JP3356534B2 - 電解質保持板及びその製造方法 - Google Patents
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- Y10T29/49108—Electric battery cell making
- Y10T29/49112—Electric battery cell making including laminating of indefinite length material
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電解質保持板及びその製
造方法に関する。
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池、特に酸を電解質とする燃料電
池は、アノードガス流路、アノード電極板、電解質層、
カソード電極板、カソードガス流路により起電部が構成
されており、そのほかに電解質保持板とセパレーターを
構成要素として持っている。そして、これら構成単位を
直列に接続することにより電力を発生させることができ
る。
池は、アノードガス流路、アノード電極板、電解質層、
カソード電極板、カソードガス流路により起電部が構成
されており、そのほかに電解質保持板とセパレーターを
構成要素として持っている。そして、これら構成単位を
直列に接続することにより電力を発生させることができ
る。
【０００３】電解質保持板は多孔質であり内部に電解質
を保持している。運転中電解質保持板からは起電部に対
し電解質が補給され、蒸発により失われた電解質を補充
する。
を保持している。運転中電解質保持板からは起電部に対
し電解質が補給され、蒸発により失われた電解質を補充
する。
【０００４】次に従来の電解質保持板の製造方法である
乾式法について概述する。黒鉛粉と粉末状の熱硬化性樹
脂、及び繊維質材料の混合物を動いているベルトの上に
散布し、混合物の層を形成する。この混合物の層を焼成
炉に入れ、第二ベルトを押し付けることにより厚さを
３．８ｍｍに整え、熱硬化性樹脂が溶融して黒鉛粉及び
繊維質材料を被覆するまで加熱する。さらに加熱すると
樹脂は硬化するので、黒鉛粉及び繊維質材料は熱硬化性
樹脂により接着され、混合物の層が一体に成形される。
乾式法について概述する。黒鉛粉と粉末状の熱硬化性樹
脂、及び繊維質材料の混合物を動いているベルトの上に
散布し、混合物の層を形成する。この混合物の層を焼成
炉に入れ、第二ベルトを押し付けることにより厚さを
３．８ｍｍに整え、熱硬化性樹脂が溶融して黒鉛粉及び
繊維質材料を被覆するまで加熱する。さらに加熱すると
樹脂は硬化するので、黒鉛粉及び繊維質材料は熱硬化性
樹脂により接着され、混合物の層が一体に成形される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、乾式法
で電解質保持板を製造すると、強度の向上が図れない。
電解質保持板の一体性を維持するためには繊維質材料が
長い方が有利であるが、乾式法を採用する限り繊維質材
料をあまり長くできない。繊維質材料が長いと、散布す
る際に繊維が自ら絡まってしまい、成形した時に毛玉状
の構造が発生し、結果として繊維質材料の分散が不均一
になるため、強度の低い箇所が発生し、構造欠陥が発生
する可能性が高くなるためである。電解質保持板の一体
性に関して言えば、繊維質材料の長さはおよそ１．０ｍ
ｍ以上であることが望ましいが、乾式法を用いる限り使
用できる繊維質材料の長さはおよそ０．５１ｍｍ以下に
制限され、これ以上の長さの繊維は使用できない。それ
に加え、ベルト速度が遅いために処理速度が遅く、生産
性の面でも問題がある。
で電解質保持板を製造すると、強度の向上が図れない。
電解質保持板の一体性を維持するためには繊維質材料が
長い方が有利であるが、乾式法を採用する限り繊維質材
料をあまり長くできない。繊維質材料が長いと、散布す
る際に繊維が自ら絡まってしまい、成形した時に毛玉状
の構造が発生し、結果として繊維質材料の分散が不均一
になるため、強度の低い箇所が発生し、構造欠陥が発生
する可能性が高くなるためである。電解質保持板の一体
性に関して言えば、繊維質材料の長さはおよそ１．０ｍ
ｍ以上であることが望ましいが、乾式法を用いる限り使
用できる繊維質材料の長さはおよそ０．５１ｍｍ以下に
制限され、これ以上の長さの繊維は使用できない。それ
に加え、ベルト速度が遅いために処理速度が遅く、生産
性の面でも問題がある。
【０００６】乾式法のもう一つの欠点として、電解質保
持板を成形した後に親水性インクを含浸させ、ウエット
シール部を形成しなければならないことがあげられる。
電解質保持板の外周の一部もしくは全部について形成さ
れるウエットシール部は、その中に含浸された電解質に
より反応ガスの混合を防ぐ機能を持っている。従ってこ
の部分が不良であると反応ガスの混合により最悪の場合
電池の運転が不可能になる。しかしながら、電解質保持
板の厚さがおよそ２．６ｍｍを越えるか、もしくは電解
質保持板の密度がおよそ１．０ｇ／ｃｃを越えるか、も
しくは電解質保持板の中心気孔径がおよそ２０μｍ以下
となるか、もしくはこれらの要素のいづれかが電解質保
持板の内部で不均一であると、親水性インクの含浸が困
難となってくる。このため、ウエットシール部が不良で
ある電解質保持板が形成され、そのために燃料電池の運
転が阻害される恐れがあった。
持板を成形した後に親水性インクを含浸させ、ウエット
シール部を形成しなければならないことがあげられる。
電解質保持板の外周の一部もしくは全部について形成さ
れるウエットシール部は、その中に含浸された電解質に
より反応ガスの混合を防ぐ機能を持っている。従ってこ
の部分が不良であると反応ガスの混合により最悪の場合
電池の運転が不可能になる。しかしながら、電解質保持
板の厚さがおよそ２．６ｍｍを越えるか、もしくは電解
質保持板の密度がおよそ１．０ｇ／ｃｃを越えるか、も
しくは電解質保持板の中心気孔径がおよそ２０μｍ以下
となるか、もしくはこれらの要素のいづれかが電解質保
持板の内部で不均一であると、親水性インクの含浸が困
難となってくる。このため、ウエットシール部が不良で
ある電解質保持板が形成され、そのために燃料電池の運
転が阻害される恐れがあった。
【０００７】以上のとおり、乾式法で製造された電解質
保持板は一体性の点とウエットシール部の信頼性の点で
問題がある。そこで、本発明は使用する繊維質材料の長
さを延長することが可能であり、かつ成形と同時にウエ
ットシール部を形成することができる電解質保持板及び
その製造方法を提供することを目的とする。
保持板は一体性の点とウエットシール部の信頼性の点で
問題がある。そこで、本発明は使用する繊維質材料の長
さを延長することが可能であり、かつ成形と同時にウエ
ットシール部を形成することができる電解質保持板及び
