WO2002035629A1

WO2002035629A1 - Separateur d'element a combustible et procede

Info

Publication number: WO2002035629A1
Application number: PCT/JP2000/007361
Authority: WO
Inventors: Kazuhiko Otawa; Tsunemori Yoshida; Katsunori Sugita
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co., Ltd.
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2002-05-02
Also published as: CA2395413C; US7029783B1; CA2395413A1; JP4131663B2; EP1253657A1; EP1253657A4; JPWO2002035629A1

Description

明細書燃料電池用セパレータ及びその製造方法技術分野

本発明は、主として電気自動車用電池として用いられる燃料電池用セパレータ及びその製造方法に関する。詳しくは、イオン交換膜からなる電解質膜を両側からアノード（陽極）及び力ソード（陰極）で挟んでサンドイッチ構造としたガス拡散電極をさらにそれの外部両側から挟むとともに、ァノード及び力ソードとの間に、燃料ガス流路、酸化ガス流路及び冷却水流路を形成して燃料電池の構成単位である単セルを構成するように用いられる固体高分子型ゃリン酸型の燃料電池用セパレータ及ぴその製造方法に関する。

背景技術

燃料電池は、ァノードに水素を含有する燃料ガスを供給し、力ソードに酸素を含有する酸化ガスを供給することにより、アノード側及びカソード側において、

H 2 H ' + 2 e ( 1 )

2

( 1 / 2 ) Oり -I- 2 H ' + 2 e ( 2 )

^H 2 °

なる式の電気化学反応を示し、電池全体としては、

H ₉ + ( l / 2 ) O ₂ → H O … ( 3 ) なる式の電気化学反応が進行し、このような燃料が有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換することで、所定の電池性能を発揮するものである。上記のようなエネルギー変換を生じる固体高分子型ゃリン酸型の燃料電池用セパレータにおいては、ガス不透過性の他に、エネルギー変換効率をよくする上で導電性に優れた材料から形成することが要求され、この要求に適った材料として、導電性樹脂を使用することが従来から知られている。この導電性樹脂は、黒鉛（カーボン）粉末をフエノール樹脂等の熱硬化性樹脂で結合してなる複合体、通称、ボンドカーボン (樹脂結合質カーボン）コンパウンドであり、このボンド力一ボンコンパゥンドを金型に充填して、セパレータ成形体の少なくとも片面に燃料ガス流路、酸化ガス流路または冷却水流路形成用のリブ部が一体形成されるように所定形状に樹脂成形することにより燃料電池用セパレータを製造する技術が従来より採用されている。

上記の如きボンドカーボンコンパウンドを用いて所定形状に樹脂成形される燃料電池用セパレータにおいては、樹脂成形時の加熱によって熱硬化性樹脂が軟化する際、その熱硬化性樹脂の一部が表層側に滲み出してセパレータ成形体の表面に薄膜の樹脂層が形成される。この薄膜の樹脂層は製品（セパレータ）における電極との接触面となる流路形成用リブ部の表面にも当然に形成される。

このようにセパレータ成形体の表面に形成される薄膜の榭脂層は電気絶縁層であって、導電性を有しないために、セパレータ全体としての導電性が低下し固有抵抗が大きくなるだけでなく、リブ部の表面に形成される薄膜の樹脂層の存在により電極との接触抵抗も増大する。この薄膜の樹脂層の形成に起因して増大するリブ部表面の電極との接触抵抗は同じく薄膜の樹脂層の形成に起因して増大するセパレータ全体の固有抵抗よりも一桁大きく、固有抵抗と接触抵抗の和からなる燃料電池の内部抵抗への影響度としては、接触抵抗の増大の方が遥かに大きい。したがって、燃料電池の性能及び効率を良くするためには、リブ部表面の電極との接触抵抗をできるだけ小さくすることが要求される。

このような要求に応える手段として、従来、例えば特開平

1 1 - 2 0 4 1 2 0号公報等に開示されているように、リブ部の表面を研磨除去して薄膜の樹脂層を物理的に取り除く手段や、特開平 1 1 — 2 9 7 3 3 8号公報に開示されているように、セパレータを、例えば塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸等より選ばれた 1種類あるいは 2種類以上を混合した強い酸性溶液に浸漬して表面を酸処理することにより、リブ部表面の表面粗さを、 R a = 0 . 1 μ πι〜 1 0 μ πιに調整して接触抵抗を小さくする手段が提案されている。

