JPH05205750A - 炭素質予備成形体及び燃料電池用電極基板の製造方法 - Google Patents
炭素質予備成形体及び燃料電池用電極基板の製造方法Info
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- JPH05205750A JPH05205750A JP4100608A JP10060892A JPH05205750A JP H05205750 A JPH05205750 A JP H05205750A JP 4100608 A JP4100608 A JP 4100608A JP 10060892 A JP10060892 A JP 10060892A JP H05205750 A JPH05205750 A JP H05205750A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 均質な炭素質予備成形体を圧縮成形した後、
焼成し、ガス透過性、電気伝導性、機械的強度に優れる
と共に、細孔とその分布がコントロールされた燃料電池
用電極基板を得る。 【構成】 炭素繊維化可能な繊維又は炭素繊維の短繊維
２０〜５０重量％、炭化収率４０〜７５重量％の結合剤
１５〜５０重量％、及び炭化収率３０重量％以下の有機
粒状物質３０〜６０重量％を用い、抄紙構造を有する予
備成形体とする。その後、予備成形体を加熱加圧成形す
ることにより、有機粒状物質の偏析がなく均質な成形体
を得ることができる。この成形体を炭化又は黒鉛化する
ことにより、燃料電池用電極基板が得られる。特に、有
機粒状物質として熱により軟化しない熱硬化性樹脂の硬
化物を用いる場合には、より優れた性能を有する電極基
板が得られる。
焼成し、ガス透過性、電気伝導性、機械的強度に優れる
と共に、細孔とその分布がコントロールされた燃料電池
用電極基板を得る。 【構成】 炭素繊維化可能な繊維又は炭素繊維の短繊維
２０〜５０重量％、炭化収率４０〜７５重量％の結合剤
１５〜５０重量％、及び炭化収率３０重量％以下の有機
粒状物質３０〜６０重量％を用い、抄紙構造を有する予
備成形体とする。その後、予備成形体を加熱加圧成形す
ることにより、有機粒状物質の偏析がなく均質な成形体
を得ることができる。この成形体を炭化又は黒鉛化する
ことにより、燃料電池用電極基板が得られる。特に、有
機粒状物質として熱により軟化しない熱硬化性樹脂の硬
化物を用いる場合には、より優れた性能を有する電極基
板が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リン酸型燃料電池など
の電極板を作成する上で有用な炭素質予備成形体及び燃
料電池用電極基板に関する。
の電極板を作成する上で有用な炭素質予備成形体及び燃
料電池用電極基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、他の発電装置と異なり、Ｓ
Ｏx 、ＮＯx 及び粉塵などの公害物質の発生が極めて少
なく、騒音発生源も少ないなどの特徴を有している。こ
のような燃料電池のうちリン酸型燃料電池は、電解液の
両側にポーラスな陰極と陽極を設けて単位セルを構成
し、各単位セルをセパレータを介して積層した構造を有
する。前記陰極および陽極には、電気エネルギーへの変
換効率を高めるため、細孔分布がコントロールされ、ガ
ス透過性が高いことが要求される。さらに、電気伝導
性、熱伝導性、機械的強度および作動温度における耐リ
ン酸液性などが要求される。
Ｏx 、ＮＯx 及び粉塵などの公害物質の発生が極めて少
なく、騒音発生源も少ないなどの特徴を有している。こ
のような燃料電池のうちリン酸型燃料電池は、電解液の
両側にポーラスな陰極と陽極を設けて単位セルを構成
し、各単位セルをセパレータを介して積層した構造を有
する。前記陰極および陽極には、電気エネルギーへの変
換効率を高めるため、細孔分布がコントロールされ、ガ
ス透過性が高いことが要求される。さらに、電気伝導
性、熱伝導性、機械的強度および作動温度における耐リ
ン酸液性などが要求される。
【０００３】従来、燃料電池電極板の製造方法として、
フェノール樹脂などの結合剤と、炭素繊維と、粉粒状の
熱可塑性樹脂を特定の割合で乾式混合し、混合物を熱ロ
ールや熱プレスによりシート状に加圧成形し、炭化又は
黒鉛化処理する方法が採用されている（特公平１−３６
６７０号公報）。
フェノール樹脂などの結合剤と、炭素繊維と、粉粒状の
熱可塑性樹脂を特定の割合で乾式混合し、混合物を熱ロ
ールや熱プレスによりシート状に加圧成形し、炭化又は
黒鉛化処理する方法が採用されている（特公平１−３６
６７０号公報）。
【０００４】
【０００４】しかし、この方法では、炭素繊維と、気孔
形成剤としての熱可塑性樹脂とが、混合性の悪い繊維状
と粉粒状であるため、乾式混合する際、炭素繊維と熱可
塑性樹脂とが偏析し易く、均質な混合物を得るのが困難
である。また、粉末状混合物の加圧成形により、偏析し
た熱可塑性樹脂が凝集し、成形物がさらに不均質となり
易い。そのため、細孔径分布をコントロールするのが困
難である。特に厚みの薄い電極板を得る場合には、均質
な細孔を形成させるのが困難である。
形成剤としての熱可塑性樹脂とが、混合性の悪い繊維状
と粉粒状であるため、乾式混合する際、炭素繊維と熱可
塑性樹脂とが偏析し易く、均質な混合物を得るのが困難
である。また、粉末状混合物の加圧成形により、偏析し
た熱可塑性樹脂が凝集し、成形物がさらに不均質となり
易い。そのため、細孔径分布をコントロールするのが困
難である。特に厚みの薄い電極板を得る場合には、均質
な細孔を形成させるのが困難である。
【０００５】より具体的には、前記の方法において厚み
が１ｍｍ以上である場合には、大きさが１０００ｍｍ×
１０００ｍｍ程度であっても、電極板の細孔が比較的均
質であるが、厚みが１ｍｍ未満では均質な細孔が形成さ
れない。さらに、炭素繊維の短繊維、結合剤及び粉粒状
の有機物質とを乾式混合した粉末状であるため、加圧成
形時に金型に均一に充填するのが困難であり、作業性が
極めて悪い。
が１ｍｍ以上である場合には、大きさが１０００ｍｍ×
１０００ｍｍ程度であっても、電極板の細孔が比較的均
質であるが、厚みが１ｍｍ未満では均質な細孔が形成さ
れない。さらに、炭素繊維の短繊維、結合剤及び粉粒状
の有機物質とを乾式混合した粉末状であるため、加圧成
形時に金型に均一に充填するのが困難であり、作業性が
極めて悪い。
【０００６】また、上記方法では、混合物を熱ロールや
熱プレスによりシート状に加熱加圧成形すると、偏析し
た熱可塑性樹脂が軟化し、成形板に反りや、膨れが発生
しやすく、特に脱型時にその発生が著しい。更に、この
成形板を焼成により炭化又は黒鉛化処理する際に、再び
熱可塑性樹脂が軟化、分解するため、焼成板に反り及び
膨れが発生し易く、均一性、寸法安定性が低下し、最終
的に高品質の電極板の歩留まりが悪い。しかも、上記方
法においては、気孔形成剤としての熱可塑性樹脂の粒径
が細孔径分布と直接関わるところ、加熱加圧成形時及び
焼成時の二度に亘って熱可塑性樹脂が軟化するため、熱
硬化性樹脂が偏析していることと相まって、細孔径が大
きく変化し、細孔径とその分布が不均一になり易い。そ
の結果、細孔径とその分布を任意に精度よくコントロー
ルできず、ガス透過性、電気伝導性及び機械的強度の優
れた電極板を得ることができない。
熱プレスによりシート状に加熱加圧成形すると、偏析し
た熱可塑性樹脂が軟化し、成形板に反りや、膨れが発生
しやすく、特に脱型時にその発生が著しい。更に、この
成形板を焼成により炭化又は黒鉛化処理する際に、再び
熱可塑性樹脂が軟化、分解するため、焼成板に反り及び
膨れが発生し易く、均一性、寸法安定性が低下し、最終
的に高品質の電極板の歩留まりが悪い。しかも、上記方
法においては、気孔形成剤としての熱可塑性樹脂の粒径
が細孔径分布と直接関わるところ、加熱加圧成形時及び
焼成時の二度に亘って熱可塑性樹脂が軟化するため、熱
硬化性樹脂が偏析していることと相まって、細孔径が大
きく変化し、細孔径とその分布が不均一になり易い。そ
の結果、細孔径とその分布を任意に精度よくコントロー
ルできず、ガス透過性、電気伝導性及び機械的強度の優
れた電極板を得ることができない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、細孔径とその分布をコントロールでき、ガス透過
性、電気伝導性、機械的強度に優れる均質な燃料電池用
電極基板を製造する上で有用な炭素質予備成形体を提供
することにある。
は、細孔径とその分布をコントロールでき、ガス透過
性、電気伝導性、機械的強度に優れる均質な燃料電池用
電極基板を製造する上で有用な炭素質予備成形体を提供
することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、燃料電池用電極基板
の細孔径とその分布を任意に精度よくコントロールでき
る炭素質予備成形体を提供することにある。
の細孔径とその分布を任意に精度よくコントロールでき
る炭素質予備成形体を提供することにある。
【０００９】本発明のさらに他の目的は、前記の如き優
れた特性を有する均質な燃料電池用電極基板を提供する
ことにある。
れた特性を有する均質な燃料電池用電極基板を提供する
ことにある。
【００１０】
【発明の構成】前記目的を達成するため、本発明者等
は、鋭意検討の結果、炭素繊維、結合剤及び有機粒状物
質を含む抄紙構造の炭素質予備成形体を圧縮成形し、か
つ炭化又は黒鉛化する場合には、有機粒状物質の偏析を
防止でき、均質な炭素質基板が得られることを見いだ
し、本発明を完成した。
は、鋭意検討の結果、炭素繊維、結合剤及び有機粒状物
質を含む抄紙構造の炭素質予備成形体を圧縮成形し、か
つ炭化又は黒鉛化する場合には、有機粒状物質の偏析を
防止でき、均質な炭素質基板が得られることを見いだ
し、本発明を完成した。
【００１１】すなわち、本発明は、炭素繊維化可能な繊
維又は炭素繊維の短繊維２０〜５０重量％、炭化収率４
０〜７５重量％の結合剤１５〜５０重量％、及び炭化収
率３０重量％以下の有機粒状物質３０〜６０重量％を含
む抄紙構造の炭素質予備成形体を提供する。
