JP2020102394A - Surface processing method for separator for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池用セパレータの表面処理方法に関する。 The present invention relates to a surface treatment method for a fuel cell separator.
従来、固体高分子形燃料電池は、複数の単セルが積層された構成を有している。単セルは、膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを備えている。セパレータには、それぞれ延在する凸部及び凹部が交互に形成されている。こうした燃料電池用のセパレータは、例えばステンレス鋼などの金属板材からなる基材を有している。 Conventionally, a polymer electrolyte fuel cell has a structure in which a plurality of unit cells are stacked. The single cell includes a membrane electrode assembly and a pair of separators that sandwich the membrane electrode assembly. On the separator, convex portions and concave portions extending respectively are alternately formed. Such a separator for a fuel cell has a base material made of a metal plate material such as stainless steel.
また従来、セパレータを構成する基材の表面に存在する酸化被膜によってセパレータと膜電極接合体との間の接触抵抗が増大することが知られている。
特許文献１には、セパレータの凸部の頂面に導電層を形成する表面処理方法が開示されている。上記導電層は、基材の凸部の頂面に形成される第１層と、第１層の表面に形成される第２層とから構成されている。第１層は、熱硬化性樹脂からなる第１結合材と、基材の酸化被膜よりも硬度が高い導電性粒子とを含む。また、第２層は、熱可塑性樹脂からなる第２結合材とグラファイト粒子とを含む。
It has been conventionally known that the oxide film existing on the surface of the base material forming the separator increases the contact resistance between the separator and the membrane electrode assembly.
Patent Document 1 discloses a surface treatment method in which a conductive layer is formed on the top surfaces of the protrusions of the separator. The conductive layer is composed of a first layer formed on the top surface of the convex portion of the base material and a second layer formed on the surface of the first layer. The first layer includes a first binder made of a thermosetting resin and conductive particles having a hardness higher than that of the oxide film of the base material. In addition, the second layer contains a second binder made of a thermoplastic resin and graphite particles.
上記文献１に記載の表面処理方法では、まず、セパレータの基材の凸部の頂面上に、導電層が形成された熱転写用フィルムを載置する。次に、加熱部をそれぞれ有する下型及び上型を備える塗膜形成装置により、熱転写用フィルムを基材に対して加圧するとともに加熱することで、基材の凸部の頂面に導電層を熱転写する。 In the surface treatment method described in Document 1, first, the thermal transfer film having the conductive layer formed thereon is placed on the top surface of the convex portion of the base material of the separator. Next, by a coating film forming apparatus including a lower mold and an upper mold each having a heating unit, the film for thermal transfer is pressed against the base material and heated to form a conductive layer on the top surface of the convex portion of the base material. Heat transfer.
こうした導電層が形成されたセパレータによれば、第１層の導電性粒子が基材の酸化被膜を貫通して基材の母材に接触しているため、母材、第１層の導電性粒子、及び第２層のグラファイト粒子によって酸化被膜を経由しない導電経路が形成される。これにより、セパレータの接触抵抗を低減することができる。 According to the separator having such a conductive layer, since the conductive particles of the first layer penetrate the oxide film of the base material and are in contact with the base material of the base material, the conductivity of the base material and the first layer is reduced. The particles and the graphite particles of the second layer form a conductive path that does not pass through the oxide film. Thereby, the contact resistance of the separator can be reduced.
ところで、上記文献１に記載の方法により形成されたセパレータでは、第２結合材が熱可塑性樹脂であるため、第１結合材（第１層）との間の結着力が不足しやすく、第２層が第１層から脱落しやすい。 By the way, in the separator formed by the method described in Document 1, since the second binder is a thermoplastic resin, the binding force between the second binder and the first binder (first layer) tends to be insufficient, and the second binder The layer easily falls off from the first layer.
また、こうした問題を解消するために、第１結合材及び第２結合材のそれぞれに熱硬化性樹脂を適用すると、以下の不都合が生じるおそれがある。すなわち、熱転写によって第２結合材が熱硬化すると、第２結合材がフィルムに結着することでフィルムを第２層から剥離しにくくなる。また、第２層からフィルムを無理に剥離させようとすると、第２層を介してフィルムに結着されたグラファイト粒子が第１層から脱落するおそれがある。 If thermosetting resin is applied to each of the first binder and the second binder in order to solve these problems, the following inconvenience may occur. That is, when the second binding material is thermoset by thermal transfer, the second binding material is bound to the film, so that the film is less likely to be peeled from the second layer. Further, if the film is forcibly peeled from the second layer, the graphite particles bound to the film via the second layer may fall off from the first layer.
