JP7110967B2 - METHOD FOR MANUFACTURING FUEL CELL SEPARATOR - Google Patents
METHOD FOR MANUFACTURING FUEL CELL SEPARATOR Download PDFInfo
- Publication number
- JP7110967B2 JP7110967B2 JP2018233915A JP2018233915A JP7110967B2 JP 7110967 B2 JP7110967 B2 JP 7110967B2 JP 2018233915 A JP2018233915 A JP 2018233915A JP 2018233915 A JP2018233915 A JP 2018233915A JP 7110967 B2 JP7110967 B2 JP 7110967B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- separator
- fuel cell
- carbon
- cleaning
- cathode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、ナノカーボン処理が行われる燃料電池用セパレータの製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell separator that is subjected to nanocarbon treatment.
この種の燃料電池用セパレータの製造方法として、チタン基材の表面にカーボンブラック（ＣＢ：Carbon Black）と酸化チタン（ＴｉＯ２）の混合層を形成し、低酸素分圧下で熱処理を行ういわゆるナノカーボン処理（以下、ＮＣ処理という。）が行われるセパレータの製造方法が開示されている（特許文献１参照）。この燃料電池用セパレータの製造方法においては、セパレータの表面に残ったカーボンブラックをエタノールを浸した不織布、例えば、旭化成株式会社製のベンコット（登録商標）で拭き取り、その後、水洗して乾燥させ、密着性などの評価を行っている。 This type of fuel cell separator is produced by forming a mixed layer of carbon black (CB) and titanium oxide (TiO 2 ) on the surface of a titanium base material and heat-treating it under a low oxygen partial pressure. A method for manufacturing a separator in which carbon treatment (hereinafter referred to as NC treatment) is performed is disclosed (see Patent Document 1). In this method for producing a fuel cell separator, the carbon black remaining on the surface of the separator is wiped off with a non-woven fabric impregnated with ethanol, for example, BENCOT (registered trademark) manufactured by Asahi Kasei Corporation, and then washed with water and dried to adhere tightly. Evaluating gender, etc.
しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法の場合、セパレータの洗浄液中への浸漬の回数が多くなると、セパレータの表面に残ったカーボンブラックが洗浄液中に脱落し、洗浄液中のカーボンブラックの量が増加してしまう。洗浄液中のカーボンブラックの量が増加すると、ＮＣ処理が行われたセパレータの表面に洗浄液中のカーボンブラックが再付着してしまう。カーボンブラックが再付着すると、洗浄工程の後のセパレータを接着する工程において、セパレータの表面に再付着したカーボンブラックにより、セパレータの表面と接着剤との接触面積が小さくなってしまい、接着性能が低下してしまうおそれがある。その結果、セパレータのシール性が低下してしまうおそれがあるという問題がある。
However, in the case of the fuel cell separator manufacturing method described in
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、洗浄工程におけるセパレータへのカーボンの再付着量を低減し、接着性能の低下によるシール性の低下を抑制することができる燃料電池用セパレータの製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve such problems, and is capable of reducing the amount of carbon redeposited on the separator in the cleaning process and suppressing the deterioration of the sealing performance due to the deterioration of the adhesion performance. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a separator for electronic devices.
本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、ナノカーボン処理を行ったセパレータの流路成形を行うプレス加工工程と、前記セパレータの表面に付着したカーボンを除去する洗浄工程と、前記セパレータに付着した洗浄液を乾燥させる乾燥工程と、を行う燃料電池用セパレータの製造方法であって、前記洗浄工程は、所定回数の洗浄を行った後、洗浄液のカーボン濃度を検出し、検出した前記カーボン濃度が１．２ｗｔ％未満であることを条件として、洗浄を完了し、前記乾燥工程に進むカーボン濃度検出工程を含むことを特徴とする。 A method for manufacturing a fuel cell separator according to the present invention includes a press working step of forming a channel in a separator subjected to nanocarbon treatment, a washing step of removing carbon adhering to the surface of the separator, and a carbon adhering to the separator. and a drying step of drying the washed cleaning liquid, wherein the cleaning step includes detecting the carbon concentration of the cleaning liquid after washing a predetermined number of times, and detecting the detected carbon concentration It is characterized by including a carbon concentration detection step in which the cleaning is completed and the drying step proceeds on condition that the concentration is less than 1.2 wt %.
本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法においては、洗浄工程において所定回数の洗浄が行われた後、洗浄工程に含まれるカーボン濃度検出工程において、洗浄液のカーボン濃度が検出される。検出されたカーボン濃度が１．２ｗｔ％未満であることを条件として、洗浄が完了する。洗浄液中のカーボン濃度が１．２ｗｔ％未満であると、洗浄工程において、セパレータの表面へのカーボンの再付着量（μｇ／ｃｍ２）が所定レベル以下に抑えられる。表面へのカーボンの再付着量が所定レベル以下に抑えられたセパレータが、次工程の乾燥工程に送られる。セパレータの表面へのカーボンの再付着量が所定レベル以下に抑えられることによって、接着性能の低下によるシール性の低下が抑制される。 In the method of manufacturing a fuel cell separator according to the present invention, after washing is performed a predetermined number of times in the washing process, the carbon concentration of the washing liquid is detected in the carbon concentration detection process included in the washing process. Provided that the detected carbon concentration is less than 1.2 wt%, the cleaning is complete. When the carbon concentration in the cleaning solution is less than 1.2 wt %, the amount of redeposited carbon (μg/cm 2 ) on the surface of the separator is suppressed to a predetermined level or less in the cleaning process. The separator with the amount of redeposition of carbon on the surface suppressed to a predetermined level or less is sent to the next drying step. By suppressing the amount of carbon redeposited on the surface of the separator to a predetermined level or less, deterioration in sealing performance due to deterioration in adhesion performance is suppressed.
