JPS62126563A - 燃料電池用カ−ボン部材の製造法 - Google Patents
燃料電池用カ−ボン部材の製造法Info
- Publication number
- JPS62126563A JPS62126563A JP60265026A JP26502685A JPS62126563A JP S62126563 A JPS62126563 A JP S62126563A JP 60265026 A JP60265026 A JP 60265026A JP 26502685 A JP26502685 A JP 26502685A JP S62126563 A JPS62126563 A JP S62126563A
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- carbon
- carbon electrode
- graphite
- porous carbon
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- 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
- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、多孔質カーボン電極とカーボンセパレーター
板が一体形成された燃料電池用カーボン部材の製造法に
関する。
板が一体形成された燃料電池用カーボン部材の製造法に
関する。
カーボン材料は、リン酸型燃料電池の電極およびセパレ
ーターに要求される高位の耐熱性、耐薬品性、電気伝導
性、熱伝導性および易加工性などの材質特性を備えてい
るため従来からこれら構成部材に有用されているが、機
械的強度の面に難点がある。
ーターに要求される高位の耐熱性、耐薬品性、電気伝導
性、熱伝導性および易加工性などの材質特性を備えてい
るため従来からこれら構成部材に有用されているが、機
械的強度の面に難点がある。
すなわち、燃料電池の組立はリン酸を保持した電解質層
の両側を白金触媒を担持した多孔質カーボン電極板を配
置して単位セルを構成し、各単位セルをカーボンセパレ
ーター板を介してスタック構造化することによっておこ
なわれる。この際、電極とセパレーター間の接触抵抗を
可及的に小さくするためにスタック全体を強固に圧締す
る手段がとられるが、カーボン材質の電極およびセパレ
ーターはこの圧締力に抗しきれず破損を生じることがあ
る。近時、スタックをコンパクト化するために電極およ
びセパレーターがますます肉薄となってきている関係で
、上記の破損現象は一層増加する傾向にある。
の両側を白金触媒を担持した多孔質カーボン電極板を配
置して単位セルを構成し、各単位セルをカーボンセパレ
ーター板を介してスタック構造化することによっておこ
なわれる。この際、電極とセパレーター間の接触抵抗を
可及的に小さくするためにスタック全体を強固に圧締す
る手段がとられるが、カーボン材質の電極およびセパレ
ーターはこの圧締力に抗しきれず破損を生じることがあ
る。近時、スタックをコンパクト化するために電極およ
びセパレーターがますます肉薄となってきている関係で
、上記の破損現象は一層増加する傾向にある。
このような理由から、多孔質カーボン電極板とカーボン
セパレーターとを複合的に一体形成することによりカー
ボン部材の機械的強度を高めるとともに電池組立を容易
にする試みがなされている。
セパレーターとを複合的に一体形成することによりカー
ボン部材の機械的強度を高めるとともに電池組立を容易
にする試みがなされている。
これら一体形成化のうち最も簡易で実用性のよい手段に
、特開昭６０−２０４７１号、実開昭６０−１５７５９
号などで提案されているようなカーボン系の多孔質電極
板とセパレーターあるいはこれら部材の前駆体を接着剤
で接合したのち焼成する接合焼成法がある。
、特開昭６０−２０４７１号、実開昭６０−１５７５９
号などで提案されているようなカーボン系の多孔質電極
板とセパレーターあるいはこれら部材の前駆体を接着剤
で接合したのち焼成する接合焼成法がある。
しかしながら接合焼成法を実施すると、焼成段階におけ
る多孔質電極板、セパレーターおよび接着層それぞれの
熱収縮度合の相違によって、部材に反りが生じたり接合
部分が剥離する等の問題が起る。
る多孔質電極板、セパレーターおよび接着層それぞれの