本発明の目的は、表面処理を適切に行うことができる燃料電池用セパレータの表面処理方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a surface treatment method for a fuel cell separator, which can appropriately perform surface treatment.
上記目的を達成するための燃料電池用セパレータの表面処理方法は、金属板材からなり、それぞれ延在する凸部及び凹部が交互に設けられた基材と、前記基材の前記凸部の頂面に設けられ、熱硬化性樹脂からなる第１結合材及び導電性粒子を含む第１層と、前記第１層の表面に設けられ、熱硬化性樹脂からなる第２結合材及び導電性炭素材を含む第２層とを備える燃料電池用セパレータの表面処理方法であって、前記基材の前記凸部の頂面に前記第１層を形成する第１層形成工程と、対向して配置される第１型と第２型との間に、フィルムの一方の面に設けられた前記第２層を前記第１層の表面に当接させ、前記フィルムの他方の面を前記第１型に対向させた状態で前記基材及び前記フィルムを配置し、前記第１型と前記第２型とにより前記基材及び前記フィルムを加圧するとともに前記第２型を前記第１型よりも高い温度にして前記基材及び前記フィルムを加熱することで、前記第１結合材及び前記第２結合材を熱硬化させて前記第１層の表面に前記第２層を熱転写することにより形成する第２層形成工程と、を備える。 The surface treatment method of the fuel cell separator for achieving the above object is made of a metal plate material, and a base material provided with alternately extending convex portions and concave portions, and a top surface of the convex portion of the base material. A first binder containing a thermosetting resin and conductive particles, and a second binder and a conductive carbon material provided on the surface of the first layer and made of a thermosetting resin. A surface treatment method for a fuel cell separator, comprising: a second layer including: a first layer forming step of forming the first layer on a top surface of the convex portion of the base material; Between the first mold and the second mold, the second layer provided on one surface of the film is brought into contact with the surface of the first layer, and the other surface of the film is formed on the first mold. The base material and the film are arranged in a state of facing each other, the base material and the film are pressed by the first mold and the second mold, and the second mold is heated to a temperature higher than that of the first mold. A second layer formed by heating the base material and the film to heat cure the first binder and the second binder to thermally transfer the second layer to the surface of the first layer. And a forming step.
同方法によれば、第２層形成工程において、基材を介してフィルムとは反対側に位置する第２型を第１型よりも高い温度にして基材及びフィルムの加熱が行われる。このため、フィルムの一方の面に設けられた第２層は、主に第１層側からの受熱によって加熱されるようになる。これにより、第２層における第１層側の部分の熱硬化を早めることで第１層との結着性を高めつつ、第２層のフィルム側の部分の熱硬化を遅らせることができる。これにより、第２結合材のフィルム側の部分が熱硬化する前、すなわち第２結合材とフィルムとが結着される前に型開きしてフィルムを剥離するようにすれば、フィルムを第２層から容易に剥離させることができる。したがって、セパレータの表面処理を適切に行うことができる。 According to this method, in the second layer forming step, the base material and the film are heated by setting the temperature of the second mold located on the opposite side of the film via the base material to be higher than that of the first mold. Therefore, the second layer provided on one surface of the film is heated mainly by receiving heat from the first layer side. Thus, the thermosetting of the portion of the second layer on the side of the first layer can be accelerated, and the binding property with the first layer can be enhanced, while the thermosetting of the portion of the second layer on the film side can be delayed. As a result, when the film side portion of the second binding material is thermoset, that is, before the second binding material and the film are bound to each other, the mold is opened and the film is peeled off. It can be easily peeled off from the layer. Therefore, the surface treatment of the separator can be appropriately performed.
上記燃料電池用セパレータの表面処理方法では、前記第２層形成工程において、前記第１型による加熱を行わないことが好ましい。
同方法によれば、第２型にのみ加熱部を設ければよく、第１型に加熱部を設けなくて済む。このため、第１型の構成を簡単にすることができる。
In the surface treatment method for a fuel cell separator, it is preferable that heating by the first mold is not performed in the second layer forming step.
According to this method, the heating part is provided only in the second mold, and the heating part is not provided in the first mold. Therefore, the structure of the first type can be simplified.
上記燃料電池用セパレータの表面処理方法では、前記第２層形成工程において、前記第１型及び前記第２型の双方により加熱を行うとともに、前記第１型の温度を前記第２型よりも低くすることが好ましい。 In the surface treatment method for a fuel cell separator, in the second layer forming step, heating is performed by both the first mold and the second mold, and the temperature of the first mold is lower than that of the second mold. Preferably.