本発明によれば、洗浄工程におけるセパレータへのカーボンの再付着量を所定レベル以下に抑え、接着性能の低下によるシール性の低下を抑制することができる燃料電池用セパレータの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a fuel cell separator, which can suppress the amount of carbon redeposited on the separator in the cleaning process to a predetermined level or less, and can suppress the deterioration of the sealing performance due to the deterioration of the adhesion performance. can be done.
本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法を適用した実施形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法について図面を参照して説明する。 A method for manufacturing a fuel cell separator according to an embodiment to which the method for manufacturing a fuel cell separator according to the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
まず、実施形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法で製造されるアノード側セパレータ１６およびカソード側セパレータ１７を備えた燃料電池セル１０について説明する。なお、本実施形態のアノード側セパレータ１６およびカソード側セパレータ１７は、本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法のセパレータに対応する。
First, the
燃料電池セル１０は、図１に示すように、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly、以下ＭＥＡという。)１１と、カソード側ガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion Layer、以下ＧＤＬという。）１２と、アノード側ＧＤＬ１３と、シール部材１４と、接着層１５と、カソード側セパレータ１６と、アノード側セパレータ１７とにより構成されている。
As shown in FIG. 1, the
ＭＥＡ１１は、電解質膜２１と、カソード側触媒層２２と、アノード側触媒層２３との接合体で構成されている。
The
カソード側ＧＤＬ１２およびアノード側ＧＤＬ１３は、ガス透過性および導電性を有する材料、例えば、カーボンペーパーなどの炭素繊維や黒鉛繊維などの多孔質の繊維基材で形成されている。カソード側ＧＤＬ１２は、カソード側触媒層２２の外側に接合されており、アノード側ＧＤＬ１３は、アノード側触媒層２３の外側に接合されている。
The cathode-
シール部材１４は、合成樹脂で枠状に形成されたコア材１４ａと、コア材１４ａの表面および裏面に形成された各接着層１４ｂを有する３層構造の接着シートで構成されている。シール部材１４は、カソード側セパレータ１６およびアノード側セパレータ１７を接着するとともに、接着層１５を介してＭＥＧＡ１１を構成する電解質膜２１と接着されている。
The
シール部材１４は、燃料極の水素ガス（Ｈ２）や空気極の酸素ガス（Ｏ２）が、微量ながら電解質膜を通過してしまうという、いわゆるクロスリークや触媒電極同士の電気的短絡を防ぐための機能を有している。
The sealing
接着層１５は、電解質膜２１よりも高い剛性や高い弾性を有する液状接着部材からなる。液状接着部材としては、例えばエポキシ樹脂からなる接着剤が挙げられる。接着層１５は、カソード側ＧＤＬ１２の端部とシール部材１４の端部との間、積層方向におけるカソード側ＧＤＬ１２とカソード側触媒層２２との間、積層方向におけるシール部材１４と電解質膜２１との間に形成されている。
The
カソード側セパレータ１６は、チタン（Ｔｉ）基材で形成されている。カソード側セパレータ１６は、カソード側ＧＤＬ１２およびシール部材１４に接合されており、カソード側ＧＤＬ１２の表面に沿って酸化剤ガスとしての空気を流す酸化剤ガス流路１６ａが形成されている。カソード側セパレータ１６の表面は、後述するＮＣ処理工程で、カーボンブラック（ＣＢ：Carbon Black）と酸化チタン（ＴｉＯ２）の混合層が形成されている。
The cathode-
アノード側セパレータ１７は、カソード側セパレータ１６と同様、チタン（Ｔｉ）基材で形成されている。アノード側セパレータ１７は、アノード側ＧＤＬ１３およびシール部材１４に接合されており、アノード側ＧＤＬ１３の表面に沿って燃料ガスとしての水素を流す燃料ガス流路１７ａが形成されている。アノード側セパレータ１７の表面は、カソード側セパレータ１６の表面と同様、後述するＮＣ処理工程で、カーボンブラック（ＣＢ：Carbon Black）と酸化チタン（ＴｉＯ２）の混合層が形成されている。
The anode-
次いで、燃料電池セル１０のカソード側セパレータ１６およびアノード側セパレータ１７をシールする工程、即ち、燃料電池セル１０のセル化工程について、図面を参照して簡単に説明する。
Next, the step of sealing the cathode-
燃料電池セル１０のセル化工程は、図２に示すように、積層工程と、加熱プレス工程と、冷却プレス工程とを含んでいる。積層工程においては、ＭＥＧＡ１１と、カソード側セパレータ１６およびアノード側セパレータ１７と、シール部材１４とが積層され、積層体１００が形成される。
As shown in FIG. 2, the
加熱プレス工程は、プレス型１０１により行われる。プレス型１０１は、上型１０２と積層体１００を保持する下型１０３とを有しており、上型１０２および下型１０３により積層体１００がプレス加工される。加熱プレス工程においては、まず、積層体１００が下型１０３にセットされる。積層体１００のセット後に、プレス型１０１が所定の温度（℃）になるまで加熱され、上型１０２と、下型１０３とにより積層体１００に対してそれぞれ圧力（ＭＰａ）が加えられ、いわゆる積層体１００のホットプレスが行われる。
The hot press process is performed by the press die 101 . The press die 101 has an
加熱プレス工程においては、カソード側セパレータ１６およびアノード側セパレータ１７が、シール部材１４により接着され、カソード側セパレータ１６およびアノード側セパレータ１７がシール部材１４によりシールされるとともに各構成要素が一体化される。
In the hot press process, the
