JP5979529B2 - Manufacturing method of fuel cell separator - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池セパレータの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a fuel cell separator.
一般に燃料電池は複数の単セルを数十〜数百個直列に重ねて構成されるセルスタックから成り、これにより燃料電池が起電力を発生させる。燃料電池は、電解質の種類によりいくつかのタイプに分類されるが、近年、高出力の燃料電池として、電解質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池が注目されている。 In general, a fuel cell is composed of a cell stack formed by stacking several tens to several hundreds of single cells in series, whereby the fuel cell generates electromotive force. Fuel cells are classified into several types according to the type of electrolyte. Recently, solid polymer fuel cells using a solid polymer electrolyte membrane as an electrolyte have attracted attention as high-power fuel cells.
固体高分子型燃料電池の単セルは、例えば燃料電池セパレータ、ガスケット、膜−電極複合体が重ねられることで構成されている（図１参照）。燃料電池セパレータには、ガス供給排出用の溝が形成されている領域を取り囲む外周部分に、マニホールドが形成されている。また、必要に応じ、燃料電池セパレータの外周部分に、シーリングのためのガスケットが積層される。 A single cell of a polymer electrolyte fuel cell is configured, for example, by stacking a fuel cell separator, a gasket, and a membrane-electrode composite (see FIG. 1). In the fuel cell separator, a manifold is formed in an outer peripheral portion surrounding a region where a gas supply / discharge groove is formed. Further, a gasket for sealing is laminated on the outer peripheral portion of the fuel cell separator as necessary.
このような燃料電池を構成する部品のうち、燃料電池セパレータは、その片面又は両面にガス供給排出用の溝が形成されると共にマニホールドが形成されている特異な形状を有している。燃料電池セパレータは、燃料電池内を流れる燃料、酸化剤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、燃料電池で発電した電気エネルギーを外部へ伝達したり、燃料電池で生じた熱を外部へ放熱したりするという、重要な役割を担っている。 Among the components constituting such a fuel cell, the fuel cell separator has a unique shape in which a gas supply / discharge groove is formed on one or both sides and a manifold is formed. The fuel cell separator functions to separate the fuel, oxidant, and cooling water flowing through the fuel cell so that they do not mix, and transmits the electric energy generated by the fuel cell to the outside, or the heat generated by the fuel cell. It plays an important role of radiating heat to the outside.
燃料電池セパレータは、例えば黒鉛粒子と樹脂成分とを含有する成形材料などから形成される。このような成形材料が使用される場合、燃料電池セパレータは、一般的には成形材料が金型内で成形されることで、得られる。 The fuel cell separator is formed from, for example, a molding material containing graphite particles and a resin component. When such a molding material is used, the fuel cell separator is generally obtained by molding the molding material in a mold.
近年、燃料電池の発電特性向上のため、燃料電池セパレータの形状の微細化が進み、成形材料の成形性に対する要求も益々高くなってきている。例えば、燃料電池セパレータにおける流体の流路中に、特許文献１，２に開示されているように複数の突起が形成される場合がある。このような燃料電池セパレータの形状の微細化に伴い、成形材料の異方性等に起因するような成形不良を抑制すべく、成形材料の成形性を改善することが要求されている。
In recent years, in order to improve the power generation characteristics of fuel cells, the shape of fuel cell separators has been miniaturized, and the demand for moldability of molding materials has been increasing. For example, a plurality of protrusions may be formed in the fluid flow path in the fuel cell separator as disclosed in
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、成形不良が抑制されると共に異方性も低減されている燃料電池セパレータの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a fuel cell separator anisotropy also being reduced with molding defects can be suppressed.
本発明に係る燃料電池セパレータ成形材料は、エポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂とのうち少なくとも一方を含有する樹脂成分と、黒鉛粒子とを含有し、前記黒鉛粒子の割合が固形分全量に対して７０〜８５質量％の範囲であり、前記黒鉛粒子の、粒子の最大長を最大垂直長で割ることにより算出される値の粒子数量基準の５０％累積値で定義されるアスペクト比が、１〜２の範囲である。 The fuel cell separator molding material according to the present invention contains a resin component containing at least one of an epoxy resin and a thermosetting phenol resin, and graphite particles, and the ratio of the graphite particles is based on the total amount of solids. The aspect ratio defined by a 50% cumulative value based on the particle quantity based on a value calculated by dividing the maximum particle length by the maximum vertical length is in the range of 70 to 85% by mass. 2 range.
本発明に係る燃料電池セパレータ成形材料は、エポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂とのうち少なくとも一方を含有する樹脂成分と、粒子の最大長を最大垂直長で割ることにより算出される値の粒子数量基準の５０％累積値で定義されるアスペクト比が１〜２の範囲である黒鉛粒子とを準備し、前記樹脂成分と前記黒鉛粒子とを攪拌混合するステップを含む方法により製造されることが好ましい。 The fuel cell separator molding material according to the present invention includes a resin component containing at least one of an epoxy resin and a thermosetting phenol resin, and a particle quantity having a value calculated by dividing the maximum length of the particle by the maximum vertical length. It is preferable to prepare a graphite particle having an aspect ratio in a range of 1 to 2 defined by a standard 50% cumulative value, and to produce the resin component and the graphite particle by stirring and mixing. .
本発明に係る燃料電池セパレータは、エポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂とのうち少なくとも一方を含有する樹脂成分の硬化物と、黒鉛粒子とを含有し、前記黒鉛粒子の割合が７０〜８５質量％の範囲であり、前記黒鉛粒子の、粒子の最大長を最大垂直長で割ることにより算出される値の粒子数量基準の５０％累積値で定義されるアスペクト比が、１〜２の範囲である。 The fuel cell separator according to the present invention contains a cured product of a resin component containing at least one of an epoxy resin and a thermosetting phenol resin, and graphite particles, and the ratio of the graphite particles is 70 to 85% by mass. The aspect ratio defined by a 50% cumulative value based on the particle quantity based on the value calculated by dividing the maximum particle length by the maximum vertical length of the graphite particles is in the range of 1 to 2. .
本発明に係る燃料電池セパレータにおいて、前記黒鉛粒子のアスペクト比は、前記燃料電池セパレータを前記黒鉛粒子が燃焼しない条件で加熱することにより前記燃料電池セパレータを構成する前記樹脂成分の硬化物を灰化して除去し、残存する前記黒鉛粒子のアスペクト比を測定することで得られる値であることが好ましい。 In the fuel cell separator according to the present invention, the graphite particles have an aspect ratio of ashing a cured product of the resin component constituting the fuel cell separator by heating the fuel cell separator under a condition in which the graphite particles do not burn. It is preferable that the value be obtained by measuring the aspect ratio of the graphite particles remaining after removal.
本発明に係る燃料電池セパレータは、エポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂とのうち少なくとも一方を含有する樹脂成分と、粒子の最大長を最大垂直長で割ることにより算出される値の粒子数量基準の５０％累積値で定義されるアスペクト比が１〜２の範囲である黒鉛粒子とを準備し、前記樹脂成分と前記黒鉛粒子とを攪拌混合するステップを含む方法により製造される燃料電池セパレータ成形材料を成形することにより製造され、
前記燃料電池セパレータ成形材料に配合される前の前記黒鉛粒子のアスペクト比と、前記燃料電池セパレータ中の前記黒鉛粒子のアスペクト比との間に、変化がないことも好ましい。
The fuel cell separator according to the present invention includes a resin component containing at least one of an epoxy resin and a thermosetting phenol resin, and a particle quantity standard value calculated by dividing the maximum length of particles by the maximum vertical length. A fuel cell separator molding material produced by a method comprising a step of preparing graphite particles having an aspect ratio in the range of 1 to 2 defined by a 50% cumulative value and stirring and mixing the resin component and the graphite particles Manufactured by molding
It is also preferable that there is no change between the aspect ratio of the graphite particles before being blended in the fuel cell separator molding material and the aspect ratio of the graphite particles in the fuel cell separator.
本発明に係る燃料電池セパレータの内部に直径０．１ｍｍ以上のボイドが形成されていないことも好ましい。 It is also preferable that voids having a diameter of 0.1 mm or more are not formed inside the fuel cell separator according to the present invention.
本発明に係る燃料電池セパレータには、流体の流路を構成する溝と、この溝に連通する凹所とが形成され、前記凹所に、この凹所の底部から突出する複数の突起が形成されていることも好ましい。 In the fuel cell separator according to the present invention, a groove forming a fluid flow path and a recess communicating with the groove are formed, and a plurality of protrusions protruding from the bottom of the recess are formed in the recess. It is also preferable that
本発明に係る燃料電池セパレータにおいて、前記突起の平面視における直径が０．２〜２．０ｍｍの範囲、若しくはこの突起の平面視面積が０．０３〜３．５ｍｍ２の範囲であることが好ましい。 In the fuel cell separator according to the present invention, the diameter of the protrusion in a plan view is preferably in the range of 0.2 to 2.0 mm, or the area of the protrusion in a plan view is preferably in the range of 0.03 to 3.5 mm 2. .
本発明に係る燃料電池は、前記燃料電池セパレータを備える。 The fuel cell according to the present invention includes the fuel cell separator.
本発明によれば、燃料電池セパレータ成形材料の成形性が大きく向上し、たとえ複雑な凹凸形状を有する燃料電池セパレータを製造する場合であっても成形不良が抑制されると共に、燃料電池セパレータ内の特性の異方性も低減される。 According to the present invention, the moldability of the fuel cell separator molding material is greatly improved, and even when a fuel cell separator having a complicated uneven shape is manufactured, molding defects are suppressed, and Characteristic anisotropy is also reduced.
また、本発明により得られる燃料電池セパレータ内における特性の異方性が著しく低減されると共に燃料電池セパレータの導電性が安定化し、燃料電池セパレータの耐久性が向上する。 In addition, the anisotropy of characteristics in the fuel cell separator obtained by the present invention is remarkably reduced, the conductivity of the fuel cell separator is stabilized, and the durability of the fuel cell separator is improved.
またこのため、燃料電池セパレータを備える燃料電池の出力の向上と出力の安定化が達成され得る。 For this reason, the improvement of the output of a fuel cell provided with a fuel cell separator and the stabilization of an output can be achieved.
以下、発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the invention will be described below.
本実施形態において、燃料電池セパレータ（以下、セパレータという）を製造するために用いられるセパレータ成形材料（以下、成形材料という）は、樹脂成分及び黒鉛粒子を含有する。 In the present embodiment, a separator molding material (hereinafter referred to as a molding material) used for manufacturing a fuel cell separator (hereinafter referred to as a separator) contains a resin component and graphite particles.
成形材料は、第一アミン及び第二アミンを含有しないことが好ましい。すなわち、この成形材料が、置換基−ＮＨ及び−ＮＨ2を有する化合物を含有しないことが好ましい。更に成形材料は第三アミンを含有しないことが好ましい。このように成形材料がアミンを含有しないと、成形材料から形成されるセパレータが燃料電池中の白金触媒を被毒することがなく、燃料電池が長時間使用される場合の起電力の低下が抑制される。 It is preferable that the molding material does not contain a primary amine and a secondary amine. That is, it is preferable that this molding material does not contain a compound having substituents —NH and —NH 2 . Furthermore, it is preferable that the molding material does not contain a tertiary amine. Thus, when the molding material does not contain an amine, the separator formed from the molding material does not poison the platinum catalyst in the fuel cell, and the decrease in electromotive force when the fuel cell is used for a long time is suppressed. Is done.
樹脂成分は、エポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂のうち少なくとも一方を含有する。エポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂は良好な溶融粘度を有すると共に不純物が少なく、特にイオン性不純物が少ない点で優れている。 The resin component contains at least one of an epoxy resin and a thermosetting phenol resin. Epoxy resins and thermosetting phenol resins are excellent in that they have a good melt viscosity and a small amount of impurities, in particular, a small amount of ionic impurities.
熱硬化性樹脂全量に対するエポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂の含有量は、５０〜１００質量％の範囲にあることが、好ましい。熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂のみ、熱硬化性フェノール樹脂のみ、或いはエポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂のみを含むのであれば、特に好ましい。 The content of the epoxy resin and the thermosetting phenol resin with respect to the total amount of the thermosetting resin is preferably in the range of 50 to 100% by mass. It is particularly preferable if the thermosetting resin contains only an epoxy resin, only a thermosetting phenol resin, or only an epoxy resin and a thermosetting phenol resin.
エポキシ樹脂は、固形状であることが好ましく、特にこのエポキシ樹脂の融点が、７０〜９０℃の範囲であることが好ましい。これにより、材料の変化が少なくなり、成形時の成形材料の取り扱い性が向上する。この融点が７０℃未満であると、成形材料中で凝集が生じやすくなって、取り扱い性が低下するおそれがある。また、エポキシ樹脂として溶融粘度が低粘度の樹脂が選択されれば、成形材料の良好な成形性が維持されつつ、成形材料及びセパレータ中に黒鉛粒子が高充填され得る。尚、前記作用が発揮される範囲内で、エポキシ樹脂の一部が液状であってもよい。 The epoxy resin is preferably in a solid state, and the melting point of the epoxy resin is particularly preferably in the range of 70 to 90 ° C. Thereby, the change of material decreases and the handleability of the molding material at the time of shaping | molding improves. When the melting point is less than 70 ° C., aggregation tends to occur in the molding material, and the handleability may be reduced. If a resin having a low melt viscosity is selected as the epoxy resin, the molding material and the separator can be highly filled with graphite particles while maintaining good moldability of the molding material. In addition, a part of epoxy resin may be liquid within the range where the said effect | action is exhibited.
エポキシ樹脂としては、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂等が、用いられることが好ましい。このオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂は、良好な溶融粘度を有すると共に不純物が少なく、特にイオン性不純物が少ない点で優れている。 As the epoxy resin, an ortho cresol novolak type epoxy resin, a bisphenol type epoxy resin, a biphenyl type epoxy resin, a phenol aralkyl type epoxy resin having a biphenylene skeleton, or the like is preferably used. This ortho-cresol novolac type epoxy resin, bisphenol type epoxy resin, and phenol aralkyl type epoxy resin having a biphenylene skeleton are excellent in that they have a good melt viscosity and a small amount of impurities, and in particular, a small amount of ionic impurities.
また、特にエポキシ樹脂が、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂のみからなるエポキシ樹脂成分を含み、或いはオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂と、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂から選択される少なくとも一種からなるエポキシ樹脂成分を含むことが好ましい。オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂が必須の成分であると、成形材料の成形性が向上すると共に、セパレータの耐熱性が向上する。また、製造コストが低減され得る。エポキシ樹脂成分中のオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂の割合は、前記成形性の向上、セパレータの耐熱性の向上、製造コストの低減の観点から、５０〜１００質量％の範囲であることが好ましく、特に５０〜７０質量％の範囲であることが好ましい。 In particular, the epoxy resin contains an epoxy resin component consisting only of an ortho-cresol novolak type epoxy resin, or an ortho-cresol novolak type epoxy resin, a bisphenol type epoxy resin, a biphenyl type epoxy resin, and a phenol aralkyl type epoxy resin having a biphenylene skeleton. It is preferable that the epoxy resin component which consists of at least 1 type selected from these is included. When the ortho-cresol novolac type epoxy resin is an essential component, the moldability of the molding material is improved and the heat resistance of the separator is improved. Also, the manufacturing cost can be reduced. The proportion of the ortho-cresol novolac type epoxy resin in the epoxy resin component is preferably in the range of 50 to 100% by mass from the viewpoints of improving the moldability, improving the heat resistance of the separator, and reducing the manufacturing cost. It is preferable that it is the range of 50-70 mass%.
オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂と共に、ビスフェノール型エポキシ樹脂やビフェニル型エポキシ樹脂やビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂が併用されることも好ましい。この場合、成形材料の溶融粘度が更に低減し、更に薄型のセパレータが作製される場合にはその靱性が向上し得る。 It is also preferable to use a bisphenol type epoxy resin, a biphenyl type epoxy resin, or a phenol aralkyl type epoxy resin having a biphenylene skeleton together with the orthocresol novolac type epoxy resin. In this case, the melt viscosity of the molding material is further reduced, and the toughness can be improved when a thinner separator is produced.
特にビスフェノールＦ型エポキシ樹脂が使用されると、成形材料の粘度が低減し、成形材料の成形性が特に高くなる。この場合の、エポキシ樹脂成分中におけるビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の含有量は、３０〜５０質量％の範囲であることが好ましい。 In particular, when a bisphenol F-type epoxy resin is used, the viscosity of the molding material is reduced, and the moldability of the molding material is particularly improved. In this case, the content of the bisphenol F-type epoxy resin in the epoxy resin component is preferably in the range of 30 to 50% by mass.
また、ビフェニル型エポキシ樹脂が使用されると、このビフェニル型樹脂は溶融粘度が低いため、成形材料の流動性が著しく向上し、成形材料の薄型成形性が特に向上する。この場合のエポキシ樹脂成分中におけるビフェニル型エポキシ樹脂の含有量は３０〜５０質量％の範囲であることが好ましい。 Further, when a biphenyl type epoxy resin is used, since the biphenyl type resin has a low melt viscosity, the fluidity of the molding material is remarkably improved, and the thin moldability of the molding material is particularly improved. In this case, the content of the biphenyl type epoxy resin in the epoxy resin component is preferably in the range of 30 to 50% by mass.
また、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂が使用されると、セパレータの強度及び靱性が向上し、更にセパレータの吸湿性が低減し得る。このため、セパレータの機械的特性、導電性、並びに長期使用時の特性の安定性が向上する。この場合のエポキシ樹脂成分中におけるビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂の割合は、３０〜５０質量％の範囲であることが好ましい。 Further, when a phenol aralkyl type epoxy resin having a biphenylene skeleton is used, the strength and toughness of the separator can be improved, and the hygroscopicity of the separator can be further reduced. For this reason, the mechanical properties, conductivity, and stability of the properties during long-term use of the separator are improved. The proportion of the phenol aralkyl type epoxy resin having a biphenylene skeleton in the epoxy resin component in this case is preferably in the range of 30 to 50% by mass.
