JPS6282653A - 燃料電池のセパレ−ト板の製造方法 - Google Patents

燃料電池のセパレ−ト板の製造方法

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JPS6282653A
JPS6282653A JP60221175A JP22117585A JPS6282653A JP S6282653 A JPS6282653 A JP S6282653A JP 60221175 A JP60221175 A JP 60221175A JP 22117585 A JP22117585 A JP 22117585A JP S6282653 A JPS6282653 A JP S6282653A
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JP
Japan
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fluororesin
paste
fuel cell
separate plate
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JP60221175A
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English (en)
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Yusuke Ito
裕介 伊藤
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0213Gas-impermeable carbon-containing materials
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は燐cIl型燃料電池のガス拡散電極−ご載置さ
れるセパレート板に関する。
〔従来技術とその問題点] 例えば燐酸型燃料電池は多孔質の水素電極や空気電極か
らガスの漏洩するのを防ぐために、これら両電極にセパ
レート板を介在させて多数の単電池を積層して使用する
のが普通である。
このセパレート板に要求される性質は高い導電性すなわ
ち体積抵抗5×1o Ω−m以下であること、加圧Bt
層時の接触抵抗が小さいこと、ガスが透過しないこと、
その他耐熱性、耐燐酸性などに優れていることなどであ
る。セパレート板として多く使用されているものは、従
来樹脂を含浸した焼結カーホン板やグラソシイカーボン
板などでありよく知られている。
しかしながら、これらのセパレート板にも短所があり、
上記要求特性の全てを満足させることはできず、例えば
材料が硬いために電極との馴染みが悪く接触抵抗が高い
ことや樹脂の劣化によるガス透過性が大きいこと、才だ
耐熱性、#燐酸性に劣り、さらにコストが高いなどの問
題をもっている。これに対して例えばクラファイトとフ
ェノール樹脂などの熱硬化性樹脂とを混合した後、加圧
成形して得られる低コストの導電性複合材料などもある
が、この材料から作製したセパレート板も前述と同様に
硬く加圧積層時に相手の電極面との接触状態が悪いため
に接触抵抗が高くなり1、また    −高導電性を付
与させるためにグラファイトの添加量を増すと、得られ
るセパレート板は反りなどの変形2寸法精度の低下、も
しくはセパレート板中の位置によって導電性や強度の不
均一性など種々の不都合を生ずるという点で好ましくな
い。
〔発明の目的〕
本発明は上述の点lこ鑑みてなされたものであり、その
目的は5×100口以下の体積抵抗と均一な寸法精度や
強度を有し、ガスを透過することのない比較的大面積の
セパレート板が得られる製造方法を提供することにある
〔発明の要点〕
本発明は水を溶媒とするフッ素樹脂濃度30〜60重量
%のフッ素樹脂ディスパージョンとカーボンブラックを
混合した樹脂ペーストをロールを用いてシート状にした
後、焼成することによりセパレート板を製造するもので
ある。
〔発明の実施例〕
以下本発明を実施例に基づき説明する。
フッ素樹脂ディスパージョンは例えば市販の三井フロロ
ケミカル社製の商品名テフロン30−Jを用いたが、こ
れは水を分散媒とし四フッ化エチレン樹脂濃度が60重
量%のものである。カーボンブラックは例えば揖斐用電
工社製のアセチレンブラックを用いた。
はじめにテフロン30−Jに水を加えて希釈または10
0℃で乾燥して濃縮し、四フッ化エチレン樹脂濃度の異
なる5種類のフッ素樹脂ディスパージョンを用意する。
その各々にアセチレンブラックを混合するが、この際フ
ッ素樹脂とアセチレンブラックの配合比は最終的に得ら
れるセパレート板の体空抵抗を5×】0 Ω−m以下と
するためにフッ素樹脂が26重量%、アセチレンブラッ
クが74重ft−%含まれるように配慮して行なう。例
えば50頭フッ素樹脂畝度のディスパージョン52gr
とアセチレンブラック74 grとを混合すれば水は最
後に除去されるからフッ素樹脂とアセチレンブラックの
混合ペーストから上記組成をもつセパレート板が得られ
る。したがってフッ紫樹脂#度の高いディスパージョン
