JP2002270203A - 燃料電池スタック用双極極板 - Google Patents
燃料電池スタック用双極極板Info
- Publication number
- JP2002270203A JP2002270203A JP2002002296A JP2002002296A JP2002270203A JP 2002270203 A JP2002270203 A JP 2002270203A JP 2002002296 A JP2002002296 A JP 2002002296A JP 2002002296 A JP2002002296 A JP 2002002296A JP 2002270203 A JP2002270203 A JP 2002270203A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- abrasive
- bpp
- diameter
- bipolar plate
- fuel cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- 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
- H01M8/0223—Composites
- H01M8/0226—Composites in the form of mixtures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0082—Organic polymers
-
- 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
-
- 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
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 双極極板の導電性を特にその表面領域で向上
させそしてそれによって燃料電池組立物中の双極極板と
ガス拡散層との間の接触抵抗を最小化するこである。 【解決手段】 ポリマーで結合された導電性材料を含む
電気化学的電池のための双極極板５６において、該極板
が結合材料の膜を持っておらず、スループレーン抵抗が
１ｍΩ・ｍを超えず、そして３μｍの正面末端直径プロ
ーブを用いて測定した時の表面粗さが少なくとも１．５
μｍでかつ９μｍより大きくないことを特徴とする、上
記双極極板。
させそしてそれによって燃料電池組立物中の双極極板と
ガス拡散層との間の接触抵抗を最小化するこである。 【解決手段】 ポリマーで結合された導電性材料を含む
電気化学的電池のための双極極板５６において、該極板
が結合材料の膜を持っておらず、スループレーン抵抗が
１ｍΩ・ｍを超えず、そして３μｍの正面末端直径プロ
ーブを用いて測定した時の表面粗さが少なくとも１．５
μｍでかつ９μｍより大きくないことを特徴とする、上
記双極極板。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電気化学的電池のための
表面処理された双極極板、特にポリマー製膜状電解質燃
料電池（ＰＥＭＦＣ）、かゝる双極極板の表面特性を改
善する方法、かゝる双極極板で造られた燃料電池および
かゝる双極極板を含む燃料電池スタックに関する。
表面処理された双極極板、特にポリマー製膜状電解質燃
料電池（ＰＥＭＦＣ）、かゝる双極極板の表面特性を改
善する方法、かゝる双極極板で造られた燃料電池および
かゝる双極極板を含む燃料電池スタックに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は水素および酸化体、一般に酸
素または空気の様な燃料を電気化学的反応で電気、反応
生成物および過剰熱に変換する。図１に示す通り、単一
燃料電池（１）は２つの一般に平らな多孔質電極（３）
および（４）（これらはそれぞれアノード３およびカソ
ード４と言う）の間にサンドイッチされた電解質層
（２）で一般に構成されている。
素または空気の様な燃料を電気化学的反応で電気、反応
生成物および過剰熱に変換する。図１に示す通り、単一
燃料電池（１）は２つの一般に平らな多孔質電極（３）
および（４）（これらはそれぞれアノード３およびカソ
ード４と言う）の間にサンドイッチされた電解質層
（２）で一般に構成されている。
【０００３】ポリマー製電解質膜状単一燃料電池（ＰＥ
ＭＦＣ）は２つの多孔質電極の間に位置する電解質とし
て高プロトン伝導性を有する薄いポリマー膜を含んでい
る。電解質に隣接する電極表面は一般に白金族の金属を
含む電気触媒を含有する薄い多孔質層で覆われている。
ＭＦＣ）は２つの多孔質電極の間に位置する電解質とし
て高プロトン伝導性を有する薄いポリマー膜を含んでい
る。電解質に隣接する電極表面は一般に白金族の金属を
含む電気触媒を含有する薄い多孔質層で覆われている。
【０００４】アノード（３）触媒層での水素の酸化はプ
ロトンおよび電子を放出する。プロトンは電解質を横切
ってカソードに移動する。電子は外部回路を介してカソ
ード（４）に移動する。カソード（４）では酸素が原子
当り２つの電子が消費されることによって酸化物アニオ
ンに還元され、そのアニオンが電解質層を横切って来る
プロトンと反応して水を形成する。
ロトンおよび電子を放出する。プロトンは電解質を横切
ってカソードに移動する。電子は外部回路を介してカソ
ード（４）に移動する。カソード（４）では酸素が原子
当り２つの電子が消費されることによって酸化物アニオ
ンに還元され、そのアニオンが電解質層を横切って来る
プロトンと反応して水を形成する。
【０００５】複数の単一電池は、電圧、即ち出力を増す
ために一般に組み合わされて一つのスタックとされる。
スタック内部には隣接する単一電池が電解質膜と接触す
る面の反対側の電極表面相互の間に位置する双極極板
（ＢＰＰ）（５）および（６）によって電気的に接続さ
れている。これらのＢＰＰは反応成分が反対電極に浸透
し、混合しそして化学反応を制御不能にするのを防止す
るために該反応成分に対して不透過性でなければならな
い。これらの機能に関連して、ＢＰＰはしばしばセパレ
ーターとも呼ばれる。これらＢＰＰまたはセパレーター
は金属、微粒状炭素およびグラファイト物質、含浸され
たグラファイトで製造されているかまたはグラファイト
およびポリマー結合剤よりなる配合物を後で成形するこ
とによっても製造できる（米国特許第４，２１４，９６
９号明細書）。ＢＰＰの表面のフローチャンネルまたは
溝は燃料については隣接するアノード（３）へのそして
酸化体については隣接するカソード（４）への入口とな
りそして反応生成物および燃料および酸化体の未反応残
留物を除く。これらのフローチャンネルは、チャンネル
間の表面の一部を制限するので、ＢＰＰの電気的接触面
積を減少させる。
ために一般に組み合わされて一つのスタックとされる。
スタック内部には隣接する単一電池が電解質膜と接触す
る面の反対側の電極表面相互の間に位置する双極極板
（ＢＰＰ）（５）および（６）によって電気的に接続さ
れている。これらのＢＰＰは反応成分が反対電極に浸透
し、混合しそして化学反応を制御不能にするのを防止す
るために該反応成分に対して不透過性でなければならな
い。これらの機能に関連して、ＢＰＰはしばしばセパレ
ーターとも呼ばれる。これらＢＰＰまたはセパレーター
は金属、微粒状炭素およびグラファイト物質、含浸され
たグラファイトで製造されているかまたはグラファイト
およびポリマー結合剤よりなる配合物を後で成形するこ
とによっても製造できる（米国特許第４，２１４，９６
９号明細書）。ＢＰＰの表面のフローチャンネルまたは
溝は燃料については隣接するアノード（３）へのそして
酸化体については隣接するカソード（４）への入口とな
りそして反応生成物および燃料および酸化体の未反応残
留物を除く。これらのフローチャンネルは、チャンネル
間の表面の一部を制限するので、ＢＰＰの電気的接触面
積を減少させる。
【０００６】電極（３）および（４）はガス拡散層（Ｇ
ＤＬ）とも呼ばれる多孔質構造を含む。これらのＧＤＬ
は、燃料および酸化体の両方のそれぞれが触媒層、並び
に触媒層から離れ隣接ＢＰＰのフローチャンネルへの反
応生成物の出口に充分に侵入通過することを保証するべ
きである。フローチャンネルとＧＤＬ多孔質との間の大
量移動を容易にするために、チャンネルに曝されたＧＤ
Ｌ表面積はできるだけ大きくあるべきである。それ故に
ＢＰＰ表面の大きな部分が電気的接触のために残される
小さな部分しか有していないフローチャンネルによって
使われるのが有利である。しかしながら電気的接触面積
の減少はＢＰＰとＧＤＬとの間の高い接触抵抗によって
制限される。これら両者の間の接触面積は、最終的に組
合せ物の崩壊をもたらす高い電流密度での局所的過熱を
避けるために充分に大きくなければならない。ＢＰＰと
ＧＤＬとの間の充分に低減された接触抵抗だけが比較的
に大きなチャンネルを許容しそしてそれによって電極に
燃料および酸化体をより良好に運搬することが燃料電池
の出力を増加させる。
ＤＬ）とも呼ばれる多孔質構造を含む。これらのＧＤＬ
は、燃料および酸化体の両方のそれぞれが触媒層、並び
に触媒層から離れ隣接ＢＰＰのフローチャンネルへの反
