JP2004111304A - Fuel cell separator and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】効率的な燃料電池セパレータの製造方法を提供する。
【解決手段】樹脂および黒鉛粉末を主成分とする多孔質部材35により構成した発電範囲22と、相対的に緻密質な外周部21と、を有するプレートにより構成されるセパレータ9の製造方法に関する。ここでは、金型30、31を用いて相対的に緻密質な外周部21を成形する第一の工程と、それ以外の部分を形成する第二の工程と、を有し、第一の工程において使用した金型30、31(下金型30)から、緻密質な外周部21を取り出すことなく、第二の工程を開始する。
【選択図】 図3A method for manufacturing a fuel cell separator is provided.
The present invention relates to a method for manufacturing a separator (9) comprising a plate having a power generation range (22) composed of a porous member (35) mainly composed of resin and graphite powder and a relatively dense outer peripheral part (21). Here, a first step of forming a relatively dense outer peripheral portion 21 using the molds 30 and 31 and a second step of forming other portions are provided. The second step is started without taking out the dense outer peripheral portion 21 from the molds 30, 31 (lower mold 30) used in the above.
[Selection diagram] FIG.
Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池セパレータおよびその製造方法に関する、特に、固体高分子型燃料電池用のセパレータおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、水素と酸素の電気化学反応による起電力を利用した発電装置として固体高分子型燃料電池が知られている。これは、水素などの燃料ガスを供給するための流体通路を備える燃料電池セパレータと、空気等の酸化剤ガスを供給するための流体通路を備える燃料電池セパレータと、を有する単セルを複数積層することにより構成される。一般的に、これらの燃料電池セパレータには、流体通路を形成した範囲の外周側に、締め付けボルトを通す貫通穴や、燃料電池セパレータ表面に形成した流体流路に各種ガスを送り込むためのマニホールド、および、積層面間を固定するためのガスケット等が設けられている。
【0003】
燃料電池スタックは、複数の燃料電池セパレータを積層して、これらを一定の荷重で圧縮することにより構成される。従って、燃料電池セパレータの外周部に締め付けボルト穴や、各マニホールドが近接して配置されている場合、燃料電池セパレータに破損し易い部分が生じる。特に黒鉛粉末と樹脂を主成分とした燃料電池セパレータは、金属製のそれと比較した場合、その現象が顕著である。
【0004】
このため、特開2002−63913号公報においては、発電部分と繊維補強した燃料電池セパレータ外枠部分とを別々に予備成形し、それぞれの予備成形体を熱圧成形により一体にする製造方法がとられている。例えば、炭素粉末と熱硬化性樹脂との混合物から形成したガス流路部材用の予備成形体と、炭素繊維と炭素粉末とを混合した炭素材と熱硬化性樹脂との混合物から形成した枠体部材用の予備成形体とを、金型に装入し、一体に熱圧成形している。
【0005】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、燃料電池セパレータの発電部分と外枠部分の予備成形体をそれぞれ形成した後、それらを一体にするために再び成形する上記のような工法は、機械的強度が弱い部材では適用が難しい。また、工程数が多くなるため安価なセパレータを提供するには適当ではない。
【0006】
そこで、本発明では、効率的な燃料電池セパレータの製造方法およびそれにより製造した燃料電池セパレータを提供する。
【0007】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、樹脂および黒鉛粉末を主成分とする多孔質の部分と、相対的に緻密質の部分と、を有するプレートにより構成される燃料電池セパレータの製造方法に関する。ここでは、金型を用いて前記相対的に緻密質の部分を成形する第一の工程と、それ以外の部分を形成する第二の工程と、を有し、前記第一の工程において使用した前記金型から、前記緻密質の部分を取り出すことなく、前記第二の工程を開始する。
【0008】