維又は炭素繊維の短繊維２０〜５０重量％、炭化収率４
０〜７５重量％の結合剤１５〜５０重量％、及び炭化収
率３０重量％以下の有機粒状物質３０〜６０重量％を含
む抄紙構造の炭素質予備成形体を提供する。
【００１２】前記予備成形体において、有機粒状物質は
熱硬化性樹脂硬化物であるのが好ましく、有機粒状物質
の粒径は、５０〜３００μｍであるのが好ましい。
熱硬化性樹脂硬化物であるのが好ましく、有機粒状物質
の粒径は、５０〜３００μｍであるのが好ましい。
【００１３】また、本発明は、上記予備成形体が圧縮成
形され、かつ炭化又は黒鉛化されている燃料電池用電極
基板を提供する。
形され、かつ炭化又は黒鉛化されている燃料電池用電極
基板を提供する。
【００１４】なお、本明細書において、炭化とは、炭素
化可能な成分を、例えば、４５０〜１５００℃程度の温
度で焼成処理することを言う。黒鉛化とは、例えば、１
５００〜３０００℃程度の温度で焼成することを言い、
黒鉛の結晶構造を有していないときでも黒鉛化の概念に
含める。また、炭化収率とは、炭素化可能な成分を炭化
又は黒鉛化したときの残炭率を言う。
化可能な成分を、例えば、４５０〜１５００℃程度の温
度で焼成処理することを言う。黒鉛化とは、例えば、１
５００〜３０００℃程度の温度で焼成することを言い、
黒鉛の結晶構造を有していないときでも黒鉛化の概念に
含める。また、炭化収率とは、炭素化可能な成分を炭化
又は黒鉛化したときの残炭率を言う。
【００１５】炭素繊維とは炭化又は黒鉛化された繊維を
言う。耐炎化処理とは、ピッチ系繊維以外の繊維を、例
えば、酸素存在下、２００〜４５０℃程度の温度で加熱
して表面に耐熱層を形成し、焼成時の溶融を防止する処
理を言う。不融化処理とは、例えば、ピッチ系繊維を、
酸素存在下、２００〜４５０℃程度の温度で加熱して表
面に耐熱層を形成し、焼成時の溶融を防止する処理を言
う。
言う。耐炎化処理とは、ピッチ系繊維以外の繊維を、例
えば、酸素存在下、２００〜４５０℃程度の温度で加熱
して表面に耐熱層を形成し、焼成時の溶融を防止する処
理を言う。不融化処理とは、例えば、ピッチ系繊維を、
酸素存在下、２００〜４５０℃程度の温度で加熱して表
面に耐熱層を形成し、焼成時の溶融を防止する処理を言
う。
【００１６】本発明において、炭素繊維化可能な繊維と
しては、炭素繊維の素材となり得る種々の繊維、例え
ば、ポリアクリロニトリル繊維、フェノール樹脂繊維、
レーヨン、セルロース系繊維、ピッチ系繊維などが挙げ
られる。炭素繊維化可能な繊維は、耐炎化処理又は不融
化処理されていてもよい。炭素繊維としては、前記炭素
繊維化可能な繊維を炭化又は黒鉛化した繊維が挙げられ
る。炭素繊維化可能な繊維や炭素繊維は一種又は二種以
上使用できる。
しては、炭素繊維の素材となり得る種々の繊維、例え
ば、ポリアクリロニトリル繊維、フェノール樹脂繊維、
レーヨン、セルロース系繊維、ピッチ系繊維などが挙げ
られる。炭素繊維化可能な繊維は、耐炎化処理又は不融
化処理されていてもよい。炭素繊維としては、前記炭素
繊維化可能な繊維を炭化又は黒鉛化した繊維が挙げられ
る。炭素繊維化可能な繊維や炭素繊維は一種又は二種以
上使用できる。
【００１７】本発明では、炭素繊維化可能な繊維又は炭
素繊維の短繊維が用いられる。短繊維の繊維長は、例え
ば０．０５ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜３
ｍｍ程度である。炭素繊維の繊維長は、電極基板の曲げ
強度、電気伝導性や熱伝導度に大きく寄与する。繊維長
が１０ｍｍを越えると細孔径とその分布が不均一になり
易く、０．０５ｍｍ未満では強度などが低下し易い。
素繊維の短繊維が用いられる。短繊維の繊維長は、例え
ば０．０５ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜３
ｍｍ程度である。炭素繊維の繊維長は、電極基板の曲げ
強度、電気伝導性や熱伝導度に大きく寄与する。繊維長
が１０ｍｍを越えると細孔径とその分布が不均一になり
易く、０．０５ｍｍ未満では強度などが低下し易い。
【００１８】炭素繊維化可能な繊維又は炭素繊維の割合
は、２０〜５０重量％、好ましくは２２．５〜４０重量
％程度である。２０重量％未満では電極基板の電気伝導
度、熱伝導度及び曲げ強度が低下し、５０重量％を越え
る場合には、気孔率が小さくなり易い。
は、２０〜５０重量％、好ましくは２２．５〜４０重量
％程度である。２０重量％未満では電極基板の電気伝導
度、熱伝導度及び曲げ強度が低下し、５０重量％を越え
る場合には、気孔率が小さくなり易い。
【００１９】結合剤としては、例えば、フェノール樹
脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂；ポリアクリロニト
リルなどの熱可塑性樹脂；石炭又は石油ピッチなどが使
用できる。これらの結合剤のうち、熱硬化性樹脂、特に
フェノール樹脂が好ましい。結合剤の炭化収率は、電極
基板の機械的強度の低下を防止し、気孔率を調整するた
め、４０〜７５重量％、好ましくは５０〜７５重量％程
度である。なお、前記フェノール樹脂の炭化収率は、通
常６５〜７５重量％程度と大きい。これらの結合剤は少
なくとも一種使用できる。
脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂；ポリアクリロニト
リルなどの熱可塑性樹脂；石炭又は石油ピッチなどが使
用できる。これらの結合剤のうち、熱硬化性樹脂、特に
フェノール樹脂が好ましい。結合剤の炭化収率は、電極
基板の機械的強度の低下を防止し、気孔率を調整するた
め、４０〜７５重量％、好ましくは５０〜７５重量％程
度である。なお、前記フェノール樹脂の炭化収率は、通
常６５〜７５重量％程度と大きい。これらの結合剤は少
なくとも一種使用できる。
【００２０】結合剤の割合は１５〜５０重量％、好まし
くは１５〜４０重量％程度である。１５重量％未満では
機械的強度が低下し、５０重量％を越える場合には気孔
率が小さくなり易く、細孔径とその分布も不均一になり
易い。
くは１５〜４０重量％程度である。１５重量％未満では
機械的強度が低下し、５０重量％を越える場合には気孔
率が小さくなり易く、細孔径とその分布も不均一になり
易い。
【００２１】本発明における有機粒状物質としては、炭
化収率３０重量％以下の有機粒状物質を用いる。炭化収
率が３０％を越えると、微細で均一な気孔の形成や気孔
率の調整が困難である。
化収率３０重量％以下の有機粒状物質を用いる。炭化収
率が３０％を越えると、微細で均一な気孔の形成や気孔
率の調整が困難である。
【００２２】このような有機粒状物質としては、例え
ば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステ
ル樹脂、メラミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ユリ
ア樹脂及びポリウレタンなどの熱硬化性樹脂の粉粒体
や、これら熱硬化性樹脂の硬化物からなる粉粒体；ポリ
酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニ
ルアルコール、ポリ塩化ビニル、アクリル系ポリマー、
ポリエステル、ナイロン、ポリスチレン、スチレン−ブ
タジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−ス
チレン共重合体、スチレン−アクリル共重合体などのス
チレン系ポリマー、ポリカーボネート、ポリアセタール
などの合成樹脂、ロジンなどの天然物とその誘導体など
の熱可塑性樹脂の粉粒体等が挙げられる。
ば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステ
ル樹脂、メラミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ユリ
ア樹脂及びポリウレタンなどの熱硬化性樹脂の粉粒体
や、これら熱硬化性樹脂の硬化物からなる粉粒体；ポリ
酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニ
ルアルコール、ポリ塩化ビニル、アクリル系ポリマー、
ポリエステル、ナイロン、ポリスチレン、スチレン−ブ
タジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−ス
チレン共重合体、スチレン−アクリル共重合体などのス
チレン系ポリマー、ポリカーボネート、ポリアセタール
などの合成樹脂、ロジンなどの天然物とその誘導体など
の熱可塑性樹脂の粉粒体等が挙げられる。
【００２３】なお、前記熱硬化性樹脂のうち、フェノー
ル樹脂としては、前記結合剤と異なり、炭化収率３０％
以下のものが使用される。これらの有機粒状物質は一種
又は二種以上混合して使用できる。
ル樹脂としては、前記結合剤と異なり、炭化収率３０％
以下のものが使用される。これらの有機粒状物質は一種
又は二種以上混合して使用できる。
【００２４】これらの有機粒状物質は、炭素材に細孔を
生成させる気孔形成剤として機能する。前記有機粒状物
質のなかで、熱硬化性樹脂の硬化物からなる粉粒体が好
ましい。特に、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂
などの硬化物の粉粒体が好ましい。熱硬化性樹脂の硬化
物からなる粉粒体を用いると、気孔率及び細孔径を精度
よくコントロールできる。すなわち、熱硬化性樹脂の硬
化物からなる粉粒体は加熱により軟化しないため、硬化
物の粒径とその量に対応する細孔径の気孔が形成され
る。そのため、細孔径とその分布が任意にコントロール
された電極板が得られる。また、同様な理由から、均質
で、ガス透過性、電気伝導度及び機械強度の優れた電極
板を得ることができる。
生成させる気孔形成剤として機能する。前記有機粒状物
質のなかで、熱硬化性樹脂の硬化物からなる粉粒体が好
ましい。特に、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂
などの硬化物の粉粒体が好ましい。熱硬化性樹脂の硬化
物からなる粉粒体を用いると、気孔率及び細孔径を精度