冷却プレス工程においては、所定の温度（℃）に冷却されたプレス型１０１により、ホットプレス後の積層体１００が冷却され、シール部材１４および接着層１５が硬化する。即ち、積層体１００がセル化され燃料電池セル１０が形成される。なお、加熱時および冷却時の所定の温度（℃）は、積層体１００の設定諸元や実験値などのデータに基づいて適宜選択される。
In the cooling press step, the press die 101 cooled to a predetermined temperature (° C.) cools the laminated
次いで、本実施形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法におけるカソード側セパレータ１６およびアノード側セパレータ１７の製造工程について、図面を参照して説明する。なお、カソード側セパレータ１６およびアノード側セパレータ１７は同様の工程で製造されるので、カソード側セパレータ１６およびアノード側セパレータ１７を総称してセパレータとし、以下、セパレータの製造工程について説明する。
Next, the steps of manufacturing the
セパレータの製造工程は、図３に示すように、ＮＣ処理工程と、プレス加工工程と、洗浄工程と、乾燥工程とを含んで構成されている。洗浄工程は、カーボン濃度検出工程を含んでおり、これらの各工程は順に行われる。 As shown in FIG. 3, the separator manufacturing process includes an NC process, a press process, a cleaning process, and a drying process. The cleaning process includes a carbon concentration detection process, and each of these processes is performed in sequence.
ＮＣ処理工程においては、チタン（Ｔｉ）基材の表面にカーボンブラック（ＣＢ：Carbon Black）と酸化チタン（ＴｉＯ２）の混合層が形成される（ステップＳ１）。チタン基材は、純チタンまたはチタン合金からなり、所定の厚み（ｍｍ）を有する板材からなる。なお、本実施形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法におけるカーボンブラックは、本発明に係る燃料電池用セパレータの製造方法におけるカーボンに対応する。 In the NC processing step, a mixed layer of carbon black (CB) and titanium oxide (TiO 2 ) is formed on the surface of a titanium (Ti) base (step S1). The titanium base material is made of pure titanium or a titanium alloy, and is a plate material having a predetermined thickness (mm). The carbon black in the fuel cell separator manufacturing method according to the present embodiment corresponds to carbon in the fuel cell separator manufacturing method according to the present invention.
チタン基材は、コイル状に巻かれた長尺帯状のものであってもよく、所定の寸法に切断された枚葉状のものであってもよい。カーボンブラックは、直径３～５００ｎｍ程度の炭素の微粒子で、いわゆるナノカーボンからなる。 The titanium base material may be in the form of a long strip wound into a coil, or may be in the form of a sheet cut into a predetermined size. Carbon black is fine carbon particles having a diameter of about 3 to 500 nm, and is composed of so-called nanocarbon.
混合層の形成は、まず、チタン基材の表面にカーボンブラックが塗布され、その後、大気よりも酸素濃度が低い低酸化性雰囲気下で、かつ８５０℃以下の比較的に低い温度で行う処理、いわゆる低酸化処理を行い、チタン基材のチタン成分をカーボンブラック塗膜側へと外方拡散させることにより行われる。 The mixed layer is first coated with carbon black on the surface of the titanium base material, and then treated in a low oxidizing atmosphere with a lower oxygen concentration than the air at a relatively low temperature of 850 ° C. or less. A so-called low-oxidation treatment is performed to outwardly diffuse the titanium component of the titanium base material toward the carbon black coating film side.
混合層の形成により、混合層に含まれるカーボンブラックと酸化チタンは、燃料電池内の高温酸性雰囲気（例えば、８０℃、ｐＨ２）でも酸化が進まず安定している。この混合層中でカーボンブラック部分が導電パスとなり、酸化チタン部分が耐食性を発揮することで、導電性を有するとともに、耐食性を有するセパレータが形成される。 Due to the formation of the mixed layer, carbon black and titanium oxide contained in the mixed layer are stable and do not oxidize even in a high-temperature acidic atmosphere (for example, 80° C., pH 2) in the fuel cell. In this mixed layer, the carbon black portion becomes a conductive path, and the titanium oxide portion exerts corrosion resistance, thereby forming a separator having both conductivity and corrosion resistance.
