JP5000853B2 - Method for producing fuel cell separator material, fuel cell separator and fuel cell - Google Patents
Method for producing fuel cell separator material, fuel cell separator and fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP5000853B2 JP5000853B2 JP2005087257A JP2005087257A JP5000853B2 JP 5000853 B2 JP5000853 B2 JP 5000853B2 JP 2005087257 A JP2005087257 A JP 2005087257A JP 2005087257 A JP2005087257 A JP 2005087257A JP 5000853 B2 JP5000853 B2 JP 5000853B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- cell separator
- resin
- separator material
- range
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Description
本願発明は、燃料電池用セパレータ材料の製造方法、燃料電池用セパレータ並びに燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a fuel cell separator material, a fuel cell separator, and a fuel cell.
近年、石油や石炭などの化石燃料の燃焼などによって排出される二酸化炭素が一因とされる地球温暖化が環境問題として取り上げられている。このような中、省エネルギー効果が期待でき、クリーンな発電システムとして燃料電池が注目され、様々な分野において実用化が検討されている。 In recent years, global warming caused by carbon dioxide emitted by burning fossil fuels such as oil and coal has been taken up as an environmental problem. Under such circumstances, an energy saving effect can be expected, and a fuel cell is attracting attention as a clean power generation system, and its practical application is being studied in various fields.
図１は燃料電池の基本構造を模式的に例示した斜視図であり、この図によれば、電解質３を挟むように燃料極（マイナスの電極）２１と空気極（プラスの電極）２２が配置され、その両側には、両側面に複数個の凸部４が形成されている燃料電池用セパレータ１が配置され、単位セルＡ（単電池）が構成されている。前記凸部４は、隣り合う凸部４同士の間で、燃料である水素と酸素の流路であるガス供給排出用溝５を構成している。このガス供給排出用溝５は、燃料電池内を流れる水素、酸素及び冷却水が混合しないように分離する働きを有すると共に、燃料電池の単位セルＡで発電した電気エネルギーを外部へ伝達したり単位セルＡで生じた熱を外部へ放熱するという重要な役割を担っている。 FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating the basic structure of a fuel cell. According to this figure, a fuel electrode (negative electrode) 21 and an air electrode (positive electrode) 22 are arranged so as to sandwich the electrolyte 3. On both sides thereof, a fuel cell separator 1 having a plurality of convex portions 4 formed on both side surfaces is arranged to constitute a unit cell A (single cell). The protrusion 4 constitutes a gas supply / discharge groove 5 which is a flow path of hydrogen and oxygen as fuel between adjacent protrusions 4. The gas supply / discharge groove 5 has a function of separating hydrogen, oxygen and cooling water flowing in the fuel cell so as not to be mixed, and transmits electric energy generated by the unit cell A of the fuel cell to the outside. It plays an important role of radiating the heat generated in the cell A to the outside.
そして、上記の単位セルＡを数十個〜数百個積み重ねて電池本体（セルスタック）を形成している。この単位セルＡにおいては、電解質３を介して対向する一対の電極２のうち燃料極２１に水素を、空気極２２に酸素を供給して、水素と酸素の電気化学反応により直接電気エネルギーに変換される。 Then, several tens to several hundreds of the unit cells A are stacked to form a battery body (cell stack). In this unit cell A, hydrogen is supplied to the fuel electrode 21 and oxygen is supplied to the air electrode 22 of the pair of electrodes 2 facing each other through the electrolyte 3, and is directly converted into electric energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Is done.
すなわち、水素は、燃料極２１中の触媒の働きにより、電子を切り離して水素イオンになり、この水素イオンは電解質３の中を移動する。水素イオンは、対向する電極２である空気極２２に供給された酸素と、外部回路を通じて戻ってきた電子と反応して水となる。そして、この外部回路を通じて電子が移動することで電気が発生するものである。 That is, the hydrogen is separated into electrons by the action of the catalyst in the fuel electrode 21, and the hydrogen ions move in the electrolyte 3. Hydrogen ions react with oxygen supplied to the air electrode 22 which is the opposite electrode 2 and electrons returned through an external circuit to become water. Electricity is generated when electrons move through the external circuit.
電解質３は、水酸化カリウム、リン酸、高分子膜などの種類があり、その種類によって燃料電池はそれぞれアルカリ型、リン酸型、固体高分子型に分類される。 The electrolyte 3 is classified into potassium hydroxide, phosphoric acid, a polymer membrane, and the like, and the fuel cell is classified into an alkaline type, a phosphoric acid type, and a solid polymer type depending on the type.
これらのなかでも、特に固体高分子型燃料電池は、作動温度が常温〜約１２０℃程度と低く、小型化が可能なので、家庭向け、自動車などの用途への適用が期待されている。 Among these, the polymer electrolyte fuel cell, in particular, has an operating temperature as low as about room temperature to about 120 ° C. and can be miniaturized, and therefore is expected to be applied to applications such as home use and automobiles.