同方法によれば、第１型による加熱を行わない方法と比較して、第１結合材及び第２結合材の昇温を促進させることができる。したがって、燃料電池用セパレータの生産性を向上させることができる。 According to this method, it is possible to accelerate the temperature rise of the first binder and the second binder, as compared with the method in which the heating by the first mold is not performed. Therefore, the productivity of the fuel cell separator can be improved.
上記燃料電池用セパレータの表面処理方法では、前記第１結合材と前記第２結合材とは、同一の熱硬化性樹脂により構成されていることが好ましい。
同方法によれば、第１結合材と第２結合材とが同一の熱硬化性樹脂であることから、第１結合材と第２結合材との親和性が高くなる。このため、第１結合材と第２結合材とが異なる熱硬化性樹脂からなる構成と比較して、第１層と第２層とが強固に結着される。
In the surface treatment method for a fuel cell separator, it is preferable that the first binder and the second binder are made of the same thermosetting resin.
According to this method, since the first binder and the second binder are the same thermosetting resin, the affinity between the first binder and the second binder is high. Therefore, the first layer and the second layer are firmly bonded to each other as compared with the configuration in which the first binder and the second binder are made of different thermosetting resins.
上記燃料電池用セパレータの表面処理方法では、前記第１層形成工程において、前記基材の表面全体に前記第１層を形成することが好ましい。
同方法によれば、基材の表面全体に第１層が形成されるため、基材の表面からの金属イオンの溶出を抑制することができる。
In the surface treatment method for a fuel cell separator, it is preferable that the first layer is formed on the entire surface of the base material in the first layer forming step.
According to this method, since the first layer is formed on the entire surface of the base material, the elution of metal ions from the surface of the base material can be suppressed.
本発明によれば、燃料電池用セパレータの表面処理を適切に行うことができる。 According to the present invention, the surface treatment of the fuel cell separator can be appropriately performed.
以下、図１〜図５を参照して、一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の燃料電池用セパレータ（以下、セパレータ２０）は、固体高分子形燃料電池のスタック１００に用いられるものである。なお、セパレータ２０は、後述する第１セパレータ３０及び第２セパレータ４０の総称である。
Hereinafter, one embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
As shown in FIG. 1, the fuel cell separator of the present embodiment (hereinafter, separator 20) is used in a stack 100 of a polymer electrolyte fuel cell. The separator 20 is a general term for a first separator 30 and a second separator 40 described later.
スタック１００は、複数の単セル１０が積層された構造を有している。単セル１０は、第１セパレータ３０及び第２セパレータ４０により挟持された膜電極接合体１１を備えている。膜電極接合体１１と各セパレータ３０，４０との間には、炭素繊維からなるアノード側ガス拡散層１４及びカソード側ガス拡散層１５が介設されている。膜電極接合体１１は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有する固体高分子材料からなる電解質膜１２と、電解質膜１２を挟持する一対の電極触媒層１３とを備えている。各電極触媒層１３には、燃料電池における反応ガスの電気化学反応を促進するための触媒（例えば白金）が担持されている。 The stack 100 has a structure in which a plurality of single cells 10 are stacked. The unit cell 10 includes the membrane electrode assembly 11 sandwiched by the first separator 30 and the second separator 40. An anode side gas diffusion layer 14 and a cathode side gas diffusion layer 15 made of carbon fiber are interposed between the membrane electrode assembly 11 and the separators 30 and 40. The membrane electrode assembly 11 includes an electrolyte membrane 12 made of a solid polymer material having good proton conductivity in a wet state, and a pair of electrode catalyst layers 13 sandwiching the electrolyte membrane 12. Each electrode catalyst layer 13 carries a catalyst (for example, platinum) for promoting the electrochemical reaction of the reaction gas in the fuel cell.
第１セパレータ３０は、ステンレス鋼などの金属板材からなり、金属板材の面方向（この場合、同図の紙面に直交する方向）に沿ってそれぞれ延在する第１凸部３２及び第１凹部３３が交互に形成された基材３１を有している。第１凸部３２及び第１凹部３３は複数設けられている。基材３１の各第１凸部３２は、アノード側ガス拡散層１４に向かって突出している。 The first separator 30 is made of a metal plate material such as stainless steel, and extends along the surface direction of the metal plate material (in this case, the direction orthogonal to the paper surface of the drawing), and the first convex portion 32 and the first concave portion 33, respectively. Have base materials 31 formed alternately. A plurality of first convex portions 32 and first concave portions 33 are provided. Each first convex portion 32 of the base material 31 projects toward the anode-side gas diffusion layer 14.