また、燃料電池セパレータにおいて、前記緻密質の部分を成形する金型から前記緻密質の部分を取り出さずに、前記多孔質の部分を成形する。
【0009】
【作用及び効果】
第一の工程において使用した金型から、緻密質の部分を取り出すことなく、第二の工程を開始することで、同一の金型で成形することができ、燃料電池セパレータを効率良く製造することができる。
【0010】
また、緻密質の部分を成形する金型から緻密質の部分を取り出さずに多孔質の部分を成形することで、工程数を少なくすることができ、安価な燃料電池セパレータを提供することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本実施形態で用いる燃料電池セパレータ(以下、セパレータ)の概略を図1、図2に示す。ここでは、燃料ガスとして水素ガスを、酸化剤ガスとして空気を用いる固体高分子型燃料電池スタックのアノード極側に用いるセパレータ9の構成を説明する。
【0012】
セパレータ9を、表面にガス流路13を形成した発電範囲22と外周部21により構成する。ガス流路13は、図1に示すように発電範囲22全体に形成し、ガス流路13の端部を、外周部21に形成した内部マニホールドである水素ガスマニホールド10に連通させる。水素ガスマニホールド10は、セパレータ9を用いた単セルを積層することにより構成した燃料電池スタックにおける発電時に、アノード極に水素ガスを分配またはアノード極から発電後のガスを回収する、積層方向に延びる水素ガスの流路である。また、外周部21には、発電を行う際に空気を積層方向に分配または回収する空気マニホールド11を形成する。
【0013】
また、外周部21には、発電に伴う熱を除去するための冷却水を各単セルに供給、または単セルから冷却後の冷却水を回収するための、積層方向に延びる流通路である冷却水マニホールド12を構成する。さらに、外周部21には、燃料電池スタックを積層方向に締め付ける際に使用するタイロッドの貫通穴14を形成する。外周部21の発電範囲22の外周にはガスケット設置溝15を形成する。
【0014】
ここでは、発電範囲22に水素ガスのガス流路13を形成したセパレータ9を示したが、空気のガス流路13を形成するセパレータ9も同様の構成をとることができる。ただし、ガス流路13の端部は空気マニホールド11に接続し、ガス流路13の形状は、図1において左右対称となる。
【0015】
本実施形態では、セパレータ9の外周部21を緻密質部材34により構成し、発電範囲22を多孔質部材35により構成する。
【0016】
発電範囲22を、多孔質部材35を用いて、成形後の気孔率が5〜70%となるように形成する。ここで、多孔質部材35として、樹脂100重量部に対して炭素粉末235〜2222重量部を主組成とするものを用いる。ここでは、例えば平均細孔径0.8〜1.5μm、気孔率26.5%となるように発電範囲22を構成する。
【0017】
一方、外周部21は樹脂100重量部に対して炭素粉末0〜2222重量部を主組成とする気孔率5%以下、ここでは2%より小さい緻密質の樹脂黒鉛複合材(緻密質部材34)で構成する。また、緻密質部材34に繊維基材を含ませることで、外周部21の機械的強度を向上する。
【0018】
セパレータ9の一部に多孔質部材35を用いることで、水素ガスあるいは空気加湿のための水分や、あるいは発電反応により生じる生成水のうちの一部を多孔質部材35の気孔に含ませることができ、これにより水素ガスや空気を加湿して発電を効率的に行うことができる。また、燃料ガス流路13を流れる水素ガスまたは空気の圧力が上昇した際に、優先的に水素ガスや空気を多孔質部分に含有することができるので、外周部21を介して水素ガスおよび空気がセパレータ9外にリークするのを効果的に抑制することができる。
【0019】
表1は、本実施形態で用いる発電範囲22および外周部21を構成する材料の物性概要の例である。ここでは、発電範囲22と外周部21を同種の樹脂で形成し、それぞれを別々に形成した場合の特性を表1に示す。
【0020】
【表1】
【0021】
気孔率は水銀圧入法で、気体透過性はJISK7126(差圧法)で、また、機会的特性に関してはJISK6911に準拠した。
【0022】
次に、このような構成のセパレータ9の製造方法を図3、図4を用いて説明する。
【0023】
セパレータ9を、下金型30と上金型31を用いて形成する。後述するように、下金型30と上金型31のセパレータ形成部に対峙する面、つまり下金型30の上側の表面と、上金型31の下側の表面はセパレータ9のデザインに沿った加工を施しておく。
【0024】
下金型30は、直方体形状の部材の上表面に、セパレータ9形状の溝であるプレート型溝部39を形成したものである。ただし、溝の深さを成形後のセパレータ9の厚さより大きい深さBとする。ここで、深さBは後述するように充填した直後の緻密質部材34の高さであり、これを圧縮して形成するので、形成されたセパレータ9の厚みは深さBより小さくなる。
【0025】
さらに、下金型30の発電範囲22に対峙する部分を上下可動の可動部36により形成し、可動部36を上に持ち上げた場合には、可動部36の下側の下金型30内部に空洞部37が形成されるように構成する。可動部36を持ち上げた時には、セパレータ9形状のプレート型溝部39の中央部に位置する発電範囲22に対峙する部分が高さ(B−A)だけ突出する。このとき、可動部36の下に形成される空洞部37を維持するために、空洞部37にはいくつかの支柱を設けてもよい。