その製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の電解質保持板
は、黒鉛粉、繊維質材料、セルロース繊維及び熱硬化性
樹脂の混合物からなり、これら混合物は平板状のシート
に成形される。このシートから少なくとも対向する１組
の辺を持つ平面形状に切り出したメインシートを複数積
層し、更にメインシートの外周部分につき少なくとも上
記対向する１組の辺に沿う領域に上記シートから切り出
されたエッジシートを単数もしくは複数積層し、このメ
インシート及びエッジシートからなる積層体を加圧成形
してメインシートとエッジシートの積層部を高密度にし
た後、炭化、及び黒鉛化することにより電解質保持板が
製造される。
は、黒鉛粉、繊維質材料、セルロース繊維及び熱硬化性
樹脂の混合物からなり、これら混合物は平板状のシート
に成形される。このシートから少なくとも対向する１組
の辺を持つ平面形状に切り出したメインシートを複数積
層し、更にメインシートの外周部分につき少なくとも上
記対向する１組の辺に沿う領域に上記シートから切り出
されたエッジシートを単数もしくは複数積層し、このメ
インシート及びエッジシートからなる積層体を加圧成形
してメインシートとエッジシートの積層部を高密度にし
た後、炭化、及び黒鉛化することにより電解質保持板が
製造される。
【０００９】このような電解質保持板の製造方法とし
て、次のような方法が上げられる。黒鉛粉、繊維質材
料、セルロース繊維、及び熱硬化性樹脂を液体と混合
し、スラリー状にした上でこのスラリーを平板状のシー
トに成形する。液体を除いた後のシートから少なくとも
対向する１組の辺を持つ平面形状に切り出したメインシ
ートを複数積層し、更にメインシートの外周部分につき
少くとも上記対向する１組の辺に沿う領域に上記シート
から切り出されたエッジシートを単数もしくは複数積層
し、このメインシート及びエッジシートからなる積層体
を加圧成形した後、炭化及び黒鉛化する。
て、次のような方法が上げられる。黒鉛粉、繊維質材
料、セルロース繊維、及び熱硬化性樹脂を液体と混合
し、スラリー状にした上でこのスラリーを平板状のシー
トに成形する。液体を除いた後のシートから少なくとも
対向する１組の辺を持つ平面形状に切り出したメインシ
ートを複数積層し、更にメインシートの外周部分につき
少くとも上記対向する１組の辺に沿う領域に上記シート
から切り出されたエッジシートを単数もしくは複数積層
し、このメインシート及びエッジシートからなる積層体
を加圧成形した後、炭化及び黒鉛化する。
【００１０】このような電解質材料及びセルロース繊維
を液体と混合し、スラリー状にした上でこのスラリーを
平板状のシートに成形する。液体を除いて乾燥した後、
熱硬化性樹脂を含浸させる。シートから液体を除いた後
のシートから少くとも対向する１組の辺を持つ平面形状
に切り出したメインシートを複数積層し、更にメインシ
ートの外周部分につき少くとも上記対向する１組の辺に
沿う領域に上記シートから切り出されたエッジシートを
単数もしは複数積層し、このメインシート及びエッジシ
ートからなる積層体を加圧成形した後、炭化及び黒鉛化
する。
を液体と混合し、スラリー状にした上でこのスラリーを
平板状のシートに成形する。液体を除いて乾燥した後、
熱硬化性樹脂を含浸させる。シートから液体を除いた後
のシートから少くとも対向する１組の辺を持つ平面形状
に切り出したメインシートを複数積層し、更にメインシ
ートの外周部分につき少くとも上記対向する１組の辺に
沿う領域に上記シートから切り出されたエッジシートを
単数もしは複数積層し、このメインシート及びエッジシ
ートからなる積層体を加圧成形した後、炭化及び黒鉛化
する。
【００１１】
【作用】本発明にかかる電解質保持板は、メインシート
に加えてエッジシートを積層し、これを加圧成形した
後、炭化及び黒鉛化して製造されるため、電解質保持板
の成形と同時にウエットシール部を形成することが可能
である。また、原料をスラリー状にしてからシートを成
形するため、繊維質材料が絡まりにくく、従って乾式法
では不可能であった１．０ｍｍ以上の長さの繊維質材料
の使用により電解質保持板の一体性を向上させることが
可能である。さらにそれに加え、原料が均一に分散され
るために電解質保持板の均一性が向上し、不均一に起因
する強度の低下を抑制することができる。
に加えてエッジシートを積層し、これを加圧成形した
後、炭化及び黒鉛化して製造されるため、電解質保持板
の成形と同時にウエットシール部を形成することが可能
である。また、原料をスラリー状にしてからシートを成
形するため、繊維質材料が絡まりにくく、従って乾式法
では不可能であった１．０ｍｍ以上の長さの繊維質材料
の使用により電解質保持板の一体性を向上させることが
可能である。さらにそれに加え、原料が均一に分散され
るために電解質保持板の均一性が向上し、不均一に起因
する強度の低下を抑制することができる。
【００１２】本発明にかかる電解質保持板は、黒鉛粉、
繊維質材料及びセルロース繊維からなり、それらがすべ
て熱硬化樹脂で結合されているような積層体を加圧成形
した後熱処理することにより製造される。積層体を形成
するためのシートは抄紙法により成形される。抄紙法の
製造工程においてはシートは液体により濡れているが、
セルロース繊維により引っ張り強度が維持されるため、
破断することなく抄紙工程を通過することができる。こ
れに対して繊維質材料は最終処理後の電解質保持板の強
度を維持する機能を持つ。黒鉛粉については、最終処理
後の電解質保持板の熱伝導性及び電気伝導性を向上さ
せ、電解質保持板の気孔径を決定する主因となる。熱硬
化性樹脂については、加圧成形後電解質保持板中に連続
して広がることにより、繊維質材料と黒鉛粉を接合し、
黒鉛粉を連結することにより黒鉛化後の熱伝導性及び電
気伝導性の向上を図る機能を持つ。
繊維質材料及びセルロース繊維からなり、それらがすべ
て熱硬化樹脂で結合されているような積層体を加圧成形
した後熱処理することにより製造される。積層体を形成
するためのシートは抄紙法により成形される。抄紙法の
製造工程においてはシートは液体により濡れているが、
セルロース繊維により引っ張り強度が維持されるため、
破断することなく抄紙工程を通過することができる。こ
れに対して繊維質材料は最終処理後の電解質保持板の強
度を維持する機能を持つ。黒鉛粉については、最終処理
後の電解質保持板の熱伝導性及び電気伝導性を向上さ
せ、電解質保持板の気孔径を決定する主因となる。熱硬
化性樹脂については、加圧成形後電解質保持板中に連続
して広がることにより、繊維質材料と黒鉛粉を接合し、
黒鉛粉を連結することにより黒鉛化後の熱伝導性及び電
気伝導性の向上を図る機能を持つ。
【００１３】使用する黒鉛粉の粒径は、電解質保持板に
隣接する電極基板の気孔径によって決定される。電解質
保持板の気孔径が電極基板の気孔径より小さい場合、毛