熱収縮度合の相違によって、部材に反りが生じたり接合
部分が剥離する等の問題が起る。
本発明は上記の問題点を解消する目的でなされたもので
、その構成は、多孔質カーボン電極板を１３００℃以上
の非酸化性雰囲気下で熱処理したのち炭化系ペーストを
介してカーボンセパレーター板と面接着し、ついで接着
部材を黒鉛板で圧締した状態で硬化および焼成処理する
ことを特徴とする燃料電池用カーボン部材の製造法にあ
る。
、その構成は、多孔質カーボン電極板を１３００℃以上
の非酸化性雰囲気下で熱処理したのち炭化系ペーストを
介してカーボンセパレーター板と面接着し、ついで接着
部材を黒鉛板で圧締した状態で硬化および焼成処理する
ことを特徴とする燃料電池用カーボン部材の製造法にあ
る。
多孔質カーボン電極板には、炭素繊維を混入した樹脂板
を焼成炭化するような通常の方法で得られる材料が適用
される。一方、カーボンセパレーター板としては、黒鉛
基板にフェノール系、フラン系などの熱硬化性樹脂液を
含浸硬化して焼成する方法、カーホン微粉末をフェノー
ル樹脂、フラン樹脂あるいはタールピッチなどと混練し
て板状成形したのち焼成する方法、フェノール系、フラ
ン系などの熱硬化性樹脂成形板を焼成してガラス状カー
ボン化する方法等を用いて得られる不透過性材料が供さ
れる。
を焼成炭化するような通常の方法で得られる材料が適用
される。一方、カーボンセパレーター板としては、黒鉛
基板にフェノール系、フラン系などの熱硬化性樹脂液を
含浸硬化して焼成する方法、カーホン微粉末をフェノー
ル樹脂、フラン樹脂あるいはタールピッチなどと混練し
て板状成形したのち焼成する方法、フェノール系、フラ
ン系などの熱硬化性樹脂成形板を焼成してガラス状カー
ボン化する方法等を用いて得られる不透過性材料が供さ
れる。
これら両部材は平板とガス流通溝を備えるリブ付板で対
を形成するため、相手部材が平板である場合にはリブ付
形状にするよう設計加工される。
を形成するため、相手部材が平板である場合にはリブ付
形状にするよう設計加工される。
本発明の要件は、まず多孔質カーボン電極板を１３００
℃以上の非酸化性雰囲気下で熱処理する点にある。この
処理は多孔質カーボン電極板の焼成段階における熱収縮
を防止する目的でおこなわれるもので、より効果的には
２０００〜３０００℃の温度範囲において熱処理される
。
℃以上の非酸化性雰囲気下で熱処理する点にある。この
処理は多孔質カーボン電極板の焼成段階における熱収縮
を防止する目的でおこなわれるもので、より効果的には
２０００〜３０００℃の温度範囲において熱処理される
。
熱処理された多孔質カーボン電極板は、ついで炭化系ペ
ーストを介してカーボンセパレーター板と面接着する。
ーストを介してカーボンセパレーター板と面接着する。
炭化系ペーストとしては、フェノール樹脂、フラン樹脂
のような高炭化率で焼成後の接着強度に優れた熱硬化性
樹脂の初期縮合物、または当該樹脂にコークス、黒鉛、
ガラス状カーボン等の微粉を配合したものを用い、接合
面に均等に薄く塗布して重ね合せることにより接着する
。
のような高炭化率で焼成後の接着強度に優れた熱硬化性
樹脂の初期縮合物、または当該樹脂にコークス、黒鉛、
ガラス状カーボン等の微粉を配合したものを用い、接合
面に均等に薄く塗布して重ね合せることにより接着する
。
接着部材は、引続き黒鉛板で圧締した状態で硬化および
焼成処理する。接着部材を黒鉛板で圧締した状態を形成
するためには、例えば図のように多孔質カーボン電極板
ｌとカーボンセパレーター板２との接着部材を平面黒鉛
板３．３′ で両面から挟み周辺部を黒鉛製ボルト４
で締め付ける手段が用いられ、この際の締付けを面圧１
ｋｇ／Ｃｍ２以上に保持することが効果的である。
焼成処理する。接着部材を黒鉛板で圧締した状態を形成
するためには、例えば図のように多孔質カーボン電極板
ｌとカーボンセパレーター板２との接着部材を平面黒鉛
板３．３′ で両面から挟み周辺部を黒鉛製ボルト４
で締め付ける手段が用いられ、この際の締付けを面圧１
ｋｇ／Ｃｍ２以上に保持することが効果的である。
接合面の硬化は自然放置あるいは２００°Ｃ以下に加熱
しておこなわれ、焼成は不活性雰囲気下の炉中で８００
℃以上の温度に加熱するような慣用の方法がとられる。
しておこなわれ、焼成は不活性雰囲気下の炉中で８００
℃以上の温度に加熱するような慣用の方法がとられる。
以上の工程により、多孔質カーボン電極板とカーボンセ