このような燃料電池において、燃料電池用セパレータ１は、優れた導電性や耐食性（耐酸性）と共に、ガスの不透過性（気密性）、機械的強度、耐衝撃性、耐熱性を有することが強く求められており、これまでに数々の燃料電池用セパレータが提案されている。たとえば、特定の形状の黒鉛粒子を熱硬化性樹脂で被覆し、この樹脂組成物を成形した燃料電池用セパレータが提案されている（たとえば、特許文献１，２参照）。 In such a fuel cell, the fuel cell separator 1 may have excellent conductivity and corrosion resistance (acid resistance), gas impermeability (air tightness), mechanical strength, impact resistance, and heat resistance. There have been strong demands, and many fuel cell separators have been proposed so far. For example, a fuel cell separator in which graphite particles having a specific shape are coated with a thermosetting resin and the resin composition is molded has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、これらの従来の燃料電池用セパレータは、熱硬化性樹脂による黒鉛粒子の被覆が均一になされていないため、樹脂組成物を成形する際にはしばしば成形性の悪化（特に燃料電池用セパレータの最薄部に未充填部分がみられる場合がある）がみられ、接触抵抗が増大するなど電気特性の低下が起こりやすいという問題があった。さらに、黒鉛粒子を高充填させることもできなかった。
そこで、本願発明は、以上の通りの背景からなされたものであり、燃料電池用セパレータの成形性の悪化や電気特性の低下を抑制することができ、薄肉成形や黒鉛粒子の高充填化が可能な、燃料電池用セパレータ材料の製造方法と燃料電池用セパレータ並びに燃料電池を提供することを課題としている。 Therefore, the present invention has been made from the background described above, and can suppress the deterioration of the formability of the fuel cell separator and the deterioration of the electrical characteristics, and enables the thin-wall molding and the high filling of graphite particles. It is another object of the present invention to provide a method for producing a fuel cell separator material, a fuel cell separator, and a fuel cell.
本願発明は、前記の課題を解決するものとして、第１には、エポキシ樹脂、硬化剤、黒鉛粒子、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィン、及びカップリング剤としてエポキシシランを含有し、前記硬化剤の配合量は前記エポキシ樹脂に対する化学量論上の当量比で１〜１．１５の割合であり、前記黒鉛粒子の含有量は樹脂組成物全量に対して７０〜９０質量％の範囲であり、前記トリフェニルホスフィンの含有量は樹脂分に対して０．５〜５質量％の範囲である樹脂組成物に有機溶剤を添加して固形分濃度が２０〜６０質量％の範囲の樹脂溶液となるように調製し、次いでスプレードライ法により造粒することを特徴とする。
第２には、硬化剤がフェノールノボラック樹脂である。
第３には、カップリング剤は、そのカップリング剤の被覆総量が黒鉛粒子の表面積の総量に対して０．５〜２倍の範囲になるように配合されている。
第４には、樹脂組成物には、離型剤として、天然カルナバワックス及びモンタン酸ビスアマイドのうち少なくとも１種が配合されている。
第５には、離型剤は、樹脂組成物全量に対して０．１〜４．０質量％の範囲で配合されている。
The present invention, as to solve the above problems, the first, the epoxy resin, curing agent, graphite particles, triphenylphosphine as a hardening accelerator, and contains an epoxy silane as a coupling agent, wherein the curing agent The blending amount is a ratio of 1 to 1.15 in terms of a stoichiometric equivalent ratio to the epoxy resin, and the content of the graphite particles is in the range of 70 to 90% by mass with respect to the total amount of the resin composition. The organic solvent is added to the resin composition in which the content of triphenylphosphine is in the range of 0.5 to 5% by mass with respect to the resin content to obtain a resin solution having a solid content concentration in the range of 20 to 60% by mass. And then granulated by a spray drying method.
Second, the curing agent is a phenol novolac resin .
Third, the coupling agent, the coating amount of the coupling agent is blended to be in the range of 0.5 to 2 times the total surface area of the graphite particle.
Fourth , the resin composition is blended with at least one of natural carnauba wax and montanic acid bisamide as a release agent.
The fifth, the release agent is formulated in a range of 0.1 to 4.0 wt% of the resin composition the total amount.
また、第６には、本願発明の燃料電池用セパレータは上記の方法で製造された燃料電池用セパレータ材料を成形して得られることを特徴とする。 Sixthly, the fuel cell separator of the present invention is obtained by molding the fuel cell separator material produced by the above method.
そして、第７には、本願発明の燃料電池は上記の燃料電池用セパレータと樹脂製エンドプレートからなることを特徴とする。 Then, the seventh, the fuel cell of the present invention is characterized by comprising a separator and a resin end plate for a fuel cell of the above follow.
上記第１−５の発明では、エポキシ樹脂と、含有量が樹脂組成物全量に対して７０〜９０質量％の範囲の黒鉛粒子と、を含む樹脂組成物に有機溶剤を添加して固形分濃度が２０〜６０質量％の範囲の樹脂溶液となるように調製し、次いでスプレードライ法により造粒することにより、黒鉛粒子の表面をエポキシ樹脂で均一に被覆した燃料電池用セパレータ材料とすることができる。そして、この燃料電池用セパレータ材料を使用して燃料電池用セパレータを製造した場合には、燃料電池用セパレータの成形性の悪化や電気特性の低下を抑制することができ、さらに薄肉成形や黒鉛粒子の高充填化が可能になるなど良好な成形性と高い電気特性が実現される。 In said 1-5th invention, an organic solvent is added to the resin composition containing an epoxy resin and the graphite particle whose content is the range of 70-90 mass% with respect to the resin composition whole quantity, solid content concentration Is prepared so as to be a resin solution in the range of 20 to 60% by mass, and then granulated by a spray drying method to obtain a separator material for a fuel cell in which the surface of graphite particles is uniformly coated with an epoxy resin. it can. When a fuel cell separator is produced using this fuel cell separator material, it is possible to suppress deterioration of the formability and electrical characteristics of the fuel cell separator. Good moldability and high electrical properties are realized, such as high filling of the material.