第２セパレータ４０は、ステンレス鋼などの金属板材からなり、金属板材の面方向（この場合、同図の紙面に直交する方向）に沿ってそれぞれ延在する第２凸部４２及び第２凹部４３が交互に形成された基材４１を有している。第２凸部４２及び第２凹部４３は複数設けられている。基材４１の各第２凸部４２は、カソード側ガス拡散層１５に向かって突出している。 The second separator 40 is made of a metal plate material such as stainless steel, and extends along the surface direction of the metal plate material (in this case, the direction orthogonal to the paper surface of the drawing) and the second convex portion 42 and the second concave portion 43, respectively. Have base materials 41 formed alternately. A plurality of second convex portions 42 and second concave portions 43 are provided. Each second convex portion 42 of the base material 41 projects toward the cathode-side gas diffusion layer 15.
図２に示すように、各セパレータ３０，４０の基材３１，４１の表面全体には、熱硬化性樹脂からなる第１結合材５１及び導電性粒子５２を含む第１層５０が形成されている。本実施形態の第１結合材５１はエポキシ樹脂であり、導電性粒子５２は窒化チタンである。なお、窒化チタンは、基材３１，４１の表面に形成された酸化被膜３１ａ，４１ａよりも硬度が高い。 As shown in FIG. 2, a first layer 50 including a first binder 51 made of a thermosetting resin and conductive particles 52 is formed on the entire surface of the base material 31, 41 of each separator 30, 40. There is. The first binder 51 of this embodiment is an epoxy resin, and the conductive particles 52 are titanium nitride. Note that titanium nitride has a higher hardness than the oxide films 31a and 41a formed on the surfaces of the base materials 31 and 41.
第１層５０の表面のうち、基材３１，４１の各凸部３２，４２の頂面に対応する部分には、熱硬化性樹脂からなる第２結合材６１及び導電性炭素材６２を含む第２層６０が形成されている。本実施形態の第２結合材６１は、第１結合材５１と同一のエポキシ樹脂であり、導電性炭素材６２はグラファイト粒子である。 A portion of the surface of the first layer 50 corresponding to the top surfaces of the protrusions 32 and 42 of the base materials 31 and 41 includes a second binder 61 made of a thermosetting resin and a conductive carbon material 62. The second layer 60 is formed. The second binder 61 of this embodiment is the same epoxy resin as the first binder 51, and the conductive carbon material 62 is graphite particles.
導電性粒子５２は、各凸部３２，４２の表面に形成された酸化被膜３１ａ，４１ａを貫通して基材３１，４１に接触している。また、導電性粒子５２と導電性炭素材６２とは互いに接触している。このため、基材３１，４１、導電性粒子５２、及び導電性炭素材６２によって酸化被膜３１ａ，４１ａを経由しない導電経路が形成される。 The conductive particles 52 penetrate the oxide films 31 a and 41 a formed on the surfaces of the protrusions 32 and 42 and are in contact with the base materials 31 and 41. In addition, the conductive particles 52 and the conductive carbon material 62 are in contact with each other. Therefore, the base materials 31, 41, the conductive particles 52, and the conductive carbon material 62 form a conductive path that does not pass through the oxide films 31a, 41a.
図１に示すように、第１セパレータ３０の第１凹部３３に対応する部分とアノード側ガス拡散層１４とで区画される部分は、燃料ガス（例えば、水素ガス）が流通されるガス流路とされている。第２セパレータ４０の第２凹部４３に対応する部分とカソード側ガス拡散層１５とで区画される部分は、酸化剤ガス（例えば、空気）が流通されるガス流路とされている。 As shown in FIG. 1, a portion corresponding to the first recess 33 of the first separator 30 and a portion defined by the anode-side gas diffusion layer 14 is a gas passage through which a fuel gas (for example, hydrogen gas) flows. It is said that. A portion of the second separator 40 corresponding to the second recess 43 and the cathode-side gas diffusion layer 15 is defined as a gas passage through which an oxidant gas (eg, air) flows.
また、第１セパレータ３０における第１凹部３３の底部に対応する部分と、同第１セパレータ３０に隣り合う第２セパレータ４０の第２凹部４３の底部に対応する部分とは、レーザ溶接などにより互いに接合されている。第１セパレータ３０の第１凸部３２の裏面に対応する部分と、第２セパレータ４０の第２凸部４２の裏面に対応する部分とで区画される部分は、冷却水が流通する冷却流路とされている。 Further, a portion of the first separator 30 corresponding to the bottom of the first recess 33 and a portion of the second separator 40 adjacent to the first separator 30 corresponding to the bottom of the second recess 43 are mutually laser welded. It is joined. A portion defined by a portion corresponding to the back surface of the first convex portion 32 of the first separator 30 and a portion corresponding to the rear surface of the second convex portion 42 of the second separator 40 is a cooling channel through which cooling water flows. It is said that.