細管力により電解質は、電極基板と比較した場合、電解
質保持板に集中する。しかしながら、電解質保持板より
小さい気孔へは毛細管力により電解質の移動が発生する
ので、蒸発により電極基板、ウエットシール部、電解質
層から電解質が失われた場合でも、電解質保持板から連
続的に電解質が補給されるのである。電極基板の中心気
孔径はおよそ２５μｍ〜３５μｍであるから、電解質保
持板の中心気孔径がおよそ１０μｍから２０μｍの間で
あれば電極基板との間の電解質のバランスが最適化され
る。従って、黒鉛粉の中心粒子径は通常およそ２μｍか
ら３００μｍの間であるが、電解質保持板の中心気孔径
をおよそ１０μｍから２０μｍの間とするためには中心
粒子径は４０μｍから１５０μｍの間であることがふさ
わしい。
隣接する電極基板の気孔径によって決定される。電解質
保持板の気孔径が電極基板の気孔径より小さい場合、毛
細管力により電解質は、電極基板と比較した場合、電解
質保持板に集中する。しかしながら、電解質保持板より
小さい気孔へは毛細管力により電解質の移動が発生する
ので、蒸発により電極基板、ウエットシール部、電解質
層から電解質が失われた場合でも、電解質保持板から連
続的に電解質が補給されるのである。電極基板の中心気
孔径はおよそ２５μｍ〜３５μｍであるから、電解質保
持板の中心気孔径がおよそ１０μｍから２０μｍの間で
あれば電極基板との間の電解質のバランスが最適化され
る。従って、黒鉛粉の中心粒子径は通常およそ２μｍか
ら３００μｍの間であるが、電解質保持板の中心気孔径
をおよそ１０μｍから２０μｍの間とするためには中心
粒子径は４０μｍから１５０μｍの間であることがふさ
わしい。
【００１４】黒鉛粉の粒径を決定するに際しては、電極
基板だけでなく電解質層及びウエットシール部とのバラ
ンスも考慮する必要がある。電解質層及びウエットシー
ル部は燃料及び酸化剤が混合することを防ぐために気孔
の大部分が電解質で占められている必要があるから、電
解質保持板はこれらから電解質を吸引しないように設計
する必要がある。
基板だけでなく電解質層及びウエットシール部とのバラ
ンスも考慮する必要がある。電解質層及びウエットシー
ル部は燃料及び酸化剤が混合することを防ぐために気孔
の大部分が電解質で占められている必要があるから、電
解質保持板はこれらから電解質を吸引しないように設計
する必要がある。
【００１５】積層体の黒鉛粉の割合は通常重量比で２５
％から６０％の間であるが、重量比３５％から５０％の
間にあることが適当である。電解質保持板の製造に使用
する黒鉛粉としては、米国カーバイト／グラファイト・
グループ社製Ａｉｒｃｏ(R)６０黒鉛粉、及び米国アス
ベリー・グラファイト・ミルズ社製Ａｓｂｕｒｙ ４２
３４黒鉛粉、及び米国ディクソン・タイコンデロガ社製
Ｄｉｘｏｎ ２００−４２黒鉛粉、及びこれらの混合
物、及びその他の黒鉛粉が挙げられる。
％から６０％の間であるが、重量比３５％から５０％の
間にあることが適当である。電解質保持板の製造に使用
する黒鉛粉としては、米国カーバイト／グラファイト・
グループ社製Ａｉｒｃｏ(R)６０黒鉛粉、及び米国アス
ベリー・グラファイト・ミルズ社製Ａｓｂｕｒｙ ４２
３４黒鉛粉、及び米国ディクソン・タイコンデロガ社製
Ｄｉｘｏｎ ２００−４２黒鉛粉、及びこれらの混合
物、及びその他の黒鉛粉が挙げられる。
【００１６】黒鉛粉と混合される繊維質材料は、電解質
保持板の構造的な一体性を支持する機能を持っている。
電解質保持板の強度は最終的には接着された繊維質材料
の表面積によって決まる。繊維質材料の繊維の直径がお
よそ１５０μｍを越えると、熱硬化性樹脂により接着さ
れる繊維質材料の表面積の重量に対する割合が低下す
る。しかしながら直径およそ５μｍ以下の繊維を接着す
るためには、熱硬化製樹脂を過剰量加えなければなら
ず、最終処理後の電解質保持板の強度は熱硬化性樹脂の
残留炭素分で決定されることになる。従って、繊維質材
料の直径は通常１５μｍ以下であり、より望ましくは５
μｍから１０μｍの間にあるべきである。
保持板の構造的な一体性を支持する機能を持っている。
電解質保持板の強度は最終的には接着された繊維質材料
の表面積によって決まる。繊維質材料の繊維の直径がお
よそ１５０μｍを越えると、熱硬化性樹脂により接着さ
れる繊維質材料の表面積の重量に対する割合が低下す
る。しかしながら直径およそ５μｍ以下の繊維を接着す
るためには、熱硬化製樹脂を過剰量加えなければなら
ず、最終処理後の電解質保持板の強度は熱硬化性樹脂の
残留炭素分で決定されることになる。従って、繊維質材
料の直径は通常１５μｍ以下であり、より望ましくは５
μｍから１０μｍの間にあるべきである。
【００１７】繊維質材料については直径と引張強度に加
え、繊維長が電解質保持板を一体化することに寄与して
いる。繊維材料を含まない電解質保持板は曲げ強度が低
いためわれやすく、そのため大面積の製品を製造するこ
とができず、燃料電池の大きさを制限してしまう。繊維
長はおよそ１ｍｍ以上であることが望ましく、より望ま
しくはおよそ２．５４ｍｍから６．３５ｍｍの間である
べきである。水平式抄紙法を例にとると、６．３５ｍｍ
以上の長さの繊維は、抄紙工程で絡まってシートの均一
性を悪化させるため、シートの原料として使用するには
不適当である。しかしながら、傾斜式抄紙法など別の方
法を採用するならば、６．３５ｍｍ以上の長さの繊維を
使用してもシートの均一性を維持することができる可能
性がある。繊維質材料としては、ポリアクリロニトリル
系の炭素繊維が挙げられ、その例として、米国フォータ
フィル・ファイバー社製ＦＯＲＴＡＦＩＬ(R) 、及び米
国アモコ・パーフォーマンス・プロダクツ社製Ｔｈｏｅ
ｎｅｌ、及び英国ＲＫ・カーボン・ファイバー社製Ｒ
Ｋ、及び米国ハーキュリーズ・アドバンスト・マテリア
ル・アンド・システムズ社製ＡＳ−４、及び米国ゾルテ
ィク社製ＰＡＮＥＸ(R ) 、及びこれらの混合物が上げら
れる。これらに限らず、燃料電池内部の環境に耐え得る
繊維は使用可能である。
え、繊維長が電解質保持板を一体化することに寄与して
いる。繊維材料を含まない電解質保持板は曲げ強度が低
いためわれやすく、そのため大面積の製品を製造するこ
とができず、燃料電池の大きさを制限してしまう。繊維
長はおよそ１ｍｍ以上であることが望ましく、より望ま
しくはおよそ２．５４ｍｍから６．３５ｍｍの間である
べきである。水平式抄紙法を例にとると、６．３５ｍｍ
以上の長さの繊維は、抄紙工程で絡まってシートの均一
性を悪化させるため、シートの原料として使用するには
不適当である。しかしながら、傾斜式抄紙法など別の方
法を採用するならば、６．３５ｍｍ以上の長さの繊維を
使用してもシートの均一性を維持することができる可能
性がある。繊維質材料としては、ポリアクリロニトリル
系の炭素繊維が挙げられ、その例として、米国フォータ
フィル・ファイバー社製ＦＯＲＴＡＦＩＬ(R) 、及び米
