KR20080066046A

KR20080066046A - 연료 전지용 세퍼레이터의 제조 방법 및 연료 전지

Info

Publication number: KR20080066046A
Application number: KR1020087012122A
Authority: KR
Inventors: 다카시 야스무라; 겐이치 하마다; 다카유키 가네마츠; 다카시 가와무라
Original assignee: 디아이씨 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2008-07-15
Also published as: EP1947722A1; EP1947722A4; US20090098431A1; CA2628709A1; EP1947722B1; CN101305487A; WO2007055236A1; CN101305487B

Abstract

본 발명은 열경화성 수지 또는 열가소성 수지와 탄소 재료로 구성되는 예비 성형체의 적어도 일부에 친수성이 부여된 연료 전지용 세퍼레이터를 제조하는 방법으로서, 적어도 공정 1, 공정 2, 공정 3 및 공정 4, 또는 공정 1, 공정 3, 공정 2 및 공정 4를 순차 실시하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 세퍼레이터의 제조 방법을 제공한다. (1) 상기 예비 성형체에, 친수성기 및/또는 친수성기로 변환할 수 있는 관능기를 갖는 라디칼 중합성 단량체액과의 친화성을 높이는 처리를 행하는 공정 1, (2) 상기 처리면에, 상기 친수성기 및/또는 친수성기로 변환할 수 있는 관능기를 갖는 라디칼 중합성 단량체액을 도포하는 공정 2, (3) 상기 처리면에 방사선을 조사하는 공정 3, (4) 상기 공정 1, 공정 2 및 공정 3을 거쳐 얻어지는 연료 전지용 세퍼레이터를 세정하는 공정 4.

연료 전지용 세퍼레이터, 친수성기, 라디칼 중합성 단량체액

Description

연료 전지용 세퍼레이터의 제조 방법 및 연료 전지{PROCESS FOR PRODUCTION OF FUEL CELL SEPARATORS AND FUEL CELLS}

본 발명은 표면의 친수성이 향상된 연료 전지용 세퍼레이터의 제조 방법에 관한 것이다. 특히 가스 유로(流路) 홈부의 친수성이 향상된 연료 전지용 세퍼레이터의 제조 방법, 및 안정된 출력을 갖는 연료 전지에 관한 것이다.

연료 전지는 전극에 연료를 공급받아 연료가 갖는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 것이며, 에너지 변환 효율이 높은 발전 방법으로 알려져 있다. 이와 같은 연료 전지는 세퍼레이터에 형성된 가스 유로를 거쳐, 음극에는 수소를 함유하는 연료 가스를 공급받고, 양극에는 산소를 함유하는 산화 가스를 공급받는데, 각 전극에서 전기 화학 반응이 진행할 때, 양극측에서 생성수가 생긴다.

통상, 생긴 생성수는 양극측에 공급되어 있는 산화 가스 중에 기화하여, 산화 가스와 함께 연료 전지 외로 배출된다. 그러나, 생기는 생성수의 양이 많아지면, 산화 가스 중에 기화시키는 것만으로는 생성수를 모두 배출할 수 없게 된다. 이와 같이 산화 가스 중에 기화되지 않고 남은 생성수가 양극 주변에서 물방울이 되면, 가스 유로가 폐색되어 양극 주변에서의 산화 가스의 흐름이 방해되어 전지 성능의 저하로 이어진다.

연료 전지 세퍼레이터는 발전시에 생기는 생성수를 신속하게 배출하여, 가스 유로의 폐색이 없을 것이 요망된다. 이 때, 세퍼레이터 표면, 특히 가스 유로부는 친수성인 것이 바람직하고, 가스 유로부의 소수성이 높을 경우에는, 가습 수분 및 생성 수분에 의해 가스 유로가 폐색되기 쉬우며, 발전 성능의 저하로 이어진다.

그래서, 종래, 연료 전지 세퍼레이터 등 부재의 소정 장소에 친수 처리를 실시하고, 이에 의해 생성수의 배출성 향상이 도모되어 왔다. 특히 가스 유로부를 친수 처리함으로써, 생성수는 물방울로 머물지 않게 되어, 생성수가 가스의 확산을 저해하는 것을 막을 수 있다.

이 세퍼레이터를 친수 처리하는 종래의 방법으로서는, 다음과 같은 방법이 제안되어 있다.

즉 연료 유로의 입구 또는 출구에 기공률이 30∼80%의 흡수성을 갖는 다공성(porous) 카본 부재를 구비하거나, 연료 가스 유로 표면과, 바람직하게는 산화 가스 유로 표면에도 폴리아크릴아미드 등의 친수성 피막을 형성하는 방법(예를 들면 특허문헌 1 참조)이 제안되어 있다.

또한 각종 소재로 이루어지는 도전성의 세퍼레이터 표면을, 친수화 가스 중에서 저온 플라스마 처리 등의 친수화 처리를 행함으로써 친수성을 부여하는 방법(예를 들면 특허문헌 2 참조), 수지 바인더를 함유하는 세퍼레이터 표면을 1000℃ 전후의 불꽃으로 처리함으로써 친수성을 부여하는 방법(예를 들면 특허문헌 3 참조)이 제안되어 있다.

또한 수지 바인더를 함유하는 세퍼레이터 표면에 친수성 페놀 수지 및 에폭 시 수지의 혼합물을 도공하고, 경화시킴으로써 친수성을 부여하는 방법(예를 들면 특허문헌 4 참조)이 제안되어 있다.

또한, 유리상 카본재를 사용한 세퍼레이터 표면에 졸겔법에 의해 산화규소를 주성분으로 하는 겔막을 형성한 후, 진공 자외광 조사에 의해 수산기를 남긴 친수막을 형성하는 방법(예를 들면 특허문헌 5 참조)이 제안되어 있다.

그러나, 상기 세퍼레이터 표면에 친수성 도료나 수지를 도포하는 방법에 의해 얻어지는 친수성 도막은 일반적으로 흡수(吸水)에 의해 팽윤하여 체적 변화를 일으키기 쉬워, 기재로부터 박리할 가능성이 매우 높다. 또는, 사용 중에 서서히 용출하여, 친수성이 소실될 가능성이 높아, 이 방법은 실용성이 떨어진다. 또한 이 용출 물질이 발전(發電) 특성에 악영향을 줄 가능성이 있다.

또한 립(rib) 구조를 갖는 세퍼레이터 표면의 피막에 플라스마 처리 등을 행할 경우, 표면의 친수화층의 두께가 서브마이크론 정도로 얇아, 표면 친수성을 장기간 유지하기가 어려워져, 친수성의 저하와 함께 생성수의 체류에 의해 기전력이 불안정해져, 결국 기전력의 저하를 초래한다.

