(57)【要約】【課題】燃料電池を構成するセパレータ間に用いた場合に、燃料電池が安定した性能を発揮することができ、セパレータ間の短絡やセパレータと電解質膜との接触を防止することが可能となる燃料電池用樹脂微粒子を提供する。【解決手段】燃料電池のセパレータ間に介在する燃料電池用樹脂微粒子であって、粒子径が１０〜１００μｍ、ＣＶ値が３０％以下である燃料電池用樹脂微粒子。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のセパレータ間に介在する燃料電池用樹脂微粒子であって、
粒子径が１０〜１００μｍ、ＣＶ値が３０％以下である
ことを特徴とする燃料電池用樹脂微粒子。
【請求項２】
架橋性単量体を５０重量％以上含有する単量体混合物を重合してなる高架橋樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用樹脂微粒子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に用いられる複数のセパレータ間に介在する燃料電池用樹脂微粒子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題の点から、低公害、高効率という特徴を有する燃料電池が注目されている。燃料電池は、水素やメタノール等の燃料を酸素または空気を用いて電気化学的に酸化することにより、燃料の化学エネルギーを電気エネルギーに変換して取り出すものである。
【０００３】
このような燃料電池は、構成材料や動作温度により、固体高分子型、固体酸化物型、溶融炭酸塩型、リン酸型等に分類することができる。このなかの一つである固体高分子型燃料電池は、電解質としてイオン導電性を有する固体高分子を使用するものであり、電池全体がすべて固体からなるため、システム構成が簡単であり、小型化が可能である。このような固体高分子型燃料電池としては、電解質及び電解質の両側に設置された一対の電極をセパレータで挟持した構造の燃料電池セルを、複数積層してスタックを形成したものが一般的に用いられている。
【０００４】
特許文献１には、セパレータと電解質膜とが微粒子入りの接着剤により接着されており、燃料電池セルを連続して積層する際の荷重により、接着剤層の厚さが微粒子の径よりも薄くなることを特徴とする燃料電池が開示されている。
図１に、このような燃料電池を構成する燃料電池セルの一例を模式的に示す部分拡大断面図を示した。なお、図１では、一対の電極の記載を省略している。
図１に示した燃料電池セル２０では、２つのセパレータ２４の間に電解質膜２２が配置されており、電解質膜２２及びセパレータ２４は、接着剤２３により固定されている。また、接着剤２３は微粒子２１を含有しており、微粒子２１がセパレータ２４の間に介在することにより、セパレータ２４と電解質膜２２とが接触することなく、セパレータ２４の間に電解質膜２２を挟持することができる。
更に、図１に示した燃料電池セル２０では、電解質膜２２が存在しない部分に微粒子２１が介在するような構成となっているため、微粒子２１により電解質膜２２が破損することを防止することができる。
【０００５】
しかしながら、図１に示した燃料電池セル２０では、燃料電池セル２０を複数積層してスタックを形成する際に、燃料電池セル２０に大きな負荷が掛かることとなるが、このような場合にセパレータ２４の間隔が不均一となり、燃料電池としての性能にばらつきが生じることがあった。更に、セパレータ２４の間隔が不均一となることに起因して、燃料電池セル２０に加えられる荷重の大きさも均一とならず、セパレータ２４間で短絡が発生したり、セパレータ２４と電解質膜２２とが接触したりして、燃料電池として充分な性能を発揮することができない場合があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３５２８４５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記現状に鑑み、燃料電池に用いた場合に、燃料電池が安定した性能を発揮することができ、セパレータ間の短絡やセパレータと電解質膜との接触を防止することが可能となる燃料電池用樹脂微粒子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のセパレータ間に介在する燃料電池用樹脂微粒子であって、粒子径が１０〜１００μｍ、ＣＶ値が３０％以下の燃料電池用樹脂微粒子である。
以下に本発明を詳述する。
【０００９】
本発明の燃料電池用樹脂微粒子は、粒子径の下限が１０μｍ、上限が１００μｍである。１０μｍ未満であると、セパレータの間隔が狭くなるため、燃料電池セルを複数積層してスタックを形成する際の荷重等によって、セパレータ同士が接触したり、セパレータと電解質膜とが接触して電解質膜が破損したりする。１００μｍを超えると、燃料電池の小型化に対応することが困難となる。好ましい下限は１５μｍ、好ましい上限は７０μｍである。
【００１０】
本発明の燃料電池用樹脂微粒子は、ＣＶ値が３０％以下である。３０％を超えると、上記粒子径を大きくはずれる大粒子及び小粒子が混入してしまう。従って、このような微粒子がセパレータ間に介在する場合には、セパレータ同士の間隔にもばらつきが生じ、燃料電池が一定した性能を発揮することが困難となる。
また、燃料電池の使用時において、燃料電池を構成する各燃料電池セルに加えられる荷重の大きさが均一とならず、セパレータ間の短絡やセパレータと電解質膜との接触の問題が生じる。好ましくは１５％以下である。
なお、上記ＣＶ値は、下記式により求められる。
ＣＶ値（％）＝（σ／Ｄｗ）×１００
式中、σは粒子径の標準偏差を表し、Ｄｗは重量平均粒子径を表す。
【００１１】
本発明の燃料電池用樹脂微粒子を構成する樹脂としては特に限定されないが、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ｐ−クロロスチレン、クロロメチルスチレン等のスチレン誘導体；塩化ビニル；酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類；アクリロニトリル等の不飽和ニトリル類；（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸ステアリル、エチレングリコール（メタ）アクリレート、トリフルオロエチル（メタ）アクリレート、ペンタフルオロプロピル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル酸エステル誘導体等の重合性単量体を重合してなる樹脂等が挙げられる。これらの重合性単量体は単独で用いてもよく、２種以上を併用しても良い。
【００１２】
また、上記樹脂を合成する際には、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルビフェニル、ジビニルナフタレン、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、テトラメチロールメタントリ（メタ）アクリレート、テトラメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレート、ジアリルフタレート及びその異性体、トリアリルイソシアヌレート及びその誘導体等の架橋性単量体を加えても良い。これら架橋性単量体は単独で用いてもよく、２種以上を併用しても良い。
なお、架橋性単量体とは、分子内に不飽和二重結合を二つ以上有する単量体のことをいう。
【００１３】
本発明の燃料電池用樹脂微粒子は、なかでも、上記架橋性単量体を５０重量％以上含有する単量体混合物を重合してなる高架橋樹脂からなることが好ましい。５０重量％未満では、重合して微粒子とした場合に粒子径分布が広くなることがある。また、燃料電池用樹脂微粒子として、燃料電池セルを複数積層してスタックを形成する際等の荷重に耐え得る充分な機械的強度を得られない場合がある。
【００１４】
本発明の燃料電池用樹脂微粒子を作製する方法としては特に限定されず、例えば、上記架橋性単量体を予め重合反応前の単量体混合物中に攪拌羽根、ホモジナイザー、回転式混合脱泡装置等を使って分散しておき、その混合液を懸濁重合、シード重合、乳化重合等の一般的な重合方法により重合する方法等が挙げられる。
【００１５】
本発明の燃料電池用樹脂微粒子は、粒子径が一定の範囲内であり、かつ、ＣＶ値が充分に小さいことから、燃料電池に用いた場合に、セパレータ同士の間隔にばらつきが生じず、燃料電池が一定した性能を発揮することが可能となる。また、燃料電池の使用時において、セパレータ間の短絡やセパレータと電解質膜との接触の等の問題が発生せず、信頼性の高い燃料電池を実現することができる。
【００１６】
【実施例】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００１７】
（実施例１）
ジビニルベンゼンを７０重量％、スチレンを３０重量％含有する単量体混合物を、室温にて３０分間攪拌させて、均一に分散させた。この混合物に重合開始剤を加えて、懸濁重合を行い、平均粒子径約３０μｍ、ＣＶ値５％の樹脂微粒子を得た。
【００１８】
（実施例２）
ジビニルベンゼンを７０重量％、スチレンを３０重量％含有する単量体混合物を、室温にて３０分間攪拌させて、均一に分散させた。この混合物に重合開始剤を加えて、懸濁重合を行い、平均粒子径約５０μｍ、ＣＶ値１５％の樹脂微粒子を得た。
【００１９】
（実施例３）
ジビニルベンゼンを７０重量％、スチレンを３０重量％含有する単量体混合物を、室温にて３０分間攪拌させて、均一に分散させた。この混合物に重合開始剤を加えて、懸濁重合を行い、平均粒子径約７０μｍ、ＣＶ値２５％の樹脂微粒子を得た。
【００２０】
（比較例１）
ジビニルベンゼンを７０重量％、スチレンを３０重量％含有する単量体混合物を、室温にて３０分間攪拌させて、均一に分散させた。この混合物に重合開始剤を加えて、懸濁重合を行い、平均粒子径約１２０μｍ、ＣＶ値２５％の樹脂微粒子を得た。
【００２１】
（比較例２）
ジビニルベンゼンを７０重量％、スチレンを３０重量％含有する単量体混合物を、室温にて３０分間攪拌させて、均一に分散させた。この混合物に重合開始剤を加えて、懸濁重合を行い、平均粒子径約７０μｍ、ＣＶ値４０％の樹脂微粒子を得た。
【００２２】
（比較例３）
ジビニルベンゼンを７０重量％、スチレンを３０重量％含有する単量体混合物を、室温にて３０分間攪拌させて、均一に分散させた。この混合物に重合開始剤を加えて、懸濁重合を行い、平均粒子径約１２０μｍ、ＣＶ値４０％の樹脂微粒子を得た。
【００２３】
（評価）
実施例１〜３及び比較例１〜３で作製した樹脂微粒子をエポキシ系液状接着剤に分散させた後、セパレータに塗布し、セパレータの間に電解質膜等を挟持することにより燃料電池セルを作製した。そして、上記燃料電池セルを積層し、スタック構造とすることにより、燃料電池を製造した。
そして、得られた燃料電池の２つの燃料電池セル間における起電力の経時的変化を測定した。評価基準は以下の通りである。
○・・・起電力の低下が見られなかった。
×・・・起電力の低下が見られた。
結果を表１に示した。
【００２４】
【表１】
2004327396.tif 000002
【００２５】
表１に示すように、実施例で作製された樹脂微粒子を使用した燃料電池は、各燃料電池セルに大きな荷重の掛かるスタック構造とした場合においても、起電力の低下が見られなかったのに対し、比較例で作製された樹脂微粒子を使用した燃料電池では、セパレータ間の短絡やセパレータと電解質膜との接触に起因すると思われる起電力の低下が見られた。
【発明の効果】
本発明によれば、粒子径が一定の範囲内であり、かつ、ＣＶ値が充分に小さいことにより、燃料電池に用いた場合に、セパレータ同士の間隔にばらつきが生じず、燃料電池が一定した性能を発揮することが可能となる。また、燃料電池の使用時において、セパレータ間の短絡やセパレータと電解質膜との接触の等の問題が発生せず、信頼性の高い燃料電池を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池を構成する燃料電池セルの一例を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図１】
2004327396.tif 000003