プレス加工工程では、セパレータの流路成形が行われる。プレス加工工程においては、コイル状に巻かれた長尺帯状または所定の寸法に切断された枚葉状のチタン基材が図示しない下型にセットされる。チタン基材が下型にセットされると、上型と、下型とによりチタン基材に対してそれぞれ圧力（ＭＰａ）が加えられ、プレス加工が行われる。プレス加工により、流路を有する凹凸形状のセパレータが形成される（ステップＳ２）。 In the press working process, the flow paths of the separator are formed. In the press working step, a long band-shaped titanium base material wound into a coil or a sheet-shaped titanium base material cut to a predetermined size is set in a lower die (not shown). When the titanium base material is set in the lower mold, pressure (MPa) is applied to the titanium base material by the upper mold and the lower mold, respectively, and press working is performed. A concave-convex separator having flow paths is formed by pressing (step S2).
洗浄工程においては、プレス加工により成形されたセパレータを公知の洗浄液が満たされた洗浄槽に所定時間浸漬し、引き上げることにより行われる（ステップＳ３）。また、洗浄工程においては、カーボン濃度検出工程により、洗浄槽内の洗浄液中のカーボン濃度が検出され図示しないコントローラによりカーボン濃度の管理が行われる。 In the cleaning step, the separator formed by pressing is immersed in a cleaning tank filled with a known cleaning liquid for a predetermined period of time, and then pulled out (step S3). In the cleaning process, the carbon concentration in the cleaning liquid in the cleaning tank is detected by the carbon concentration detection process, and the carbon concentration is managed by a controller (not shown).
なお、洗浄液としては、例えば、常温または加熱されたイオン交換水などの洗浄水やアルカリ溶液が挙げられる。ここで、イオン交換水は、原水に含まれる鉄、ニッケル、カルシウムなどの金属イオンからなる陽イオンを水素イオンに置き換える陽イオン交換樹脂と、塩素イオン、炭酸イオン、ホウ酸イオンなどのアルカリ成分からなる陰イオンを水酸イオンに置き換える陰イオン交換樹脂により脱イオン化が行われて不純物が取り除かれた精製水を意味する。 Examples of the cleaning liquid include room temperature or heated cleaning water such as ion-exchanged water and an alkaline solution. Here, ion-exchanged water is composed of a cation exchange resin that replaces the cations composed of metal ions such as iron, nickel, and calcium contained in raw water with hydrogen ions, and alkali components such as chloride ions, carbonate ions, and borate ions. It means purified water from which impurities have been removed by deionization with an anion exchange resin that replaces anions with hydroxyl ions.
洗浄工程は、具体的には、図３に示すように、カーボン濃度検出工程において、まず、セパレータが洗浄槽に所定時間浸漬されて洗浄される（ステップＳ１１）。続いて、カウンタなどの計測器により洗浄回数が計測され、計測信号がコントローラに送られる（ステップＳ１２）。 Specifically, as shown in FIG. 3, in the carbon concentration detection step, the separator is first immersed in a cleaning tank for a predetermined period of time and cleaned (step S11). Subsequently, the number of washings is measured by a measuring device such as a counter, and a measurement signal is sent to the controller (step S12).
コントローラは、送られた計測信号に基づいて、洗浄槽内におけるセパレータの洗浄回数を算出し、算出した洗浄回数が所定回数以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。洗浄回数が所定回数以上でないと判定された場合は、セパレータの洗浄を完了し、次工程の乾燥工程に移行する。 The controller calculates the number of times the separator is washed in the washing tank based on the sent measurement signal, and determines whether or not the calculated number of times of washing is equal to or greater than a predetermined number (step S13). If it is determined that the number of times of washing is not equal to or greater than the predetermined number of times, the washing of the separator is completed, and the next step, the drying step, is performed.
ステップＳ１３において、洗浄槽内におけるセパレータの洗浄回数が所定回数以上である判定された場合は、洗浄槽内の洗浄液のカーボン濃度が濃度検出器により検出され、検出信号がコントローラに送られる（ステップＳ１４）。 If it is determined in step S13 that the number of times the separator has been washed in the washing tank is equal to or greater than the predetermined number of times, the carbon concentration of the washing liquid in the washing tank is detected by the concentration detector, and a detection signal is sent to the controller (step S14). ).
コントローラは、送られた検出信号に基づいて、洗浄槽内の洗浄液のカーボン濃度を算出し、算出したカーボン濃度が１．２ｗｔ％未満であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。カーボン濃度が１．２ｗｔ％未満であると判定された場合は、洗浄を完了し、次工程の乾燥工程に移行する。 The controller calculates the carbon concentration of the cleaning liquid in the cleaning tank based on the sent detection signal, and determines whether the calculated carbon concentration is less than 1.2 wt % (step S15). If the carbon concentration is determined to be less than 1.2 wt%, the cleaning is completed and the next step, the drying step, is performed.