応生成物の出口に充分に侵入通過することを保証するべ
きである。フローチャンネルとＧＤＬ多孔質との間の大
量移動を容易にするために、チャンネルに曝されたＧＤ
Ｌ表面積はできるだけ大きくあるべきである。それ故に
ＢＰＰ表面の大きな部分が電気的接触のために残される
小さな部分しか有していないフローチャンネルによって
使われるのが有利である。しかしながら電気的接触面積
の減少はＢＰＰとＧＤＬとの間の高い接触抵抗によって
制限される。これら両者の間の接触面積は、最終的に組
合せ物の崩壊をもたらす高い電流密度での局所的過熱を
避けるために充分に大きくなければならない。ＢＰＰと
ＧＤＬとの間の充分に低減された接触抵抗だけが比較的
に大きなチャンネルを許容しそしてそれによって電極に
燃料および酸化体をより良好に運搬することが燃料電池
の出力を増加させる。
【０００７】ＢＰＰとＧＤＬとの間の電子端子を改善す
るために幾つかの提案がされており、それの多くはＢＰ
Ｐの相当に複雑な層状化構造をもたらしている。それら
の構造（例えば米国特許第４，９５６，１３１号明細
書）はガスの漏れ出しを防止しそして機械的安定性を提
供するための金属またはガス不透過性導電性炭素材料で
造られた内部層、およびＧＤＬとの良好な電気的接触を
保証するための炭素繊維、熱膨張性グラファイト（ヨー
ロッパ特許出願公開（Ａ）第０，９５５，６８６号明細
書）または炭素質分散粒子（ヨーロッパ特許出願公開
（Ａ）第１，０３０，３９３号明細書）の様な多孔質の
柔らかい導電性材料で造られた外部接触層を一般に含ん
でいる。多層ＢＰＰの製造が一定の組成を有するセパレ
ーターを製造するのに比較してかなり複雑な技術を必要
とする相当な時間および多大な経費が掛かる方法である
ことは明らかである。それ故にＢＰＰの所望の表面特性
を全く簡単な物理的または化学的処理、これに続く賦形
／成形または機械加工によって作り出すのが有利であ
る。
るために幾つかの提案がされており、それの多くはＢＰ
Ｐの相当に複雑な層状化構造をもたらしている。それら
の構造（例えば米国特許第４，９５６，１３１号明細
書）はガスの漏れ出しを防止しそして機械的安定性を提
供するための金属またはガス不透過性導電性炭素材料で
造られた内部層、およびＧＤＬとの良好な電気的接触を
保証するための炭素繊維、熱膨張性グラファイト（ヨー
ロッパ特許出願公開（Ａ）第０，９５５，６８６号明細
書）または炭素質分散粒子（ヨーロッパ特許出願公開
（Ａ）第１，０３０，３９３号明細書）の様な多孔質の
柔らかい導電性材料で造られた外部接触層を一般に含ん
でいる。多層ＢＰＰの製造が一定の組成を有するセパレ
ーターを製造するのに比較してかなり複雑な技術を必要
とする相当な時間および多大な経費が掛かる方法である
ことは明らかである。それ故にＢＰＰの所望の表面特性
を全く簡単な物理的または化学的処理、これに続く賦形
／成形または機械加工によって作り出すのが有利であ
る。
【０００８】ヨーロッパ特許出願公開（Ａ）第０，９４
９，７０４号明細書には、ＢＰＰとＧＤＬとの間の表面
接触を酸性溶液中にＢＰＰを浸漬することによって改善
する方法が記載されている。しかしながらこの方法は３
０重量％の硫酸を利用することを包含しそして長期間に
わたって９０℃で実施される。かゝる処理はポリマー結
合剤並びにＢＰＰのグラファイト材料を攻撃し得るし、
かつ大量生産に適していない。
９，７０４号明細書には、ＢＰＰとＧＤＬとの間の表面
接触を酸性溶液中にＢＰＰを浸漬することによって改善
する方法が記載されている。しかしながらこの方法は３
０重量％の硫酸を利用することを包含しそして長期間に
わたって９０℃で実施される。かゝる処理はポリマー結
合剤並びにＢＰＰのグラファイト材料を攻撃し得るし、
かつ大量生産に適していない。
【０００９】ヨーロッパ特許出願公開（Ａ）第０，９７
５，０４０号明細書に記載されている様なＢＰＰの表面
を変性する他の方法はそれぞれ親水性化ガス雰囲気で行
なうプラズマ処理、コロナ放電処理および紫外線照射処
理がある。ＢＰＰ表面の親水性を改善することを主な目
的としているが、そこに記載された実施例の殆どは（四
プローブ法(four-probe-method) で測定される通り）Ｂ
ＰＰの抵抗率がプラズマ処理によってマイナスの影響を
受けることを説明している。フェノール樹脂と鱗片状グ
ラファイトとの混合物を成形することによって製造され
そして次に色々な時間、出力および親水性化ガスを用い
てプラズマ処理に付したＢＰＰの抵抗率は、同じ材料で
製造された未処理ＢＰＰのそれに匹敵するかまたは著し
く高くさえある。増加されたプラズマ出力および相当に
長い処理時間を用いて初めて、（１５から１２ｍΩ・ｃ
ｍへ）抵抗率の僅かな減少が達成された。この方法の別
の欠点は多大な費用が掛かりかつ複雑な装置をプラズマ
または放射線処理のために必要としそしてプラズマ処理
の間の局所的過熱のために樹脂粒子の崩壊が表面でだけ
でなくＢＰＰの大部分においても起こり得る。
５，０４０号明細書に記載されている様なＢＰＰの表面
を変性する他の方法はそれぞれ親水性化ガス雰囲気で行
なうプラズマ処理、コロナ放電処理および紫外線照射処
理がある。ＢＰＰ表面の親水性を改善することを主な目
的としているが、そこに記載された実施例の殆どは（四
プローブ法(four-probe-method) で測定される通り）Ｂ
ＰＰの抵抗率がプラズマ処理によってマイナスの影響を
受けることを説明している。フェノール樹脂と鱗片状グ
ラファイトとの混合物を成形することによって製造され
そして次に色々な時間、出力および親水性化ガスを用い
てプラズマ処理に付したＢＰＰの抵抗率は、同じ材料で
製造された未処理ＢＰＰのそれに匹敵するかまたは著し
く高くさえある。増加されたプラズマ出力および相当に
長い処理時間を用いて初めて、（１５から１２ｍΩ・ｃ
ｍへ）抵抗率の僅かな減少が達成された。この方法の別
の欠点は多大な費用が掛かりかつ複雑な装置をプラズマ
または放射線処理のために必要としそしてプラズマ処理
の間の局所的過熱のために樹脂粒子の崩壊が表面でだけ
でなくＢＰＰの大部分においても起こり得る。
【００１０】従って、比較的に簡単にかつ低コストの技
術を使用してＢＰＰ表面の状態を信頼でき、かつ持続的
に改善できる方法が必要とされている。ヨーロッパ特許
出願公開（Ａ）第０，９３３，８２５号明細書には、接
触抵抗を減少させそしてＢＰＰ表面の親水性を改善する
ために、圧縮成形されたＢＰＰの研磨を含むＢＰＰの製
法が開示されている。これはＢＰＰの表面が同様に研磨
材によって汚染されるので選択に値する方法ではない。
術を使用してＢＰＰ表面の状態を信頼でき、かつ持続的
に改善できる方法が必要とされている。ヨーロッパ特許
出願公開（Ａ）第０，９３３，８２５号明細書には、接
触抵抗を減少させそしてＢＰＰ表面の親水性を改善する
ために、圧縮成形されたＢＰＰの研磨を含むＢＰＰの製
法が開示されている。これはＢＰＰの表面が同様に研磨
材によって汚染されるので選択に値する方法ではない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題成】本発明の課題は、Ｂ
ＰＰの導電性を特にその表面領域で向上させそしてそれ
によって燃料電池組立物中のＢＰＰとＧＤＬとの間の接
触抵抗を最小化することである。別の課題は向上した表
面導電性のあるＢＰＰを製造する経費の少ない方法を提
供することである。
ＰＰの導電性を特にその表面領域で向上させそしてそれ
によって燃料電池組立物中のＢＰＰとＧＤＬとの間の接
触抵抗を最小化することである。別の課題は向上した表
面導電性のあるＢＰＰを製造する経費の少ない方法を提
供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明者は、双極極板が
結合材料の膜を持っておらず、スループレーン抵抗（th
rough-plane resistivity)が１ｍΩ・ｍを超えず、好ま
しくは０．９ｍΩ・ｍより小さく、そして特に好ましく
は０．８５ｍΩ・ｍより小さく、そして３μｍの正面末
端直径プローブを用いて測定した時の表面粗さが少なく
とも１．５μｍでかつ９μｍより大きくないことを特徴
とする、ポリマーで結合された導電性材料を含む電気化
学的電池のための双極極板が所望の低い接触抵抗または
高い導電性を有することを見出した。
結合材料の膜を持っておらず、スループレーン抵抗（th
rough-plane resistivity)が１ｍΩ・ｍを超えず、好ま
しくは０．９ｍΩ・ｍより小さく、そして特に好ましく
は０．８５ｍΩ・ｍより小さく、そして３μｍの正面末
端直径プローブを用いて測定した時の表面粗さが少なく
とも１．５μｍでかつ９μｍより大きくないことを特徴
とする、ポリマーで結合された導電性材料を含む電気化
学的電池のための双極極板が所望の低い接触抵抗または
高い導電性を有することを見出した。
【００１３】双極極板は、５μｍの厚さを有する極板の
平らな表面を形成する外側層の導電性材料の部分密度が
全体の極板材料組成物中の上記導電性材料の平均部分密
度よりも著しく少ない場合に、結合剤物質の膜を有して
いると言われる。外側層の部分密度は、全体の部分密度
の７０％より少ない場合には著しく少ないと考えられて
いる。それ故に本発明の双極極板は上記導電性材料の全