成形材料中の熱硬化性樹脂全量に対するエポキシ樹脂成分の含有量は５０〜１００質量％の範囲にあることが好ましい。 The content of the epoxy resin component with respect to the total amount of the thermosetting resin in the molding material is preferably in the range of 50 to 100% by mass.
前記エポキシ樹脂成分は、熱硬化性樹脂中のエポキシ樹脂の少なくとも一部として、成形材料中に含有される。すなわち、このエポキシ樹脂成分以外の他の熱硬化性樹脂として、例えば前記エポキシ樹脂成分以外のエポキシ樹脂、熱硬化性フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂等から選択される一種又は複数種の樹脂が用いられてもよい。但し、エステル結合を含む樹脂は耐酸性環境下で加水分解するおそれがあるため、使用されないことが望ましい。また、熱硬化性樹脂として、セパレータの耐熱性や耐酸性の向上に寄与する点で、ポリイミド樹脂も適している。ポリイミド樹脂としては、特にビスマレイミド樹脂などが用いられることも好ましく、例えば、４，４−ジアミノジフェニルビスマレイミドが用いられることが好ましい。４，４−ジアミノジフェニルビスマレイミドが用いられると、セパレータの耐熱性が更に向上する。 The epoxy resin component is contained in the molding material as at least part of the epoxy resin in the thermosetting resin. That is, as the thermosetting resin other than the epoxy resin component, for example, selected from epoxy resins other than the epoxy resin component, thermosetting phenol resin, vinyl ester resin, polyimide resin, unsaturated polyester resin, diallyl phthalate resin, etc. One or more kinds of resins may be used. However, it is desirable not to use a resin containing an ester bond because it may hydrolyze in an acid resistant environment. A polyimide resin is also suitable as a thermosetting resin in that it contributes to improving the heat resistance and acid resistance of the separator. As the polyimide resin, it is particularly preferable to use a bismaleimide resin, and it is preferable to use 4,4-diaminodiphenyl bismaleimide, for example. When 4,4-diaminodiphenyl bismaleimide is used, the heat resistance of the separator is further improved.
熱硬化性フェノール樹脂が用いられる場合には、特に開環重合により重合反応が進行するフェノール樹脂が用いられることが好ましい。このようなフェノール樹脂としては、例えばベンゾオキサジン樹脂等が挙げられる。この場合は、成形材料の成形工程で脱水によるガスが発生しないので成形品中にボイドが発生せず、このためセパレータのガス透過性の低下が抑制される。また、レゾール型フェノール樹脂が用いられることも好ましく、例えば１３Ｃ−ＮＭＲ分析で、オルト−オルト２５〜３５％、オルト−パラ６０〜７０％、パラ−パラ５〜１０％の構造を有するレゾール型フェノール樹脂が用いられることが好ましい。レゾール樹脂は通常液状であるが、レゾール型フェノール樹脂の軟化点は容易に調整され得るため、融点が７０〜９０℃のレゾール型フェノール樹脂が容易に得られる。融点が７０〜９０℃のレゾール型フェノール樹脂が使用されることで、成形材料の変質が抑制され、成形時の成形材料の取り扱い性が向上する。この融点が７０℃未満であると、成形材料中で凝集が生じやすくなって、成形材料の取り扱い性が低下するおそれがある。 When a thermosetting phenol resin is used, it is particularly preferable to use a phenol resin that undergoes a polymerization reaction by ring-opening polymerization. Examples of such phenol resins include benzoxazine resins. In this case, since gas due to dehydration is not generated in the molding process of the molding material, voids are not generated in the molded product, so that a decrease in gas permeability of the separator is suppressed. It is also preferable to use a resol-type phenol resin, for example, a resol-type phenol having a structure of ortho-ortho 25-35%, ortho-para 60-70%, para-para 5-10% by 13C-NMR analysis. A resin is preferably used. The resol resin is usually in a liquid state, but since the softening point of the resol type phenol resin can be easily adjusted, a resol type phenol resin having a melting point of 70 to 90 ° C. can be easily obtained. By using a resol type phenol resin having a melting point of 70 to 90 ° C., alteration of the molding material is suppressed, and handling of the molding material during molding is improved. When the melting point is less than 70 ° C., aggregation tends to occur in the molding material, and the handleability of the molding material may be reduced.
またエポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂以外の他の樹脂が併用されてもよい。例えばポリイミド樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂等から選択される一種又は複数種の樹脂が用いられてもよい。但し、エステル結合を含む樹脂は耐酸性環境下で加水分解する恐れがあるため、使用されないことが望ましい。 Other resins other than the epoxy resin and the thermosetting phenol resin may be used in combination. For example, one or more kinds of resins selected from polyimide resins, melamine resins, unsaturated polyester resins, diallyl phthalate resins, and the like may be used. However, it is desirable not to use a resin containing an ester bond because it may hydrolyze in an acid resistant environment.
また、熱硬化性樹脂として、セパレータの耐熱性や耐酸性の向上に寄与する点で、ポリイミド樹脂も適している。このようなポリイミド樹脂としては、特にビスマレイミド樹脂なども好ましく、その具体例として例えば、４，４−ジアミノジフェニルビスマレイミドが挙げられる。このような樹脂が併用されることで、セパレータの耐熱性が更に向上され得る。 A polyimide resin is also suitable as a thermosetting resin in that it contributes to improving the heat resistance and acid resistance of the separator. As such a polyimide resin, a bismaleimide resin and the like are particularly preferable, and specific examples thereof include 4,4-diaminodiphenyl bismaleimide. By using such a resin in combination, the heat resistance of the separator can be further improved.
エポキシ樹脂が使用される場合、樹脂成分は硬化剤を含有することが好ましく、この硬化剤はフェノール系化合物を含有することが好ましい。このフェノール系化合物としては、ノボラック型フェノール樹脂、クレゾールノボラック型フェノール樹脂、多官能フェノール樹脂、アラルキル変性フェノール樹脂等が挙げられる。 When an epoxy resin is used, the resin component preferably contains a curing agent, and this curing agent preferably contains a phenolic compound. Examples of the phenol compound include novolak type phenol resins, cresol novolac type phenol resins, polyfunctional phenol resins, aralkyl-modified phenol resins, and the like.
硬化剤全量に対するフェノール系化合物の含有量は、エポキシ樹脂の使用量に依存して決定される。また、硬化剤がフェノール系化合物のみであれば特に好ましい。 The content of the phenolic compound relative to the total amount of the curing agent is determined depending on the amount of the epoxy resin used. Further, it is particularly preferable that the curing agent is only a phenol compound.
また、成形材料の固形分（揮発性成分を除く成分）中の熱硬化性樹脂と硬化剤の含有量は、その合計量が１４〜２４．１質量％の範囲であることが好ましい。 The total content of the thermosetting resin and the curing agent in the solid content of the molding material (components excluding volatile components) is preferably in the range of 14 to 24.1% by mass.
フェノール系化合物以外の硬化剤が使用される場合、硬化剤として非アミン系の化合物が用いられることが好ましい。この場合、セパレータの電気伝導度が高い状態に維持されると共に、燃料電池の触媒の被毒が抑制される。硬化剤として酸無水物系の化合物が用いられないことも好ましい。酸無水物系の化合物が使用される場合は硬化物が硫酸酸性環境下等の酸性環境下で加水分解して、セパレータの電気伝導度の低下が引き起こされたり、セパレータからの不純物の溶出が増大したりしてしまうおそれがある。 When a curing agent other than a phenol compound is used, a non-amine compound is preferably used as the curing agent. In this case, the separator is maintained in a high electrical conductivity and the poisoning of the fuel cell catalyst is suppressed. It is also preferred that no acid anhydride compound is used as the curing agent. When acid anhydride-based compounds are used, the cured product is hydrolyzed in an acidic environment such as sulfuric acid, causing a decrease in the electrical conductivity of the separator or increasing the elution of impurities from the separator. There is a risk of doing so.
熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂が用いられる場合は、熱硬化性樹脂におけるエポキシ樹脂と硬化剤におけるフェノール系化合物とは、前記フェノール系化合物に対する前記エポキシ樹脂の当量比が０．８〜１．２の範囲となるように配合されることが好ましい。 When an epoxy resin is used as the thermosetting resin, the epoxy resin in the thermosetting resin and the phenolic compound in the curing agent have an equivalent ratio of the epoxy resin to the phenolic compound of 0.8 to 1.2. It is preferable to blend so as to be in the range.
また、黒鉛粒子は、セパレータの電気比抵抗を低減してセパレータの導電性を向上する。黒鉛粒子としては、高い導電性を有するのであれば、特に制限なく用いられる。例えば、メソカーボンマイクロビーズなどのような炭素質の黒鉛化により得られる黒鉛粒子、石炭系コークスや石油系コークスが黒鉛化されることにより得られる黒鉛粒子、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、膨張黒鉛等の適宜の黒鉛粒子が用いられ得る。このような黒鉛粒子は、一種のみが用いられても、複数種が併用されてもよい。 Further, the graphite particles improve the electrical conductivity of the separator by reducing the electrical resistivity of the separator. The graphite particles are not particularly limited as long as they have high conductivity. For example, graphite particles obtained by graphitization of carbonaceous materials such as mesocarbon microbeads, graphite particles obtained by graphitization of coal-based coke and petroleum-based coke, processed powder of graphite electrodes and special carbon materials, Appropriate graphite particles such as natural graphite, quiche graphite, and expanded graphite can be used. Such graphite particles may be used alone or in combination.
黒鉛粒子は、人造黒鉛粉、天然黒鉛粉のいずれでもよい。天然黒鉛粉は導電性が高いという利点を有し、また人造黒鉛粉は天然黒鉛粉に比べて導電性は多少劣るものの、異方性が少ないという利点がある。 The graphite particles may be either artificial graphite powder or natural graphite powder. Natural graphite powder has the advantage of high conductivity, and artificial graphite powder has the advantage of low anisotropy, although the conductivity is somewhat inferior to that of natural graphite powder.
黒鉛粒子は、天然黒鉛粉、人造黒鉛粉のいずれの場合であっても、精製されていることが好ましい。この場合は、黒鉛粒子中の灰分やイオン性不純物が低いため、セパレータからの不純物の溶出が抑制される。黒鉛粒子における灰分は０．０５質量％以下であることが好ましく、灰分が０．０５質量％を超えると、セパレータが用いられることで作製される燃料電池の特性が低下するおそれがある。 The graphite particles are preferably purified regardless of whether they are natural graphite powder or artificial graphite powder. In this case, since ash and ionic impurities in the graphite particles are low, elution of impurities from the separator is suppressed. The ash content in the graphite particles is preferably 0.05% by mass or less. If the ash content exceeds 0.05% by mass, the characteristics of the fuel cell produced by using the separator may be deteriorated.
黒鉛粒子の平均粒径は１５〜１００μｍの範囲であることが好ましい。この平均粒径が１０μｍ以上であることで成形材料の成形性が向上し、平均粒径が１００μｍ以下となることでセパレータの表面平滑性が向上する。成形性の向上のためには、特に前記平均粒径が３０μｍ以上であることが好ましく、またセパレータの表面平滑性が特に向上して後述するようにセパレータの表面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１）が０．４〜１．６μｍの範囲、特に１．０μｍ未満となるためには前記平均粒径が７０μｍ以下であることが好ましい。 The average particle size of the graphite particles is preferably in the range of 15 to 100 μm. When the average particle size is 10 μm or more, the moldability of the molding material is improved, and when the average particle size is 100 μm or less, the surface smoothness of the separator is improved. In order to improve moldability, the average particle size is preferably 30 μm or more, and the surface smoothness of the separator is particularly improved so that the arithmetic average height Ra (JIS B0601 on the surface of the separator will be described later). : 2001) is in the range of 0.4 to 1.6 μm, particularly less than 1.0 μm, the average particle size is preferably 70 μm or less.
特に薄型のセパレータが作製される場合には、黒鉛粒子は１００メッシュ篩（目開き１５０μｍ）を通過する粒径を有することが好ましい。この黒鉛粒子中に１００メッシュ篩を通過しない粒子が含まれていると、成形材料中に粒径の大きい黒鉛粒子が混入してしまい、特に成形材料が薄型のシート状に成形される際の成形性が低下してしまう。 In particular, when a thin separator is produced, the graphite particles preferably have a particle size that passes through a 100 mesh sieve (aperture 150 μm). If the graphite particles contain particles that do not pass through the 100 mesh sieve, graphite particles with a large particle size will be mixed in the molding material, especially when the molding material is molded into a thin sheet. The nature will decline.
尚、セパレータの異方性の低減に関しては、セパレータにおける成形時の成形材料の流動方向と、この流動方向と直交する方向との間での接触抵抗の比が、２以下となることが好ましい。 Regarding the reduction of the anisotropy of the separator, the ratio of the contact resistance between the flow direction of the molding material at the time of molding in the separator and the direction orthogonal to the flow direction is preferably 2 or less.
黒鉛粒子全体は、特に２種以上の粒度分布を有すること、すなわち黒鉛粒子全体が平均粒径の異なる２種以上の粒子群の混合物であることも好ましい。この明細書において、粒子群とは、黒鉛粒子全体のうちの少なくとも一部を構成する複数の粒子の集合を意味する。黒鉛粒子全体が、特に平均粒径１〜５０μｍの範囲の粒子群と、平均粒径３０〜１００μｍの粒子群との混合物であることが好ましい。このような粒度分布を有する黒鉛粒子が用いられると、粒径の大きい粒子は表面積が小さいため、樹脂成分の含有量が少量であっても成形材料の混練が可能になることが期待される。更に粒径の小さい粒子によって粒子同士の接触性が向上すると共に、セパレータの強度向上も期待され、これにより、セパレータの密度の向上、導電性の向上、ガス不透過性の向上、強度の向上等といった、性能の向上が図られる。平均粒径１〜５０μｍの粒子群と平均粒径３０〜１００μｍの粒子群との混合比は、適宜調整されるが、特に前者対後者の混合質量比が４０：６０〜９０：１０、特に６５：３５〜８５：１５であることが好ましい。 It is also preferable that the entire graphite particles have particularly two or more particle size distributions, that is, the entire graphite particles are a mixture of two or more particle groups having different average particle diameters. In this specification, the particle group means an aggregate of a plurality of particles constituting at least a part of the entire graphite particle. It is preferable that the entire graphite particles are a mixture of a particle group having an average particle diameter of 1 to 50 μm and a particle group having an average particle diameter of 30 to 100 μm. When graphite particles having such a particle size distribution are used, particles having a large particle size have a small surface area, so that it is expected that the molding material can be kneaded even if the resin component content is small. Further, the contact between the particles is improved by the particles having a small particle size, and the strength of the separator is also expected to be improved, thereby improving the density of the separator, the conductivity, the gas impermeability, the strength, etc. Thus, the performance can be improved. The mixing ratio of the particle group having an average particle diameter of 1 to 50 μm and the particle group having an average particle diameter of 30 to 100 μm is appropriately adjusted, and the mixing mass ratio of the former to the latter is particularly 40:60 to 90:10, particularly 65. : It is preferable that it is 35-85: 15.
尚、黒鉛粒子の平均粒径は、レーザー回折・散乱式粒度分析計（日機装株式会社製のマイクロトラックＭＴ３０００ＩＩシリーズなど）でレーザー回折散乱法により測定される体積平均粒径である。 The average particle size of the graphite particles is a volume average particle size measured by a laser diffraction / scattering method with a laser diffraction / scattering particle size analyzer (such as Microtrack MT3000II series manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).
黒鉛粒子のアスペクト比は、１〜２の範囲である必要がある。このようなアスペクト比の小さい黒鉛粒子は、公知の手法による製造され得る。例えば、コールタールピッチを原料として、熱処理、溶剤抽出と濾過分離、乾燥と仮焼および分級の工程を経て製造される球晶を、さらに焼成して所定の粒度に粉砕、分級した後、黒鉛化することにより、アスペクト比の小さい黒鉛粒子が製造される。これ以外にも種々の製法、粉砕法、分級法等が採用されることにより、アスペクト比の小さい黒鉛粒子が得られる。 The aspect ratio of the graphite particles needs to be in the range of 1-2. Such graphite particles having a small aspect ratio can be produced by a known method. For example, using coal tar pitch as a raw material, spherulites produced through heat treatment, solvent extraction, filtration separation, drying, calcination, and classification processes are further baked, pulverized to a predetermined particle size, classified, and then graphitized. As a result, graphite particles having a small aspect ratio are produced. In addition to this, graphite particles having a small aspect ratio can be obtained by employing various production methods, pulverization methods, classification methods, and the like.
このようにアスペクト比が１〜２の範囲である黒鉛粒子が準備され、この黒鉛粒子が樹脂成分等と配合されることで、アスペクト比が１〜２の範囲である黒鉛粒子を含有する成形材料が得られる。 Thus, a graphite material having an aspect ratio in the range of 1 to 2 is prepared, and the graphite particle is blended with a resin component or the like, thereby forming a molding material containing the graphite particle in an aspect ratio of 1 to 2. Is obtained.
尚、黒鉛粒子のアスペクト比は、黒鉛粒子の顕微鏡画像を画像処理することにより黒鉛粒子の最大長と最大垂直長（短径）とを導出し、この最大長を最大垂直長で割ることにより算出される値の、粒子数量基準の５０％累積値である。このようなアスペクト比は、例えば株式会社セイシン企業製の型番ＰＩＴＡ−２（粒度・形状分布測定器）を用いて測定することができる。 The aspect ratio of graphite particles is calculated by deriving the maximum length and the maximum vertical length (minor axis) of the graphite particles by processing a microscope image of the graphite particles, and dividing this maximum length by the maximum vertical length. This is the 50% cumulative value based on the particle quantity. Such an aspect ratio can be measured using, for example, model number PITA-2 (particle size / shape distribution measuring instrument) manufactured by Seishin Corporation.