또한 세퍼레이터 표면에 에폭시 수지, 산화규소 등의 도전성 물질을 함유하지 않는 친수성 물질을 도포하면, 세퍼레이터 표면에 절연성 피막을 형성하게 되어, 가스 확산 전극간의 도전성이 저하하거나, 도전성 확보를 위한 처리가 필요하게 되는 문제점이 있다.

특허문헌 1 : 일본 특개평8-138692호 공보

특허문헌 2 : 국제 공개 제99/40642호 팜플렛

특허문헌 3 : 일본 특개2002-313356호 공보

특허문헌 4 : 일본 특개2000-251903호 공보

특허문헌 5 : 일본 특개2004-103271호 공보

[발명의 개시]

[발명이 해결하고자 하는 과제]

상술하는 바와 같이, 가스 유로에 생성된 물이 체류하여, 원활하게 배출될 수 없음으로 인해, 기전력의 저하를 초래하고 있다는 문제를 해결할 필요성에서, 립 구조를 갖는 세퍼레이터에 있어서, 도전성을 확보할 수 있고, 또한 안정된 친수성을 부여할 수 있는 세퍼레이터를 제공하는 것이 요청되고 있다.

그와 같은 요청을 감안하여, 본 발명은 친수성이 보다 향상되고, 연료 가스 유로인 홈부에 광범위하게 걸쳐 물의 젖음성이 개량되고, 게다가 도전성도 뛰어난 연료 전지 세퍼레이터의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명자는 상기 과제에 대하여 예의 검토를 행한 결과, 예비 성형체 표면의 홈부에, 친수성기를 갖는 라디칼 중합성 단량체액을 도포하고, 방사선을 조사하여 그래프트 중합시키면, 홈부에 친수성 폴리머층이 형성되어, 젖음성이 좋고, 또한 도전성이 뛰어난 연료 전지 세퍼레이터가 얻어지는 것을 알아내어, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 열경화성 수지 또는 열가소성 수지와 탄소 재료로 구성되는 예비 성형체의 적어도 일부에 친수성이 부여된 연료 전지용 세퍼레이터를 제조하는 방법으로서, 적어도 공정 1, 공정 2, 공정 3 및 공정 4, 또는 공정 1, 공정 3, 공정 2 및 공정 4를 순차 실시하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 세퍼레이터의 제조 방법.

(1) 상기 예비 성형체에, 친수성기 및/또는 친수성기로 변환할 수 있는 관능기를 갖는 라디칼 중합성 단량체액과의 친화성을 높이는 처리를 행하는 공정 1, (2) 상기 처리면에, 상기 친수성기 및/또는 친수성기로 변환할 수 있는 관능기를 갖는 라디칼 중합성 단량체액을 도포하는 공정 2, (3) 상기 처리면에 방사선을 조사하는 공정 3, (4) 상기 공정 1, 공정 2 및 공정 3을 거쳐 얻어지는 연료 전지용 세퍼레이터를 세정하는 공정 4를 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 상기 방법에 의해 얻어지는 연료 전지용 세퍼레이터를 짜넣어 이루어지는 연료 전지를 제공하는 것이다.

[발명의 효과]

본 발명에서 얻어지는 연료 전지 세퍼레이터는 기계 강도, 도전성 등의 재료 물성을 손상시키지 않고, 표면이 친수화되어 있기 때문에, 물의 배출성이 뛰어난 것이다. 또한, 친수성이 필요한 부위에만 그래프트 중합에 의해 친수성을 부여할 수 있기 때문에, 바람직한 제품을 제공할 수 있다. 즉, 홈 내부에만, 친수성기를 갖는 라디칼 중합성 단량체를 도포하고, 방사선 조사하는 등의 공정을 거침으로써, 그 홈 내부에 발생한 물과의 높은 젖음성을 갖는 것이며, 물이 체류하지 않고, 유동하여 배출할 수 있는 것이다. 이에 의해, 이러한 세퍼레이터에서는, 과잉의 물에 의해 연료 가스의 공급이 방해받는 경우가 없으므로, 이 세퍼레이터를 짜넣은 연료 전지 스택은 기전력이 안정하여, 장기간에 걸쳐 안정적인 발전이 가능해진다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 열경화성 수지 또는 열가소성 수지와 탄소 재료로 구성되는 예비 성형체의 적어도 일부에, 친수성기를 갖는 라디칼 중합성 단량체액을 도포하고, 방사선을 조사함으로써 친수성이 부여된 연료 전지용 세퍼레이터의 제조 방법이다.

우선 열경화성 수지 또는 열가소성 수지와 탄소 재료로 구성되는 예비 성형체를 제작한다.

여기서 말하는 예비 성형체란, 열경화성 수지와 탄소 재료를 함유하는 성형 재료를 가열 등에 의해 경화시켜, 소정 형상으로 성형한 것, 또는 열가소성 수지와 탄소 재료를 함유하는 성형 재료를 가열 등에 의해 용융시켜, 소정 형상으로 한 후, 냉각 고화시켜 성형한 것을 의미한다. 열경화성 수지를 사용했을 경우에는, 예비 성형체는 3차원 가교 구조를 형성하고 있다.

이러한 탄소 재료로서는, 인조 흑연, 인편상 천연 흑연, 괴상 천연 흑연, 팽창 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 캐첸 블랙 또는 비결정질 탄소 등을 들 수 있다. 이들의 1종류, 혹은 2종류 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 특히 연료 전지 세퍼레이터로서 사용할 경우에는, 바람직하게는 평균 입경 100∼400㎛의 흑연이며, 보다 바람직하게는 어스펙트비가 1∼5, 또한 평균 입경 200∼300㎛의 흑연이다. 또한, 탄소 재료로서, 상기 탄소 원료로 이루어지는 섬유, 예를 들면 1∼15mm 섬유 길이의 탄소 섬유, 매트, 시트, 페이퍼 등도 사용할 수 있다.

또한, 열경화성 수지로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 폴리카르보디이미드 수지, 페놀 수지, 푸르푸릴알코올 수지, 에폭시 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐에스테르 수지, 비스말레이미드트리아진 수지, 폴리아미노비스말레이미드 수지, 디알릴프탈레이트 수지 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 비닐에스테르 수지가 바람직하다. 이 열경화성 수지는 분말상으로 사용하거나, 또는 점조액(粘稠液) 그대로 사용하거나, 또한 스티렌 등의 액상 반응성 희석제와 혼합하여 액상으로 사용된다.

또한, 열가소성 수지로서는, 폴리페닐렌설파이드, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리술폰, 폴리페닐렌옥사이드, 액정 폴리머, 폴리에스테르 등을 들 수 있다. 이들 중, 내열성이나 내산성이 뛰어나므로 특히 폴리페닐렌설파이드가 바람직하다.

이들 열경화성 수지 및 열가소성 수지는 사용 용도, 요구 성능에 따라 적절히 선택하여, 사용된다.

예비 성형체의 성형 재료에는, 상기 수지에 맞는 각종 배합제를 더 첨가할 수 있다. 예를 들면, 비닐에스테르 수지의 경우, 유기 과산화물 등의 중합 개시제, 압축 성형시에 바람직한 점성을 부여하는 증점제, 경화 반응시의 수축 응력을 완화하는 저(低)수축화제, 그 밖에 필요에 따라 이형제, 중합 조절제 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 폴리페닐렌설파이드를 사용할 경우에는, 성형성 개선, 열열화(熱劣化) 방지를 위해, 이형제, 산화 방지제 등을 사용하는 것이 바람직하다.

얻어지는 성형 재료는 원하는 형상을 한 금형 등을 사용하여 압축 성형, 사출 성형 등의 각종 성형 방법을 이용하여, 예비 성형체로 성형할 수 있다.

예비 성형체를 구성하는 재료로서 열경화성 수지를 사용할 경우, 그 수지와 탄소 재료로 이루어지는 미(未)경화 상태의 성형체를 성형하고, 이어서 세퍼레이터 형상의 성형 금형에 그 성형체를 넣고, 가열 압축하여 성형함으로써 예비 성형체를 제조할 수 있다. 이 때의 가열 온도는 사용하는 열경화성 수지의 종류에 따라 다르지만, 통상 100∼200℃이며, 또한 가압은 통상 15∼60MPa의 조건이 적절하다.

또한 예비 성형체를 구성하는 재료로서 열가소성 수지를 사용할 경우, 그 수지와 탄소 재료로 이루어지는 시트를 성형하고, 그 시트를 그 수지의 유리 전이점 이상에서 융점 이하로 가열하고, 이어서 세퍼레이터 형상의 성형 금형에 가열된 시트를 넣고, 융점 이상으로 가열하여 압축 성형하고, 그 후 냉각함으로써 예비 성형체를 제조할 수 있다. 이 때 가압은 통상 10∼50MPa의 조건이 적절하다.

본 발명은 상기에서 얻어지는 예비 성형체에 1) 전(前)처리를 행하고(공정 1), 2) 친수기를 갖는 라디칼 중합성 단량체액(이하 그래프트 처리액이라 한다)을 도포하고(공정 2), 3) 방사선을 조사하고(공정 3), 그리고 4) 세정함으로써(공정 4), 연료 전지용 세퍼레이터를 얻는 것이다.

다음으로, 공정 1, 공정 2, 공정 3 및 공정 4에 대하여 순차 설명한다.

(공정 1)

그래프트 처리액과의 친화성을 향상시키기 위해서, 미리 예비 성형체에 전처리를 행하는 공정이다. 전처리로서는, 구체적으로는, 블라스트 처리, 자외선 조사 처리, 자외선 오존 처리, 플라스마 처리, 코로나 처리, 산 처리, 알칼리 처리 등을 들 수 있고, 목적에 맞는 방법을 적절히 선택할 수 있지만, 블라스트 처리, 자외선 조사 처리인 것이 바람직하다. 블라스트 처리, 자외선 조사 처리 중 어느 하나, 또는 양쪽 처리를 모두 행해도 좋다. 이 때에, 성형시에 사용한 외부 이형제를 충분히 제거해두는 것이 바람직하다.

블라스트 처리라 함은, 예를 들면 유리 미립자 등을 예비 성형체에 분무하여, 표면을 얇게 깎아, 미소한 요철을 형성하는 것이다.

자외선 조사 처리, 자외선 오존 처리, 플라스마 처리, 코로나 처리 등은 각각의 화학 처리에 의해, 표면에 극성기인 수산기, 카르복시기 등을 형성하는 것이다.

산 처리라 함은, 예를 들면 진한 황산에 예비 성형체를 침지하고, 가온(加溫)하 처리함으로써, 표면의 불순물, 예를 들면 이형제 등을 제거하는 것이다. 또한 알칼리 처리라 함은, 예를 들면 수산화나트륨 용액에, 예비 성형체를 침지하고, 가온하 처리함으로써, 동일하게 표면의 불순물, 예를 들면 이형제 등을 제거하는 것이다.

공정 1의 실시에 의해 그래프트 처리액과 기재의 친화성이 높아지므로, 공정 3의 전자선 조사에 의해 효율좋게 그래프트화되어, 친수 성능 및 장기 내구성이 뛰어난 세퍼레이터가 얻어진다.

만약, 이 공정 1을 행하지 않을 경우에는, 공정 3에서 그래프트화가 충분히 행해지지 않기 때문에, 공정 4의 세정에 의해 친수 성분이 탈락하거나 하여 양호한 친수성이 얻어지지 않는다. 또한, 연료 전지 운전 중에 친수성이 저하하여, 발전 특성에 악영향을 미칠 가능성이 있다.

(공정 2)

상기 예비 성형체 표면의 적어도 일부에, 친수성기 및/또는 친수성기로 변환할 수 있는 관능기를 갖는 라디칼 중합성 단량체액을 도포하는 공정이다. 이 「예비 성형체 표면의 적어도 일부」의 「일부」라 함은, 예비 성형체의 가스 유로를 말한다.

이러한 친수성기 및/또는 친수성기로 변환할 수 있는 관능기를 갖는 라디칼 중합성 단량체는 방사선 조사에 의해 생성된 라디칼과 반응하는 관능기를 가져, 중합체를 형성하는 친수성의 관능기를 갖는 화합물이다.

이러한 친수성기 및/또는 친수성기로 변환할 수 있는 관능기로서는, 카르복시기, 락탐환, 술폰산기, 수산기, 실릴기, 에폭시기, 인산기, N,N-디알킬아미노기, N-알킬아미드기 등의 관능기를 들 수 있다.

이들 관능기 중, 친수성 효과의 안정성 관점에서, 락탐환, 수산기, 실릴기, 에폭시기가 바람직하다.