体の部分密度の８０％より少なくない、特に８５％より
少なくない外側層の導電性材料の部分密度を示すのが有
利である。部分密度は混合物中の１成分の重量と混合物
の容積との比として規定される。2 μm の厚さの表面層
の導電性物質の全体的な部分密度からの偏差は、全体の
部分密度の７０％より少なくないかまたは上記導電性材
料の全体の部分密度の８０％より少なくなく、特に好ま
しくは８５％より少なくない程度に小さい。
平らな表面を形成する外側層の導電性材料の部分密度が
全体の極板材料組成物中の上記導電性材料の平均部分密
度よりも著しく少ない場合に、結合剤物質の膜を有して
いると言われる。外側層の部分密度は、全体の部分密度
の７０％より少ない場合には著しく少ないと考えられて
いる。それ故に本発明の双極極板は上記導電性材料の全
体の部分密度の８０％より少なくない、特に８５％より
少なくない外側層の導電性材料の部分密度を示すのが有
利である。部分密度は混合物中の１成分の重量と混合物
の容積との比として規定される。2 μm の厚さの表面層
の導電性物質の全体的な部分密度からの偏差は、全体の
部分密度の７０％より少なくないかまたは上記導電性材
料の全体の部分密度の８０％より少なくなく、特に好ま
しくは８５％より少なくない程度に小さい。
【００１４】本発明者はまた、サンドブラストの様に、
適当な形およびサイズの不活性粒子よりなる研磨材を吹
き付けることによって、処理するべき極板が並べられる
方向に加速される研磨材の流れに未処理の極板を曝すこ
とを含む研磨処理が、所望のスループレーン抵抗および
表面粗さの双極極板を提供することも見出した。この研
磨処理は、後続の機械加工を伴う成形によって、プレス
成形によって、射出成形または他の何らかの従来技術に
よってＢＰＰの賦形を完了した後に適用する。
適当な形およびサイズの不活性粒子よりなる研磨材を吹
き付けることによって、処理するべき極板が並べられる
方向に加速される研磨材の流れに未処理の極板を曝すこ
とを含む研磨処理が、所望のスループレーン抵抗および
表面粗さの双極極板を提供することも見出した。この研
磨処理は、後続の機械加工を伴う成形によって、プレス
成形によって、射出成形または他の何らかの従来技術に
よってＢＰＰの賦形を完了した後に適用する。
【００１５】本発明に従う研磨処理は、機械的崩壊また
はフローチャンネル構造の破壊を生じることなしに、極
板の表面処理によりガス漏れを起こすことなしに少なく
とも３０％のスループレーン抵抗の再現性ある継続的な
低減をもたらす。ＢＰＰの機械的強度および構造的無傷
な状態は、操作パラメータの適性な調整によって厚さの
低減が通常の製造誤差の範囲内に維持されるので、研磨
処理によって低減されることはない。研磨粒子または−
媒体はＢＰＰの構成要素に対して不活性である様に選択
されるので、これら要素が攻撃されることはない。
はフローチャンネル構造の破壊を生じることなしに、極
板の表面処理によりガス漏れを起こすことなしに少なく
とも３０％のスループレーン抵抗の再現性ある継続的な
低減をもたらす。ＢＰＰの機械的強度および構造的無傷
な状態は、操作パラメータの適性な調整によって厚さの
低減が通常の製造誤差の範囲内に維持されるので、研磨
処理によって低減されることはない。研磨粒子または−
媒体はＢＰＰの構成要素に対して不活性である様に選択
されるので、これら要素が攻撃されることはない。
【００１６】サンドブラスト技術を使用することがＢＰ
Ｐ表面のすべての部分にほぼ均一に研磨剤を利用するこ
とを可能とし( 即ちランド(lands) またはフィン(fins)
が保護される) 、そしてほぼ均一な研磨を達成できる。
これは、研磨を慣用の研磨プロセスにおける様な平な道
具を用いて実施する場合ではない。研磨材が流動域の構
造の凹部および凸部の両方に適用されるので、これら両
方の間の高さ比が研磨材によって著しく改変されること
がなく、それ故に流動域の構造が研磨処理によって損傷
を受けない。
Ｐ表面のすべての部分にほぼ均一に研磨剤を利用するこ
とを可能とし( 即ちランド(lands) またはフィン(fins)
が保護される) 、そしてほぼ均一な研磨を達成できる。
これは、研磨を慣用の研磨プロセスにおける様な平な道
具を用いて実施する場合ではない。研磨材が流動域の構
造の凹部および凸部の両方に適用されるので、これら両
方の間の高さ比が研磨材によって著しく改変されること
がなく、それ故に流動域の構造が研磨処理によって損傷
を受けない。
【００１７】本発明に従う方法の他の長所はオートメ化
されたＢＰＰ製造ラインに組み入れてもよい連続完全オ
ートメ化プロセスで表面処理を行なうことも可能であ
る。このことは、プラズマ室へのまたはそれの外へのＢ
ＰＰの運搬が不連続的に行なわれるので、プラズマ処理
の様な他の公知の技術では不可能である。
されたＢＰＰ製造ラインに組み入れてもよい連続完全オ
ートメ化プロセスで表面処理を行なうことも可能であ
る。このことは、プラズマ室へのまたはそれの外へのＢ
ＰＰの運搬が不連続的に行なわれるので、プラズマ処理
の様な他の公知の技術では不可能である。
【００１８】本発明の更に別の対象は、ポリマー製膜状
電解質を含み、該膜の反対側に面してアノードおよびカ
ソード電極を持つ電気化学的燃料電池スタックにおい
て、隣接する単一電池相互が本発明の双極極板によって
電気的に接続されていることを特徴とする、上記電気化
学的燃料電池スタックに関する。
電解質を含み、該膜の反対側に面してアノードおよびカ
ソード電極を持つ電気化学的燃料電池スタックにおい
て、隣接する単一電池相互が本発明の双極極板によって
電気的に接続されていることを特徴とする、上記電気化
学的燃料電池スタックに関する。
【００１９】図面の簡単な説明 図１は一般的な燃料電池の分解組立図である。
【００２０】図２は研磨処理の前におけるＢＰＰ表面の
ＳＥＭ写真（走査電子顕微鏡写真）である。
ＳＥＭ写真（走査電子顕微鏡写真）である。
【００２１】図３は研磨処理および残留研磨材粒子の除
去の後の高解像度でのＢＰＰ表面のＳＥＭ写真である。
去の後の高解像度でのＢＰＰ表面のＳＥＭ写真である。
【００２２】本発明で使用されるＢＰＰは、熱可塑性ポ
リマーおよび熱硬化性ポリマーよりなる群から選択され
る結合剤と混合した、炭素およびグラファイト粒子およ
びグラファイト繊維より成る群から選択される導電性フ
ィラーから製造することができ、所望の流動チャンネル
構造に従って成形体の機械加工によって成形されるかま
たは所望の構造を持つプレス成形体または射出成形体に
直接的に成形する。導電性物質とポリマー結合剤との重
量割合は、３３〜９８％の導電性材料と６７〜２％の結
合剤であるのが好ましく、これらの重量割合の合計は１
００％に等しい。
リマーおよび熱硬化性ポリマーよりなる群から選択され
る結合剤と混合した、炭素およびグラファイト粒子およ
びグラファイト繊維より成る群から選択される導電性フ
ィラーから製造することができ、所望の流動チャンネル
構造に従って成形体の機械加工によって成形されるかま
たは所望の構造を持つプレス成形体または射出成形体に
直接的に成形する。導電性物質とポリマー結合剤との重
量割合は、３３〜９８％の導電性材料と６７〜２％の結
合剤であるのが好ましく、これらの重量割合の合計は１
００％に等しい。
【００２３】ＢＰＰは均一であることが、即ちこのもの
はその組成において偏差がないのが有利である（所定の
容積セグメント中の導電性物質の重量と不活性物質の重
量部との比として測定される）。この偏差は最大で１５
％、好ましくは１０％、特に好ましくは５％に維持する
べきである。更に、ＢＰＰの平面に対して垂直に横切っ
た場合、均一さからのかゝる偏差を低レベルに維持する
のが有利である（即ち、それぞれ１５、１０および５％
のこれらの限界より少ない）。
はその組成において偏差がないのが有利である（所定の
容積セグメント中の導電性物質の重量と不活性物質の重
量部との比として測定される）。この偏差は最大で１５
％、好ましくは１０％、特に好ましくは５％に維持する
べきである。更に、ＢＰＰの平面に対して垂直に横切っ
た場合、均一さからのかゝる偏差を低レベルに維持する
のが有利である（即ち、それぞれ１５、１０および５％
のこれらの限界より少ない）。
【００２４】有利な実施態様においてはＢＰＰ表面の表
面粗さが１．８〜8.5 μｍ、好ましくは２．０〜８．０
μｍ、特に好ましくは２．３〜６．５μｍである。
面粗さが１．８〜8.5 μｍ、好ましくは２．０〜８．０
μｍ、特に好ましくは２．３〜６．５μｍである。
【００２５】ＢＰＰは直接的成形によるかまたは続く機
械加工によって所望の形に成形される。
械加工によって所望の形に成形される。
【００２６】ＢＰＰ表面は不活性の固体粒子よりなる研
磨材の流れに、充分に規定された操作パラメータで委ね
ることによって処理する。これらパラメータには粒子組
成、粒子直径および形、粒子速度、運搬ガス圧、ノズル
とＢＰＰ表面との間の距離、振動パターンおよびＢＰＰ
表面上のノズルの振動速度および研磨システムを通るＢ
ＰＰの通過速度がある。これら研磨材での処理は成形体
の膜を除きそして有利な表面粗さおよびスループレーン
抵抗を有するＢＰＰを残す。
磨材の流れに、充分に規定された操作パラメータで委ね