よくコントロールできる。すなわち、熱硬化性樹脂の硬
化物からなる粉粒体は加熱により軟化しないため、硬化
物の粒径とその量に対応する細孔径の気孔が形成され
る。そのため、細孔径とその分布が任意にコントロール
された電極板が得られる。また、同様な理由から、均質
で、ガス透過性、電気伝導度及び機械強度の優れた電極
板を得ることができる。
【００２５】さらに、前記硬化物からなる粉粒体が加熱
加圧成形時に軟化しないため、厚みが１ｍｍ以下と薄
く、１０００ｍｍ×１０００ｍｍ程度の大きな面積であ
っても、脱型時などに反り及び膨れが発生せず、均一性
及び寸法安定性の優れた電極基板が得られる。また、炭
化又は黒鉛化処理時にも気孔形成剤は再軟化しないた
め、電極板の反り、膨れ、割れ等が発生せず製造工程で
の歩留まりが非常に高い。
加圧成形時に軟化しないため、厚みが１ｍｍ以下と薄
く、１０００ｍｍ×１０００ｍｍ程度の大きな面積であ
っても、脱型時などに反り及び膨れが発生せず、均一性
及び寸法安定性の優れた電極基板が得られる。また、炭
化又は黒鉛化処理時にも気孔形成剤は再軟化しないた
め、電極板の反り、膨れ、割れ等が発生せず製造工程で
の歩留まりが非常に高い。
【００２６】上記粒状物質の粒径は、所望する細孔径な
どに応じて選択できるが、通常、１０〜５００μｍ、好
ましくは５０〜３００μｍ、さらに好ましくは１００〜
２５０μｍ程度である。粒径が１０μｍ未満では、ガス
透過性が著しく低下し、５００μｍを越えるとガス透過
性は向上するが曲げ強度が低下する。なお、ここにいう
「粒径」とは主に平均粒子径を意味し、粉粒状硬化物に
は、不可避的に混入する微細粒子や粗大粒子が含まれて
いてもよい。有機粒状物質の粒径を適宜選択することに
よって、気孔率及び細孔径を調節することができる。
どに応じて選択できるが、通常、１０〜５００μｍ、好
ましくは５０〜３００μｍ、さらに好ましくは１００〜
２５０μｍ程度である。粒径が１０μｍ未満では、ガス
透過性が著しく低下し、５００μｍを越えるとガス透過
性は向上するが曲げ強度が低下する。なお、ここにいう
「粒径」とは主に平均粒子径を意味し、粉粒状硬化物に
は、不可避的に混入する微細粒子や粗大粒子が含まれて
いてもよい。有機粒状物質の粒径を適宜選択することに
よって、気孔率及び細孔径を調節することができる。
【００２７】上記有機粒状物質の割合は３０〜６０重量
％、好ましくは３０〜５５重量％である。この範囲を外
れると、電極板の気孔率及び曲げ強度のいずれか一方の
特性が低下する。
％、好ましくは３０〜５５重量％である。この範囲を外
れると、電極板の気孔率及び曲げ強度のいずれか一方の
特性が低下する。
【００２８】本発明の炭素質予備成形体は、炭素繊維、
結合剤及び有機粒状物質を含む抄紙構造を有する。抄紙
構造とは、和紙の如く、繊維がランダムに配向している
構造を意味する。このような予備成形体は、例えば、吸
引成形法により得ることができる。前記吸引成形法とし
ては、例えば、（１）前記成分を含むスラリーを多数の
吸引孔が形成された吸引成形型により吸引し、吸引成形
型の表面に前記成分を堆積させる方法、（２）吸引成形
型内にスラリーを注入して吸引する方法などが採用でき
る。吸引成形法により得られた吸引成形体の密度は、吸
引圧により容易にコントロールできる。
結合剤及び有機粒状物質を含む抄紙構造を有する。抄紙
構造とは、和紙の如く、繊維がランダムに配向している
構造を意味する。このような予備成形体は、例えば、吸
引成形法により得ることができる。前記吸引成形法とし
ては、例えば、（１）前記成分を含むスラリーを多数の
吸引孔が形成された吸引成形型により吸引し、吸引成形
型の表面に前記成分を堆積させる方法、（２）吸引成形
型内にスラリーを注入して吸引する方法などが採用でき
る。吸引成形法により得られた吸引成形体の密度は、吸
引圧により容易にコントロールできる。
【００２９】なお、スラリーの調製に際しては、炭素繊
維を叩解し、前記短繊維としてもよい。スラリーの固形
分濃度は、吸引成形性を損わない範囲で選択でき、例え
ば、０．１〜２重量％程度である。また、スラリーに
は、前記炭素繊維、結合剤及び有機粒状物質を均一に分
散させるため、分散剤、安定剤、粘度調整剤、沈降防止
剤などを添加してもよく、増粘剤、紙力増強剤、凝集作
用を有する界面活性剤、特に高分子凝集剤や歩留り向上
剤などの種々の添加剤を添加してもよい。
維を叩解し、前記短繊維としてもよい。スラリーの固形
分濃度は、吸引成形性を損わない範囲で選択でき、例え
ば、０．１〜２重量％程度である。また、スラリーに
は、前記炭素繊維、結合剤及び有機粒状物質を均一に分
散させるため、分散剤、安定剤、粘度調整剤、沈降防止
剤などを添加してもよく、増粘剤、紙力増強剤、凝集作
用を有する界面活性剤、特に高分子凝集剤や歩留り向上
剤などの種々の添加剤を添加してもよい。
【００３０】吸引成形型から脱型した炭素質予備成形体
は、通常、加熱乾燥される。湿潤状態の炭素質予備成形
体の加熱乾燥は、常圧又は減圧下５０〜２００℃程度の
温度で行うことができる。
は、通常、加熱乾燥される。湿潤状態の炭素質予備成形
体の加熱乾燥は、常圧又は減圧下５０〜２００℃程度の
温度で行うことができる。
【００３１】前記のような吸引成形法によると、従来の
乾式混合法では均一に混合することが困難な繊維状物質
と粉粒状物質を用いても、繊維状物質や粉粒状物質が偏
析せず、均質な炭素質予備成形体が得られる。また、炭
素質予備成形体を圧縮成形しても、成形体の均質性は維
持される。従って、有機粒状物質として熱により軟化す
る熱可塑性樹脂を用いても、可塑性樹脂の偏析に起因し
て加熱加圧成形及び焼成時に生じる、成形体や電極板の
反りや膨れを著しく抑制でき、成形体や電極板の均一性
を高めることができる。
乾式混合法では均一に混合することが困難な繊維状物質
と粉粒状物質を用いても、繊維状物質や粉粒状物質が偏
析せず、均質な炭素質予備成形体が得られる。また、炭
素質予備成形体を圧縮成形しても、成形体の均質性は維
持される。従って、有機粒状物質として熱により軟化す
る熱可塑性樹脂を用いても、可塑性樹脂の偏析に起因し
て加熱加圧成形及び焼成時に生じる、成形体や電極板の
反りや膨れを著しく抑制でき、成形体や電極板の均一性
を高めることができる。
【００３２】また、炭素質予備成形体を圧縮成形する場
合には、厚みが１ｍｍ未満であっても組成、密度及び厚
みが均質な成形体が得られる。特に、前記結合剤として
熱硬化性樹脂を使用する場合には、炭素質予備成形体が
プリプレグとして機能し、加熱加圧成形により、硬化し
て一体化する。そのため、厚みが１ｍｍ未満であっても
均質で均一な成形体が得られる。
合には、厚みが１ｍｍ未満であっても組成、密度及び厚
みが均質な成形体が得られる。特に、前記結合剤として
熱硬化性樹脂を使用する場合には、炭素質予備成形体が
プリプレグとして機能し、加熱加圧成形により、硬化し
て一体化する。そのため、厚みが１ｍｍ未満であっても
均質で均一な成形体が得られる。
【００３３】さらに、繁雑な乾式混合の工程が不要であ
るため、吸引成形により予備成形体を簡易に製造でき
る。さらに、予備成形体を圧縮成形する場合、粉粒状の
混合物を金型内に均一に装填する必要がなく、シート状
の予備成形体を成形金型へ装填すればよく、装填作業が
容易であり、成形サイクルを短縮でき、成形効率、ひい
ては電極基板の生産効率を高めることができる。
るため、吸引成形により予備成形体を簡易に製造でき
る。さらに、予備成形体を圧縮成形する場合、粉粒状の
混合物を金型内に均一に装填する必要がなく、シート状
の予備成形体を成形金型へ装填すればよく、装填作業が
容易であり、成形サイクルを短縮でき、成形効率、ひい
ては電極基板の生産効率を高めることができる。
【００３４】本発明の燃料電池用電極基板は、前記炭素
質予備成形体を圧縮成形、好ましくは加熱加圧成形した
後、炭化又は黒鉛化する焼成工程に供することにより製
造できる。前記圧縮成形により、成形体の均質性をさら
に高めることができる。
質予備成形体を圧縮成形、好ましくは加熱加圧成形した
後、炭化又は黒鉛化する焼成工程に供することにより製
造できる。前記圧縮成形により、成形体の均質性をさら
に高めることができる。
【００３５】吸引成形体の圧縮成形は、慣用の方法、例
えば、金型プレス又はローラーによるプレス等の方法で
行なうことができる。圧縮成形は成形体の均一性を高め
るため加熱下で行うのが好ましい。加熱温度は、適当に
選択できるが、通常、１００〜２５０℃程度である。成
形圧は、所望する電極板の密度や厚みなどに応じて選択
でき、例えば、３０〜７５０ｋｇｆ／ｃｍ2 、好ましく
は５０〜５００ｋｇｆ／ｃｍ2 程度である。
えば、金型プレス又はローラーによるプレス等の方法で
行なうことができる。圧縮成形は成形体の均一性を高め
るため加熱下で行うのが好ましい。加熱温度は、適当に
選択できるが、通常、１００〜２５０℃程度である。成
形圧は、所望する電極板の密度や厚みなどに応じて選択
でき、例えば、３０〜７５０ｋｇｆ／ｃｍ2 、好ましく
は５０〜５００ｋｇｆ／ｃｍ2 程度である。
【００３６】炭素質予備成形体は、圧縮成形された後、
炭化又は黒鉛化する焼成工程に供せられる。焼成温度
は、８００℃以上、好ましくは１０００〜３０００℃程
度である。焼成は、真空下または不活性ガス雰囲気中で
行われる。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アル
ゴン等が使用できる。
炭化又は黒鉛化する焼成工程に供せられる。焼成温度
は、８００℃以上、好ましくは１０００〜３０００℃程
度である。焼成は、真空下または不活性ガス雰囲気中で
行われる。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アル
ゴン等が使用できる。
【００３７】このようにして得られた炭素質の電極基板
は、予備成形体が均質であるため、厚みが１ｍｍ未満で
あっても気孔径が均一であり、機械的強度も大きく、ま
た優れたガス透過性及び導電性を有する。
は、予備成形体が均質であるため、厚みが１ｍｍ未満で
あっても気孔径が均一であり、機械的強度も大きく、ま
た優れたガス透過性及び導電性を有する。