次に、セパレータ２０の表面処理方法について説明する。
なお、第１セパレータ３０及び第２セパレータ４０の表面処理方法は同一であるため、以降においては、第１セパレータ３０の表面処理方法について説明することで、第２セパレータ４０の表面処理方法の説明を省略する。
Next, the surface treatment method of the separator 20 will be described.
Since the surface treatment methods of the first separator 30 and the second separator 40 are the same, the surface treatment method of the second separator 40 will be described below by describing the surface treatment method of the first separator 30. Omit it.
まず、図３に示すように、基材３１の表面全体に対して、第１結合材５１及び導電性粒子５２を含む塗料をスプレーするなどして第１層５０を形成する（第１層形成工程）。
次に、第１層５０が設けられた基材３１に対して、以下に説明する熱転写装置１１０を用いて第２層６０を熱転写する。
First, as shown in FIG. 3, the first layer 50 is formed by spraying a coating material containing the first binder 51 and the conductive particles 52 on the entire surface of the base material 31 (first layer formation). Process).
Next, the second layer 60 is thermally transferred to the base material 31 provided with the first layer 50 by using the thermal transfer device 110 described below.
図４に示すように、熱転写装置１１０は、第１型と、第１型１１１に対向して配置される第２型１１２とを備えている。第２型１１２は、固定型であり、第１型１１１は、第２型１１２に対して進退可能に設けられた可動型である。第２型１１２は、内部に電熱線１１３が設けられており、電熱線１１３に通電することにより第２型１１２が所定の温度まで加熱される。本実施形態における上記所定の温度は、熱硬化性樹脂である第１結合材５１及び第２結合材６１が熱硬化する温度であり、例えば２００℃以上である。 As shown in FIG. 4, the thermal transfer device 110 includes a first die and a second die 112 that is arranged to face the first die 111. The second die 112 is a fixed die, and the first die 111 is a movable die that is provided so as to be able to move forward and backward with respect to the second die 112. The second die 112 is provided with a heating wire 113 therein, and the second die 112 is heated to a predetermined temperature by energizing the heating wire 113. The predetermined temperature in the present embodiment is a temperature at which the first binder 51 and the second binder 61, which are thermosetting resins, are thermoset, and is, for example, 200° C. or higher.
次に、図４に示すように、第１凸部３２を上側にして基材３１を第２型１１２上に載置する。そして、一方の面に第２層６０が塗工されたフィルム９０を、第２層６０を下側にした状態で、すなわちフィルム９０の他方の面を第１型１１１に対向させた状態で基材３１上に載置する。 Next, as shown in FIG. 4, the base 31 is placed on the second mold 112 with the first protrusion 32 facing upward. Then, the film 90 having the second layer 60 applied to one surface thereof is used as a base with the second layer 60 facing downward, that is, with the other surface of the film 90 facing the first mold 111. It is placed on the material 31.
次に、図５に示すように、第１型１１１と第２型１１２とにより基材３１及びフィルム９０を加圧するとともに加熱する。ここで、熱転写装置１１０は、第２型１１２にのみ電熱線１１３が設けられているため、基材３１及びフィルム９０は、第２型１１２により加熱され、第１型１１１によっては加熱されない。これにより、各結合材５１，６１が熱硬化することで第１層５０及び第２層６０が形成される（第２層形成工程）。 Next, as shown in FIG. 5, the base 31 and the film 90 are pressed and heated by the first mold 111 and the second mold 112. Here, in the thermal transfer device 110, since the heating wire 113 is provided only on the second die 112, the base material 31 and the film 90 are heated by the second die 112 and not by the first die 111. As a result, the binders 51 and 61 are thermoset, whereby the first layer 50 and the second layer 60 are formed (second layer forming step).
なお、熱転写装置１１０により基材３１及びフィルム９０が加圧されることにより、第１層５０の導電性粒子５２が酸化被膜３１ａを貫通して基材３１に接触するようになる（図２参照）。なお、熱転写装置１１０による基材３１の加圧は、基材３１が塑性変形しない程度の圧力により行われる。 When the thermal transfer device 110 pressurizes the base material 31 and the film 90, the conductive particles 52 of the first layer 50 penetrate the oxide film 31a and come into contact with the base material 31 (see FIG. 2). ). The pressurization of the base material 31 by the thermal transfer device 110 is performed with a pressure that does not plastically deform the base material 31.