ることによって処理する。これらパラメータには粒子組
成、粒子直径および形、粒子速度、運搬ガス圧、ノズル
とＢＰＰ表面との間の距離、振動パターンおよびＢＰＰ
表面上のノズルの振動速度および研磨システムを通るＢ
ＰＰの通過速度がある。これら研磨材での処理は成形体
の膜を除きそして有利な表面粗さおよびスループレーン
抵抗を有するＢＰＰを残す。
【００２７】不活性粒子は、（石英）砂、ガラスビー
ズ、アルミナの様な酸化物物質を含めたセラミック粒
子、および窒化珪素および炭化珪素の様な非酸化物物
質、熱分解法シリカまたは珪藻シリカ（珪藻土、シリカ
ーゲル）よりなる群から選択することができるが、これ
らに制限されない。その各々の直径は５０〜２００μ
ｍ、そして最も好ましくは９０〜１５０μｍの範囲にあ
る。ガス圧は１．５〜３ｂａｒ（０．１５〜０．３ＭＰ
ａ）の範囲内で調整するのが有利である。
ズ、アルミナの様な酸化物物質を含めたセラミック粒
子、および窒化珪素および炭化珪素の様な非酸化物物
質、熱分解法シリカまたは珪藻シリカ（珪藻土、シリカ
ーゲル）よりなる群から選択することができるが、これ
らに制限されない。その各々の直径は５０〜２００μ
ｍ、そして最も好ましくは９０〜１５０μｍの範囲にあ
る。ガス圧は１．５〜３ｂａｒ（０．１５〜０．３ＭＰ
ａ）の範囲内で調整するのが有利である。
【００２８】場合によっては水（氷）または固体二酸化
炭素の様な凍結液体粒子を研磨材として使用することも
できる。
炭素の様な凍結液体粒子を研磨材として使用することも
できる。
【００２９】研磨材として液体を使用することも可能で
ある。十分な圧力の水［即ち５００ｂａｒ（７０００ｐ
ｓｉ、５０ＭＰａ）以上、好ましくは１０００ｂａｒ
（１４５００ｐｓｉ、１００ＭＰａ）を超える圧の水］
も研磨材として有効に使用することもできる。研磨材と
して使用される液滴は一般に約１μｍ〜５００μｍの液
滴径を有している。
ある。十分な圧力の水［即ち５００ｂａｒ（７０００ｐ
ｓｉ、５０ＭＰａ）以上、好ましくは１０００ｂａｒ
（１４５００ｐｓｉ、１００ＭＰａ）を超える圧の水］
も研磨材として有効に使用することもできる。研磨材と
して使用される液滴は一般に約１μｍ〜５００μｍの液
滴径を有している。
【００３０】不活性固体粒子の形状はガラスビーズを用
いる場合の様に球状でもよいしまたは複数の陵および角
部を持つ珪砂を用いる場合の様に不規則でもよい。経験
で不規則な形状の粒子が研磨材粉末中ではより有効であ
ることがわかっている。
いる場合の様に球状でもよいしまたは複数の陵および角
部を持つ珪砂を用いる場合の様に不規則でもよい。経験
で不規則な形状の粒子が研磨材粉末中ではより有効であ
ることがわかっている。
【００３１】研磨処理の強さおよびそれ故の研磨度およ
び表面除去は、幾つかの操作パラメータ、即ち研磨材の
粒度、圧力、研磨材速度（単位時間当りの研磨材の重量
として測定される；ｋｇ／分）、ノズルとＢＰＰ表面と
の間の距離、ＢＰＰの表面上のバラストノズルの振動速
度および粒子流を通るＢＰＰ部材の通過速度の関数であ
る。これら全てのパラメータを適切に調整することによ
って研磨度および研磨量を製造誤差内の丁度良い０．０
５ｍｍ以下に保つことができる。
び表面除去は、幾つかの操作パラメータ、即ち研磨材の
粒度、圧力、研磨材速度（単位時間当りの研磨材の重量
として測定される；ｋｇ／分）、ノズルとＢＰＰ表面と
の間の距離、ＢＰＰの表面上のバラストノズルの振動速
度および粒子流を通るＢＰＰ部材の通過速度の関数であ
る。これら全てのパラメータを適切に調整することによ
って研磨度および研磨量を製造誤差内の丁度良い０．０
５ｍｍ以下に保つことができる。
【００３２】本発明を最も有利にするためには、清浄な
ＢＰＰだけがＧＤＬとの最小接触抵抗を提供することが
わかっているので、処理終了後に研磨材粒子を完全に除
くことが重要である。かゝる浄化はＢＰＰ表面に圧縮空
気を吹き付けることによるかまたは該表面を刷毛で払う
ことによって行なうことができる。電気的接触を妨害し
得る研磨材による表面のこのような如何なる汚染も防止
される。あらゆる汚染物質の排除は、燃料電池稼動時に
触媒毒および膜劣化を防止するためにも非常に重要であ
る。研磨材粒子としての凍結した水または二酸化炭素の
場合または液体では研磨材の残留物を極板を過熱するこ
とによってまたはガス流にそれを委ねることで容易に除
くことができることが容易にわかる。残留物が蒸発する
しかつ汚染源とならないので二酸化炭素の固体粒子を使
用するのが最も有利である。
ＢＰＰだけがＧＤＬとの最小接触抵抗を提供することが
わかっているので、処理終了後に研磨材粒子を完全に除
くことが重要である。かゝる浄化はＢＰＰ表面に圧縮空
気を吹き付けることによるかまたは該表面を刷毛で払う
ことによって行なうことができる。電気的接触を妨害し
得る研磨材による表面のこのような如何なる汚染も防止
される。あらゆる汚染物質の排除は、燃料電池稼動時に
触媒毒および膜劣化を防止するためにも非常に重要であ
る。研磨材粒子としての凍結した水または二酸化炭素の
場合または液体では研磨材の残留物を極板を過熱するこ
とによってまたはガス流にそれを委ねることで容易に除
くことができることが容易にわかる。残留物が蒸発する
しかつ汚染源とならないので二酸化炭素の固体粒子を使
用するのが最も有利である。
【００３３】外側層の接触材料の部分密度が全体の部分
密度の８０％より少なくない様に、特に全体の部分密度
の９０％より少なくなく、なかでも９５％より少なくな
い様に研磨処理を行なうのが有利である。
密度の８０％より少なくない様に、特に全体の部分密度
の９０％より少なくなく、なかでも９５％より少なくな
い様に研磨処理を行なうのが有利である。
【００３４】
【実施例】本発明を以下に実施例によって更に詳細に説
明するが、本発明はこれら実施例に制限されない。
明するが、本発明はこれら実施例に制限されない。
【００３５】実施例１：液流チャンネル構造のない未完
成のＢＰＰを、８０重量％の合成グラファイト粉末およ
び２０重量％のＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライ
ド）よりなるコンパウンドを２００℃で成形することに
よって製造した。
成のＢＰＰを、８０重量％の合成グラファイト粉末およ
び２０重量％のＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライ
ド）よりなるコンパウンドを２００℃で成形することに
よって製造した。
【００３６】表面粗さは３μｍの正面末端直径のプロー
ブを用いるＰｅｒｔｈｏｍｅｔｅｒＳ６Ｐを用いて２つ
の異なる位置で測定した。０．４６および０．５μｍの
Ｒ a 値が得られた。結果を表１ａに示す（サンプル番号
“０”）。
ブを用いるＰｅｒｔｈｏｍｅｔｅｒＳ６Ｐを用いて２つ
の異なる位置で測定した。０．４６および０．５μｍの
Ｒ a 値が得られた。結果を表１ａに示す（サンプル番号
“０”）。
【００３７】極板の重量、厚さおよびスループレーン抵
抗も測定した。厚さはマイクロメーター・スクリューを
用いて測定しそしてスループレーン抵抗は５０ｍｍの直
径の金被覆された一対の電極を用いて測定した。厚さお
よび抵抗は４個所の異なる位置で測定した。結果を表１
ｂに示す（“ブラスト処理前”のタイトルの欄）。
抗も測定した。厚さはマイクロメーター・スクリューを
用いて測定しそしてスループレーン抵抗は５０ｍｍの直
径の金被覆された一対の電極を用いて測定した。厚さお
よび抵抗は４個所の異なる位置で測定した。結果を表１
ｂに示す（“ブラスト処理前”のタイトルの欄）。
【００３８】次いでＢＰＰサンプルは、表１ａに示す通
り、異なる粒度のガラス小球で研磨処理に付し（各粒度
毎に２つの独立した試験、各５秒）そして次いで圧縮空
気を吹き付けることによって掃除する。研磨処理はノズ
ルとＢＰＰ表面との間に１５ｃｍの距離を設けて２ｂａ
ｒの圧力で実施した。“微細”な粒度（４０〜７０μ
ｍ，サンプル１および２）については研磨剤の容積速度
は約１．８ｄｍ3 ／分であり、“中位”な粒度（９０〜
１５０μｍ，サンプル３および４）については１．５ｄ
ｍ3 ／分であり、そして“粗い”粒度（１５０〜２５０
μｍ，サンプル５および６）については１．２ｄｍ3 ／
分である。
り、異なる粒度のガラス小球で研磨処理に付し（各粒度
毎に２つの独立した試験、各５秒）そして次いで圧縮空
気を吹き付けることによって掃除する。研磨処理はノズ
ルとＢＰＰ表面との間に１５ｃｍの距離を設けて２ｂａ
ｒの圧力で実施した。“微細”な粒度（４０〜７０μ
ｍ，サンプル１および２）については研磨剤の容積速度
は約１．８ｄｍ3 ／分であり、“中位”な粒度（９０〜
１５０μｍ，サンプル３および４）については１．５ｄ
ｍ3 ／分であり、そして“粗い”粒度（１５０〜２５０
μｍ，サンプル５および６）については１．２ｄｍ3 ／
分である。
【００３９】粗さ、重量、厚さおよびスループレーン抵
抗を、処理した後に同じ位置で再び測定した（表１ｂ参
照）。処理前および後の抵抗を比較すると、スループレ
ーン抵抗が少なくとも５２％、平均６０％減少すること
が分かり、重量および厚みの変化は無視できる程度であ
り、多くて１％で平均０．７％である。
抗を、処理した後に同じ位置で再び測定した（表１ｂ参