【００３８】
【発明の効果】本発明の炭素質予備成形体は、炭素繊
維、結合剤及び有機粒状物質を含む抄紙構造を有してい
るため、有機粒状物質の偏析がなく、均質で、細孔とそ
の分布をコントロールでき、ガス透過性、電気伝導度、
機械強度及び均一性に優れる炭素質の電極基板を得る上
で有用である。
維、結合剤及び有機粒状物質を含む抄紙構造を有してい
るため、有機粒状物質の偏析がなく、均質で、細孔とそ
の分布をコントロールでき、ガス透過性、電気伝導度、
機械強度及び均一性に優れる炭素質の電極基板を得る上
で有用である。
【００３９】特に有機粒状物質として熱硬化性樹脂の硬
化物を用いる場合には、電極基板の細孔径とその分布を
精度よくコントロールでき、均一な細孔径とその分布を
有すると共に、反り、膨れ、割れ等のない均一な電極基
板を得ることができる。
化物を用いる場合には、電極基板の細孔径とその分布を
精度よくコントロールでき、均一な細孔径とその分布を
有すると共に、反り、膨れ、割れ等のない均一な電極基
板を得ることができる。
【００４０】さらに、本発明の燃料電池用電極基板は、
均質で、細孔径とその分布が任意二コントロールされ、
ガス透過性、電気伝導度、機械強度及び均一性に優れ
る。
均質で、細孔径とその分布が任意二コントロールされ、
ガス透過性、電気伝導度、機械強度及び均一性に優れ
る。
【００４１】
【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細
に説明する。
に説明する。
【００４２】実施例１ フェノール樹脂［群栄化学工業（株）製、商品名レジト
ップＰＳ−４１０１、炭化収率６０重量％］１００重量
部、平均繊維長０．７ｍｍの炭素繊維［（株）ドナッ
ク、商品名ドナカーボＳ−２４４］１００重量部及びエ
ポキシ樹脂硬化物［油化シェル（株）製、商品名エピコ
ート８１５、炭化収率１０重量％］の粉末（粒径２０〜
８０μｍ）２５０重量部を水中に分散させ、均一なスラ
リーを調製した。
ップＰＳ−４１０１、炭化収率６０重量％］１００重量
部、平均繊維長０．７ｍｍの炭素繊維［（株）ドナッ
ク、商品名ドナカーボＳ−２４４］１００重量部及びエ
ポキシ樹脂硬化物［油化シェル（株）製、商品名エピコ
ート８１５、炭化収率１０重量％］の粉末（粒径２０〜
８０μｍ）２５０重量部を水中に分散させ、均一なスラ
リーを調製した。
【００４３】そして、底面に多数の吸引用小孔を形成し
た吸引成形型（６００ｍｍ×６００ｍｍ）内に、吸引を
行いながら上記のスラリーを流し込み、成形用型の底面
に堆積させた。形成された湿潤状態の平板を型から取り
外し、１００℃で４時間乾燥した。こうして得られた抄
紙構造の予備成形体の寸法は、厚み１０ｍｍ×６００ｍ
ｍ×６００ｍｍであり、その密度は０．２ｇ／ｃｍ3 で
あった。
た吸引成形型（６００ｍｍ×６００ｍｍ）内に、吸引を
行いながら上記のスラリーを流し込み、成形用型の底面
に堆積させた。形成された湿潤状態の平板を型から取り
外し、１００℃で４時間乾燥した。こうして得られた抄
紙構造の予備成形体の寸法は、厚み１０ｍｍ×６００ｍ
ｍ×６００ｍｍであり、その密度は０．２ｇ／ｃｍ3 で
あった。
【００４４】次いで、この予備成形体を、６００ｍｍ×
６００ｍｍの平板金型に入れ、プレス温度１６５℃、成
形圧１５０ｋｇｆ／ｃｍ2 で２０分間加熱加圧成形して
硬化させ、厚み１ｍｍ、密度１．３ｇ／ｃｍ3 の成形体
を得た。この成形体を、２２０℃の温度で４時間放置し
て後硬化させた後、黒鉛板に挾み、３０℃／時の昇温速
度で２０００℃まで昇温し、同温度で３時間黒鉛化処理
することにより、炭素質の電極基板を得た。
６００ｍｍの平板金型に入れ、プレス温度１６５℃、成
形圧１５０ｋｇｆ／ｃｍ2 で２０分間加熱加圧成形して
硬化させ、厚み１ｍｍ、密度１．３ｇ／ｃｍ3 の成形体
を得た。この成形体を、２２０℃の温度で４時間放置し
て後硬化させた後、黒鉛板に挾み、３０℃／時の昇温速
度で２０００℃まで昇温し、同温度で３時間黒鉛化処理
することにより、炭素質の電極基板を得た。
【００４５】実施例２ 実施例１と同様にして得られた抄紙構造の予備成形体
を、成形圧を代える以外は、実施例１と同様に加圧成形
し、厚み１．３ｍｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ3 の成形体を
得た。この成形体を実施例１と同様に処理して炭素質の
電極基板を得た。
を、成形圧を代える以外は、実施例１と同様に加圧成形
し、厚み１．３ｍｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ3 の成形体を
得た。この成形体を実施例１と同様に処理して炭素質の
電極基板を得た。
【００４６】実施例３ フェノール樹脂［鐘紡（株）製、商品名ベルパールＳ−
８９９、炭化収率６５重量％］６０重量部、平均繊維長
０．７ｍｍの炭素繊維［（株）ドナック、商品名ドナカ
ーボＳ−２４４］１００重量部及び不飽和ポリエステル
樹脂硬化物［武田薬品工業（株）製、商品名ポリマール
９８０２、炭化収率１０重量％］の粉末（粒径１００〜
２５０μｍ）１００重量部を水中に分散させ、均一なス
ラリーを調製した。
８９９、炭化収率６５重量％］６０重量部、平均繊維長
０．７ｍｍの炭素繊維［（株）ドナック、商品名ドナカ
ーボＳ−２４４］１００重量部及び不飽和ポリエステル
樹脂硬化物［武田薬品工業（株）製、商品名ポリマール
９８０２、炭化収率１０重量％］の粉末（粒径１００〜
２５０μｍ）１００重量部を水中に分散させ、均一なス
ラリーを調製した。
【００４７】そして、実施例１と同様に予備成形体を作
製した後、成形し、スペーサーにより、厚み２ｍｍ、密
度１．０ｇ／ｃｍ3 の成形体を得た。この成形体を、実
施例１と同様に処理して炭素質の電極基板を得た。
製した後、成形し、スペーサーにより、厚み２ｍｍ、密
度１．０ｇ／ｃｍ3 の成形体を得た。この成形体を、実
施例１と同様に処理して炭素質の電極基板を得た。
【００４８】実施例４ 実施例３と同様にして得られた抄紙構造の予備成形体を
成形する際、成形圧を変える以外、実施例３と同様に加
圧成形し、厚み２．５ｍｍ、密度０．８ｇ／ｃｍ3 の成
形体を得た。この成形体を、実施例１と同様に処理して
炭素質の電極基板を得た。
成形する際、成形圧を変える以外、実施例３と同様に加
圧成形し、厚み２．５ｍｍ、密度０．８ｇ／ｃｍ3 の成
形体を得た。この成形体を、実施例１と同様に処理して
炭素質の電極基板を得た。
【００４９】比較例１ 実施例１で用いたフェノール樹脂１００重量部、平均繊
維長０．７ｍｍの炭素繊維１００重量部及びポリビニル
アルコール［（株）クラレ製、粒径２０〜８０μｍ］２
５０重量部を乾式混合した。
維長０．７ｍｍの炭素繊維１００重量部及びポリビニル
アルコール［（株）クラレ製、粒径２０〜８０μｍ］２
５０重量部を乾式混合した。
【００５０】この混合物を、６００ｍｍ×６００ｍｍの
平板金型に入れ、プレス温度１６５℃、成形圧１５０ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 で２０分間加熱加圧成形し、厚み１ｍｍの
硬化板を得た。この硬化板を、２２０℃の温度で４時間
放置して後硬化させた後、黒鉛板に挾み、３０℃／時の
昇温速度で２０００℃まで昇温し、同温度で３時間黒鉛
化処理することにより、炭素質の電極基板を得た。
平板金型に入れ、プレス温度１６５℃、成形圧１５０ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 で２０分間加熱加圧成形し、厚み１ｍｍの
硬化板を得た。この硬化板を、２２０℃の温度で４時間
放置して後硬化させた後、黒鉛板に挾み、３０℃／時の
昇温速度で２０００℃まで昇温し、同温度で３時間黒鉛
化処理することにより、炭素質の電極基板を得た。
【００５１】比較例２ 実施例１で用いたフェノール樹脂６０重量部、平均繊維
長０．７ｍｍの炭素繊維１００重量部及びポリビニルア
ルコール［（株）クラレ製、粒径１００〜２５０μｍ］
１００重量部を乾式混合した。この混合物を用い、比較
例１と同様にして炭素質の電極基板を得た。
長０．７ｍｍの炭素繊維１００重量部及びポリビニルア
ルコール［（株）クラレ製、粒径１００〜２５０μｍ］
１００重量部を乾式混合した。この混合物を用い、比較
例１と同様にして炭素質の電極基板を得た。
【００５２】実施例１〜４及び比較例１，２で得られた
電極基板の気孔率、曲げ強度、ガス透過度及び体積固有
抵抗を測定したところ、表１に示す結果を得た。
電極基板の気孔率、曲げ強度、ガス透過度及び体積固有
抵抗を測定したところ、表１に示す結果を得た。
【００５３】
【表１】 表１より、実施例１〜４で得られた電極基板は適度な気
孔率を有し、かつ、比較例１，２と比べ、曲げ強度およ
び導電性が非常に大きく、優れたガス透過性を示した。
孔率を有し、かつ、比較例１，２と比べ、曲げ強度およ
び導電性が非常に大きく、優れたガス透過性を示した。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年６月８日
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 炭素質予備成形体及び燃料電池用電極
基板の製造方法
基板の製造方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リン酸型燃料電池など
の電極板を作成する上で有用な炭素質予備成形体及び燃
料電池用電極基板の製造方法に関する。
の電極板を作成する上で有用な炭素質予備成形体及び燃
料電池用電極基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、他の発電装置と異なり、Ｓ
Ｏｘ、ＮＯｘ及び粉塵などの公害物質の発生が極めて少
なく、騒音発生源も少ないなどの特徴を有している。こ
のような燃料電池のうちリン酸型燃料電池は、電解液の
両側にポーラスな陰極と陽極を設けて単位セルを構成
し、各単位セルをセパレータを介して積層した構造を有
する。前記陰極および陽極には、電気エネルギーへの変
換効率を高めるため、細孔分布がコントロールされ、ガ