このように黒鉛粒子のアスペクト比が１〜２の範囲であると、成形材料の成形性が非常に高くなり、成形材料から形成されるセパレータに未充填などの成形不良が生じにくくなる。特に後述するように微細な突起を有するセパレータが形成される場合であっても、成形不良が生じにくくなる。これは、黒鉛粒子のアスペクト比が前記範囲にあることで、成形時に成形材料が金型内に充填される際に異方性が生じにくくなり、また成形材料が金型内で硬化する際の収縮が均一になるために、金型からの成形体の脱型性が良くなるためであると、推定される。 Thus, when the aspect ratio of the graphite particles is in the range of 1 to 2, the moldability of the molding material becomes very high, and molding defects such as unfilling are hardly caused in the separator formed from the molding material. In particular, even when a separator having fine protrusions is formed as described later, molding defects are less likely to occur. This is because when the aspect ratio of the graphite particles is in the above range, anisotropy is less likely to occur when the molding material is filled in the mold during molding, and when the molding material is cured in the mold. It is presumed that this is because the shrinkage is uniform, and the mold release property of the molded body from the mold is improved.
また、このような成形材料から形成されるセパレータは、アスペクト比が１〜２の黒鉛粒子を含む。すなわち、本実施形態による成形材料は成形性が良好であることから、黒鉛粒子と樹脂成分等とが混合されて成形材料が調製され、この成形材料が成形される過程において、黒鉛粒子の形状変化が生じにくい。すなわち、成形材料からセパレータを製造する工程において、黒鉛粒子のアスペクト比に変化が生じにくい。このためアスペクト比が１〜２の黒鉛粒子を含むセパレータが容易に得られる。このため、セパレータの電気抵抗値等の特性の異方性が著しく低減されると共にセパレータの導電性が安定化する。このため、セパレータを備える燃料電池の出力の向上と出力の安定化が達成され得る。特に、成形材料に配合される前の黒鉛粒子のアスペクト比と、この成形材料から形成されるセパレータ中での黒鉛粒子のアスペクト比との間に、変化がないことが好ましい。成形材料に配合される前の黒鉛粒子のアスペクト比と、この成形材料から形成されるセパレータ中での黒鉛粒子のアスペクト比との差が、０．２以内であれば、両者の間に変化がないとみなせる。すなわち、アスペクト比１〜２の範囲において、アスペクト比の差が０．２以下であると、アスペクト比の変化率は２０％以下であり、このレベルではアスペクト比の変化がないといえる。
Moreover, the separator formed from such a molding material contains graphite particles having an aspect ratio of 1 to 2. That is, since the molding material according to the present embodiment has good moldability, the graphite particles and the resin component etc. are mixed to prepare the molding material, and in the process of molding the molding material, the shape change of the graphite particles Is unlikely to occur. That is, the aspect ratio of the graphite particles hardly changes in the process of manufacturing the separator from the molding material. For this reason, a separator containing graphite particles having an aspect ratio of 1 to 2 can be easily obtained. For this reason, the anisotropy of characteristics such as the electrical resistance value of the separator is remarkably reduced, and the conductivity of the separator is stabilized. For this reason, improvement of output of a fuel cell provided with a separator and stabilization of output can be achieved. In particular, it is preferable that there is no change between the aspect ratio of the graphite particles before blending with the molding material and the aspect ratio of the graphite particles in the separator formed from the molding material. If the difference between the aspect ratio of the graphite particles before being mixed with the molding material and the aspect ratio of the graphite particles in the separator formed from the molding material is within 0.2, there is a change between the two. It can be regarded as not. That is, when the aspect ratio difference is 0.2 or less in the range of
成形材料に配合される前の黒鉛粒子のアスペクト比と、この成形材料から形成されるセパレータ中での黒鉛粒子のアスペクト比との間に、変化が生じないようにするためには、成形材料の調製時に、ロール工法などのような、黒鉛粒子に大きなせん断力がかけられる処理は施されないことが好ましい。 In order to prevent a change between the aspect ratio of the graphite particles before being blended with the molding material and the aspect ratio of the graphite particles in the separator formed from the molding material, At the time of preparation, it is preferable not to perform a treatment that applies a large shearing force to the graphite particles, such as a roll method.
尚、セパレータ中における黒鉛粒子のアスペクト比は、黒鉛粒子が燃焼しない条件でセパレータを加熱することによりセパレータを構成する樹脂成分の硬化物を灰化して除去し、残存する黒鉛粒子のアスペクト比を測定することで、確認される。この場合のセパレータの加熱温度は適宜設定されるが、好ましくは４５０℃である。セパレータの加熱は、加熱炉を用いておこなうことができる。尚、セパレータの加熱のために熱重量測定（ＴＧＡ）装置を採用することもでき、この場合、温度、雰囲気等の条件を適切に設定することで樹脂成分の硬化物のみを分解させることが容易となる。 The aspect ratio of the graphite particles in the separator is measured by measuring the aspect ratio of the remaining graphite particles by ashing and removing the cured resin component constituting the separator by heating the separator under conditions where the graphite particles do not burn. This is confirmed. The heating temperature of the separator in this case is appropriately set, but is preferably 450 ° C. The separator can be heated using a heating furnace. A thermogravimetric measurement (TGA) device can also be used for heating the separator. In this case, it is easy to decompose only the cured product of the resin component by appropriately setting the conditions such as temperature and atmosphere. It becomes.
また、上記のように成形材料の成形性が良好であり、成形不良が生じにくくなるため、セパレータ内にはボイドが生じにくくなる。このため、内部に直径０．１ｍｍ以上のボイドが存在しないセパレータを得ることも可能となる。このようにセパレータ内のボイドが抑制されると、金型からの脱型時にボイドに起因する金型面への材料の付着が抑制される。また、ボイドが抑制されることで、セパレータの微細な凹凸形状にボイドに起因する欠けなどの不良が生じにくくなる。セパレータには微細な凹凸が多数あるため、このような凹凸に欠けが生じると燃料電池の発電安定性に大きな影響が与えられてしまうが、本実施形態では凹凸における欠けが抑制されるため、燃料電池の良好な発電安定性が保たれる。また、セパレータ内のボイドが抑制されると、セパレータの内部が緻密に形成されることで、セパレータの電気的特性が更に安定化すると共に機械的強度が向上する。更に、ボイドが抑制されることで、燃料電池内でセパレータに水分が付着しにくくなり、このため水分の付着によるセパレータの経時的な導電性の低下が、抑制される。尚、セパレータ内部におけるボイドの有無及びボイドの直径は、セパレータを破断し、更にその断面を研磨してから、この断面を観察することで確認される。 Moreover, since the moldability of the molding material is good as described above and molding defects are less likely to occur, voids are less likely to occur in the separator. For this reason, it is possible to obtain a separator in which no void having a diameter of 0.1 mm or more is present. When the voids in the separator are thus suppressed, the adhesion of the material to the mold surface due to the voids when the mold is removed from the mold is suppressed. Further, by suppressing the voids, defects such as chipping due to the voids are less likely to occur in the fine uneven shape of the separator. Since the separator has a large number of fine irregularities, if such irregularities are chipped, the power generation stability of the fuel cell will be greatly affected. Good power generation stability of the battery is maintained. Moreover, when the voids in the separator are suppressed, the inside of the separator is densely formed, so that the electrical characteristics of the separator are further stabilized and the mechanical strength is improved. Further, by suppressing the voids, it becomes difficult for moisture to adhere to the separator in the fuel cell, and therefore, deterioration of the conductivity of the separator with time due to adhesion of moisture is suppressed. The presence / absence of voids and the diameter of the voids inside the separator are confirmed by observing the cross section after breaking the separator and further polishing the cross section.
成形材料中の黒鉛粒子の割合は、成形材料中の固形分全量に対して７０〜８５質量％の範囲であり、すなわち、この成形材料から形成されるセパレータ中の黒鉛粒子の割合は７０〜８５質量％の範囲である。このように黒鉛粒子の割合が７０質量％以上であると、セパレータに充分に優れた導電性が付与されと共に、セパレータの機械的強度が充分に向上する。またこの割合が８５質量％以下であると、成形材料に充分に優れた成形性が付与されると共にセパレータに充分に優れたガス透過性が付与される。この黒鉛粒子の割合は更に７０〜８０質量％の範囲であることが好ましい。 The ratio of the graphite particles in the molding material is in the range of 70 to 85% by mass with respect to the total solid content in the molding material, that is, the ratio of the graphite particles in the separator formed from this molding material is 70 to 85. It is the range of mass%. As described above, when the ratio of the graphite particles is 70% by mass or more, the separator is provided with sufficiently excellent conductivity, and the mechanical strength of the separator is sufficiently improved. Further, when this ratio is 85% by mass or less, a sufficiently excellent moldability is imparted to the molding material and a sufficiently excellent gas permeability is imparted to the separator. The ratio of the graphite particles is preferably in the range of 70 to 80% by mass.
成形材料は、必要に応じて硬化触媒、ワックス（離型剤）、カップリング剤等の添加剤を含有してもよい。 The molding material may contain additives such as a curing catalyst, a wax (release agent), and a coupling agent as necessary.
硬化触媒（硬化促進剤）としては、特に制限されないが、成形材料が第一アミン及び第二アミンを含有しないためには、非アミン系の化合物が用いられることが好ましい。例えば、アミン系のジアミノジフェニルメタンなどは残存物が燃料電池の触媒を被毒する恐れがあり、好ましくない。 Although it does not restrict | limit especially as a curing catalyst (curing accelerator), In order that a molding material does not contain a primary amine and a secondary amine, it is preferable that a non-amine type compound is used. For example, amine-based diaminodiphenylmethane and the like are not preferable because the residue may poison the fuel cell catalyst.
硬化促進剤がイミダゾールを含むことも好ましい。イミダゾールが用いられる場合、保存性の観点からはイミダゾールは液状でないことが好ましい。またシアンを含むイミダゾールは劇物であるため、シアンを含まないイミダゾールが用いられることが好ましい。また、成形材料の示差走査熱量測定により測定される発熱ピーク温度が１５０℃以上１８０℃以下となり得るようなイミダゾールが用いられることが好ましい。イミダゾールの好ましい具体例としては、２−メチルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番２ＭＺ−Ｈ）、２−ウンデシルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番Ｃ１１Ｚ）、２−ヘプタデシルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番Ｃ１７Ｚ）、２−フェニル−４−メチルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番２Ｐ４ＭＺ）、１，２−ジメチルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番１．２ＤＭＺ）、２−エチル−４−メチルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番２Ｅ４ＭＺ）、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番１Ｂ２ＭＺ）、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番１Ｂ２ＰＺ）、２−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物（例えば四国化成工業株式会社製の品番２ＰＺ−ＯＫ）、エポキシ−イミダゾールアダクト（例えば四国化成工業株式会社製の品番Ｐ−０５０５）、２，３−ジヒドロ−１Ｈ−ピロロ［１，２−ａ］ベンズイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番ＴＢＺ）等が挙げられる。 It is also preferred that the curing accelerator contains imidazole. When imidazole is used, the imidazole is preferably not liquid from the viewpoint of storage stability. Further, since imidazole containing cyanide is a deleterious substance, it is preferable to use imidazole not containing cyanide. Moreover, it is preferable to use imidazole whose exothermic peak temperature measured by differential scanning calorimetry of the molding material can be 150 ° C. or higher and 180 ° C. or lower. Preferable specific examples of imidazole include 2-methylimidazole (for example, product number 2MZ-H manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.), 2-undecylimidazole (for example, product number C11Z manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.), 2-heptadecylimidazole. (For example, product number C17Z manufactured by Shikoku Chemicals Co., Ltd.), 2-phenyl-4-methylimidazole (for example, product number 2P4MZ manufactured by Shikoku Chemicals Co., Ltd.), 1,2-dimethylimidazole (for example, product number manufactured by Shikoku Chemicals Co., Ltd.) 1.2DMZ), 2-ethyl-4-methylimidazole (for example, product number 2E4MZ manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.), 1-benzyl-2-methylimidazole (for example, product number 1B2MZ manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.), 1-benzyl 2-phenylimidazole (for example, manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.) No. 1B2PZ), 2-phenylimidazole isocyanuric acid adduct (for example, product number 2PZ-OK manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.), epoxy-imidazole adduct (for example, product number P-0505 manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.), 2,3- And dihydro-1H-pyrrolo [1,2-a] benzimidazole (for example, product number TBZ manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.).
イミダゾールとして特に測定開始温度３０℃、昇温速度１０℃／分、保持温度１２０℃、保持温度での保持時間３０分の条件で加熱された場合の重量減少が５％以下であり、且つ２位に炭化水素基を有する置換イミダゾールが用いられることが、成形材料の保存安定性が向上する点でも好ましい。更に、特に薄型のセパレータが作製される場合には、ワニス状に調製された成形材料からシート状のセパレータが形成される際の溶剤の揮発性、セパレータの平滑性などが良好となる。この置換イミダゾールとして、特に２位の炭化水素基の炭素数が６〜１７の置換イミダゾールが使用されることが好ましく、その具体例としては、２−ウンデシルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール等が挙げられる。このうち、２−ウンデシルイミダゾール及び２−ヘプタデシルイミダゾールが好適である。これらの化合物は一種単独で用いられ、或いは二種以上が併用される。このような置換イミダゾールの含有量は適宜調整され、それにより成形硬化時間が調整され得る。この置換イミダゾールの含有量は好ましくは成形材料中のエポキシ樹脂と硬化剤との合計量に対して、０．５〜３質量％の範囲であることが好ましい。 In particular, as imidazole, the weight loss when heated under the conditions of 30 ° C. for measurement start temperature, 10 ° C./min for heating rate, 120 ° C. for holding temperature and 30 minutes for holding time at holding temperature is 5% or less, and 2nd place It is also preferable that a substituted imidazole having a hydrocarbon group is used for improving the storage stability of the molding material. Furthermore, in particular, when a thin separator is produced, the volatility of the solvent and the smoothness of the separator when the sheet-like separator is formed from the molding material prepared in a varnish form are improved. As this substituted imidazole, a substituted imidazole having 6 to 17 carbon atoms in the hydrocarbon group at the 2-position is particularly preferably used. Specific examples thereof include 2-undecylimidazole, 2-heptadecylimidazole, 2- Examples include phenylimidazole and 1-benzyl-2-phenylimidazole. Of these, 2-undecylimidazole and 2-heptadecylimidazole are preferred. These compounds are used alone or in combination of two or more. The content of such a substituted imidazole can be adjusted as appropriate, whereby the molding curing time can be adjusted. The content of the substituted imidazole is preferably in the range of 0.5 to 3% by mass with respect to the total amount of the epoxy resin and the curing agent in the molding material.
また、硬化触媒として、好ましくはリン系化合物が用いられる。リン系化合物と前記置換イミダゾールとが併用されてもよい。リン系化合物の一例として、トリフェニルホスフィンが挙げられる。このようなリン系化合物が用いられると、セパレータからの塩素イオンの溶出が抑制される。 Further, a phosphorus compound is preferably used as the curing catalyst. A phosphorus compound and the substituted imidazole may be used in combination. An example of a phosphorus compound is triphenylphosphine. When such a phosphorus compound is used, elution of chlorine ions from the separator is suppressed.
成形材料は、硬化促進剤として、次の［化１］で示される化合物を含有することも好ましい。この場合、セパレータの耐湿性が向上する。しかも、この［化１］で示される化合物は、セパレータのガラス転移温度の低下や、熱時剛性の低下や、連続成形性の悪化などを引き起こすことがない。むしろこの［化１］で示される化合物が使用されることにより、セパレータのガラス転移温度が上昇し、熱時剛性が向上し、更に成形材料の成形時の離型性が向上して連続成形性が向上し得る。 The molding material preferably contains a compound represented by the following [Chemical Formula 1] as a curing accelerator. In this case, the moisture resistance of the separator is improved. In addition, the compound represented by [Chemical Formula 1] does not cause a decrease in the glass transition temperature of the separator, a decrease in rigidity during heating, or a deterioration in continuous formability. Rather, by using the compound represented by [Chemical Formula 1], the glass transition temperature of the separator is increased, the thermal rigidity is improved, and the releasability during molding of the molding material is improved, so that the continuous moldability is improved. Can be improved.
更に、この構造式［化１］で示される化合物からは、イオン性不純物の溶出が生じにくい。このため、構造式［化１］で示される化合物が使用されることで、セパレータからのイオン性不純物の溶出が抑制され、不純物の溶出による燃料電池の起動電圧低下等の特性低下が抑制される。構造式［化１］で示される化合物からイオン性不純物の溶出が生じにくいのは、この化合物の酸解離定数（ｐＫａ）が小さいためであると推察される。 Furthermore, ionic impurities are hardly eluted from the compound represented by the structural formula [Chemical Formula 1]. For this reason, by using the compound represented by the structural formula [Chemical Formula 1], elution of ionic impurities from the separator is suppressed, and deterioration of characteristics such as a decrease in starting voltage of the fuel cell due to the elution of impurities is suppressed. . The reason why elution of ionic impurities hardly occurs from the compound represented by the structural formula [Chemical Formula 1] is presumably because the acid dissociation constant (pKa) of this compound is small.
構造式［化１］で示される化合物の、硬化促進剤全量に対する割合は、２０〜１００質量％の範囲であることが好ましい。この割合が２０質量％未満であると、セパレータのガラス転移温度（Ｔｇ）の上昇が充分ではないおそれがある。 The ratio of the compound represented by the structural formula [Chemical Formula 1] to the total amount of the curing accelerator is preferably in the range of 20 to 100% by mass. If this proportion is less than 20% by mass, the glass transition temperature (Tg) of the separator may not be sufficiently increased.
このような硬化触媒の含有量は適宜調整されるが、好ましくは成形材料中のエポキシ樹脂に対して０．５〜３質量部の範囲とする。 The content of such a curing catalyst is appropriately adjusted, but is preferably in the range of 0.5 to 3 parts by mass with respect to the epoxy resin in the molding material.
カップリング剤としては、特に制限されないが、成形材料が第一アミン及び第二アミンを含有しないためには、アミノシランは用いられないことが好ましい。アミノシランが用いられると、燃料電池の触媒が被毒される恐れがあり好ましくない。カップリング剤としてメルカプトシランが用いられないことも好ましい。このメルカプトシランが用いられる場合も、同様に燃料電池の触媒が被毒される恐れがある。 Although it does not restrict | limit especially as a coupling agent, In order that a molding material does not contain a primary amine and a secondary amine, it is preferable that aminosilane is not used. If aminosilane is used, the fuel cell catalyst may be poisoned, which is not preferable. It is also preferred that mercaptosilane is not used as a coupling agent. Similarly, when this mercaptosilane is used, the fuel cell catalyst may be poisoned.
カップリング剤の例としては、シリコン系のシラン化合物、チタネート系、アルミニウム系のカップリング剤が挙げられる。例えばシリコン系のカップリング剤としては、エポキシシランが適している。 Examples of coupling agents include silicon-based silane compounds, titanate-based, and aluminum-based coupling agents. For example, epoxy silane is suitable as a silicon-based coupling agent.
エポキシシランカップリング剤が使用される場合の使用量は、成形材料の固形分中の含有量が０．５〜１．５質量％となる範囲であることが好ましい。この範囲において、カップリング剤がセパレータの表面にブリードすることを充分に抑制することができる。 When the epoxy silane coupling agent is used, it is preferable that the content in the solid content of the molding material is in a range of 0.5 to 1.5 mass%. In this range, the coupling agent can be sufficiently suppressed from bleeding on the surface of the separator.
カップリング剤は黒鉛粒子の表面に予め噴霧等により付着されていてもよい。その場合の添加量は、黒鉛粒子の比表面積と、カップリング剤の単位質量当たりの被覆可能面積（カップリング剤によって被覆され得る面積）とを考慮して適宜設定される。カップリング剤の添加量は、特にカップリング剤の被覆可能面積の総量が黒鉛粒子の表面積の総量の０．５〜２倍の範囲となるように調整されることが好ましい。この範囲において、セパレータの表面におけるカップリング剤のブリードが充分に抑制され、これにより金型表面の汚染が抑制される。 The coupling agent may be previously attached to the surface of the graphite particles by spraying or the like. The addition amount in that case is appropriately set in consideration of the specific surface area of the graphite particles and the coatable area per unit mass of the coupling agent (area that can be coated with the coupling agent). The addition amount of the coupling agent is preferably adjusted so that the total amount of the area that can be coated with the coupling agent is in the range of 0.5 to 2 times the total amount of the surface area of the graphite particles. In this range, bleeding of the coupling agent on the surface of the separator is sufficiently suppressed, thereby suppressing contamination of the mold surface.
ワックス（内部離型剤）としては、特に制限されないが、１２０〜１９０℃で成形材料中の熱硬化性樹脂及び硬化剤と相溶せずに相分離する内部離型剤が用いられることが好ましい。このような内部離型剤として、ポリエチレンワックス、カルナバワックス、及び長鎖脂肪酸系のワックスから選ばれる少なくとも一種が挙げられる。このような内部離型剤が成形材料の成形過程で熱硬化性樹脂及び硬化剤と相分離することで、セパレータの離型性が向上する。 Although it does not restrict | limit especially as a wax (internal mold release agent), It is preferable to use the internal mold release agent which phase-separates without being incompatible with the thermosetting resin and hardening | curing agent in a molding material at 120-190 degreeC. . Examples of such an internal mold release agent include at least one selected from polyethylene wax, carnauba wax, and long-chain fatty acid wax. Such an internal release agent is phase-separated from the thermosetting resin and the curing agent in the molding process of the molding material, so that the release property of the separator is improved.
内部離型剤の含有量はセパレータの形状の複雑さ、溝深さ、抜き勾配など金型面との離形性の容易さなどに応じて適宜設定されるが、成形材料中の固形分全量に対して０．１〜２．５質量％の範囲であることが好ましい。この含有量が０．１質量％以上であることで金型成形時にセパレータが十分な離型性を発揮し、またこの含有量が２．５質量％以下であることでセパレータの親水性が充分に高く維持される。このワックスの含有量は０．１〜１質量％の範囲であれば更に好ましく、０．１〜０．５質量％の範囲であれば特に好ましい。 The content of the internal mold release agent is appropriately set according to the complexity of the separator shape, groove depth, ease of mold release from the mold surface such as draft angle, etc., but the total solid content in the molding material It is preferable that it is the range of 0.1-2.5 mass% with respect to. When the content is 0.1% by mass or more, the separator exhibits sufficient releasability during molding, and when the content is 2.5% by mass or less, the separator has sufficient hydrophilicity. Maintained high. The content of the wax is more preferably in the range of 0.1 to 1% by mass, and particularly preferably in the range of 0.1 to 0.5% by mass.
また、特に薄型のセパレータが作製される場合には、成形材料は溶剤を含有する液状（ワニス状及びスラリー状を含む）の組成物であってもよい。溶媒としては、たとえばメチルエチルケトン、メトキシプロパノール、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の極性溶媒が好ましい。溶媒は一種のみが用いられても二種以上が併用されてもよい。溶媒の使用量は、シート状のセパレータが作製される際の成形材料の成形性を考慮して適宜設定されるが、好ましくは成形材料の粘度が１０００〜５０００ｃｐｓの範囲となるように調整される。尚、溶媒は必要に応じて使用されればよく、成形材料中の熱硬化性樹脂が液状樹脂であるなどの理由で成形材料が液状に調製されるならば、溶媒が使用されなくてもよい。 In particular, when a thin separator is produced, the molding material may be a liquid composition (including varnish and slurry) containing a solvent. As the solvent, for example, polar solvents such as methyl ethyl ketone, methoxypropanol, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide are preferable. Only 1 type may be used for a solvent, or 2 or more types may be used together. The amount of the solvent used is appropriately set in consideration of the moldability of the molding material when the sheet-like separator is produced, but is preferably adjusted so that the viscosity of the molding material is in the range of 1000 to 5000 cps. . It should be noted that the solvent may be used as necessary. If the molding material is prepared in a liquid form because the thermosetting resin in the molding material is a liquid resin, the solvent may not be used. .
セパレータ中のイオン性不純物の含有量は、成形材料全量に対して質量比率でナトリウム含量５ｐｐｍ以下、塩素含量５ｐｐｍ以下とであることが好ましい。そのためには成形材料のイオン性不純物の含有量が、成形材料全量に対して質量比率でナトリウム含量５ｐｐｍ以下、塩素含量５ｐｐｍ以下であることが好ましい。この場合、セパレータからのイオン性不純物の溶出が抑制され、このため不純物の溶出による燃料電池の起動電圧低下等の特性低下が抑制される。 The content of ionic impurities in the separator is preferably such that the sodium content is 5 ppm or less and the chlorine content is 5 ppm or less by mass ratio with respect to the total amount of the molding material. For that purpose, the content of ionic impurities in the molding material is preferably such that the sodium content is 5 ppm or less and the chlorine content is 5 ppm or less by mass ratio with respect to the total amount of the molding material. In this case, the elution of the ionic impurities from the separator is suppressed, and thus the characteristic deterioration such as the start-up voltage reduction of the fuel cell due to the impurity elution is suppressed.
セパレータ及び成形材料のイオン性不純物の含有量が上記のように低減するためには、成形材料を構成する熱硬化性樹脂、硬化剤、黒鉛、その他添加剤等の各成分のそれぞれのイオン性不純物の含有量が、各成分に対して質量比率でナトリウム含量５ｐｐｍ以下、塩素含量５ｐｐｍ以下であることが好ましい。 In order to reduce the content of ionic impurities in the separator and the molding material as described above, each ionic impurity of each component such as a thermosetting resin, a curing agent, graphite, and other additives constituting the molding material. The sodium content is preferably 5 ppm or less and the chlorine content is 5 ppm or less by mass ratio with respect to each component.
イオン性不純物の含有量は、対象物（成形材料、熱硬化性樹脂など）から溶出したイオン性不純物を含む抽出水中の、イオン性不純物の量に基づいて導出される。抽出水は、イオン交換水中に対象物が対象物１０ｇに対してイオン交換水１００ｍｌの割合となるように投入された状態で、このイオン交換水及び対象物が９０℃で５０時間加熱されることで、得られる。抽出水中のイオン性不純物は、イオンクロマトグラフィで評価される。この抽出水中のイオン性不純物量が対象物に対する質量比に換算されることで、対象物中のイオン性不純物の量が導出される。 The content of the ionic impurities is derived based on the amount of the ionic impurities in the extraction water containing the ionic impurities eluted from the object (molding material, thermosetting resin, etc.). The extraction water is heated in 90 ° C. for 50 hours in a state where the object is put in the ion-exchanged water so that the object has a ratio of 100 ml of ion-exchanged water to 10 g of the object. It can be obtained. Ionic impurities in the extracted water are evaluated by ion chromatography. The amount of ionic impurities in the target is derived by converting the amount of ionic impurities in the extracted water into a mass ratio with respect to the target.
成形材料は、この成形材料から形成されるセパレータから得られる抽出水のＴＯＣ（ｔｏｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ）が１００ｐｐｍ以下となるように調製されることが好ましい。 The molding material is preferably prepared such that the TOC (total organic carbon) of the extracted water obtained from the separator formed from the molding material is 100 ppm or less.
ＴＯＣは、イオン交換水中にセパレータが、セパレータの質量１０ｇに対してイオン交換水１００ｍｌの割合で投入され、このイオン交換水及びセパレータが９０℃で５０時間加熱されることで得られる溶液（抽出水）から測定される数値である。このようなＴＯＣは、例えばＪＩＳ Ｋ０１０２に準拠して、島津製作所株式会社製の全有機炭素分析装置「ＴＯＣ−５０」などで測定され得る。測定にあたっては、サンプルの燃焼により発生したＣＯ２濃度が非分散型赤外線ガス分析法で測定され、これによりサンプル中の炭素濃度が定量される。この炭素濃度が測定されることによって、間接的にセパレータが含有する有機物質濃度が測定される。サンプル中の無機炭素（ＩＣ）、全炭素（ＴＣ）が測定されると、全炭素と無機炭素の差（ＴＣ−ＩＣ）から全有機炭素（ＴＯＣ）が導出される。 TOC is a solution (extracted water) obtained by charging a separator in ion-exchanged water at a ratio of 100 ml of ion-exchanged water to 10 g of the mass of the separator and heating the ion-exchanged water and the separator at 90 ° C. for 50 hours. ) Is a numerical value measured from. Such a TOC can be measured by, for example, a total organic carbon analyzer “TOC-50” manufactured by Shimadzu Corporation in accordance with JIS K0102. In the measurement, the CO2 concentration generated by the combustion of the sample is measured by a non-dispersive infrared gas analysis method, whereby the carbon concentration in the sample is quantified. By measuring this carbon concentration, the organic substance concentration contained in the separator is indirectly measured. When inorganic carbon (IC) and total carbon (TC) in a sample are measured, total organic carbon (TOC) is derived from the difference between total carbon and inorganic carbon (TC-IC).
上記のＴＯＣが１００ｐｐｍ以下であると、燃料電池の特性低下が更に抑制される。 When the TOC is 100 ppm or less, deterioration of the characteristics of the fuel cell is further suppressed.
ＴＯＣの値は、成形材料を構成する各成分として高純度の成分が選択されたり、樹脂の当量比が調整されたり、成形時に後硬化処理が施されたりすることによって、低減され得る。 The value of TOC can be reduced by selecting a high-purity component as each component constituting the molding material, adjusting the equivalent ratio of the resin, or performing a post-curing treatment at the time of molding.
前記のような原料成分が配合されることで成形材料が調製され、この成形材料が成形されることでセパレータが得られる。 A molding material is prepared by blending the raw material components as described above, and a separator is obtained by molding the molding material.
このようにセパレータが製造されるにあたり、原料成分、成形材料、及びセパレータのうち少なくともいずれかから、金属成分が除去されることが好ましい。特に、少なくとも成形材料から金属成分を除去することが好ましい。これにより、燃料電池セパレータの金属成分の含有量が低減する。 Thus, when manufacturing a separator, it is preferable that a metal component is removed from at least any one of a raw material component, a molding material, and a separator. In particular, it is preferable to remove at least the metal component from the molding material. Thereby, the content of the metal component of the fuel cell separator is reduced.
原料成分からの金属成分の除去方法の一例として、原料成分中の前記金属成分を磁石を用いて吸引除去する方法が挙げられる。原料成分のうち、特に黒鉛粒子から金属成分を除去する方法としては、黒鉛粒子を、ｐＨ２以下の強酸性溶液を用いて洗浄する方法も挙げられる。強酸性溶液としては、例えば濃度６９質量％の濃硝酸と濃度３６質量％の濃塩酸とを体積比で１：３の割合で混合して得られる王水、濃度１５質量％以上の塩酸水、濃度１５質量％以上の硫酸水、及び濃度１５質量％以上の硝酸水から選ばれる少なくとも一種を使用することができる。この場合、黒鉛粒子から前記金属成分を容易に除去できる。前記塩酸水、硫酸水及び硝酸水の濃度は、操作性の観点から３０質量％以下であることが好ましい。 As an example of a method for removing the metal component from the raw material component, there is a method in which the metal component in the raw material component is removed by suction using a magnet. Among the raw material components, in particular, a method of removing the metal component from the graphite particles includes a method of washing the graphite particles using a strongly acidic solution having a pH of 2 or less. As the strongly acidic solution, for example, aqua regia obtained by mixing concentrated nitric acid having a concentration of 69% by mass and concentrated hydrochloric acid having a concentration of 36% by mass in a ratio of 1: 3 by volume ratio, hydrochloric acid having a concentration of 15% by mass or more, At least one selected from sulfuric acid having a concentration of 15% by mass or more and nitric acid having a concentration of 15% by mass or more can be used. In this case, the metal component can be easily removed from the graphite particles. The concentration of the hydrochloric acid water, the sulfuric acid water and the nitric acid water is preferably 30% by mass or less from the viewpoint of operability.
成形材料からの金属成分の除去方法としては、原料成分からの金属成分の除去方法と同様に、成形材料中の前記金属成分を磁石を用いて吸引除去する方法などが挙げられる。 Examples of the method for removing the metal component from the molding material include a method in which the metal component in the molding material is removed by suction using a magnet, as in the method for removing the metal component from the raw material component.
この成形材料を成形して、成形体（セパレータ）を得ることができる。成形法としては、射出成形や圧縮成形など、適宜の手法が採用され得る。例えば図１に示すセパレータ２０には両面に複数個の凸部（リブ）２１が形成されることで、隣り合う凸部２１同士の間に、燃料である水素ガスや酸化剤である酸素ガスなどの流体の流路を構成する溝２が形成される。
A molding (separator) can be obtained by molding this molding material. As the molding method, an appropriate method such as injection molding or compression molding may be employed. For example, the
尚、セパレータは、片面のみに溝を有するアノード側セパレータと、前記アノード側セパレータとは反対側の片面のみに溝を有するカソード側セパレータとで構成されてもよい。このアノード側セパレータとカソード側セパレータとが重ねられることで、図１に示すような両面に溝２を有するセパレータ２０が構成される。アノード側セパレータとカソード側セパレータとの間には冷却水が流通する流路が形成されてもよい。この場合、アノード側セパレータとカソード側セパレータとの間にはガスケットが介在することが好ましい。
The separator may be composed of an anode side separator having a groove only on one side, and a cathode side separator having a groove only on one side opposite to the anode side separator. By superposing the anode side separator and the cathode side separator, a
成形材料は、粒状、シート状等の適宜の形状に形成される。成形材料が粒状である場合には、上記のような樹脂成分と、アスペクト比が１〜２の範囲である黒鉛粒子とを含む原料成分が準備され、この原料成分が例えば攪拌混合機などで攪拌混合され、或いは更に整粒機などで粉砕されるなどして整粒されることで、成形材料が得られる。尚、原料成分の攪拌混合にあたっては、例えばプラネタリーミキサー等の攪拌混合機を用いる方法などのように原料成分に大きなせん断力をかけない方法が採用されることが好ましく、上述の通り、ロール工法等のような原料成分に大きなせん断力をかける方法は採用されないことが好ましい。また、セパレータ内のボイドの発生を抑制するためには、造粒工法を経ないことが好ましい。すなわち、回転ミキサ等の装置により成形材料が造粒されると、黒鉛粒子及び樹脂成分に作用するせん断力が小さく、また溶媒などが添加されるので、成形材料から形成されるセパレータの内部に微細なボイドが残存しやすくなる。 The molding material is formed into an appropriate shape such as a granular shape or a sheet shape. When the molding material is granular, a raw material component including the resin component as described above and graphite particles having an aspect ratio in the range of 1 to 2 is prepared, and the raw material component is stirred by, for example, a stirring mixer. The molding material is obtained by mixing or further pulverizing with a granulator or the like. In the stirring and mixing of the raw material components, it is preferable to employ a method that does not apply a large shearing force to the raw material components, such as a method using a stirring mixer such as a planetary mixer. It is preferable that a method of applying a large shearing force to the raw material components such as is not adopted. Moreover, in order to suppress generation | occurrence | production of the void in a separator, it is preferable not to pass through a granulation construction method. That is, when the molding material is granulated by an apparatus such as a rotary mixer, the shearing force acting on the graphite particles and the resin component is small, and a solvent is added, so that the inside of the separator formed from the molding material is fine. New voids are likely to remain.
また、ワニス状に調製された成形材料から薄型のセパレータが形成される場合には、例えばまず成形材料がシート状に成形されることで、シート状の成形材料（燃料電池セパレータ成形用シート（成形用シート））が得られる。成形材料は、例えばキャスティング（展進）成形によりシート状に成形される。この際には、複数種の膜厚調節手段が適用され得る。このような複数種の膜厚調節手段が用いられるキャスティング法は、例えばすでに実用化されているマルチコータが用いられることで実現される。キャスティングのための膜厚調節手段としては、スリットダイとともに、ドクターナイフおよびワイヤーバーの少なくともいずれか、すなわちいずれか一方もしくは両方を用いることが好ましい。この成形用シートの厚みは、０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、０．１ｍｍ以上であれば更に好ましい。また、この厚みは０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以下であれば更に好ましい。このように成形用シートの厚みが０．５ｍｍ以下であると、セパレータ１の薄型化や軽量化、並びにそれによる低コスト化が達成され、特に厚みが０．３ｍｍ以下であれば溶媒を使用する場合の成形用シート内部の溶媒の残存が効果的に抑制される。またこの厚みが０．０５ｍｍ未満の場合にはセパレータの製造にあたっての有利さが充分に発揮されなくなり、特に成形性を考慮するとこの厚みは０．１ｍｍ以上であることが好ましい。
Further, when a thin separator is formed from a molding material prepared in a varnish shape, for example, the molding material is first molded into a sheet shape, so that the sheet-shaped molding material (fuel cell separator molding sheet (molding) Sheet)) is obtained. The molding material is molded into a sheet by, for example, casting (progressive) molding. In this case, a plurality of types of film thickness adjusting means can be applied. The casting method in which such a plurality of types of film thickness adjusting means are used is realized by using, for example, a multi-coater that has already been put into practical use. As a film thickness adjusting means for casting, it is preferable to use a slit knife and at least one of a doctor knife and a wire bar, that is, either one or both. The thickness of this molding sheet is preferably 0.05 mm or more, and more preferably 0.1 mm or more. The thickness is preferably 0.5 mm or less, and more preferably 0.3 mm or less. Thus, when the thickness of the molding sheet is 0.5 mm or less, the
この成形用シートが、キャスティングにともなう乾燥によって半硬化（Ｂステージ）状態とされ、更に圧縮・熱硬化成形されるなどして、両面に複数個の凸部（リブ）が形成されると共にこの凸部（リブ）間に溝が形成され、これによりセパレータが得られる。このとき、セパレータが波板状に形成され、その一面側の凸部の裏側に他面側の溝が形成されると、薄型でありながら両面に複数個の凸部（リブ）を有すると共にこの凸部（リブ）間に溝を有するセパレータが得られる。 This molding sheet is made into a semi-cured (B stage) state by drying accompanying casting, and further formed by compression / thermosetting to form a plurality of convex portions (ribs) on both sides. Grooves are formed between the parts (ribs), whereby a separator is obtained. At this time, when the separator is formed in a corrugated plate shape and the groove on the other surface side is formed on the back side of the convex portion on the one surface side, it has a plurality of convex portions (ribs) on both sides while being thin. A separator having grooves between the protrusions (ribs) is obtained.
この成形用シートの圧縮・熱硬化成形時には、まず成形用シートが必要に応じて所定の平面寸法にカット（切断）もしくは打ち抜かれ、更に金型内において圧縮成形機で熱硬化される。この圧縮・熱硬化成形の条件は、成形材料の組成、導電性基材の種類、成形厚みなどにもよるが、加熱温度が１２０〜１９０℃の範囲、圧縮圧力が１〜４０ＭＰａの範囲に設定されることが好ましい。 At the time of compression / thermosetting molding of the molding sheet, the molding sheet is first cut (cut) or punched into a predetermined plane dimension as necessary, and further thermoset in a mold by a compression molding machine. The compression / thermosetting conditions are set in the range of 120 to 190 ° C for the heating temperature and 1 to 40 MPa for the compression pressure, depending on the composition of the molding material, the type of the conductive base material, the molding thickness, etc. It is preferred that
セパレータの作製にあたっては、一枚の成形用シートが成形されることでセパレータが作製されてもよく、成形用シートが複数枚重ねられて成形されることでセパレータが作製されてもよい。 In the production of the separator, the separator may be produced by molding one molding sheet, or the separator may be produced by stacking a plurality of molding sheets.
このように成形用シートが成形されることで、薄型のセパレータ、特に厚み０．２〜１．０ｍｍの範囲のセパレータが製造される。このようにセパレータの製造時に成形用シートが使用されることで、薄型のセパレータが製造される場合でも成形材料が薄く且つ均一に配置されやすくなり、成形性や厚み精度が高くなる。 By forming the molding sheet in this manner, a thin separator, particularly a separator having a thickness in the range of 0.2 to 1.0 mm is manufactured. As described above, the use of the molding sheet at the time of manufacturing the separator makes it easy to dispose the molding material thinly and uniformly even when a thin separator is manufactured, and the moldability and thickness accuracy are improved.
尚、セパレータの作製時には、成形用シートと適宜の導電性基材とが積層されてもよい。導電性基材が用いられると、セパレータの機械的強度が向上する。導電性基材が用いられる場合には、例えば導電性基材の両側にそれぞれ成形用シート（複数枚の成形用シートの積層物を含む）が積層した状態で圧縮・熱硬化成形され、或いは成形用シート（複数枚の成形用シートの積層物を含む）の両側にそれぞれ導電性基材が積層した状態で圧縮・熱硬化成形される。 In addition, at the time of preparation of a separator, the sheet | seat for shaping | molding and a suitable electroconductive base material may be laminated | stacked. When a conductive substrate is used, the mechanical strength of the separator is improved. When a conductive base material is used, for example, compression / thermosetting molding or molding is performed in a state where molding sheets (including a laminate of a plurality of molding sheets) are laminated on both sides of the conductive base material, respectively. Compression / thermosetting molding is performed in a state where conductive substrates are laminated on both sides of a sheet for use (including a laminate of a plurality of molding sheets).
前記導電性基材としては、たとえば、カーボンペーパー、カーボンプリプレグ、カーボンフェルト等が例示される。また、これらの導電性基材は、導電性を損なわない範囲で、ガラス、樹脂等の基材成分を含有してもよい。導電性基材の厚みは、０．０３〜０．５ｍｍの範囲が好ましく、０．０５〜０．２ｍｍの範囲がより好ましい。 Examples of the conductive substrate include carbon paper, carbon prepreg, carbon felt and the like. Moreover, these electroconductive base materials may contain base material components, such as glass and resin, in the range which does not impair electroconductivity. The thickness of the conductive substrate is preferably in the range of 0.03 to 0.5 mm, and more preferably in the range of 0.05 to 0.2 mm.
成形材料が圧縮成形されることで得られる成形体（セパレータ）には、ブラスト処理が施されるなどして、表層のスキン層が除去されると共にこのセパレータの表面粗さが調整されることが好ましい。 The molded body (separator) obtained by compression molding of the molding material may be subjected to blasting or the like to remove the surface skin layer and adjust the surface roughness of the separator. preferable.
このセパレータの表面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１）は、０．４〜１．６μｍの範囲であることが好ましい。この場合、セパレータとガスケットとの接合部でのガスリークが抑制される。このためウエットブラスト処理時にセパレータにおけるガスケットと接合する部位をマスクする必要がなくなり、セパレータの生産効率が向上する。尚、前記算術平均高さＲａが０．４μｍ未満となることは困難であり、またこの値が１．６μｍより大きいと前記ガスリークが充分に抑制されなくなるおそれがある。このセパレータの表面の算術平均高さＲａは特に１．２μｍ以下であることが好ましい。更にこのセパレータの表面の算術平均高さＲａが１．０μｍ未満であると、前記ガスリークが特に抑制され、セパレータの薄型化に伴ってセルスタック作製時の締結力が低くなっても、前記ガスリークが充分に抑制される。セパレータの表面の算術平均高さＲａが０．６μｍ以上であることも好ましい。 The arithmetic average height Ra (JIS B0601: 2001) of the surface of the separator is preferably in the range of 0.4 to 1.6 μm. In this case, gas leakage at the joint between the separator and the gasket is suppressed. For this reason, it is not necessary to mask a portion of the separator that is joined to the gasket during wet blasting, and the production efficiency of the separator is improved. It is difficult for the arithmetic average height Ra to be less than 0.4 μm, and if this value is greater than 1.6 μm, the gas leak may not be sufficiently suppressed. The arithmetic average height Ra of the separator surface is particularly preferably 1.2 μm or less. Further, when the arithmetic average height Ra of the surface of the separator is less than 1.0 μm, the gas leak is particularly suppressed, and the gas leak is reduced even when the fastening force at the time of manufacturing the cell stack is reduced as the separator is thinned. Sufficiently suppressed. The arithmetic average height Ra of the separator surface is also preferably 0.6 μm or more.
セパレータの表面の接触抵抗は１５ｍΩｃｍ2以下であることが好ましい。この場合、燃料電池で発電した電気エネルギーを外部へ伝達するというセパレータの機能が高いレベルで維持される。 The contact resistance of the separator surface is preferably 15 mΩcm 2 or less. In this case, the separator function of transmitting the electric energy generated by the fuel cell to the outside is maintained at a high level.
前記ブラスト処理時には、成形体（セパレータ）にウエットブラスト処理が施されると共に、この処理においてアルミナ粒子等の砥粒を含むスラリーから磁石で金属成分が除去されることが好ましい。ブラスト処理に用いられる砥粒には不純物として金属成分が混入していることがあり、またブラスト処理時に砥粒を含むスラリーに金属成分が混入することがある。このような金属成分を含むスラリー用いてブラスト処理が施されると、セパレータの表面に砥粒から金属成分が打ち込まれてしまう。しかし、前記のようにスラリーから磁石により金属成分が除去されながら、この砥粒によりウエットブラスト処理が施されると、ブラスト処理時にセパレータに金属成分が付着しにくくなる。すなわち、ウエットブラスト処理によってスキン層の除去や表面粗さの調整などがされつつ、このウエットブラスト処理時に、スラリー中の砥粒に含まれる金属異物などの金属成分がセパレータへ打ち込まれにくくなる。また、このウエットブラスト処理において、スラリーが循環させながら繰り返し使用されると共に、このスラリーの循環時にスラリーから金属成分が磁石などで吸引除去されると、スラリー中の砥粒から磁石により金属成分が除去されながら、この砥粒によってウエットブラスト処理が施される。 In the blasting process, it is preferable that the molded body (separator) is subjected to a wet blasting process, and in this process, a metal component is removed with a magnet from a slurry containing abrasive grains such as alumina particles. Abrasive grains used for blasting may contain metal components as impurities, and metal components may be mixed in slurry containing abrasive grains during blasting. When blasting is performed using a slurry containing such a metal component, the metal component is driven from the abrasive grains onto the surface of the separator. However, when the metal component is removed from the slurry by the magnet as described above and the wet blast treatment is performed by the abrasive grains, the metal component is difficult to adhere to the separator during the blast treatment. That is, while the skin layer is removed and the surface roughness is adjusted by the wet blasting process, metal components such as metal foreign matters contained in the abrasive grains in the slurry are less likely to be driven into the separator during the wet blasting process. In this wet blasting process, the slurry is repeatedly used while being circulated, and when the metal component is sucked and removed from the slurry by a magnet or the like during the circulation of the slurry, the metal component is removed from the abrasive grains in the slurry by the magnet. However, wet blasting is performed by the abrasive grains.
更に、黒鉛粒子からの金属成分の除去方法と同様に、成形体（セパレータ）から金属成分が磁石によって吸引除去されてもよい。この場合、例えば成形体（セパレータ）が一対の磁石の間に配置されることで、成形体（セパレータ）から金属成分が吸引除去される。尚、磁石を用いた吸引除去以外の適宜の方法で成形体（セパレータ）から金属成分が除去されてもよい。但し、強酸性溶液によって洗浄する方法ではセパレータを構成する樹脂が溶解してしまうおそれがあり、また超音波洗浄ではセパレータから黒鉛粒子が脱離してしまうおそれがあるため、好ましくない。 Furthermore, similarly to the method for removing the metal component from the graphite particles, the metal component may be sucked and removed from the molded body (separator) by a magnet. In this case, the metal component is attracted and removed from the molded body (separator) by, for example, arranging the molded body (separator) between the pair of magnets. Note that the metal component may be removed from the molded body (separator) by an appropriate method other than suction removal using a magnet. However, the method of washing with a strongly acidic solution is not preferable because the resin constituting the separator may be dissolved, and the ultrasonic cleaning may cause the graphite particles to be detached from the separator.
エポキシ樹脂を含む熱硬化性樹脂を用いると共にフェノール系化合物を含む硬化剤を用いる場合は、水酸基が成形体の表面に分布することになる。特に成形材料中でのフェノール系化合物に対するエポキシ樹脂の当量比が０．８〜１．２であると、後述するとおり成形体に対する表面処理により成形体の親水性が大きく向上すると共にこの親水性が長期間持続するようになる。この当量比が１．２より大きいと前記のような効果が得られないものであり、これは成形体に分布する水酸基が不足してしまうためであると考えられる。またこの当量比が０．８未満の場合も、理由は不分明ではあるが、前記のような効果が得られなくなってしまう。表面処理による効果を著しく発揮させるためには、特に前記当量比が０．８〜１．０の範囲であることが好ましく、この場合、水酸基の当量が過剰となって多くの水酸基を成形体の表面に分布させることができるようになる。前記当量比が０．８〜０．９の範囲であれば更に好ましい。 When a thermosetting resin containing an epoxy resin is used and a curing agent containing a phenol compound is used, the hydroxyl groups are distributed on the surface of the molded body. In particular, when the equivalent ratio of the epoxy resin to the phenolic compound in the molding material is 0.8 to 1.2, the hydrophilicity of the molded body is greatly improved by the surface treatment on the molded body as will be described later. It will last for a long time. If the equivalent ratio is greater than 1.2, the above-described effects cannot be obtained, and this is considered to be because the hydroxyl groups distributed in the molded body are insufficient. Also, when the equivalence ratio is less than 0.8, the reason is unclear, but the above effect cannot be obtained. In order to remarkably exhibit the effect of the surface treatment, the equivalent ratio is particularly preferably in the range of 0.8 to 1.0. In this case, the equivalent of the hydroxyl group becomes excessive and many hydroxyl groups are removed from the molded product. It can be distributed on the surface. More preferably, the equivalent ratio is in the range of 0.8 to 0.9.
熱硬化性フェノール樹脂を含む熱硬化性樹脂を用いる場合も、成形体中に熱硬化性フェノール樹脂に起因する水酸基が成形体の表面に分布することになる。これにより、後述するとおり成形体に対する表面処理による親水性向上の効果が向上する。 Also when using a thermosetting resin containing a thermosetting phenol resin, the hydroxyl group resulting from a thermosetting phenol resin will distribute in the surface of a molded object in a molded object. Thereby, the effect of the hydrophilic improvement by the surface treatment with respect to a molded object improves as mentioned later.
この成形体の表面に対し、この成形体の表面に親水化のための表面処理が施されることが好ましい。この表面処理としては、プラズマ処理と、オゾンガスによる処理とが挙げられる。 It is preferable that the surface of the molded body is subjected to a surface treatment for hydrophilization. Examples of the surface treatment include plasma treatment and treatment with ozone gas.
ウエットブラスト処理後の成形体には、親水化のための表面処理に先立って乾燥処理が施されることも好ましい。この乾燥処理では、成形体がエアブローなどにより風乾されることが好ましい。この場合、必要に応じて常温若しくは温風によるエアブローが採用され、或いは常温でのエアブローの後に温風によるエアブローを追加的に施されてもよい。また、乾燥処理にあたっては、成形体をシリカゲル等の乾燥剤を入れたデシケータ中に静置する方法、成形体を室温以上（例えば５０℃）の温度の乾燥機中に静置する方法、真空乾燥機を使用して成形体から水分を除去する方法等が採用されてもよい。この乾燥処理により、成形体が、その吸湿率が０．１％以下になるまで乾燥されることが好ましい。 The molded body after the wet blast treatment is preferably subjected to a drying treatment prior to the surface treatment for hydrophilization. In this drying treatment, the molded body is preferably air-dried by air blow or the like. In this case, air blow by normal temperature or warm air may be adopted as necessary, or air blow by warm air may be additionally performed after air blow at normal temperature. In the drying process, the molded product is allowed to stand in a desiccator containing a desiccant such as silica gel, the molded product is allowed to stand in a dryer having a temperature of room temperature or higher (for example, 50 ° C.), vacuum drying A method of removing moisture from the molded body using a machine may be employed. By this drying treatment, the molded body is preferably dried until the moisture absorption rate is 0.1% or less.
プラズマ処理としては、大気圧プラズマ処理が施されることが好ましく、特にリモート方式でのプラズマ処理が施されることが好ましい。このリモート方式での大気圧プラズマ処理では、例えば吹き出し口を有する放電空間と、この放電空間に電界を発生させるための放電用電極とを備えるプラズマ処理装置が用いられる。このプラズマ処理装置では、放電空間にプラズマ生成用ガスが供給されると共にこの放電空間内の圧力が大気圧近傍に維持され、更に放電用電極間に電圧が印加されることで放電空間に放電を発生すると、放電空間内でプラズマが生成する。このプラズマを含むガス流が吹き出し口から吹き出されて成形体に吹き付けられることによって、成形体にプラズマ処理が施される。このようなプラズマ処理装置としては、例えば積水化学工業株式会社製のＡＰＴシリーズが挙げられるが、パナソニック電工株式会社、ヤマトマテリアル株式会社などから提供されている適宜のプラズマ処理装置が用いられてもよい。 As the plasma treatment, it is preferable to perform an atmospheric pressure plasma treatment, and it is particularly preferable to perform a plasma treatment by a remote method. In this remote atmospheric pressure plasma processing, for example, a plasma processing apparatus including a discharge space having an outlet and a discharge electrode for generating an electric field in the discharge space is used. In this plasma processing apparatus, a plasma generating gas is supplied to the discharge space, the pressure in the discharge space is maintained near atmospheric pressure, and a voltage is applied between the discharge electrodes to discharge the discharge space. When generated, plasma is generated in the discharge space. The gas stream containing the plasma is blown out from the outlet and blown onto the molded body, whereby the molded body is subjected to plasma treatment. Examples of such a plasma processing apparatus include the APT series manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd., but an appropriate plasma processing apparatus provided by Panasonic Electric Works Co., Ltd., Yamato Material Co., Ltd. or the like may be used. .
このようなリモート方式のプラズマ処理が採用されると、成形体の表面に向けてプラズマが吹き付けられ、このため成形体の溝の内面まで充分に処理がなされる。またプラズマ処理時に成形体が放電に曝されず、このため成形体がプラズマ処理時に損傷しにくくなる。 When such a remote-type plasma treatment is employed, plasma is sprayed toward the surface of the molded body, so that the inner surface of the groove of the molded body is sufficiently processed. Further, the molded body is not exposed to electric discharge during the plasma treatment, and therefore, the molded body is hardly damaged during the plasma treatment.
