JP2007176070A - 導電性複合膜、その製造方法及び燃料電池用セパレータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】樹脂粒子と、当該樹脂粒子の表面に付着した導電性粒子とを有する複合粒子が、当該複合粒子の表面の樹脂同士が溶融接着されて、積層構造を形成してある。
【選択図】図2
Description
このような課題に対しては、これまで、燃料電池用セパレータとして、ステンレス鋼の基板に、カーボン系粒子が分散した塗膜を形成させ、加熱処理して塗膜成分を分解・消失させることにより、カーボン系粒子の結合層とその結合層の表面に付着するカーボン系粒子とを形成させたもの(例えば、特許文献1参照)、ステンレス鋼の基板にグラファイト粉末とカーボンブラックとの導電材を含む導電性塗膜を形成させたもの(例えば、特許文献2参照)、鉄、アルミニウム等の金属層に、カーボンブラック等の導電材と導電材を固定するための樹脂結着材とで構成される被覆層を形成させたもの(例えば、特許文献3参照)等が提案されている。
さらには、上記導電性に加え、耐食性を有し、固体高分子型燃料電池等に適用できる燃料電池用セパレータを提供することを目的とする。
また、複合粒子による積層構造を有しているため、ピンホール等ができ難い緻密な構造の導電性複合膜とすることができる。
また、耐食性を有し、ピンホール等のない緻密な構造を有する導電性複合膜を金属基板の上に形成した場合には、導電性複合膜自身が腐食されないだけでなく、金属基板の保護膜として金属基板が腐食されるのを防止することもできるため、高い導電性及び耐食性を有する金属基板とすることができる。
また、複合粒子を所定形状に堆積させて複合膜を形成するため、ピンホール等ができ難い緻密な構造の導電性複合膜とすることができる。
(実施例1〜13、比較例)
導電性粒子として、粒子径が30〜50nm(平均粒子径40nm)の中空シェル状のカーボンブラックであるケッチェンブラック(KB)粉(EC300J粉末品、ケッチェンブラック・インターナショナル製)を用い、樹脂として、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)樹脂(呉羽化学工業製)を用いて、本発明に係る複合膜を作製した。
また、200℃で処理した複合膜は、185℃で処理した複合膜よりも接触抵抗が低下することが分かった。これは、高温で処理する方が、KBのネットワークを維持しつつ、ピンホールなどの欠陥を低減した緻密な複合膜が形成されたためと考えられる。
さらに、基板にめっき処理を施すことによって、接触抵抗が低下することが分かり、ステンレス鋼基板の表面に不動態皮膜が形成されるのを抑制していることが確認できた。なお、Niめっき処理を施した基板としては、表面に約3μmのNi層を形成させたものを使用し、Ni−Agめっき処理を施した基板としては、表面に約1μmのNi層を形成させた後、そのNi層の上に約5μmのAg層を形成させたものを使用した。
したがって、本発明に係る導電性複合膜は、ピンホール等がない緻密な膜にすることにより、PEFCの動作環境等のpH2程度の酸性雰囲気に対して、優れた耐食性を有することが確認できた。
Claims (12)
- 樹脂粒子と、当該樹脂粒子の表面に付着した導電性粒子とを有する複合粒子が、当該複合粒子の表面の樹脂同士が溶融接着されて、積層構造を形成してある導電性複合膜。
- 前記導電性粒子の粒子径が15〜150nmであり、前記樹脂粒子の粒子径が0.3〜2.5μmであって、前記複合粒子中の前記導電性粒子の体積割合が20〜60%である請求項1に記載の導電性複合膜。
- 前記導電性粒子は、カーボンブラックである請求項1又は2に記載の導電性複合膜。
- 前記カーボンブラックは、中空シェル状のカーボンブラックである請求項3に記載の導電性複合膜。
- 前記樹脂粒子は、フッ素系樹脂、イミド系樹脂、シリコン系樹脂、ポリエーテル系樹脂から選ばれる少なくとも1種の樹脂からなる請求項1〜4のいずれか一項に記載の導電性複合膜。
- 金属基板の上に形成された請求項1〜5のいずれか一項に記載の導電性複合膜。
- 前記金属基板は、表面に不動態皮膜防止用の金属層を有する請求項6に記載の導電性複合膜。
- 前記金属基板は、前記金属層として、ニッケル、ニッケルと銀、ニッケルと金、銅のいずれかの層を形成したステンレス鋼の基板である請求項7に記載の導電性複合膜。
- 請求項6〜8のいずれか一項に記載の導電性複合膜を用いた燃料電池用セパレータ。
- 樹脂が溶解した樹脂溶液と当該樹脂に対する貧溶媒との少なくとも一方に導電性粒子を分散させた後、前記樹脂溶液と前記貧溶媒とを混合して、樹脂粒子の表面に導電性粒子が付着した複合粒子を前記貧溶媒中に析出させる複合粒子作製工程と、当該複合粒子を所定形状に堆積させ、加熱して前記複合粒子の表面の樹脂同士を溶融接着させる製膜工程とを備える導電性複合膜の製造方法。
- 前記製膜工程において、前記複合粒子を析出させた前記貧溶媒の中に、少なくとも一方が導電性の基材となる正負一対の電極を配置し、当該正負一対の電極の間に電位差を与えて、前記複合粒子を電気泳動により前記基材の上に堆積させる請求項10に記載の導電性複合膜の製造方法。
- 前記基材として金属基材を使用する場合において、前記製膜工程の前に、前記金属基材の表面に不動態皮膜防止用の金属層を設ける請求項11に記載の導電性複合膜の製造方法。
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