또한 이들 관능기를 갖는 화합물의 대표예로서는, 예를 들면 (메타)아크릴산, 푸마르산, 말레산, 이타콘산 및 그 염 등의 카르복시기를 갖는 단량체, N-비닐피롤리돈, N-비닐카프로락탐 등의 락탐환을 갖는 단량체, 술포부틸메타크릴레이트, 아크릴아미드프로판술폰산, 스티렌술폰산, 비닐술폰산 등의 술폰산기를 갖는 단량체, 히드록시기 함유 (메타)아크릴산에스테르, 글리세린모노메타크릴레이트, 히드 록시에틸(메타)아크릴레이트, N-히드록시에틸(메타)아크릴아미드 등의 수산기를 갖는 단량체, 비닐트리에톡시실란, 트리에톡시프로필메타크릴레이트 등의 실릴기를 갖는 단량체, 글리시딜메타크릴레이트 등의 에폭시기 함유 (메타)아크릴산에스테르 등의 에폭시기를 갖는 단량체, 메타크릴로일록시에틸애시드포스페이트 등의 인산기 함유 (메타)아크릴산에스테르 등의 인산기를 갖는 단량체, N,N-디메틸아미노프로필(메타)아크릴아미드 등의 N,N-디알킬아미노기를 갖는 단량체, N-이소프로필(메타)아크릴아미드 등의 N-알킬아미드기를 갖는 단량체 등을 들 수 있다. 그 밖의 친수기를 갖는 라디칼 중합성 단량체로서는, 비닐벤조산 및 그들의 염, 그 밖에 (메타)아크릴산폴리옥시알킬렌에스테르 화합물 등을 들 수 있다.

또한, 물과 접촉한 후, 가수 분해에 의해, 카르복시산기, 술폰산기, 수산기, 실라놀기 등의 친수성기로 변환할 수 있는 관능기를 갖는 라디칼 중합성 단량체라도 좋다.

이 때, 연료 전지 특성에 대하여 악영향이 적은 것을 적절히 선택하여 사용한다.

이들 라디칼 중합성 단량체 중에서도, 친수성 효과의 발현 및 내(耐)가수 분해성의 관점에서, 특히 히드록시기 함유 (메타)아크릴산에스테르, 글리시딜기 함유 (메타)아크릴산에스테르, 비닐트리에톡시실란, N-비닐카프로락탐의 사용이 바람직하다. 그 중에서도, 특히 N-비닐카프로락탐이 바람직하다. 이 N-비닐카프로락탐을 중합하여 얻어지는 폴리-N-비닐카프로락탐은 종래 매우 곤란하던 친수성과 내열수성(耐熱水性)의 양립이 가능하여, 100℃ 이하의 열수하에서는, 분해가 쉽게 일어 나지 않는다.

이들 라디칼 중합성 단량체를 단독으로 또는 이들 모노머를 2종류 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그 밖의 단량체를 혼합하여 공중합시켜도 좋다. 또한, 친수 성능을 손상시키지 않는 범위에서, 소수성 (메타)아크릴계 단량체 등을 병용해도 좋다. 또 단량체의 종류는 표면의 친수성, 내수성의 밸런스를 고려하여 적절히 선택하여 사용된다.

본 발명에 사용하는 그래프트 처리액은 라디칼 중합성 단량체를 물이나 수용성 유기 용매 등의 용매에 희석하여 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 용매로서는, 예를 들면, 물과 메탄올의 혼합 용매, 에탄올 등 저급 알코올 등을 들 수 있다. 이들 용매에 희석함으로써, 예비 성형체의 그래프트 처리액에 대한 젖음성이 향상되어, 방사선에 의한 그래프트화의 효율이 높아져, 예비 성형체 표면에 양호한 친수성을 부여할 수 있다. 또한, 희석 용매를 사용함으로써, 후기하는 공정 3의 전자선 조사후, 미반응의 라디칼 중합성 단량체와 공존하는 호모폴리머 성분의 겔화를 저감하거나, 후기 공정 4의 세정을 용이하게 하는 효과가 인정된다.

라디칼 중합성 단량체의 희석 농도에 대해서는, 사용하는 단량체, 희석 용매의 조성 및 성형품 표면 상태에 따라 다르지만, 10∼80중량%이며, 바람직하게는, 20∼60중량%이다.

용매 조성에 대해서는, 마찬가지로, 사용하는 단량체, 성형품 표면 상태에 따라 다르다. 바람직하게는, 물/수용성 유기 용매=0/100∼80/20(중량%)이며, 수용성 유기 용매만이라도 좋다.

그래프트 처리액에는, 그 밖에, 염화구리, 하이드로퀴논 등의 중합 조절제를 필요에 따라 첨가할 수 있다. 또한 성능상 문제가 없다면, 계면활성제 등의 첨가제를 사용해도 좋다.

그래프트 처리액은 사용하기 직전에 질소 등의 불활성 가스를 통기하여, 미리 용존 산소를 저감하는 것이 바람직하다. 또한, 그래프트 처리액을 도포할 때에도, 불활성 가스 분위기하에서 행하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 용존 산소를 더 저감할 수 있어, 방사선 조사에 의한 그래프트화의 효과를 보다 높일 수 있다.

예비 성형체 표면에는, 연료 가스, 산화제 가스 및 냉각수가 유통하는, 이른 바 가스 유로(홈) 부분이 있고, 이 부분의 친수성이 필요하기 때문에, 이 부분만 그래프트 처리액을 도포하는 것이 바람직하지만, 예비 성형체 전면에 도포해도 상관없다. 예비 성형체 표면의 적어도 일부라 함은, 이것을 의미한다.

그래프트 처리액의 도포 방법으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 브러쉬나 스프레이, 커튼 코터 등을 사용하는 방법을 들 수 있다. 세퍼레이터 전체에 도포해도, 전극부만 도포해도 좋다.

도포층의 두께에 대해서는, 그래프트 처리액의 조성, 라디칼 중합성 단량체의 농도에도 의존하지만, 통상 0.01∼0.5mm 정도이다. 특히 전극 홈부에서는, 그래프트 처리액으로 채워지며, 두께 0.5mm 이상이라도, 전자선이 홈 저부까지 충분히 도달할 수 있는 능력이 있으면, 그래프트화가 행해진다.