ステップＳ１５において、カーボン濃度が１．２ｗｔ％未満でないと判定された場合は、洗浄槽内の洗浄液が交換される（ステップＳ１６）。洗浄槽内の洗浄液の交換により、洗浄液が新たになったのでコントローラは、洗浄回数を０回にリセットし（ステップＳ１７）、カウンタなどの計測器により、新たに洗浄回数の計測が開始される。そして、カーボン濃度が１．２ｗｔ％以上となったカーボン濃度の高い洗浄液で洗浄されたセパレータが再洗浄され（ステップＳ１８）、ステップＳ１２に戻る。 If it is determined in step S15 that the carbon concentration is not less than 1.2 wt %, the cleaning liquid in the cleaning tank is replaced (step S16). Since the cleaning liquid in the cleaning tank is replaced with a new cleaning liquid, the controller resets the number of times of cleaning to 0 (step S17), and the measurement of the number of times of cleaning is newly started by a measuring instrument such as a counter. Then, the separator that has been washed with a high-carbon-concentration washing liquid with a carbon concentration of 1.2 wt % or more is washed again (step S18), and the process returns to step S12.
乾燥工程においては、洗浄工程において表面に付着しているカーボンブラックや異物が洗浄により除去されたセパレータが、比較的に高温の乾燥炉、例えば、１００℃～３００℃程度の真空乾燥炉内にセットされる。真空乾燥炉内でセパレータに付着した洗浄液が除去され、セパレータが乾燥する。乾燥したセパレータは次工程に送られる（ステップＳ４）。 In the drying process, the separator from which the carbon black and foreign substances adhering to the surface in the washing process have been removed by washing is set in a relatively high-temperature drying oven, for example, a vacuum drying oven at about 100°C to 300°C. be done. The cleaning liquid adhering to the separator is removed in the vacuum drying oven, and the separator is dried. The dried separator is sent to the next step (step S4).
以上のように構成された実施形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法によりチタン基材にＮＣ処理を行い、ＮＣ処理済のチタン基材およびシール部材１４の接着性能について検証を行った。以下、検証内容および実施形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法の効果について図面を参照して説明する。
A titanium base material was subjected to NC treatment by the fuel cell separator manufacturing method according to the embodiment configured as described above, and the adhesion performance between the NC-treated titanium base material and the sealing
実施形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法によりＮＣ処理を行った複数のチタン基材を種々のカーボン濃度を有するカーボンブラック洗浄液にそれぞれ浸漬した後、乾燥し、チタン基材とシール部材１４との接着強度の測定を行った。 A plurality of titanium base materials subjected to NC treatment by the fuel cell separator manufacturing method according to the embodiment are immersed in carbon black cleaning liquids having various carbon concentrations, and then dried. Adhesion strength measurements were performed.
具体的には、ＮＣ処理済みのチタン基材は、以下の方法で作製した。まず、表面に幾何学模様の凹部が形成され、凹部の空間に塗工液を供給して塗工することができるグラビアロールに、カーボンブラックを供給してグラビアロールによりチタン基材の表面にカーボンブラックを塗布した。 Specifically, an NC-treated titanium base material was produced by the following method. First, carbon black is supplied to a gravure roll, which is capable of coating by supplying a coating liquid to the space of the recess, and the carbon black is applied to the surface of the titanium base material by the gravure roll. painted black.
その後、カーボンブラックを塗布したチタン基材に対して、温度５５０℃～７００℃および酸素分圧１Ｐａ～１００Ｐａの雰囲気中で、５秒間～６０秒間、低酸化処理を行い、基材のチタン成分をカーボンブラック塗膜側へと外方拡散させて、カーボンブラックと酸化チタンとの混合層を形成した。 After that, the titanium base material coated with carbon black is subjected to a low oxidation treatment for 5 to 60 seconds in an atmosphere at a temperature of 550° C. to 700° C. and an oxygen partial pressure of 1 Pa to 100 Pa to remove the titanium component of the base material. A mixed layer of carbon black and titanium oxide was formed by outward diffusion toward the carbon black coating film side.
その後、混合層が形成されたチタン基材に対して、ブラシ洗浄、超音波洗浄を行い、前述の低酸化処理において、酸化チタンと混合化されずセパレータの表面に残ったカーボンブラックを除去した。 After that, the titanium base material on which the mixed layer was formed was subjected to brush cleaning and ultrasonic cleaning to remove carbon black that had not been mixed with titanium oxide and remained on the surface of the separator in the aforementioned low oxidation treatment.
その後、チタン基材の表面に残ったカーボンブラックを除去したチタン基材に対して、温度５８０℃～６５０℃および酸素分圧３Ｐａ～３０Ｐａの雰囲気中で、１０秒間～３０秒間、安定化処理を行い、ＮＣ処理済みのチタン基材を作製した。 After that, the titanium base material from which the carbon black remaining on the surface of the titanium base material has been removed is subjected to stabilization treatment in an atmosphere at a temperature of 580° C. to 650° C. and an oxygen partial pressure of 3 Pa to 30 Pa for 10 to 30 seconds. Then, an NC-treated titanium base material was produced.