上記第６の発明の燃料電池用セパレータは、上記の燃料電池用セパレータ材料を成形して製造されることにより、成形が容易であり、高い電気特性が実現される。 The fuel cell separator according to the sixth aspect of the present invention is manufactured by molding the fuel cell separator material, so that molding is easy and high electrical characteristics are realized.
上記第７の発明の燃料電池は、上記の燃料電池用セパレータと樹脂製エンドプレートからなることにより、高い電気特性が実現される。 The fuel cell according to the seventh aspect of the invention achieves high electrical characteristics by including the fuel cell separator and the resin end plate.
本願発明は前記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、発明を実施するための最良の形態を説明する。 The present invention has the above-described features, and the best mode for carrying out the invention will be described below.
本願発明の燃料電池用セパレータ材料の製造方法は、エポキシ樹脂と、含有量が樹脂組成物全量に対して７０〜９０質量％の範囲の黒鉛粒子と、を含む樹脂組成物に有機溶剤を添加している。 The manufacturing method of the separator material for fuel cells of this invention adds an organic solvent to the resin composition containing an epoxy resin and the graphite particle whose content is the range of 70-90 mass% with respect to the resin composition whole quantity. ing.
エポキシ樹脂は黒鉛粒子の表面を被覆するもので、これによって得られた燃料電池用セパレータ材料を成形することで、ガス不透過性（気密性）や機械的強度に優れた燃料電池用セパレータとすることができる。そして、被覆が均一になされることで、薄肉成形や黒鉛粒子の高充填化が可能になるなど良好な成形性と高い電気特性が実現されるのである。 The epoxy resin coats the surface of the graphite particles, and a fuel cell separator having excellent gas impermeability (air tightness) and mechanical strength is obtained by molding a fuel cell separator material obtained thereby. be able to. The uniform coating achieves good moldability and high electrical characteristics such as thin wall molding and high graphite particle filling.
また、エポキシ樹脂は、有機溶剤に可溶であればどのようなものでも使用することができる。そして、スプレードライ法により、エポキシ樹脂の融点による影響を受けることなく好適に造粒することができるのである。 Further, any epoxy resin can be used as long as it is soluble in an organic solvent. And it can granulate suitably by the spray-drying method, without being influenced by melting | fusing point of an epoxy resin.
以上の樹脂組成物には、硬化剤や硬化促進剤が含有されていてもよい。硬化剤としては、燃料電池用セパレータの高い電気特性の維持、被毒の防止、不純物溶出の防止などを考慮してアミン系化合物や酸無水物系化合物を含まないものとすることが望ましい。具体的には、フェノール系化合物が好ましく例示される。硬化剤の含有量については、特に限定されないが、たとえば、エポキシ樹脂に対する硬化剤の化学量論上の当量比を１〜１．１５とすることができる。これによって、成形時にエポキシ樹脂の硬化が十分に促進され、高い強度を有する燃料電池用セパレータを製造することができる。１未満の場合には十分な強度を得ることができなくなる場合があるため好ましくない。１．１５を超える場合には硬化剤が未反応で残り性能が低下すると共に、成形性が低下したり不純物が溶出したりする場合があるため好ましくない。 The above resin composition may contain a curing agent and a curing accelerator. It is desirable that the curing agent does not contain an amine compound or an acid anhydride compound in consideration of maintaining high electrical characteristics of the fuel cell separator, preventing poisoning, preventing impurities from eluting, and the like. Specifically, a phenol compound is preferably exemplified. Although it does not specifically limit about content of a hardening | curing agent, For example, the stoichiometric equivalent ratio of the hardening | curing agent with respect to an epoxy resin can be 1-1.15. As a result, the curing of the epoxy resin is sufficiently promoted during molding, and a fuel cell separator having high strength can be manufactured. If it is less than 1, it is not preferable because sufficient strength may not be obtained. If it exceeds 1.15, the curing agent is unreacted and the remaining performance is lowered, and the moldability may be lowered or impurities may be eluted, which is not preferable.
硬化促進剤としても非アミン系化合物を使用することが望ましく、たとえば、トリフェニルホスフィンなどのリン系化合物が用いられる。硬化促進剤の含有量は適宜調整されるが、たとえば、樹脂成分（エポキシ樹脂と硬化剤）に対して０．５〜５質量％の範囲とすることができる。０．５質量％未満の場合には硬化促進効果を高めることができず、成形時間が長くなり作業性が低下する場合があるため好ましくない。５質量％を超える場合には成形性に不具合を生じる場合があるため好ましくない。 It is desirable to use a non-amine compound as the curing accelerator. For example, a phosphorus compound such as triphenylphosphine is used. Although content of a hardening accelerator is adjusted suitably, it can be set as the range of 0.5-5 mass% with respect to the resin component (an epoxy resin and a hardening | curing agent), for example. If it is less than 0.5% by mass, the effect of accelerating curing cannot be enhanced, and the molding time becomes longer and the workability may be lowered. If it exceeds 5% by mass, there may be a problem in moldability, which is not preferable.