しかしな.がら、これら従来より提案されている手段のうち前者手段、すなわち、リブ部表面の研磨除去による物理的な樹脂層取除き手段の場合は、薄膜の樹脂層のみを取り除くことが技術的に非常に困難で、導電性に寄与する黒鉛粒子も一緒に取り除いてリブ部表面の黒鉛粒子量を減少しやすく、その結果、電極との接触面の黒鉛密度が小さくなる.ために、接触抵抗を十分に小さくすることができない。

また、後者手段、すなわち、セパレータを酸性溶液に浸漬して表面を酸処理する手段の場合は、表面粗さを上述した特定の範囲に調整しない限り、かえって接触抵抗が増大する傾向にあるために、処理作業自体に非常に高度な技術及び多大な手間を要し、セパレータの製造効率、製造コストの面で好ましくないだけでなく、酸処理時に酸性溶液が黒鉛粒子と反応して、酸化黒鉛を形成して自由電子を低減させる等により黒鉛粒子本来の導電性を損ないやすいこと、および、フユノール樹脂自体が耐酸性であり、効率よく侵食されないために、セパレ一タ全体の固有抵抗が増大するのみならず、電極との接触抵抗も十分に低下させることができないという問題があつた。

発明の開示

本発明は上記のような先行技術の背景に鑑みてなされたもので、導電性に寄与する黒鉛粒子を取り除いたり、黒鉛粒子本来の導電性を損なったりすることなく、表面の樹脂層のみを効率的に除去するとともに、電極との馴染み性も向上させて接触抵抗を著しく低下させることができる燃料電池用セパレータ及ぴその製造方法を提供することを目的とするものである。

本第 1発明に係る燃料電池用セパレータは、黒鉛粉末を熱硬化性樹脂で結合してなる複合体からなり、樹脂成形法により少なくとも片面には燃料ガス流路、酸化ガス流路または冷却水流路を形成するリブ部が形成されている燃料電池用セパレータであって、電極との接触面となる上記流路形成用リブ部の表面をアル力リ溶液でエッチングもしくはアル力リ処理して表面樹脂層を除去することにより、リプ部表面に黒鉛粒子を露出させていることを特徴とし、また、本第 2発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、黒鉛粉末を熱硬化性樹脂で結合してなる複合体を成形して、少なくとも片面には燃料ガス流路、酸化ガス流路または冷却水流路を形成するリプ部が形成されている燃料電池用セパレータを製造する方法であって、複合体コンパウンドを金型に充填して上記リブ部を含めて所定形状の燃料電池用セパレータを樹脂成形するェ程と、その樹脂成形されたセパレータの電極との接触面となる上記流路形成用リプ部の表面樹脂層をアル力リ溶液によるエッチングもしくはアルカリ溶液への浸漬処理により除去することによりリブ部表面に黒鉛粒子を露出させる工程とを、備えていることを特徴とするものである。

このような構成要件を有する本第 1発明及び本第 2発明によれば、樹脂成形時に熱硬化性樹脂の一部が滲み出してリブ部の表面に形成される薄膜の樹脂層をアルカリ溶液によるェツチングもしくはアル力リ溶液への浸漬といったアル力リ処理により選択的に除去するので、従来提案の研磨除去手段に比べて、導電性に寄与する黒鉛粒子量を減少させることなく、リプ部表面の黒鉛粒子密度を大きく保ちつつ、樹脂層のみを効率的かつ確実に取り除くことができる。また、従来提案の酸処理手段に比べて、処理溶液が黒鉛粒子と反応して酸化黒鉛となり、その反応に黒鉛中の自由電子が参加することに起因する黒鉛粒子本来の導電性を損なうことなく、黒鉛粒子本来の導電性を良好に保ちつつ、表面樹脂層を除去してリブ部表面に黒鉛粒子を露出させることができる。したがって、セパレータ全体の固有抵抗はもとより、燃料電池の内部抵抗への影響度が非常に大きい電極との接触抵抗を著しく低下させることができる。しかも、薄膜の樹脂層の取り除きによってリブ部表面に軟質の黒鉛粒子が露出することで、電極との馴染み性を向上させることができ、かつ、この馴染み性の向上に伴い電極との接触により黒鉛粒子が変形しやすくなり、黒鉛粒子間の樹脂欠如部が埋められるために、電極との接触面積も大きくすることができ、これら電極との馴染み性の向上及び接触面積の増大によって接触抵抗を更に低下させることができる。

