JPS5996661A - 燃料電池用電極基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃料電池用電極基板に係シ、更に詳しくは、
七ノｑレータ−シートとしての機能を果たすグラファイ
トシート（圧縮黒鉛板）と、その両面に１反応ガス導入
用の中空孔道群を有する多孔性炭素質層を有しておシ、
グラファイトシートが多孔性炭素質層よシ外側に伸延し
ている炭素質燃料電池用電極基板に係る。

従来、不透通性の煕鉛ＩＪ′４薄板をリプ細工して得ら
れるパイポークセ／９レータを用いるパイポーラセ、ｅ
レーク型燃料電池が公知である。

これに対【２、一方の面にリブを設け、他方の面が平担
な電極面となった構造を有し、リプ伺き面から反応ガス
が平担な電極面に拡散してくるモノポーラ型電極基板が
開発されて来ている。

従来のモノ７Ｊ？−ラ型セルは、添付の第１図に示すよ
うに、一方の面にリゾ５を設は他方の面は平坦な構造を
有する電極基板１、触媒層２、電解質を金製させたマト
リックス３及びセパレーターシート４から成っておシ、
電極基板１のリゾ付き面から反応ガス（酸素又は水素）
が平坦な電極面に拡散してくるものである。

従来、モノポーラ型燃料電池用電極基板の製造方法とし
て、短炎素繊維をベースにしてプレス成形する方法（４
￥願昭５６−４８７００　）、炭素繊維を分散させた抄
造法（特公昭５３−１８６０３　）、炭素繊維のウェブ
に熱分解炭素を化学的蒸着する方法（米国特許第３，８
２９，３２７号明細署）が提案されている。これら従来
の製造方法によって得られる電極基板は、いずれも全体
的に均一な構造の一つの層からなっている。

このような均質単層の電極基板は、その嵩密度が大きい
場合、ガス拡散係数が小さいため限界電流密度が小とな
るとともに電解液の保持量が充分でないため性能の低下
する時期が早くなる、すなわち寿命が短いという欠点を
有する。他方、その嵩密度が小さい場合には、電気抵抗
、熱抵抗が大きく、曲げ強度などの機械的強度が低いと
いう欠点を有している。

また、リブ構造を有する電極基板の場合は、第１図に示
すように１片面が平面でないため断面係数か小さくなシ
１例えばリブ５の根本のシャープエツジ部６に応力の集
中が起とシ、そのため全体としての強度面でいま一つ信
頼の置けない面があった。従って、成型板としての強度
を保つためには平板部の肉厚を厚くするしかなく、その
ためリブ側から電極面側まで電極基板の全り、さを通っ
て反応ガス（酸素又は水素）が拡散する際の拡散抵抗が
大きくなるという欠点があった。その上、リブ頂上平面
部分の平面性を完全なものにすることが困１ｔであシ、
セ・♀レーターとの電気的及び熱的接触抵抗が無視し得
ない程大きくなる。一般に、これらの接触抵抗は基板内
の伝達抵抗の数倍にも達するといわれておシ、従来のモ
ノポーラ型電極基板ｔま接触抵抗が大きく、従ってセル
間温度分布の不拘−性１発電効率の低下という決定的欠
点を有していた。

更に、このような電極基板を積み重ねて燃料電池として
使用する場合、電極基板１の端面からも反応ガスが拡散
して来るため、モノぐレータ−シート４の両側の電極基
板端面から拡散して来る反応ガスが電池側面で混合する
という欠点がある。

本発明は、上述の如き欠点を解消する炭素質燃料電池用
電極基板を提供することを目的とする。

本発明の電極基板は、グラファイトシートと。

その両面に、中空孔道群を有する多孔性炭素質層とを有
しておシ、グラファイトシートは多孔性炭素質層よシ外
側に伸延している。

以下、添付図面を参照して本発明を詳述する。

なお図面中間一部分に対しては同一の参照番号を使用し
た。

本発明の電極基板のセル構造を第２図に示す。

本発明の電極基板は、グラファイトシート８の両面に多
孔性炭素質層７を一体成形してなる三層の積層構造を有
しておシ、この多孔性炭素質層７には、好ましくはその
厚さの中央部に、複数本の中空孔道９からなる中空孔道
群が設けられている。

この中空孔道９は、電極基板（多孔性炭素質層７）の一
端面から相対する端面まで連続しておシ、６各の中空孔
道９は互いにはｔＴｉ平行であり且つ電極基板の電極面
及び−側面に対してほぼ′平行であり、更にグラファイ
トシート８を挾んで双方の中空孔道群９は互いに直角の
方位を有する（第２図参照）。

中空孔道９の断面形状は任意でよく２例えば第２図に示
す如く円形でもよい。この中空孔道９の断面を円形と考
えた場合の直径に相当する寸法（和尚直径と称する）は
、０．５〜３門が好ましく、この相当直径が０．５　Ｆ
、Ｉｌ＋よシ小さいとガス流動の抵抗が大きくなυ過ぎ
、３關よシ大きいと多孔性炭素質層が厚くなり過ぎ電極
基板を積層したセルの容積効率が減少する。

本発明電極基板の多孔性炭素質層７は、均質な多孔性炭
素質層料から構成されておシ、その平均嵩密度は０．３
〜１．０　ｇ／、ｌ、好ましくは０．４〜０．８％ｊで
あり、且つガス透過度は２伽シ錨・ｈｒ・ｍ　Ａｑ。

