[发明专利]燃料电池用隔板的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及包含热塑性树脂组合物的燃料电池用隔板的制造方法、以该方法制造的燃料电池用隔板、以及使用该隔板的燃料电池。

背景技术

近年来，从环境问题、能源问题的观点出发，燃料电池受到关注。燃料电池是以利用了氢和氧而成的水的电解的逆反应发电，没有水以外的排放物的清洁的发电装置。燃料电池根据其电解质的种类被分为数类，在它们之中，固体高分子型燃料电池在低温下工作，因此最有希望作为汽车或民生用途。这样的燃料电池，例如可通过将由高分子固体电解质、气体扩散电极、催化剂、隔板构成的单电池层叠，从而达成高输出的发电。

具有上述结构的燃料电池中，在用于分隔单电池的隔板中，通常形成有用于供给燃料气体（氢等）和氧化剂气体（氧等），并排出产生的水分（水蒸气）的流路（槽）。因此，对于隔板需要能够将这些气体完全分离的高不透气性、和用于减小流路部分的内阻的高导电性。进而，要求热传导性、耐久性、强度等优异。

特别是汽车用的燃料电池，因为要求其为大容量，所以其隔板在上述特性之外，还需要薄且面积大，并且对于汽车行驶中的振动没有开裂或断裂。

对燃料电池的隔板大体分类，有金属制的隔板、碳板、在碳质材料中混合树脂而成形的隔板。其中在碳质材料中混合树脂的隔板，有能够以低成本得到比金属制的隔板耐腐蚀，比碳板抗弯曲和振动的隔板的优点。

在碳质材料中混合树脂的燃料电池用隔板中，为确保充分的导电性需要将碳材料进行高填充，但如果将碳材料高填充，则存在隔板变脆，变得容易引起开裂和断裂的倾向。

作为用于防止树脂成形品的开裂和断裂的方法，虽然从以往就通过碳纤维强化树脂成形品来改善机械特性，但存在若将碳纤维进行高填充则成形性差，成形品的尺寸精度变差的倾向，因此碳纤维的添加量一般为少量，如果仅仅将用于隔板的碳材料选为碳纤维，则难以得到机械特性、导电性、尺寸精度全都良好的隔板。因此，为了得到机械特性、导电性、尺寸精度全都良好的隔板，进行了各种研究。

例如，在专利文献1、专利文献2中公开了将含有石墨和碳纤维的树脂组合物成形而得到的燃料电池用隔板。

另外在专利文献3中，公开了用将碳纤维沿同一方向排列配置的导电性纤维片夹持含有石墨等的其他导电性物质的导电性树脂片成形而得到的燃料电池用隔板。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-277475号公报

专利文献2：日本特开2006-260956号公报

专利文献3：日本特开2009-93967号公报

发明内容

对于燃料电池用隔板的机械特性、导电性、尺寸精度，要求更进一步的提高。

作为满足这些全部的方法，考虑了用含有石墨等导电性优异的碳材料的材料制作需要导电性的流路部，用含有碳纤维的材料制作虽然不需要导电性但容易受到外力的外周部，之后接合的方法等，但存在制造工序变繁杂的问题。

于是，本发明的目的是用简便的方法提供抗弯强度或弯曲应变等的机械特性、导电性、尺寸精度良好的燃料电池用隔板。

即，本发明涉及下述的[1]～[13]。

[1]一种燃料电池用隔板的制造方法，该燃料电池用隔板包含在单面或双面形成有气体流路的流路部、和以包围流路部的方式形成的外周部，

该制造方法包括：将热塑性树脂片A和热塑性树脂片B在分别层叠至少各一枚的状态下压缩成形的工序，上述热塑性树脂片A相对于热塑性树脂100质量份含有130～3200质量份的碳质材料；上述热塑性树脂片B相对于热塑性树脂100质量份含有3～280质量份的碳质材料，且该碳质材料之中的50～100质量%为纤维状碳，

将热塑性树脂片A和热塑性树脂片B，在各自的粘合剂成分的熔点之中相对高的熔点+60℃的温度、面压20MPa和加压时间60秒的成形条件下，从片厚度1mm进行了压缩时的热塑性树脂片A的厚度剩余量d_A和热塑性树脂片B的厚度剩余量d_B的比满足d_A/d_B≥2。

[2]根据[1]所述的燃料电池用隔板的制造方法，将上述热塑性树脂片A设置在压缩成形用的模具中时，热塑性树脂片A的形状为能够覆盖该模具之中的与上述燃料电池用隔板的流路部相当的部分的形状，并且设上述热塑性树脂片A的压缩成形前的厚度为t_A、设上述流路部的投影面积为S_F、设体积为V_F时，满足下式：