JPS62171908A - 炭素板の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は炭素板の製造方法に関し、この明細書ではリン
酸型燃料電池セパレーターに対して好適に用いられる機
械的性質に優れる炭素薄板を安定して製造する方法につ
いて提案する。

リン酸型燃料電池は、リン酸を保持した電解質層および
その両側に配置した白金触媒を担持した多孔質電極基板
を単位セルとして、各単位セルをセパレーターを介して
積層したものである。かかるセパレーターはその両側面
のガス流通溝に供給される燃料ガスと酸化ガスの分離、
境界ならびに単位セル間の接続導体としての機能を必要
とするため、その材料には高いガス不透過性、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
ン酸性等の特性を有することが要求される。

（従来の技術） 従来、上記電池セパレーター、即ち炭素板の製造方法と
しては、例えば、特開昭５９−２６９０７号公報や特開
昭５９−１２７３７７号公報などに開示されているよう
な、フェノール樹脂等熱硬化性樹脂と黒鉛粉末を混練し
熱ロール又は熱プレスにて成形後必要に応じて炭化処理
する方法がある。この既知方法により製造した炭素材は
ガス不透過性、電気伝導性が優れている。しかし機械的
強度が劣り、電池を製造する際に破損しやすく、作業性
に問題を残していた。

その他、特開昭５７−２０７８８３号として提案されて
いるものがある。この既知技術は、フェノール樹脂等熱
硬化性樹脂、黒鉛粉末および炭素繊維からなる成形物を
焼成炭化処理する方法である。この方法はガス不透過性
、電気伝導性に加え機械的強度にも優れた燃料電池セパ
レーター用炭素板が得られるが、補強材に炭素繊維を使
っているため、焼成の際に炭素繊維とマトリックス樹脂
の熱収縮率の違いにより、亀裂がはいりやすく、上述し
たと同様炭素板を工業的に安定して製造することが難し
かった。

ガス透過性と電気伝導性には優れるが機械的強度に劣る
ために作業性が悪いという問題点、あるいは繊維補強材
を使うために安定した製造が阻害されるという上記各従
来技術の抱える問題点に対し、 それらを解決すべき課題として把え、その克服法の提案
をもって本発明の目的とする。

（問題点を解決するための手段） １掲の目的は、次の事項を要旨とする構成にて実現され
る。すなわち、本発明にかかる炭素板の製造方法は、熱
硬化性樹脂２０〜８０重量％、最大粒子径が５０μｍ以
下の黒鉛粉末１０〜７０重量％および不融化処理したピ
ッチ繊維１０〜５０重量％を、加圧加熱して板状に成形
し、１５０〜２００℃の温度域で完全に硬化させたのち
炭化処理することを特徴とする。

（作　用） まず、本発明製造方法において用いる出発原料について
説明する。

熱硬化性樹脂としては、好ましくはフェノール樹脂であ
るが、その他フラン樹脂やエポキシ樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、ポリイミド樹脂等も使用可能である。フェ
ノール樹脂が好ましい理由は、樹脂の取扱いやすさ、成
形体の特性および価格が安価であることによる。この熱
硬化性樹脂の配合量は２０〜８０重量％である。２０重
量％未満では均一な成形体が得られず、成形体内部にボ
イドが発生してガス不透過性が低下する。また８０重量
％を超えると電気伝導性が低下する。

黒鉛粉末としては、天然物、人工物又はその混合物でよ
い。用いる粉末の最大粒子径は５０μｍ以下であること
が必要である。５０μＭより大きいものを使用すると密
度が上がらず、ガス不透過性、電気伝導性において満足
した特性のものが得られない。またその配合量は１０〜
７０重量％とする。１０重重量未満では電気伝導性が悪
く、一方７０重量％を超えるとガス不透過性、機械的強
度が低下する。

不融化処理したピッチ繊維としては、常法に従い、コー
ルタールピッチ、石油系ピッチを２５０〜４００℃で溶
融し、取出し紡糸法または遠心紡糸法により紡糸した後
酸化雰囲気下で処理することによって得られる。その配
合量としては１０〜５０重量％である。１０重量％未満
では繊維強化の効果が低く、５０重量％を超えるとガス
不透過性が低下するからである。

次に上記配合原料の成形炭素化方法について説明する。

樹脂成形体の製造方法は、不融化ピッチ繊維を常法によ
りフェルト状、クロス状に加工したものを黒鉛粉末、フ
ェノール樹脂混合物中に含浸し、乾燥した後、所望の厚
さになるように積層し、ロールやプレス等を使って、加
圧加熱下で成形する方法、さらには一定の長さに切断し
た不融化ピッチ繊維、黒鉛粉末、フェノール樹脂粉末を
均一に混合した後、同様にして加圧加熱下で成形する方
法を用いる。

次にこのようにして製造した樹脂成形体を、１５０〜２
００℃の温度域にて完全に硬化させた後約１０００℃ま
で加熱して炭化処理することにより目的とする炭素薄板
が得られる。

（実施例） （１）　　フェノール樹脂（群栄化学−社製：レジトッ
プＰＬ２２１１．不揮発分−５６％、粘度−１００ｃｐ
ｓ）、人造黒鉛粉末（粉砕機で粉砕処理２００メツシユ
バス）含有のメタノール溶液に、不融化ピッチ繊維のフ
ェルト物（１００ｇ　／　ｎ？）を含浸させて室温で乾
燥した。その配合組成を表１に示す。

含浸物を２枚積層して平板状の金型にはさみ、熱プレス
により、プレス温度１６０℃、プレス圧７０ｋｇ／　ｃ
ｄで熱圧成形し、厚さ０．９１ｍ　３’０ＯＸ３００Ｉ
１１の薄板に成形した。

次に成形体を１８０℃に１０時間放置して完全にフェノ
ール樹脂を硬化させた後、黒鉛板にはさみ、１０℃／ｈ
ｒの昇温速度で１０００℃まで加熱して炭化処理した。

得られた炭素薄板の特性を表２に示す。さらに、炭素Ｆ
ｉＱ板製板製定時ワレ、ヒビ等の欠陥の生じる割合を比
較例５と対比して表３に示す。

（２）フェノール樹脂（群栄化学四社製；レジトップＰ
Ｇ　（Ａ）−２４００微粉末、天然黒鉛粉末（粉砕機で
粉砕処理２００メソシユバス）、６ｍｍの長さの不融化
ピッチ繊維を表１の配合組成にて均一に混合した後、平
板金型に供給し、以後実施例１と同様に処理して目的と
する炭素薄板を得た。

その特性を表２にあわせて示す。

（比較例１） 配合組成１．′ｉ表１に示した様に、不融化ピッチ繊維
なしで実施例（］）と同様に処理して、比較対照用炭素
薄板を得た。その特性を表２に示す。

（比較例２） 配合組成は表１に示した様に、フェノール樹脂過剰、不
融化ピンチ繊維不足で、実施例（１）と同様に処理して
比較対照用炭素薄板を得た。その特性を表２に示す。

（比較例３） 配合組成は表１に示した様に、黒鉛粉末不足で実施例（
２）と同様に処理して比較対照用炭素薄板を得た。その
特性を表２に示す。

（比較例４） 配合組成は表１に示した様に、フェノール樹脂、不融化
ピッチ繊維不足で、実施例（２）と同様に処理して比較
対照様炭素薄板を得た。その特性を表２に示す。

（比較例５） 配合組成は、実施例（１）の不融化ピッチ繊維をＰＡＮ
系高強度タイプ炭素繊維に変えた以外は実施例（，１，
）と同様に処理して、比較対照用炭素薄板を得た。

その不良品発生件数を表３に示す。

以上の実施例、比較例を比較してみると明らかなように
、本発明によれば、ガス透過率１０−５ｍＡ／ｍ１ｎ−
ｃｎ！　　（ＮＺガス、１気圧、室温度）以下、電気比
抵抗５ｍΩ以下、曲げ強度ｌ　ｋｇ／　ｒａｍ２以上の
高温リン酸中で安定な炭素薄板が工業的に安定して製造
できた。

表　　　３ 不良品発生件数＝３０釧角の炭素薄板を５０枚製造した
際のワレ、ヒビ等のはい った不良品が発生した数。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、不融化処理したピ
ッチ繊維を用いるので、炭化処理後も繊維の形状を維持
することができ、そのために繊維強化の役割を十分に果
たし、従来のフェノール樹脂−黒鉛粉末により製造した
炭素薄板の欠点である機械的強度が改善される。

また一方で、この不融化処理したピッチ繊維を用いる本
発明によれば、マトリックスのフェノール樹脂と熱収縮
率の差が少ないため、上述したフェノール樹脂等熱硬化
性樹脂−黒鉛粉末一炭素繊維より製造した従来炭素薄板
製造法の欠点である焼成の際のひずみにより生ずるわれ
等の発生がなくなり、安定して炭素板を製造できるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、リン酸型燃料電池の単セルの構造を示す分解
斜視図である。 １・・・セパレーター　　　１′・・・セパレーター２
・・・負電極　　　　　　２′・・・正電極３・・・電
解液（リン酸）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、熱硬化性樹脂２０〜８０重量％、最大粒子径が５０
   μｍ以下の黒鉛粉末１０〜７０重量％および不融化処理
   したピッチ繊維１０〜５０重量％を、加圧加熱して板状
   に成形し、１５０〜２００℃の温度域で完全に硬化させ
   たのち、炭化処理することを特徴とする炭素板の製造方
   法。