大気圧プラズマ処理は、成形体の表面に所望の親水性が付与されるように適宜設定された条件でおこなわれる。この大気圧プラズマ処理におけるプラズマ生成用ガスは、窒素ガスであることが好ましく、特にこの窒素ガス中の酸素含有量が２０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。この場合、大気圧プラズマ処理によってセパレータに特に高い親水性が付与される。 The atmospheric pressure plasma treatment is performed under conditions appropriately set so that desired hydrophilicity is imparted to the surface of the molded body. The plasma generating gas in the atmospheric pressure plasma treatment is preferably nitrogen gas, and particularly preferably the oxygen content in the nitrogen gas is 2000 ppm or less. In this case, particularly high hydrophilicity is imparted to the separator by the atmospheric pressure plasma treatment.
また、大気圧プラズマ処理は、成形体の表面に結露が生じないように成形体の温度及び雰囲気温度が調整された条件下で行われることが好ましい。この場合、成形体の表面に付着した水滴によりプラズマが消費されてしまうことが抑制され、処理効率が向上する。成形体の温度は、前記のとおりこの成形体の表面に結露が生じない温度（露点温度）以上であることが好ましく、安定した大気圧プラズマ処理のためには７０℃以下であることが好ましい。大気圧プラズマ処理の安定化のためには、成形体の温度及び雰囲気温度が一定に保たれることも重要である。雰囲気温度の調節にあたっては、通常、プラズマ処理装置のプラズマユニット部分の温度が調節され、プラズマ処理装置の構成によってはプラズマ処理時に成形体を支える台の温度が調節される。 In addition, the atmospheric pressure plasma treatment is preferably performed under conditions where the temperature of the molded body and the atmospheric temperature are adjusted so that dew condensation does not occur on the surface of the molded body. In this case, the consumption of plasma due to water droplets adhering to the surface of the compact is suppressed, and the processing efficiency is improved. As described above, the temperature of the molded body is preferably equal to or higher than the temperature at which dew condensation does not occur on the surface of the molded body (dew point temperature), and is preferably 70 ° C. or lower for stable atmospheric pressure plasma treatment. In order to stabilize the atmospheric pressure plasma treatment, it is also important to keep the temperature of the compact and the ambient temperature constant. In adjusting the atmospheric temperature, the temperature of the plasma unit of the plasma processing apparatus is usually adjusted. Depending on the configuration of the plasma processing apparatus, the temperature of the stage that supports the compact during plasma processing is adjusted.
尚、大気圧プラズマ処理にあたり、リモート方式以外の方式のプラズマ処理、例えばダイレクト方式のプラズマ処理が採用されてもよい。 In the atmospheric pressure plasma processing, plasma processing other than the remote method, for example, direct plasma processing may be employed.
プラズマ処理後の成形体は、そのまま大気中に放置されてもよいが、成形体をイオン交換水などの水に浸漬させるなどしてこの成形体の表面と水と接触させる水接触処理が施されることが好ましい。 The molded product after the plasma treatment may be left in the air as it is, but is subjected to a water contact treatment in which the molded product is brought into contact with water by immersing the molded product in water such as ion exchange water. It is preferable.
このようにして大気圧プラズマ処理を含む表面処理が成形体に施されると、成形体の表面の親水性が向上すると共に、この高い親水性が長期に亘って維持されるようになる。この親水化のメカニズムの詳細は不明であるが、成形体の表面に水酸基が分布することでこの表面に水分が吸着して官能基が生成しやすくなり、更に大気圧プラズマ処理により、成形体の表面から汚染物質が除去されて活性の高い状態となると共にこの活性化された表面に水酸基等の親水性の官能基が導入されて、成形体の表面に親水性の官能基が多く形成し、これが親水性向上に寄与していると考えられる。 When surface treatment including atmospheric pressure plasma treatment is performed on the molded body in this way, the hydrophilicity of the surface of the molded body is improved and this high hydrophilicity is maintained for a long period of time. The details of the hydrophilization mechanism are unknown, but the hydroxyl groups are distributed on the surface of the molded body, so that moisture is adsorbed on the surface and functional groups are easily generated. Contaminants are removed from the surface to be in a highly active state, and hydrophilic functional groups such as hydroxyl groups are introduced into the activated surface to form many hydrophilic functional groups on the surface of the molded body, This is considered to contribute to the improvement of hydrophilicity.
特に成形体にプラズマ処理に先だって上記のような乾燥処理が施されると、成形体への大気圧プラズマ処理が水分子によって阻害されにくくなり、大気圧プラズマ処理の効率が向上する。 In particular, when the molded body is subjected to the drying treatment as described above prior to the plasma treatment, the atmospheric pressure plasma treatment on the molded body is not easily inhibited by water molecules, and the efficiency of the atmospheric pressure plasma treatment is improved.
尚、大気圧プラズマ処理にあたっては、成形体でアークが発生しないことが好ましい。そのためには、たとえば、プラズマ処理装置の電極部にアース装置が設置されていることなどが望ましい
またプラズマ処理後の成形体に上記のような水接触処理が施されると、成形体の表面の親水性が更に向上する。その詳細なメカニズムは明らかではないが、大気圧プラズマ処理によって活性化された成形体の表面に水分子が吸着することに起因して成形体の表面の親水性が向上すると考えられる。
In the atmospheric pressure plasma treatment, it is preferable that no arc is generated in the molded body. For this purpose, for example, it is desirable that a grounding device is installed in the electrode part of the plasma processing apparatus. Further, when the above-mentioned water contact treatment is performed on the molded body after the plasma processing, the surface of the molded body Hydrophilicity is further improved. Although the detailed mechanism is not clear, it is considered that the hydrophilicity of the surface of the molded body is improved due to the adsorption of water molecules on the surface of the molded body activated by the atmospheric pressure plasma treatment.
一方、オゾンガスによる処理は、成形体の表面にオゾンガスを接触させることでおこなわれる。 On the other hand, the treatment with ozone gas is performed by bringing ozone gas into contact with the surface of the molded body.
成形体の表面にオゾンガスを接触させる表面処理は、例えば成形体が配置されている容器内にオゾンガスを含むガスが供給されることでおこなわれる。オゾンガスを含むガスとしては、オゾンガスと酸素ガスや空気等とを含む混合ガスが挙げられる。この表面処理におけるオゾンガス濃度は、特に限定されず、例えば３．５〜８．０容量％の範囲の比較的低濃度であっても、８．０〜１４．０容量％の範囲の比較的高濃度であってもよい。 The surface treatment for bringing ozone gas into contact with the surface of the molded body is performed, for example, by supplying a gas containing ozone gas into a container in which the molded body is disposed. Examples of the gas containing ozone gas include a mixed gas containing ozone gas, oxygen gas, air, and the like. The ozone gas concentration in this surface treatment is not particularly limited. For example, even if it is a relatively low concentration in the range of 3.5 to 8.0% by volume, it is relatively high in the range of 8.0 to 14.0% by volume. It may be a concentration.
この表面処理時の処理温度は、−５０℃以上が好ましく、０℃以上であればより好ましく、室温以上であれば更に好ましい。また、成形体の耐熱性の限界を考慮し、処理温度は２００℃以下が好ましく、１００℃以下であればより好ましく、５０℃以下であれば更に好ましく、３０℃以下が最も好ましい。すなわち、処理温度は−５０℃〜２００℃の範囲であることが好ましく、０℃〜１００℃の範囲であれば更に好ましく、０℃〜５０℃の範囲であれば更に好ましく、室温以上３０℃以下の範囲が最も好ましい。 The treatment temperature during this surface treatment is preferably −50 ° C. or higher, more preferably 0 ° C. or higher, and even more preferably room temperature or higher. In consideration of the heat resistance limit of the molded body, the treatment temperature is preferably 200 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or lower, further preferably 50 ° C. or lower, and most preferably 30 ° C. or lower. That is, the treatment temperature is preferably in the range of −50 ° C. to 200 ° C., more preferably in the range of 0 ° C. to 100 ° C., still more preferably in the range of 0 ° C. to 50 ° C., room temperature to 30 ° C. The range of is most preferable.
この表面処理の処理時間は、１秒以上が好ましく、数秒以上であればより好ましく、１０秒以上であれば更に好ましく、０．１時間以上であれば更に好ましく、０．２時間以上が最も好ましい。またこの処理時間は、１０日以下であることが好ましく、１０時間以下であればより好ましく、５時間以下であれば更に好ましく、１時間以下であれば特に好ましい。実用的な処理時間は、長くても１〜４時間の範囲が好ましく、更に長時間処理を施す場合でも１日以下が好ましい。例えば０．１〜５時間の範囲が好ましく、０．２〜１時間の範囲が更に好ましい。 The surface treatment time is preferably 1 second or longer, more preferably several seconds or longer, further preferably 10 seconds or longer, further preferably 0.1 hours or longer, and most preferably 0.2 hours or longer. . The treatment time is preferably 10 days or less, more preferably 10 hours or less, further preferably 5 hours or less, and particularly preferably 1 hour or less. Practical treatment time is preferably in the range of 1 to 4 hours at the longest, and is preferably 1 day or less even when the treatment is performed for a long time. For example, the range of 0.1 to 5 hours is preferable, and the range of 0.2 to 1 hour is more preferable.
この表面処理時の雰囲気圧力は常圧付近であることが好ましい。また雰囲気圧力は常圧よりも低い圧力又は高い圧力でもよいが、この場合でも雰囲気圧力は数ｈＰａ〜０．２ＭＰａの範囲であることが好ましい。 The atmospheric pressure during this surface treatment is preferably around normal pressure. The atmospheric pressure may be lower or higher than normal pressure. Even in this case, the atmospheric pressure is preferably in the range of several hPa to 0.2 MPa.
これらの処理条件は、成形体に十分な量のオゾンガスを効率良く導入することができると共に、表面処理によって成形体の劣化、燃焼等が引き起こされないように、適宜設定される。 These treatment conditions are appropriately set so that a sufficient amount of ozone gas can be efficiently introduced into the molded body and the surface treatment does not cause deterioration, combustion, or the like of the molded body.
表面処理にあたっては、成形体にオゾンガスを適宜の手法で接触させる。例えば処理容器内に成形体を入れ、この処理容器内にオゾンガスを含むガスを供給することで、成形体にオゾンガスを接触させることができる。 In the surface treatment, ozone gas is brought into contact with the molded body by an appropriate technique. For example, ozone gas can be brought into contact with the molded body by placing the molded body in a processing container and supplying a gas containing ozone gas into the processing container.
表面処理が施された成形体は、そのまま大気中に放置してもよく、また水洗して乾燥してもよい。 The molded body subjected to the surface treatment may be left in the air as it is, or may be washed with water and dried.
このようなオゾンガスによる処理を含む表面処理によっても、成形体の表面の親水性を向上することができる。これは、表面処理により成形体の表面でオゾンが反応することで成形体の表面に親水性の官能基が導入されるためと考えられる。 The hydrophilicity of the surface of the molded body can also be improved by surface treatment including treatment with ozone gas. This is considered to be because hydrophilic functional groups are introduced into the surface of the molded body due to ozone reacting on the surface of the molded body by the surface treatment.
成形体の表面に水酸基が分布していると、成形体の表面の親水性が著しく向上すると共にこの親水性が長期に亘って高く維持されるようになる。 When hydroxyl groups are distributed on the surface of the molded body, the hydrophilicity of the surface of the molded body is remarkably improved and the hydrophilicity is maintained high over a long period of time.
また、成形体中にフェノール系化合物や熱硬化性フェノール樹脂などに起因する芳香族環が存在することで、前記表面処理により生成した官能基が成形体の内部に潜り込みにくくなり、このことが、成形体の表面の親水性の向上と、親水性の長期に亘る維持とに寄与していると考えられる。 In addition, the presence of an aromatic ring due to a phenolic compound or a thermosetting phenol resin in the molded body makes it difficult for the functional groups generated by the surface treatment to enter the molded body, It is thought that it contributes to the improvement of the hydrophilicity of the surface of the molded body and the maintenance of the hydrophilicity over a long period of time.
オゾンガスを用いる表面処理に先立って、成形体の前記表面処理が施される面に、予めプラズマ処理が施されてもよい。このプラズマ処理が施されると、成形体の表面から汚染物質が除去されて成形体の表面が活性の高い状態となる。更にこのプラズマ処理によって成形体の表面に水酸基等の官能基を導入することができる。このため表面処理により成形体の表面にオゾンガスが更に反応しやすくなって、セパレータの表面の親水性が更に長期に亘って維持されるようになる。この場合のプラズマ処理は、成形体の表面に所望の官能基を導入できるように適宜設定された条件でおこなうことができるが、例えば、ヤマトマテリアル株式会社製の型番「ＰＤＣ２１０」を用い、プラズマ生成用ガスとして酸素を用い、印加電力１５０〜５００Ｗ、処理時間３０秒〜１０分の条件でおこなうことができる。 Prior to the surface treatment using ozone gas, the surface of the molded body to be subjected to the surface treatment may be subjected to plasma treatment in advance. When this plasma treatment is performed, contaminants are removed from the surface of the molded body, and the surface of the molded body becomes highly active. Furthermore, functional groups such as hydroxyl groups can be introduced on the surface of the molded body by this plasma treatment. Therefore, the surface treatment makes it easier for ozone gas to react with the surface of the molded body, and the hydrophilicity of the separator surface is maintained for a longer period of time. The plasma treatment in this case can be performed under conditions appropriately set so that a desired functional group can be introduced onto the surface of the molded body. For example, plasma generation is performed using a model number “PDC210” manufactured by Yamato Material Co., Ltd. Oxygen can be used as the working gas under conditions of an applied power of 150 to 500 W and a processing time of 30 seconds to 10 minutes.
親水性向上のための表面処理が施されることでセパレータの表面に高い親水性が付与されると共にこの親水性が長期間維持されると、溝が水滴により閉塞されにくくなり、このため燃料電池の高い発電効率が長期間維持される。 By applying surface treatment for improving hydrophilicity, high hydrophilicity is imparted to the surface of the separator, and when this hydrophilicity is maintained for a long period of time, the groove is less likely to be clogged with water droplets. High power generation efficiency is maintained for a long time.
このようにして成形体に親水性向上のための表面処理を施すにあたり、この成形体の表面処理が施される面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１）を予め０．４〜１．６μｍの範囲としておくことが好ましい。この場合、表面処理の均一性が更に高くなると共に成形体の表面にオゾンガスが更に反応しやすくなり、成形体の表面の親水性を更に向上することができる。成形体の算術平均高さＲａの調整は、上記のように成形体中の黒鉛粒子の粒径を調整したり、上記のとおり成形体の表面にブラスト処理等を施したりすることでおこなうことができる。 Thus, when performing surface treatment for hydrophilicity improvement to a molded object, arithmetic mean height Ra (JIS B0601: 2001) of the surface where surface treatment of this molded object is performed is 0.4-1. A range of 6 μm is preferable. In this case, the uniformity of the surface treatment is further increased, and ozone gas is more easily reacted with the surface of the molded body, so that the hydrophilicity of the surface of the molded body can be further improved. Adjustment of the arithmetic average height Ra of the molded body may be performed by adjusting the particle size of the graphite particles in the molded body as described above or by performing blasting or the like on the surface of the molded body as described above. it can.
また、成形体に表面処理を施すにあたり、予め成形体における表面処理が施される面に形成されている溝の幅（Ａ）と深さ（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が１以上に形成されることが好ましい。この場合、表面処理時におけるオゾンガスが溝の内部に行き渡りやすくなり、表面処理の均一性が更に高くなる。比（Ａ／Ｂ）の上限は特に制限されないが、溝を高密度に形成するためには、実用上、１０以下であることが好ましい。 Further, when the surface treatment is performed on the molded body, the ratio (A / B) of the width (A) to the depth (B) of the groove formed on the surface of the molded body on which the surface treatment is performed in advance is 1 or more. It is preferable to be formed. In this case, ozone gas at the time of the surface treatment easily spreads inside the groove, and the uniformity of the surface treatment is further enhanced. The upper limit of the ratio (A / B) is not particularly limited, but is preferably 10 or less for practical use in order to form the grooves with high density.
親水性向上のための表面処理により、セパレータの表面の水との静的接触角が０°〜５０°の範囲となることが好ましく、特に０°〜１０°の範囲となることが好ましく、０°〜５°の範囲となれば更に好ましい。この水との静的接触角は、表面処理条件を適宜設定することにより調整することができる。これにより、セパレータの表面に充分に高い親水性を付与することができる。 By the surface treatment for improving hydrophilicity, the static contact angle with water on the separator surface is preferably in the range of 0 ° to 50 °, particularly preferably in the range of 0 ° to 10 °. More preferably, it is in the range of 5 ° to 5 °. The static contact angle with water can be adjusted by appropriately setting the surface treatment conditions. Thereby, sufficiently high hydrophilicity can be imparted to the surface of the separator.
また、親水性向上のための表面処理によって、セパレータの表面の接触抵抗が１５ｍΩｃｍ2以下となることが好ましい。この接触抵抗も、表面処理条件を適宜設定することにより調整することができる。これにより、燃料電池で発電した電気エネルギーを外部へ伝達するというセパレータの機能を高いレベルで維持することができる。 Moreover, it is preferable that the contact resistance of the separator surface is 15 mΩcm 2 or less due to the surface treatment for improving hydrophilicity. This contact resistance can also be adjusted by appropriately setting the surface treatment conditions. As a result, the separator function of transmitting the electric energy generated by the fuel cell to the outside can be maintained at a high level.