パレーター板が一体形成された高品質の燃料電池用カー
ボン部材が製造される。
パレーター板が一体形成された高品質の燃料電池用カー
ボン部材が製造される。
本発明によれば、多孔質カーボン電極板の予備熱処理と
接着部材を圧締状態で硬化および焼成す ′る処理
工程の作用が相乗的に働いて焼成段階における多孔質カ
ーボン電極側の熱収縮、前記熱収縮に伴なう部材の反り
あるいは接合部分の剥離などの発生を防止するために効
果的に機能する。
接着部材を圧締状態で硬化および焼成す ′る処理
工程の作用が相乗的に働いて焼成段階における多孔質カ
ーボン電極側の熱収縮、前記熱収縮に伴なう部材の反り
あるいは接合部分の剥離などの発生を防止するために効
果的に機能する。
巾１．５＋ｕ＋、深さ１．０ｍｍのガス流通溝を備えた
気孔率５０％、平均気孔径５４μｆｆ、厚さ２ 、３
ｙ、ｍのリブ付き多孔質カーボン電極を窒素ガス雰囲気
に保持した電気炉中て１３００℃、２０００℃および３
０００°Ｃの温度に熱処理した。
気孔率５０％、平均気孔径５４μｆｆ、厚さ２ 、３
ｙ、ｍのリブ付き多孔質カーボン電極を窒素ガス雰囲気
に保持した電気炉中て１３００℃、２０００℃および３
０００°Ｃの温度に熱処理した。
熱処理した多孔質カーボン電極板の接合面（リブ部）に
炭化系ペーストを均一に薄く塗布したのち、厚さｌ、Ｑ
ｉｘのガラス状炭素からなるカーホンセパレーター板に
重ねて密着した。
炭化系ペーストを均一に薄く塗布したのち、厚さｌ、Ｑ
ｉｘのガラス状炭素からなるカーホンセパレーター板に
重ねて密着した。
炭化系ペーストには、フェノール樹脂初期締金物（残炭
率４５％）に平均粒径５０μ辺の黒鉛微粉７０重量％と
パラトルエンスルフォン酸（硬化触媒）３重量％を添加
混合したものを用いた。
率４５％）に平均粒径５０μ辺の黒鉛微粉７０重量％と
パラトルエンスルフォン酸（硬化触媒）３重量％を添加
混合したものを用いた。
ついで接着部材を図示のようにして平面黒鉛板に挟み周
辺４ケ所を黒鉛製ボルトで面圧２ｋｇ７ｃｍ”に圧締し
て固定した。この状態で室温下に２４時間静置し、引続
き１８０℃の温度に５時間保持して接着層を硬化した。
辺４ケ所を黒鉛製ボルトで面圧２ｋｇ７ｃｍ”に圧締し
て固定した。この状態で室温下に２４時間静置し、引続
き１８０℃の温度に５時間保持して接着層を硬化した。
硬化後、そのままの状態で黒鉛サガーに入れ、周囲をコ
ークス粉バッキング材で被包して１１００℃に電気炉焼
成した。
ークス粉バッキング材で被包して１１００℃に電気炉焼
成した。
比較のために、上記２０００℃で熱処理した多孔質カー
ボン電極板による接着部材を黒鉛板で圧締せずにそのま
ま焼成する方法、多孔質カーボン電極板の熱処理を１２
００℃で熱処理したものを同一条件で接合し黒鉛仮圧締
した状態で硬化、焼成する方法、多孔質カーボン電極板
の熱処理も黒鉛仮圧締手段ら適用せずに接合・焼成する
方法を用いて実施した。
ボン電極板による接着部材を黒鉛板で圧締せずにそのま
ま焼成する方法、多孔質カーボン電極板の熱処理を１２
００℃で熱処理したものを同一条件で接合し黒鉛仮圧締
した状態で硬化、焼成する方法、多孔質カーボン電極板
の熱処理も黒鉛仮圧締手段ら適用せずに接合・焼成する
方法を用いて実施した。
このようにして一体複合化形成された各燃料電池用カー
ボン部材（１０枚）の性状を対比して下表に示した。
ボン部材（１０枚）の性状を対比して下表に示した。
上表のとおり、本発明例で製造されたカーボン部材は比
較例により得られた部材に比べ優れた性状を示した。
較例により得られた部材に比べ優れた性状を示した。
本発明によれば、従来製法で発生していた焼成段階にお
ける部材間の熱収縮差、部材の反り、接合部分の剥離な
どの現象を極めて効果的に軽減することができる。した
がって、多孔質カーボン電極板とカーボンセパレーター
板が一体的に複合化した高性能の燃料電池用カーボン部
材を常に安定して製造できる産業的効果がもたらされる
。
ける部材間の熱収縮差、部材の反り、接合部分の剥離な
どの現象を極めて効果的に軽減することができる。した
がって、多孔質カーボン電極板とカーボンセパレーター
板が一体的に複合化した高性能の燃料電池用カーボン部
材を常に安定して製造できる産業的効果がもたらされる
。
図は、本発明に用いられる黒鉛板圧締装置を例示した側
面図である。 １・・・多孔質カーボン電極板、 ２・・・カーボン