本願発明における黒鉛粒子は、燃料電池用セパレータの比抵抗を低減し導電性を付与するためのものである。この黒鉛粒子の含有量としては、樹脂組成物全量に対して７０〜９０質量％の範囲としている。黒鉛粒子成分の含有量が７０質量％未満の場合、燃料電池用セパレータに必要とされる電気特性が十分に得られなくなる場合があり、また９０質量％より多い場合には、燃料電池用セパレータに必要とされる気密性や機械強度、成形性が十分に得られなくなる場合がある。 The graphite particles in the present invention are for reducing the specific resistance of the fuel cell separator and imparting conductivity. As content of this graphite particle, it is set as the range of 70-90 mass% with respect to the resin composition whole quantity. When the content of the graphite particle component is less than 70% by mass, the electrical characteristics required for the fuel cell separator may not be sufficiently obtained. The required airtightness, mechanical strength, and moldability may not be sufficiently obtained.
黒鉛粒子は、平均粒径が１〜１５０μｍの範囲のもの、より好ましくは１０〜５０μｍのものを用いることが好ましい。平均粒径が１μｍ未満の黒鉛粒子は成形性が低下し易く、平均粒径が１５０μｍを超える場合には成形品の表面平滑性が損なわれる場合がある。 It is preferable to use graphite particles having an average particle size in the range of 1 to 150 μm, more preferably 10 to 50 μm. Graphite particles having an average particle size of less than 1 μm are liable to deteriorate in moldability, and when the average particle size exceeds 150 μm, the surface smoothness of the molded product may be impaired.
黒鉛粒子の種類としては、高い導電性を示すものであればよく、その種類は特に限定されない。たとえば、メソカーボンマイクロビーズなどの炭素質を黒鉛化したもの、石炭系コークスや石油系コークスを黒鉛化したもの、黒鉛電極や特殊炭素材料の加工粉、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、膨張黒鉛などが挙げられる。このような黒鉛粒子は、一種のみを用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。また、黒鉛粒子は、人造黒鉛粉、天然黒鉛粉のいずれでも良いが、天然黒鉛粉は導電性が高いことが知られており、人造黒鉛粉は異方性が少ないことが知られていることから、必要に応じて適宜選択すればよい。各種の黒鉛粒子の中でも、球状天然黒鉛は、導電性の異方性が生じず好ましい。 The type of graphite particles is not particularly limited as long as it exhibits high conductivity. Examples include graphitized carbonaceous materials such as mesocarbon microbeads, graphitized coal-based coke and petroleum-based coke, processed powder of graphite electrodes and special carbon materials, natural graphite, quiche graphite, expanded graphite, etc. It is done. Only one kind of such graphite particles may be used, or a plurality of kinds of graphite particles may be mixed and used. The graphite particles may be either artificial graphite powder or natural graphite powder, but natural graphite powder is known to have high conductivity, and artificial graphite powder is known to have low anisotropy. Therefore, it may be appropriately selected as necessary. Among various types of graphite particles, spherical natural graphite is preferable because no conductive anisotropy occurs.
本願発明の樹脂組成物には、カップリング剤、離型剤などの添加剤が含有されていてもよい。カップリング剤は黒鉛粒子の表面改質のために用いられ、分散性や熱硬化性樹脂の強度を向上させることができ、離型剤は、燃料電池用セパレータを成形する際の金型離型性を向上させることができる。 The resin composition of the present invention may contain additives such as a coupling agent and a release agent. Coupling agent is used for surface modification of graphite particles and can improve the dispersibility and the strength of thermosetting resin, and the mold release agent is a mold release when molding fuel cell separator Can be improved.
カップリング剤の種類としてはシリコン系、チタネート系、アルミニウム系化合物など各種のカップリング剤が考慮される。これらの中でも特にシリコン系カップリング剤のエポキシシランを用いることが望ましい。カップリング剤の含有量は、黒鉛粒子の比表面積と使用するカップリング剤の単位質量当たりの被覆面積から適宜設定される。たとえば、使用するカップリング剤の被覆面積の総量が、黒鉛粒子の表面積の総量に対して、０．５〜２倍が好ましい範囲として考慮される。カップリング剤の添加量が多すぎると、成形時に金型表面を汚染する原因になるため好ましくない。 Various types of coupling agents such as silicon-based, titanate-based, and aluminum-based compounds are considered as the type of coupling agent. Among these, it is particularly desirable to use a silicon-based coupling agent epoxysilane. The content of the coupling agent is appropriately set from the specific surface area of the graphite particles and the coating area per unit mass of the coupling agent to be used. For example, it is considered that the total amount of the covering area of the coupling agent to be used is preferably 0.5 to 2 times the total amount of the surface area of the graphite particles. When the amount of the coupling agent added is too large, it is not preferable because it causes contamination of the mold surface during molding.
離型剤としては、炭化水素系化合物、アマイド系化合物、脂肪酸系化合物など各種の離型剤が考慮され、これらを複数種使用してもよい。たとえば、天然カルナバワックスやモンタン酸ビスアマイドを用いることが望ましい。離型剤の含有量は、適宜設定されるが、樹脂組成物全量に対して０．１〜４．０質量％の範囲であることが好ましく、この含有量が０．１質量％未満では成形時に十分な金型離型性が得られず、また４．０質量％を超えると、金型表面が汚染したり、成形して得られる燃料電池用セパレータに必要とされる水との濡れ性が十分に得られなくなる場合がある。 As the release agent, various release agents such as hydrocarbon compounds, amide compounds, and fatty acid compounds are considered, and a plurality of these may be used. For example, it is desirable to use natural carnauba wax or montanic acid bisamide. The content of the release agent is appropriately set, but is preferably in the range of 0.1 to 4.0% by mass with respect to the total amount of the resin composition, and if the content is less than 0.1% by mass, molding is performed. Sometimes sufficient mold releasability is not obtained, and when it exceeds 4.0% by mass, the mold surface is contaminated or wettability with water required for the fuel cell separator obtained by molding. May not be sufficiently obtained.