尚、親水性向上のための表面処理は、上記のプラズマ処理及びオゾンガスによる処理には限られない。例えば、親水性向上のための表面処理として、成形体の表面にＳＯ3を含有するガスを接触させる処理、成形体の表面にフッ素を含有するガスを接触させる処理、成形体の表面にケイ素化合物又はアルミニウム化合物を含む改質剤化合物を含む気体を燃焼させながら吹き付ける処理、減圧プラズマ処理、など、適宜の処理が採用されてもよい。 The surface treatment for improving hydrophilicity is not limited to the plasma treatment and the treatment with ozone gas. For example, as a surface treatment for improving hydrophilicity, a treatment in which a gas containing SO3 is brought into contact with the surface of the molded body, a treatment in which a gas containing fluorine is brought into contact with the surface of the molded body, a silicon compound or An appropriate process such as a process of spraying a gas containing a modifier compound containing an aluminum compound while burning, a reduced pressure plasma process, or the like may be employed.
以上のようにして得られるセパレータにおける、金属成分の付着の程度は、このセパレータを９０℃の温水で１時間洗浄し、更に９０℃の温度で１時間加熱乾燥する処理を施した後に、このセパレータの表面を観察することで確認される。セパレータに金属成分が付着していると、前記処理によりセパレータの表面に金属酸化物（錆）が生成する。前記処理後のセパレータの表面が目視で観察されても前記金属酸化物（錆）の存在が確認されないことが好ましい。特に、前記処理後のセパレータの表面に、直径１００μｍより大きい金属酸化物が存在しないことが好ましく、直径５０μｍより大きい金属酸化物が存在しなければ更に好ましい。また、直径３０μｍより大きい金属酸化物が存在しなければ特に好ましい。 The degree of adhesion of the metal component in the separator obtained as described above is determined by washing the separator with hot water at 90 ° C. for 1 hour, and further subjecting the separator to heat drying at 90 ° C. for 1 hour. This is confirmed by observing the surface. When a metal component adheres to the separator, a metal oxide (rust) is generated on the surface of the separator by the treatment. Even if the surface of the separator after the treatment is visually observed, it is preferable that the presence of the metal oxide (rust) is not confirmed. In particular, it is preferable that a metal oxide larger than 100 μm in diameter does not exist on the surface of the separator after the treatment, and it is more preferable if no metal oxide larger than 50 μm in diameter exists. Further, it is particularly preferable if there is no metal oxide having a diameter larger than 30 μm.
また、このセパレータの表面に表出しているＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉの総量が０．０１μｇ／ｃｍ2以下となっていることが好ましい。更に、このセパレータ２０の表面に表出しているＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＺｎの総量が０．０１μｇ／ｃｍ2以下となっていることが好ましい。
Moreover, it is preferable that the total amount of Fe, Co, and Ni exposed on the surface of the separator is 0.01 μg / cm 2 or less. Furthermore, it is preferable that the total amount of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn exposed on the surface of the
このようにセパレータの製造時に原料成分、成形材料、或いはセパレータから金属成分が除去されると、セパレータにおける金属成分の含有量が少なくなる。また、そのため、セパレータが水洗されるなどしてから燃料電池に組み込まれても、セパレータの表面に金属酸化物（錆）が現れにくくなる。このため、燃料電池内でのセパレータからの金属イオンの脱離が抑制され、このような金属イオンの脱離による電解質のプロトン伝導性の低下や電解質の分解が抑制され、燃料電池の性能が長期に亘って維持される。 Thus, if a metal component is removed from a raw material component, a molding material, or a separator at the time of manufacture of a separator, content of the metal component in a separator will decrease. For this reason, even if the separator is washed with water and then incorporated into the fuel cell, metal oxide (rust) hardly appears on the surface of the separator. For this reason, the desorption of metal ions from the separator in the fuel cell is suppressed, the decrease in proton conductivity of the electrolyte and the decomposition of the electrolyte due to the desorption of such metal ions are suppressed, and the performance of the fuel cell is prolonged. Maintained for a long time.
図１は、以上のようにして製造されるセパレータ２０を備える固体高分子型燃料電池の単位セルの構造の概略を示す。２枚のセパレータ２０，２０の間に、固体高分子電解質膜などの電解質４とガス拡散電極（燃料電極３１と酸化剤電極３２）などからなる膜−電極複合体（ＭＥＡ）５が介在することで、単電池（単位セル）が構成されている。この単位セルが数十個〜数百個並設されることで、電池本体（セルスタック）が構成される。
FIG. 1 schematically shows the structure of a unit cell of a polymer electrolyte fuel cell including the
図２は、ガスケット１２が使用されることで構成される太陽電池の単位セルの構造の一例を示す。この単位セルは、セパレータ２０，２０、ガスケット１２，１２、並びに膜−電極複合体５が重ねられることで構成されている。セパレータ２０の、ガス供給排出用の溝２が形成されている領域を取り囲む外周部分には、六個のマニホールド１３（二つの燃料用マニホールド１３１、二つの酸化剤用マニホールド１３２、及び二つの冷却用マニホールド１３３）が形成されている。すなわち、セパレータ２０には、凸部２１及び溝２が形成されている領域を取り囲む外周部分に、燃料用貫通孔（燃料用マニホールド）１３１，１３１と酸化剤用貫通孔（酸化剤用マニホールド）１３２，１３２とが形成されている。燃料用貫通孔１３１，１３１は二つ形成されており、各燃料用貫通孔１３１，１３１はセパレータ２０の燃料電極３１と重なる面における溝２の両端にそれぞれ連通する。酸化剤用貫通孔１３２，１３２も二つ形成されており、各酸化剤用貫通孔１３２，１３２はセパレータ２０の酸化剤電極３２と重なる面における溝２の両端にそれぞれ連通する。また、この外周部分には、冷却用貫通孔（冷却用マニホールド）１３３も形成されている。セパレータ２０がアノード側セパレータとカソード側セパレータとで構成される場合、アノード側セパレータとカソード側セパレータの間にある冷却水が流通する流路に、冷却用マニホールド１３３が連通する。
FIG. 2 shows an example of the structure of a unit cell of a solar battery configured by using the
尚、本実施形態では、図２に示されるように、セパレータ２０にはストレートタイプの溝２が形成されている。一般に、セパレータ２０における溝２としては、屈曲を有するサーペンタインタイプの溝と屈曲を有さないストレートタイプの溝とがある。勿論、図２に示されるセパレータ２０において、このセパレータ２０にサーペンタインタイプの溝２が形成されてもよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
セパレータ２０の厚みは例えば０．５〜３．０ｍｍの範囲に形成される。セパレータ２０のガス供給排出用の溝２の幅は例えば１．０〜１．５ｍｍ、深さは例えば０．５〜１．５ｍｍの範囲に形成される。マニホールド１３の開口面積は例えば０．５〜５．０ｃｍ2の範囲に形成される。
The thickness of the
また、セパレータには、溝に連通する一又は複数の凹所が形成されると共に凹所の底部から突出する複数の突起が形成されていてもよい。図３及び図４に、凹所６と突起７とが形成されているセパレータ２０を示す。このセパレータ２０は、図２に示す場合と同様に、サーペンタインタイプの溝２と、六個のマニホールド１３（二つの燃料用マニホールド１３１、二つの酸化剤用マニホールド１３２、及び二つの冷却用マニホールド１３３）が形成されている。凹所６は溝２と共に、流体の流路を構成する。図３に示す形態では、流体の流路が屈曲している部分に、凹所６及び突起７が形成されている。流体の流路が屈曲している複数の部分の全てに凹所６及び突起７が形成されてもよいが、図３に示す形態のように流体の流路が屈曲している複数の部分のうちの一部に凹所６及び突起７が形成されてもよい。また、凹所６及び突起７が形成される箇所は流体の流路が屈曲している部分には限られない。
The separator may be formed with one or a plurality of recesses communicating with the groove and a plurality of protrusions protruding from the bottom of the recess. 3 and 4 show the
また、図３及び４に示す態様では、凹所６内の突起７はこの凹所６に臨む凸部（リブ）２１の長手方向の延長線上に並ぶように形成され、またこの凹所内６において突起７は全体として千鳥状に並ぶように形成されている。尚、突起７の配列の仕方も、本態様に限られない。
3 and 4, the
また、上記のとおり図３及び４に示す態様では凹所６及び突起７ではサーペンタインタイプの溝２を有するセパレータに形成されているが、ストレートタイプの溝が形成されているセパレータに凹所と突起が形成されてもよい。
3 and 4, the
近年、燃料電池の発電特性改善、燃料電池への長期耐久性の付与、反応ガスや凝縮水の滞留防止などの目的で、セパレータにはしばしば上記のような突起が形成される。このような突起が形成されると、セパレータの形状が非常に微細な形状になり、このため成形不良による欠陥が生じやすくなるが、本実施形態では成形材料の成形性が高いため、セパレータに突起が形成される場合であっても成形不良による欠陥が生じにくくなる。 In recent years, the above-described protrusions are often formed on the separator for the purpose of improving the power generation characteristics of the fuel cell, imparting long-term durability to the fuel cell, and preventing retention of reaction gas and condensed water. When such protrusions are formed, the shape of the separator becomes very fine, and defects due to molding defects are likely to occur. However, in this embodiment, since the molding material has high moldability, Even when is formed, defects due to molding defects are less likely to occur.
突起の形状は、図３及び図４に示されるように平面視（セパレータの厚み方向からみて）円形状であることが好ましいが、このような形状に制限されず、例えば平面視楕円状、平面視三角形状、平面視四角形状等の適宜の形状であってもよい。突起の寸法は、セパレータにおける流体の流通が適切に調整されると共にセパレータと電極との間の接触面積が充分に大きくなるように、適宜設定されることが好ましく、特に突起の平面視における直径が０．２〜２．０ｍｍの範囲であること、或いはこの突起の平面視面積が０．０３〜３．５ｍｍ2の範囲であることが好ましい。このような微細な突起が形成される場合でも、本実施形態では成形不良による欠陥が生じにくくなる。 As shown in FIGS. 3 and 4, the shape of the protrusion is preferably circular in plan view (as viewed from the thickness direction of the separator), but is not limited to such a shape. Appropriate shapes such as a viewing triangle shape and a rectangular shape in plan view may be used. The dimensions of the protrusions are preferably set as appropriate so that the flow of fluid in the separator is appropriately adjusted and the contact area between the separator and the electrode is sufficiently large. It is preferable that it is in the range of 0.2 to 2.0 mm, or the planar view area of this protrusion is in the range of 0.03 to 3.5 mm 2 . Even when such fine protrusions are formed, in this embodiment, defects due to molding defects are less likely to occur.
セパレータ２０の外周部分には、図２に示すようにシーリングのためのガスケット１２が積層される。このガスケット１２はその略中央部に膜−電極複合体５における燃料電極３１や酸化剤電極３２を収容するための開口１５を有し、この開口１５においてセパレータ２０の溝２が露出する。この開口１５の外周側には、前記セパレータの燃料用貫通孔１３１、酸化剤用貫通孔１３２及び冷却用貫通孔１３３と合致する位置に、燃料用貫通孔１４１、酸化剤用貫通孔１４２及び冷却用貫通孔１４３がそれぞれ形成されている。
A
また、膜−電極複合体５における電解質４の外周部分にも、前記セパレータの燃料用貫通孔１３１、酸化剤用貫通孔１３２及び冷却用貫通孔１３３と合致する位置に、燃料用貫通孔１６１、酸化剤用貫通孔１６２及び冷却用貫通孔１６３がそれぞれ形成されている。
Further, the fuel through-
この単位セル構造では、セパレータ２０、ガスケット１２、及び電解質４の各燃料用貫通孔１３１，１４１，１６１が連通することで、燃料電極への燃料の供給及び排出のための燃料用流路が構成される。また、各酸化剤用貫通孔１３２，１４２，１６２が連通することで、酸化剤電極への酸化剤の供給及び排出のための酸化剤用流路が構成される。また、各冷却用貫通孔１３３，１４３，１６３が連通することで、冷却水等が流通する冷却用流路が構成される。
In this unit cell structure, the fuel through-
このような燃料電池の単位セル構造において、燃料電極３１と酸化剤電極３２、並びに電解質４は、燃料電池のタイプに応じた公知の材料で形成される。固体高分子型燃料電池の場合、燃料電極３１及び酸化剤電極３２は例えばカーボンクロス、カーボンペーパー、カーボンフェルト等の基材が触媒を担持することで構成される。燃料電極３１における触媒としては例えば白金触媒、白金・ルテニウム触媒、コバルト触媒等が挙げられ、酸化剤電極３２における触媒としては白金触媒、銀触媒等が挙げられる。また、固体高分子型燃料電池の場合、電解質４は例えばプロトン伝導性の高分子膜から形成され、特にメタノール直接型燃料電池の場合は例えばプロトン伝導性が高く、電子導電性やメタノール透過性を殆ど示さないフッ素系樹脂等から形成される。
In such a unit cell structure of the fuel cell, the
ガスケット１２は、例えば天然ゴム、シリコーンゴム、ＳＩＳ共重合体、ＳＢＳ共重合体、ＳＥＢＳ、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＨＮＢＲ）、クロロプレンゴム、アクリルゴム、フッ素系ゴム等などから選択されるゴム材料から形成される。このゴム材料には粘着付与剤が配合されてもよい。
The
セパレータ２０にガスケット１２を積層するにあたっては、例えば予めシート状又は板状に形成されたガスケット１２がセパレータ２０に接着や融着されるなどして接合される。セパレータ２０の表面上でガスケット１２を形成するための材料が成形されることによって、セパレータ２０にガスケット１２が積層されてもよい。例えば未加硫のゴム材料がスクリーン印刷等によりセパレータ２０の表面上の所定位置に塗布され、このゴム材料の塗膜を加硫されることで、セパレータ２０の表面上の所定位置に所望の形状のガスケット１２が形成される。前記加硫にあたっては、加熱、電子線などの放射線の照射、或いはその他適宜の加硫方法が採用される。この場合、薄型のセパレータ２０に対してもガスケット１２が容易に積層される。また、セパレータ２０が金型内にセットされ、このセパレータ２０の表面上の所定位置に未加硫のゴム材料が射出されると共にこのゴム材料が加熱されるなどして加硫されることで、セパレータ２０の表面上の所定位置に所望の形状のガスケット１２が形成されてもよい。このように金型成形によりガスケット１２が形成されるにあたっては、トランスファー成形のほか、コンプレッション成形、インジェクション成形等の成形法が採用され得る。
When laminating the
金型成形によりガスケットを形成する場合には、通常２回熱処理することとなる。ガスケットが積層されたセパレータを金型から取り出してからガスケットを更に加熱することで、硬化反応を更に進行させることが好ましい。これにより、ガスケットから得られる抽出水のＴＯＣの測定値が低減する。 When a gasket is formed by mold molding, heat treatment is usually performed twice. It is preferable to further advance the curing reaction by further removing the separator on which the gasket is laminated from the mold and further heating the gasket. Thereby, the measured value of TOC of the extraction water obtained from a gasket reduces.
本実施形態では、セパレータの強度が向上されているため、セパレータにガスケットが積層される際にセパレータに破損が生じにくくなる。このため、ガスケットを備えるセパレータが歩留まりよく、効率良く、製造され得る。殊に、金型成形によりガスケットが形成される場合であっても、セパレータの強度が高いため、セパレータが損傷しにくくなる。 In this embodiment, since the strength of the separator is improved, the separator is hardly damaged when the gasket is laminated on the separator. For this reason, a separator provided with a gasket can be manufactured with good yield and efficiency. In particular, even when a gasket is formed by molding, the separator is difficult to be damaged because the strength of the separator is high.
セパレータにガスケットが積層される場合には、成形材料が成形されることで成形体が得られてから、この成形体にガスケットが重ねられ、続いて成形体に対して上記のようなウェットブラスト処理などのブラスト処理が施され、或いは更にこれに続いて親水性向上のための表面処理が施されてもよい。 When a gasket is laminated on the separator, a molding is obtained by molding the molding material, and then the gasket is overlaid on the molding, and then the wet blasting treatment as described above is performed on the molding. A blasting treatment such as the above may be performed, or a surface treatment for improving hydrophilicity may be further performed subsequently.
セパレータには親水性向上が求められるため、従来、種々の親水性処理が検討されてきた。一方、燃料電池の生産性向上のため、セパレータ上に予めガスケットを形成することも検討されてきた。これらは各々単独に検討されてきたので、未だ多くの複合課題を抱えているのが実情である。例えば、セパレータ上にガスケットが形成される際にガスケットを構成する材料中の疎水性成分がセパレータに付着し、この疎水性成分がセパレータの表面の親水性を低下させたり、セパレータに対して施される親水性向上のための表面処理の効果を阻害したりすることがある、という問題がある。 Since separators are required to improve hydrophilicity, various hydrophilic treatments have been conventionally studied. On the other hand, in order to improve the productivity of fuel cells, it has been studied to form a gasket on the separator in advance. Since each of these has been studied independently, the reality is that there are still many complex issues. For example, when a gasket is formed on the separator, a hydrophobic component in the material constituting the gasket adheres to the separator, and this hydrophobic component lowers the hydrophilicity of the separator surface or is applied to the separator. There is a problem that the effect of surface treatment for improving the hydrophilicity may be hindered.
しかし、上記のように成形体にガスケットが重ねられてから、ブラスト処理が施されると、ガスケットが成形体に重ねられる際に成形体に疎水性成分が付着しても、この疎水性成分がブラスト処理によって成形体から除去される。このため、セパレータの表面の良好な親水性が維持される。また成形体に対して親水性向上のための表面処理が施される場合にはこの表面処理の作用が阻害されにくくなる。これにより、ガスケットを備え、しかも表面の親水性が高いセパレータが得られる。これにより、取り扱い性に優れ、且つ生産性の高いセパレータを提供することが可能となる。 However, if the gasket is overlaid on the molded body as described above and then subjected to blasting, even if a hydrophobic component adheres to the molded body when the gasket is overlaid on the molded body, this hydrophobic component It is removed from the compact by blasting. For this reason, the favorable hydrophilic property of the surface of a separator is maintained. In addition, when surface treatment for improving hydrophilicity is performed on the molded body, the effect of this surface treatment is hardly inhibited. Thereby, a separator having a gasket and having a high surface hydrophilicity can be obtained. As a result, it is possible to provide a separator with excellent handleability and high productivity.