最後に、熱転写装置１１０を型開きして、フィルム９０を基材３１から剥離する。
こうして第１セパレータ３０（セパレータ２０）の表面処理が行われる。
本実施形態の作用効果について説明する。
Finally, the thermal transfer device 110 is opened, and the film 90 is peeled off from the base material 31.
Thus, the surface treatment of the first separator 30 (separator 20) is performed.
The function and effect of this embodiment will be described.
（１）セパレータ２０の表面処理方法は、第１層形成工程と、第２層形成工程とを備える。第１層形成工程では、基材３１（４１）の表面全体に第１層５０を形成する。第２層形成工程では、対向して配置される第１型１１１と第２型１１２との間に、フィルム９０の一方の面に塗工された第２層６０を第１層５０の表面に当接させ、フィルム９０の他方の面を第１型１１１に対向させた状態で基材３１（４１）及びフィルム９０を配置する。次いで、第１型１１１と第２型１１２とにより基材３１（４１）及びフィルム９０を加圧するとともに第２型１１２のみにより基材３１（４１）及びフィルム９０を加熱することで、第１結合材５１及び第２結合材６１を熱硬化させて第１層５０の表面に第２層６０を熱転写する。 (1) The surface treatment method of the separator 20 includes a first layer forming step and a second layer forming step. In the first layer forming step, the first layer 50 is formed on the entire surface of the base material 31 (41). In the second layer forming step, the second layer 60 coated on one surface of the film 90 is applied to the surface of the first layer 50 between the first mold 111 and the second mold 112 which are arranged to face each other. The base material 31 (41) and the film 90 are arranged in a state where they are brought into contact with each other and the other surface of the film 90 faces the first die 111. Then, the base material 31 (41) and the film 90 are pressed by the first mold 111 and the second mold 112, and the base material 31 (41) and the film 90 are heated only by the second mold 112, whereby the first bonding is performed. The material 51 and the second bonding material 61 are thermally cured to thermally transfer the second layer 60 onto the surface of the first layer 50.
こうした方法によれば、第２層形成工程において、基材３１（４１）を介してフィルム９０とは反対側に位置する第２型１１２のみにより基材３１（４１）及びフィルム９０の加熱が行われる。このため、フィルム９０の一方の面に設けられた第２層６０は、主に第１層５０側からの受熱によって加熱されるようになる。これにより、第２層６０における第１層５０側の部分の熱硬化を早めることで第１層５０との結着性を高めつつ、第２層６０のフィルム９０側の部分の熱硬化を遅らせることができる。これにより、第２結合材６１のフィルム９０側の部分が熱硬化する前、すなわち第２結合材６１とフィルム９０とが結着される前に型開きしてフィルム９０を剥離するようにすれば、フィルム９０を第２層６０から容易に剥離させることができる。したがって、セパレータ２０の表面処理を適切に行うことができる。 According to such a method, in the second layer forming step, the base material 31 (41) and the film 90 are heated only by the second mold 112 located on the side opposite to the film 90 via the base material 31 (41 ). Be seen. Therefore, the second layer 60 provided on the one surface of the film 90 is heated mainly by receiving heat from the first layer 50 side. As a result, the thermosetting of the portion of the second layer 60 on the side of the first layer 50 is accelerated to enhance the binding property with the first layer 50, and the thermosetting of the portion of the second layer 60 on the side of the film 90 is delayed. be able to. Accordingly, before the portion of the second binding material 61 on the film 90 side is thermally cured, that is, before the second binding material 61 and the film 90 are bound to each other, the mold is opened and the film 90 is peeled off. The film 90 can be easily peeled off from the second layer 60. Therefore, the surface treatment of the separator 20 can be appropriately performed.
また、上記方法によれば、第２型１１２にのみ電熱線１１３を設ければよく、第１型１１１に電熱線を設けなくて済む。このため、第１型１１１の構成を簡単にすることができる。 Further, according to the above method, the heating wire 113 may be provided only on the second die 112, and the heating wire need not be provided on the first die 111. Therefore, the structure of the first die 111 can be simplified.
また、基材３１（４１）の表面全体に第１層５０が形成されるため、基材３１（４１）の表面からの金属イオンの溶出を抑制することができる。
（２）第１結合材５１と第２結合材６１とは、同一の熱硬化性樹脂により構成されている。
In addition, since the first layer 50 is formed on the entire surface of the base material 31 (41), elution of metal ions from the surface of the base material 31 (41) can be suppressed.
(2) The first binder 51 and the second binder 61 are made of the same thermosetting resin.