【0026】
一方、上金型31は、プレートにセパレータ9を構成するプレートと同じ面積の突出部を構成したものである。下金型30に構成したプレート型溝部39に、セパレータ材料を充填して、この上金型31を押し付けて圧縮することで、セパレータ9を成形する。
【0027】
ここでは、外周部21と発電範囲22を同一の金型30、31を用いて成形する。以下、その工程を説明する。
【0028】
まず、緻密質部材34を用いて外周部21の予備成形を行う。空洞部37を形成するように可動部36を持ち上げてから固定する。このとき、可動部36はプレート型溝部39の外周部(下金型30の上端面30a)より、Aだけ低くなるようにセットする。つまり、プレート型溝部39の深さをBとしたときに、可動部36は溝底部から高さ(B−A)だけ突出するようにセットする。
【0029】
このような状態で、可動部36の周囲の溝部、つまり外周部21が形成される部分に緻密質部材34を充填する。このとき、緻密質部材34を下金型30の上端面30aに相当する部分まで充填するので、緻密質部材34の厚みは、溝の深さBに等しくなる。
【0030】
ここで、図6に示すように、緻密質部材34が充填される範囲と可動部36が占める範囲では、緻密質部材34の充填時には可動部36が占める範囲の方が隙間Aの分だけ低くなっている。これは、外周部21の予備成形時に、上方から上金型31を押し付け、緻密質部材34を隙間Aの分だけ圧縮して外周部21を予備成形するためである。この隙間Aが大きいと、緻密質部材34が充填した時に可動部36の上面に流れ出てしまう可能性が生じるので、ここでは、隙間Aの高さを0.5〜10mm、好ましくは0.5〜5mmとする。これにより、緻密質部材34が充填範囲以外に拡散するのを防ぐことができる。
【0031】
このように緻密質部材34を充填したら、短時間の熱圧縮により外周部21の予備成形を行う。このとき、図5に示すように、外周部21に重なる形状のプレート8を下金型30と上金型31との間に配置することにより、緻密質部材34の圧縮を増大し、緻密性を増大することもできる。
【0032】
緻密質部材34の予備成形後には、緻密質部材34に用いる樹脂が半硬化状態になっていることが好ましく、それゆえ、用いる樹脂も速硬化性であっては調整が難しくなる。このときは、少なくとも外周部21の形状保持がなされ、後述する発電範囲22の成形時に、緻密質部材34を構成する樹脂が溶融して流れ込まない程度に硬化していればよい。
【0033】
次に、多孔質部材35により発電範囲22の成形を行う。外周部21の予備成形後、上述するように緻密質部材34を構成する樹脂が完全に硬化する前に多孔質部材35を充填する。ここでは、緻密質部材34を構成する樹脂の硬化度が95%以下の状態で、多孔質部材35を充填する。ここで、緻密質部材34の樹脂硬化度は、硬化がほぼ終了した状態に対する電気伝導度、機械的強度、DSC等の熱分析等により相対的に検出し、緻密質部材34が設定した硬化度になったら多孔質部材35を充填する。
【0034】
多孔質部材35を充填する際には、可動部36を下方向に移動させ、セパレータ9形状のプレート型溝部39の底面全体が等しい高さとなるようにする。この状態で多孔質部材35を充填し、上金型31を用いて熱圧縮する。ここでは、例えば、緻密質部材34の予備成形の際と同じ温度で三分間成形する。
【0035】
ここで、多孔質部材35と緻密質部材34との熱膨張率に差がある場合には、上記のような熱圧縮の工程の際に、境界部で亀裂等が生じる恐れがある。これを防止するために、多孔質部材35は、緻密質部材34と同種の樹脂を用いる。
【0036】
このように、外周部21の緻密質部材34を構成する樹脂の硬化が完全に終了する前に、発電範囲22の多孔質部材35を充填して成形することで、過度の圧力をかけずに外周部21と発電範囲22を一体に構成することができる。
【0037】
なお、成形の第一段階で、緻密質部材34の予備成形時には、下金型30のうち発電範囲22に対峙する部分は、緻密質部材34が発電範囲22に充填されないような構造であればよい。つまり、ここでは可動部36を上下可動としたが、この他にも、緻密質部材34の成形時にはプレート型溝部39内に発電範囲22のサイズのプレートを設置することもできる。ただしこの場合には、多孔質部材35の充填時には、このプレートを取り除く必要がある。
【0038】
次に、このように製造したセパレータ9の性能を説明する。
【0039】
プレート9の緻密質部材34と多孔質部材35の境界を確認するために、境界部を含むセパレータ9の任意の3箇所をカットすると、図7に示す緻密質部材34と多孔質部材35の部材混在範囲40はいずれも1mm以下となった。ここで、部材混在範囲40では、水素ガスや空気に供給する水分を多孔質部材35のようには含有できないため、発電の範囲として使用することができない。また、緻密質部材34よりも機械的強度が小さく、ガスケット設置溝15を形成する領域としても使用することができない。しかしながら、異なる部材を用いて一体の物質を作る際には、境界部の機械的強度を維持するために、この部材混在範囲40を形成する方が好ましい。そのため、部材混在範囲40を備えるとともにその領域を抑えることで、境界部の機械的強度を維持しつつ、発電等に使用できない領域を抑えることができる。
【0040】
また、セパレータ9の端部のガス遮蔽性を確認した結果を表2に示す。ここでは、本実施形態で生成したセパレータ9を組み立てて単セルを組み、水中に埋没してアノード側およびカソード側のガス流路13に窒素ガスを流す。さらに、水素ガスマニホールド10および空気マニホールド11の出口側に栓をして、一定の圧力をセル内にかける。ここで、条件1は絶対圧力で150kPaをかけた場合、条件2は絶対圧力で200kPaをかけた場合とする。このような条件下でセパレータ9の端部からのガスリーク状態を観察する。ここで、比較例として、多孔質材のみで形成したセパレータを用いた単セルについても同条件で観察を行い、本実施形態と比較例のガスリークの結果を表2に示す。
【0041】
【表2】
【0042】
表2に示すように、比較例では条件1、条件2においてもガスリークを生じたのに対して、本実施形態に従って製造したセパレータ9を用いた単セルは、条件1でも、条件2でもガスリークを生じないことを確認できる。
【0043】
つまり、本実施形態のようにセパレータ9を成形することで、セパレータ9に必要な性質を維持しつつ、製造工程を簡単にすることができる。
【0044】
次に、本実施形態における効果を説明する。
【0045】
樹脂および黒鉛粉末を主成分とする多孔質の部分(発電範囲22)と、相対的に緻密質の部分(外周部21)と、を有するプレートにより構成される燃料電池セパレータを次のように製造する。下金型30を用いて外周部21を成形する第一の工程と、それ以外の部分を形成する第二の工程と、を有し、第一の工程において使用した下金型30から、外周部21を取り出すことなく、第二の工程を開始する。このように、同一の下金型30内で複数段に分けて成形することで、工程数を低減することができ、効率良く製造することが可能である。
【0046】
また、外周部21を少なくとも樹脂を用いて構成し、外周部21を構成している樹脂が完全に硬化する前に、発電範囲22を形成することで、発電範囲22に過度の負荷をかけることなく外周部21と発電範囲22間の接合を十分に行うことができる。これにより、機械的強度の小さな部材、例えば多孔質部材35を用いても容易に製造することができる。
【0047】
ここでは、外周部21を構成する緻密質部材34の樹脂の硬化度が95%以下の状態で、発電範囲22を構成する多孔質部材35の充填を開始する。これにより、過度の負荷をかけずに外周部21と発電範囲22とを一体化することができる。また、部材混合範囲40を形成することができ、境界部の強度を維持することができる。95%より硬化してしまうと、境界部分の接合がうまくいかない場合があり、多孔質部材35の成形が、硬化した緻密質部材34の形状精度に依存することがある。
【0048】
さらに、外周部21を成形する際には、発電範囲22が形成される領域に下金型30の一部(可動部36)を配置し、発電範囲22を成形する際には、発電範囲22が形成される領域から下金型30の一部(可動部36)を取り除く。これにより、外周部21を成形後に下金型30から取り出すことなく発電範囲22を形成できる。これにより、工程を簡単にすることができ、効率良くセパレータ9を製造することができる。
【0049】
下金型30の発電範囲22を圧縮成形するための溝部の深さ(下金型30の上端面30aと可動部36の上面との高さの差)を、外周部21を成形する際には、プレート型溝部39の外周部21を形成する部分の深さBと比較して浅く、ここでは深さAに設定し、発電範囲22を成形する際には、深さBと等しくなるように設定する。このように溝の深さを変えることで、金型30、31で外周部21および発電部22の両方を成形することができる。
【0050】
また、発電範囲22を形成するための前記金型の一部(可動部36)の上面を、外周部21を成形する際には、外周部21の成形後の上端面と略同じ高さとし、発電範囲22を成形する際には、外周部21の下端面と同じ高さとなるようにする。つまり、ここでは下金型30の一部を可動部36のように上下するようにしたため、外周部21を圧縮成形により適切に形成した下金型30を用いて簡単に、且つ、適切に発電範囲22の圧縮成形することができる。
【0051】
樹脂および黒鉛粉末を主成分とする多孔質部材35により構成した発電範囲22と、相対的に緻密質な緻密質部材34を用いて構成した外周部21を有するプレートによりセパレータ9を構成する。このようなセパレータ9を、外周部21を成形する下金型30から外周部21を取り出さずに、発電範囲22を成形する。これにより、セパレータ9の製造工程を簡単にすることができ、製造コストを低減することができる。また、セパレータ9によるガスの遮蔽性を保持することができる。
【0052】
ここでは多孔質部材35により構成された発電範囲22を気孔率が5〜60%であるように構成する。多孔質部材35により構成される部分を気孔率5〜60%に構成する事で、機械的強度、成形性を維持することができる。
【0053】