以上であることが好ましい。上記範囲の平均嵩密度及び
ガス透過度を有する多孔性炭素質層は、好ましい機械的
強度例えば曲げ強度を有し、且つ好ましいガス拡散抵抗
を有する。なお、多孔性炭素質層７の細孔は開削孔であ
、！ｌ）’、且つその細孔の６０饅以上が１０〜１００
μの範囲内の径を有することが好ましい。

本発明電極基板のグラファイトシート８は、１．０輪以
上の平均嵩密度と０．２鴫／ｍｅｈｒ・朋Ａ（１，以下
のガス透過度を有することが好ましい。平均嵩密度が１
．０〜より小さいと所望のチ密性が得られない。又、グ
ラファイトシート８はガス透過度が小さいため七）（レ
ータ−シート（第１図４）として機能し得るが、ガス透
過度がＱ、２ｍ／ｃｍ・ｈｒ・ｒ＋ｍＡｑ、より大きい
とセパレーターシートとしての役割が果たせなくなる。

尚、グラファイトシート８の厚さは電極基板の全体厚さ
の１／２以下であることが好ましく、０１〜３朋である
とよシ好ましい。

本発明の三層構造を有する炭素質電極基板は以下のよう
に製造される。

多孔性炭素質層用材料としては、充填材（短炎素繊維１
粒状活性炭等）を例えば１０〜５０重量％、結合材（フ
ェノール樹脂、エポキシ樹脂２石油系及び／又は石炭系
ピッチ等）を例えば１０〜４０重量％、及び細孔調節材
（ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリプロピレ
ン、ポリ塩化ビニル、砂糖等）を例えば２０〜５０重茄
チ混合してイクられる混合物を使用する。

中空孔道拐としては、クロス状織物、スダレ格子状等の
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスタイレン、ポリ
ビニルアルコール、ポリ塩化ビニル等の高分子を使用す
る。

成形はゾレスＦシフ形法によって行なう。上記多孔性炭
素質層用混合物をプレス成形用金型内へ供給し、その上
に中空孔λに１月を入れ、更に多孔性炭素質層用混合物
を供給し、その後グラファイトシートを供給する。プレ
ス成形した後離型し、同一の金型に上記多孔性炭素質層
用材料、上記中空孔道材、更に上記多孔性炭素質層用材
料をこの順に供給する。その上に先に成形した成形品の
グラファイトシート面を下向きにして乗せ、プレス成形
する。

プレス成形条件は、金型加熱温度７０〜２００　Ｃ。

成形圧５〜１ｏｏ吟自、圧保時間１〜６０分間の範囲か
ら適宜選択する。

プレス成形後、得られた成形物を少なくとも２時間以上
後硬化させた後、　１０００〜３０００　ｔ：’で約１
時間焼成する。この際、低温の熱分解過程に於いて約７
００Ｃまではゆっくり昇温し、ガス化時の急激な収縮に
よる応力発生を防ぐことが好ましい。

この低温の熱分解過程で急激な昇温を行なうと層間剥離
、クラック発生の原因となる。

以上のように製造される本発明の電極基板は。

機械的強度例えば曲げ強度が大きく、又、薄片化が可能
で反応ガスの拡散層を薄くできガス拡散抵抗が小さくな
り、電流密度が大きくなる。更に。

チ密炭素質層がセパレーターシートの役割を果た一ｊ−
７’ｈめ、従来のセパレーターシートは不要となり、価
格低減と同時に接触抵抗が皆無となる。この結果、積層
した場合の全体としての電気措１抗が激減するなど、多
大の効果が発揮され、更に、グラファイトシートが多孔
性炭素質層よシ外側に伸延していることによシ、上下の
多孔性炭素質層の端面から洩れる反応ガスが電池（１１
面で混合する危険性がなくなり、安全性且つセル効率の
面からも木兄９′１の電伜基板は理りａ的なものといえ
る。因みに。

炭素紹紺抄造法による炭素繊維ペーＡ’−型に比較して
、　ｌ！！’ｌげ強１えが大になると同時にリブ０黒ぐ
ｆ）＠が不！１となυ１価格の低下、更に１１・、気摂
抗の低下が期待できる。

本発明の電極基板を接層して燃料電池として使用する場
合のセル構造を第３図に示す。

本発ＦＪｒＪの電４へ基板は、多孔性炭素１９層７の中
空孔うへ４１１亀に平行な？ｌｆａ面に周辺シールを４
１０　’ｆｒ；ｒ）旨な手Ｈｒで貼シ合わせ、且つ、中
空孔９ｒ１群に反応ガスをシｒ人する管１２を倫えたガ
スマニホールド１１をＦ＋１ａ図の如く配國する。この
周辺シール利１０は電気絶縁性並びにガ、゛′よ）■電
池作例時即ち約２００Ｃに於ける削Ｆｊ４性及びｌＯＯ
チリン酸に対する耐穴性のｆ′％、ｔｔＴ　ｌｋ　ｔ４
’　％のもの、但１えば、テフロン、層化ケイ協又はセ
ラミック自体或いは適轟な材料にテフロン、炭化ケイ素
をコーティングしたものを用いる。尚、第３図中矢印は
反応ガスの流れの方向を示す。

第３図の如き本発明のセルを使用する燃料電池に於いて
は、上下の多孔性炭素質層の端面から洩れる反応ガスが
基板側面上で混合する危険性がなく、安全性且つセル効
率の面でも顕著な効果を奏する。

更に、多孔性炭素質層７の周辺シール材１０に接する端
面からの反応ガスの洩出を防ぐために周辺シール用グラ
ファイトシートを設けるとよυ好ましい結果が得られる
。この場合、周辺シール用グラ７アイトシートには、グ
ラファイトシート８と同様な物性を有する材料が用いら
れる。この周辺シール用グラファイトシートは多孔性炭
素質層７の周辺シール材１０に接する端面を覆うことが
できれば十分であるが、グラファイトシートと一体にな
っていることが好ましい。即ち、第４図に示す如く、断
面が凹字形の周辺シール用グラファイトシート１３が好
ましく用いられる。この場合。