国アモコ・パーフォーマンス・プロダクツ社製Ｔｈｏｅ
ｎｅｌ、及び英国ＲＫ・カーボン・ファイバー社製Ｒ
Ｋ、及び米国ハーキュリーズ・アドバンスト・マテリア
ル・アンド・システムズ社製ＡＳ−４、及び米国ゾルテ
ィク社製ＰＡＮＥＸ(R ) 、及びこれらの混合物が上げら
れる。これらに限らず、燃料電池内部の環境に耐え得る
繊維は使用可能である。
【００１８】積層対での繊維質材料の割合は重量比で通
常およそ２０％以下であるが、重量比１０％以下であれ
ば適当であり、重量比が２．５％から７．５％の間にあ
ればなお一層ふさわしい。電解質保持板の曲げ強度の点
からは、繊維質材料の割合の多いほうが良いが、繊維質
材料は他の材料に比べて高いのでコストの点からは可能
な限り少くした方が良い。曲げ強度とコストを勘案する
ことにより、上記のような最適値が得られる。
常およそ２０％以下であるが、重量比１０％以下であれ
ば適当であり、重量比が２．５％から７．５％の間にあ
ればなお一層ふさわしい。電解質保持板の曲げ強度の点
からは、繊維質材料の割合の多いほうが良いが、繊維質
材料は他の材料に比べて高いのでコストの点からは可能
な限り少くした方が良い。曲げ強度とコストを勘案する
ことにより、上記のような最適値が得られる。
【００１９】電解質保持板の前駆体であるシートを作成
する際、黒鉛粉や繊維質材料のほかにセルロース繊維を
混入する。これは抄紙法の製造工程を通じ、抄紙機の中
で濡れたシートが破断しないだけの強度を維持するため
である。通常、積層体には重量比１０％から３０％のセ
ルロース繊維が含まれるが、重量比１５％から２７％の
間であれば適当である。セルロース繊維は、シートの均
一性を乱さない程度に小さく、かつ抄紙中のシートの強
度を保つために充分なだけの大きさである必要がある。
従って、電解質保持板を形成するためのセルロース繊維
の大きさは直径がおよそ３０μｍから４５μｍ、長さが
およそ２ｍｍから４ｍｍであるべきである。セルロース
繊維の原料には、針葉樹、広葉樹、綿、麻のような天然
の材料や、人造絹糸のような人工の素材、及びその他の
素材があるが、広葉樹が最も望ましい。このようなセル
ロース繊維の例として、カナダ国カンフォー社製のプリ
ンス・ジョージ−ノーザン−半漂白針葉樹パルプ、また
は米国ジョージア・パシフィック社製ブランズウイック
−サザン針葉樹パルプ、および米国ウエアハウザー社製
サザン針葉樹パルプ及びこれらの混合物、及びその他通
常のセルロース繊維が挙げられる。
する際、黒鉛粉や繊維質材料のほかにセルロース繊維を
混入する。これは抄紙法の製造工程を通じ、抄紙機の中
で濡れたシートが破断しないだけの強度を維持するため
である。通常、積層体には重量比１０％から３０％のセ
ルロース繊維が含まれるが、重量比１５％から２７％の
間であれば適当である。セルロース繊維は、シートの均
一性を乱さない程度に小さく、かつ抄紙中のシートの強
度を保つために充分なだけの大きさである必要がある。
従って、電解質保持板を形成するためのセルロース繊維
の大きさは直径がおよそ３０μｍから４５μｍ、長さが
およそ２ｍｍから４ｍｍであるべきである。セルロース
繊維の原料には、針葉樹、広葉樹、綿、麻のような天然
の材料や、人造絹糸のような人工の素材、及びその他の
素材があるが、広葉樹が最も望ましい。このようなセル
ロース繊維の例として、カナダ国カンフォー社製のプリ
ンス・ジョージ−ノーザン−半漂白針葉樹パルプ、また
は米国ジョージア・パシフィック社製ブランズウイック
−サザン針葉樹パルプ、および米国ウエアハウザー社製
サザン針葉樹パルプ及びこれらの混合物、及びその他通
常のセルロース繊維が挙げられる。
【００２０】黒鉛粉、繊維質材料、セルロース繊維は熱
硬化性樹脂により接着されるが、熱硬化性樹脂は、炭化
及び黒鉛化の間電解質保持板の一体性を維持する機能を
果たす。通常炭化によりおよそ４０％もしくはそれ以上
の炭素分が残留するような熱硬化性樹脂を使用すれば、
黒鉛化後も電解質保持板の一体性と黒鉛粉間の電気的及
び熱的連続性は維持される。炭化後の残留炭素分がおよ
そ４０％に満たない樹脂を使用した場合、黒鉛化後の電
解質保持板の強度は不十分となり、曲げ強度でおよそ
６．９ＭＰａ以下になる。熱硬化性樹脂の例として、フ
ェノール樹脂、ポリイミド、石油ピッチ、フルフリルア
ルコールが挙げられるが、フェノール樹脂がこの目的に
ふさわしい。このようなフェノール樹脂には、米国プラ
スチック・エンジニアリング社製ＰＬＥＮＣＯTMフェノ
ール樹脂、及び米国オキシケム社製ＯＸＹＣＨＥＭ(R)
フェノール樹脂及びこれらの混合物、及びその他があ
る。積層体には通常熱硬化性樹脂が重量比１０％から４
０％含まれているが、重量比２５％から３５％であれば
適当である。熱硬化性樹脂は粉末として使用しても水、
メタノール、エタノール等の媒体に分散もしくは溶解さ
せた状態で使用させても良いが、粉末で使用する場合粒
径が２０μｍ以下であることが望ましい。
硬化性樹脂により接着されるが、熱硬化性樹脂は、炭化
及び黒鉛化の間電解質保持板の一体性を維持する機能を
果たす。通常炭化によりおよそ４０％もしくはそれ以上
の炭素分が残留するような熱硬化性樹脂を使用すれば、
黒鉛化後も電解質保持板の一体性と黒鉛粉間の電気的及
び熱的連続性は維持される。炭化後の残留炭素分がおよ
そ４０％に満たない樹脂を使用した場合、黒鉛化後の電
解質保持板の強度は不十分となり、曲げ強度でおよそ
６．９ＭＰａ以下になる。熱硬化性樹脂の例として、フ
ェノール樹脂、ポリイミド、石油ピッチ、フルフリルア
ルコールが挙げられるが、フェノール樹脂がこの目的に
ふさわしい。このようなフェノール樹脂には、米国プラ
スチック・エンジニアリング社製ＰＬＥＮＣＯTMフェノ
ール樹脂、及び米国オキシケム社製ＯＸＹＣＨＥＭ(R)
フェノール樹脂及びこれらの混合物、及びその他があ
る。積層体には通常熱硬化性樹脂が重量比１０％から４
０％含まれているが、重量比２５％から３５％であれば
適当である。熱硬化性樹脂は粉末として使用しても水、
メタノール、エタノール等の媒体に分散もしくは溶解さ
せた状態で使用させても良いが、粉末で使用する場合粒
径が２０μｍ以下であることが望ましい。
【００２１】電解質保持板の製造には、固形分、即ち黒
鉛粉、繊維質材料、セルロース繊維及び熱硬化性樹脂を
これらに適した液体に懸濁させ、スラリー状にする段階
がある。概して、このような液体には水もしくは水をベ
ースとした液体を使用する。固形分を抄紙機のスクリー
ンに散布する際充分均一に分散できるような液体が望ま
れる。通常、スラリーに含まれる液体の量は体積比およ
そ９０％以上であり、およそ９９％であることが望まし
い。
鉛粉、繊維質材料、セルロース繊維及び熱硬化性樹脂を
これらに適した液体に懸濁させ、スラリー状にする段階
がある。概して、このような液体には水もしくは水をベ
ースとした液体を使用する。固形分を抄紙機のスクリー
ンに散布する際充分均一に分散できるような液体が望ま
