JPS6364963A - 炭素材及びその製造方法 - 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、炭素材及びその製造方法に関し、特にりん酸
型燃料電池セパレーター用炭素材及びその製造方法に関
するものである。

「従来の技術」 りん酸型燃料電池は、りん酸を保持した電解質層とその
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、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、その両側面に形成する流通溝に
それぞれ供給される燃料ガスと酸化ガスを分離するため
の境界としての機能と単位セル間の接続導体としての機
能を必要とするため、その材料にはガス不透過性、電気
伝導性、機械的強度及び作動温度における耐りん酸性等
について優れた特性を有することが要求される。

従来、この種のセパレーター材料としての炭素材の製造
方法としては、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂と黒鉛
粉末を混練し、熱ロールまたは熱プレスにて成形したの
ち、炭化処理する方法が例えば特開昭５９−１２７３７
７号公報及び特開昭６０−１５０５５９号公報に開示さ
れている。

「発明が解決しようとする間ツ点」 前記特開昭５９−１２７３７７号公報及び特開昭６０−
１５０５５９号公報に記載されている方法により製造さ
れた炭素材は、ＩＩＩＩＮとしての熱硬化性樹脂の配合
割合が少ない場合は経時的にガス不遇過性が低下すると
いう問題があり、配合割合が多い場合は成形性が悪いた
め特殊な成形方法を必要とし、かつ焼成工程において亀
裂が入り易いという問題がある。

また、機械的強度が劣るため、電池を製造する際に破損
しやすいという作業性の問題等がある。

一方、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂そのものを板状
に成形したのち、焼成して炭素材とする方法も知られて
いる。しかし得られる炭素材はガス不透過性に優れたガ
ラス状の炭素質０ものであるが電気伝導性に問題がある
。

さらに、本発明者に係る特願昭６１−１１３２７０号に
は、熱硬化性樹脂３０〜９０重量％を結合材として、メ
ソカーボン小球体の黒鉛化物に配合し、これを板状に成
形し、炭化処理する炭素材の製造方法を提案しているが
、成形工程において細かい条件によるコントロールを必
要とするという問題点ををする。

本発明は、前記の問題点に着目してなされたもので、成
形性が良く、ガス不遇過性、電気伝導性、機械的強度、
耐りん酸性等に優れ、かつ焼成の際に亀裂を生じない燃
料電池セパレーター用炭素材及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、粒度が５０μｍ以下の、メンカーボン小球体
の黒鉛化物とガラス状炭素質とからなり、黒鉛質炭素が
５〜６０！Ｉ％である炭素材及びその製造方法である。

以下に本発明について詳細に説明する。

本発明において用いるメソカーボン小球体の黒鉛化物は
、石油系または石炭系のピッチを熱処理して得られるメ
ソカーボン小球体をろ過し、必要に応じて洗浄したのち
約２５００℃まで昇温加熱して黒鉛化したものである。

このメソカーボン小球体の黒鉛化物の粒度は５０μｍ以
下であることが必要である。黒鉛化物の粒度が５０ＡＩ
＋ｍを超えると得られる炭素材の密度があがらず、ガス
不透過性、電気伝導性等の特性において満足したものに
ならない。

黒鉛化物の一部が凝集している時は粉砕機で粉砕したの
ち、分級して粒度を５０μｍ以下とするが通常は粉砕も
分級もしなくてよい。

本発明の炭素材は、前記メソカーボン小球体の黒鉛化物
とガラス状炭素質とからなり、黒鉛質炭素が５〜６０ｆ
ｆｉｆ１％のもので、りん酸型燃料電池のセパレーター
用材料として優れた機能を有している。

前記黒鉛質炭素が５重量％未膚のものは、電気伝導性が
不足し、６０重量％を超えるものは、ガス不遇過性、耐
りん酸性が低下するためりん酸型燃料電池のセパレータ
ー用材料として十分な性能を有するものが得られない。

つぎに、本発明の製造方法について説明する。

本発明において用いる熱硬化性樹脂粉末は、フェノール
樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂等で、好ましくはフェ
ノール樹脂粉末であり、不活性ガス雰囲気下約１０００
℃の温度で炭化処理した時にガラス状炭素質になるもの
をいい、粒度５０μｍ以下、アスペクト比２以下である
ことが必要である０粒度５０μｍ、アスペクト比２を超
えると、得られる炭素材の密度があがらず、ガス不遇過
性、電気伝導性等の特性が満足すべきものにならない。

また、本発明において用い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（ム、フラン樹
脂、キシレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド普封脂等
も使用可能である０通常、樹脂溶液または粉末状樹脂の
形で使用する。フェノール樹脂が好ましいのは成形体の
特性が優れていること、安価で取扱い易いこと等の理由
による。

まず、熱硬化性樹脂溶液中にメンカーボン小球体の黒鉛
化物及び熱硬化性樹脂粉末を添加して良く混合したのち
、室温で放置して乾燥する。

つぎに、前記混合物を熱ロールまたは熱プレス等を用い
て熱圧成形する。なお、望ましくは熱圧成形する前に前
記混合物を１００℃前後の温度で加熱して予備硬化し、
これを粉砕してから前記熱圧成形するのがよい、また、
前記樹脂溶液のかわりに粉末状樹脂を用い、これとメソ
カーボン小球体の黒鉛化物及び熱硬化性樹脂粉末を混合
して熱圧成形してもよい。

つぎに、前記成形工程で製造された樹脂成形体を１５０
〜２００℃の温度に加熱して完全に硬化させたのち、約
１０００℃まで昇温加熱して炭化処理することにより炭
素材とする。

「実施例」 以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１ 不揮発分５６重量％、粘度１００ｃｐｓのフェノール樹
脂溶液（群栄化学■製ニレシトツブＰＬ−２２１１）と
、平均粒度が１０μｍであるメンカーボン小球体の黒鉛
化物及び平均粒度１５μ■、アスペクト比１．２のフェ
ノール樹脂粉末を、得られる炭素材中の黒鉛質炭素が２
０重量％になるように配合し、攪拌機にて均一に混合し
たのち、室温に放置して乾燥した。

この混合物を乾燥機中で１時間加熱して予備硬化したの
ち粉砕した。この粉末を平板状の金型に供給し、熱プレ
スによりプレス温度１６０℃、プレス圧１００眩／−で
熱圧成形し、厚さ０．８　ｍ、幅３００■、長さ３００
籠の薄板にした。ついで、この薄板を１８０℃の温度で
１０時間加熱してフェノール樹脂を硬化させたのち、黒
鉛板に挟んで１０℃／時の昇温速度で１０００℃まで昇
温して炭化処理し炭素材を得た。

この炭素材の特性を第１表に示す、なお、成形時の成形
斑、炭化時の割れ等は発生しなかった。

実施例２ 粉末状フェノール樹脂（群栄化学■製ニレシトツブＰ（
Ｇ）　Ａ−２４００）と、実施例１と同じ黒鉛化物及び
フェノール樹脂粉末を、得られるＲｓ材中の黒鉛質炭素
が４０重量％になるように配合し、均一に混合したのち
、熱ロールを用いてロール温度１５０℃、ロール周速度
０．２ｍ／分でロール成形して厚さ０．８簡の薄板にし
た。この薄板を実施例１と同様に炭化処理して炭素材を
得た。この炭素材の特性を第１表に示す、なお、成形時
の成形斑、炭化時の割れ等は発生しなかった。

比較例１ 実施例１と同じフェノール樹脂溶液、メソカーボン小球
体の黒鉛化物及びフェノール樹脂粉末を、得られる炭素
材中の黒鉛質炭素が７０重量０％になるように配合され
たものを実施例１と同様に処理して炭素材を得た。この
炭素材の特性を第１表に示す。

比較例２ 実施例２と同じ粉末状フェノール樹脂に平均粒度３００
μｍ、アスペクト比３のフェノール樹脂粉末３０重量％
を配合し黒鉛質炭素なしで実施例２と同様に処理して炭
素材を得たやごの炭素材の特性を第１表に示す。

第１表 「発明の効果」 以上述べた如く、本発明の炭素材は、球状をしたメソカ
ーボン小球体の黒鉛化物とガラス状炭素質とで構成した
ので、緻密で高強度ををし、りん酸型燃料電池のセパレ
ーター用材料として、ガス不透過性、電気伝導性、機械
的強度及び耐りん酸性の優れたものが得られた。また、
本発明の炭素材の製造方法は、球状をしたメソカーボン
小球体の黒鉛化物と熱硬化性樹脂粉末を骨材としている
ため、成形性に優れ、かつ焼成の際、亀裂や反り、を発
生しないので、安定して高品質の炭素材が製造できると
いう効果がある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）粒度が５０μｍ以下の、メソカーボン小球体の黒
   鉛化物とガラス状炭素質とからなり、黒鉛質炭素が５〜
   ６０重量％である炭素材。
2. （２）粒度が５０μｍ以下であるメソカーボン小球体の
   黒鉛化物と熱硬化性樹脂粉末と熱硬化性樹脂とを、得ら
   れる炭素材中の黒鉛質炭素が５〜６０重量％になるよう
   に配合し、混練し、加圧、加熱下で成形し、１５０〜２
   ００℃の温度に加熱して硬化したのち炭化処理すること
   を特徴とする炭素材の製造方法。