こうした方法によれば、第１結合材５１と第２結合材６１とが同一の熱硬化性樹脂であることから、第１結合材５１と第２結合材６１との親和性が高くなる。このため、第１結合材５１と第２結合材６１とが異なる熱硬化性樹脂からなる構成と比較して、第１層５０と第２層６０とが強固に結着される。 According to such a method, since the first binder 51 and the second binder 61 are the same thermosetting resin, the affinity between the first binder 51 and the second binder 61 is high. Therefore, the first layer 50 and the second layer 60 are firmly bonded to each other as compared with the configuration in which the first binding material 51 and the second binding material 61 are made of different thermosetting resins.
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・基材３１（４１）からフィルム９０を剥離した後に、基材３１（４１）の第２層６０の表面に異物が存在する場合には、異物を除去する後処理を行うようにすればよい。上述したように、本発明によれば、第２層６０からフィルム９０が剥離しやすいため、上記後処理を容易に行うことができる。
The present embodiment can be modified and implemented as follows. The present embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
-If foreign matter is present on the surface of the second layer 60 of the base material 31 (41) after peeling the film 90 from the base material 31 (41), a post-treatment for removing the foreign matter may be performed. .. As described above, according to the present invention, since the film 90 is easily peeled off from the second layer 60, the above post-treatment can be easily performed.
・基材３１（４１）と第２型１１２との間に離型フィルムを配置するようにしてもよい。
・第１層５０は、基材３１，４１の表面全体に形成されていなくてもよい。例えば、基材３１，４１の各凸部３２，４２の頂面にのみ形成されていてもよい。
A release film may be arranged between the base material 31 (41) and the second mold 112.
-The 1st layer 50 does not need to be formed in the whole surface of base materials 31 and 41. For example, it may be formed only on the top surfaces of the convex portions 32, 42 of the base materials 31, 41.
・第１結合材５１と第２結合材６１とが異なる種類の熱硬化性樹脂により構成されていてもよい。この場合であっても、上記実施形態の作用効果（１）に準じた効果を奏することができる。 The first binding material 51 and the second binding material 61 may be made of different types of thermosetting resins. Even in this case, an effect similar to the effect (1) of the above embodiment can be obtained.
・第１層５０は、少なくとも第１結合材５１及び導電性粒子５２を含むものであればよく、溶剤などのその他の成分が含まれていてもよい。
・第２層６０は、少なくとも第２結合材６１及び導電性炭素材６２を含むものであればよく、溶剤などのその他の成分が含まれていてもよい。
The first layer 50 may include at least the first binder 51 and the conductive particles 52, and may include other components such as a solvent.
The second layer 60 may include at least the second binder 61 and the conductive carbon material 62, and may include other components such as a solvent.
・第１型１１１が電熱線を有するものであってもよい。この場合、第１型１１１と第２型１１２とにより基材３１（４１）及びフィルム９０を加圧するとともに、第１型１１１の温度を第２型１１２よりも低い温度にして基材３１（４１）及びフィルム９０を加熱するようにしてもよい。このとき、第２型１１２の温度は、第１結合材５１及び第２結合材６１の熱硬化温度よりも低い温度であることが好ましい。こうした方法によれば、第１型１１１による加熱を行わない方法と比較して、第１結合材５１及び第２結合材６１の昇温を促進させることができる。したがって、燃料電池用セパレータの生産性を向上させることができる。 -The 1st type|mold 111 may have a heating wire. In this case, the base material 31 (41) and the film 90 are pressed by the first die 111 and the second die 112, and the temperature of the first die 111 is set to a temperature lower than that of the second die 112. ) And the film 90 may be heated. At this time, the temperature of the second mold 112 is preferably lower than the thermosetting temperatures of the first binder 51 and the second binder 61. According to such a method, the temperature rise of the first binding material 51 and the second binding material 61 can be promoted as compared with the method in which the heating by the first die 111 is not performed. Therefore, the productivity of the fuel cell separator can be improved.
・第１型１１１を固定型とし、第２型１１２を可動型としてもよい。この場合であっても、第１型１１１と第２型１１２との間に、フィルム９０の一方の面に設けられた第２層６０を第１層５０の表面に当接させ、フィルム９０の他方の面を第１型１１１に対向させた状態で基材３１（４１）及びフィルム９０を配置すればよい。 The first die 111 may be a fixed die and the second die 112 may be a movable die. Even in this case, the second layer 60 provided on one surface of the film 90 is brought into contact with the surface of the first layer 50 between the first die 111 and the second die 112, so that the film 90 The base material 31 (41) and the film 90 may be arranged with the other surface facing the first mold 111.