次いで、作製したＮＣ処理済みのチタン基材を所定量のカーボンブラックを添加したカーボンブラック洗浄液に浸漬し、引き上げた後に１００℃で乾燥した。カーボンブラック洗浄液は、種々のカーボン濃度を有するものを用意し、カーボン濃度別にチタン基材を分けて浸漬した。ＮＣ処理済みのチタン基材をカーボンブラック洗浄液に浸漬する前に、ＮＣ処理済みのチタン基材の重量（ｇ）を測定し、さらに、ＮＣ処理済みのチタン基材の乾燥後に、ＮＣ処理済みのチタン基材の重量（ｇ）を測定した。浸漬前と乾燥後のＮＣ処理済みのチタン基材の重量に基づいてＮＣ処理済みのチタン基材へのカーボンブラックの再付着量（μｇ／ｃｍ２）を算出した。 Next, the prepared NC-treated titanium base material was immersed in a carbon black cleaning liquid containing a predetermined amount of carbon black, pulled out, and then dried at 100°C. Carbon black cleaning liquids having various carbon concentrations were prepared, and the titanium substrates were separately immersed according to the carbon concentrations. Before immersing the NC-treated titanium substrate in the carbon black cleaning solution, the weight (g) of the NC-treated titanium substrate was measured, and after drying the NC-treated titanium substrate, the NC-treated titanium substrate was weighed. The weight (g) of the titanium substrate was measured. Based on the weight of the NC-treated titanium substrate before immersion and after drying, the amount of redeposited carbon black (μg/cm 2 ) on the NC-treated titanium substrate was calculated.
カーボンブラック洗浄液は、イオン交換水からなり、以下のように作製した。即ち、このイオン交換液中のカーボン濃度を調整するために、イオン交換液中にカーボンブラックを微粒子状に散在させる分散を行い、カーボンブラック分散水からなるカーボンブラック洗浄液を作製した。カーボンブラックの原料として、東海カーボン株式会社製のAqua-Black（登録商標）を使用した。 The carbon black washing liquid consisted of ion-exchanged water and was prepared as follows. That is, in order to adjust the carbon concentration in this ion-exchange liquid, fine particles of carbon black were dispersed in the ion-exchange liquid to prepare a carbon black cleaning liquid comprising carbon black-dispersed water. As a raw material for carbon black, Aqua-Black (registered trademark) manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd. was used.
次いで、温水剥離強度（Ｎ／ｍｍ）の試験方法にしたがって、ＮＣ処理済みのチタン基材とシール部材１４との接着強度、即ち、温水剥離強度（Ｎ／ｍｍ）を測定した。
Next, the adhesive strength between the NC-treated titanium substrate and the
まず、図４に示すように、ＮＣ処理済みのチタン基材をＬ字形に加工し、図示しない貫通孔を形成したものをカーボンブラック洗浄液のカーボン濃度別に２個ずつ作製した。そして、所定の大きさおよび厚みのシール部材１４を１個作製し、所定の長さおよび太さのワイヤーを２個作製した。シール部材１４は、マレイン酸ポリプロピレン（ＰＰ）で作製した。
First, as shown in FIG. 4, an NC-treated titanium base material was processed into an L-shape, and two through-holes (not shown) were formed for each carbon concentration of the carbon black cleaning solution. Then, one sealing
作製した一対のＬ字形のチタン基材でシール部材１４を挟み込んで、Ｔ字形に組み付け、加熱およびプレスにより一対のＬ字形のチタン基材をシール部材１４で接着し、Ｔ字形の剥離試験片を作製した。作製したＴ字形の剥離試験片の一方の貫通孔にワイヤーを挿入するとともに、Ｔ字形の剥離試験片の他方の貫通孔にワイヤーを挿入しワイヤーを介しておもりをＴ字形の剥離試験片の他方に装着した。
The
そして、ワイヤーおよびおもりを装着したＴ字形の剥離試験片を温水が満たされている温水槽に浸漬し、Ｔ字形の剥離試験片の一方の貫通孔に挿入したワイヤーの端部を図示しない支持部材に装着して、Ｔ字形の剥離試験片を温水槽中にセットした。温水槽中の温水は、９５℃に設定されている。 Then, the T-shaped peel test piece to which the wire and the weight are attached is immersed in a hot water bath filled with warm water, and the end of the wire inserted into one of the through holes of the T-shaped peel test piece is inserted into a supporting member (not shown). and set the T-shaped peel test piece in a hot water bath. The hot water in the hot water tank is set at 95°C.