さらに、多孔質部材35の組成を樹脂100重量部に対して炭素粉末235〜2222重量部を主組成とし、緻密質部材34の組成を樹脂100重量部に対して炭素粉末0〜2222重量部を主成分とすることにより、セパレータ9として要求される機械的・電気的特性を満足することができる。また、外周部21を緻密質部材34で構成する場合、緻密質部材34の気孔率を5%以下にすることで、スタック外部へのガスリークを抑えることができる。
【0054】
このように、通常、求められる性質を備えたセパレータ9を、本実施形態により製造することができる。
【0055】
緻密質部材34に繊維基材を含ませることにより、セパレータ9自身の機械的強度を飛躍的に向上させることができる。特に、セパレータ9外周部に繊維基材を有した緻密質材を用いることで、ガスシール性を確保しつつプレートの強度も確保することができる。
【0056】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更が成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に用いるセパレータの概略図である。
【図2】本実施形態に用いるセパレータの構成部材の説明図である。
【図3】本実施形態に用いる下金型の概略および外周部成形時の説明図である。
【図4】本実施形態における発電範囲成形時の説明図である。
【図5】本実施形態で説明するセパレータの製造方法の一例を示す図である。
【図6】本実施形態の外周部成形時の状態の説明図である。
【図7】本実施形態のセパレータの緻密質部材と多孔質部材の境界部の状態図である。
【符号の説明】
9 セパレータ
21 外周部(緻密質な部分)
22 発電範囲(多孔質な部分)
30 下金型(金型)
31 上金型
34 緻密質部材
35 多孔質部材
36 可動部(金型の一部)[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a fuel cell separator and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a separator for a polymer electrolyte fuel cell and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a polymer electrolyte fuel cell has been known as a power generation device using an electromotive force generated by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. This is achieved by stacking a plurality of unit cells each having a fuel cell separator having a fluid passage for supplying a fuel gas such as hydrogen and a fuel cell separator having a fluid passage for supplying an oxidizing gas such as air. It is constituted by. Generally, these fuel cell separators have, on the outer peripheral side of a range where a fluid passage is formed, a through hole through which a tightening bolt is passed, and a manifold for feeding various gases into a fluid passage formed on the surface of the fuel cell separator. Further, a gasket or the like for fixing between the lamination surfaces is provided.
[0003]
The fuel cell stack is configured by stacking a plurality of fuel cell separators and compressing them with a constant load. Therefore, when the fastening bolt holes and the respective manifolds are arranged close to each other on the outer peripheral portion of the fuel cell separator, a portion easily damaged in the fuel cell separator occurs. In particular, the fuel cell separator containing graphite powder and resin as main components has a remarkable phenomenon when compared with that made of metal.
[0004]
For this reason, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-63913 discloses a manufacturing method in which a power generation part and a fiber-reinforced fuel cell separator outer frame part are separately preformed, and the respective preformed bodies are integrated by hot pressing. Have been. For example, a preformed body for a gas channel member formed from a mixture of a carbon powder and a thermosetting resin, and a frame formed from a mixture of a carbon material and a thermosetting resin obtained by mixing carbon fibers and carbon powder. The preform for the member and the preform are placed in a mold and are integrally hot-pressed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is difficult to apply the above-described construction method in which the preformed bodies of the power generation portion and the outer frame portion of the fuel cell separator are formed and then formed again to integrate them, with a member having low mechanical strength. Further, the number of steps is large, so that it is not suitable for providing an inexpensive separator.
[0006]
Thus, the present invention provides an efficient method of manufacturing a fuel cell separator and a fuel cell separator manufactured by the method.
[0007]
[Means for solving the problem]
The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell separator including a plate having a porous portion mainly composed of a resin and graphite powder and a relatively dense portion. Here, a first step of molding the relatively dense portion using a mold, and a second step of forming the other portion, and used in the first step The second step is started without removing the dense portion from the mold.
[0008]
Further, in the fuel cell separator, the porous portion is formed without removing the dense portion from a mold for forming the dense portion.
[0009]
[Action and effect]
By starting the second step without removing the dense part from the mold used in the first step, it is possible to mold with the same mold and to efficiently manufacture the fuel cell separator. Can be.
[0010]
In addition, by forming the porous portion without removing the dense portion from the mold for forming the dense portion, the number of steps can be reduced, and an inexpensive fuel cell separator can be provided. .
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIGS. 1 and 2 schematically show a fuel cell separator (hereinafter, separator) used in the present embodiment. Here, the configuration of the separator 9 used on the anode side of a polymer electrolyte fuel cell stack using hydrogen gas as fuel gas and air as oxidant gas will be described.
[0012]
The separator 9 is constituted by a
[0013]
Further, the outer
[0014]
Here, the separator 9 in which the
[0015]
In the present embodiment, the outer
[0016]
The
[0017]
On the other hand, the outer
[0018]
By using the
[0019]
Table 1 is an example of an outline of the physical properties of the materials constituting the
[0020]
[Table 1]
[0021]
The porosity was in accordance with the mercury intrusion method, the gas permeability was in accordance with JIS K7126 (differential pressure method), and the opportunity characteristics were in accordance with JIS K6911.
[0022]
Next, a method of manufacturing the separator 9 having such a configuration will be described with reference to FIGS.
[0023]
The separator 9 is formed using the
[0024]
The
[0025]
Further, a portion of the
[0026]
On the other hand, the
[0027]
Here, the outer
[0028]
First, the outer
[0029]
In such a state, the
[0030]
Here, as shown in FIG. 6, when the
[0031]
After filling the
[0032]
After the preliminary molding of the
[0033]
Next, the
[0034]
When filling the
[0035]
Here, if there is a difference in the coefficient of thermal expansion between the
[0036]
As described above, before the curing of the resin constituting the
[0037]
In the first stage of molding, when the
[0038]
Next, the performance of the separator 9 thus manufactured will be described.
[0039]
In order to confirm the boundary between the
[0040]
In addition, Table 2 shows the result of confirming the gas shielding property at the end of the separator 9. Here, a single cell is assembled by assembling the separator 9 generated in the present embodiment, and immersed in water to flow a nitrogen gas through the
[0041]
[Table 2]
[0042]
As shown in Table 2, in the comparative example, a gas leak occurred under the conditions 1 and 2, whereas the single cell using the separator 9 manufactured according to the present embodiment produced a gas leak under the conditions 1 and 2. It can be confirmed that it does not occur.
[0043]
That is, by forming the separator 9 as in the present embodiment, the manufacturing process can be simplified while maintaining the properties required for the separator 9.
[0044]
Next, effects of the present embodiment will be described.
[0045]
A fuel cell separator composed of a plate having a porous portion mainly composed of resin and graphite powder (power generation range 22) and a relatively dense portion (outer peripheral portion 21) is manufactured as follows. I do. The method includes a first step of forming the outer
[0046]
Further, by forming the outer
[0047]
Here, the filling of the
[0048]
Further, when molding the outer
[0049]
The depth of the groove (the difference between the height of the
[0050]
When forming the outer
[0051]
The separator 9 is constituted by a
[0052]
Here, the
[0053]
Further, the composition of the
[0054]
As described above, usually, the separator 9 having the required properties can be manufactured according to the present embodiment.
[0055]
By including the fiber base material in the
[0056]
It is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made within the scope of the technical idea described in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a separator used in the present embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram of constituent members of a separator used in the present embodiment.
FIG. 3 is a schematic diagram of a lower mold used in the present embodiment and an explanatory diagram during molding of an outer peripheral portion.
FIG. 4 is an explanatory diagram at the time of forming a power generation range in the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing a separator described in the present embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a state at the time of molding the outer peripheral portion of the embodiment.
FIG. 7 is a state diagram of a boundary between a dense member and a porous member of the separator of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
9
22 Power generation range (porous part)
30 Lower mold (mold)
31
Claims (10)
金型を用いて前記相対的に緻密質の部分を成形する第一の工程と、
それ以外の部分を形成する第二の工程と、を有し、
前記第一の工程において使用した前記金型から、前記緻密質の部分を取り出すことなく、前記第二の工程を開始する燃料電池セパレータの製造方法。In a method for producing a fuel cell separator composed of a plate having a porous portion having a resin and graphite powder as main components and a relatively dense portion,
A first step of molding the relatively dense portion using a mold,
A second step of forming the other part,
A method for producing a fuel cell separator, wherein the second step is started without removing the dense portion from the mold used in the first step.
前記緻密質の部分を構成している樹脂が完全に硬化する前に、前記多孔質の部分を形成する請求項1に記載の燃料電池セパレータの製造方法。The dense portion is configured using at least a resin,
The method for producing a fuel cell separator according to claim 1, wherein the porous portion is formed before the resin constituting the dense portion is completely cured.
前記多孔質の部分を成形する際には、前記多孔質の部分が形成される領域から前記金型の一部を取り除く請求項2または3に記載の燃料電池セパレータの製造方法。When molding the dense portion, a part of the mold is arranged in a region where the porous portion is formed,
4. The method of manufacturing a fuel cell separator according to claim 2, wherein when molding the porous portion, a part of the mold is removed from a region where the porous portion is formed. 5.
前記緻密質の部分を成形する際には、前記緻密質の部分を圧縮成形するための溝部の深さと比較して浅く設定し、
前記多孔質の部分を成形する際には、前記緻密質の部分を圧縮成形するための溝部の深さと等しくなるように設定した請求項4に記載の燃料電池セパレータの製造方法。The depth of the groove for compression molding the porous portion of the mold,
When molding the dense portion, shallower than the depth of the groove for compression molding the dense portion,
5. The method for manufacturing a fuel cell separator according to claim 4, wherein when forming the porous portion, the depth is set to be equal to a depth of a groove for compression-molding the dense portion.
前記多孔質の部分を形成するための前記金型の一部の上端面は、
前記緻密質の部分を成形する際には、前記緻密質の部分のみを成形した後の上端面と略同じ高さとなり、
前記多孔質の部分を成形する際には、前記緻密質の部分の下端面と同じ高さとなるようにした請求項4に記載の燃料電池セパレータの製造方法。The mold for forming the porous portion is configured to be vertically movable,
An upper end surface of a part of the mold for forming the porous portion,
When molding the dense portion, the height is substantially the same as the upper end surface after molding only the dense portion,
The method for manufacturing a fuel cell separator according to claim 4, wherein when forming the porous portion, the height is made equal to a lower end surface of the dense portion.
前記緻密質の部分を成形する金型から前記緻密質の部分を取り出さずに、前記多孔質の部分を成形したことを特徴とする燃料電池セパレータ。In a fuel cell separator constituted by a plate having a porous portion having a resin and graphite powder as main components and a relatively dense portion,
A fuel cell separator, wherein the porous portion is formed without removing the dense portion from a mold for forming the dense portion.
前記緻密質の部分として、樹脂100重量部に対して炭素粉末0〜2222重量部を主組成とする気孔率5%以下の外周部を備えた請求項8に記載の燃料電池セパレータ。As the porous portion, a power generation range having a porosity of 5 to 60% having a main composition of carbon powder 235 to 2222 parts by weight with respect to resin 100 parts by weight is provided.
9. The fuel cell separator according to claim 8, wherein the dense portion includes an outer peripheral portion having a porosity of 5% or less and having a main composition of 0 to 2222 parts by weight of carbon powder based on 100 parts by weight of the resin.
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