本願発明は、以上の樹脂組成物にケトン、アルコール、エーテルなどの有機溶剤を添加した後、攪拌して樹脂溶液を調製している。この樹脂溶液は、固形分濃度が２０〜６０質量％の範囲となるようにする。固形分濃度が２０質量％未満の場合には生産性が低下し、６０質量％を超える場合には目的とするスプレードライ法による造粒物ができず、凝集が生じてしまう。なお、固形分とは、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤などの樹脂成分および黒鉛粒子のことを意味している。 In the present invention, an organic solvent such as ketone, alcohol, ether or the like is added to the above resin composition and then stirred to prepare a resin solution. The resin solution has a solid content concentration in the range of 20 to 60% by mass. When the solid content concentration is less than 20% by mass, the productivity is lowered, and when it exceeds 60% by mass, the intended granulated product by the spray-drying method cannot be formed and aggregation occurs. The solid content means a resin component such as an epoxy resin, a curing agent, a curing accelerator, and graphite particles.
有機溶剤としては、具体的には、メチルエチルケトン、アセトン、イソプロピルアルコール、エーテルなどが挙げられる。 Specific examples of the organic solvent include methyl ethyl ketone, acetone, isopropyl alcohol, ether, and the like.
以上のように調製した樹脂溶液を、スプレードライ法で造粒して燃料電池用セパレータ材料を得る。スプレードライ法は、たとえば、後述する実施例で用いた三井鉱山製スプレードライヤＳＤ１６により、温度７０〜１００℃の条件で行われる。そして、このようなスプレードライ法により、黒鉛粒子の表面をエポキシ樹脂で均一に被覆することができる。 The resin solution prepared as described above is granulated by a spray drying method to obtain a fuel cell separator material. The spray drying method is performed, for example, under conditions of a temperature of 70 to 100 ° C. by a Mitsui Mine spray dryer SD16 used in Examples described later. And the surface of a graphite particle can be uniformly coat | covered with an epoxy resin by such a spray-drying method.
また、本願発明は、以上の燃料電池用セパレータ材料を成形して、たとえば図１に示すような燃料電池用セパレータ４を提供するものである。この燃料電池用セパレータ４は、以上の燃料電池用セパレータ材料を使用するため成形が容易であり、高い電気特性が実現される。特に、燃料電池用セパレータ４の最薄部の厚みが０．１〜０．２ｍｍの範囲でも未充填部分が見られることなく、良好な成形性と高い電気特性を実現することができる。 The present invention also provides a fuel cell separator 4 as shown in FIG. 1, for example, by molding the above fuel cell separator material. Since the fuel cell separator 4 uses the fuel cell separator material described above, it can be easily molded and high electrical characteristics can be realized. In particular, even when the thickness of the thinnest part of the fuel cell separator 4 is in the range of 0.1 to 0.2 mm, an unfilled portion is not seen, and good moldability and high electrical characteristics can be realized.
さらに、本願発明は、以上の燃料電池用セパレータと樹脂製エンドプレートから、高い電気特性が実現された燃料電池をも提供する。この燃料電池は、以上の燃料電池用セパレータを使用するため、高い電気特性を実現することができる。また、樹脂製エンドプレートは、たとえば、ポリフェニレンスルフィド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの樹脂を原料として製造され、加工が容易で軽量化が可能である。したがって、この樹脂製エンドプレートを使用した燃料電池も軽量化を実現することができる。 Furthermore, the present invention also provides a fuel cell in which high electrical characteristics are realized from the above fuel cell separator and resin end plate. Since this fuel cell uses the fuel cell separator described above, high electrical characteristics can be realized. The resin end plate is manufactured using, for example, a resin such as polyphenylene sulfide resin, epoxy resin, or phenol resin as a raw material, and can be easily processed and reduced in weight. Therefore, a fuel cell using this resin end plate can also be reduced in weight.
以下、実施例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。 Hereinafter, an example is shown and an embodiment of this invention is described in more detail. Of course, the present invention is not limited to the following examples, and it goes without saying that various aspects are possible in detail.