れる。通常、スラリーに含まれる液体の量は体積比およ
そ９０％以上であり、およそ９９％であることが望まし
い。
【００２２】スラリーは通常の抄紙機を用いて約３０ｍ
／分の割合でシートに成形される。スラリーは水平に移
動するスクリーンの上に充分均一に散布されるが、固形
分はスクリーン上に残留するのに対し、液体はスクリー
ンを通過して除去される。移動するスクリーンに対して
は、吸引もしくはその他の適当な操作を行い、シートを
更に乾燥せ、セルロース繊維間の結合を促進する。シー
トが破れない程度に乾燥したならば、シートをスクリー
ンから離し、フェルトに支持させながらいくつかのロー
ラーを通す。ローラーを通過した後、シートは通常蒸気
もしくは油により加熱された１連の加熱ドラムの間を通
り、その間に残余の液体は蒸発してしまう。その次に、
シートは板紙製の芯棒に巻き取られる。このようにして
製造されたシートの厚さはおよそ０．５０８ｍｍから
１．５ｍｍの間であり、巾は抄紙機が製造可能な範囲で
自由に変えることができる。
／分の割合でシートに成形される。スラリーは水平に移
動するスクリーンの上に充分均一に散布されるが、固形
分はスクリーン上に残留するのに対し、液体はスクリー
ンを通過して除去される。移動するスクリーンに対して
は、吸引もしくはその他の適当な操作を行い、シートを
更に乾燥せ、セルロース繊維間の結合を促進する。シー
トが破れない程度に乾燥したならば、シートをスクリー
ンから離し、フェルトに支持させながらいくつかのロー
ラーを通す。ローラーを通過した後、シートは通常蒸気
もしくは油により加熱された１連の加熱ドラムの間を通
り、その間に残余の液体は蒸発してしまう。その次に、
シートは板紙製の芯棒に巻き取られる。このようにして
製造されたシートの厚さはおよそ０．５０８ｍｍから
１．５ｍｍの間であり、巾は抄紙機が製造可能な範囲で
自由に変えることができる。
【００２３】シートは、乾燥に充分でかつ熱硬化性樹脂
の硬化が開始しない程度の温度で乾燥される。通常、乾
燥温度はおよそ９３℃から１４９℃の間であり、望まし
くは１０７℃から１３５℃の間である。シートの乾燥が
終了した後、そこから希望の大きさのメインシート４お
よびエッジシート６を切り出し、加圧成形する。シート
の形状を燃料電池の他の構成部材に合わせて変えること
により種々の形状の電解質保持板を製造することができ
る。
の硬化が開始しない程度の温度で乾燥される。通常、乾
燥温度はおよそ９３℃から１４９℃の間であり、望まし
くは１０７℃から１３５℃の間である。シートの乾燥が
終了した後、そこから希望の大きさのメインシート４お
よびエッジシート６を切り出し、加圧成形する。シート
の形状を燃料電池の他の構成部材に合わせて変えること
により種々の形状の電解質保持板を製造することができ
る。
【００２４】加圧成形に当たっては、図１に示すよう
に、メインシート４とエッジシート６を交互に積層して
積層体２を形成する。メインシート４は１０Ａ，１０
Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの４辺を持つ。メインシート４の対
向する２辺である１０Ａ及び１０Ｃの外周部は、エッジ
シート６を積層することにより高密度部とし、１０Ａ及
び１０Ｃでのガスの流通を防ぐ。エッジシート６の幅は
ガス流通が防止できる程度の大きさでなければならない
が、エッジシート６の長さは通常メインシートの辺の長
さ、この場合は１０Ａ及び１０Ｃの長さに一致する。
に、メインシート４とエッジシート６を交互に積層して
積層体２を形成する。メインシート４は１０Ａ，１０
Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの４辺を持つ。メインシート４の対
向する２辺である１０Ａ及び１０Ｃの外周部は、エッジ
シート６を積層することにより高密度部とし、１０Ａ及
び１０Ｃでのガスの流通を防ぐ。エッジシート６の幅は
ガス流通が防止できる程度の大きさでなければならない
が、エッジシート６の長さは通常メインシートの辺の長
さ、この場合は１０Ａ及び１０Ｃの長さに一致する。
【００２５】積層する際のメインシート４およびエッジ
シート６の積層枚数は自由であるが、加圧成形により１
０Ａ及び１０Ｃでのガス流通を防止できる程度の枚数は
積層しなければならない。メインシート４の積層数に対
するエッジシート６の割合はおよそ０．２５から０．５
の間であることが望ましい。エッジシート６の割合が多
くなると、密度が極めて高くなるのみならず、高密度部
の厚みが他の部分よりも厚くなる恐れがある。このよう
に厚みが不均一であると、積層して組み立てる際に問題
が発生する可能性があり、また電解質保持板が不均一で
あるためボイドが発生して電解質移動が発生する可能性
もある。さらに、高密度部の密度が高すぎると、熱処理
の際に発生するガスを気孔から放出し切れず、割れる傾
向がある。
シート６の積層枚数は自由であるが、加圧成形により１
０Ａ及び１０Ｃでのガス流通を防止できる程度の枚数は
積層しなければならない。メインシート４の積層数に対
するエッジシート６の割合はおよそ０．２５から０．５
の間であることが望ましい。エッジシート６の割合が多
くなると、密度が極めて高くなるのみならず、高密度部
の厚みが他の部分よりも厚くなる恐れがある。このよう
に厚みが不均一であると、積層して組み立てる際に問題
が発生する可能性があり、また電解質保持板が不均一で
あるためボイドが発生して電解質移動が発生する可能性
もある。さらに、高密度部の密度が高すぎると、熱処理
の際に発生するガスを気孔から放出し切れず、割れる傾
向がある。
【００２６】積層体２をプレスにセットして圧縮し、お
よそ１．２７ｍｍから３．８１ｍｍまでの希望の厚みに
成形する。加圧する際の積層方向の加圧圧力はおよそ２
０．７ＭＰａ以下、温度はおよそ１５０℃から２３０℃
の間とし、より望ましくは１６５℃から１９０℃の間の
温度で１から１５分間加圧する。加圧成形された積層体
は毎時約４．４℃の割合で約８１５℃から１０９５℃の
間の温度にまで昇温し、その温度に約０．５時間から４
時間の間保持することにより炭化を行う。その後、およ
そ２０００℃から３０００℃の温度に約２時間から４時
間の間保持することにより黒鉛化を行う。
よそ１．２７ｍｍから３．８１ｍｍまでの希望の厚みに
成形する。加圧する際の積層方向の加圧圧力はおよそ２
０．７ＭＰａ以下、温度はおよそ１５０℃から２３０℃
の間とし、より望ましくは１６５℃から１９０℃の間の
温度で１から１５分間加圧する。加圧成形された積層体
は毎時約４．４℃の割合で約８１５℃から１０９５℃の
間の温度にまで昇温し、その温度に約０．５時間から４
時間の間保持することにより炭化を行う。その後、およ
そ２０００℃から３０００℃の温度に約２時間から４時
間の間保持することにより黒鉛化を行う。
【００２７】シート成形時にフェノール樹脂を入れず、