ス透過性が高いことが要求される。さらに、電気伝導
性、熱伝導性、機械的強度および作動温度における耐リ
ン酸液性などが要求される。
Ｏｘ、ＮＯｘ及び粉塵などの公害物質の発生が極めて少
なく、騒音発生源も少ないなどの特徴を有している。こ
のような燃料電池のうちリン酸型燃料電池は、電解液の
両側にポーラスな陰極と陽極を設けて単位セルを構成
し、各単位セルをセパレータを介して積層した構造を有
する。前記陰極および陽極には、電気エネルギーへの変
換効率を高めるため、細孔分布がコントロールされ、ガ
ス透過性が高いことが要求される。さらに、電気伝導
性、熱伝導性、機械的強度および作動温度における耐リ
ン酸液性などが要求される。
【０００３】従来、燃料電池電極板の製造方法として、
フェノール樹脂などの結合剤と、炭素繊維と、粉粒状の
熱可塑性樹脂を特定の割合で乾式混合し、混合物を熱ロ
ールや熱プレスによりシート状に加圧成形し、炭化又は
黒鉛化処理する方法が採用されている（特公平１−３６
６７０号公報）。
フェノール樹脂などの結合剤と、炭素繊維と、粉粒状の
熱可塑性樹脂を特定の割合で乾式混合し、混合物を熱ロ
ールや熱プレスによりシート状に加圧成形し、炭化又は
黒鉛化処理する方法が採用されている（特公平１−３６
６７０号公報）。
【０００４】しかし、この方法では、炭素繊維と、気孔
形成剤としての熱可塑性樹脂とが、混合性の悪い繊維状
と粉粒状であるため、乾式混合する際、炭素繊維と熱可
塑性樹脂とが偏析し易く、均質な混合物を得るのが困難
である。また、粉末状混合物の加圧成形により、偏析し
た熱可塑性樹脂が凝集し、成形物がさらに不均質となり
易い。そのため、細孔径分布をコントロールするのが困
難である。特に厚みの薄い電極板を得る場合には、均質
な細孔を形成させるのが困難である。
形成剤としての熱可塑性樹脂とが、混合性の悪い繊維状
と粉粒状であるため、乾式混合する際、炭素繊維と熱可
塑性樹脂とが偏析し易く、均質な混合物を得るのが困難
である。また、粉末状混合物の加圧成形により、偏析し
た熱可塑性樹脂が凝集し、成形物がさらに不均質となり
易い。そのため、細孔径分布をコントロールするのが困
難である。特に厚みの薄い電極板を得る場合には、均質
な細孔を形成させるのが困難である。
【０００５】より具体的には、前記の方法において厚み
が１ｍｍ以上である場合には、大きさが１０００ｍｍ×
１０００ｍｍ程度であっても、電極板の細孔が比較的均
質であるが、厚みが１ｍｍ未満では均質な細孔が形成さ
れない。さらに、炭素繊維の短繊維、結合剤及び粉粒状
の有機物質とを乾式混合した粉末状であるため、加圧成
形時に金型に均一に充填するのが困難であり、作業性が
極めて悪い。
が１ｍｍ以上である場合には、大きさが１０００ｍｍ×
１０００ｍｍ程度であっても、電極板の細孔が比較的均
質であるが、厚みが１ｍｍ未満では均質な細孔が形成さ
れない。さらに、炭素繊維の短繊維、結合剤及び粉粒状
の有機物質とを乾式混合した粉末状であるため、加圧成
形時に金型に均一に充填するのが困難であり、作業性が
極めて悪い。
【０００６】また、上記方法では、混合物を熱ロールや
熱プレスによりシート状に加熱加圧成形すると、偏析し
た熱可塑性樹脂が軟化し、成形板に反りや、膨れが発生
しやすく、特に脱型時にその発生が著しい。更に、この
成形板を焼成により炭化又は黒鉛化処理する際に、再び
熱可塑性樹脂が軟化、分解するため、焼成板に反り及び
膨れが発生し易く、均一性、寸法安定性が低下し、最終
的に高品質の電極板の歩留まりが悪い。しかも、上記方
法においては、気孔形成剤としての熱可塑性樹脂の粒径
が細孔径分布と直接関わるところ、加熱加圧成形時及び
焼成時の二度に亘って熱可塑性樹脂が軟化するため、熱
硬化性樹脂が偏析していることと相まって、細孔径が大
きく変化し、細孔径とその分布が不均一になり易い。そ
の結果、細孔径とその分布を任意に精度よくコントロー
ルできず、ガス透過性、電気伝導性及び機械的強度の優
れた電極板を得ることができない。
熱プレスによりシート状に加熱加圧成形すると、偏析し
た熱可塑性樹脂が軟化し、成形板に反りや、膨れが発生
しやすく、特に脱型時にその発生が著しい。更に、この
成形板を焼成により炭化又は黒鉛化処理する際に、再び
熱可塑性樹脂が軟化、分解するため、焼成板に反り及び
膨れが発生し易く、均一性、寸法安定性が低下し、最終
的に高品質の電極板の歩留まりが悪い。しかも、上記方
法においては、気孔形成剤としての熱可塑性樹脂の粒径
が細孔径分布と直接関わるところ、加熱加圧成形時及び
焼成時の二度に亘って熱可塑性樹脂が軟化するため、熱
硬化性樹脂が偏析していることと相まって、細孔径が大
きく変化し、細孔径とその分布が不均一になり易い。そ
の結果、細孔径とその分布を任意に精度よくコントロー
ルできず、ガス透過性、電気伝導性及び機械的強度の優
れた電極板を得ることができない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、細孔径とその分布をコントロールでき、ガス透過
性、電気伝導性、機械的強度に優れる均質な燃料電池用
電極基板を製造する上で有用な炭素質予備成形体を提供
することにある。
は、細孔径とその分布をコントロールでき、ガス透過
性、電気伝導性、機械的強度に優れる均質な燃料電池用
電極基板を製造する上で有用な炭素質予備成形体を提供
することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、燃料電池用電極基板
の細孔径とその分布を任意に精度よくコントロールでき
る炭素質予備成形体を提供することにある。
の細孔径とその分布を任意に精度よくコントロールでき
る炭素質予備成形体を提供することにある。
【０００９】本発明のさらに他の目的は、前記の如き優
れた特性を有する均質な燃料電池用電極基板の製造方法
を提供することにある。
れた特性を有する均質な燃料電池用電極基板の製造方法
を提供することにある。
【００１０】
【発明の構成】前記目的を達成するため、本発明者等
は、鋭意検討の結果、炭素繊維、結合剤及び有機粒状物
質を含む抄紙構造の炭素質予備成形体を圧縮成形し、か
つ炭化又は黒鉛化する場合には、有機粒状物質の偏析を
防止でき、均質な炭素質基板が得られることを見いだ
し、本発明を完成した。
は、鋭意検討の結果、炭素繊維、結合剤及び有機粒状物
質を含む抄紙構造の炭素質予備成形体を圧縮成形し、か
つ炭化又は黒鉛化する場合には、有機粒状物質の偏析を
防止でき、均質な炭素質基板が得られることを見いだ
し、本発明を完成した。
【００１１】すなわち、本発明は、炭素繊維化可能な繊
維又は炭素繊維の短繊維２０〜５０重量％、炭化収率４
０〜７５重量％の結合剤１５〜５０重量％、及び炭化収
率３０重量％以下の有機粒状物質３０〜６０重量％を含
む抄紙構造の炭素質予備成形体を提供する。
維又は炭素繊維の短繊維２０〜５０重量％、炭化収率４
０〜７５重量％の結合剤１５〜５０重量％、及び炭化収
率３０重量％以下の有機粒状物質３０〜６０重量％を含
む抄紙構造の炭素質予備成形体を提供する。
【００１２】前記予備成形体において、有機粒状物質は
熱硬化性樹脂硬化物であるのが好ましく、有機粒状物質
の粒径は、５０〜３００μｍであるのが好ましい。
熱硬化性樹脂硬化物であるのが好ましく、有機粒状物質
の粒径は、５０〜３００μｍであるのが好ましい。
【００１３】また、本発明は、上記予備成形体を圧縮成
形し、かつ炭化又は黒鉛化する燃料電池用電極基板の製
造方法を提供する。
形し、かつ炭化又は黒鉛化する燃料電池用電極基板の製
造方法を提供する。
【００１４】なお、本明細書において、炭化とは、炭素
化可能な成分を、例えば、４５０〜１５００℃程度の温
度で焼成処理することを言う。黒鉛化とは、例えば、１
５００〜３０００℃程度の温度で焼成することを言い、
黒鉛の結晶構造を有していないときでも黒鉛化の概念に
含める。また、炭化収率とは、炭素化可能な成分を炭化
又は黒鉛化したときの残炭率を言う。
化可能な成分を、例えば、４５０〜１５００℃程度の温
度で焼成処理することを言う。黒鉛化とは、例えば、１
５００〜３０００℃程度の温度で焼成することを言い、
黒鉛の結晶構造を有していないときでも黒鉛化の概念に
含める。また、炭化収率とは、炭素化可能な成分を炭化
又は黒鉛化したときの残炭率を言う。
【００１５】炭素繊維とは炭化又は黒鉛化された繊維を
言う。耐炎化処理とは、ピッチ系繊維以外の繊維を、例
えば、酸素存在下、２００〜４５０℃程度の温度で加熱
して表面に耐熱層を形成し、焼成時の溶融を防止する処
理を言う。不融化処理とは、例えば、ピッチ系繊維を、
酸素存在下、２００〜４５０℃程度の温度で加熱して表
面に耐熱層を形成し、焼成時の溶融を防止する処理を言
う。
言う。耐炎化処理とは、ピッチ系繊維以外の繊維を、例
えば、酸素存在下、２００〜４５０℃程度の温度で加熱
して表面に耐熱層を形成し、焼成時の溶融を防止する処
理を言う。不融化処理とは、例えば、ピッチ系繊維を、
酸素存在下、２００〜４５０℃程度の温度で加熱して表
面に耐熱層を形成し、焼成時の溶融を防止する処理を言
う。
【００１６】本発明において、炭素繊維化可能な繊維と
しては、炭素繊維の素材となり得る種々の繊維、例え
ば、ポリアクリロニトリル繊維、フェノール樹脂繊維、
レーヨン、セルロース系繊維、ピッチ系繊維などが挙げ
られる。炭素繊維化可能な繊維は、耐炎化処理又は不融
化処理されていてもよい。炭素繊維としては、前記炭素
繊維化可能な繊維を炭化又は黒鉛化した繊維が挙げられ
る。炭素繊維化可能な繊維や炭素繊維は一種又は二種以
上使用できる。
しては、炭素繊維の素材となり得る種々の繊維、例え
ば、ポリアクリロニトリル繊維、フェノール樹脂繊維、
レーヨン、セルロース系繊維、ピッチ系繊維などが挙げ
られる。炭素繊維化可能な繊維は、耐炎化処理又は不融
化処理されていてもよい。炭素繊維としては、前記炭素
繊維化可能な繊維を炭化又は黒鉛化した繊維が挙げられ
る。炭素繊維化可能な繊維や炭素繊維は一種又は二種以
上使用できる。
【００１７】本発明では、炭素繊維化可能な繊維又は炭
素繊維の短繊維が用いられる。短繊維の繊維長は、例え
ば０．０５ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜３