セパレーター板、 ３．３′・・・平面黒鉛板、４・
・・黒鉛製ボルト
面図である。 １・・・多孔質カーボン電極板、 ２・・・カーボン
セパレーター板、 ３．３′・・・平面黒鉛板、４・
・・黒鉛製ボルト
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、多孔質カーボン電極板を１３００℃以上の非酸化性
雰囲気下で熱処理したのち炭化系 ペーストを介してカーボンセパレーター板と面接着し、
ついで接着部材を黒鉛板で圧締した状態で硬化および焼
成処理することを特徴とする燃料電池用カーボン部材の
製造法。 ２、接着部材を黒鉛板で圧締した状態を、接着部材を平
面黒鉛板で挟み面圧１ｋｇ／ｃｍ＾２以上になるように
周辺部をボルト締めすることにより形成する特許請求の
範囲第１項記載の燃料電池用カーボン部材の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60265026A JPH0622139B2 (ja) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | 燃料電池用カ−ボン部材の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60265026A JPH0622139B2 (ja) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | 燃料電池用カ−ボン部材の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62126563A true JPS62126563A (ja) | 1987-06-08 |
| JPH0622139B2 JPH0622139B2 (ja) | 1994-03-23 |
Family
ID=17411547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60265026A Expired - Lifetime JPH0622139B2 (ja) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | 燃料電池用カ−ボン部材の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0622139B2 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5963664A (ja) * | 1982-10-01 | 1984-04-11 | Kureha Chem Ind Co Ltd | 燃料電池用電極基板 |
| JPS6020471A (ja) * | 1983-07-13 | 1985-02-01 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 燃料電池用部材の製造法 |
| JPS61253768A (ja) * | 1985-04-30 | 1986-11-11 | Kureha Chem Ind Co Ltd | 燃料電池用電極基板およびその製造方法 |
-
1985
- 1985-11-27 JP JP60265026A patent/JPH0622139B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5963664A (ja) * | 1982-10-01 | 1984-04-11 | Kureha Chem Ind Co Ltd | 燃料電池用電極基板 |
| JPS6020471A (ja) * | 1983-07-13 | 1985-02-01 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 燃料電池用部材の製造法 |
| JPS61253768A (ja) * | 1985-04-30 | 1986-11-11 | Kureha Chem Ind Co Ltd | 燃料電池用電極基板およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0622139B2 (ja) | 1994-03-23 |
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