黒鉛粉と繊維質材料とセルロース繊維だけでシートを成
形する方法もある。この場合、シートの乾燥が終了した
後に改めて熱硬化性樹脂を含浸することになる。
黒鉛粉と繊維質材料とセルロース繊維だけでシートを成
形する方法もある。この場合、シートの乾燥が終了した
後に改めて熱硬化性樹脂を含浸することになる。
【００２８】
【実施例】〔実施例−１〕以下、具体的な製造方法を示
すことにより本発明にかかる電解質保持板の特徴を明ら
かにする。以下の例はあくまで具体的であって本発明の
限界を示すものではない。
すことにより本発明にかかる電解質保持板の特徴を明ら
かにする。以下の例はあくまで具体的であって本発明の
限界を示すものではない。
【００２９】Ａｉｒｃｏ６０黒鉛粉を４０ｗｔ％、１／
８インチ（３．１７５ｍｍ）の未結束のＦＯＲＴＡＦＩ
Ｌを炭素繊維５ｗｔ％、ＯＸＹＣＨＥＭフェノール樹脂
を２８ｗｔ％、及び針葉樹パルプを２７ｗｔ％含む積層
体を形成しこれから電解質保持板を製造するために以下
のプロセスが用いられる。 １．水を０．４ｇの黒鉛粉、０．０５ｇの炭素繊維、
０．２８ｇのＯｘｙｃｈｅｍフェノール樹脂、及び０．
２７ｇの針葉樹パルプからなる固形物と混合し、固形分
濃度が体積比で約１％のスラリーを形成する。 ２．充分混合後、スラリーを水平方向に動くスクリーン
上に降りかけて坪量４００ｇ／ｍ2 の平らなシートを形
成する。 ３．スクリーンは残留水をある程度除去するために真空
吸引される。それによって平板状のシートは乾燥され
る。 ４．乾燥された平板状のシートを次にロール及び油加熱
のドラムの上に導いて残留水分を揮撥させ、乾燥した紙
に成型する。ドラムは１２１℃に加熱する。 ５．乾燥したシートを板紙製の芯棒に巻いて集める。 ６．巻かれた紙から３５インチ（８８．９ｃｍ）角のメ
インシートを１０枚、３５インチ×２．８３インチ（８
８．９ｃｍ×７．１９ｃｍ）のエッジシートを６枚切り
出す。 ７．メインシートとエッジシートを、各２枚のエッジシ
ートがメインシートの４枚目と５枚目、５枚目と６枚
目、６枚目と７枚目の間において、各メインシートの対
向する端部に置かれるように積層し、積層体を形成す
る。 ８．積層体は次に約１７５℃、１６．３ＭＰａの環境に
５分間おかれ、３．５６ｍｍの厚さに加圧成形される。 ９．加圧成形後、窒素雰囲気にて４．４℃／ｈの割合で
昇温して温度約８２０℃にし、その温度で炭化した後、
２５℃／ｈの割合で昇温して２３５０℃にて黒鉛化を行
う。 〔実施例−２〕Ａｉｒｃｏ６０黒鉛粉を４０ｗｔ％、１
／８インチ（３．１７５ｍｍ）の未結束のＦＯＲＴＡＦ
ＩＬを炭素繊維５ｗｔ％、ＯＸＹＣＨＥＭフェノール樹
脂を２８ｗｔ％、及び針葉樹パルプを２７ｗｔ％含む積
層体を形成しこれから電解質保持板を製造するプロセス
として上記のほかに下記のような例が挙げられる。 １．既述の実施例の１〜５のステップで述べられている
方法でスラリーを調整し、シートを形成する。 ２．シートから４５インチ（１１４．３ｃｍ）角のメイ
ンシートを１０枚、４５インチ×２．８３インチ（１１
４．３ｃｍ×７．１９ｃｍ）のエッジシートを１２枚切
り出す。 ３．メインシートとエッジシートを、各２枚のエッジシ
ートがメインシートの４枚目と５枚目、５枚目と６枚
目、６枚目と７枚目の間において、各メインシートの対
向する端部に置かれるように積層し、積層体を形成す
る。 ４．積層体は次に約１７５℃、１６．３ＭＰａの環境に
５分間おかれ、３．５６ｍｍの厚さに加圧成形される。 ５．接着した積層物を窒素雰囲気にて４．４℃／ｈの割
合で昇温して温度約８２０℃にし、その温度で炭化した
後、２５℃／ｈの割合で昇温して２３５０℃にて黒鉛化
を行う。 〔実施例−３〕Ａｉｒｃｏ６０黒鉛粉を４０ｗｔ％、１
／８インチ（３．１７５ｍｍ）の未結束のＦＯＲＴＡＦ
ＩＬを炭素繊維５ｗｔ％、ＯＸＹＣＨＥＭフェノール樹
脂を２８ｗｔ％、及び針葉樹パルプを２７ｗｔ％含む積
層体を形成しこれから電解質保持板を製造するプロセス
として更に下記のような例が挙げられる。 １．水を０．４ｇの黒鉛粉、０．０５ｇの炭素繊維、
０．２７ｇの針葉樹パルプからなる固形物と混合し、固
形分濃度が体積比で約１％のスラリーを形成する。 ２．充分混合後、スラリーを水平方向に動くスクリーン
上に降りかけて坪量４００ｇ／ｍ2 の平らなシートを形
成する。 ３．スクリーンは残留水をある程度除去するために真空
吸引される。それによって平板状のシートは乾燥され
る。 ４．乾燥された平板状のシートを次にロール及び油加熱
のドラムの上に導いて残留水分を揮撥させ、乾燥した紙
状に成型する。ドラムは１２１℃に加熱されている。 ５．メタノールにＯＸＹＣＨＥＭフェノール樹脂を固形
分７０ｗｔ％の割合で溶解させ、フェノール樹脂溶液を
調整する。 ６．４．の工程が終了した紙にフェノール樹脂溶液を含
浸させる。 ７．余剰のフェノール樹脂溶液を除去した後、平板状の
シートをロール及び油加熱のドラムの上に導いてメタノ
ール分を除去する。ドラムは１２１℃に加熱する。 ８．７．の工程が終了したシートを板紙製の芯棒に巻い
て集める。 ９．巻かれた紙から３５インチ（８８．９ｃｍ）角のメ
インシートを１０枚、３５インチ×２．８３インチ（８
８．９ｃｍ×７．１９ｃｍ）のエッジシートを６枚切り
出す。 10．メインシートとエッジシートを、各２枚のエッジシ
ートがメインシートの４枚目と５枚目、５枚目と６枚
目、６枚目と７枚目の間において、各メインシートの対
向する端部に置かれるように積層する。 11．積層体は次に約１７５℃、１６．３ＭＰａの条件に
５分間おかれ、３．５６ｍｍの厚さに加圧成形される。 12．接着した積層物を窒素雰囲気にて４．４℃／ｈの割
合で昇温して温度約８２０℃にし、その温度で炭化した
後、２５℃／ｈの割合で昇温して２３５０℃にて黒鉛化
を行う。
８インチ（３．１７５ｍｍ）の未結束のＦＯＲＴＡＦＩ
Ｌを炭素繊維５ｗｔ％、ＯＸＹＣＨＥＭフェノール樹脂
を２８ｗｔ％、及び針葉樹パルプを２７ｗｔ％含む積層
体を形成しこれから電解質保持板を製造するために以下
のプロセスが用いられる。 １．水を０．４ｇの黒鉛粉、０．０５ｇの炭素繊維、
０．２８ｇのＯｘｙｃｈｅｍフェノール樹脂、及び０．
２７ｇの針葉樹パルプからなる固形物と混合し、固形分
濃度が体積比で約１％のスラリーを形成する。 ２．充分混合後、スラリーを水平方向に動くスクリーン
上に降りかけて坪量４００ｇ／ｍ2 の平らなシートを形
成する。 ３．スクリーンは残留水をある程度除去するために真空
吸引される。それによって平板状のシートは乾燥され
る。 ４．乾燥された平板状のシートを次にロール及び油加熱
のドラムの上に導いて残留水分を揮撥させ、乾燥した紙
に成型する。ドラムは１２１℃に加熱する。 ５．乾燥したシートを板紙製の芯棒に巻いて集める。 ６．巻かれた紙から３５インチ（８８．９ｃｍ）角のメ
インシートを１０枚、３５インチ×２．８３インチ（８