＜実施例１〜５＞
（１）燃料電池用セパレータ材料の製造
表１に示した条件の配合物を攪拌混合機の容器に入れ、攪拌した。攪拌混合機としては、ダルトン製「５ＸＤＭＶ−ｒｒ型」）を用いた。その容器を温水で９０℃に加熱した状態で遊星回転させて５分間攪拌した後、有機溶剤（イソプロパノール：ＩＰＡ）を固形分濃度５０％となるように添加した。この有機溶剤の添加後に更に１０分間攪拌を続けた。次に９０℃で三井鉱山製スプレードライヤＳＤ１６を用いて造粒した。
（２）燃料電池用セパレータの製造
得られた造粒物を、金型温度１７５℃、成形圧力３５．３ＭＰａ、成形時間２分間の条件で圧縮成形した。次に、金型を閉じたまま圧抜きし、除圧工程として３０秒間保持した後、金型を開き、成形品を取出した。成形品は、図１に示される形状の燃料電池用セパレータ４で、２００ｍｍ×２５０ｍｍ×１．５ｍｍの大きさで、片面に長さ２５０ｍｍ、幅１．０ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝を５７本、反対面に長さ２５０ｍｍ、幅２．０ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝を５８本有している。
（３）評価
曲げ強度：ＪＩＳ Ｋ６９１１に従い、成形品の溝のない部分を切り出して、曲げ強度を測定した。
成形性：得られた造粒物を用いて同一条件で上記（２）記載の５０個のサンプル（成形性１：最薄部０．２ｍｍ、成形性２：最薄部０．１ｍｍ）を成形し、その最薄部の外観観察より充填不良の有無を確認し、不良品の発生数により評価した。
体積抵抗率：金型温度１７５℃、成形圧力２０ＭＰａ、成形時間２分間の条件で圧縮成形し１００ｍｍ□平板とした。その平板より５０ｍｍ□を切り出し試験片とした。体積抵抗率は、ＪＩＳ Ｋ７１９４に従い、評価した。
<Examples 1-5>
(1) Manufacture of fuel cell separator material A mixture having the conditions shown in Table 1 was placed in a stirring mixer container and stirred. As a stirring mixer, Dalton "5XDMV-rr type") was used. The vessel was planetarily rotated while being heated to 90 ° C. with warm water and stirred for 5 minutes, and then an organic solvent (isopropanol: IPA) was added to a solid content concentration of 50%. Stirring was continued for another 10 minutes after the addition of the organic solvent. Next, it granulated using the spray dryer SD16 made from Mitsui Mine at 90 degreeC.
(2) Manufacture of fuel cell separator The obtained granulated product was compression molded under the conditions of a mold temperature of 175 ° C, a molding pressure of 35.3 MPa, and a molding time of 2 minutes. Next, the pressure was released while the mold was closed, and the mold was held for 30 seconds as a pressure release process. Then, the mold was opened and the molded product was taken out. The molded article is a fuel cell separator 4 having the shape shown in FIG. 1 and has a size of 200 mm × 250 mm × 1.5 mm, 57 grooves of length 250 mm, width 1.0 mm, depth 0.5 mm on one side. On the opposite side, there are 58 grooves having a length of 250 mm, a width of 2.0 mm, and a depth of 0.5 mm.
(3) Evaluation bending strength: According to JIS K6911, the part without a groove of the molded product was cut out, and the bending strength was measured.
Moldability: 50 samples (formability 1: thinnest part 0.2 mm, moldability 2: thinnest part 0.1 mm) described in the above (2) are molded under the same conditions using the obtained granulated material. Then, the presence or absence of defective filling was confirmed by observing the appearance of the thinnest part, and evaluated by the number of defective products.
Volume resistivity: Compression molding was performed under the conditions of a mold temperature of 175 ° C., a molding pressure of 20 MPa, and a molding time of 2 minutes to form a 100 mm square plate. A 50 mm square was cut out from the flat plate and used as a test piece. The volume resistivity was evaluated according to JIS K7194.
以上の評価結果を表１に示した。 The above evaluation results are shown in Table 1.
＊１ ＥＯＣＮ−１０２０−８５（日本化薬）融点８５℃
＊２ ＥＯＣＮ−１０２０−７５（日本化薬）融点７５℃
＊３ ＥＯＣＮ−１０２０−５５（日本化薬）融点５５℃
＊４ ＰＳＭ６２００（群栄化学工業）
＊５ トリフェニルホスフィン（四国化成）
＊６ ＷＲ−３０Ａ（中越黒鉛工業所）平均粒径３０μｍ
＊７ ＷＲ−１５Ａ（中越黒鉛工業所）平均粒径１５μｍ
＊８ Ａ１８７（日本ユニカー）
＊９ Ｆ１−１００（大日化学工業）
＊１０ Ｊ−９００（大日化学工業）
＜比較例１〜５＞
（１）燃料電池用セパレータ材料の製造
表１に示した条件の配合物にイソプロピルアルコールを３％噴霧し、攪拌した後、所定の温度に加熱した混練機に投入した。なお、混練機としては、Ｓ２ＫＲＣニーダー（（株）栗本鉄工所製）を使用した。
* 1 EOCN-1020-85 (Nippon Kayaku) Melting point 85 ° C
* 2 EOCN-1020-75 (Nippon Kayaku) Melting point 75 ° C
* 3 EOCN-1020-55 (Nippon Kayaku) Melting point 55 ° C
* 4 PSM6200 (Gunei Chemical Industry)
* 5 Triphenylphosphine (Shikoku Chemicals)
* 6 WR-30A (Chuetsu Graphite Industry) Average particle size 30μm
* 7 WR-15A (Chuetsu Graphite Industry) Average particle size: 15μm
* 8 A187 (Nihon Unicar)
* 9 F1-100 (Daichi Chemical Industry)
* 10 J-900 (Daichi Chemical Industry)
<Comparative Examples 1-5>
(1) Manufacture of fuel cell separator material 3% of isopropyl alcohol was sprayed on the composition having the conditions shown in Table 1, stirred, and then charged into a kneader heated to a predetermined temperature. As a kneader, an S2KRC kneader (manufactured by Kurimoto Iron Works) was used.