Ｔ字形の剥離試験片に装着したおもりを異なる重さのおもりに交換することで、一対のＬ字形のチタン基材とシール部材１４とが剥離するおもりの重さ（ｇ）を特定し、温水剥離強度（Ｎ／ｍｍ）を測定した。
By replacing the weight attached to the T-shaped peel test piece with a weight of a different weight, the weight (g) of the weight at which the pair of L-shaped titanium base material and the
温水剥離強度（Ｎ／ｍｍ）を測定した結果、図５に示すように、洗浄液のカーボン濃度（ｗｔ％）が、０．００００１ｗｔ％～１．２ｗｔ％までは、温水剥離強度（Ｎ／ｍｍ）が、ほぼ一定の値となっているが、カーボン濃度（ｗｔ％）が１．２ｗｔ％を超えると急激に温水剥離強度（Ｎ／ｍｍ）が低下することが分かった。 As a result of measuring the hot water peel strength (N/mm), as shown in FIG. 5, the hot water peel strength (N/mm) is However, it was found that the hot water peel strength (N/mm) rapidly decreased when the carbon concentration (wt%) exceeded 1.2 wt%, although the value was almost constant.
また、図６に示すように、カーボン再付着量（μｇ／ｃｍ２）が０．００００１μｇ／ｃｍ２～４μｇ／ｃｍ２までは、温水剥離強度（Ｎ／ｍｍ）が、ほぼ一定の値となっているが、カーボン再付着量（μｇ／ｃｍ２）が、４μｇ／ｃｍ２を超えると急激に温水剥離強度（Ｎ／ｍｍ）が低下することが分かった。 Further, as shown in FIG. 6, when the carbon redeposition amount (μg/cm 2 ) is from 0.00001 μg/cm 2 to 4 μg/cm 2 , the hot water peel strength (N/mm) becomes a substantially constant value. However, it was found that when the carbon redeposition amount (μg/cm 2 ) exceeds 4 μg/cm 2 , the hot water peel strength (N/mm) drops sharply.
図５に示すように、カーボンブラック洗浄液中のカーボン濃度が１．２ｗｔ％未満であると、温水剥離強度（Ｎ／ｍｍ）が適性値で維持されており、図６に示すように、カーボン再付着量（μｇ／ｃｍ２）が４μｇ／ｃｍ２未満であると、温水剥離強度（Ｎ／ｍｍ）が適性値で維持されることが検証された。 As shown in FIG. 5, when the carbon concentration in the carbon black cleaning solution is less than 1.2 wt %, the hot water peel strength (N/mm) is maintained at an appropriate value, and as shown in FIG. It was verified that the adhesion amount (μg/cm 2 ) is less than 4 μg/cm 2 and the hot water peel strength (N/mm) is maintained at an appropriate value.
したがって、カーボンブラック洗浄液中のカーボン濃度が１．２ｗｔ％未満であれば、カソード側セパレータ１６およびアノード側セパレータ１７の表面へのカーボン再付着量が４μｇ／ｃｍ２未満になり、カーボン再付着量を低減させることができることが分かった。
Therefore, if the carbon concentration in the carbon black cleaning liquid is less than 1.2 wt%, the amount of carbon redeposition on the surfaces of the
本実施形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、洗浄工程（ステップＳ３）において所定回数の洗浄が行われた後、洗浄工程（ステップＳ３）に含まれるカーボン濃度検出工程において、洗浄液のカーボン濃度が検出（ステップＳ１４）されるように構成されている。そして、本実施形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法は、検出されたカーボン濃度が１．２ｗｔ％未満であることを条件として、洗浄が完了するようにしている。その結果、洗浄工程（ステップＳ３）において、カソード側セパレータ１６およびアノード側セパレータ１７の表面へのカーボンの再付着量が低減されるという効果が得られる。
In the method for manufacturing a fuel cell separator according to the present embodiment, after washing is performed a predetermined number of times in the washing step (step S3), in the carbon concentration detection step included in the washing step (step S3), the carbon concentration of the washing liquid is is detected (step S14). In the method of manufacturing a fuel cell separator according to the present embodiment, cleaning is completed on condition that the detected carbon concentration is less than 1.2 wt %. As a result, in the cleaning step (step S3), the effect of reducing the amount of carbon redeposited on the surfaces of the cathode-
本実施形態に係る燃料電池用セパレータの製造方法においては、カーボン濃度が１．２ｗｔ％未満であることの条件を規定しているので、カソード側セパレータ１６およびアノード側セパレータ１７の表面へのカーボンの再付着量を問題のない適性値の範囲内の量に抑えることができる。カソード側セパレータ１６およびアノード側セパレータ１７の表面へのカーボンの再付着量が問題のない適性値の範囲内の量まで低減されると、カソード側セパレータ１６およびアノード側セパレータ１７とシール部材１４との接触面積（ｃｍ２）が適性値で確保されるため、接着性能の低下によるシール性の低下が抑制されるという効果が得られる。
In the method of manufacturing a fuel cell separator according to the present embodiment, the condition is defined that the carbon concentration is less than 1.2 wt %. It is possible to suppress the redeposition amount to an amount within a range of suitable values that pose no problem. When the amount of redeposited carbon on the surfaces of the cathode-
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the invention described in the claims. Changes can be made.