セパレータにガスケットが積層されてから、このセパレータにウエットブラスト処理が施される場合には、ウエットブラスト処理の条件は、ガスケットの表面に損傷が生じないように設定されることが好ましい。そのためには、ウエットブラスト処理の条件は、セパレータ表面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１）が、０．4〜１．6μｍとなる条件であることが好ましく、０．４〜１．２μｍとなる条件であれより好ましく、０．４〜０．８μｍとなる条件であれば更に好ましい。 When the gasket is laminated on the separator and then the wet blast treatment is performed on the separator, the wet blast treatment conditions are preferably set so that the gasket surface is not damaged. For this purpose, the conditions for the wet blast treatment are preferably such that the arithmetic average height Ra (JIS B0601: 2001) of the separator surface is 0.4 to 1.6 μm, and 0.4 to 1.2 μm. Is more preferable, and more preferable is a condition of 0.4 to 0.8 μm.
また、ウエットブラスト処理の条件は、セパレータの接触抵抗の数値が小さくなるように調整されることが好ましい。ただし、セパレータのシール部やガスケット表面粗さが大きくなりすぎるとガスリークが発生しやすくなるため好ましくない。 Moreover, it is preferable that the conditions of the wet blasting process are adjusted so that the numerical value of the contact resistance of the separator becomes small. However, if the separator seal portion or gasket surface roughness is too large, gas leakage is likely to occur, which is not preferable.
図５は、セパレータ２０と膜−電極複合体５とを備える複数の単位セルから構成される、燃料電池４０（セルスタック）の一例を示す。この燃料電池４０は、燃料用流路に連通する燃料の供給口１７１及び排出口１７２と、酸化剤用流路に連通する酸化剤の供給口１８１及び排出口１８２と、冷却用流路に連通する冷却水の供給口１９１及び排出口１９２とを有する。
FIG. 5 shows an example of a fuel cell 40 (cell stack) composed of a plurality of unit cells including the
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明はこの実施例には限定されない。 Examples of the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited to this Example.
［実施例及び比較例］
実施例１〜８並びに比較例１では、表１に示す原料成分を攪拌混合機（株式会社ダルトン製、５ＸＤＭＶ−ｒｒ型）に表１に示す組成となるように入れて９５℃に加熱しながら攪拌混合し、得られた混合物を整粒機で粒径５００μｍ以下に粉砕した。これにより、粉体状の成形材料を得た。この成形材料を、金型温度１８５℃、成形圧力３５．３ＭＰａ、成形時間２分の条件で圧縮成形した。次に金型を閉じたまま除圧し、３０秒間保持した後に金型を開き、成形体を取り出した。
[Examples and Comparative Examples]
In Examples 1 to 8 and Comparative Example 1, the raw material components shown in Table 1 were placed in a stirring mixer (5XDMV-rr type, manufactured by Dalton Co., Ltd.) so as to have the composition shown in Table 1, and heated to 95 ° C. The mixture was stirred and mixed, and the resulting mixture was pulverized to a particle size of 500 μm or less with a granulator. Thereby, a powdery molding material was obtained. This molding material was compression molded under the conditions of a mold temperature of 185 ° 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 after holding for 30 seconds, the mold was opened and the molded body was taken out.
また、比較例２では、原料成分を表１に示す組成となるように配合し、続いてロール工法により混練し、これにより得られた混合物を整粒機で粒径５００μｍ以下に粉砕した。これにより、粉体状の成形材料を得た。ロール工法においては、１０インチの２本ロールを用いて、ロール温度１１０℃、ロールのギャップ幅２ｍｍ、回転数１５ｒｐｍの条件を採用した。この成形材料を、金型温度１８５℃、成形圧力３５．３ＭＰａ、成形時間２分の条件で圧縮成形した。次に金型を閉じたまま除圧し、３０秒間保持した後に金型を開き、成形体を取り出した。 In Comparative Example 2, the raw material components were blended so as to have the composition shown in Table 1, and then kneaded by a roll method, and the resulting mixture was pulverized to a particle size of 500 μm or less with a granulator. Thereby, a powdery molding material was obtained. In the roll method, two 10-inch rolls were used under the conditions of a roll temperature of 110 ° C., a roll gap width of 2 mm, and a rotation speed of 15 rpm. This molding material was compression molded under the conditions of a mold temperature of 185 ° 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 after holding for 30 seconds, the mold was opened and the molded body was taken out.
得られた各成形体の形状は、２００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚み１．５ｍｍであった。成形体の厚み方向の第一面には長さ２５０ｍｍ、幅１ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝を５７本、第一面とは反対側の第二面には長さ２５０ｍｍ、幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝を５８本形成した。 The shape of each obtained molded body was 200 mm × 250 mm and the thickness was 1.5 mm. The first surface in the thickness direction of the molded body has 57 grooves having a length of 250 mm, a width of 1 mm, and a depth of 0.5 mm, and the second surface opposite to the first surface has a length of 250 mm and a width of 0.5 mm. 58 grooves having a depth of 0.5 mm were formed.
この成形体の表面に、マコー株式会社製のウエットブラスト処理装置（形式ＰＦＥ−３００Ｔ／Ｎ）を用い、砥粒としてアルミナ粒子を含むスラリー用いてブラスト処理を施した後、イオン交換水で洗浄し、更に温風乾燥することで、セパレータを得た。このセパレータの表面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１）を測定した結果を表１に示す。 The surface of this molded body is subjected to a blasting process using a slurry containing alumina particles as abrasive grains using a wet blasting apparatus (model PFE-300T / N) manufactured by Macau Corporation, and then washed with ion-exchanged water. Further, the separator was obtained by drying with warm air. Table 1 shows the results of measuring the arithmetic average height Ra (JIS B0601: 2001) of the surface of the separator.
［成形性評価］
各実施例及び比較例で得られたセパレータの外観を観察して、カスレ、離型不良などの成形不良の有無を確認した。各実施例及び比較例にいて１００個のセパレータを作製し、成形不良が確認されたサンプルの数により成形性を評価した。その結果を下記表に示す。
[Formability evaluation]
The appearance of the separators obtained in each of the examples and comparative examples was observed to confirm the presence or absence of molding defects such as scraping and mold release defects. In each example and comparative example, 100 separators were produced, and the moldability was evaluated by the number of samples in which molding defects were confirmed. The results are shown in the table below.
［突起成形性評価］
各実施例及び比較例で得られた成形材料を、金型温度１８５℃、成形圧力３５．３ＭＰａ、成形時間２分の条件で圧縮成形した。次に金型を閉じたまま除圧し、３０秒間保持した後に金型を開き、評価用の成形体を取り出した。
[Projection formability evaluation]
The molding materials obtained in each Example and Comparative Example were compression molded under the conditions of a mold temperature of 185 ° 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 after holding for 30 seconds, the mold was opened, and a molded article for evaluation was taken out.
得られた成形体の形状は、１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚み１．５ｍｍであった。
成形体の一面には、直径０．５ｍｍ、高さ０．５ｍｍの突起（第一の突起）を２０個、直径１ｍｍ、高さ１ｍｍの突起を２０個（第二の突起）、並びに直径２ｍｍ、高さ１ｍｍの突起（第三の突起）を２０個、形成した。
The shape of the obtained molded body was 100 mm × 100 mm and the thickness was 1.5 mm.
On one side of the molded body, there are 20 protrusions (first protrusions) having a diameter of 0.5 mm and a height of 0.5 mm, 20 protrusions having a diameter of 1 mm and a height of 1 mm (second protrusions), and a diameter of 2 mm. Twenty protrusions (third protrusions) having a height of 1 mm were formed.
この成形体の外観を観察して、カスレ、離型不良などの成形不良の有無を確認し、１箇所でも成形不良が確認された場合は不良と評価した。各実施例及び比較例について１００個のセパレータを作製し、成形不良が確認されたサンプルの数により成形性を評価した。 The appearance of this molded body was observed to check for molding defects such as scraping and mold release defects. When molding defects were confirmed even at one location, the molded body was evaluated as defective. 100 separators were prepared for each example and comparative example, and the moldability was evaluated by the number of samples in which molding defects were confirmed.
その結果を下記表に示す。また、表には、第一の突起に成形不良が確認されたサンプル数、第二の突起に成形不良が確認されたサンプル数、並びに第三の突起に成形不良が確認されたサンプル数も、併せて示す。 The results are shown in the table below. The table also shows the number of samples in which molding defects were confirmed in the first protrusion, the number of samples in which molding defects were confirmed in the second protrusion, and the number of samples in which molding defects were confirmed in the third protrusion. Also shown.
［黒鉛粒子アスペクト比評価］
各実施例及び比較例で得られたセパレータを加熱炉内で４５０℃で加熱することでセパレータを構成する樹脂成分の硬化物を灰化すると共に黒鉛粒子を残存させた。この黒鉛粒子のアスペクト比を測定した。その結果、黒鉛粒子のアスペクト比が１〜２の範囲である場合を○、黒鉛粒子のアスペクト比が２を超える場合を×と評価した。その結果を下記表に示す。
[Aspect ratio evaluation of graphite particles]
The separator obtained in each of the examples and the comparative examples was heated at 450 ° C. in a heating furnace to ash the cured resin component constituting the separator and to leave graphite particles. The aspect ratio of the graphite particles was measured. As a result, the case where the aspect ratio of the graphite particles was in the range of 1 to 2 was evaluated as ◯, and the case where the aspect ratio of the graphite particles exceeded 2 was evaluated as x. The results are shown in the table below.
［黒鉛粒子アスペクト比変化評価］
上記「黒鉛粒子アスペクト比評価」により測定されたセパレータ中の黒鉛粒子のアスペクト比と、成形材料中の黒鉛粒子のアスペクト比との差が０．２以内の場合を○、この差が０．２を超える場合を×と評価した。その結果を下記表に示す。
[Graphite particle aspect ratio change evaluation]
A case where the difference between the aspect ratio of the graphite particles in the separator and the aspect ratio of the graphite particles in the molding material measured by the above “graphite particle aspect ratio evaluation” is within 0.2, this difference is 0.2 The case where it exceeded was evaluated as x. The results are shown in the table below.
［断面ボイド観察評価］
各実施例及び比較例で得られたセパレータを
の四つの各隅部と、中央部とから、平面視１０ｍｍ×２０ｍｍの試験片を切り出した。各試験片を樹脂に埋め込んでから、試験片における長さ２０ｍｍの一つの断面を４００番の研磨布、６００番の研磨布、８００番の研磨布で順次研磨し、更にこの断面をバフ研磨した。続いて、この試験片の断面を観察した。その結果、断面に直径０．１ｍｍ以上のボイドが認められた場合を×、このようなボイドが認められない場合を○と、評価した。その結果を下記表に示す。
[Cross-section void observation evaluation]
A test piece having a plan view of 10 mm × 20 mm was cut out from each of the four corners and the central part of the separators obtained in each Example and Comparative Example. After embedding each test piece in the resin, one cross section of the test piece having a length of 20 mm was sequentially polished with No. 400 polishing cloth, No. 600 polishing cloth and No. 800 polishing cloth, and this cross section was further buffed. . Then, the cross section of this test piece was observed. As a result, the case where a void having a diameter of 0.1 mm or more was recognized in the cross section was evaluated as x, and the case where such a void was not recognized was evaluated as ◯. The results are shown in the table below.
［接触抵抗評価］
各実施例及び比較例で得られたセパレータを切断することで、一つのセパレータから平面視３０ｍｍ×３０ｍｍの寸法の９個の小片を切り出した。
[Contact resistance evaluation]
By cutting the separators obtained in each Example and Comparative Example, nine small pieces having a size of 30 mm × 30 mm in plan view were cut out from one separator.
これらの小片の上下にカーボンペーパーを配置し、更にその上下に銅板を配置し、上下方向に面圧１ＭＰａの圧力をかけた。そして、２枚のカーボンペーパー間の電圧を電圧計で測定すると共に２枚の銅板間の電流を電流計で測定し、その結果から接触抵抗を計算した。なお、使用したカーボンペーパーは、東レ株式会社製のＴＧＰ−Ｈ−Ｍシリーズ（０９０Ｍ：厚さ０．２８ｍｍ、１２０Ｍ：厚さ０．３８ｍｍ）である。 Carbon paper was placed above and below these small pieces, copper plates were further placed above and below them, and a surface pressure of 1 MPa was applied in the vertical direction. The voltage between the two carbon papers was measured with a voltmeter, and the current between the two copper plates was measured with an ammeter, and the contact resistance was calculated from the result. The carbon paper used is TGP-H-M series (090M: thickness 0.28 mm, 120M: thickness 0.38 mm) manufactured by Toray Industries, Inc.
各実施例及び比較例につき、９個の小片の接触抵抗の平均値を算出した。更に、接触抵抗の最小値に対する最大値の比率（百分率）を算出した。その結果を下記表に示す。 For each example and comparative example, the average value of the contact resistance of nine pieces was calculated. Furthermore, the ratio (percentage) of the maximum value to the minimum value of the contact resistance was calculated. The results are shown in the table below.
［固有抵抗比］
各実施例及び比較例で得られたセパレータの厚み方向と面方向の固有抵抗を、ＪＩＳ Ｒ７２２２に準拠して測定し、面方向の固有抵抗に対する厚み方向の固有抵抗の比を導出した。その結果を下記表に示す。
[Specific resistance ratio]
The specific resistances in the thickness direction and the surface direction of the separators obtained in each Example and Comparative Example were measured according to JIS R7222, and the ratio of the specific resistance in the thickness direction to the specific resistance in the surface direction was derived. The results are shown in the table below.
表中の各成分の詳細は次の通りである。尚、配合割合は、全ての成分を固形分に換算した割合である。
・熱硬化性樹脂Ａ：クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬株式会社製、品番ＥＯＣＮ−１０２０−７５、エポキシ当量１９９、融点７５℃）。
・熱硬化性樹脂Ｂ：レゾール型フェノール樹脂（群栄化学社製「サンプルＡ」、融点７５℃、１３Ｃ−ＮＭＲ分析によるオルト−オルト２５〜３５％、オルト−パラ６０〜７０％、パラ−パラ５〜１０％）。
・熱硬化性樹脂Ｃ：レゾール型フェノール樹脂（群栄化学社製、品番ＰＬ−４８０４）。
・硬化剤Ａ：ノボラック型フェノール樹脂（群栄化学工業株式会社製、品番ＰＳＭ６２００、ＯＨ当量１０５）。
・硬化促進剤：トリフェニルホスフィン（北興化学工業株式会社製、品番ＴＰＰ）。
・黒鉛粒子Ａ：アスペクト比１．１、平均粒子径５０μｍ、人造黒鉛。
・黒鉛粒子Ｂ：アスペクト比１．５、平均粒子径５０μｍ、人造黒鉛。
・黒鉛粒子Ｃ：アスペクト比１．９、平均粒子径５０μｍ、人造黒鉛。
・黒鉛粒子Ｄ：アスペクト比２．５、平均粒子径５０μｍ、人造黒鉛。
・黒鉛粒子Ｅ：アスペクト比１．５、平均粒子径５０μｍ、天然黒鉛。
・カップリング剤：エポキシシラン（日本ユニカー株式会社製、品番Ａ１８７）。
・ワックスＡ：天然カルナバワックス（大日化学工業株式会社製、品番Ｈ１−１００、融点８３℃）。
・ワックスＢ：モンタン酸ビスアマイド（大日化学工業株式会社製、品番Ｊ−９００、融点１２３℃）。
Details of each component in the table are as follows. In addition, a mixture ratio is a ratio which converted all the components into solid content.
Thermosetting resin A: Cresol novolac type epoxy resin (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., product number EOCN-1020-75, epoxy equivalent 199, melting point 75 ° C.).
Thermosetting resin B: Resol type phenol resin (“Sample A” manufactured by Gunei Chemical Co., Ltd., melting point 75 ° C., ortho-ortho 25-35% by 13C-NMR analysis, ortho-para 60-70%, para-para 5-10%).
Thermosetting resin C: Resol type phenol resin (manufactured by Gunei Chemical Co., product number PL-4804).
Curing agent A: Novolac type phenolic resin (manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd., product number PSM6200, OH equivalent 105).
Curing accelerator: Triphenylphosphine (Hokuko Chemical Co., Ltd., product number TPP).
Graphite particles A: aspect ratio 1.1, average particle size 50 μm, artificial graphite.
Graphite particle B: aspect ratio 1.5, average particle diameter 50 μm, artificial graphite.
Graphite particles C: aspect ratio 1.9, average particle size 50 μm, artificial graphite.
Graphite particles D: artificial graphite with an aspect ratio of 2.5, an average particle diameter of 50 μm.
Graphite particles E: aspect ratio 1.5, average particle size 50 μm, natural graphite.
Coupling agent: Epoxysilane (manufactured by Nippon Unicar Co., Ltd., product number A187).
Wax A: natural carnauba wax (manufactured by Dainichi Chemical Co., Ltd., product number H1-100, melting point 83 ° C.).
Wax B: Montanic acid bisamide (manufactured by Dainichi Chemical Co., Ltd., product number J-900, melting point 123 ° C.).
尚、上記の黒鉛粒子のアスペクト比は、株式会社セイシン企業製の型番ＰＩＴＡ−２（粒度・形状分布測定器）を用い、黒鉛粒子を撮影して得られた画像を画像処理することにより黒鉛粒子の最大長と最大垂直長とを導出し、この最大長を最大垂直長で割ることにより導出された値の、粒子数量基準での５０％累積値である。測定条件は次の通りである。
・キャリア：水。
・観察倍率：４倍（観察範囲３〜７５０μｍ）。
・観測測定粒子数：３０００個。
In addition, the aspect ratio of the above graphite particles is obtained by image processing an image obtained by photographing graphite particles using a model number PITA-2 (particle size / shape distribution measuring device) manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd. Is a 50% cumulative value on a particle quantity basis of a value derived by deriving the maximum length and the maximum vertical length of and dividing the maximum length by the maximum vertical length. The measurement conditions are as follows.
・ Carrier: Water.
Observation magnification: 4 times (observation range 3 to 750 μm).
-Number of observed particles: 3000.
２０ 燃料電池セパレータ
４０ 燃料電池
20
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