次いで、得られた混練物を整粒機で粒径５００μｍ以下に粉砕した。
（２）燃料電池用セパレータの製造
得られた粉砕物を、金型温度１７５℃、成形圧力３５．３ＭＰａ、成形時間２分間の条件で圧縮成形した。次に、金型を閉じたまま圧抜きし、除圧工程として３０秒間保持した後、金型を開き、成形品を取出した。成形品は、図１に示される形状の燃料電池用セパレータ４で、２００ｍｍ×２５０ｍｍ×１．５ｍｍの大きさで、片面に長さ２５０ｍｍ、幅１．０ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝を５７本、反対面に長さ２５０ｍｍ、幅２．０ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝を５８本有している。
（３）評価
曲げ強度、成形性および体積抵抗率を上記の方法で評価した。
Subsequently, the obtained kneaded material was pulverized to a particle size of 500 μm or less with a granulator.
(2) Production of Fuel Cell Separator The obtained pulverized product was compression molded under the conditions of a mold temperature of 175 ° C., a molding pressure of 35.3 MPa, and a molding time of 2 minutes. Next, the pressure was released while the mold was closed, and the mold was held for 30 seconds as a pressure release process. Then, the mold was opened and the molded product was taken out. The molded article is a fuel cell separator 4 having the shape shown in FIG. 1 and has a size of 200 mm × 250 mm × 1.5 mm, 57 grooves of length 250 mm, width 1.0 mm, depth 0.5 mm on one side. On the opposite side, there are 58 grooves having a length of 250 mm, a width of 2.0 mm, and a depth of 0.5 mm.
(3) Evaluation Bending strength, moldability, and volume resistivity were evaluated by the above methods.
この結果を表１に示した。 The results are shown in Table 1.
表１より、エポキシ樹脂と、含有量が樹脂組成物全量に対して７０〜９０質量％の範囲の黒鉛粒子と、を含む樹脂組成物に有機溶剤を添加して固形分濃度が２０〜６０質量％の範囲の樹脂溶液となるように調製し、次いでスプレードライ法により造粒した造粒物（実施例１〜５）を用いることにより、成形性よく、高い電気特性を有する燃料電池用セパレータを得ることができた。また、エポキシ樹脂の融点が高いものほど曲げ強度が高く良好な特性を有することが確認された。 From Table 1, an organic solvent is added to a resin composition containing an epoxy resin and a graphite particle whose content is in the range of 70 to 90 mass% with respect to the total amount of the resin composition, and the solid content concentration is 20 to 60 mass. % Of a fuel cell separator having good moldability and high electrical characteristics by using a granulated product (Examples 1 to 5) prepared by spray drying and then granulated by a spray drying method. I was able to get it. It was also confirmed that the higher the melting point of the epoxy resin, the higher the bending strength and the better the characteristics.
一方、ニーダーにより混練し整粒機で粉砕した粉砕物（比較例１〜５）を用いた場合には、成形性が著しく悪化し、十分な電気特性が得られなくなることが確認された。 On the other hand, when a pulverized product (Comparative Examples 1 to 5) kneaded with a kneader and pulverized with a granulator was used, it was confirmed that the moldability was remarkably deteriorated and sufficient electric characteristics could not be obtained.
さらに、黒鉛粒子の平均粒径が小さく（比表面積大）、その含有量が８０質量％を超えるようになるとエポキシ樹脂が分散し難くなるため、ニーダーによる方法では特に成形性の悪化がみられたが、スプレードライ法により得られた造粒物では、良好に成形できることが確認された。 Furthermore, when the average particle size of the graphite particles is small (the specific surface area is large) and the content exceeds 80% by mass, the epoxy resin becomes difficult to disperse. However, it was confirmed that the granulated product obtained by the spray drying method can be molded well.
Ａ 単位セル
１ 燃料電池用セパレータ
２ 電極
２１ 燃料極
２２ 空気極
３ 電解質
４ 凸部
５ ガス供給排出用溝
A Unit cell 1 Fuel cell separator 2 Electrode 21 Fuel electrode 22 Air electrode 3 Electrolyte 4 Convex part 5 Gas supply / discharge groove
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005087257A JP5000853B2 (en) | 2005-03-24 | 2005-03-24 | Method for producing fuel cell separator material, fuel cell separator and fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005087257A JP5000853B2 (en) | 2005-03-24 | 2005-03-24 | Method for producing fuel cell separator material, fuel cell separator and fuel cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006269304A JP2006269304A (en) | 2006-10-05 |
| JP5000853B2 true JP5000853B2 (en) | 2012-08-15 |
Family
ID=37205032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005087257A Expired - Fee Related JP5000853B2 (en) | 2005-03-24 | 2005-03-24 | Method for producing fuel cell separator material, fuel cell separator and fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5000853B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE45803E1 (en) | 2001-08-07 | 2015-11-17 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | High solids HBN slurry, HBN paste, spherical HBN powder, and methods of making and using them |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59186270A (en) * | 1983-04-05 | 1984-10-23 | Sanyo Electric Co Ltd | Stack for fuel battery |
| JPH01234319A (en) * | 1988-03-16 | 1989-09-19 | Nippon Steel Chem Co Ltd | Production of spherical silica |
| JPH07312223A (en) * | 1994-05-17 | 1995-11-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Fuel cell |
| JPH10172567A (en) * | 1996-12-17 | 1998-06-26 | Nikki Kagaku Kk | Manufacture of lithium manganate |
| JP3815005B2 (en) * | 1997-11-21 | 2006-08-30 | トヨタ自動車株式会社 | FUEL CELL, FUEL CELL SEPARATOR, AND METHOD FOR PRODUCING THE SEPARATOR |
| JP3896664B2 (en) * | 1997-12-26 | 2007-03-22 | トヨタ自動車株式会社 | Manufacturing method of fuel cell separator and fuel cell separator |
| JP4000651B2 (en) * | 1998-01-19 | 2007-10-31 | トヨタ自動車株式会社 | Manufacturing method of fuel cell separator |
| JP4470001B2 (en) * | 1999-07-29 | 2010-06-02 | 東ソー株式会社 | Production method of fine zirconia powder |
| JP2001236982A (en) * | 2000-02-25 | 2001-08-31 | Toray Ind Inc | End plate for fuel cell and fuel cell |