・導電性炭素材６２は、グラファイト粒子に限定されず、カーボンブラックなどの他の導電性炭素材であってもよい。
・導電性粒子５２は、窒化チタンに限定されず、炭化チタンや硼化チタンなどの他の導電性粒子であってもよい。
The conductive carbon material 62 is not limited to graphite particles and may be another conductive carbon material such as carbon black.
The conductive particles 52 are not limited to titanium nitride and may be other conductive particles such as titanium carbide or titanium boride.
・基材３１，４１をステンレス鋼以外の他の金属板材により形成こともできる。こうした金属としては、例えば、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金などが挙げられる。 -The base materials 31 and 41 can also be formed of metal plate materials other than stainless steel. Examples of such a metal include an aluminum alloy, a magnesium alloy, and a titanium alloy.
１０…単セル、１１…膜電極接合体、１２…電解質膜、１３…電極触媒層、１４…アノード側ガス拡散層、１５…カソード側ガス拡散層、２０…セパレータ、３０…第１セパレータ、３１…基材、３１ａ…酸化被膜、３２…第１凸部、３３…第１凹部、４０…第２セパレータ、４１…基材、４１ａ…酸化被膜、４２…第２凸部、４３…第２凹部、５０…第１層、５１…第１結合材、５２…導電性粒子、６０…第２層、６１…第２結合材、６２…導電性炭素材、９０…フィルム、１００…スタック、１１０…熱転写装置、１１１…第１型、１１２…第２型、１１３…電熱線。 10... Single cell, 11... Membrane electrode assembly, 12... Electrolyte membrane, 13... Electrode catalyst layer, 14... Anode side gas diffusion layer, 15... Cathode side gas diffusion layer, 20... Separator, 30... First separator, 31 ...Substrate, 31a... Oxide film, 32... First convex part, 33... First concave part, 40... Second separator, 41... Base material, 41a... Oxidized film, 42... Second convex part, 43... Second concave part , 50... First layer, 51... First binding material, 52... Conductive particles, 60... Second layer, 61... Second binding material, 62... Conductive carbon material, 90... Film, 100... Stack, 110... Thermal transfer device, 111... First type, 112... Second type, 113... Heating wire.
Claims (5)
前記基材の前記凸部の頂面に前記第１層を形成する第１層形成工程と、
対向して配置される第１型と第２型との間に、フィルムの一方の面に設けられた前記第２層を前記第１層の表面に当接させ、前記フィルムの他方の面を前記第１型に対向させた状態で前記基材及び前記フィルムを配置し、前記第１型と前記第２型とにより前記基材及び前記フィルムを加圧するとともに前記第２型を前記第１型よりも高い温度にして前記基材及び前記フィルムを加熱することで、前記第１結合材及び前記第２結合材を熱硬化させて前記第１層の表面に前記第２層を熱転写することにより形成する第２層形成工程と、を備える、
燃料電池用セパレータの表面処理方法。 A base material made of a metal plate and provided with alternately extending convex portions and concave portions, and a first binder and a conductive material provided on the top surface of the convex portion of the base material and made of a thermosetting resin. A surface treatment method for a fuel cell separator, comprising: a first layer containing particles; and a second layer provided on the surface of the first layer and containing a second binder made of a thermosetting resin and a conductive carbon material. There
A first layer forming step of forming the first layer on the top surface of the convex portion of the base material;
Between the first mold and the second mold arranged to face each other, the second layer provided on one surface of the film is brought into contact with the surface of the first layer, and the other surface of the film is The base material and the film are arranged in a state of being opposed to the first mold, the base material and the film are pressed by the first mold and the second mold, and the second mold is the first mold. By heating the base material and the film to a temperature higher than that to thermally cure the first binder and the second binder to thermally transfer the second layer to the surface of the first layer. A second layer forming step of forming,
Surface treatment method for fuel cell separator.
請求項１に記載の燃料電池用セパレータの表面処理方法。 In the second layer forming step, heating by the first mold is not performed,
The surface treatment method of the fuel cell separator according to claim 1.
請求項１に記載の燃料電池用セパレータの表面処理方法。 In the second layer forming step, heating is performed by both the first mold and the second mold, and the temperature of the first mold is lower than that of the second mold.
The surface treatment method of the fuel cell separator according to claim 1.
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータの表面処理方法。 The first binder and the second binder are made of the same thermosetting resin,
The surface treatment method of the fuel cell separator according to claim 1.
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータの表面処理方法。 In the first layer forming step, the first layer is formed on the entire surface of the base material,
The surface treatment method of the fuel cell separator according to any one of claims 1 to 4.
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