８．９ｃｍ×７．１９ｃｍ）のエッジシートを６枚切り
出す。 ７．メインシートとエッジシートを、各２枚のエッジシ
ートがメインシートの４枚目と５枚目、５枚目と６枚
目、６枚目と７枚目の間において、各メインシートの対
向する端部に置かれるように積層し、積層体を形成す
る。 ８．積層体は次に約１７５℃、１６．３ＭＰａの環境に
５分間おかれ、３．５６ｍｍの厚さに加圧成形される。 ９．加圧成形後、窒素雰囲気にて４．４℃／ｈの割合で
昇温して温度約８２０℃にし、その温度で炭化した後、
２５℃／ｈの割合で昇温して２３５０℃にて黒鉛化を行
う。 〔実施例−２〕Ａｉｒｃｏ６０黒鉛粉を４０ｗｔ％、１
／８インチ（３．１７５ｍｍ）の未結束のＦＯＲＴＡＦ
ＩＬを炭素繊維５ｗｔ％、ＯＸＹＣＨＥＭフェノール樹
脂を２８ｗｔ％、及び針葉樹パルプを２７ｗｔ％含む積
層体を形成しこれから電解質保持板を製造するプロセス
として上記のほかに下記のような例が挙げられる。 １．既述の実施例の１〜５のステップで述べられている
方法でスラリーを調整し、シートを形成する。 ２．シートから４５インチ（１１４．３ｃｍ）角のメイ
ンシートを１０枚、４５インチ×２．８３インチ（１１
４．３ｃｍ×７．１９ｃｍ）のエッジシートを１２枚切
り出す。 ３．メインシートとエッジシートを、各２枚のエッジシ
ートがメインシートの４枚目と５枚目、５枚目と６枚
目、６枚目と７枚目の間において、各メインシートの対
向する端部に置かれるように積層し、積層体を形成す
る。 ４．積層体は次に約１７５℃、１６．３ＭＰａの環境に
５分間おかれ、３．５６ｍｍの厚さに加圧成形される。 ５．接着した積層物を窒素雰囲気にて４．４℃／ｈの割
合で昇温して温度約８２０℃にし、その温度で炭化した
後、２５℃／ｈの割合で昇温して２３５０℃にて黒鉛化
を行う。 〔実施例−３〕Ａｉｒｃｏ６０黒鉛粉を４０ｗｔ％、１
／８インチ（３．１７５ｍｍ）の未結束のＦＯＲＴＡＦ
ＩＬを炭素繊維５ｗｔ％、ＯＸＹＣＨＥＭフェノール樹
脂を２８ｗｔ％、及び針葉樹パルプを２７ｗｔ％含む積
層体を形成しこれから電解質保持板を製造するプロセス
として更に下記のような例が挙げられる。 １．水を０．４ｇの黒鉛粉、０．０５ｇの炭素繊維、
０．２７ｇの針葉樹パルプからなる固形物と混合し、固
形分濃度が体積比で約１％のスラリーを形成する。 ２．充分混合後、スラリーを水平方向に動くスクリーン
上に降りかけて坪量４００ｇ／ｍ2 の平らなシートを形
成する。 ３．スクリーンは残留水をある程度除去するために真空
吸引される。それによって平板状のシートは乾燥され
る。 ４．乾燥された平板状のシートを次にロール及び油加熱
のドラムの上に導いて残留水分を揮撥させ、乾燥した紙
状に成型する。ドラムは１２１℃に加熱されている。 ５．メタノールにＯＸＹＣＨＥＭフェノール樹脂を固形
分７０ｗｔ％の割合で溶解させ、フェノール樹脂溶液を
調整する。 ６．４．の工程が終了した紙にフェノール樹脂溶液を含
浸させる。 ７．余剰のフェノール樹脂溶液を除去した後、平板状の
シートをロール及び油加熱のドラムの上に導いてメタノ
ール分を除去する。ドラムは１２１℃に加熱する。 ８．７．の工程が終了したシートを板紙製の芯棒に巻い
て集める。 ９．巻かれた紙から３５インチ（８８．９ｃｍ）角のメ
インシートを１０枚、３５インチ×２．８３インチ（８
８．９ｃｍ×７．１９ｃｍ）のエッジシートを６枚切り
出す。 10．メインシートとエッジシートを、各２枚のエッジシ
ートがメインシートの４枚目と５枚目、５枚目と６枚
目、６枚目と７枚目の間において、各メインシートの対
向する端部に置かれるように積層する。 11．積層体は次に約１７５℃、１６．３ＭＰａの条件に
５分間おかれ、３．５６ｍｍの厚さに加圧成形される。 12．接着した積層物を窒素雰囲気にて４．４℃／ｈの割
合で昇温して温度約８２０℃にし、その温度で炭化した
後、２５℃／ｈの割合で昇温して２３５０℃にて黒鉛化
を行う。
【００３０】従来技術にかかる電解質保持板と本発明に
かかる電解質保持板の次の表に比較する。
かかる電解質保持板の次の表に比較する。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【発明の効果】本発明は、上述のように構成したため、
電解質保持板の他の部分より端部を約２５〜５０％高密
度にでき、ウエットシール部形成のため親水性のインク
或いはその類似物を含浸する必要がなくなる。また、ウ
エットシール部の信頼性向上に加え、電解質保持板はよ
り長い繊維質材料を用いることによって従来の電解質保
持板より優れた構造健全性を有する。
電解質保持板の他の部分より端部を約２５〜５０％高密
度にでき、ウエットシール部形成のため親水性のインク
或いはその類似物を含浸する必要がなくなる。また、ウ
エットシール部の信頼性向上に加え、電解質保持板はよ
り長い繊維質材料を用いることによって従来の電解質保
持板より優れた構造健全性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電解質保持板を製造するための
積層体の積層態様の一例を示す鳥かん図である。
積層体の積層態様の一例を示す鳥かん図である。
【図２】図１で示された積層体の前面図である。
２ 積層体 ４ メインシート ６ エッジシート １０Ａ〜Ｄ メインシートの４辺
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−7617（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−7618（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/02
Claims (33)
- 【請求項１】黒鉛粉、繊維質材料、セルロース繊維、熱
硬化性樹脂の混合物からなる平板状シートから切り出さ
れ、少なくとも対向する１組の辺を有する複数のメイン
シートの積層体と、上記シートから切り出され、上記メ
インシートの外周部分につき少なくとも上記対向する１
組の辺に沿う領域において上記メインシート間に介装さ
れた単数若しくは複数のエッジシートとを有し、そのメ
インシート及びエッジシートの積層体を加圧成形するこ
とにより上記メインシートとエッジシートの積層部に高
密度部が形成され、さらに炭化及び黒鉛化されているこ
とを特徴とする電解質保持板。 - 【請求項２】請求項１において、繊維質材料が炭素繊維
であることを特徴とする電解質保持板。 - 【請求項３】請求項１において、セルロース繊維の原料
として天然の素材、若しくは人工の素材、もしくはそれ
らの混合物を使用することを特徴とする電解質保持板。 - 【請求項４】請求項１において、セルロース繊維の原料
として天然の素材を使用するに当たり、それらが広葉
樹、針葉樹、綿、麻、もしくはこれら複数種類の混合物
であり、かつ人工の素材を使用するに当たってはそれら