周辺シール用グラファイトシート１３は第４図の如く直
角に組み合わせて使用するが、２つの周辺シール用グラ
ファイトシート１３の間に第２グラフアイトシート１４
を設けて３層措造にする。第４図に示す本発明の電極基
板は後述の業施例２から明らかなように、前述の電極基
板と同様に製造することができる。尚、周辺シール用グ
ラスアイトシート１３は多孔性炭素質層７よシ外側に伸
延していてもよい。

以下に１本発明を実施例によシ更に詳述するが。

本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（以下余白） 実施例　１ 短炎素繊維（県別化学製、Ｍ　１０４Ｓ　）　４０ｗｔ
　％、フェノール樹脂（旭有機材に、　Ｋ、製）　３０
ｗｔ％及びポリビニルアルコール粒子（日本合成化学制
）３０ｗｔ％からなる混合物（多孔性炭素質層用混合物
）を、プレス成形用金型に供給した。続いて、中空孔道
材（スダレ格子状ポリエチレン成形物）を供給し、更に
上記多孔性炭素質層用混合物を供給した。その後、厚さ
０．６ｍ＋ｎで且つ金型内形よシ全部で５０間程度（片
側２５喝）サイズの大きいグラファイトシートを供給し
た。その後、１４０℃、　４０ｋｌ？／ｄで２０分間プ
レス成形した。

成形終了後、離型し、同一金型に上記多孔性炭素質層用
混合物、上記中空孔道材、上記多孔性炭素質層用混合物
をこの順に供給した。この上に。

前記成形品をグラファイトシート面を下向きにして金型
上に乗せ、１４０″Ｇ、４０ｋｇ／ｃｒＩで２０分間プ
レス成形した。成形物を約２時間後硬化させた後。

１００℃／時で７００℃までゆつくシ昇温し、更に２０
００℃で１時間焼成した。

得られた電極基板は第２図に示したようなシール部付き
の三層構造を有しておシ、中空孔道は断面がｔ′！、は
円形でその直径は約０．８ｍｎ＋であった。この電極基
板の諸物性値を第１表に示す。

第１表 注１）中空孔道部分は除く。

２）第２図の多孔性炭素質層７とグ′：）ファイトシー
ト８を一体とした値。

実施例　２ プレス成形用金型に厚さ０．３唄のグラファイトシー）
（ＵＣＣ製グラフオイル）を第５図に示すように置き（
第５図中１５）、その上に実施例１の多孔性炭素質用混
合物（図中１６）、中空孔道材（図中１７）、更に多孔
性炭素質用混合物（図中１６）を供給した。尚、第５図
中、１８は金型中枠、１９は金型下板を示す。

その後、１４０℃、４ｏｋｇ／ａｆｔで２０分間プレス
成形した。更に同一方法で同じ成形体をもう一つ製造し
た。これら２つの成形体のグラフオイル面にカーボン接
着剤（フェノール系樹脂）を塗布した後、成形体外形よ
りも全部で５０ｍ（片側２５調程度）大きい厚さ０．３
ｍｍのグラフオイルに中空孔道の方向がクロスするよう
に貼シ合せた。

その後、成形物を約２時間後硬化させた後、１００℃／
時で７００°ｃ−１でゆっくり昇温し、更に２０００℃
で１時間焼成した。

得られた電極基板は第４図に示し７たよりなシール部付
きの構造を有しており、中空孔道は断面がほは円形でそ
の直径は約０．８ｍｍであった。この電極基板の諸物性
値を第２表に示す。

第　　２　　表 注ｌ）中空孔道部分は除く。

２）第４図の多孔性炭素質層７と周辺シール用ダラファ
イトシート１３及び第２グラファイトシート１４を一体
とした値。

３）周辺シール用グラファイトシート１３及び第２グラ
ファイトシート１４ｉ一体とした値。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のモノポーラ型燃料電池セル構造を示す
斜視図、第２図は、本発明電極基板の斜視図、第３図は
、第２図の本発明電極基板を使用する際のセル構造を示
す斜視図、第４図は１本発明の別の電極基板の斜視図、
第５図は。 第４図の本発明電極基板の製法を示す略図である。 ７・・・多孔性炭素１Ｉｊｉ層、８・・・グラファイト
シート、９・・・中空孔道、１０・・・周辺シール材。 １１・・・ガスマニホルＦ、１ａ・・・周辺シール用グ
ラファイトシート、１４・・・第２グラフアイトシート
。 代理人７ＦＩ１士今　　村　　　　元 第１図 第２図 第３図 第４図 ３ 第５図 手続谷１）　ｊＦ　Ｆ？ 昭和５９喧１２／］２２＋１ １、巳１１例の表示　　　昭和Ｅｉ　７　；Ｉ　１’！
７　；Ｔ願力２０５６２８１３２、光明の名称　　　燃
料電池用電４１ｉ塁板３　、　？１１ｉ　ｉ１’、をす
る名 手１′１との関係　　１°１．；１出に１１人名　称　
　　　（１１０）県別化′ン工業（λ、ｊ℃会７］４　
代　理　人　　　東京都新宿区新宿１丁目１番１４月　
山［（，１ビル（郵便番８１６（＋）電話（０３）　　
３５４−８６２３ε３．補正の内容　　　明細書全文を
別紙の通り補正りる。 明　　　　細　　　　書 １、発明の名称 燃料電池用電極基板 ２、特許請求の範囲 （１）２個の多孔性炭素質層及びそれに挟まれたグラフ
１イトシートからなり、多孔性炭素質層が中空孔道］Ｙ
を有しており、グラファイトシートが多孔性炭素質層よ
り外側に伸延していることを特徴とする炭素質燃料電池
用電極基板。 ■　多孔性炭素質層の中空孔道群に平行な端面に周辺シ
ール用グラファイトシートを有することを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の電極基板。 Ｏ）　周辺シール用グラフアイ１〜シートがグラフ１イ
トシートと一体になっていることを特徴とする特許請求
の範囲第２項に記載の電極基板。 （４）　　多孔性炭素質層の中空孔道群に平行な端面に
周辺シール月をイｊし【おり且つ中空孔道群に垂直な端
面１こガスマニホールドを右していることを特徴とする
１１′（請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載
の電極基板。 ３、発明の詳細な説明 本５℃明は、燃料電池用電極基板に係り、史に詳しくは
、けパレータ−シートとしての機能を果！こりクラフＩ
イ１〜シート（圧縮黒鉛板）と、イの両面ｔこ、反応カ
スラリ入用の中空孔道群を有する多孔性炭素質層を有し
ており、グラファイトシー１−が多孔性炭素質層Ｊ：り
外側に伸延している炭素質燃料電池用電極基板に係る。 従来、不透過性の黒鉛性薄板の両面をリブ細工して得ら
れるバイポーラヒバレータ−を用いるバイポーラレバレ
ータ−型燃料電池が公知（゛ある。 これに対し、多孔性炭素質薄板の−ｈの面にリブを設置
ｊ、他方の面が平坦な電極面とな−〕た構造を有し、反
応ガスがリブ付き面から平坦な電極面に拡散してくるモ
ノポーラ型電極基板が開弁されて来ている。 従来のモノポーラ型セルは、添付の第１図に示すように
、一方の面にリブ５を設は他方の面は平坦な構造をｌｊ
する電極基板１．触媒層２．電解賀。 を含浸させたマトリックス３及びセパレーターシート４
から成っており、電極基板１のリブ付き面から反応ガス
（１’ｌ！ｉ素又は水素）が平坦な電極面に拡散してく
るものである。 従来、モノポーラ型燃料電池用電極基板の製造方法とし
て、短炎素繊維をベースにしてプレス成形づる方法（特
開昭５７−１６６３５４）　、炭素繊維を分散させた抄
造法（特公昭５３−１８６０３）　、炭素繊維のウェブ
に熱分解炭素を化学的に蒸着する方法（米国特許第３，
８２９，３２７号明細害）が提案されている。 これら従来の製造方法によって得られる多孔性炭素質電
極基板は、いずれも全体的に均一な構造の一つの層から
なっている。 このような均質単層の電極基板は、その嵩密度が人さい
場合、ガス拡散係数が小さいため限界電流密度が小とな
り且つ電解液の保持量が充分でないため性能の低下する
時期が早くなる、すなわち寿命が短いという欠点を右づ
る。他方、（の嵩密度が小さい場合には、電気抵抗、熱
抵抗が人さく曲げ強度なとσ月参載面強度が似いとう欠
点を有している。 また、リブ構造を有する電極基板の舅白、第１図に示す
ように、片面が平面でないため断面係数が小さくなり、
例えばリブ５の根本のシャープエツジ部６に応力の集中
が起こり、そのため全体としての強度面でいま一つ信頼
のおけない面があった。従って、成型板としての強度を
保つために平板部の肉厚を厚くづ−るしがなく、イのた
めリブ側から電イ〜面側まで電極基板の仝厚さを通って
反応カス〈酸素又は水素）が拡散覆る際の拡散抵抗が大
きくなるという欠点があった。その上、リブ信士平面部
分の平面性を完全なものにりることが困テ１１であり、
レバレータ−との電気的及び熱的接触抵抗が無視し得な
い程大きくなる。一般に、これらの接触抵抗は基根内の
伝達抵抗の数倍にも達づるどいわれており、従来のモノ
ポーラ型電４ｆｉ基板は接触抵抗が大きく、従ってセル
間温石分布の不均一性、′ｆｆ、電効率の低下という決
定的欠点を有しＣ−いた。 更に、このような電極基板を積み車ねて燃料電池として
使用する場合、電極基板１の側端面からも反応ガスが拡
散して来るため、セパレーターシー１〜４の両側の電極
基板側端面から拡散して来る反応ガスが電池側面で混合
づるという欠点がある。 本発明は、上述の如き欠点を解消する炭Ｍ質燃料電池用
電極基板を提供でることを目的とする。 本発明の電極基板は、グラファイトシー１〜と、その両
面に、中空孔道群を有する多孔性炭素質層とをイｊして
おり、グラファイトシー１〜は多孔ｔ／Ｉ炭素質層より
外側に伸延しＣいる。 以下、添イ」図面を参照して本ざｔ明を詳述する１、な
お図面中間一部分ｉこ対しては同一の参照番号を使用し
た。 本発明の電極Ｊ１仮の構造を第２図に示づ。 本発明の電（〜基板は、グラファイトシーｌ−８の両面
に多孔性炭素７ｊ層７を一体成形してなる三層の（Ｉ′
ｉ層措造を有しており、この多孔性炭素質層７には好ま
しくはその厚さのほぼ中央部に、複数本の中空孔道９か
らなる中空孔道群が設りられＣいる。この中空孔道９は
、多孔性炭素質Ｆ１７の一端面から相対する端面まで連
続しており、各々の中空孔ｉ６９はＵいにほぼ平行であ
り且つ電極基板の電極面及び−側面に対してほぼ平行で
ｄウリ、更にグラフ１イ１−シート８を挟んで双方の多
孔性炭素質層の中空孔道群９は互いに直角の方位を右Ｊ
る（第２図参照）。 中空孔道９の断面形状は任意でＪ、く、例えば、第２図
に示づ如く円形でもにい。この中空孔道９の断面積を円
の断面積に換許した場合の円の直径に相当する〜Ｊ法（
相当直径と称する）は、０．５〜３ＩｌｌＩ１１が好ま
しく、この相当直径が０．５１１１ｍより小さいと、電
極基板面積が大きくなり中空孔道の長さが長くなる場合
には、ガス流動の抵抗が大きくなり過ぎ、３ｍｍより大
きいと多孔性炭素質層が厚くなり過ぎ電極基板を積層し
たレルの容積効率が減少する。 本発明電極基板の多孔性炭素質層７は、均質な多孔性炭
素７ｊ籾から構成されており、その平均嵩密度は０．３
〜１．０＜１／　ｃｉ　、好ましくは０．４〜ｏ、ｇｇ
／　ｃｒｉ　’Ｃ：あり、１つガス透過度ＩＪ、２０７
　／　ｃｍ　・ｈｒ　−ｍｍＡｑ、以」二であることが
好ましい。−ｊ−記９５囲の平均高密１哀及びガス透過
度を有する多孔性炭素質層は、好ま１ノいは載面強度例
えば曲げ強度をイラし、１つ好ましいカス拡散抵抗を右
りる。なＪ３、多孔性炭素質層７の細孔は聞■１孔Ｃ゛
あり、且つイの細孔の６（）％以−１１Ｊ＜　１０−１
００μの範囲内の任を右することが好ましい。 木兄明電（ル基板のクラノア・イ１〜シー１−８は、１
、　ＯＱ　ｙ’　ｃｉ　ＩＸ上の平均嵩密度と０．２ｉ
　／　ｃｍ　−ｈｒ　−１１１…△ｑ、以１・のカス透
過度を有することが好ましい。 平均高密度が１．０（Ｊ／ｃｉより小さいと所望のヂ畜
性が得られ４１い。又、フラノアイ１−シート８はガス
透過度が小さいためセパレーターシー１へ（第１図４）
ど１ノ（（戊能し得るが、ガス透過度か０．２ｍｌ！／
ｃｍ・旧゛・ｍｍＡｑ、ｃｌ：り人きいとセパレーター
シ〜１・としＣの役割が果たせなくなる。尚、グラファ
イ１〜シー１〜８の厚さは電極基板の全体厚さの１／２
以下であることが好ましく、０．１〜３　ｍｍであるど
Ｊ、り好ましい。 本発明の三層構造を右Ｊる炭素質電極基板は以下のよう
に製造される。 多孔性炭素質層用材料としては、充填側（短脚素繊維１
粒状活性炭等）を例えば１０〜５０申量％、結合ＩＪ　
（７１ノール樹脂、エポキシ樹脂１石部系及び／又は石
炭系ビッヂ等）を例えば２０〜４０重Ｍ％、及び細孔調
ｊｕｌ材（ポリビニルアル」−ル、ポリスチレン、ポリ
プロピレン、ポリ塩化ビニル。 砂糖等）を例えば２０〜５０重昂％混合して１７られる
混合物を使用する。 充填側どして用いる短脚素繊維は、５へ・３０μの繊維
径、０．０５〜２ｍｍ程痕のｐＡＮ長を有するものが好
ましい。繊維長が２ｍｍを越えると、成形に至る１稈で
、お豆いにからみ合い、毛玉状になり、所望の高密度及
び１１［１孔径分布が得られない。な、１３．０．０５
ｍｍＪ：リフ、０いと必要とする強度がｖ）られない。 また、該短炎素繊維を２０００℃に焼成した場合の炭化
線収縮率は０．１〜３．０％の範囲である。線収縮率が
これＪ、り人であると、焼成時にお【ノるクラック発生
の原因０片つになる恐れがある。このような短炎糸繊絹
を用いると特に大型の゛電極基板の製造が司能どなる。 水５ご明に用いる結合材は、炭化後炭素買結合材として
炭素洪紐間の結合に役立つものであり、所望の高密度を
１−７るためには、炭化収率が３０〜７５手ｍ％の範囲
のｌ・１脂が好ましい。このような結合材どしてフＬノ
ール樹脂、エボ：１゛＝シ（ｄ脂９石油及び／又は石炭
系ピッチ、フルフリルアル」−ル樹脂等が考えられる。 １！１に、粉体フェノール樹脂単独もしくはこれと粉体
ピッチとの混合物（、Ｌ、乾式混合に際して最も好まし
く、得られる基板の特性す優れるごどが判明した。また
結合材樹脂の混合母は１０〜５０重量％好ましくは２０
〜４０重Φ％が用いられ、１０重量％Ｊ、り少ないと結
合材とし′Ｃの丘が不足づるために冑られる電ｔｆｉ基
板の強度が低くなり、′また５０重量％Ｊ、り多いと所
望の細孔径および高密１良が得られなくなる。 本発明に用いる細孔調節材は成形品の細孔を定める重要
な材料である。本発明においては、高密１哀及び細孔径
を調整り−るために、７０％以上の粒子が３０〜３００
μの範囲の粒径を右りる有機粒状物質が用いられる。有
機粒状物質としては、少くども１００℃にて揮発もしく
は溶融流動を示さないものが用いられる。すなわち、該
有機粒状物質は、成形温度ｄ３　Ｊ：び圧力において、
熱変形は許されるが揮発もしくは溶融流動してはならな
い。上記の理由から好ましい細孔調節材としては、ポリ
ビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ボリスヂレン、砂糖等又はこれらの混合
物で、炭化収率３００重量以上のものを適宜選択づる。 炭化収率がこれよりＡ′４いど嵩密度、細孔径の調整に
デ「貞を生ずる恐れがある。 廁孔調１ｉｉＪ４４の添加量は、所望どする電１ｊ　ｐ
１Ｌ仮の嵩密度おＪ、び細孔径に応じＵ３Ｏ−５００重
量の範囲から選は４Ｉる。尚、混合に際し充１眞４Δを
Ａ、結合材をＢ、細孔調節材をＣとして各／Ｚ重量％で
示した場合、（Δｌ−Ｃ）　７／［３−１０，’＋〜４
，０　）ｆ４１！ｉ１　ニ８成分を調整りるど、好Ｊ、
しい結果が得られる。この範囲外では高密１σ１曲げ強
度、刀ス透過度、電気抵抗のリベてを満足することが出
来ζ【い。本発明に於い（、充ｊｖ伺Δが１０へ・５（
）重量％、細孔調節材Ｃが２０〜５０％の範囲に対して
は、結合材Ｂが２０〜４０車吊％の範囲から選ばれるこ
とが好ましい。 中空孔道月としては、クロス状織物、スグレ格子状等の
ポリ」ヂレン、ボリブＵピレン、ポリスヂレン、ポリビ
ニルアル」−ル、ポリ塩化ヒニル等の高分子を使用づる
。 中空孔道の相当直径を好ましい範１７１＋　１こ調節覆
るために、り［コス状織物どしＣは、前記高分子物質か
らなる繊肩１径０．５〜３．３ｍ１ｌｌの単糸又は＋１
１糸を複数本収束した収束糸を、ガス流れ方向１．：　
”Ｉ’行な単糸又は収束糸の間隔１．５−・５　ｍ１ｌ
ｌ、カス流れに直角な方向の単糸又は収束糸の間隔は１
．５〜５０　Ｉｌｌ　ｎｌど（２るＪ、うに織成された
ムのを使用りる。又、スダレ格子状成形物（Ｊ、前記高
分子物質を金型に溶融状態で押１］出り、成形り−る方
法、又は該高分子のべ１ノツ１へ又は粉末を金型内で加
圧成形覆る方法で作られるが、スダレ格子の格子…１而
は円形、矩形、正方形、又は星形など任意の形状とづる
ことができる。での［Ｊｉ面刈払は、格子断面積を相当
りる円の断面積（、二換紳した時の該換算円の直径が０
．５−３ｍｍとなるＪ、うに）冗１尺り−る。スジ１｛
名了のカス流れ６面に平？−１’ｃ；格了の間１召は　
１．５−・５　ｎ１ｍの間隔と（ハノノス流れに直角な
ｙｊ向の梠「の間隔は　１．ｊ］−５０ｍｍの９・ｉ２
１１１１　／Ｊ白、）Ｌ１的（４二より）ｆｉ　ＩＪれ
る１これらクロス払恨物叉はスダレ格子状成形物勿（Ｊ
金型内の多孔４１炭素闇′１層の形成の際、該多孔骨炭
’Ｘ、′ｊｉ層のＮさのｉＪ　１．１中央部に位置する
ように、多孔ｔ７Ｉ−炭素″ｉｒ、層）Ｌこ合物の１に
載ければＪ、・（、イの後の加圧成形、後［ｌ史化の上
程を好−（、炭化焼成により炭素化りる部分を除いて、
大部分が熱分解にＪ、り揮ｉｉｋ　１．ｙ　ｌ多孔Ｆ１
虜素い層内に中空孔道を形成づるように／、ｌる。 一般にこのような中空孔道形成に際して、欧化焼成後常
温まＣ・冷７、＋１　シた＋＋：ｒ、始めの繊頼径又は
成形イホ格子の相当ｊ）ｊ　打は、これにＪ、り形成さ
れる中空孔）０１」径が３・〜７％小ざくなることが確
かめらｉ′ｉ、−７Ｊいるので、この収ｔ＊　’ａ’　
ｌＩｌ’Ａ　Ｌ／　Ｔ、Ａ　￥’Ｊ　ＭＡ　物又は成形
体の繊維径又は相当直径を）πぶε：とにＪ、す、好に
シい中空孔道の相当直径に近いものにイｒ意に調節づる
ことができる。 成形はプレス成形法によってｉｊな″）。上記多孔（’
Ｌ　ｉｊｊ、素Ｙ′１層用ｆｒ５含物をプレス成形用企
ケ”１内ｌ＼供給し、その十に中空孔４祠を入れ、更に
多孔性病ふｖ′１層用混用混合物給し、その後ゲラフッ
・イトシー１−を供給づる。プレス成形した後離型し・
、Ｉｒｊｌ−の内枠刈払を右りる金型に上記多孔性炭帽
７゛（層用祠オ′≧１、上記中空孔道材、更に上記多孔
（＜１炭素質層用１４　Ｍ’！Ｉをこの順に供Ｇ−ｖｒ
−る。その−１−に先に成形した成形品のグラファイト
シー１−面を下向きにして載Ｕ、プレス成形覆る。この
際、」−記多孔性炭素質層用成形品を２個成形し、その
後これを接着剤を用い℃グラフアイ１〜シー１〜の両面
に貼り合ゎＵてもよい。 プレス成形条件は、金型加熱’ＩＦＡ　ａ　”ｔｏ〜２
００″Ｃ１成形圧５〜１００　ｋｇ／　ｃｒＡ、圧保持
時間１〜ＧＯ分間の範囲カ口ら適宜ｊ四（Ｒする。 プレス成形後、ｊｉＩられた成形物を成形温石（少なく
とｂ　２１＋、’１間以、１−再（υ化させた後、不活
性雰囲気下１０００へ・３０　（１０℃で約１１．′Ｉ
間焼成Ｊる。この際、低温の熱′））　ＦＪ’ｉ過稈に
於いＣ約７００℃まてはゆっくり例えは１００±！ｌ　
Ｏ”Ｃ／　Ｉｌ’ｌ　’ｃ　’ｌ’？　温し、ガス化１
１．’ｌの怨ｉｆ！ｉな収縮にＪ、る応力発生を防ぐこ
とか好ましい。 この低温の熱分解過程Ｃ急激ｌｄ−冒温を行なうど層間
剥Ｎ１、クラック発生の原因どなる。 以−１のＪ、うに製造される木５７Ｈ明の電（Φ３１Ｎ
板は、成域的強度１！ｉｌえは曲げ強電が人さく、又、
λ（Ｉハ化か７ｊＪ能Ｃ−反応力スの拡１１９．層を薄
＜ｃ′きガス拡散抵抗か小さくなり、電流？；り度が大
きくなる。更【こ、グラフ７フイ１〜シートがレバレー
タ−シー１への役割を果たｔ　ｌζめ、従来のセパレー
ターシーｊ−ｔ、Ｊ不要ど４１す、１Ｉｌｌｉ格低減ど
同］１″Ｉに］Σ；ｍｉ抵抗が１４を無となる。 この結果、積層した揚台の全体としての電気抵抗が激減
りるなと、多大の効果が発揮され、更に、グラフアイ１
〜シートが多孔性炭素質層−；り外側に伸延しｌいるこ
とにより、上下の多孔性炭素質層の端面から洩れる反応
ガスが電池側面で混合づる危険性がなくなり、安全性月
つセル効率の面１）＋　ｒろも本発明の電極基板は理想
的な乙のといえる。因みに、炭素繊維抄造法による炭素
繊組ベーパー型に比較しＣ１曲げ強度が人になるど同時
にリゾ（ｑ黒鉛板が不要どなり、価格の低下、更に電気
抵抗の低下が期待てきる。 本発明の電極基板をｖ１層して燃料電池どして使用づる
場合の１ｚル構造を第３図に示ず。 本発明の電極基板は、多孔性炭素￥′？層７の中空孔道
ｒＪＹに平行な端面に周辺シール伺１０を接谷祠等適当
な手段で貼り合わせ、ｂつ、中空孔’、ｆｊ　Ｐ＝Ｙに
反応ガスを供１ｉ’３　？ｌる管１２を婦えたガスマー
ホールド１１を第３図の如く配置する。この周辺シール
材１０は電気絶縁性並びに燃料電池１乍１０＋時即ち約
２００°Ｏに於りる６・１熱ＩＪ１及υ・１０　（１％
リン酸に対づる耐食ｆ１の良り了な々パ１のちの、１列
え（」、テフ［１ン、１尖化ケイ素又（、ルシミツク白
１ホ或い（五適当な４４訃）（Ｊ］−ノ１−」ン、炭化
りイ素を］　−７−インクしたものを用いる１、尚、第
３Ｉ７１中矢印は反［１１）カスの流れの方向を承り。 第３３図の如駐）本発明のレルを使用りる爛ｉ判電池に
於いＣは、反応カスが上下の多孔性炭素質層の端面から
洩れ文基板側面土Ｃ′混合りるという危険ｉ’ｔ−がな
く、安全８つレル効率の面？″′ｔ）顕著な効果を奏す
る。 更に、多孔性炭素質層７の周辺シール４Δ１０に］８づ
る端面からの反応カスの洩出を防ぐために周辺シール用
ゲラフシ・イ１へシートを第４図のように段１ノるどよ
り好Ｊ、しい結果が行ｔ−０）れる。この場合、周辺シ
ール用りンフＩイ１ヘシー１〜１３に（。しクラノン・
イトシート８と同様な物性を右する月利が用いられる。 この周辺シール用グラフＩイトシー１−１３は多孔（二
＋炭素″ｉＪｔ層７の周辺シール材１０に接りる端面を
覆うことができれば」−分であるが、グラフアイ１〜シ
ー１へ１４と一体になっていることが好ましい。 即ち、第４図に示す如く、断面が凹字形の周辺シール用
グラフ７フイ１〜シート１３が好ましく用いられる、１
この場合、周辺シール用グラフフ・イトシー１−１３は
第４図の如く直角に、組み合わμＣ使用覆るか、２つの
周辺シール用グラノンフイ１へシー１−１３の間に第２
グラフアイトシート１４を設【〕て二層描造にする。第
４図に示す如き本発明の電極基板は、前述の電極基板と
同様に製造Ｊることができるが、後述の実施例２のＪ、
うにして好ましく製造することもできる。尚、周辺シー
ル用グラフアイ１−シー１〜１３は中空孔道方向で多孔
性炭素質層７Ｊ：り外側に伸延していてもＪ：い。 以下、本発明を実施例にＪ、り更に詳述りるが、本発明
は以下の実施例に限定されるものではない。 実施例　１ ）、０炭素摂眉１（ツ１羽化学製、Ｍ１０／１３．″−
１ｊ均繊肩１ｆｉＯ，４５ｍｍ、甲均繊＃ｌＩ径１２ｔ
ｓ　）　４０ｗｔ％、フコノール樹脂（川石（戊（Δ１
り１＜製）　３０ｗｔ％及びポリヒールアルコール粒子
