｔ％のフェノール樹脂と、均等な混合物が得られるま
で混合することにより製造された、コークスはニエージ
ャーシー州アスバリのアスバリ・グラファイト・ミルズ
（＾５ｂｕｒｙ　Ｇｒａｐｈｉｔｅ　Ｍｉｌｌｓ）製の
アスバリＣＦ７０Ｗ石油コークスであった。コークス粒
子は０．４よりも小さい平均アスペクト比を有した０粒
子はその８０％が４４μｍ以下の寸法、また１００％が
１５０μｍ以下の寸法であるような粒子寸法分布を有し
た。使用された樹脂はニューヨーク州ナイアガラのライ
ンホールド・ケミカル・カンパニー製のグレード・２４
−６５５フエノール樹脂であった。コークス及び樹脂は
リトルフォード・ブランド・ミキサ内で約５分間にわた
り混合された。
成形混合物と次いで約１５．２ｃｍの長さ、約１５゜２
ＣＩｍの幅及び約０．１３ｔｍの厚みを有するセパレー
ター板に成形された。
板はブルーマル、ＰＡ１６００８のボールドウィンーデ
フィアンス・インコーボレイション（Ｂａｌｄｗｉｎ　
−Ｄｅｆ　１ａｎｃｅ、　Ｉｎｃ、）製の５０トン・ラ
ボラトリ圧縮成形プレスにより約３分間にわたり約３４
５ｂａｒの圧力で約１４９℃の温度で成形された。
成形された板は次Ｍ？で、シカゴ、ＩＬのソラーベーシ
ック・インダストリーズ（Ｓｏｌａ　−Ｂａ５ｉｃ　Ｉ
ｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）製のレトルトを有するリンドベル
グ（Ｌｉｌｄｂｅｒｇ）ブランド電気対流炉のなかに入
れられた、板は窒素でレトルトをパージし且つ約１６０
時間のサイクルで通常の制御された加熱炭化サイクルで
約１０１０℃に徐々に加熱することにより炭化された。
板は次いで、板を通常のアチェソン黒鉛化炉のなかに置
き且つ２．６５０℃の温度が到達されるまで板に十分な
電流を流すことにより、通常のアチェソン黒鉛化プロセ
スを使用して黒鉛化された。板はこの温度に少なくとも
１時間にわたり保たれた。
黒鉛化された板は１２．７Ｃ１１の長さ、１２．７ｃｍ
の幅及び０．、　ｌ　００の厚みを有した。
コークス粒子板と米国特許第４．３０１．２２２号の黒
鉛粒子板との比較が第１表に示されている。
第１表 黒鉛粒子板　コークス粒子板 稠密度（ｇ／　ｃｄ）　　　１．８８　　　　　１．９
３％開放多孔性（χ）８．７　　　　　５．６たわみ強
度（ｂａｒ）　　４６７　　　　　６０５電気抵抗（Ω
−ＣＩＩ＋） 面に平行　　　　１．７　Ｘｌ０−’　　　２．４　Ｘ
ｌ０−’面に垂直　　　　８．７６Ｘ１０−３７．２　
Ｘｌ０−”熱伝導率（ｋｃａｌ／ｈｒ−ｒｄ　・’Ｃ）
面に平行　　　　７３１８　　　　　４７１４腐食しき
い（ｍＶ）　　　１，１４０　　　　１．１６５耐食性
の試験は５，０００時間にわたり２０４℃の温度に保た
れた１０５％リン酸のなかに板を浸漬し且つ板に９５０
ｍＶの電位を保つことにより行われた。腐食試験の結果
は第２表に示されている。
第２表 コークス粒子板 腐食しきい 初期（ｍＶ）　　　　　　　１．１６５終期（ｍＶ）　
　　　　　　ｌ、　１３５たわみ強度 初期（ｂａｒ）　　　　　　　６０５ 終期（ｂａｒ）　　　　　　　６０１ 重量変化（χ”）　　　　　　　＋０．８５本発明のコ
ークス粒子セパレーター板は公知の黒鉛粒子セパレータ
ー板にくらべて驚異的且つ予想外の改善された性質を有
する０本発明の板は一層高い稠密度及び増大された開放
多孔性を有する。板は改善された腐食しきい電位により
示されているように増大された耐食性及び増大された耐
酸化性を有する。全体として、コークス粒子板の電気抵
抗及び熱伝導率は、コークス粒子板の増大された稠密度
に起因して、黒鉛粒子板にくらべて改善されることが期
待される。
黒鉛の製造に必要とされる高いエネルギー人力に起因す
る黒鉛の高い製造コストにくらべてコークスの製造コス
トは低いので、コークス粒子セパレーター板のほうが経
済的に製造され得ることは理解されよう。
本発明のプロセスは、コークスがセパレーター板黒鉛化
プロセスの間に黒鉛に転換されるので、エネルギー効率
が高い。公知の黒鉛粒子板は黒鉛粒子を黒鉛化温度にも
たらすために必要とされるエネルギー消費を伴う黒鉛化
をされなければならない、Ｘ鉛粒子に代わってコークス
粒子がセパレーター板に使用される時、製造プロセス全
体のエネルギー効率が一層高いことは当業者によりｖ！
、＆１ｌｌｉされよう。
以上に於ては本発明を特定の好ましい実施例について説
明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）重量百分率で約３０％ないし約６０％のコークス
    粒子と、 重量百分率で約３０％ないし約６０％の炭化可能な樹脂
    と を含む組成物から形成され成形、炭化且つ黒鉛化された
    板を含んでおり、 黒鉛粒子から形成されたセパレーター板にくらべて増大
    された稠密度、減少された開放多孔性及び増大された耐
    食性を有することを特徴とする電気化学的電池セパレー
    ター板。
  2. （２）板を稠密化するのに十分な熱及び圧力で成形し、
    次いで板を炭化且つ次いで黒鉛化するのに十分な温度で
    加熱することにより、炭化可能且つ黒鉛化可能な成形組
    成物から形成されている電気化学的電池セパレーター板
    を製造する方法に於て成形組成物として、 重量百分率で約３０％ないし約６０％のコークス粒子と
    、 重量百分率で約３０％ないし約６０％の炭化可能な樹脂
    と を含む混合物を使用し、 炭化された板が、黒鉛粒子から形成されたセパレーター
    板にくらべて増大された稠密度、減少された開放多孔性
    及び増大された耐食性を有することを特徴とする電気化
    学的電池セパレーター板の製造方法。
  3. （３）少なくとも一つの負極、少なくとも一つの正極、
    電解質材料及び少なくとも一つのセパレーター板を含ん
    でいる燃料電池に於て、セパレーター板として、 重量百分率で約３０％ないし約６０％のコークス粒子と
    、 重量百分率で約３０％ないし約６０％の炭化可能な樹脂
    と を含む組成物から形成された成形、炭化且つ黒鉛化され
    た板を含んでおり、 黒鉛粒子から形成されたセパレーター板にくらべて増大
    された稠密度、減少された開放多孔性及び増大された耐
    食性を有することを特徴とする燃料電池。
JP60290321A 1984-12-24 1985-12-23 電気化学的電池セパレーター板、その製造方法及び燃料電池 Pending JPS61161666A (ja)

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