が人造絹糸であることを特徴とする電解質保持板。 - 【請求項５】請求項１において、熱硬化性樹脂がフェノ
ール樹脂、ポリイミド、石油ピッチ、フルフリルアルコ
ール、もしくはこれら複数種類の混合物であることを特
徴とする電解質保持板。 - 【請求項６】請求項１において、積層体に占める黒鉛の
割合が重量比２５％から６０％の間であることを特徴と
する電解質保持板。 - 【請求項７】請求項１において、積層体に占める繊維質
材料の割合が重量比２０％以下であることを特徴とする
電解質保持板。 - 【請求項８】請求項１において、積層体に占めるセルロ
ース繊維の割合が重量比１０％から３０％の間であるこ
とを特徴とする電解質保持板。 - 【請求項９】請求項１において、積層体に占める熱硬化
性樹脂の割合が重量比１０％から４０％の間であること
を特徴とする電解質保持板。 - 【請求項１０】請求項１において、黒鉛粉の中心粒子径
が２μｍから３００μｍの間であることを特徴とする電
解質保持板。 - 【請求項１１】請求項１において、繊維質材料の直径が
１５μｍ以下であることを特徴とする電解質保持板。 - 【請求項１２】請求項１において、セルロース繊維の平
均直径が３０μｍから４５μｍの間であり、かつ平均長
さが２ｍｍから４ｍｍの間であることを特徴とする電解
質保持板。 - 【請求項１３】請求項１において、熱硬化性樹脂を完全
に炭化させた際に残留する炭素分の重量が元の熱硬化性
樹脂の重量に比べて４０％以上であることを特徴とする
電解質保持板。 - 【請求項１４】黒鉛粉、繊維質材料、セルロース繊維及
び熱硬化性樹脂を液体に懸濁させてスラリー状にし、こ
のスラリーを平板状のシートに成形し、このシートから
液体を除去し、このシートから切り出され少なくとも対
向する１組の辺を持つ平面形状に成形されたメインシー
トを複数積層し、更にメインシートの外周部分につき少
なくとも上記対向する１組の辺に沿う領域に上記シート
から切り出されたエッジシートを単数もしくは複数積層
し、このメインシート及びエッジシートからなる積層体
を加圧成形してメインシートとエッジシートの積層部を
高密度にした後、炭化、及び黒鉛化することを特徴とす
る電解質保持板の製造方法。 - 【請求項１５】請求項１４において、スラリーに占める
液体の割合が体積比９０％もしくはそれ以上であること
を特徴とする電解質保持板の製造方法。 - 【請求項１６】請求項１４において、スクリーン上にス
ラリーを散布することによりスラリーを平板状のシート
に成形することを特徴とする電解質保持板の製造方法。 - 【請求項１７】請求項１４において、加熱により、もし
くは加熱及び少なくとも一回の吸引を行うことによりス
ラリーから液体を除去することを特徴とする電解質保持
板の製造方法。 - 【請求項１８】請求項１４において、メインシート及び
エッジシートからなる積層体を１５０℃から２３０℃の
温度に保ちながら加圧成形を行うことを特徴とする電解
質保持板の製造方法。 - 【請求項１９】請求項１４において、メインシート及び
エッジシートからなる積層体に対し、積層方向に２０．
７ＭＰａ以下の圧力を与えることにより加圧成形を行う
ことを特徴とする電解質保持板の製造方法。 - 【請求項２０】請求項１４において、炭化の温度が８１
５℃から１０９５℃の間であることを特徴とする電解質
保持板の製造方法。 - 【請求項２１】請求項１４において、黒鉛化の温度が２
０００℃から３０００℃の間であることを特徴とする電
解質保持板の製造方法。 - 【請求項２２】請求項１４において、メインシート及び
エッジシートからなる積層体に対し、積層方向に２０．
７ＭＰａ以下の圧力を与え、かつ積層体の温度を１５０
℃から２３０℃の間に１分間から１５分間の間保つこと
により加圧成形を行うことを特徴とする電解質保持板の
製造方法。 - 【請求項２３】請求項１４において、メインシートの外
周部分に積層した単数もしくは複数のエッジシートの上
にメインシートを積層し、またこのメインシートの上の
先に積層したエッジシートと平面方向の同位置に単数も
しくは複数のエッジシートを積層することを特徴とする
電解質保持板の製造方法。 - 【請求項２４】黒鉛粉、繊維質材料及びセルロース繊維
を液体に懸濁させてスラリー状にし、このスラリーを平
板状のシートに成形し、このシートから液体を除去して
乾燥させ、乾燥させたシートに熱硬化性樹脂を含浸させ
た後、このシートから切り出されかつ少なくとも対向す
る１組の辺を持つ平面形状に成形されたメインシートを
複数積層し、更にメインシートの外周部分につき少なく
とも上記対向する１組の辺に沿う領域に上記シートから
切り出されたエッジシートを単数もしくは複数積層し、
このメインシート及びエッジシートからなる積層体を加
圧成形してメインシートとエッジシートの積層部を高密
度にした後、炭化、及び黒鉛化することを特徴とする電
解質保持板の製造方法。 - 【請求項２５】請求項２４において、スラリーに占める
液体の割合が体積比９０％もしくはそれ以上であること
を特徴とする電解質保持板の製造方法。 - 【請求項２６】請求項２４において、スクリーン上にス
ラリーを散布することによりスラリーを平板状のシート
に成形することを特徴とする電解質保持板の製造方法。 - 【請求項２７】請求項２４において、加熱により、もし
くは加熱及び少なくとも一回の吸引を行うことによりス
ラリーから液体を除去することを特徴とする電解質保持
板の製造方法。 - 【請求項２８】請求項２４において、メインシート及び
エッジシートからなる積層体を１５０℃から２３０℃の
温度に保ちながら加圧成形を行うことを特徴とする電解
質保持板の製造方法。 - 【請求項２９】請求項２４において、メインシート及び
エッジシートからなる積層体に対し、積層方向に２０．
７ＭＰａ以下の圧力を与えることにより加圧成形を行う
ことを特徴とする電解質保持板の製造方法。 - 【請求項３０】請求項２４において、炭化の温度が８１
５℃から１０９５℃の間であることを特徴とする電解質
保持板の製造方法。 - 【請求項３１】請求項２４において、黒鉛化の温度が２
０００℃から３０００℃の間であることを特徴とする電
解質保持板の製造方法。 - 【請求項３２】請求項２４において、メインシート及び
エッジシートからなる積層体に対し、積層方向に２０．
７ＭＰａ以下の圧力を与え、かつ積層体の温度を１５０
℃から２３０℃の間に１分間から１５分間の間保つこと
により加圧成形を行うことを特徴とする電解質保持板の
製造方法。 - 【請求項３３】請求項２４において、メインシートの外
周部分に積層した単数もしくは複数のエッジシートの上
にメインシートを積層し、またこのメインシートの上の
先に積層したエッジシートと平面方向の同位置に単数も
しくは複数のエッジシートを積層することを特徴とする
電解質保持板の製造方法。
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