(57)【要約】【課題】  ガス不透過性（ガスシール性）、耐久性、機械的性質が優れると共に、特に導電性に優れ、かつ生産性、寸法精度が改良された燃料電池用セパレータ、その製造方法及びそれを用いた燃料電池を提供する。【解決手段】  黒鉛粒子と熱可塑性樹脂との溶融混合物の粉砕物を成形することにより得られた燃料電池用セパレータであって、前記粉砕物中の黒鉛粒子が破砕されており、かつ前記燃料電池用セパレータ表面に破砕された黒鉛粒子が露出している燃料電池用セパレータ、その製造方法及び燃料電池に関する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛粒子と熱可塑性樹脂との溶融混合物の粉砕物を成形することにより得られた燃料電池用セパレータであって、前記粉砕物中の黒鉛粒子が破砕されており、かつ前記燃料電池用セパレータ表面に破砕された黒鉛粒子が露出していることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記黒鉛粒子の重量平均粒子径が５０〜２０００μmである請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記熱可塑性樹脂が、ポリアリーレンスルフィド樹脂及び／又は液晶ポリエステル樹脂である請求項１又は２記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
黒鉛粒子と熱可塑性樹脂との溶融混合物を前記熱可塑性樹脂の融点以下に冷却した後、前記溶融混合物を黒鉛粒子が破砕するように粉砕し、次いで得られた粉砕物を金型内で加熱圧縮することにより成形することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項５】
前記黒鉛粒子の重量平均粒子径が、５０〜２０００μmである請求項４記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項６】
前記黒鉛粒子の重量平均粒子径が少なくとも２０％小さくなるまで前記溶融混合物を粉砕する請求項４又は５記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項７】
前記溶融混合物を黒鉛粒子が破砕する粉砕条件で粉砕する請求項４〜６のいずれか１項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項８】
電解質の両面に電極が配置され、前記電極が配置された電解質が燃料電池用セパレータで狭持された積層構造を有してなる燃料電池において、前記燃料電池用セパレータが、黒鉛粒子と熱可塑性樹脂との溶融混合物の粉砕物を成形することにより得られた燃料電池用セパレータであって、前記粉砕物中の黒鉛粒子が破砕されており、かつ前記セパレータ表面に破砕された黒鉛粒子が露出していることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車用電源、ポータブル電源、非常用電源等に用いる燐酸型燃料電池、固体高分子型燃料電池等の各種燃料電池用セパレータ、その製造方法および燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料と酸化剤との電気化学反応を利用して、電気及び熱エネルギーを取り出す所謂燃料
電池は、電気自動車等種々の用途に使用されつつある。この燃料電池の基本構造は、一般的には、電解質を介してその両側に設けた２つの電極を、水素ガスなどの燃料及び酸素ガス又は空気などの酸化剤を供給するための供給路を設けた２つのセパレータで挟持する、所謂単セルから構成される。実用的な高出力を必要とする場合には、単セルを直列に複数、積層したスタック構造とし、スタックの両端に設けた集電板で集電する。
【０００３】
燃料電池は、電解質、燃料、酸化剤などの種類により各種の型があり、中でも電解質に固体高分子電解質膜、燃料に水素ガス、酸化剤に空気を用いる固体高分子型燃料電池や、燃料電池内部で直接メタノールから水素を取り出し燃料とするメタノール直接型燃料電池は、発電時の作動温度が２００℃以下の比較的低温で効率的発電が可能である。
【０００４】
これらの燃料電池に用いられるセパレータには、燃料ガスと酸化剤ガスを分離した状態で安定的に電極に供給するためのガス不透過性、発電効率を高めるための導電性、更には燃料電池の作動環境下での耐久性などの性能が必要とされる。また、近年、電気自動車を始めとした用途では燃料電池の小型化が要求され、それに伴いセパレータの薄肉化も必要である。更に、経済的な面から、高い生産性で低コストの製造方法が求められている。
【０００５】
このような性能が要求される燃料電池用セパレータとして、例えば、炭素質粉末に結合材を加え、加熱混練後成形し、焼成黒鉛化して得られた黒鉛材を切削加工してセパレータ形状とする方法がある。しかしながら、この方法は、焼成黒鉛化工程で揮発物が発生するために多孔質となり、セパレータのガス不透過性に問題があった。
【０００６】
そこで、該焼成黒鉛材の問題点を解決する方法として、には、黒鉛材の細孔に熱硬化性樹脂を含浸し、硬化させたセパレータ基材を得る方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
しかしながら、この方法では、黒鉛化工程、成形工程、樹脂を含浸硬化する工程、更にセパレータ形状への機械加工の工程等を要するため、工程が複雑で量産性、経済性に問題がある。
【０００７】
また、特定粒度の黒鉛粉末と熱硬化性樹脂との混練物を成形硬化してセパレータを作製する方法が提案されている（例えば特許文献２及び特許文献３参照）が、これらの公報に具体的に記載されている汎用フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を用いた場合には、反応時に発生する縮合水やガスが原因で、成形物の内部や表面に気泡や空孔が発生して不均質な成形品となり、反りや膨れ等の欠陥を生じ、燃料電池用セパレータとして使用するには問題を有する。更に、熱硬化性樹脂であることからセパレータを作製する成形サイクルが長く、経済性の面でも不利であった。
【０００８】
他方、熱可塑性樹脂を用いて導電性粉粒体あるいは繊維を加熱混練し、該混練物を射出成形あるいは射出圧縮成形する試みもなされている（例えば特許文献４及び特許文献５参照）。
しかしながら、射出成形法はセパレータを作製する工程の大幅な短縮が可能である一方で、セパレータの導電性を満足するには多量の導電性粉粒体あるいは繊維を加熱混練する必要があり、その場合には、溶融粘度が非常に高くなり、溶融物の金型内流動性が低下し、特に薄肉の成形品を射出成形する場合には成形が困難になる。
また射出圧縮成形では金型を僅かに開いた状態で射出成形を行うために流動性は改善されるが充分とは言えない。
従って、溶融粘度を硬化前の熱硬化性樹脂と同程度に低くすることが求められるが、一般的に、熱可塑性樹脂では樹脂の分子量を下げて溶融粘度を低めようとすると、耐久性や機械的性質の低下が大きく抜本的解決とならないのが現状である。
【０００９】
導電性粉粒体を含む熱可塑性樹脂では、できるだけ少ない導電性粉粒体量で高い導電性を達成することが重要である。そのため、成形されたセパレータの表面を化学的あるいは機械的、電気的処理によって粗化し、接触抵抗の大きいスキン層を形成する熱可塑性樹脂の部分を除去することによって、導電性粉粒体を露出させ、セパレータの厚さ方向の導電性を高めることが行われている（例えば特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９及び特許文献１０参照）が、このような工程を追加することは生産性や寸法精度の面で好ましいものではない。
【特許文献１】特開平８−２２２２４１号公報
【特許文献２】特開昭６４−３４０号公報
【特許文献３】特開平１０−３３４９２７号公報
【特許文献４】特開平８−１６６３号公報
【特許文献５】特開２００３−１００３１３号公報
【特許文献６】特開平１１−２０４１２０号公報
【特許文献７】特開平１１−２９７３３８号公報
【特許文献８】特開２００２−２７０２０３号公報
【特許文献９】特開２００２−２８９２１６号公報
【特許文献１０】特開２００２−３７３６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする目的は、これらの問題に鑑み、ガス不透過性（ガスシール性）、耐久性、機械的性質が優れると共に、特に導電性に優れ、かつ生産性、寸法精度が改良された燃料電池用セパレータ、その製造方法及びそれを用いた燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、燃料電池用セパレータを、黒鉛粒子と熱可塑性樹脂との溶融混合物を黒鉛粒子が破砕するように粉砕し、その粉砕物を用いて成形すると、セパレータ表面に破砕された黒鉛粒子が露出し、寸法精度と共に高度の導電性を有する燃料電池用セパレータが直接得られることを見出すことにより、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
即ち、本発明は、黒鉛粒子と熱可塑性樹脂との溶融混合物の粉砕物を成形することにより得られた燃料電池用セパレータであって、前記粉砕物中の黒鉛粒子が破砕されており、かつ前記燃料電池用セパレータ表面に破砕された黒鉛粒子が露出していることを特徴とする燃料電池用セパレータを提供するものである。
また、本発明は、黒鉛粒子と熱可塑性樹脂との溶融混合物を前記熱可塑性樹脂の融点以下に冷却した後、前記溶融混合物を黒鉛粒子が破砕するように粉砕し、次いで得られる粉砕物を金型内で加熱圧縮することにより成形することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法を提供するものである。さらに本発明は、電解質の両面に電極が配置され、前記電極が配置された電解質が燃料電池用セパレータで狭持された積層構造を有してなる燃料電池において、前記燃料電池用セパレータが、黒鉛粒子と熱可塑性樹脂との溶融混合物の粉砕物を成形することにより得られた燃料電池用セパレータであって、前記粉砕物中の黒鉛粒子が破砕されており、かつ前記セパレータ表面に破砕された黒鉛粒子が露出していることを特徴とする燃料電池を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ガスシール性と機械的強度に優れると共に、セパレータの電極と接触
抵抗が低減され、高導電性を有する燃料電池用セパレータを、従来のような成形品表面の粗化工程を経ずに得られるので、寸法精度も高く、かつ効率的に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明をさらに詳しく説明する。
【００１５】
本発明の燃料電池用セパレータは、黒鉛粒子と熱可塑性樹脂との溶融混合物の粉砕物を成形することにより得られる。
かかる黒鉛粒子は、黒鉛質又は炭素質の粒子であり、高導電性を有する限り使用することができる。このうち、高結晶性の黒鉛構造を有するものが好ましい。かかる高結晶性の黒鉛構造を有するものとしては、例えば人造黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛など粒子状あるいは粉末状物が挙げられる。これらを単独で、もしくは２種以上を混合して用いることができる。
【００１６】
黒鉛粒子の大きさは、重量平均粒子径で５０〜２０００μmの範囲が好ましく、１００〜１５００が特に好ましい。５０〜２０００μmの範囲であれば、通常の粉砕条件であっても粒子が粉砕される率が高く、またこの範囲内の下限近くの粒子径のものであっても粉砕条件を強くすれば粒子を粉砕することができるので、機械的強度を維持しつつ導電性に優れたセパレータを得ることができる。また、黒鉛粒子の形状は、特に制限はなく、例えば箔状、鱗片状、鱗状、板状、針状、球状、繊維状、無定形等が挙げられる。更に、本発明の目的を逸脱しない範囲内で、黒鉛粒子に他の導電性粉粒体及び又は導電性繊維を加えて使用してもよい。
【００１７】
他の導電性粉粒体としては、黒鉛以外の炭素材料、金属、金属化合物などの粉粒体が挙げられる。かかる炭素材料としては、例えば、ガラス状カーボン、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどの粒子状、粉末状物が挙げられる。
【００１８】
金属、金属化合物としては、例えばアルミニウム、亜鉛、鉄、銅、金、ステンレス、パラジウム、チタンなど、更には、チタン、ジルコニウム、ハフニウム等のホウ化物、などの粒子状、粉末状物が挙げられる。更に、これらの金属、金属化合物が非導電性あるいは半導電性材料の粉粒体表面に被覆されたものも使用可能である。例えば、該非導電性材料には炭酸カルシウム、シライカ、カオリン、クレー、タルク、マイカ、ガラスフレーク、ガラスビーズ、ガラスパウダー、ハイドロタルサイト、ウオラストナイト等の無機フィラー、更に、半導電性材料には酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタン等が含まれる。
【００１９】
一方、導電性繊維としては、特に制限されるものではないが、ステンレスなどの各種金属繊維、グラファイト繊維、アクリル繊維を原料とするＰＡＮ系炭素繊維、石炭や石油ピッチ、もしくはナフタレン系ピッチを原料とするピッチ系炭素繊維、フェノール樹脂を原料とする炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、気相成長法炭素繊維などの各種炭素繊維、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセンなどの各種導電性高分子の繊維、無機または有機繊維に金属を蒸着またはメッキした繊維などが挙げられる。これらを単独もしくは２種以上併用して用いることができる。これらのなかでも特に耐食性の点からグラファイト繊維あるいは炭素繊維が好ましい。
【００２０】
本発明に使用する熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、シクロオレフィンポリマー、ポリスチレン、シンジオタクティックポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド６，ポリアミド６６、ポリアミド１１、ポリアミド１２，ポリアミド４６，変性ポリアミド６Ｔ、ポリアミド９Ｔ、ポリアミドＭＸＤ６、ポリフタルアミドなどのポリアミド樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンテレフタレート、ポリチオエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、各種液晶ポリマー類、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライドなどのフッ素樹脂及びその共重合体、全芳香族ポリエステル、半芳香族ポリエステル、フェノキシ樹脂、ポリ乳酸などが挙げられる。かかる熱可塑性樹脂は、燃料電池の性能に応じて各種の樹脂を選択して使用することができる。
【００２１】
前記熱可塑性樹脂の中でも、機械的強度、耐熱性、成形時の流動性の点からポアリーレンスルフィド樹脂と液晶ポリマーが特に好ましい。
【００２２】
ポリアリーレンスルフィド樹脂は、ベンゼン環とチオエーテル結合からなる繰り返し単位を、部分的にあるいはすべてに含む重合体であり、該ベンゼン環はアルキル基、ニトロ基、フェニル基、カルボキシル基、カルボン酸の金属塩基、アルコキシ基、アミノ基等の置換基を有することができる。さらに、例えばカルボニル、オキシエーテル、スルフォン、ビフェニル、メチレン、イソプロピリデン等の結合、更にはm−結合、３官能結合、酸化剤や熱により形成される分岐構造を含むことができる。これらのポリアリーレンスルフィド樹脂の代表的なものには、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドケトン、ポリフェニレンスルフィドスルフォン、ポリフェニレンスルフィドケトンスルフォンなどが含まれるが、特にポリフェニレンスルフィド及びその共重合体が好ましい。該共重合体中の共重合単位の割合は３０モル％以下が好ましい。
【００２３】
液晶ポリマーとしては、液晶ポリエステル樹脂が最も好ましく、公知の芳香族ポリエステル樹脂及び脂肪族部分を一部含む半芳香族ポリエステル樹脂が含まれる。かかる液晶ポリエステル樹脂は芳香族オキシカルボニル単位、芳香族ジオキシ単位、脂肪族ジオキシ単位、芳香族ジカルボニル単位から選ばれる構造単位を含む。具体的には、芳香族オキシカルボニル単位ではpーヒドロキシ安息香酸、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸から形成される構造単位、芳香族ジオキシ単位では４，４−ジヒドキシジフェニル、ヒドロキノン、３，３’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ジヒドロキシフェニル、ｔ−ブチルヒドロキノン、フェニルヒドロキノン、メチルヒドロキノン、２，６−ジヒドロキシナフタレン、２，７−ジヒドロキシナフタレン、２，２’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルエーテル等の芳香族ジヒドロキシ化合物から形成される構造単位、脂肪族ジオキシ単位ではエチレングリコール、プロピレングリコール等の脂肪族グリコールから形成される構造単位、芳香族ジカルボニル単位ではテレフタル酸、イソフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、４，４’−ジフェニルジカルボン酸、１，２−ビス（フェノキシ）エタン−４，４’−ジカルボン酸、１，２−ビス（２−クロロフェノキシ）エタン−４，４’−ジカルボン酸、４，４−ジフェニルエーテルジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸から形成される構造単位が含まれる。具体的には、好ましい液晶ポリエステル樹脂として、p−ヒドロキシ安息香酸と６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸を主成分として形成される液晶性ポリエステル、p−ヒドロキシ安息香酸、エチレングリコール、芳香族ジヒドロキシ化合物、テレフタル酸を主成分として形成される液晶性ポリエステル樹脂等が挙げられる。
【００２４】
本発明における溶融混合物では、黒鉛粒子と熱可塑性樹脂の重量割合は、９０／１０〜５０／５０の範囲で溶融混合することが好ましい。黒鉛粒子が該範囲より多いと溶融状態での粘度が高くなり、成形時の流動性が不十分であり、かつ機械的性質の低下やガス透過率の増加を招き、一方、該範囲より少ないとセパレータの導電性能の低下が大きく好ましくない。
【００２５】
本発明の燃料電池用セパレータは、黒鉛粒子と熱可塑性樹脂との溶融混合物を黒鉛粒子が破砕されるように粉砕して得られる粉砕物を成形することにより、その燃料電池用セパレータ表面に樹脂を有しない破砕された黒鉛粒子を露出させることに特徴を有する。
そのため、従来のセパレータの如く、セパレータ形状に成形した後に、その成形品の表面をさらに化学的あるいは機械的、電気的に粗化し、黒鉛粒子を露出させる工程が不要となる。
【００２６】
本発明の燃料電池用セパレータは、黒鉛粒子と熱可塑性樹脂とを溶融混合し、前記熱可塑性樹脂の融点以下に冷却した後、前記黒鉛粒子が破砕されるように粉砕して、粉砕物とし、この粉砕物をセパレータ形状を有するキャビティをもつ金型内で加熱圧縮し、セパレータ形状に賦形することにより得ることができる。この際使用する金型は、熱可塑性樹脂の融点あるいは軟化温度以上に加熱する。またこの際の圧力は、１０〜２００ＭＰａであることが好ましい。賦形した後、金型の温度を熱可塑性樹脂の融点または軟化点温度以下にして成形品を取り出す。
【００２７】
前記溶融混合物のかかる粉砕操作により、セパレータ表面は、熱可塑性樹脂の層を有さず、破砕された黒鉛粒子が露出する。このため、セパレータの厚み方向での導電性が高まることになる。
本発明は、セパレータの内部においても、熱可塑性樹脂の層を有しない黒鉛粒子が存在し、黒鉛粒子同士の直接的な接触が生じやすくなるので更に導電性が高められる利点を有する。
前記粉砕物は、どのような形態であってもよいが、粉末状又は粒状であることが好ましい。
【００２８】
前記の黒鉛粒子と熱可塑性樹脂の溶融混合物は、黒鉛粒子と熱可塑性樹脂を、混練機あるいは混合機を用いて、熱可塑性樹脂の融点以上で混合することにより得られる。混練機あるいは混合機としては、例えば単軸又は２軸以上の多軸押出機、ロータリー押出機、剪断ロール押出機、ロール、ニーダー、加圧ニーダー、ボールミル、スタティックミキサー、リボンミキサー、バンバリーミキサー、ヘンシェルミキサー等が挙げられる。
【００２９】
また前記溶融混合物を熱可塑性樹脂の融点以下に冷却した後、粉砕する工程では使用する黒鉛粒子の重量平均粒子径が少なくとも２０％小さくなるまで粉砕することが好ましい。黒鉛粒子の破砕がこの範囲より小さいとセパレータ成形品の表面に露出する黒鉛粒子が少なくなる。
粉砕方法は、黒鉛粒子が破砕される限り、特に限定されるものではないが、例えば公知の粉砕機を使用して行うことができる。具体的には、パルペライザー等の剪断粉砕機、ディスクミル等の圧縮粉砕機を使用して粉砕を行うことが可能である。
【００３０】
本発明に使用する溶融混合物には、本発明の目的を逸脱しない範囲で各種添加物を含むことができる。例えば有機シラン、チタネート、ジルコネート、ジルコアルミネート、アルミニムキレート化合物等のカップリング剤などの公知表面処理剤、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物又は炭酸塩などの公知腐食防止剤、滑剤、着色剤、結晶核剤、シリコンオイル、フッソオイル、各種公知耐衝撃性改質樹脂などが挙げられる。
【００３１】
本発明の燃料電池用セパレータの電気抵抗は２００ｍΩ・cm以下が可能であり特に１００ｍΩ・ｃｍ以下が好ましい。電気抵抗が２００ｍΩ・cmを超える場合は導電性能に劣り燃料電池配設に好ましくない。また本発明の目的の１つであるガスシール性にとって、セパレータの厚さは厚いほど有利となるが、一方、電池の小型化からは、薄肉のものが要求される。本発明のシート形状物の厚さは０．０２〜５．０ｍｍであり、特に０．１〜３．０ｍｍの範囲が好ましい。更に、本発明の燃料電池用セパレータは、ガス透過率が１０−３cm３／sec・cm２・atm以下なる範囲が好ましい。
【００３２】
本発明の燃料電池用セパレータの形状は、特に制限はなく、例えば図１に示すような、ガス又は液体の供給路を両面に有する形状のものを使用することができる。また、固体高分子型燃料電池セルの構造の一例を図２に示す。燃料電池の基本構成単位である単セル３は固体高分子電解質膜４，燃料極５、酸化剤極６からなる電解質膜電極接合体７の両面をセパレータ１で挟んだ構造を持つ。セパレータの表面に形成された流路７は燃料や酸化剤を電極に安定的に供給するのに好適である。また、酸化剤極６側に設置したセパレータの酸化剤極６の反対面に熱媒として、水を導入することにより燃料電池から熱を取り出すことができる。このように構成された単セル３を複数、直列に積層したセルスタック（燃料電池スタック）の一例を図３に示す。
【００３３】
また、本発明の燃料電池用セパレータは、具体的には、ヒドラジン型、直接メタノール型、アルカリ型、固体高分子型、リン酸型等、種々の形式の燃料電池用セパレータとして使用できる。
【００３４】
この様にして得られる燃料電池用セパレータは、燃料電池の基本構成単位、即ち単セルのみから構成される燃料電池に使用できるのは勿論であるが、以下に詳述する本発明の燃料電池として極めて有用である。即ち、本発明の電池は、電解質が電極で挟持され、更にその外側に、前記セパレータが配設された単セルを複数積層してなることを特徴とする燃料電池である。
【００３５】
本発明の燃料電池用セパレータは、電解質の両面に電極が配置され、前記電極が配置された電解質が燃料電池用セパレータで狭持された積層構造を有してなる燃料電池において、前記燃料電池用セパレータが、黒鉛粒子と熱可塑性樹脂との溶融混合物の粉砕物を成形することにより得られた燃料電池用セパレータであって、前記粉砕物中の黒鉛粒子が破砕されており、かつ前記セパレータ表面の層が破砕された黒鉛粒子からなるものである。
【００３６】
燃料電池は、前記したとおり、燃料を改質して得られた水素を主燃料として、この水素が酸素と反応した時の化学エネルギーを電力として取り出す発電方式を利用するものであり、本発明における燃料電池は、この発電を生ぜしめる単セルを単一あるいは直列に複数重ねたスタック構造とし、スタックの両端に設けた集電板で集電することにより形成されるものである。
【００３７】
本発明の燃料電池は、高い導電性を有しており、例えば電気自動車用電源、ポータブル電源、非常用電源等の他、人工衛星、飛行機、宇宙船等各種の移動体用電源として使用できる。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明を実施例で説明する。尚、実施例中の通気性試験、導電性評価試験、曲げ試験は以下の通りにして行った。
【００３９】
［通気性試験］後記実施例で得られた平板状成形品を試験片として、ＪＩＳ Ｋ−７１２６に準拠してガス透過率を測定した。
【００４０】
［導電性評価試験］ 後記実施例で得られた平板状成形品から幅１ｃｍ、厚さ３ｍｍ、長さ２０ｃｍの試験片を切り出し、ＪＩＳ  Ｃ−２５２５に準拠して体積抵抗率を測定した。
【００４１】
［曲げ試験］後記実施例で得られた平板状成形品を試験片とし、ＪＩＳ  Ｋ−６９１１に準拠して曲げ強さを測定した。
［成形品の断面観察］後記実施例で得られた平板状成形品を試験片として、その試験片をミクロトームで切断し、その破断面を電子顕微鏡にて観察した。
【００４２】
実施例１
導電性粉粒体として人造黒鉛（重量平均粒子径６００μm）を７５重量部、直鎖状構造を有するポリフェニレンスルフィド樹脂（３００℃での溶融粘度が４０Ｐa・ｓ、融点約２８０℃）１５重量部を、２軸押出機中で３３０℃、滞留時間３分で溶融混合し、溶融混合物を約１〜２mm大のペレット状にして冷却した。該混合物中の黒鉛の重量平均粒子径は４５０μmであった。該ペレットを粉砕機により微粉状に粉砕したところ、粉砕物中の黒鉛粒子の重量平均粒子径は２５０μmと小さくなった。該粉砕物をセパレータ形状及び平板状のキャビティを有する、３１０℃に加熱した金型内に均等に充填した。次いで、プレス成形機にて６０ＭＰaで圧縮しセパレータ及び平板状に賦形した後、金型を１８０℃に冷却し、幅２０cm、厚み３mm、長さ２０cmのセパレータ状成形品（両面にガス流路溝設置）及び平板状成形品を得た。該平板状成形品のガス透過率は１０―５cm３／sec・cm２・atm、体積抵抗率は７mΩ・ｃｍ、曲げ強さは６０ＭＰaであった。成形品表面の電子顕微鏡での観察では、ポリフェニレンスルフィド樹脂層が見られず、破砕された黒鉛粒子が多数露出していることが観察された。
【００４３】
比較例１
実施例１に於いて得られたペレット状の溶融混合物を粉砕せず、そのまま金型に均等に充填する以外は実施例１と同様にして成形品を得た。
平板状成形品のガス透過率は１０―５cm３／sec・cm２・atm、体積抵抗率は１２mΩ・ｃｍ、曲げ強さは４８ＭＰaであった。成形品表面の電子顕微鏡での観察では、ポリフェニレンスルフィド樹脂層が観察された。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の燃料電池用セパレータを示す斜視図である。
【図２】本発明の燃料電池セル構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の燃料電池スタック構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１    セパレータ
２    燃料、酸化剤、冷却水流路
３    単セル
４    固体高分子電解質膜
５    燃料極
６    酸化剤極
７    電解質膜電極接合体
８    燃料電池スタック
９    酸化剤流路
１０  燃料流路
１１  冷却水流路
【図１】
2005100887.tif 000002
【図２】
2005100887.tif 000003
【図３】
2005100887.tif 000004