[发明专利]燃料电池分隔板的成形模，燃料电池分隔板的制造方法及燃料电池分隔板

说明书

技术领域

本发明一般涉及燃料电池分隔板的制造方法，更详细地说，涉及使用以碳质系粉末为主成份的材料通过压缩成形制得燃料电池分隔板的成形模，制造方法及燃料电池分隔板。

背景技术

近年，伴随能量消耗量增加，引起二氧化碳排出量增加，以及以石油为主的化石资源枯竭问题，为了解决上述诸问题，由燃料电池构成的发电系统作为洁净且高效的新技术，实用化研究得到广泛的进展。

尤其，在电解质使用离子交换膜的固体高分子型燃料电池(PolymerElectrolyte Fuel Cell，以下简记为“PEFC”)系统，因其动作温度为80℃以下，温度较低，能容易地运转·停止。又，能量效率高，因此，期待导入家庭用热电联供系统，汽车，携带设备等。

用于固体高分子型燃料电池的基本电池构成如下：以阳极(燃料极)和阴极(空气极)夹持由离子交换膜构成的电解质膜，构成膜/电极接合体(Membrane Electrode Assembly，以下简记为“MEA”)，以两片分隔板从两侧夹持该MEA。

在分隔板表面分别形成流路槽，用于向MEA的阳极(燃料极)供给氢等燃料气体，向阴极(空气极)供给氧·空气等的氧化气体。另外，有时也形成用于流过制冷剂的制冷剂流路。再有，分隔板具有作为用于分离燃料气体和氧化气体的遮蔽板的功能。

并且，根据燃料电池系统必要的电气输出，这样的基本电池串接叠层数十～数百块，层叠构成。

作为具有上述那样功能的分隔板的必要的代表性特性，以美国能源部(Department of Energy，以下简记为“DOE”)的目标值为基准场合，电阻值为20mΩ·cm以下，气体透射性为2×10^-6cc/cm²·sec·atm以下，薄壁，轻量，并且，为了向市场普及，大幅度减少制造成本必不可少。

兼有这样诸性质及低成本的分隔板，初始，将热硬化型树脂粘结剂混合到碳质系材料中成形，加热硬化后在非氧化性气氛中以1000℃以上高温通过长时间处理烧成碳化。

以该方法得到的成形品为板状，需要对其实行气体流路槽，气体导入孔，层叠用孔等的切削加工，存在成本非常高的问题。

对此，将树脂系粘结剂混合在导电性良好的石墨粉末材料中，在预先可形成流路槽形状·孔形状的模中压缩成形的方法，能满足分隔板必要的诸特性，且不需要切削加工，因此，作为能以低成本实现的制造方法，引人注目。

另外，有记载在特开2004-235137号公报中那样的燃料电池用分隔板及成形品的制造方法，记载在特开2004-22207号公报中那样的粉体的压力成形方法，燃料电池分隔板的制造方法，以及燃料电池分隔板，记载在特开2004-235069号公报中那样的固体高分子型燃料电池成形分隔板的制造方法，上述文献为人们所公知。

但是，为了得到高导电性，石墨配合率需要设为75wt％以上，因此，材料流动性明显低下。结果，在分隔板形成必要的诸形状压缩成形场合，有以下那样的课题。

分隔板表面设有气体流路槽部及其周围的围绕部，气体流路槽部及围绕部的密度不均一。即，气体流路槽部材料压缩比高，围绕部材料压缩比低。因此，围绕部与气体流路槽部相比，石墨密度低，导电性低下，且气体透射性大。

图1A和图1B表示一般的分隔板一例，图2A和图2B表示其截面图。图1A-图2B表示本发明的燃料电池分隔板的一实施形态，但作为分隔板形状为一般形状，参照图示形状，在此说明一般的分隔板。

为了提高分隔板要求的高导电性，重要的是，100％石墨的密度尽可能接近2.1g/cm³。假如石墨80wt％，酚醛树脂20wt％的配合率的粉末材料的体积密度设为0.65g/cm³，制品目标密度设为1.95g/cm³，则压缩成形时的压缩比为3。若制品厚为2mm，因压缩比为3，应充填到模的粉末材料成为6mm。

这时，如图18所示一例，将围绕部区域设定为压缩比3场合，形成气体流路槽部的区域从充填时的截面积86.4mm²，根据所述压缩比3，压力机行程4mm压缩时的截面积成为22.2mm²，以截面积为基准时的气体流路槽部的压缩比成为3.9，相对围绕部区域，成为30％过剩压缩比。气体流路槽部的截面积越大，制品厚度越薄，该现象越显著。

以所述制品截面形状为起因的压缩比的差，因粉末材料流动性差，相对压缩方向朝横方向的材料流动几乎没有是根本原因。