또한 그래프트 처리액을 도포한 후, 바로 다음 공정의 방사선 조사 처리를 해도 좋지만, 그래프트 처리액의 예비 성형체 표면으로의 침투를 높이기 위해서, 도포한 후 실온에서 정치한 후에, 방사선 조사 처리를 행하는 것이 바람직하다. 이 정치 시간은 사용하는 예비 성형체, 그래프트 처리액에도 의존하지만, 1분∼5일 정도이다. 또 이 정치 시간이 장시간으로 될 경우에는, 그래프트 처리액의 휘발, 변질을 방지하기 위해서, 질소 치환된 기밀성이 높은 용기, 봉지 등으로 밀폐 보존하는 것이 바람직하다.

(공정 3)

본 발명은 이어서 그래프트 처리액의 도포면에 방사선을 조사하는 것이다.

방사선으로서는, α선, β선(전자선), γ선 등을 사용할 수 있다. 이들 중에서도 생산성, 장치의 취급성에서, 전자선의 사용이 바람직하다.

예를 들면 전자선에 의한 그래프트 중합으로서는, 예비 성형체에만 전자선 조사를 행하고, 이어서 단량체와 접촉시키는 전(前)조사법과, 예비 성형체와 단량체의 공존하 전자선 조사를 행하는 동시 조사법이 있다.

전조사법이라 함은, 전자선을 조사한 후, 공정 2의 그래프트 처리액을 도포하는 것이다. 이 경우, 중합을 더욱 촉진하기 위해서 40∼100℃에서 1∼4시간 정도 가온 처리를 행하는 것이 바람직하다. 이 전조사법은 공정 3을 실시한 후, 공정 2를 실시하는 방법이다.

동시 조사법이라 함은, 공정 2를 실시한 후, 공정 3의 전자선 조사를 실시하는 것이다. 단량체의 공존하 전자선 조사를 행하기 때문에, 전조사법에 비해 그래프트 효율이 높아, 생산성이 높다. 따라서 본 발명에서는, 친수성 효과의 발현, 및 생산성의 점에서 동시 조사법이 보다 바람직하다.

전자선 조사는 통상 전자선 조사 장치를 사용하여 행한다.

전자선 조사 장치에서, 가속 전압은 전자선의 투과력에 비례하므로, 통상 예비 성형체의 밀도로부터 추산되는 전자선 도달 깊이와, 목표로 하는 친수화 처리 깊이에 따라 적절히 결정한다. 그러나 실제의 조작에서는, 가속 전압에 의해 친수화 효과가 얻어지지 않을 경우도 있으므로, 목표로 하는 친수화 효과가 얻어지도록, 접촉각의 측정값, 물과의 젖음성 등의 측정값으로부터 가속 전압이 결정된다.

가속 전압으로서는, 100∼5000킬로볼트(이하「kV」라 한다)가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 200∼1000kV이다. 이 범위에 있으면, 수지와 탄소 재료로 이루어지는 그 예비 성형체 표면을 균질하게 그래프트화할 수 있다.

방사선 조사 선량은 목적으로 하는 친수 성능 및 조사에 의해 생기는 기체(基體)의 물성 저하를 고려하여, 적절히 결정된다. 통상 20∼1000킬로그레이(이하「kGy」라 한다) 정도가 적당하다. 바람직하게는 100∼800kGy이다. 조사 선량이 20kGy 미만에서는, 사용하는 단량체의 종류에 따라서는, 충분한 그래프트 중합이 일어나지 않을 경우가 있다. 또한 1000kGy를 초과하면, 기체의 물성 저하가 일어난다.

방사선 조사는 소정의 선량을 한 번에 조사해도, 2회 이상 복수로 나누어 조사해도 좋다. 한 번에 조사할 경우라도, 2회 이상 복수로 나누어 조사할 경우라도, 1회의 선량은 20∼400kGy가 바람직하다. 1회의 조사 선량이 너무 높으면, 예비 성형체나 그래프트 처리액이 고온으로 되어 열열화의 우려가 있다. 방사선을 조사할 때의 분위기는 공기중 또는 질소 등 불활성 가스 분위기의 어느 것도 좋지 만, 질소 분위기하에서 처리하는 것이 바람직하다.

연료 전지 세퍼레이터에서, 안팎 양면의 가스 유로 모두 그래프트화를 행할 경우에는, 통상 한 면씩 방사선 조사를 행하지만, 방사선이 이면까지 도달하여, 안팎 모두 희망하는 친수성이 얻어질 경우에는, 한 면으로만 조사해도 좋다.

또한 방사선을 조사한 후, 그래프트화 처리를 보다 촉진하여, 친수성을 높이기 위해서, 가열 처리를 행해도 좋다. 이 가열 조건으로서는, 40∼120℃에서 1∼120분인 것이 바람직하다. 그래프트화가 어려운 예비 성형체나 중합이 느린 단량체를 사용할 경우에는, 가열 온도를 높게 하고, 시간을 길게 설정하는 것이 바람직하다. 가열 방법으로서는, 특별히 한정되지 않고, 공정, 설비에 맞는 방법을 적절히 선택하여 행한다.

또한, 그래프트화 처리후의 예비 성형체에, 화학적 처리를 행할 수도 있다. 이 처리에 의해 친수성을 더 높일 수도 있다. 이러한 화학 처리로서는, 황산 등의 산 처리, 탄산수소나트륨수 등의 알칼리 처리를 들 수 있다.

또한 필요에 따라 상기 그래프트화 처리의 공정 2 및 공정 3을 복수회 반복해도 좋다.

(공정 4)

상술의 공정 2 및 공정 3에서 방사선 조사되어 얻어지는 연료 전지용 세퍼레이터는 물 또는 용제로 세정을 행한다. 세정은 세퍼레이터 재질, 그래프트 폴리머의 종류에 맞는 방법을 적절히 선택하여 행한다.

예를 들면, 우선, 과잉의 그래프트 처리액, 흡착 폴리머를 제거하기 위해서, 이온교환수 등으로 세정을 행한다. 이 경우의 조건은 예를 들면 30∼60℃에서 5∼30분 정도이고, 필요에 따라 이 조건에서 복수회 세정을 행한다. 또한 흡착한 폴리머 등을 완전히 제거하기 위해서, 온수로 세정을 더 행하는 것이 바람직하다. 이 경우의 조건은 예를 들면 60∼100℃에서, 30∼120분 정도이고, 필요에 따라 이 조건에서 복수회를 행한다.

공정 4는 미반응의 라디칼 중합성 단량체, 희석 용매, 흡착 폴리머 등이 연료 전지 운전 중에 용출하는 것을 방지하여, 연료 전지의 발전 특성에 악영향을 주지 않도록 하는 것이다.

공정 4의 세정 공정은 연료 전지 세퍼레이터로서 필요한 품질을 유지하기 위해서는, 필수 공정이다.

그 후, 건조를 행함으로써, 표면이 친수화된 연료 전지 세퍼레이터 성형품을 얻을 수 있다. 건조 방법으로서는, 열풍 건조기, 진공 건조기, 적외선 건조기 등의 기구를 사용하여 건조하는 방법을 들 수 있다. 완전 건조가 필요치 않을 경우에는, 실온 정치로 건조를 행한다. 건조 조건으로서는, 예를 들면 20∼100℃에서, 30∼120분 정도이다. 통상 1회이지만, 필요에 따라 건조를 복수회 행해도 좋다. 또한 이 경우, 에어 블로우 등에 의해 물방울을 제거한 후, 건조시키는 것이 바람직하다.

상기 공정 1, 공정 2, 공정 3 및 공정 4를 실시함으로써, 본 발명에 사용하는 연료 전지 세퍼레이터가 얻어진다.

이러한 연료 전지용 세퍼레이터는 표면, 특히 그 홈부에는, 방사선 조사에 의해 그래프트 중합된 친수성 폴리머층이 형성되어 있다. 이 폴리머층은 그 세퍼레이터에 화학적으로 결합되어 있는 것이며, 상온 정치 보관하에서는 친수성은 거의 변화하지 않는다. 또한, 자비(煮沸) 시험 등의 평가에서도 장기간 성능이 유지되어 있고, 단순한 흡착 등에 의한 도막에서는 없는 것이 확인되어 있다. 또한, 실제의 연료 전지의 운전 전후에도 친수성의 변화없이, 뛰어난 내구성을 유지하고 있다. 더하여, 그 세퍼레이터에 필수인 높은 도전성도 유지되어 있다.

본 발명의 표면이 친수화된 연료 전지 세퍼레이터는 가스 확산막(GDL)을 거쳐 접합한 단일 셀을 복수개 조합시킴으로써 연료 전지 스택에 사용된다. 이러한 연료 전지로서는, 고체 고분자형 연료 전지, 인산형 연료 전지 등을 들 수 있다.

다음으로, 제조예, 실시예 및 비교예를 나타내어, 본 발명을 구체적으로 설명한다. 이들 예 중의 부 및 %는 중량부, 중량%를 나타낸다.

[본 발명에서 사용하는 기체가 되는 <열경화 수지 성형 재료>의 제조]

(제조예 1) (열경화성 도전성 성형 재료의 제조)

교반 용량 2L의 니더에, 탄소 분말(평균 입경 250마이크론) 1235g, 비스페놀A형 비닐에스테르 수지 315g, t-부틸퍼옥시이소프로필카르보네이트 3.2g, 폴리에틸렌 분말(저수축화제) 4.8g, 폴리메타크릴산메틸 분말(증점제) 43.2g를 장입하여, 실온에서 교반 혼합시켰다.

그 후, 가스 배리어성의 다층 필름제의 봉지에 취출하여, 봉했다. 이 봉지를 45℃의 저장고에서 24시간 정치한 후, 취출하여, 실온에서 방랭했다. 얻어진 성형 재료를 열경화 수지 성형 재료 C-1이라 한다.

(제조예 2) 본 발명에서 사용하는 기체의 <연료 전지용 세퍼레이터 형상 성형품의 제조>

제조예 1에서 얻어진 열경화 수지 성형 재료 C-1을, 성형품에 맞추어, 형상을 정하고, 절단하여, 중량 조정하여, 연료 전지용 세퍼레이터 형상 금형에 차징(charging)했다. 압축 성형기로, 면압 33MPa, 상형(上型) 140℃, 하형(下型) 150℃, 성형 시간 5분의 조건에서 성형하고, 23cm각(角), 두께 2.8mm, 전극부 유로 홈 폭 1mm, 깊이 0.8mm의 연료 전지용 세퍼레이터 형상 성형품을 제조했다. 그 후, 불필요 부분을 절단 등 가공했다. 이것을 성형품 F-1이라 한다.

(제조예 4) 본 발명에서 사용하는 <그래프트 처리액의 제조>

N-비닐카프로락탐(ISP재팬제, 상품명 V-CAP/RC) 40g, 에탄올 60g를 실온에서 교반 혼합하여, 담황색 용액을 얻었다. 모노머 농도는 40%이었다. 이것을 그래프트 처리액 G-1이라 한다.

(제조예 5) 본 발명에서 사용하는 <그래프트 처리액의 제조>

글리세롤모노메타크릴레이트(니혼유시제, 상품명 블렌머 GLM) 40g, 에탄올 60g를 실온에서 교반 혼합하여, 담황색 용액을 얻었다. 모노머 농도는 40%이었다. 이것을 그래프트 처리액 G-2라 한다.

≪실시예 1≫

제조예 2에서 얻어진 성형품 F-1을 블라스트 장치로, 전극부(홈부)를 블라스트 처리함으로써 전처리를 행했다. 이 성형품에, 질소 가스 블로우 처리한 그래프 트 처리액 G-1을 대기하, 전극부 유로 홈에 균일하게 도포하고, 실온하 약 10분간 건조시켰다. 그 후, 가속 전압 300kV, 조사 선량 200kGy, 질소 분위기 중에서, 실온하에서 전자선을 조사했다. 미반응 성분을 제거하기 위해서, 실온의 이온교환수로 두 번 세정한 후, 95℃의 이온교환수로 온수 세정을 3시간 더 행했다. 마지막으로 실온의 이온교환수로 세정한 후, 실온에서 24시간 건조시켰다. 이와 같이 하여 연료 전지용 세퍼레이터 H-1을 얻었다. 이 세퍼레이터에 대하여 전극부 유로 홈의 물과의 젖음성, 도전성 및, 내열수성, 연료 전지의 운전 특성에 대한 평가를 행했다. 그 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

≪실시예 2≫

그래프트 처리액 G-1 대신에 그래프트 처리액 G-2를 사용한 이외는, 실시예 1과 동일한 조작을 행했다. 이와 같이 하여 연료 전지용 세퍼레이터 H-2를 얻었다. 이 세퍼레이터에 대해서도, 실시예 1과 동일하게, 전극부 유로 홈의 물과의 젖음성, 도전성, 내열수성 및 연료 전지의 운전 특성에 대한 평가를 행했다. 그 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