１０・・・燃料電池セル、１１・・・ＭＥＡ、１２・・・カソード側ＧＤＬ、１３・・・アノード側ＧＤＬ、１４・・・シール部材、１４ａ・・・コア材、１４ｂ，１５・・・接着層、１６・・・カソード側セパレータ（セパレータ）、１６ａ・・・酸化剤ガス流路、１７・・・アノード側セパレータ（セパレータ）、１７ａ・・・燃料ガス流路、２１・・・電解質膜、２２・・・カソード側触媒層、２３・・・アノード側触媒層
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記洗浄工程は、所定回数の洗浄を行った後、洗浄液のカーボン濃度を検出し、検出した前記カーボン濃度が１．２ｗｔ％未満であることを条件として、洗浄を完了し、前記乾燥工程に進むカーボン濃度検出工程を含むことを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
A fuel cell that performs a press working step of forming channels in a nanocarbon-treated separator, a cleaning step of removing carbon adhering to the surface of the separator, and a drying step of drying the cleaning liquid adhering to the separator. A method for manufacturing a separator for
In the cleaning step, after performing cleaning a predetermined number of times, the carbon concentration of the cleaning liquid is detected, and on the condition that the detected carbon concentration is less than 1.2 wt%, the cleaning is completed and the drying step proceeds. A method for manufacturing a fuel cell separator, comprising a carbon concentration detection step.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018233915A JP7110967B2 (en) | 2018-12-13 | 2018-12-13 | METHOD FOR MANUFACTURING FUEL CELL SEPARATOR |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018233915A JP7110967B2 (en) | 2018-12-13 | 2018-12-13 | METHOD FOR MANUFACTURING FUEL CELL SEPARATOR |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2020095886A JP2020095886A (en) | 2020-06-18 |
| JP7110967B2 true JP7110967B2 (en) | 2022-08-02 |
Family
ID=71085103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018233915A Active JP7110967B2 (en) | 2018-12-13 | 2018-12-13 | METHOD FOR MANUFACTURING FUEL CELL SEPARATOR |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7110967B2 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018170291A (en) | 2014-05-28 | 2018-11-01 | 株式会社神戸製鋼所 | Separator material for fuel cell and method for producing the same |
| JP6962202B2 (en) | 2018-01-10 | 2021-11-05 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell separator inspection method |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4327530B2 (en) * | 2003-08-19 | 2009-09-09 | 本田技研工業株式会社 | Method for producing stainless steel separator for fuel cell |
| JP2020095795A (en) * | 2018-12-10 | 2020-06-18 | トヨタ自動車株式会社 | Manufacturing method of separator |
-
2018
- 2018-12-13 JP JP2018233915A patent/JP7110967B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018170291A (en) | 2014-05-28 | 2018-11-01 | 株式会社神戸製鋼所 | Separator material for fuel cell and method for producing the same |
| JP6962202B2 (en) | 2018-01-10 | 2021-11-05 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell separator inspection method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2020095886A (en) | 2020-06-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4366872B2 (en) | FUEL CELL GAS SEPARATOR, METHOD FOR PRODUCING THE FUEL CELL SEPARATOR, AND FUEL CELL | |
| JP5122149B2 (en) | Manufacturing method of membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell | |
| US7977012B2 (en) | Method of coating a surface of a fuel cell plate | |
| KR101319095B1 (en) | Battery current collector foil, method of manufacturing battery current collector foil, and battery | |
| JP5190610B2 (en) | Membrane electrode assembly, method for producing the same, and fuel cell | |
| JP7110967B2 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING FUEL CELL SEPARATOR | |
| JP2003082488A (en) | Membrane-electrode assembly and its manufacturing method | |
| JP5742457B2 (en) | Manufacturing method of electrolyte membrane for fuel cell | |
| JP6131973B2 (en) | Method for producing reinforced electrolyte membrane, method for producing membrane electrode assembly, and membrane electrode assembly | |
| JP6856012B2 (en) | Separator for fuel cells | |
| JP6904661B2 (en) | Manufacturing method of separator for fuel cell | |
| US20110059384A1 (en) | Activation method for membrane electrode assembly, membrane electrode assembly, and solid polymer-type fuel cell using same | |
| JP2006286560A (en) | Membrane for solid polymer fuel cell and manufacturing method of electrode jointed conjugate | |
| JP5614468B2 (en) | Manufacturing method of gas diffusion electrode for fuel cell | |
| CN105510387A (en) | Inspection device | |
| JP2004319139A (en) | Membrane electrode assembly and its manufacturing method | |
| JP4923627B2 (en) | Method for producing reinforced electrolyte membrane | |
| JP2020095795A (en) | Manufacturing method of separator | |
| JP2005093167A (en) | Gas diffusion electrode for solid polymer type fuel cell, and its manufacturing method | |
| JP2010199050A (en) | Composite electrolyte membrane for fuel cell and method for manufacturing the same | |
| JP2017162733A (en) | Membrane-electrode assembly for fuel battery and method for manufacturing the same | |
| KR20120000650A (en) | Method for fabricating metal separator using hydrophilic tretment | |
| JP5958413B2 (en) | Method and apparatus for manufacturing fuel cell member | |
| US20220393302A1 (en) | Method for manufacturing a porous film | |
| CN105378992A (en) | Paste for diffusion layer formation and production method thereof and production method of gas diffusion layer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210827 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220616 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220621 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220704 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7110967 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |