JP5394426B2 - 多孔質炭素電極基材 - Google Patents
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Description
しかしながら、多孔質炭素電極基材として用いられる基材は、燃料電池を製造する際の多孔質炭素電極基材と電解質膜の接合工程やスタックの締結工程において圧縮された際に不可逆な厚み変動が生じる場合があった。そのような不可逆な厚み変動により、多孔質炭素電極基材周辺の部材、例えばガスケットの厚みとの差が大きくなり、電池設計の不具合およびそれに起因した発電性能の低下などの問題が生じる場合があった。
本発明は、炭素短繊維が炭素により結着された多孔質炭素電極基材であって、
シートマシン流れ方向(MD)の曲げ強度(F)と流れに対して直角方向(TD)の曲げ強度(W)との比X(X=W/F)が0.20〜0.40の範囲にあり、
炭素短繊維の平均直径は、3〜30μm程度が好ましく、4〜20μmがより好ましく、4〜8μmがさらに好ましい。この範囲内であると多孔質炭素電極基材としての表面平滑性と導電性がよい。
炭素短繊維の平均長は、2〜12mmが好ましく、3〜9mmがさらに好ましい。この範囲内であると抄紙時の分散性と多孔質炭素電極基材としての機械的強度が高くなる。
そのため、他の炭素繊維に比べて強度が強く、機械的強度の強い炭素繊維紙を形成することができる。
また、炭素繊維同士を結着させるバインダーとして、適当量の有機高分子物質を混ぜることが好ましい。
有機高分子物質を混ぜることにより、炭素繊維紙の強度を保持し、その製造途中で炭素繊維紙から炭素繊維が剥離したり、炭素繊維の配向が変化したりするのを防止することができる。
(1)炭素繊維紙を、炭素繊維紙の少なくとも一方の面に弾性を有するシートを配置し、連続的な加圧手段を用いて線圧5kN/m〜30kN/mで加圧する工程。
(2)次いで、炭素繊維紙を連続的に除去する工程。
まず、上述のごとく得られた炭素繊維紙を、該炭素繊維紙の少なくとも一方の面に弾性を有するシートを配置し、連続的な加圧手段を用いて線圧5kN/m〜30kN/mで加圧する。
・多孔質炭素電極基材のMD及びTD方向、それぞれ強度を調べる方向を試験片の長辺になるように、80×10mmのサイズに10枚切り取る。
・曲げ強度試験装置を用いて、支点間距離は2cmにし、歪み速度10mm/minで荷重をかけていく。
・荷重がかかり始めた点から試験片が破断したときの加圧くさびの破断荷重を10枚の試験片に対し、測定し、曲げ強度を次式より求める。
・曲げ強度(MPa)=3PL/2Wh2
〔P:破断荷重(N)、L:支点間距離(mm)、W:試験片の幅(mm)、h:試験片の厚み(mm)〕
測定されたMD、TD方向の曲げ強度(W)から、MD方向の曲げ強度(F)に対するTD方向の曲げ強度(W)の比を算出する。
・打ち抜き冶具を用いて直径25mmの多孔質炭素電極基材のサンプルを10枚用意する。
・圧縮試験機として島津マイクロオートMST−I((株)島津製作所製)を用いて、サンプルに面圧3.5MPaで圧縮し面圧を開放することを繰り返し行う圧縮試験を行う。
・圧縮時における付与面圧と多孔質炭素電極基材の厚みの関係をプロットする。
・初回圧縮時の付与面圧2.0MPaにおける多孔質炭素電極基材の厚みと10回目圧縮時の付与面圧2.0MPaにおける多孔質炭素電極基材の厚みとの変化を算出する。
<曲げ強度の測定>
曲げ強度(MPa)=3PL/2Wh2
ここで、P:破断荷重(N)、L:支点間距離(mm)、W:試験片の幅(mm)、h:試験片の厚み(mm)である。
測定されたMD、TD方向の曲げ強度(W)から、MD方向の曲げ強度(F)に対するTD方向の曲げ強度(W)の比を算出し、連続した多孔質炭素電極基材シートの取扱性の指標として用いた。
<圧縮試験>
〔実施例1〕
〔実施例2〕
〔実施例3〕
〔実施例4〕
〔実施例5〕
〔実施例6〕
〔実施例7〕
〔実施例8〕
〔実施例9〕
〔比較例1〕
〔比較例2〕
〔比較例3〕
〔比較例4〕
〔比較例5〕
測定した曲げ強度等の結果を表1に示す。
Claims (1)
- 炭素短繊維を炭素により結着した炭素繊維紙であって、
シートマシン流れ方向(MD)の曲げ強度(F)と流れに対して直角方向(TD)の曲げ強度(W)との比X(X=W/F)が0.20〜0.40の範囲にあり、
厚み方向に対して繰り返し3.5MPaの面圧を付与する圧縮試験において、初回圧縮時の付与面圧2.0MPaにおける多孔質炭素電極基材の厚みと10回目圧縮時の付与面圧2.0MPaにおける多孔質炭素電極基材の厚みとの差が0.1〜10μmの範囲にある、
多孔質炭素電極基材。
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