加えて、電極との馴染み性の向上によって、電極面と接触面との間のガス不透過性（シール性）の向上も図ることができるという効果を奏する。

本第 1発明に係る燃料電池用セパレータ及び本第 2発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法において、複合体の一方の組成であって、流動性、成形性及び強度に大きく関与する熱硬化性樹脂の組成割合を 1 0〜 4 0重量％、好ましくは、 1 3〜 3 0重量％の範囲に設定する一方、複合体の他方の組成であって、接触抵抗に大きく関与する黒鉛粉末として平均粒径力 1 5〜； L 2 5 m、好ましくは、 4 0〜： L 0 0 の範囲に設定することによって、成形材料である複合体の伸び、流動性をよくして成形性を優れたものとできるとともに、振動等によって割れ等の損傷を受けないだけの十分な強度を確保しながら、電極との接触抵抗値を低くして燃料電池の性能及び効率を向上することが可能である。

また、本第 1発明に係る燃料電池用セパレータ及び本第 2 発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法において、アルカリ処理によってリブ部の表面に黒鉛粒子を板状の形態を呈するように露出させることにより、リブ部表面と電極との接触面積を拡大することができ、接触抵抗のより一層の低下を図ることができる。

なお、本第 1発明及ぴ本第 2発明で用いられる熱硬化性樹月旨としては、黒鉛粉末との濡れ性に優れたフエノール樹脂が最適であるが、それ以外に、ポリカルポジイミド樹脂、ェポキシ樹脂、フルフリルアルコール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂などのように、加熱時に熱硬化反応を起こし、燃料電池の運転温度及び供給ガス成分に対して安定なものであればよい。

また、本第 1発明及び本第 2発明で用いられる黒鉛粉末としては、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、キッシュ黒鉛、膨張黒鉛等いかなる種類のものであってもよく、コストなどの条件を考慮して任意に選択使用することができる。特に、膨張黒鉛を用いる場合には、該黒鉛が加熱により体積膨張することで層構造を形成したものであり、成形面圧を加えることによってそれら層が互いに絡み合って強固に結合させることが可能であるために、熱硬化性樹脂の割合を少なくする複合体において有効である。

さらに、本第 1発明及び本第 2発明で用いられるアルカリ溶液としては、例えば、水酸化カリウムや水酸化ナトリウム等の水酸化物の水溶液またはこれらにフエリシアン化力リゥム等の添加物を加えたものが使用され、このアル力リ溶液により電極との接触面となる流路形成用リブ部の表面をエッチングする、もしくは、浸漬処理することで、リブ部の表面に黒鉛粒子を露出させる。図面の簡単な説明

F i g . 1 は本発明のセパレータを備えた固体高分子型の燃料電池を構成するスタック構造の構成を示す分解斜視図、 F i g . 2 は同固体高分子型燃料電池におけるセパレータの外観正面図、 F i g . 3 は同固体高分子型燃料電池の構成単位である単セルの構成を示す要部の拡大断面図、 F i g . 4 Aは本発明のセパレータの製造工程の説明囱、 F i g . 4 B はその製造の様子を説明する説明図、 F i g . 5 は本発明の試験例で使用した試験片の説明図、 F i g . 6 A, Bは樹脂成形された試験片におけるリブ部の処理前の表面状態を電子顕微鏡により 1 0 0倍及び 5 0 0倍に拡大して示す図面代用真、 F i g . 7 A , Βは実施例 1 によるリブ部の処理後の表面状態を電子顕微鏡により 1 0 0倍及び 5 0 0倍に拡大して示す図面代用写真、 F i g . 8 A， Bは比較例 1 によるリブ部の処理後の表面状態を電子顕微鏡により 1 0 0倍及ぴ 5 0 0倍に拡大して示す図面代用写真、 F i g . 9 A， Bは比較例 2によるリブ部の処理後の表面状態を電子顕微鏡により 1 0 0倍及ぴ 5 0 0倍に拡大して示す図面代用写真、 F i g . 1 0 A， Bは比較例 3 によるリブ部の処理後の表面状態を電子顕微鏡により 1 0 0倍及び 5 0 0倍に拡大して示す図面代用写真、 F i g . 1 1 A, Bは比較例 4によるリブ部の処理後の表面状態を電子顕微鏡により 1 0 0倍及び 5 0 0倍に拡大して示す図面代用写真、 F i g . 1 2 A , Bは比較例 5 によるリブ部の処理後の表面状態を電子顕微鏡により 1 0 0倍及び 5 0 0倍に拡大して示す図面代用写真、 F i g . 1 3 は実施例 1 〜比較例 5の試験片に対する接触抵抗の測定要領の説明図である。発明を実施するための最良の形態以下、実施例について説明する。 F i g . 1 は本発明のセパレー'タを備えた固体高分—子型燃料電池を構成するスタック構造の構成を示している。

この固体高分子型燃料電池 2 0 は、例えばフッ素系樹脂より形成されたイオン交換膜である電解質膜 1 と、炭素繊維糸で織成したカーボンクロスやカーボンペーパーあるいはカーボンフェルトにより形成され、上記電解質膜 1 を両側から挟みサンドイッチ構造をなすガス拡散電極となるアノード 2及ぴカソード 3 と、そのサンドイッチ構造をさらに両側から挟むセパレータ 4， 4 とから構成される単セル 5 の複数組を積層し、その両端に図示省略した集電板を配置したスタック構造から構成されている。

上記セパレータ 4は、 F i g . 2に明示するように、その周辺部に、水素を含有する燃料ガス孔 6 , 7 と酸素を含有する酸化ガス孔 8 , 9 と冷却水孔 1 0 とが形成されており、上記単セル 5 の複数組を積層した時、各セパレータ 4の各孔 6 , 7、 8， 9、 1 0がそれぞれ燃料電池 2 0内部をその長手方向に貫通して燃料ガス供給マ二ホールド、燃料ガス排出マユホールド、酸化ガス供給マ二ホールド、酸化ガス排出マ -ホ一ルド、冷却水路を形成するようになされている。

また、上記セパレータ 4 の表面には、所定形状のリブ部 1 1 がー体形成されており、 F i g . 3 に示すように、そのリブ部 1 1 とアノード 2の表面との間には燃料ガス流路 1 2が形成されているとともに、リブ部 1 1 と力ソード 3 の表面との間には酸化ガス流路 1 3が形成されている。

上記構成の固体高分子型燃料電池 2 0においては、外部に設けられた燃料ガス供給装置から燃料電池 2 0 に対して供給された水素を含有する燃料ガスが上記燃料ガス供給マ二ホールドを経由して各単セル 5 の燃料ガス流路 1 2 に供給されて各単セル 5 のァソード 2側において既述（ 1 ) 式で示したとおりの電気化学反応を呈し、その反応後の燃料ガスは各単セル 5 の燃料ガス流路 1 2 から上記燃料ガス排出マ二ホールドを経由して外部に排出される。同時に、外部に設けられた酸化ガス供給装置から燃料電池 2 0 に対して供給された酸素を含有する酸化ガス（空気）が上記酸化ガス供給マ二ホールドを経由して各単セル 5 の酸化ガス流路 1 3 に供給されて各単セル 5 の力ソード 3側において既述（ 2 ) 式で示したとおりの電気化学反応を呈し、その反応後の酸化ガスは各単セル 5 の酸化ガス流路 1 3 から上記酸化ガス排出マ二ホールドを経由して外部に排出される。

上記（ 1 ) 及び（ 2 ) 式の電気化学反応に伴い、燃料電池 2 0全体としては既述（ 3 ) 式で示した電気化学反応が進行して、燃料が有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換することで、所定の電池性能が発揮される。なお、この燃料電池 2 0は、電解質膜 1 の性質から約 8 0〜 1 0 0 °Cの温度範囲で運転されるために発熱を伴う。そこで、燃料電池 2 0 の運転中は、外部に設けられた冷却水供給装置から該燃料電池 2 0 に対して冷却水を供給し、これを上記冷却水路に循環させることによって、燃料電池 2 0内部の温度上昇を抑制している。

上記のような構成及び動作を有する固体高分子型燃料電池

2 0におけるセパレータ 4の製造方法を、 F i g . 4 A , Β を参照して説明する。このセパレータ 4は、黒鉛粉末 6 0〜 9 0重量％、好ましくは、 7 0〜 8 7重量％、熱硬化性樹脂 1 0〜 4 0重量％、好ましくは、 1 3 〜 3 0重量％の組成割合に設定した複合体（ボンドカーボン）を用いて成形されるものであって、上記黒鉛粉末と熱硬化性樹脂とを均一に混合調整して所定のコンパウンドを作成する（ステップ S 1 0 0 ) 。ついで、このコンパウンドを、上記リブ部 1 1形成用の凹部を含めて所定の成形形状を持つ金型 1 4内に充填する（ステツプ S 1 0 1 ) 。この状態で、金型 1 4 を 1 5 0〜 2 0 0 。(：に加熱し昇温するとともに、図外のプレスを動作させて F i g . 4 B中の矢印 f 方向力ら 1 0〜： L O O M P a、好ましくは、 2 0〜 5 O M P a の範囲の面圧を加えることにより金型 1 4の形状に応じて上記リブ部 1 1 を有する所定形状のセパレータ成形体 4 Aが樹脂成形される（ステップ S 1 0 2 ) 。次に、上記のごとく樹脂成形されたセパレータ成形体 4 A において、燃料電池内に組み込んだ時にガス流路 1 2， 1 3 及び冷却水路を形成するリブ部 1 1 の表面をアル力リ溶液でエッチングもしくはアル力リ処理して表面樹脂層を除去する (ステップ S 1 0 3 ) ことにより、電極との接触面となるリプ部 1 1の表面に黒鉛粒子を露出させて最終製品のセパレータ 4の製造が完成する。

上記のようにして製造されたセパレータ 4においては、導電性に寄与する黒鉛粒子量を減少させることなく、また、処理溶液が黒鉛粒子の内部まで侵食して黒鉛粒子本来の導電性を損なうことなく、黒鉛粒子本来の導電性を良好に保ちつつ、リブ部 1 1 の表面に形成されている薄膜の樹脂層のみを効率的に取り除いて電極との接触面となるリブ部 1 1 の表面に高い密度で黒鉛粒子を露出させることができる。また、リブ部

1 1 の表面に露出する黒鉛粒子は板状で、かつ、軟質であるから、電極との接触面積を大きくするだけでなく、電極との馴染み性にも優れており、このような大きい接触面積での馴染み性の向上により電極と接触するリブ部 1 1表面の黒鉛粒子が変形しやすくなり、その変形によつて黒鉛粒子間の樹脂欠如部が埋められるために、電極との接触面積を更に大きくすることができる。

以上の相乗作用によって、黒鉛粒子による優れた導電性を確保してセパレータ 4全体の固有抵抗を低下できるのはもとより、燃料電池の内部抵抗への影響度が非常に大きい電極との接触抵抗を著しく低下させることができ、加えて、電極との馴染み性が向上したことによって、電極面と接触面との間のガス不透過性（シール性）も向上することができる。

また、流動性、成形性及び強度に大きく関与する熱硬化性樹脂の組成割合を 1 0〜 4 0重量％、好ましくは、 1 3 〜 3 0重量％の範囲に設定する一方、接触抵抗に大きく関与する黒鉛粉末として平均粒径が 1 5〜 1 2 5 m、好ましくは、 4 0〜 1 0 0 μ πιの範囲に設定することによって、成形材料である複合体の伸ぴ、流動性をよくして成形性を優れたものとできるとともに、振動等によって割れ等の損傷を受けないだけの十分な強度を確保することを可能としながら、電極との接触抵抗値を低くして燃料電池の性能及び効率を向上することが可能である。

以下、本発明者が行なった試験例によって本発明を更に詳しく説明する。

試験片；

平均粒径が 1 0 0 μ ιηの天然黒鉛粉末 8 5重量％、フエノール樹脂 1 5重量％の組成割合で作成したボンドカーボンコンパウンドを金型に充填して、 1 6 5 °Cの成形温度下で 1 5 M P a の成形面圧を加えて 2分間加熱処理し、 F i g . 5 に示すように、深さ（ d ) X径（D ) 力 S O . 5 X 1 . 0 0 (m m) のリブ部を 1 0 0個有するように 2 0 mm角に成形した試験片 T Pを使用する。

リブ部表面（電極との接触面）の処理内容；

<実施例 1 >アルカリ溶液によるエッチング

水酸化カリウム（K O H) 2 0 g とフェリシアン化カリゥム { K₃ F e ( C N ) „ } 2 0 g を 8 0 m l の水に溶力して煮沸したアルカリ水溶液に 2 0秒間浸漬させた後、流水で洗い、乾燥させた。

<比較例 1 >研削

研削機により、リブ部の表層部を 0 . 1 mmの厚さで除去した。

<比較例 2 >研削

研削機により、リブ部の表層部を 0. 3 mmの厚さで除去した。

' く比較例 3 >ラップラップ機に 5 / mの研磨材を装着して、リブ部の表面をバフ仕上げした。

<比較例 4 >ハンドラップ

# 2 0 0 0のサンドペーパーを用いたハンドラッピングにより、リブ部の表層部を 0 . 0 1 mmの厚さで除去した。

<比較例 5 >ハンドラップ

# 2 0 0 0のサンドペーパーを用いたハンドラッピングにより、リブ部の表層部を 0 . 0 5 mmの厚さで除去した。試験内容及び結果；

( 1 ) 上記実施例 1及び比較例 1〜 5 のテストピース T P それぞれに関し、リブ部の表面処理前の表面状態と処理後の表面状態とを、電子顕微鏡により 1 0 0倍及び 5 0 0倍に拡大し観察したところ、 F i g . 6 A , B〜.F i g . 1 2 A , Bの図面代用写真に示すような結果が得られた。なお、処理前の表面状態は実施例 1及び比較例 1〜 5 ともに F i g . 6 A , B と全く同一である。

( 2 ) 上記実施例 1及び比較例 1〜 5 のテストピース T P それぞれに関して、接触抵抗を測定する。この接触抵抗の測定には、 F i g . 1 3に示すように、テストピース T Pの表裏両側に配置した一対の電極 5 0， 5 1 間に 1 Aの電流を流すとともに、テストピース T P、一対の電極 5 0 , 5 1 をゴムシ一ト 5 2 , 5 3 で挟んで最大 4 M P a の面圧を加えて電圧計 5 4によりテストピース T Pに印加される電圧を計測することにより、接触抵抗を測定したところ、下記の表 1 に示すような結果が得られた。供試体接触抵抗（m Ω · c m² ) 実施例 1 1

比較例 1 8

比較例 2 8

比較例 3 9

比較例 4 8

比較例 5 8

従来例 1 0

試験結果の考察：

( 1 ) F i g . 6 A , B〜 F i g . 1 2 A , Bの図面代用写真に示す表面状態の観察結果からも明らかなように、リブ部表面をアルカリ溶液でエッチング処理した実施例 1 (本発明に相当する）の場合は、樹脂成形直後にリブ部表面に形成されている薄膜の樹脂層のみが除去されて表面に板状でかつ軟質の黒鉛粒子（K) が確実に露出している一方、リブ部表面を研磨等によつて物理的に除去した比較例 1〜 5の場合は、導電性に寄与する黒鉛粒子までも一緒に削り取られてリブ部表面の黒鉛粒子量が減少しているだけでなく、表面に露出する黒鉛粒子も粒状で面積の小さいものであることが確認された。

( 2 ) 上記のような表面状態の相違からも既に明らかなとおり、実施例 1 の場合は、電極との接触面積が大きくなるとともに、電極との馴染み性も向上し、かつ、その大きい接触面積での馴染み性の向上に伴い電極と接触するリブ部表面の黒鉛粒子（K) が変形しやすくなり、電極との接触時には黒鉛粒子（K ) の変形によって隣接する黒鉛粒子（Κ ) 間の樹脂欠如部も埋められることになり、その結果して、表 1 にも示すように、電極との接触面の接触抵抗が他の物理的な除去手段を用いた比較例 1 〜 5 に比べて非常に小さくなっていることが分かる。

( 3 ) なお、上記した試験例には比較例として挙げてないが、リブ部の表面を酸処理して薄膜の樹脂層を取り除く従来提案の場合（表 1 の従来例）では、酸処理時に酸性溶液が黒鉛粒子の内部まで侵食し黒鉛粒子本来の導電性を損ない、その結果、セパレータ全体の固有抵抗が増大するのみならず、電極との接触抵抗も表 1 で示すように十分に低下させることができない。産業上の利用可能性

以上のように、この発明は、黒鉛粉末を熱硬化性樹脂で結合してなる複合体を用い、樹脂成形法によりガス流路形成用リブ部を形成してなる燃料電池用セパレータにおいて、リブ部の表面をアル力リ溶液でエッチングもしくはアル力リ処理して樹脂成形時に表面にできる薄膜の樹脂層を除去し、電極との接触面となるリブ部表面に板状の黒鉛粒子を露出させることによって、燃料電池の性能及び効率を向上させる上で最も影響度の大きい電極との接触面の接触抵抗を著しく低下させるようにした技術である。

Claims

請求の範囲

( 1 ) 黒鉛粉末を熱硬化性樹脂で結合してなる複合体からなり、樹脂成形法により少なくとも片面には燃料ガス流路、酸化ガス流路または冷却水流路を形成するリブ部が形成されている燃料電池用セパレータであって、

電極との接触面となる上記流路形成用リブ部の表面をァノレ力リ溶液でエッチングもしくはアル力リ処理して表面樹脂層を除去することにより、リブ部表面に黒鉛粒子を露出させていることを特徴とする燃料電池用セパレータ。

( 2 ) 上記複合体が、黒鉛粉末 6 0 〜 9 0重量％、熱硬化性樹脂 1 0 〜 4 0重量％の組成割合に設定されている請求の範囲第 1項記載の燃料電池用セパレータ。

( 3 ) 上記複合体における黒鉛粉末の平均粒径が、 1 5 〜 1 2 5 μ πιの範囲に設定されている請求の範囲第 1項記載の燃料電池用セパレータ。

( 4 ) 上記複合体における黒鉛粉末の平均粒径が、 1 5 〜 1 2 5 mの範囲に設定されている請求の範囲第 2項記載の燃料電池用セパレータ。

( 5 ) 上記リブ部の表面に露出する黒鉛粒子が、板状の形態を呈している請求の範囲第 1項記載の燃料電池用セパレータ。

( 6 ) 上記リブ部の表面に露出する黒鉛粒子が、板状の形態を呈している請求の範囲第 2項記載の燃料電池用セパレータ。

( 7 ) 上記リブ部の表面に露出する黒鉛粒子が.、.板状の形態を呈している請求の範囲第 3項記載の燃料電池用セパレータ。

( 8 ) 黒鉛粉末を熱硬化性樹脂で結合してなる複合体を成形して、少なくとも片面には燃料ガス流路、酸化ガス流路または冷却水流路を形成するリブ部が形成されている燃料電池用セパレータを製造する方法であって、

複合体コンパウンドを金型に充填して上記リブ部を含めて所定形状の燃料電池用セパレータを樹脂成形する工程と、その樹脂成形されたセパレータの電極との接触面となる上記流路形成用リブ部の表面樹脂層をアルカリ溶液によるエツチングもしくはアル力リ溶液への浸漬処理により除去することによりリブ部表面に黒鉛粒子を露出させる工程とを、備えていることを特徴とする燃料電池用セパレ一タの製造方法。

( 9 ) 上記複合体として、黒鉛粉末 6 0〜 9 0重量％、熱硬化性樹脂 1 0〜 4 0重量％の組成割合に設定されたものを使用する請求の範囲第 8項記載の燃料電池用セパレータの製造方法。

( 1 0 ) 上記複合体における黒鉛粉末として、平均粒径が 1 5 〜 1 2 5 μ πιの範囲に設定されたものを使用する請求の範囲第 8項記載の燃料電池用セパレータの製造方法。

( 1 1 ) 上記アルカリ溶液によるエッチングもしくはアルカリ溶液への浸漬処理が、リブ部の表面に露出する黒鉛粒子が板状の形態を呈するまで表面樹脂層を除去するものである請求の範囲第 8項記載の燃料電池用セパレータの製造方法。