≪실시예 3≫

블라스트 처리 대신에, UV 오존 처리 장치로 30분 표면 처리를 행한 이외는, 실시예 1과 동일한 조작을 행했다. 이와 같이 하여 연료 전지용 세퍼레이터 H-3을 얻었다. 이 세퍼레이터에 대해서도, 실시예 1과 동일하게, 전극부 유로 홈의 물과의 젖음성, 도전성, 내열수성 및 연료 전지의 운전 특성에 대한 평가를 행했다. 그 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

≪비교예 1≫

제조예 3에서 얻어진 성형품 F-1을 블라스트 장치로, 전극부(홈부)를 블라스트 처리함으로써 전처리를 행했다. 그 후, 그래프트 처리는 행하지 않고, 실시예 1과 동일한 조작을 행했다. 이와 같이 하여 연료 전지용 세퍼레이터 S-1을 얻었다. 이 세퍼레이터에 대해서도, 실시예 1과 동일하게 외관 평가, 물과의 젖음성, 도전성 및 내열수성 평가를 행했다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

≪비교예 2≫

제조예 3에서 얻어진 성형품 F-1을 블라스트 장치로, 전극부(홈부)를 블라스트 처리함으로써 전처리를 행했다. 그 후, 그래프트 처리는 행하지 않고, UV 오존 처리 장치로 30분 표면 개질 처리를 행했다. 그 후, 실시예 1과 동일하게 세정, 건조를 행했다. 이와 같이 하여 연료 전지용 세퍼레이터 S-2를 얻었다. 이 세퍼레이터에 대해서도 실시예 1과 동일하게 외관 평가, 물과의 젖음성, 도전성 및 내열수성 평가를 행했다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

≪비교예 3≫

실시예 1에서 블라스트 처리를 행하지 않는 이외는, 실시예 1과 동일한 조작을 행했다. 이와 같이 하여 연료 전지용 세퍼레이터 S-3을 얻었다. 이 세퍼레이터에 대해서도, 실시예 1과 동일하게, 전극부 유로 홈의 물과의 젖음성, 도전성, 내열수성 및 연료 전지의 운전 특성에 대한 평가를 행했다. 그 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

≪비교예 4≫

실시예 1의 이온교환수에 의한 세정을 행하지 않는 이외는, 실시예 1과 동일한 조작을 행했다.

전자선을 조사한 후에는, 80℃에서 1시간 건조시켜, 연료 전지용 세퍼레이터 S-4를 얻었다. 이 세퍼레이터에 대해서도, 실시예 1과 동일하게, 전극부 유로 홈의 물과의 젖음성, 도전성, 내열수성 및 연료 전지의 운전 특성에 대한 평가를 행했다. 그 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

본 발명에서 사용한 측정 방법 및 평가 기준을 이하에 기술한다.

[성형품의 친수성 평가]

상기 실시예에서 얻어진 성형품을 시료로 하여, 교와가이멘가가쿠제 CA-Z형을 사용하여, 성형품 홈의 볼록부 접촉각을, 이온교환수를 사용한 액적법으로 측정했다. 측정값으로서는, 8회 측정하여 얻어진 값의 평균값을 사용했다. 측정 분위기는 22℃, 습도 60%이었다.

또 접촉각의 값으로서는, 50도 이하인 것이 성능상 바람직하다.

[성형품의 배수성 평가]

상기 실시예에서 얻어진 성형품을 시료로 하여, 이 시료만을 사용한 간이 방법에 의해 배수성을 평가했다.

시료를 수평한 엔진 벤치에 두고, 전극 유로 홈에 주사기 및 주사침을 사용하여 이온교환수를 한 방울(0.025g), 홈 위 5mm의 높이에서 적하한다. 측정값으로서, 10초후에 홈 내로 전개한 길이를 측정하고, 6회 측정하여 얻어진 값의 평균값을 사용했다. 측정 분위기는 22℃, 습도 60%이었다.

이 때, 홈 내부가 친수성으로 물과의 젖음성이 뛰어날 경우에는, 신속하게 물이 전개한다. 그 때의 배수성의 기준은 20mm 이상이면 젖음성이 뛰어나다고 판단된다. 또한 10mm 이하이면 홈부가 물과의 젖음성이 떨어진다고 판단된다. 이 경우에는, 물은 적하한 직후 그대로의 상태를 유지한다.

물방울이 신속하게 홈 내로 전개할 경우에는, 홈을 막히게 하지 않아 안정된 배수성을 기대할 수 있다. 한편, 물방울이 신속하게 홈 내로 전개하지 않을 경우에는, 홈을 막히게 하여, 연료 가스 등의 공급 및 물의 배출이 불안정해져 발전 특성에 악영향을 줄 가능성이 높아진다.

[성형품의 도전성 평가]

상기 실시예에서 얻어진 성형품을 시료로 하여, 전극부(홈, 유로부)의 접촉 저항을 측정함으로써 도전성을 평가했다.

구체적으로는, 시료의 전극부와 동일한 치수(14.5cm각(角))의 금(金)도금 전극 2매와, 동일 치수의 카본 페이퍼(두께 0.4mm)를 준비하고, 성형품의 전극부를 동일 카본 페이퍼 및 전극에 끼우고, 유압 프레스로 1MPa의 압력하, 10mA의 교류를 인가한다. 이 때의 전극간의 전압 강하 ΔV(μV)를 측정하여, 도전성의 지표로 한다. 측정값으로서 측정 3회의 평균값을 사용했다. 전압 강하 ΔV가 낮은 값을 나타낼수록, 도전성이 뛰어나, 접촉 저항이 낮다고 판단할 수 있다. 동일 조건에서 측정함으로써 상대 비교할 수 있다.

이 값은 그래프트 처리를 하지 않은 비교예 1의 성형품의 ΔV값과 동등한 것이 바람직하다.

[성형품의 내열수성 평가]

상기 실시예에서 얻어진 성형품을 시료로 하여, 시료의 전극부(홈, 유로부)만을 25mm×50mm의 사이즈로 절단하여 시편을 제작했다. 이 시료를 이온교환수를 넣은 불소 수지 용기에 넣어 봉하고, 이 용기를 95℃의 건조기에 넣어, 500시간 자비를 행했다. 그 후, 실온까지 서랭하여 시편을 취출했다. 그 때의 외관을 육안으로 평가한다. 그 때의 평가 기준을 이하에 나타낸다.

양호 : 성형품 양면의 홈 모두 양호하게 형상이 유지되어 있음

불량 : 성형품 표면의 홈 일부가 붕괴되어 있음

[내열수 시험후의 성형품의 배수성 평가]

상기 내열수성 시험후의 시편에 대하여, 상기 배수성 평가를 행했다. 또 시편은 취출한 후, 실온에서 24시간 정치하여 건조시켰다.

[고체 고분자형 연료 전지의 제작과 발전 성능 시험]

실시예 및 비교예에서 얻어진 세퍼레이터에 고체 고분자 전해질막과 가스 확산 전극을 조합하여 단일 셀의 고체 고분자형 연료 전지를 구성했다. 셀 온도 80℃, 가습 가스의 노점 온도 80℃, 수소 가스 이용률 40%, 공기 이용률 70%, 전류 밀도 0.2A/cm²로 발전시켰다. 24시간 경과후, 그 후 1시간의 전압 측정을 행하여, 평균 전압과, 전압값 변동의 표준 편차를 산출했다.

또 전압은 높게 안정되어 있는 쪽이 바람직하다. 또 전극 유로의 폐색은 전압값의 변동과 저하를 초래한다.

표 1에 기재된 결과로부터 명확해지는 바와 같이, 실시예 1에서 얻어진 연료 전지용 세퍼레이터는 도전성이 양호하고, 고품질이며, 또한 홈(유로)부가 물과의 젖음성이 뛰어나고, 또한 내열수성도 양호하다. 배수성이 뛰어난 고성능의 연료 전지용 세퍼레이터를 제공할 수 있다.

또한 고체 고분자형 연료 전지의 단일 셀에서의 발전 시험에 있어서도, 전압의 진동이 적어 출력(전압)이 안정되어 있었다.

실시예 2 및 3에서 얻어진 연료 전지용 세퍼레이터도 도전성이 양호하고, 고품질이며, 또한 홈(유로)부가 물과의 젖음성이 뛰어나고, 또한 내열수성도 양호하다. 배수성이 뛰어난 고성능의 연료 전지용 세퍼레이터를 제공할 수 있다. 동일하게 고체 고분자형 연료 전지의 단일 셀에서의 발전 시험에 있어서도, 전압의 진동이 적고 출력(전압)이 안정되어 있었다.

한편, 비교예 1에서 얻어진 연료 전지용 세퍼레이터는 그래프트 처리를 행하지 않기 때문에, 도전성이 뛰어나지만, 물과의 젖음성이 나쁘다. 따라서 이 세퍼레이터를 사용하여 고체 고분자형 연료 전지의 단일 셀에 짜넣어, 동일한 조건에서 발전시켰을 경우, 전압의 진동이 크고, 출력(전압)이 불안정하였다.

비교예 2에서 얻어진 연료 전지용 세퍼레이터는 도전성이 뛰어나고, 물과의 젖음성도 좋지만, 동일한 조건에서 발전시켰을 경우, 출력(전압)이 불안정하였다. 연료 전지를 분해한 후, 이 세퍼레이터의 배수성을 평가해보았더니, 물이 전개하는 거리가 10mm로 저하되어 있었다. 친수성이 지속되지 않는 것이 판명되었다.

비교예 3에서 얻어진 연료 전지용 세퍼레이터는 물과의 젖음성이 조금 떨어 지고, 동일한 조건에서 발전시켰을 경우, 출력(전압)이 불안정하였다.

비교예 4에서 얻어진 연료 전지용 세퍼레이터는 물과의 젖음성도 좋지만, 동일한 조건에서 발전시켰을 경우, 출력(전압)이 서서히 0.7V에서 0.58V까지 저하하고, 출력도 불안정하였다.

[표 1]

본 발명에서 얻어지는 연료 전지 세퍼레이터는 기계 강도, 도전성 등의 재료 물성을 손상시키지 않고, 표면이 친수화되어 있기 때문에, 물의 배출성이 뛰어난 것이다. 또한, 친수성이 필요한 부위에만 그래프트 중합에 의해 친수성을 부여할 수 있기 때문에, 바람직한 제품을 제공할 수 있다. 즉, 홈 내부에만, 친수성기를 갖는 라디칼 중합성 단량체를 도포하고, 방사선 조사하는 등의 공정을 거침으로써, 그 홈 내부에 발생한 물과의 높은 젖음성을 갖는 것이며, 물이 체류하지 않고, 유동하여 배출할 수 있는 것이다. 이에 의해, 이러한 세퍼레이터에서는, 과잉의 물에 의해 연료 가스의 공급이 방해받는 경우가 없으므로, 이 세퍼레이터를 짜넣은 연료 전지 스택은 기전력이 안정되어, 장기간에 걸쳐 안정적인 발전이 가능해진다.

Claims

열경화성 수지 또는 열가소성 수지와 탄소 재료로 구성되는 예비 성형체의 적어도 일부에 친수성이 부여된 연료 전지용 세퍼레이터를 제조하는 방법으로서, 적어도 공정 1, 공정 2, 공정 3 및 공정 4, 또는 공정 1, 공정 3, 공정 2 및 공정 4를 순차 실시하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 세퍼레이터의 제조 방법,

(1) 상기 예비 성형체에, 친수성기 및/또는 친수성기로 변환할 수 있는 관능기를 갖는 라디칼 중합성 단량체액과의 친화성을 높이는 처리를 행하는 공정 1, (2) 상기 처리면에, 상기 친수성기 및/또는 친수성기로 변환할 수 있는 관능기를 갖는 라디칼 중합성 단량체액을 도포하는 공정 2, (3) 상기 처리면에 방사선을 조사하는 공정 3, (4) 상기 공정 1, 공정 2 및 공정 3을 거쳐 얻어지는 연료 전지용 세퍼레이터를 세정하는 공정 4.
제1항에 있어서,

상기 공정 1, 공정 2, 공정 3 및 공정 4를 순차 실시하는 연료 전지용 세퍼레이터의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 친수성기 또는 친수성기로 변환할 수 있는 관능기가 카르복시기, 락탐환, 술폰산기, 수산기, 실릴기, 에폭시기, 인산기, N,N-디알킬아미노기 및 N-알킬 아미드기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 관능기인 연료 전지용 세퍼레이터의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 친수성기 또는 친수성기로 변환할 수 있는 관능기가 수산기, 락탐환, 실릴기 및 에폭시기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 관능기인 연료 전지용 세퍼레이터의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 공정 1의 친화성을 높이는 처리가 블라스트 처리 및/또는 자외선 조사 처리인 연료 전지용 세퍼레이터의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 공정 4가 온수로 세정하는 공정을 포함하는 연료 전지용 세퍼레이터의 제조 방법.
고체 고분자 전해질막, 가스 확산 전극, 및 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 연료 전지용 세퍼레이터를 구비하는 고체 고분자형 연료 전지.