（ｍ１本合成化学製、平均粒子径１８０加）　３０１Ｙ
１９（＋から４する均一）［配合物〈多孔性炭素７１層
用混合物）を所定の形状を右りるブレス成形用金！１゛
！に１ハ相した２、杭いＣ１中空孔通祠（スグレ（・８
子状ポリ１リレン成形物、１木の格子は相当百１予約０
．８ｍｍのばば円形Ｉｇｉ面をイ１する）を供給し、更
に上記多孔性炭素質層用混合物を供給した１、その後、
厚さ０．６ｍｍ　テＪ］ツ金バ１内形Ｊ、り全部で！ｉ
　０　ｍ　ｍ程度（片側約２５ｍｍ）　ｐノイズの大き
いグラフ／−ｒ１〜シート（ＵＣＣ製グラフオイル）を
供給した。その後、１４０℃、４０Ｊ／　ｃｔａ　Ｔ’
　２０分間プレスした。 成形終了後、離型し、同一の内形を右する金型に−１−
記多孔付炭素Ｙ１層用混合物、−に記中空孔道材、上記
多孔性炭素質層用混合物をこの順に供給した。 この上に、前記成形品をグラファイ１〜シー１〜面を下
向きにし−Ｃ金型上に乗せ、１４０℃、４０ｋ（１／Ｃ
ＩＡで２０分間プレス成形した。成形物を１４０℃、０
．５ｋｇ／　ｃｒｊで約２時間後硬化させた後、１００
’Ｃ／時で７　（＋　（１１’、ま℃ゆっくり胃温し、
更に２０００″ＣでＩ　Ｉｌ、５間焼成した。 ｉｑられた電極基板は第２図に示したようなシール部付
きの三Ｂ椙造を右しくおり、中空孔道は断面がほぼ円形
でその直径は約０．８ｍｍであった。この電極基板の諸
物性値を第１表に示す。 第１表 注　１）　中空孔道部分は除く。 ２）　第２図の多孔１ｊ１炭素買層７とグラフアイ１〜
シ刊〜８を一体とした１直。 実施例　２ プレス成形用金型に厚さ０．３１１１ｍのグラフアイ１
−シー１−（ＵＣＣ製グラフオイル）を第５図に示すよ
うに置き（第５図中１５）、その上に実施例１の多孔性
炭素質層用混合物（図中１６）、中空孔道材（図中１７
）、更に多孔性炭素質層用混合物を供給した。尚、第５
図中、１８は金型中枠、１９は金型下板を示＝ｌ−。 その後、１４０℃、４０ｋ（１１０＋ｆで２０分間プレ
ス成形り、た。更に同一方法で同じ成形体をもう一つ製
造した。これら２つの成形体のグラフオイル面にカーボ
ン接着剤（フェノール系樹脂）を塗布した後、成形体外
形より−も全部で約５０ｍｍ　（片側２５ｍｍ程度）人
さい厚さ０．３ｍｌｌ１のグラフオイルに中空孔道の方
向がクロスするように貼り合じだ。 ぞの後、成形物を１４０℃、０．５ｋ（Ｊ／ｃｔＡで約
２時間後硬化させた後、１００℃／時で７００℃までゆ
っくり胃温し、更（こ２０００°Ｃで１時間焼成した。 １りられた電極基板は第４図に示しＩζようにシール部
付ぎの構造を右しており、中空孔ｊυは断面がほぼ円形
でその直径は約０．８ｎ＋ｍであった。この電１〜塁板
の諸物ｆ’ｌ　ｌｉｉ’ｉを第２表に承り。 第２表 ２）　　ｆｆ１４図の多孔性炭素質層７ど周辺シール用
グラノノフイ１〜シート１３及び第２グラフ１イ１〜シ
ート１４を一体とした値。 ３）　周辺シール用グラフ１イトシ刊〜１３及び第２グ
ラフ１イ１〜シ刊〜１４を一体どした値。 ４、図面の簡単な説明 第１図は、従来のモノポーラ型燃別電池（−チル構造を
示づ斜視図、第２図は、本発明電極ム１板の斜視図、第
３図は、第２図の本発明電極幕板を使用づる際のセル構
造を示す斜視図、第４図は、本発明の別の電極Ｊ１を板
の斜視図、第５図は、第４図の本発明電極幕板の製法を
示す略図である。 ７・・・・・・・・・多孔１（１１シミ素質層、８・・
・・・・・・・グラフアイ１〜シー１へ、９・・・・・
・・・・中空孔道、１０・・・・・・・・・周辺シール
祠、１１・・・・・・・・・カスマニホールド、１３・
・・・・・・・・周辺シール用グラフアイ１〜シー１−
１１４・・・・・・・・・第２グラフアイトシー１〜。 ２９３−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１グラ７アイトシートの両面に多孔性炭素質層を有
   しておシ、多孔性炭素質層が中空孔道群を有しておシ、
   グラファイトシートが多孔性炭素質層よシ外側に伸延し
   ていることを特徴とする炭素質燃料電池用電極基板。 （２）多孔性炭素質層の中空孔道群に平行な端面に周辺
   シール用グラファイトシートを有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の電極基板。 （３）周辺シール用グラファイトシートがグラファイト
   シートと貼シ合わせて一体になっていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項に記載の電極基板。 （４）多孔性炭素質層の中空孔道群に平行な端面゛に周
   辺シール材を有しておシ且つ中空孔道群に垂直な端面に
   ガスマニホールドを有していることを特徴とする特許請
   求のＮ囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の電極基板
   。