| JP4131665B2 (en) * | 2000-10-23 | 2008-08-13 | 日本ピラー工業株式会社 | Fuel cell separator |
| JP3463806B2 (en) * | 2000-12-22 | 2003-11-05 | 日本ピラー工業株式会社 | Fuel cell separator and method of manufacturing the same |
| JP3448771B2 (en) * | 2000-12-22 | 2003-09-22 | 日本ピラー工業株式会社 | Fuel cell separator and method of manufacturing the same |
| JP2002358973A (en) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Nippon Steel Chem Co Ltd | Fuel cell separator member and its manufacturing method |
| JP3535865B2 (en) * | 2001-09-11 | 2004-06-07 | 松下電器産業株式会社 | Polymer electrolyte fuel cell |
| DE10216306B4 (en) * | 2002-04-14 | 2008-06-12 | Sgl Carbon Ag | Method for producing a contact plate for an electrochemical cell and its uses |
| JP2004103494A (en) * | 2002-09-12 | 2004-04-02 | Sansho Kako:Kk | Fuel cell separator, its manufacturing method and fuel cell using the fuel cell separator |
| JP2004342340A (en) * | 2003-05-13 | 2004-12-02 | Yuasa Corp | End plate structure of fuel battery |
| JP3914180B2 (en) * | 2003-07-02 | 2007-05-16 | 株式会社東芝 | Fuel cell power generator |
| JP4281471B2 (en) * | 2003-08-26 | 2009-06-17 | パナソニック電工株式会社 | Resin composition for molding fuel cell separator and separator for fuel cell |
| JP2005203296A (en) * | 2004-01-19 | 2005-07-28 | Toyota Motor Corp | Manufacturing method of separator |
| JP4254698B2 (en) * | 2004-11-25 | 2009-04-15 | パナソニック電工株式会社 | Resin composition for fuel cell separator and fuel cell separator |
-
2005
- 2005-03-24 JP JP2005087257A patent/JP5000853B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE45803E1 (en) | 2001-08-07 | 2015-11-17 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | High solids HBN slurry, HBN paste, spherical HBN powder, and methods of making and using them |
| USRE45923E1 (en) | 2001-08-07 | 2016-03-15 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | High solids HBN slurry, HBN paste, spherical HBN powder, and methods of making and using them |
| USRE47635E1 (en) | 2001-08-07 | 2019-10-08 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | High solids hBN slurry, hBN paste, spherical hBN powder, and methods of making and using them |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2006269304A (en) | 2006-10-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6746792B2 (en) | Fuel cell separator composition, fuel cell separator and method of manufacture, and solid polymer fuel cell | |
| US20080305396A1 (en) | Lead-acid battery expanders with improved life at high temperatures | |
| JP2006210223A (en) | Separator for fuel cell | |
| JP5249610B2 (en) | Manufacturing method of fuel cell separator | |
| JP5249609B2 (en) | Fuel cell separator and manufacturing method thereof | |
| JP2004259497A (en) | Manufacturing method of separator for solid polymer type fuel cell, and separator for solid polymer type fuel cell | |
| JP2003034751A (en) | Electroconductive resin composition | |
| JP5000853B2 (en) | Method for producing fuel cell separator material, fuel cell separator and fuel cell | |
| JP4254698B2 (en) | Resin composition for fuel cell separator and fuel cell separator | |
| JP2003327668A (en) | Thermosetting resin molding material and molded object using the same | |
| JP4780257B2 (en) | Fuel cell separator and manufacturing method thereof | |
| JP2008016307A (en) | Fuel cell separator | |
| JP4281471B2 (en) | Resin composition for molding fuel cell separator and separator for fuel cell | |
| JP5502552B2 (en) | Composition for fuel cell separator, fuel cell separator, and method for producing fuel cell | |
| JP3259051B2 (en) | Fuel cell separator base and fuel cell separator using the base | |
| JP4949634B2 (en) | END PLATE FOR FUEL CELL AND FUEL CELL USING THE SAME | |
| JP2005339953A (en) | Prepreg for fuel cell, separator for fuel cell consisting of this prepreg and manufacturing method for it | |
| JP2005339899A (en) | Resin composite for fuel cell separator | |
| JP4989880B2 (en) | Fuel cell separator, resin composition therefor and method for producing the same | |
| JP2005339954A (en) | Prepreg for fuel cell, separator for fuel cell consisting of this prepreg, and manufacturing method for it | |
| JP5185661B2 (en) | Fuel cell separator | |
| JP2004119346A (en) | Molding material for solid polymer type fuel cell separator, its manufacturing method and solid polymer type fuel cell separator | |
| JP2006040728A (en) | Carbon composite material for molding fuel cell separator and fuel cell separator | |
| JP4678170B2 (en) | Fuel cell separator | |
| JP4915637B2 (en) | Composition for molding fuel cell separator and fuel cell separator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080317 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110418 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110426 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110624 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20111220 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20120111 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120319 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20120405 |
|
| 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: 20120424 |
|
| 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: 20120517 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5000853 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150525 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |