JPH04219370A - 多孔質炭素板およびその製造法 - Google Patents
多孔質炭素板およびその製造法Info
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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
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池用電極等に使用
される多孔質炭素板及びその製造法に関する。
される多孔質炭素板及びその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池用多孔質炭素板は、炭素繊維シ
ートあるいは、その前駆体シート等に熱硬化性樹脂を含
浸し、硬化、焼成することによって製造される事が多い
。
ートあるいは、その前駆体シート等に熱硬化性樹脂を含
浸し、硬化、焼成することによって製造される事が多い
。
【０００３】しかし、燃料電池自体の高性能化、低コス
ト化要求に伴なって、多孔質炭素電極の物性改善、品質
のバラツキの低減化、製法の見直し等に対する要求も高
まり、種々の改良提案がなされている。
ト化要求に伴なって、多孔質炭素電極の物性改善、品質
のバラツキの低減化、製法の見直し等に対する要求も高
まり、種々の改良提案がなされている。
【０００４】例えば抄紙工程で様々な工夫をなし、面内
が均一でカサ高な多孔質炭素板を得る方法（特開昭６２
−１２６８１、同６０−１２２７１１）、熱伝導率を向
上させる為にカーボン粉末を併用する製造法（特開昭６
０−４２２１３、同６１−２３６６６４）等がある。
が均一でカサ高な多孔質炭素板を得る方法（特開昭６２
−１２６８１、同６０−１２２７１１）、熱伝導率を向
上させる為にカーボン粉末を併用する製造法（特開昭６
０−４２２１３、同６１−２３６６６４）等がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池の高性能化の
為には、電極材として用いられる多孔質炭素板は、面に
垂直な方向のガス透過性の高いことのみならず、更に電
気伝導性、熱伝導性等の物性も優れていることが要求さ
れる。
為には、電極材として用いられる多孔質炭素板は、面に
垂直な方向のガス透過性の高いことのみならず、更に電
気伝導性、熱伝導性等の物性も優れていることが要求さ
れる。
【０００６】一般的な製法、すなわち抄紙後のシートを
熱硬化性樹脂に含浸し、乾燥したシート（以降プリプレ
グシートと称する）を積層圧着する方法においては樹脂
含浸、積層圧着工程で様々な工夫が必要である。
熱硬化性樹脂に含浸し、乾燥したシート（以降プリプレ
グシートと称する）を積層圧着する方法においては樹脂
含浸、積層圧着工程で様々な工夫が必要である。
【０００７】カサ高な製品を得るには、積層圧着時に大
きな成形圧力をかけないで成形しなければならず、この
為、樹脂含浸量を少なくするとシート間の接着性が低下
して製品不良発生率が高くなり、一方、含浸量を多くす
ると、シート間の接着性は良くなるが、含浸樹脂がシー
ト層間に膜を形成し易くなり、製品のガス透過性を低下
させる。
きな成形圧力をかけないで成形しなければならず、この
為、樹脂含浸量を少なくするとシート間の接着性が低下
して製品不良発生率が高くなり、一方、含浸量を多くす
ると、シート間の接着性は良くなるが、含浸樹脂がシー
ト層間に膜を形成し易くなり、製品のガス透過性を低下
させる。
【０００８】これらの問題を回避する為、従来、ガス透
過性を維持する為にスペーサーを用いた積層圧着（積層
品厚さ制御）、熱伝導率等の改善の為に含浸液に黒鉛微
粉を添加させる方法等の工夫がなされてきた。
過性を維持する為にスペーサーを用いた積層圧着（積層
品厚さ制御）、熱伝導率等の改善の為に含浸液に黒鉛微
粉を添加させる方法等の工夫がなされてきた。
【０００９】しかし、これらの工夫は、生産性の改善お
よび大幅な物性改良等に対しては余り効果がなかった。
よび大幅な物性改良等に対しては余り効果がなかった。
【００１０】本発明の目的は生産性および製品面垂直方
向のガス透過性、電気伝導性、熱伝導性を大幅に改善し
た多孔質炭素板およびその製造法を提供することにある
。
向のガス透過性、電気伝導性、熱伝導性を大幅に改善し
た多孔質炭素板およびその製造法を提供することにある
。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者は前記状況に鑑
み、鋭意研究努力した結果、下記製法を用いることによ
り、前記問題を解決できることを見出した。
み、鋭意研究努力した結果、下記製法を用いることによ
り、前記問題を解決できることを見出した。
【００１２】１）プリプレグシートを積層圧着させる際
に、各シート間に、炭素化可能で且つ、熱可塑性を有す
るフイルムを挿入し、交互積層する。
に、各シート間に、炭素化可能で且つ、熱可塑性を有す
るフイルムを挿入し、交互積層する。
【００１３】シートに多量の樹脂が含浸されていると、
製品のガス透過性能を低下させるので、プリプレグシー
トの樹脂含浸量は３０％以下にするのが望ましい。
製品のガス透過性能を低下させるので、プリプレグシー
トの樹脂含浸量は３０％以下にするのが望ましい。
【００１４】上記熱可塑性フイルムとしては、ポリ塩化
ビニリデンフイルム、塩化ビニールフイルム、ポリテト
ラフルオロエチレンフイルム等のいずれかが用いられる
。
ビニリデンフイルム、塩化ビニールフイルム、ポリテト
ラフルオロエチレンフイルム等のいずれかが用いられる
。
【００１５】これら熱可塑性フイルムは、プリプレグシ
ート相互を接着する機能を持つと同時に、炭素化時の昇
温過程で、ガスの透過性を阻害する熱硬化性樹脂炭化膜
を形成し難くするものと推定される。
ート相互を接着する機能を持つと同時に、炭素化時の昇
温過程で、ガスの透過性を阻害する熱硬化性樹脂炭化膜
を形成し難くするものと推定される。
【００１６】プリプレグシート基材にアクリル繊維のよ
うな熱可塑性物質が用いられている場合には、これらフ
イルムは炭素化加熱時にシート基材を不融化する機能を
併せ持っている。
うな熱可塑性物質が用いられている場合には、これらフ
イルムは炭素化加熱時にシート基材を不融化する機能を
併せ持っている。
【００１７】２）次いで炭化焼成後の多孔質炭素板にピ
ッチ含浸処理を行なった後、再度、８００℃以上の温度
に加熱し含浸ピッチを炭化させる。
ッチ含浸処理を行なった後、再度、８００℃以上の温度
に加熱し含浸ピッチを炭化させる。
【００１８】ピッチ含浸再焼成により、当然、多孔質炭
素板のガス透過量は低下する（１０〜５０％低下）ので
、製品のガス透過量を確保する為にはピッチ含浸前の多
孔質炭素板の段階で、３０００ｍｌ・ｍｍ／ｈｒ・ｃｍ
２ ・ｍｍＡｑ以上のガス透過性を保持していることが
望ましい。
素板のガス透過量は低下する（１０〜５０％低下）ので
、製品のガス透過量を確保する為にはピッチ含浸前の多
孔質炭素板の段階で、３０００ｍｌ・ｍｍ／ｈｒ・ｃｍ
２ ・ｍｍＡｑ以上のガス透過性を保持していることが
望ましい。
【００１９】ガス透過性の低下防止および製品の面内で
のバラツキ発生防止のため、含浸用ピッチはタール等で
適宜、濃度調整することが望ましい。
のバラツキ発生防止のため、含浸用ピッチはタール等で
適宜、濃度調整することが望ましい。
【００２０】
【作用】プリプレグシート間に挿入された熱可塑性フイ
ルムは、シート、フイルム複合積層体の焼成炭化時に軟
化溶融してプリプレグを構成している有機高分子繊維の
間に拡がり、シート間の接合を強固なものとする。同時
に、熱分解時に発生する活性ガスにより、プリプレグを
構成している有機高分子繊維をも不融化するものと推定
される。
ルムは、シート、フイルム複合積層体の焼成炭化時に軟
化溶融してプリプレグを構成している有機高分子繊維の
間に拡がり、シート間の接合を強固なものとする。同時
に、熱分解時に発生する活性ガスにより、プリプレグを
構成している有機高分子繊維をも不融化するものと推定
される。
【００２１】こうして構成された強固な一次構造体にピ
ッチ含浸して組織内部表面まで含めた全体を黒鉛結晶性
の良いソフトカーボンで覆うことにより、熱的、電気的
特性が大幅に改善される。
ッチ含浸して組織内部表面まで含めた全体を黒鉛結晶性
の良いソフトカーボンで覆うことにより、熱的、電気的
特性が大幅に改善される。
【００２２】
【実施例】実験条件を一覧表にして、表１に、結果を表
２に示した。
２に示した。
【００２３】
【００２４】本実験において使用した抄紙シート、フェ
ノール樹脂、ピッチは下記のとおりである。
ノール樹脂、ピッチは下記のとおりである。
【００２５】
レーヨン・シート：リンテック（株）製
レーヨン繊維５デニール×５ｍ
ｍ長をパルプと混合抄紙
レーヨン繊維５デニール×５ｍ
ｍ長をパルプと混合抄紙
【００２６】
米坪１
００ｇ／ｍ２ 不融化アクリルシート：リンテック（株
）製 東
邦レーヨン製不融化アクリル２デニール×３ｍｍ長をパ
ルプと
混合抄紙
００ｇ／ｍ２ 不融化アクリルシート：リンテック（株
）製 東
邦レーヨン製不融化アクリル２デニール×３ｍｍ長をパ
ルプと
混合抄紙
【００２７】
【００２８】
【００２９】
タール ：新日鉄化学（株
）製 人
造黒鉛製品含浸用ピッチ濃度調整用
）製 人
造黒鉛製品含浸用ピッチ濃度調整用
【００３０】なお、
本実験は原料シート材を３０ｃｍ角に切断し、常温常圧
下、フェノール樹脂液に浸漬してプリプレグとなし、ピ
ッチ含浸は人造黒鉛製造用含浸装置を用いることにより
行なった。
本実験は原料シート材を３０ｃｍ角に切断し、常温常圧
下、フェノール樹脂液に浸漬してプリプレグとなし、ピ
ッチ含浸は人造黒鉛製造用含浸装置を用いることにより
行なった。
【００３１】炭素化、黒鉛化等の熱処理は、試料を黒鉛
板にはさみ、非酸化性雰囲気下で加熱することにより行
なった。
板にはさみ、非酸化性雰囲気下で加熱することにより行
なった。
【００３２】
【００３３】
【発明の効果】本発明に係る多孔質炭素板は製法が安易
であり、且つ、燃料電池用多孔質炭素電極板として優れ
た特性を有している。
であり、且つ、燃料電池用多孔質炭素電極板として優れ
た特性を有している。
【００３４】本発明は燐酸型燃料電池の市場導入に際し
、コスト、品質両面で貢献するところ大である。
、コスト、品質両面で貢献するところ大である。
Claims (5)
- 【請求項１】 炭素化可能な有機高分子繊維を抄紙後
、該抄紙原紙に熱硬化性樹脂を含浸し、積層圧着、炭素
化して得られる多孔質炭素の製法において、積層各含浸
紙間に、加熱圧着時に炭素化可能、且つ、熱可塑的性質
を有し、熱可塑性有機高分子繊維を不融化する機能を有
するフイルムを介在させることを特徴とする多孔質炭素
の製造法。 - 【請求項２】 炭素化可能な有機高分子繊維がセルロ
ース繊維、フェノール系繊維、アクリロニトリル繊維で
ある請求項（１）の多孔質炭素の製造法。 - 【請求項３】 熱硬化性樹脂含浸紙間に介在させるフ
イルムがポリ塩化ビニリデンフイルム、ポリ塩化ビニー
ルフイルム、ＰＴＦＥフイルムである請求項（１）の多
孔質炭素の製造法。 - 【請求項４】 請求項（１）、（２）の方法により得
られる炭素化後の多孔質炭素にピッチ含浸した後、再度
炭素化して得られる多孔質炭素の製造法。 - 【請求項５】 請求項（４）の方法により得られる多
孔質炭素において ガス透過量＝１５００ｍｌ・ｍｍ／ｈｒ・ｃｍ２ ・ｍ
ｍＡｑ以上厚さ方向熱伝導率＝３．０Ｋｃａｌ／ｍ・ｈ
ｒ・℃以上曲げ強さ＝１００Ｋｇ／ｃｍ２ 以上 の特性を有する多孔質炭素。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2410644A JP2674317B2 (ja) | 1990-12-14 | 1990-12-14 | 多孔質炭素板およびその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2410644A JP2674317B2 (ja) | 1990-12-14 | 1990-12-14 | 多孔質炭素板およびその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04219370A true JPH04219370A (ja) | 1992-08-10 |
| JP2674317B2 JP2674317B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=18519769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2410644A Expired - Lifetime JP2674317B2 (ja) | 1990-12-14 | 1990-12-14 | 多孔質炭素板およびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2674317B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115572183A (zh) * | 2022-11-09 | 2023-01-06 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种高强度耐高温隔热材料及其制备方法 |
-
1990
- 1990-12-14 JP JP2410644A patent/JP2674317B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115572183A (zh) * | 2022-11-09 | 2023-01-06 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种高强度耐高温隔热材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2674317B2 (ja) | 1997-11-12 |
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