の方が混合ペーストの水分量は少なくなる。
各フッ素樹脂濃度のディスパージョンさアセチレンブラ
ックはニーダを用いて30分間混錬しペースト状とし、
次いでロールを通してシート化する。
第1図はこのペーストをシートにするためのロール装置
の構成と作用を説明するためlこ模式的に表わした要部
断面図である。
第1図においてベース1上に複数個の上下一対のロール
例えば2 + 23 、2b 、 2Cが配置サレ、こ
れらの上ロール側き下ロール側にそれぞれポリ・エチレ
ンシート3および3aの巻出機4,4aを備えている。
巻出機4から送られるポリエチレンシート3はプーリー
5を経てロール2〜2cのロールキャップ内で上ロール
に接して走行し最後に巻取機61こ巻き取られる。同イ
チlこ巻出4幾4aがら送られるポリエチレンシート3
aもブー++−5aを経てロール2〜2Cのロールギャ
ップ内で下ロールに接して走行し巻取機6にポリエチレ
ンシート3とともに巻き取られる。各ロールの回転方向
を矢印で示しであるがそれぞれロールギャップの大きさ
が異なりポリエチレンシート3.3aの進行方向に対し
てロールギャップが徐々に狭くなるようにしである。す
なわち第1図では送り出しのロール2が最もギャップが
大きく、巻取機に近いロール2Cがギャップは最も小さ
い。
このように構成されたロール装置に前述のペースト状混
合物7を開口部から供給するが、このときペースト7の
ロール過程の厚さを調整するため堰8を用いさらに各ロ
ールギャップを適当に定めてペースト7をポリエチレン
シート3Hの上に載せる。かくしてペースト7はポリエ
チレンシート3と38の間に挟まれて走行するとともに
順次圧下されて厚さを減じ最後に表面と裏面がそれぞれ
ポリエチレンシート3または3aで被覆されたシート状
となって巻取機6に巻き取られる。
以上のようにして本実施例では厚さ1鴎、巾1000t
mnのペースト状シートが得られたので、これを各辺1
000mmの正方形に切断した後、これらを昇温速度1
00℃/hrで焼成温度380℃に4時間保持すること
により水分きポリエチレンシートを除去し、大きな面積
のセパレート板として作製することができた。なおセパ
レート板の厚さは堰8、ロール2〜2Cのギャップ、ま
たセパレート板の面積は巻出機4,4a、各ロール2〜
2c。
巻取機6などの巾寸法を合目的に設定し、所望の厚さと
面積をもったセパレート板を作製することができる。
次にフッ素樹脂濃度の異なるディスパージョンを用いて
得られたセパレート板の体積抵抗を測定温  1  表 第1表の結果からセパレート板の体積抵抗が5×100
−m以下となるのはディスパージョン液のフッ素樹脂濃
度が30〜60重量%の範囲であることがわかるが、こ
の範囲のものから得られるセパレート板にはそりなどの
変形、寸法精度不良および場所による導電性や強度のば
らつきなどは認められず、燃料電池のスタックを組立て
たときの電極との接触抵抗は従来の1/4程度に減少し
、またガスの透過も阻止することができる。
これに対し、フッ素樹脂濃度70重t%および20重量
%のディスパージョン液を用いて得られるセパレート板
は体積抵抗が高く、電極との接触抵抗は従来の1/3程
度にはなるものの、変形や寸法精度および導電性や強度
のばらつき、さらにガス透過性などに関してはなお不十
分な点が多い。
以上のこさから本発明に用いられる水を溶媒とするフッ
素樹脂ディスパージョンはフッ素樹脂濃度を30〜60
重f%範囲のものが適していることがわかる。なお前記
したように本発明ではディスパージョン液に、いずれも
得られるセパレート板がフッ素樹脂26重−1it%、
アセチレンブラック74重i%含まれるようにアセチレ
ンブラックを混合しているので、セパレート板はすべて
同一組成のものとして作製されるにもかかわらず1体積
抵抗の値が異なるのは、ディスパージョン液のフッ素樹
脂磁度が高いものの方が混錬およびロール過程で水分量
が少くて硬いものとなり、フッ素樹脂濃度の低いものは
水分量が多くて軟いから、ニ−ダで混錬するときおよび
ロールの間を通過して徐々に厚さを減じて行くとき、フ
ッ素樹脂とアセチレンブラックの混り方が一様lこ行な
われていないからである。このことがフッ素樹脂姓1f
701f%のディスパージョンでは水分が多過ぎ、20
重jL%のものでは水分が少な過ぎ、その中間の範囲を
適当とする根拠であって、第1表の結果および前述の効
果とよく一致している。
なおセパレート板の導電性に関してはフッ素樹脂吉有l
をさらに低くし、アセチレンブラックの含有量を高める
ことにより、体積抵抗を下げることはできるがガス透過
性など他の特性を阻害する点もあるので本実施例の配合
値を大きく逸脱してはならない。またカーボンブランク
はアセチレンブランクを用いた場合で説明してきたが、
その他のカーボンブランクを用いても同様の効果を得る
ことができる。
次にフッ素樹脂として四フッ化エチレン−六フフ化プロ
ピレン共重合樹脂のフッ素樹脂ディスパージョンを用い
、その他ロール装置および製造方法などは前述の実施例
と全く同様にしてセパレート板を作製した。
用いたフッ素樹脂ディスパージョンは例えば市販のダイ
キン工業社製の商品名ネオフロンND−1であり、水を
分散媒とする樹脂濃度50重量%のものであり、希釈ま
たはt&mしこれにアセチレンブラックを混合した。
製造方法などは説明を省略し、得られたセパレート板の
体積抵抗を第1表に倣って第2表に示す。
第2表 第2表からフッ素樹脂に四フッ化エチレン−六フッ化プ
ロピレン共重合樹脂とするフッ素樹脂ディスパージョン
を用いてもほぼ第1表と同様の結果が得られ、したがっ
てこの場合もフッ素樹脂ディスパージョンの樹脂濃度は
30〜60重量%とするのが適しており、セパレート板
としての効果も全く同じであることがわかる。
〔発明の効果〕
燐酸型燃料電池のセパレート板は、従来カーボンやゲラ
フィトにフェノール樹脂などを混合したものが用いられ
ているが、これらはいずれも硬く、電極板との馴染みが
悪いためlこ接触抵抗が高くなることに加えて変形や特
性上のばらつきが大きいなど種々の問題をもっていたの
に対し、本発明の方法により作製されるセパレート板は
、実施例で説明したように、水を溶媒とするフッ素樹脂
30〜60ii%のディスパージョン液とカーボンブラ
ンクを適量混合し混錬したペーストをロール装置を用い
て連続的に減厚した後焼成する、ことによりンート状と
したものであって、フッ素樹脂が一般の熱硬化性樹脂な
どに比べて柔軟な弾力性をもっており、ニーダで混錬し
たものをさらにロールで伸ばすという過程を経ているた
めに、フッ素樹脂とカーボンブラックが均一に混り合う
ようになり、その結果得られたセパレート板は電極板に
積層加圧されるときによく馴染み、接触抵抗を低下させ
、しかも製造過程において変形や特性のばらつきを生ず
ることなく、またガス透過を阻止する極めて有用性の高
いものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に用いられるロール装置の模式的な断面
図である。 1・・・ベース、2 、2a 、 2b 、 2C−・
・ロー/L/、3.3a・・・ポリエチレンシート、4
,4a・・・巻出機、5,5a・・・ブー11−16・
・・巻取様、7・・・ペースト、8・・・堰。 yz久ノI7i  +L  L:2    、’、’h
’、”、’)−’:つIべ 手続補正書(自発) 1.事件の表示   蝉昭ω−2:;!://7.左3
、補正をする者 事件との関係       出願人 住  所   、 Jil:’τj:iノ1; 、’−
’4=1′、二1,1191音1壮名 称 f5231
さ士゛こC1jイ、!、大会社(ほか   名) 4、代 理 人 住  所  川崎市川崎区田辺新田1番1号補正の内容 1、明細書第6頁第6行目に「ニーダ」とあるを「ニー
ダ−」と訂正する。 2)明細書第7頁第3行目に「3」とあるをr3aと訂
正する。 3、明III書第8頁第2行目に記載の「した後」と「
、これら」との間に「ポリエチレンシートをはがし」を
挿入する。 4、明細書第8頁第4行目に「とポリエチレンシート」
とあるを削除する。 5、明細書第11頁第5行目に「多過ぎ」とあるを「少
な過ぎ」と訂正する。 6、明細書第11頁第6行目に「少な過ぎ」とあるを「
多過ぎ」と訂正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)フッ素樹脂濃度30〜60重量%の水性ディスパー
    ジョンにカーボンブラックを添加混錬してペースト状混
    合物とし、該混合物をロール装置を用いて所定の厚さに
    展延することによりシート状とした後焼成することを特
    徴とする燃料電池のセパレート板の製造方法。 2)特許請求の範囲第1項記載の方法において、フッ素
    樹脂として四フッ化エチレン樹脂を用いることを特徴と
    する燃料電池のセパレート板の製造方法。 3)特許請求の範囲第1項記載の方法において、フッ素
    樹脂として四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重
    合樹脂を用いることを特徴とする燃料電池のセパレート
    板の製造方法。 4)特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記
    載の方法において、カーボンブラックとしてアセチレン
    ブラックを用いることを特徴とする燃料電池のセパレー
    ト板の製造方法。 5)特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかに記
    載の方法において、フッ素樹脂ディスパージョンとカー
    ボンブラックをセパレート板に含まれるフッ素樹脂が2
    6重量%、カーボンブラックが74重量%となるように
    配合することを特徴とする燃料電池のセパレート板の製
    造方法。 6)特許請求の範囲第1項ないし第5項のいずれかに記
    載の方法において、ロール装置は混合物が進行方向に次
    第に厚さを減ずる複数個のロールを備え、混合物の表裏
    両面を被覆するように各ロールのギャップ内面に接して
    走行するポリエチレンシートを配したことを特徴とする
    燃料電池のセパレート板の製造方法。
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