ｍｍ程度である。炭素繊維の繊維長は、電極基板の曲げ
強度、電気伝導性や熱伝導度に大きく寄与する。繊維長
が１０ｍｍを越えると細孔径とその分布が不均一になり
易く、０．０５ｍｍ未満では強度などが低下し易い。
素繊維の短繊維が用いられる。短繊維の繊維長は、例え
ば０．０５ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜３
ｍｍ程度である。炭素繊維の繊維長は、電極基板の曲げ
強度、電気伝導性や熱伝導度に大きく寄与する。繊維長
が１０ｍｍを越えると細孔径とその分布が不均一になり
易く、０．０５ｍｍ未満では強度などが低下し易い。
【００１８】炭素繊維化可能な繊維又は炭素繊維の割合
は、２０〜５０重量％、好ましくは２２．５〜４０重量
％程度である。２０重量％未満では電極基板の電気伝導
度、熱伝導度及び曲げ強度が低下し、５０重量％を越え
る場合には、気孔率が小さくなり易い。
は、２０〜５０重量％、好ましくは２２．５〜４０重量
％程度である。２０重量％未満では電極基板の電気伝導
度、熱伝導度及び曲げ強度が低下し、５０重量％を越え
る場合には、気孔率が小さくなり易い。
【００１９】結合剤としては、例えば、フェノール樹
脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂；ポリアクリロニト
リルなどの熱可塑性樹脂；石炭又は石油ピッチなどが使
用できる。これらの結合剤のうち、熱硬化性樹脂、特に
フェノール樹脂が好ましい。結合剤の炭化収率は、電極
基板の機械的強度の低下を防止し、気孔率を調整するた
め、４０〜７５重量％、好ましくは５０〜７５重量％程
度である。なお、前記フェノール樹脂の炭化収率は、通
常６５〜７５重量％程度と大きい。これらの結合剤は少
なくとも一種使用できる。
脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂；ポリアクリロニト
リルなどの熱可塑性樹脂；石炭又は石油ピッチなどが使
用できる。これらの結合剤のうち、熱硬化性樹脂、特に
フェノール樹脂が好ましい。結合剤の炭化収率は、電極
基板の機械的強度の低下を防止し、気孔率を調整するた
め、４０〜７５重量％、好ましくは５０〜７５重量％程
度である。なお、前記フェノール樹脂の炭化収率は、通
常６５〜７５重量％程度と大きい。これらの結合剤は少
なくとも一種使用できる。
【００２０】結合剤の割合は１５〜５０重量％、好まし
くは１５〜４０重量％程度である。１５重量％未満では
機械的強度が低下し、５０重量％を越える場合には気孔
率が小さくなり易く、細孔径とその分布も不均一になり
易い。
くは１５〜４０重量％程度である。１５重量％未満では
機械的強度が低下し、５０重量％を越える場合には気孔
率が小さくなり易く、細孔径とその分布も不均一になり
易い。
【００２１】本発明における有機粒状物質としては、炭
化収率３０重量％以下の有機粒状物質を用いる。炭化収
率が３０％を越えると、微細で均一な気孔の形成や気孔
率の調整が困難である。
化収率３０重量％以下の有機粒状物質を用いる。炭化収
率が３０％を越えると、微細で均一な気孔の形成や気孔
率の調整が困難である。
【００２２】このような有機粒状物質としては、例え
ば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステ
ル樹脂、メラミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ユリ
ア樹脂及びポリウレタンなどの熱硬化性樹脂の粉粒体
や、これら熱硬化性樹脂の硬化物からなる粉粒体；ポリ
酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニ
ルアルコール、ポリ塩化ビニル、アクリル系ポリマー、
ポリエステル、ナイロン、ポリスチレン、スチレン−ブ
タジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−ス
チレン共重合体、スチレン−アクリル共重合体などのス
チレン系ポリマー、ポリカーボネート、ポリアセタール
などの合成樹脂、ロジンなどの天然物とその誘導体など
の熱可塑性樹脂の粉粒体等が挙げられる。
ば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステ
ル樹脂、メラミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ユリ
ア樹脂及びポリウレタンなどの熱硬化性樹脂の粉粒体
や、これら熱硬化性樹脂の硬化物からなる粉粒体；ポリ
酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニ
ルアルコール、ポリ塩化ビニル、アクリル系ポリマー、
ポリエステル、ナイロン、ポリスチレン、スチレン−ブ
タジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−ス
チレン共重合体、スチレン−アクリル共重合体などのス
チレン系ポリマー、ポリカーボネート、ポリアセタール
などの合成樹脂、ロジンなどの天然物とその誘導体など
の熱可塑性樹脂の粉粒体等が挙げられる。
【００２３】なお、前記熱硬化性樹脂のうち、フェノー
ル樹脂としては、前記結合剤と異なり、炭化収率３０％
以下のものが使用される。これらの有機粒状物質は一種
又は二種以上混合して使用できる。
ル樹脂としては、前記結合剤と異なり、炭化収率３０％
以下のものが使用される。これらの有機粒状物質は一種
又は二種以上混合して使用できる。
【００２４】これらの有機粒状物質は、炭素材に細孔を
生成させる気孔形成剤として機能する。前記有機粒状物
質のなかで、熱硬化性樹脂の硬化物からなる粉粒体が好
ましい。特に、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂
などの硬化物の粉粒体が好ましい。熱硬化性樹脂の硬化
物からなる粉粒体を用いると、気孔率及び細孔径を精度
よくコントロールできる。すなわち、熱硬化性樹脂の硬
化物からなる粉粒体は加熱により軟化しないため、硬化
物の粒径とその量に対応する細孔径の気孔が形成され
る。そのため、細孔径とその分布が任意にコントロール
された電極板が得られる。また、同様な理由から、均質
で、ガス透過性、電気伝導度及び機械強度の優れた電極
板を得ることができる。
生成させる気孔形成剤として機能する。前記有機粒状物
質のなかで、熱硬化性樹脂の硬化物からなる粉粒体が好
ましい。特に、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂
などの硬化物の粉粒体が好ましい。熱硬化性樹脂の硬化
物からなる粉粒体を用いると、気孔率及び細孔径を精度
よくコントロールできる。すなわち、熱硬化性樹脂の硬
化物からなる粉粒体は加熱により軟化しないため、硬化
物の粒径とその量に対応する細孔径の気孔が形成され
る。そのため、細孔径とその分布が任意にコントロール
された電極板が得られる。また、同様な理由から、均質
で、ガス透過性、電気伝導度及び機械強度の優れた電極
板を得ることができる。
【００２５】さらに、前記硬化物からなる粉粒体が加熱
加圧成形時に軟化しないため、厚みが１ｍｍ以下と薄
く、１０００ｍｍ×１０００ｍｍ程度の大きな面積であ
っても、脱型時などに反り及び膨れが発生せず、均一性
及び寸法安定性の優れた電極基板が得られる。また、炭
化又は黒鉛化処理時にも気孔形成剤は再軟化しないた
め、電極板の反り、膨れ、割れ等が発生せず製造工程で
の歩留まりが非常に高い。
加圧成形時に軟化しないため、厚みが１ｍｍ以下と薄
く、１０００ｍｍ×１０００ｍｍ程度の大きな面積であ
っても、脱型時などに反り及び膨れが発生せず、均一性
及び寸法安定性の優れた電極基板が得られる。また、炭
化又は黒鉛化処理時にも気孔形成剤は再軟化しないた
め、電極板の反り、膨れ、割れ等が発生せず製造工程で
の歩留まりが非常に高い。
【００２６】上記粒状物質の粒径は、所望する細孔径な
どに応じて選択できるが、通常、１０〜５００μｍ、好
ましくは５０〜３００μｍ、さらに好ましくは１００〜
２５０μｍ程度である。粒径が１０μｍ未満では、ガス
透過性が著しく低下し、５００μｍを越えるとガス透過
性は向上するが曲げ強度が低下する。なお、ここにいう
「粒径」とは主に平均粒子径を意味し、粉粒状硬化物に
は、不可避的に混入する微細粒子や粗大粒子が含まれて
いてもよい。有機粒状物質の粒径を適宜選択することに
よって、気孔率及び細孔径を調節することができる。
どに応じて選択できるが、通常、１０〜５００μｍ、好
ましくは５０〜３００μｍ、さらに好ましくは１００〜
２５０μｍ程度である。粒径が１０μｍ未満では、ガス
透過性が著しく低下し、５００μｍを越えるとガス透過
性は向上するが曲げ強度が低下する。なお、ここにいう
「粒径」とは主に平均粒子径を意味し、粉粒状硬化物に
は、不可避的に混入する微細粒子や粗大粒子が含まれて
いてもよい。有機粒状物質の粒径を適宜選択することに
よって、気孔率及び細孔径を調節することができる。
【００２７】上記有機粒状物質の割合は３０〜６０重量
％、好ましくは３０〜５５重量％である。この範囲を外
れると、電極板の気孔率及び曲げ強度のいずれか一方の
特性が低下する。
％、好ましくは３０〜５５重量％である。この範囲を外
れると、電極板の気孔率及び曲げ強度のいずれか一方の
特性が低下する。
【００２８】本発明の炭素質予備成形体は、炭素繊維、
結合剤及び有機粒状物質を含む抄紙構造を有する。抄紙
構造とは、和紙の如く、繊維がランダムに配向している
構造を意味する。このような予備成形体は、例えば、吸
引成形法により得ることができる。前記吸引成形法とし
ては、例えば、（１）前記成分を含むスラリーを多数の
吸引孔が形成された吸引成形型により吸引し、吸引成形
型の表面に前記成分を堆積させる方法、（２）吸引成形
型内にスラリーを注入して吸引する方法などが採用でき
る。吸引成形法により得られた吸引成形体の密度は、吸
引圧により容易にコントロールできる。
結合剤及び有機粒状物質を含む抄紙構造を有する。抄紙
構造とは、和紙の如く、繊維がランダムに配向している
構造を意味する。このような予備成形体は、例えば、吸
引成形法により得ることができる。前記吸引成形法とし
ては、例えば、（１）前記成分を含むスラリーを多数の
吸引孔が形成された吸引成形型により吸引し、吸引成形
型の表面に前記成分を堆積させる方法、（２）吸引成形
型内にスラリーを注入して吸引する方法などが採用でき
る。吸引成形法により得られた吸引成形体の密度は、吸
引圧により容易にコントロールできる。
【００２９】なお、スラリーの調製に際しては、炭素繊
維を叩解し、前記短繊維としてもよい。スラリーの固形
分濃度は、吸引成形性を損わない範囲で選択でき、例え
ば、０．１〜２重量％程度である。また、スラリーに
は、前記炭素繊維、結合剤及び有機粒状物質を均一に分
散させるため、分散剤、安定剤、粘度調整剤、沈降防止
剤などを添加してもよく、増粘剤、紙力増強剤、凝集作
用を有する界面活性剤、特に高分子凝集剤や歩留り向上
剤などの種々の添加剤を添加してもよい。
維を叩解し、前記短繊維としてもよい。スラリーの固形
分濃度は、吸引成形性を損わない範囲で選択でき、例え
ば、０．１〜２重量％程度である。また、スラリーに
は、前記炭素繊維、結合剤及び有機粒状物質を均一に分
散させるため、分散剤、安定剤、粘度調整剤、沈降防止
剤などを添加してもよく、増粘剤、紙力増強剤、凝集作
用を有する界面活性剤、特に高分子凝集剤や歩留り向上
剤などの種々の添加剤を添加してもよい。
【００３０】吸引成形型から脱型した炭素質予備成形体
は、通常、加熱乾燥される。湿潤状態の炭素質予備成形
体の加熱乾燥は、常圧又は減圧下５０〜２００℃程度の
温度で行うことができる。
は、通常、加熱乾燥される。湿潤状態の炭素質予備成形
体の加熱乾燥は、常圧又は減圧下５０〜２００℃程度の
温度で行うことができる。
【００３１】前記のような吸引成形法によると、従来の
乾式混合法では均一に混合することが困難な繊維状物質
と粉粒状物質を用いても、繊維状物質や粉粒状物質が偏
析せず、均質な炭素質予備成形体が得られる。また、炭
素質予備成形体を圧縮成形しても、成形体の均質性は維
持される。従って、有機粒状物質として熱により軟化す
る熱可塑性樹脂を用いても、可塑性樹脂の偏析に起因し
て加熱加圧成形及び焼成時に生じる、成形体や電極板の
反りや膨れを著しく抑制でき、成形体や電極板の均一性
を高めることができる。
乾式混合法では均一に混合することが困難な繊維状物質
と粉粒状物質を用いても、繊維状物質や粉粒状物質が偏
析せず、均質な炭素質予備成形体が得られる。また、炭
素質予備成形体を圧縮成形しても、成形体の均質性は維
持される。従って、有機粒状物質として熱により軟化す
る熱可塑性樹脂を用いても、可塑性樹脂の偏析に起因し
て加熱加圧成形及び焼成時に生じる、成形体や電極板の
反りや膨れを著しく抑制でき、成形体や電極板の均一性
を高めることができる。
【００３２】また、炭素質予備成形体を圧縮成形する場
合には、厚みが１ｍｍ未満であっても組成、密度及び厚
みが均質な成形体が得られる。特に、前記結合剤として
熱硬化性樹脂を使用する場合には、炭素質予備成形体が
プリプレグとして機能し、加熱加圧成形により、硬化し
て一体化する。そのため、厚みが１ｍｍ未満であっても
均質で均一な成形体が得られる。
合には、厚みが１ｍｍ未満であっても組成、密度及び厚
みが均質な成形体が得られる。特に、前記結合剤として
熱硬化性樹脂を使用する場合には、炭素質予備成形体が
プリプレグとして機能し、加熱加圧成形により、硬化し
て一体化する。そのため、厚みが１ｍｍ未満であっても
均質で均一な成形体が得られる。
【００３３】さらに、繁雑な乾式混合の工程が不要であ
るため、吸引成形により予備成形体を簡易に製造でき
る。さらに、予備成形体を圧縮成形する場合、粉粒状の
混合物を金型内に均一に装填する必要がなく、シート状
の予備成形体を成形金型へ装填すればよく、装填作業が
容易であり、成形サイクルを短縮でき、成形効率、ひい
ては電極基板の生産効率を高めることができる。
るため、吸引成形により予備成形体を簡易に製造でき
る。さらに、予備成形体を圧縮成形する場合、粉粒状の
混合物を金型内に均一に装填する必要がなく、シート状
の予備成形体を成形金型へ装填すればよく、装填作業が
容易であり、成形サイクルを短縮でき、成形効率、ひい
ては電極基板の生産効率を高めることができる。
【００３４】本発明の燃料電池用電極基板は、前記炭素
質予備成形体を圧縮成形、好ましくは加熱加圧成形した
後、炭化又は黒鉛化する焼成工程に供することにより製
造できる。前記圧縮成形により、成形体の均質性をさら
に高めることができる。
質予備成形体を圧縮成形、好ましくは加熱加圧成形した
後、炭化又は黒鉛化する焼成工程に供することにより製
造できる。前記圧縮成形により、成形体の均質性をさら
に高めることができる。
【００３５】吸引成形体の圧縮成形は、慣用の方法、例
えば、金型プレス又はローラーによるプレス等の方法で
行なうことができる。圧縮成形は成形体の均一性を高め
るため加熱下で行うのが好ましい。加熱温度は、適当に
選択できるが、通常、１００〜２５０℃程度である。成
形圧は、所望する電極板の密度や厚みなどに応じて選択
でき、例えば、３０〜７５０ｋｇｆ／ｃｍ２、好ましく
は５０〜５００ｋｇｆ／ｃｍ２程度である。
えば、金型プレス又はローラーによるプレス等の方法で
行なうことができる。圧縮成形は成形体の均一性を高め
るため加熱下で行うのが好ましい。加熱温度は、適当に
選択できるが、通常、１００〜２５０℃程度である。成
形圧は、所望する電極板の密度や厚みなどに応じて選択
でき、例えば、３０〜７５０ｋｇｆ／ｃｍ２、好ましく
は５０〜５００ｋｇｆ／ｃｍ２程度である。
【００３６】炭素質予備成形体は、圧縮成形された後、
炭化又は黒鉛化する焼成工程に供せられる。焼成温度
は、８００℃以上、好ましくは１０００〜３０００℃程
度である。焼成は、真空下または不活性ガス雰囲気中で
行われる。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アル
ゴン等が使用できる。
炭化又は黒鉛化する焼成工程に供せられる。焼成温度
は、８００℃以上、好ましくは１０００〜３０００℃程
度である。焼成は、真空下または不活性ガス雰囲気中で
行われる。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、アル
ゴン等が使用できる。
【００３７】このようにして得られた炭素質の電極基板
は、予備成形体が均質であるため、厚みが１ｍｍ未満で
あっても気孔径が均一であり、機械的強度も大きく、ま
た優れたガス透過性及び導電性を有する。
は、予備成形体が均質であるため、厚みが１ｍｍ未満で
あっても気孔径が均一であり、機械的強度も大きく、ま
た優れたガス透過性及び導電性を有する。
【００３８】
【発明の効果】本発明の炭素質予備成形体は、炭素繊
維、結合剤及び有機粒状物質を含む抄紙構造を有してい
るため、有機粒状物質の偏析がなく、均質で、細孔とそ
の分布をコントロールでき、ガス透過性、電気伝導度、
機械強度及び均一性に優れる炭素質の電極基板を得る上
で有用である。
維、結合剤及び有機粒状物質を含む抄紙構造を有してい
るため、有機粒状物質の偏析がなく、均質で、細孔とそ
の分布をコントロールでき、ガス透過性、電気伝導度、
機械強度及び均一性に優れる炭素質の電極基板を得る上
で有用である。
【００３９】特に有機粒状物質として熱硬化性樹脂の硬
化物を用いる場合には、電極基板の細孔径とその分布を
精度よくコントロールでき、均一な細孔径とその分布を
有すると共に、反り、膨れ、割れ等のない均一な電極基
板を得ることができる。
化物を用いる場合には、電極基板の細孔径とその分布を
精度よくコントロールでき、均一な細孔径とその分布を
有すると共に、反り、膨れ、割れ等のない均一な電極基
板を得ることができる。
【００４０】さらに、本発明の燃料電池用電極基板の製
造方法によれば、均質で、細孔径とその分布が任意にコ
ントロールされ、ガス透過性、電気伝導度、機械強度及
び均一性に優れた燃料電池用電極基板を得ることができ
る。
造方法によれば、均質で、細孔径とその分布が任意にコ
ントロールされ、ガス透過性、電気伝導度、機械強度及
び均一性に優れた燃料電池用電極基板を得ることができ
る。
【００４１】
【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細
に説明する。
に説明する。
【００４２】実施例１ フェノール樹脂［群栄化学工業（株）製、商品名レジト
ップＰＳ−４１０１、炭化収率６０重量％］１００重量
部、平均繊維長０．７ｍｍの炭素繊維［（株）ドナッ
ク、商品名ドナカーボＳ−２４４］１００重量部及びエ
ポキシ樹脂硬化物［油化シェル（株）製、商品名エピコ
ート８１５、炭化収率１０重量％］の粉末（粒径２０〜
８０μｍ）２５０重量部を水中に分散させ、均一なスラ
リーを調製した。
ップＰＳ−４１０１、炭化収率６０重量％］１００重量
部、平均繊維長０．７ｍｍの炭素繊維［（株）ドナッ
ク、商品名ドナカーボＳ−２４４］１００重量部及びエ
ポキシ樹脂硬化物［油化シェル（株）製、商品名エピコ
ート８１５、炭化収率１０重量％］の粉末（粒径２０〜
８０μｍ）２５０重量部を水中に分散させ、均一なスラ
リーを調製した。
【００４３】そして、底面に多数の吸引用小孔を形成し
た吸引成形型（６００ｍｍ×６００ｍｍ）内に、吸引を
行いながら上記のスラリーを流し込み、成形用型の底面
に堆積させた。形成された湿潤状態の平板を型から取り
外し、１００℃で４時間乾燥した。こうして得られた抄
紙構造の予備成形体の寸法は、厚み１０ｍｍ×６００ｍ
ｍ×６００ｍｍであり、その密度は０．２ｇ／ｃｍ３で
あった。
た吸引成形型（６００ｍｍ×６００ｍｍ）内に、吸引を
行いながら上記のスラリーを流し込み、成形用型の底面
に堆積させた。形成された湿潤状態の平板を型から取り
外し、１００℃で４時間乾燥した。こうして得られた抄
紙構造の予備成形体の寸法は、厚み１０ｍｍ×６００ｍ
ｍ×６００ｍｍであり、その密度は０．２ｇ／ｃｍ３で
あった。
【００４４】次いで、この予備成形体を、６００ｍｍ×
６００ｍｍの平板金型に入れ、プレス温度１６５℃、成
形圧１５０ｋｇｆ／ｃｍ２で２０分間加熱加圧成形して
硬化させ、厚み１ｍｍ、密度１．３ｇ／ｃｍ３の成形体
を得た。この成形体を、２２０℃の温度で４時間放置し
て後硬化させた後、黒鉛板に挾み、３０℃／時の昇温速
度で２０００℃まで昇温し、同温度で３時間黒鉛化処理
することにより、炭素質の電極基板を得た。
６００ｍｍの平板金型に入れ、プレス温度１６５℃、成
形圧１５０ｋｇｆ／ｃｍ２で２０分間加熱加圧成形して
硬化させ、厚み１ｍｍ、密度１．３ｇ／ｃｍ３の成形体
を得た。この成形体を、２２０℃の温度で４時間放置し
て後硬化させた後、黒鉛板に挾み、３０℃／時の昇温速
度で２０００℃まで昇温し、同温度で３時間黒鉛化処理
することにより、炭素質の電極基板を得た。
【００４５】実施例２ 実施例１と同様にして得られた抄紙構造の予備成形体
を、成形圧を代える以外は、実施例１と同様に加圧成形
し、厚み１．３ｍｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ３の成形体を
得た。この成形体を実施例１と同様に処理して炭素質の
電極基板を得た。
を、成形圧を代える以外は、実施例１と同様に加圧成形
し、厚み１．３ｍｍ、密度１．０ｇ／ｃｍ３の成形体を
得た。この成形体を実施例１と同様に処理して炭素質の
電極基板を得た。
【００４６】実施例３ フェノール樹脂［鐘紡（株）製、商品名ベルパールＳ−
８９９、炭化収率６５重量％］６０重量部、平均繊維長
０．７ｍｍの炭素繊維［（株）ドナック、商品名ドナカ
ーボＳ−２４４］１００重量部及び不飽和ポリエステル
樹脂硬化物［武田薬品工業（株）製、商品名ポリマール
９８０２、炭化収率１０重量％］の粉末（粒径１００〜
２５０μｍ）１００重量部を水中に分散させ、均一なス
ラリーを調製した。
８９９、炭化収率６５重量％］６０重量部、平均繊維長
０．７ｍｍの炭素繊維［（株）ドナック、商品名ドナカ
ーボＳ−２４４］１００重量部及び不飽和ポリエステル
樹脂硬化物［武田薬品工業（株）製、商品名ポリマール
９８０２、炭化収率１０重量％］の粉末（粒径１００〜
２５０μｍ）１００重量部を水中に分散させ、均一なス
ラリーを調製した。
【００４７】そして、実施例１と同様に予備成形体を作
製した後、成形し、スペーサーにより、厚み２ｍｍ、密
度１．０ｇ／ｃｍ３の成形体を得た。この成形体を、実
施例１と同様に処理して炭素質の電極基板を得た。
製した後、成形し、スペーサーにより、厚み２ｍｍ、密
度１．０ｇ／ｃｍ３の成形体を得た。この成形体を、実
施例１と同様に処理して炭素質の電極基板を得た。
【００４８】実施例４ 実施例３と同様にして得られた抄紙構造の予備成形体を
成形する際、成形圧を変える以外、実施例３と同様に加
圧成形し、厚み２．５ｍｍ、密度０．８ｇ／ｃｍ３の成
形体を得た。この成形体を、実施例１と同様に処理して
炭素質の電極基板を得た。
成形する際、成形圧を変える以外、実施例３と同様に加
圧成形し、厚み２．５ｍｍ、密度０．８ｇ／ｃｍ３の成
形体を得た。この成形体を、実施例１と同様に処理して
炭素質の電極基板を得た。
【００４９】比較例１ 実施例１で用いたフェノール樹脂１００重量部、平均繊
維長０．７ｍｍの炭素繊維１００重量部及びポリビニル
アルコール［（株）クラレ製、粒径２０〜８０μｍ］２
５０重量部を乾式混合した。
維長０．７ｍｍの炭素繊維１００重量部及びポリビニル
アルコール［（株）クラレ製、粒径２０〜８０μｍ］２
５０重量部を乾式混合した。
【００５０】この混合物を、６００ｍｍ×６００ｍｍの
平板金型に入れ、プレス温度１６５℃、成形圧１５０ｋ
ｇｆ／ｃｍ２で２０分間加熱加圧成形し、厚み１ｍｍの
硬化板を得た。この硬化板を、２２０℃の温度で４時間
放置して後硬化させた後、黒鉛板に挾み、３０℃／時の
昇温速度で２０００℃まで昇温し、同温度で３時間黒鉛
化処理することにより、炭素質の電極基板を得た。
平板金型に入れ、プレス温度１６５℃、成形圧１５０ｋ
ｇｆ／ｃｍ２で２０分間加熱加圧成形し、厚み１ｍｍの
硬化板を得た。この硬化板を、２２０℃の温度で４時間
放置して後硬化させた後、黒鉛板に挾み、３０℃／時の
昇温速度で２０００℃まで昇温し、同温度で３時間黒鉛
化処理することにより、炭素質の電極基板を得た。
【００５１】比較例２ 実施例１で用いたフェノール樹脂６０重量部、平均繊維
長０．７ｍｍの炭素繊維１００重量部及びポリビニルア
ルコール［（株）クラレ製、粒径１００〜２５０μｍ］
１００重量部を乾式混合した。この混合物を用い、比較
例１と同様にして炭素質の電極基板を得た。
長０．７ｍｍの炭素繊維１００重量部及びポリビニルア
ルコール［（株）クラレ製、粒径１００〜２５０μｍ］
１００重量部を乾式混合した。この混合物を用い、比較
例１と同様にして炭素質の電極基板を得た。
【００５２】実施例１〜４及び比較例１，２で得られた
電極基板の気孔率、曲げ強度、ガス透過度及び体積固有
抵抗を測定したところ、表１に示す結果を得た。
電極基板の気孔率、曲げ強度、ガス透過度及び体積固有
抵抗を測定したところ、表１に示す結果を得た。
【００５３】
【表１】 表１より、実施例１〜４で得られた電極基板は適度な気
孔率を有し、かつ、比較例１，２と比べ、曲げ強度およ
び導電性が非常に大きく、優れたガス透過性を示した。
孔率を有し、かつ、比較例１，２と比べ、曲げ強度およ
び導電性が非常に大きく、優れたガス透過性を示した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 一夫 大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪 瓦斯株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 炭素繊維化可能な繊維又は炭素繊維の短
繊維２０〜５０重量％、炭化収率４０〜７５重量％の結
合剤１５〜５０重量％、及び炭化収率３０重量％以下の
有機粒状物質３０〜６０重量％を含む抄紙構造の炭素質
予備成形体。 - 【請求項２】 有機粒状物質が熱硬化性樹脂硬化物であ
る請求項１記載の炭素質予備成形体。 - 【請求項３】 有機粒状物質の粒径が、１０〜５００μ
ｍである請求項１記載の炭素質予備成形体。 - 【請求項４】 請求項１記載の予備成形体が圧縮成形さ
れ、かつ炭化又は黒鉛化されている燃料電池用電極基
板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4100608A JPH05205750A (ja) | 1991-10-17 | 1992-03-25 | 炭素質予備成形体及び燃料電池用電極基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29791091 | 1991-10-17 | ||
| JP3-297910 | 1991-10-17 | ||
| JP4100608A JPH05205750A (ja) | 1991-10-17 | 1992-03-25 | 炭素質予備成形体及び燃料電池用電極基板の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05205750A true JPH05205750A (ja) | 1993-08-13 |
Family
ID=26441605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4100608A Pending JPH05205750A (ja) | 1991-10-17 | 1992-03-25 | 炭素質予備成形体及び燃料電池用電極基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05205750A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005158350A (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-16 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 燃料電池用電極触媒及びその製造方法 |
| US7820290B2 (en) | 2004-08-19 | 2010-10-26 | Toray Industries, Inc. | Water dispersible carbon fiber and water dispersible chopped carbon fiber |
| JP2011146373A (ja) * | 2009-12-17 | 2011-07-28 | Toray Ind Inc | ガス拡散電極基材の製造方法 |
-
1992
- 1992-03-25 JP JP4100608A patent/JPH05205750A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005158350A (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-16 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 燃料電池用電極触媒及びその製造方法 |
| US7820290B2 (en) | 2004-08-19 | 2010-10-26 | Toray Industries, Inc. | Water dispersible carbon fiber and water dispersible chopped carbon fiber |
| KR101154279B1 (ko) * | 2004-08-19 | 2012-06-13 | 도레이 카부시키가이샤 | 수계 프로세스용 탄소섬유 및 수계 프로세스용 촙드탄소섬유 |
| JP2011146373A (ja) * | 2009-12-17 | 2011-07-28 | Toray Ind Inc | ガス拡散電極基材の製造方法 |
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