照）。処理前および後の抵抗を比較すると、スループレ
ーン抵抗が少なくとも５２％、平均６０％減少すること
が分かり、重量および厚みの変化は無視できる程度であ
り、多くて１％で平均０．７％である。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】 実施例２：液流チャンネル構造のない未完成のＢＰＰ
を、７５重量％の合成グラファイト粉末および２５重量
％のＰＶＤＦよりなるコンパウンドを２００℃で成形す
ることによって製造した。
を、７５重量％の合成グラファイト粉末および２５重量
％のＰＶＤＦよりなるコンパウンドを２００℃で成形す
ることによって製造した。
【００４２】図２から、表面が主としてＰＶＤＦより成
る膜で覆われているので、グラファイトの独立粒子また
はフレークが表面に存在していないことがわかる。ＸＰ
Ｓ（Ｘ線光電子分光器）による測定によって、以下のデ
ータ（平均化したＸＰＳ結果）によって実証される通
り、弗素濃度が急激に減少しているのでＰＶＤＦが表面
に積もっていることが実証された。
る膜で覆われているので、グラファイトの独立粒子また
はフレークが表面に存在していないことがわかる。ＸＰ
Ｓ（Ｘ線光電子分光器）による測定によって、以下のデ
ータ（平均化したＸＰＳ結果）によって実証される通
り、弗素濃度が急激に減少しているのでＰＶＤＦが表面
に積もっていることが実証された。
【００４３】 表面の下１．６μｍ以上の深さでは僅かの変化しかない
が、１．４μｍまでは弗素含有量が急勾配で減少するこ
とがわかる。これは結合剤として使用されるフッ化炭素
合成樹脂の膜に直接的に関係している。かゝる膜は絶縁
体として作用し、それによって抵抗が表面に向かって垂
直に増加する。
が、１．４μｍまでは弗素含有量が急勾配で減少するこ
とがわかる。これは結合剤として使用されるフッ化炭素
合成樹脂の膜に直接的に関係している。かゝる膜は絶縁
体として作用し、それによって抵抗が表面に向かって垂
直に増加する。
【００４４】スループレーン抵抗Ｒb は五個所の異なる
位置で実施例１に説明した様に測定した。結果を表３に
示す。
位置で実施例１に説明した様に測定した。結果を表３に
示す。
【００４５】次いでＢＰＰを実施例１に説明した様に９
０・・・１５０μｍのガラス小球で研磨処理に付す。
０・・・１５０μｍのガラス小球で研磨処理に付す。
【００４６】この処理の後に残留研磨粒子は圧縮空気を
表面に吹き付けることによって除いた。図３は表面に個
々のグラファイト粒子およびフレークが存在し、合成樹
脂膜によってもはや覆われていないことを明らかに示し
ている。図３は上記の処理で得られる様なＢＰＰ表面の
開放されかつ付着した構造を示している。
表面に吹き付けることによって除いた。図３は表面に個
々のグラファイト粒子およびフレークが存在し、合成樹
脂膜によってもはや覆われていないことを明らかに示し
ている。図３は上記の処理で得られる様なＢＰＰ表面の
開放されかつ付着した構造を示している。
【００４７】処理した後にスループレーン抵抗Ｒa を再
び同じ位置で測定した。表３に示した結果の比較から少
なくとも２４％のスループレーン抵抗の減少がわかる。
び同じ位置で測定した。表３に示した結果の比較から少
なくとも２４％のスループレーン抵抗の減少がわかる。
【００４８】
【表３】 実施例３：液流チャンネル構造を持つＢＰＰを、実施例
１の混合物を適当な型で２００℃で成形することによっ
て製造する。
１の混合物を適当な型で２００℃で成形することによっ
て製造する。
【００４９】重量、厚さおよびスループレーン抵抗を実
施例１に説明した通り測定した。結果を表４に示す。
施例１に説明した通り測定した。結果を表４に示す。
【００５０】次いでＢＰＰを実施例１に説明した通り研
磨処理に付し、次いで圧縮空気を吹き付けることによっ
て掃除する。
磨処理に付し、次いで圧縮空気を吹き付けることによっ
て掃除する。
【００５１】重量、厚さおよびスループレーン抵抗をこ
の処理の後で再び測定した。表４に示す結果を比較する
と、スループレーン抵抗が少なくとも３２％減少する
が、重量および厚さの変化は無視できる程度であること
がわかる。
の処理の後で再び測定した。表４に示す結果を比較する
と、スループレーン抵抗が少なくとも３２％減少する
が、重量および厚さの変化は無視できる程度であること
がわかる。
【００５２】
【表４】 実施例４：液流チャンネル構造を持つＢＰＰを、実施例
２の混合物を適当な型で２００℃で成形することによっ
て製造する。
２の混合物を適当な型で２００℃で成形することによっ
て製造する。
【００５３】重量、厚さおよびスループレーン抵抗を実
施例１に説明した通り測定した。結果を表５に示す。
施例１に説明した通り測定した。結果を表５に示す。
【００５４】次いでＢＰＰを実施例１に説明した通り研
磨処理に付し、次いで圧縮空気を吹き付けることによっ
て掃除する。
磨処理に付し、次いで圧縮空気を吹き付けることによっ
て掃除する。
【００５５】重量、厚さおよびスループレーン抵抗をこ
の処理の後で再び測定した。表５に示す結果を比較する
と、スループレーン抵抗が少なくとも４７％減少する
が、重量および厚さの変化は無視できる程度であること
がわかる。
の処理の後で再び測定した。表５に示す結果を比較する
と、スループレーン抵抗が少なくとも４７％減少する
が、重量および厚さの変化は無視できる程度であること
がわかる。
【００５６】
【表５】 各実施例で得られた測定結果に幾つかのばらつきがある
けれども、本発明に従う研磨処理のために抵抗の減少が
顕著である。抵抗データのばらつきは、ＢＰＰ成分（グ
ラファイトおよびＰＶＤＦ結合剤樹脂）の固有抵抗が少
なくとも１０の１０倍の相違があるので説明できる。各
成分の抵抗の大きな広がりぐわいと比較してデータのば
らつきは無視できる。厚さおよび重量の測定の結果は、
ＢＰＰの寸法が研磨処理によって著しく変化していない
ことを明確に示している。
けれども、本発明に従う研磨処理のために抵抗の減少が
顕著である。抵抗データのばらつきは、ＢＰＰ成分（グ
ラファイトおよびＰＶＤＦ結合剤樹脂）の固有抵抗が少
なくとも１０の１０倍の相違があるので説明できる。各
成分の抵抗の大きな広がりぐわいと比較してデータのば
らつきは無視できる。厚さおよび重量の測定の結果は、
ＢＰＰの寸法が研磨処理によって著しく変化していない
ことを明確に示している。
【００５７】本発明の個々の材料、方法および実施態様
を本明細書に説明しているが、これらは本発明を限定す
るものではない。本発明の有利な方法および追加の実施
態様の種々の変形も請求項に規定した通り、本発明の思
想および範囲から逸脱することなく本願明細書を参照す
ることで当業者にとって明らかである。それ故に本発明
の思想および範囲の中に包含される変形および実施態様
も請求項によって包含される。
を本明細書に説明しているが、これらは本発明を限定す
るものではない。本発明の有利な方法および追加の実施
態様の種々の変形も請求項に規定した通り、本発明の思
想および範囲から逸脱することなく本願明細書を参照す
ることで当業者にとって明らかである。それ故に本発明
の思想および範囲の中に包含される変形および実施態様
も請求項によって包含される。
【図１】図１は燃料電池の簡略図である。
【図２】図２は研磨処理の前のＢＰＰ表面のＳＥＭ写真
（走査電子顕微鏡写真）である。
（走査電子顕微鏡写真）である。
【図３】図３は研磨処理および残留研磨材粒子の除去の
後の高解像度でのＢＰＰ表面のＳＥＭ写真である。
後の高解像度でのＢＰＰ表面のＳＥＭ写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リユーデイガー・ヘングル ドイツ連邦共和国、メーリング、フロイー リングストラーセ、６ (72)発明者 ヤマモト・テツ 埼玉県川越市鳥町24−９、アミテイ・スジ ノ401号 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB06 CC03 CX05 EE05 EE06 EE18 HH01 HH03 HH05 HH06
Claims (18)
- 【請求項１】 ポリマーで結合された導電性材料を含む
電気化学的電池のための双極極板において、該極板が結
合材料の膜を持っておらず、それのスループレーン抵抗
（through-plane resistivity)が１ｍΩ・ｍを超えず、
そして３μｍの正面末端直径プローブを用いて測定した
時のそれの表面粗さが少なくとも１．５μｍでかつ９μ
ｍより大きくないことを特徴とする、上記双極極板。 - 【請求項２】 導電性材料を微粒状炭素およびグラファ
イト材料より成る群から選択する請求項１に記載の双極
極板。 - 【請求項３】 ５μｍの厚さを有する極板の平らな表面
を形成する外側層の導電性材料の部分密度が全体の極板
材料組成物中の上記導電性材料の平均部分密度の８０％
より小さくない請求項１に記載の双極極板。 - 【請求項４】 請求項１に従う双極極板を製造する方法
において、（ａ）３３〜９８％の重量割合の導電性微粒
状材料、および熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂よりな
る群から選択される２〜６７％の重量割合の結合剤を含
む組成物を成形し、（ｂ）その成形体を場合によっては
所望の形に造形し、（ｃ）この成形体を研磨物質の流れ
に委ね、それによって該成形体の膜層を除き、そして３
μｍの正面末端直径プローブを用いて測定した時、少な
くとも１．５μｍでそして９μｍより大きくない表面粗
さを形成しそして（ｄ）粗面化された表面を掃除して如
何なる残留研磨材も除くことを特徴とする上記方法。 - 【請求項５】 研磨物質が約４０〜約２５０μｍの直径
の球状研磨材を含有する請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 研磨物質が約４０〜約７０μｍの直径の
球状研磨材を含有する請求項４に記載の方法。 - 【請求項７】 研磨物質が約９０〜約１５０μｍの直径
の球状研磨材を含有する請求項４に記載の方法。 - 【請求項８】 研磨物質が約１５０〜約２５０μｍの直
径の球状研磨材を含有する請求項４に記載の方法。 - 【請求項９】 研磨材が球状のガラスを含む請求項４に
記載の方法。 - 【請求項１０】 研磨材が固体二酸化炭素粒子を含む請
求項４に記載の方法。 - 【請求項１１】 研磨材が固体の氷粒子を含む請求項４
に記載の方法。 - 【請求項１２】 研磨材が約１μｍ〜約５００μｍの直
径を有する液滴を含む請求項４に記載の方法。 - 【請求項１３】 液体が水を含む請求項１２に記載の方
法。 - 【請求項１４】 研磨材が球状のガラスを含む請求項５
に記載の方法。 - 【請求項１５】 研磨材が球状のガラスを含む請求項６
に記載の方法。 - 【請求項１６】 研磨材が球状のガラスを含む請求項７
に記載の方法。 - 【請求項１７】 研磨材が球状のガラスを含む請求項８
に記載の方法。 - 【請求項１８】 それぞれにポリマー製膜状電解質を含
む複数の単一電池ユニットを含み、該膜の反対側に面し
てアノードおよびカソード電極を持つ電気化学的燃料電
池スタックにおいて、隣接する単一電池が請求項１の双
極極板によって電気的に連結されていることを特徴とす
る、上記電気化学的燃料電池スタック。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/757,501 | 2001-01-10 | ||
| US09/757,501 US6706437B2 (en) | 2001-01-10 | 2001-01-10 | Bipolar plates for fuel cell stacks |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002270203A true JP2002270203A (ja) | 2002-09-20 |
| JP2002270203A5 JP2002270203A5 (ja) | 2005-06-23 |
| JP4383710B2 JP4383710B2 (ja) | 2009-12-16 |
Family
ID=25048051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002002296A Expired - Fee Related JP4383710B2 (ja) | 2001-01-10 | 2002-01-09 | 燃料電池スタック用双極極板 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6706437B2 (ja) |
| EP (1) | EP1223630A3 (ja) |
| JP (1) | JP4383710B2 (ja) |
| CA (1) | CA2365337A1 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004031326A (ja) * | 2002-04-12 | 2004-01-29 | Sgl Carbon Ag | 電気化学的電池用の炭素繊維電極基板 |
| JP2005197222A (ja) * | 2003-12-12 | 2005-07-21 | Nisshinbo Ind Inc | 燃料電池セパレータ |
| JP2005216656A (ja) * | 2004-01-29 | 2005-08-11 | Dainippon Ink & Chem Inc | 固体高分子型燃料電池用セパレータ、その製造方法及び固体高分子型燃料電池 |
| JP2006066138A (ja) * | 2004-08-25 | 2006-03-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法及びそれを用いた固体高分子型燃料電池 |
| JP2006107989A (ja) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Nichias Corp | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
| CN1331260C (zh) * | 2003-09-26 | 2007-08-08 | 三星Sdi株式会社 | 用于燃料电池的双极板 |
| US7960065B2 (en) | 2005-06-21 | 2011-06-14 | Dainippon Ink And Chemicals, Inc. | Separator for fuel cell, method for producing the same, and fuel cell |
| KR20190085155A (ko) * | 2016-12-07 | 2019-07-17 | 에보니크 룀 게엠베하 | 개선된 기계적 특성 및 높은 내후성을 갖는 압출 무광 호일 |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10129815A1 (de) * | 2001-06-24 | 2003-01-09 | Profos Ag | Verfahren zur Aufreinigung von Bakterienzellen und Zellbestandteilen |
| AU2003215471A1 (en) * | 2003-03-27 | 2004-10-18 | E.I. Du Pont Canada Company | Post-molding treatment of current collector plates for fuel cells to improve conductivity |
| US20040258975A1 (en) * | 2003-05-05 | 2004-12-23 | Extrand Charles W. | Fuel cell component with lyophilic surface |
| TWI221039B (en) * | 2003-07-02 | 2004-09-11 | Univ Tsinghua | Preparation of fuel cell composite bipolar plate |
| US8211593B2 (en) * | 2003-09-08 | 2012-07-03 | Intematix Corporation | Low platinum fuel cells, catalysts, and method for preparing the same |
| JP3942578B2 (ja) * | 2003-10-29 | 2007-07-11 | 三洋電機株式会社 | 燃料電池 |
| KR100545992B1 (ko) | 2004-03-10 | 2006-01-25 | (주)퓨얼셀 파워 | 연료전지용 분리판 및 제조방법, 그리고 이러한 분리판을포함하는 연료전지 스택 |
| JP2008511104A (ja) * | 2004-08-19 | 2008-04-10 | ジーエム・グローバル・テクノロジー・オペレーションズ・インコーポレーテッド | 改善された水管理のための燃料電池要素の表面改質 |
| US20060257711A1 (en) * | 2005-05-12 | 2006-11-16 | Elhamid Mahmoud H A | Electrically conductive fluid distribution plate for fuel cells |
| WO2007013046A2 (en) * | 2005-07-28 | 2007-02-01 | Dana Corporation | Fuel cell surface activation |
| US7776249B2 (en) * | 2005-08-30 | 2010-08-17 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Method of making bipolar plate |
| JPWO2009113717A1 (ja) * | 2008-03-14 | 2011-07-21 | 昭和電工株式会社 | 燃料電池用セパレータおよびその製造方法 |
| WO2009131580A1 (en) * | 2008-04-24 | 2009-10-29 | Utc Power Corporation | Fuel cell component and methods of manufacture |
| DE102008002457A1 (de) * | 2008-06-16 | 2009-12-17 | Elcomax Membranes Gmbh | Verwendung eines protonenleitfähigkeitverleihenden Materials bei der Herstellung von Brennstoffzellen |
| US8906579B2 (en) * | 2009-05-14 | 2014-12-09 | GM Global Technology Operations LLC | Low contact resistance coated stainless steel bipolar plates for fuel cells |
| US8470489B2 (en) | 2010-05-13 | 2013-06-25 | Energyor Technologies Inc. | Method for producing bipolar plates |
| US8859164B2 (en) * | 2011-02-15 | 2014-10-14 | Ford Global Technologies, Llc | Bipolar plates and electrochemical cells employing the same |
| CN102244271B (zh) * | 2011-06-01 | 2014-03-26 | 南通大学 | 质子交换膜燃料电池复合材料双极板及生产方法 |
| TWI447995B (zh) * | 2011-12-20 | 2014-08-01 | Ind Tech Res Inst | 雙極板與燃料電池 |
| WO2018134956A1 (ja) * | 2017-01-19 | 2018-07-26 | 住友電気工業株式会社 | 双極板、セルフレーム、セルスタック、及びレドックスフロー電池 |
| DE102020213716A1 (de) * | 2020-11-02 | 2022-05-05 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verteilerplatte, Bipolarplatte, elektrochemische Zelle mit einer Verteilerplatte und Verfahren zur Herstellung einer Verteilerplatte |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB850045A (en) * | 1957-11-19 | 1960-09-28 | Goodyear Tire & Rubber | A method for removing undesirable matter adhering to the surface of an elastomeric article |
| US3634569A (en) * | 1969-01-08 | 1972-01-11 | United Aircraft Corp | Method of manufacture of dense graphite structures |
| IT1077612B (it) * | 1977-02-07 | 1985-05-04 | Nora Oronzo Impianti Elettroch | Setto bipolare conduttore per celle elettrochimiche e metodo di preparazione |
| DE2838756A1 (de) | 1978-09-06 | 1980-03-27 | Bayer Ag | Verfahren zur herstellung von vulkanisierten, urethangruppen aufweisenden elastomeren |
| US4214969A (en) | 1979-01-02 | 1980-07-29 | General Electric Company | Low cost bipolar current collector-separator for electrochemical cells |
| US4360485A (en) * | 1980-08-25 | 1982-11-23 | United Technologies Corporation | Method for making improved separator plates for electrochemical cells |
| US4664988A (en) | 1984-04-06 | 1987-05-12 | Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell electrode substrate incorporating separator as an intercooler and process for preparation thereof |
| DE3741165A1 (de) | 1987-12-04 | 1989-06-15 | Henkel Kgaa | Heisshaertende klebstoffe auf basis von hydroxylgruppen enthaltendem polybutadien |
| US5107629A (en) * | 1989-11-09 | 1992-04-28 | The Celotex Corporation | Texturing of acoustical mineral fiberboard with wheel blast machine |
| US5064896A (en) | 1990-08-08 | 1991-11-12 | Tanner Chemical Company, Inc. | Adhesive compositions |
| JP3323038B2 (ja) * | 1995-08-10 | 2002-09-09 | 京セラ株式会社 | 固体電解質型燃料電池セル |
| US5766687A (en) | 1996-11-20 | 1998-06-16 | Mmr Technologies, Inc. | Liquid ebonite anticorrosive coating for metals |
| JPH10189011A (ja) * | 1996-12-20 | 1998-07-21 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池 |
| US6440598B1 (en) | 1997-10-14 | 2002-08-27 | Nisshin Steel Co., Ltd. | Separator for low temperature type fuel cell and method of production thereof |
| JP4000651B2 (ja) | 1998-01-19 | 2007-10-31 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池用セパレータの製造方法 |
| EP0975040A1 (en) | 1998-02-06 | 2000-01-26 | Nisshinbo Industries, Inc. | Separator for fuel cells and method of manufacturing the same |
| US6096450A (en) * | 1998-02-11 | 2000-08-01 | Plug Power Inc. | Fuel cell assembly fluid flow plate having conductive fibers and rigidizing material therein |
| JPH11297338A (ja) | 1998-04-10 | 1999-10-29 | Nisshinbo Ind Inc | 固体高分子型燃料電地用セパレータ及びその製造方法 |
| JP4707786B2 (ja) | 1998-05-07 | 2011-06-22 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池用ガスセパレータの製造方法 |
-
2001
- 2001-01-10 US US09/757,501 patent/US6706437B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-12-17 CA CA002365337A patent/CA2365337A1/en not_active Abandoned
- 2001-12-21 EP EP01130533A patent/EP1223630A3/en not_active Withdrawn
-
2002
- 2002-01-09 JP JP2002002296A patent/JP4383710B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004031326A (ja) * | 2002-04-12 | 2004-01-29 | Sgl Carbon Ag | 電気化学的電池用の炭素繊維電極基板 |
| CN1331260C (zh) * | 2003-09-26 | 2007-08-08 | 三星Sdi株式会社 | 用于燃料电池的双极板 |
| JP2005197222A (ja) * | 2003-12-12 | 2005-07-21 | Nisshinbo Ind Inc | 燃料電池セパレータ |
| JP2005216656A (ja) * | 2004-01-29 | 2005-08-11 | Dainippon Ink & Chem Inc | 固体高分子型燃料電池用セパレータ、その製造方法及び固体高分子型燃料電池 |
| JP4656370B2 (ja) * | 2004-01-29 | 2011-03-23 | Ｄｉｃ株式会社 | 固体高分子型燃料電池用セパレータ、その製造方法及び固体高分子型燃料電池 |
| JP2006066138A (ja) * | 2004-08-25 | 2006-03-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法及びそれを用いた固体高分子型燃料電池 |
| JP2006107989A (ja) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Nichias Corp | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
| US7960065B2 (en) | 2005-06-21 | 2011-06-14 | Dainippon Ink And Chemicals, Inc. | Separator for fuel cell, method for producing the same, and fuel cell |
| KR20190085155A (ko) * | 2016-12-07 | 2019-07-17 | 에보니크 룀 게엠베하 | 개선된 기계적 특성 및 높은 내후성을 갖는 압출 무광 호일 |
| KR102234116B1 (ko) * | 2016-12-07 | 2021-04-01 | 룀 게엠베하 | 개선된 기계적 특성 및 높은 내후성을 갖는 압출 무광 호일 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4383710B2 (ja) | 2009-12-16 |
| EP1223630A3 (en) | 2008-11-05 |
| US6706437B2 (en) | 2004-03-16 |
| CA2365337A1 (en) | 2002-07-10 |
| US20020127457A1 (en) | 2002-09-12 |
| EP1223630A2 (en) | 2002-07-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4383710B2 (ja) | 燃料電池スタック用双極極板 | |
| US7740971B2 (en) | Separator for fuel cell and production process for the same | |
| EP2264817B1 (en) | Fuel cell separator and method of manufacturing the same | |
| JPH11204120A (ja) | 燃料電池用セパレータの製造方法および燃料電池用セパレータ | |
| JP2006331673A (ja) | 燃料電池セパレータ | |
| JP3673747B2 (ja) | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 | |
| JPH08222241A (ja) | 固体高分子型燃料電池用黒鉛部材の製造方法 | |
| JP4414631B2 (ja) | 燃料電池用セパレータの製造方法 | |
| JP4934951B2 (ja) | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法及びそれを用いた固体高分子型燃料電池 | |
| EP2960973B1 (en) | Method for manufacturing a fuel cell separator | |
| JP4645790B2 (ja) | 燃料電池セパレータおよび固体高分子型燃料電池 | |
| JP2000040517A (ja) | 固体高分子型燃料電池用炭素質セパレータ部材及びその製造方法 | |
| JP2000173630A (ja) | 固体高分子型燃料電池用セパレータ部材の製造方法 | |
| JP2006318717A (ja) | 高分子電解質型燃料電池、その製造方法 | |
| JP4410020B2 (ja) | 燃料電池用セパレータ材の製造方法 | |
| JP4561239B2 (ja) | 燃料電池セパレータおよびそれを用いた燃料電池 | |
| JP2004079233A (ja) | 燃料電池セパレータの製造方法および燃料電池セパレータ | |
| CA2395413C (en) | Fuel cell separator and production method therefor | |
| CA2395422C (en) | Fuel cell separator | |
| JP7056535B2 (ja) | 改質カーボン粒子の製造方法、改質カーボン粒子、及び改質カーボン粒子を含む燃料電池用触媒層 | |
| JP2008010431A (ja) | 高分子電解質型燃料電池 | |
| US20050003261A1 (en) | Porous fuel cell separator, method of manufacture thereof, and solid polymer fuel cell | |
| JP2004146239A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池 | |
| JP2003272650A (ja) | 燃料電池用金属製セパレータの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040927 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040927 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051129 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060829 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061024 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20070124 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20070129 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081014 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20090113 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20090116 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20090213 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20090218 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20090313 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20090318 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090410 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090825 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090924 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121002 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131002 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |