(57)【要約】【課題】導電性、及び強度に優れ、燃料電池用セパレータに好適に用いられる多孔質カーボンプレートの製造方法を提供すること。【解決手段】多孔質カーボンプレートの製造方法は、炭素質粉末と水溶性フェノール樹脂を極性溶媒、好ましくは水存在下で攪拌・混合することにより、炭素質粉末表面をフェノール樹脂でコーティング（「カプセル化」）し、さらに、このようにコーティングされた炭素質粉末をフェノール樹脂と混合し、攪拌、成形し、不活性雰囲気下で熱処理することからなる。コーティングした炭素質粉末に混合されるフェノール樹脂は、粉末状フェノール樹脂、又は粉末状フェノール樹脂と液体状フェノール樹脂の混合物であることが好ましい。さらに、製造される多孔質カーボンプレートの気孔率は、２０％以上であることが好ましい。【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素質粉末と水溶性フェノール樹脂を極性溶媒存在下で攪拌・混合することにより、炭素質粉末表面をフェノール樹脂でコーティングし、
前記コーティングした炭素質粉末をフェノール樹脂と混合し、攪拌、成形し、さらに、不活性雰囲気下で熱処理することを特徴とする、
多孔質カーボンプレートの製造方法。
【請求項２】
前記コーティングした炭素質粉末に混合されるフェノール樹脂が、粉末状フェノール樹脂である、請求項１の多孔質カーボンプレートの製造方法。
【請求項３】
前記コーティングした炭素質粉末に混合されるフェノール樹脂が、粉末状フェノール樹脂と液体状フェノール樹脂からなる、請求項１の多孔質カーボンプレートの製造方法。
【請求項４】
請求項１の製造方法により製造され、気孔率が２０％以上である多孔質カーボンプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用セパレータに用いられる多孔質カーボンプレートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池セパレータに用いられるカーボンプレートは、一般的には、常温下で、乾式又は湿式法により熱硬化性樹脂とカーボン材料を混合し、混合物を成形した後、成形体を焼成し導電性を高めることにより製造される。
【０００３】
カーボンプレートは、炭素質粉末、望ましくは黒鉛の配合比率を高くすると良導電性が得られるが、強度が悪くなり、逆に、樹脂の配合比率を大きくすると強度は改善されるが、今度は逆に導電性が大きく低下する。このように、セパレータとして高導電性を得る為に、成形材料中の炭素質粉末の配合率を高くすることと、強度を向上させる為に樹脂配合率を高くすることが相反する要因である為、樹脂の種類及び配合量及び成形方法等について種々の検討がなされている。
【０００４】
また、樹脂の中でも、フェノール樹脂は、耐熱性、機械的強度、電気的安定性等種々の点において優れていることが知られており、特許文献１には、フェノール樹脂の配合量を１０重量％以下にした炭素質粉末と熱硬化性樹脂の混合物を５００ｋｇｆ／ｃｍ2以上の圧力で加熱加圧成形して板状体とし、これを不活性雰囲気中で焼成してフェノール樹脂を炭化させるカーボンプレートの製造方法が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１６９２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これらの従来の方法は、炭素質粉末と有機樹脂との混合が均一になされないために、燃料電池用セパレータに必要な特性である電気伝導度が低くなってしまうという問題を有する。このような問題を解決するために、表面を酸化して官能基を導入する方法や有機樹脂による微粒子の表面被覆をする方法があるが、いずれの方法においても、満足できるカーボンプレートは得られなかった。
【０００６】
また、燃料電池用セパレータは、カソード側に発生した水を円滑に循環させるために、均等に水をカーボンプレートに吸収させる必要があるが、従来のセパレータでは、水の多いところと少ないところができてしまい、水の循環がうまくいかなかった。
そこで、内部に多くの微細な気孔を有することで、気孔の毛管張力により均等に水を分散させることができる多孔質セパレータの開発が求められている。しかし、この多孔質セパレータは、樹脂に対する炭素質粉末の割合を小さくすることで得られるが、導電性及び強度が低下してしまうという問題を有する。
本発明は、上記問題に鑑み、導電性、及び強度に優れ、燃料電池用セパレータに好適に用いられる多孔質カーボンプレートの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、炭素質粉末と水溶性フェノール樹脂を極性溶媒存在下で攪拌・混合することにより、炭素質粉末表面をフェノール樹脂でコーティングし、前記コーティングした炭素質粉末をフェノール樹脂と混合し、攪拌、成形し、さらに、不活性雰囲気下で熱処理することを特徴とする多孔質カーボンプレートの製造方法によって、前記の課題を解決した。
また、請求項４は、このような製造方法により製造され、気孔率が２０％以上である多孔質カーボンプレートである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、導電性及び強度に優れ、燃料電池用セパレータに好適に用いられる多孔質カーボンプレートを簡便に比較的安価に得ることができる。
また、多孔質であることにより、水が均等にカーボンプレートに吸収されるので、セパレータ内での水の循環を円滑に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の多孔質カーボンプレートの製造方法は、炭素質粉末と水溶性フェノール樹脂を極性溶媒、好ましくは水存在下で攪拌・混合することにより、炭素質粉末表面をフェノール樹脂でコーティングし（換言すれば、「カプセル化」し）、さらに、このようにコーティングされた炭素質粉末をフェノール樹脂と混合し、攪拌、成形し、不活性雰囲気下で熱処理してなる。
カーボンプレートを多孔質にするには、ノボラック樹脂やレゾール樹脂等のフェノール樹脂が、強度を保つ作用のほかに、熱分解過程で気孔を作る作用を有することから、樹脂に対する炭素質粉末の割合を小さくすればよい。通常、炭素質粉末の量を増減させることで、気孔率の調整を行うが、樹脂量によっても気孔率の調整は可能である。このような方法で、炭素質粉末をコーティングするだけでなく、さらに、カプセル化した炭素質粉末にフェノール樹脂を加え、攪拌、成形し、不活性雰囲気下で熱処理することにより、導電性及び強度に優れ、燃料電池用セパレータに好適に用いられる多孔質カーボンプレートを得ることができる。
【００１０】
炭素質粉末と水溶性フェノール樹脂を極性溶媒で攪拌・混合する時の温度は、７０℃から１５０℃で、好適には、９０℃から１００℃である。攪拌混合時の温度が１００℃以上の場合には、耐圧容器を用いて攪拌・混合がなされる（１００℃未満の温度で耐圧容器を用いてもよい。）。
炭素質粉末及び水溶性フェノール樹脂の合計重量に対する極性溶媒の重量比は０．０５〜２００、炭素質粉末に対する水溶性フェノールの重量比は０.００１〜０．５であることが望ましい。
【００１１】
フェノール樹脂による炭素質粉末のコーティングは、具体的に以下に示す工程によりなされる。
工程１：水溶性のフェノール樹脂を極性溶媒、好ましくは水に溶解させ、ここに炭素質粒子を分散させる。
工程２：７０〜１５０℃、好ましくは９５℃まで加熱する。
工程３：これによって、極性溶媒、好ましくは水に溶解していた水溶性フェノール樹脂が、重縮合反応を経て高分子化する。このように、水溶性フェノール樹脂が高分子化することにより、極性溶媒に対する溶解性が減少し、炭素質粒子の表面近傍で析出する。かくして、炭素質粒子のコーティングが実現される。
【００１２】
このように、部分硬化により粒子表面がフェノール樹脂でコーティングされた炭素質粉末を、さらに、フェノール樹脂と混合し、攪拌、成形し、不活性雰囲気下で熱処理することにより、優れた導電性及び強度を具えた多孔質カーボンプレートが得られる。
なお、このように熱処理を不活性雰囲気下で行うことは、導電性及び気孔率の向上に寄与する。
【００１３】
また、コーティングした炭素質粉末に混合されるフェノール樹脂は、ノボラック樹脂、レゾール樹脂、ノボラック樹脂とレゾール樹脂の混合物のいずれであってもよいが、いずれの場合であっても、粉末状フェノール樹脂、又は、粉末状フェノール樹脂と液体状フェノール樹脂の混合物であることが好ましい。
さらに、このような製造方法で製造される多孔質カーボンプレートの気孔率は、２０％以上であることが好ましい。
この気孔率は、炭素質粉末や樹脂の量だけでなく、炭素質粉末の粒径によっても調整することができる。具体的には、炭素質粉末の粒径が１７ミクロン前後であると、炭素質粉末の気孔径が１〜３ミクロンとなり、毛管力が働き好適である。
【実施例】
【００１４】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（実施例１〜７）
黒鉛、水溶性フェノール樹脂、水を容器に入れて混合撹拌しつつ、加熱還流を行った。容器内は最初粘性のある状態だったが、徐々に粘性が低くなっていった。加熱還流後、常温まで冷却した。これを水洗し、濾過した後、減圧乾燥することにより、フェノール樹脂をコーティングした黒鉛粉を得た。さらに、ノボラック樹脂やレゾール樹脂等のフェノール樹脂を黒鉛粉に混合し、攪拌・成形後、不活性雰囲気下で、室温から８００℃に３０時間かけて昇温させて熱処理を行い、多孔質カーボンプレートを得た。ここで、黒鉛、水溶性フェノール樹脂、コーティングした黒鉛粉に混合するノボラック樹脂やレゾール樹脂の重量割合を変化させて、実施例１〜７を得た。
【００１５】
実施例１〜７の見かけ密度、気孔率、曲げ強度、抵抗率を表１に示す。
【表１】
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表１に示すように、本発明の多孔質カーボンプレートによると、気孔率が低い場合には優れた導電性及び強度を示すが、気孔率が高い場合であっても、セパレータとして十分な導電性及び強度を示すことが分かる。
特に、実施例３〜５は、それぞれ、気孔率４２％、４０％、３０％という高い気孔率において、いずれも抵抗率３．０ｍΩｃｍという高い導電性を示すことが確認されている。
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、導電性及び強度に優れ、燃料電池用セパレータに好適に用いられる多孔質カーボンプレートを簡便に比較的安価に得ることができる。
また、多孔質であることにより、水が均等にカーボンプレートに吸収されるので、セパレータ内での水の循環を円滑に行うことができるという効果を奏する。