碳板及復合碳板的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及可作為用于例如固體高分子型燃料電池的燃料電池用隔板、或者作為 用于各種裝置的包裝使用的、具有柔軟性、且壓縮強度也優(yōu)異、也具有導電性的石墨制的薄 板（以下，稱為"碳板"），進一步涉及氣體不透過性及機械強度增大的、一體地接合了碳板 和金屬板的復合碳板。
【背景技術】
[0002] 近年來，作為例如電動汽車的發(fā)電裝置，固體高分子型燃料電池備受關注。圖7及 圖8(a)、（b)示出涉及的燃料電池及燃料電池用隔板的一例。
[0003] 圖7是表示構成燃料電池10的單元電池的構成的分解圖，圖8是表示圖7所示的 燃料電池用隔板1的構成的圖。圖8(a)為平面圖，圖8(b)為在圖8(a)的線X-Y上取得的 剖面圖。
[0004] 固體高分子型燃料電池10成為如下構成：將MEA (membrane electrode assembly:膜/電極接合體）作為單元電池并設數十個~數百個，對陽極7供給作為流體的 燃料氣體（氫氣），對陰極8供給作為流體的氧化氣體（氧氣），由此從外部電路中取出電 流，所述MEA是由2張的燃料電池用隔板1將固體高分子電解質膜6、陽極（燃料電極）7和 陰極（氧化劑電極）8經由密封墊9接合而成的。
[0005]如圖8(a)、（b)所示，燃料電池用隔板1為在薄壁的板狀體的單面或兩面具有多個 的氣體供給排出用溝11、對氣體供給排出用溝11供給燃料氣體或氧化氣體的開口部12、用 于并設MEA的固定孔13的形狀，具有以使燃料電池內流動的燃料氣體和氧化氣體不混合的 方式分離的作用，同時，擔負通過MEA將發(fā)電的電能向外部傳遞、或通過MEA將產生的熱向 外部放熱的重要的作用。
[0006]因此，作為燃料電池用隔板1所要求的特性，可列舉：組裝時的螺栓擰緊、或相對 于汽車等的振動具有充分的強度、為了減少發(fā)電損失而縮小電阻、用于將燃料氣體和氧化 氣體在其兩面完全分離并供給電極的氣體不透過性。
[0007] 作為這樣的燃料電池用隔板1，提出了將從生產率或成本方面考慮為有利的熱固 化性樹脂用作粘合劑的碳復合材料（例如參照專利文獻1、2、3等）。
[0008] 現有技術文獻
[0009] 專利文獻
[0010] 專利文獻1:特開昭59-26907號公報
[0011] 專利文獻2:特開2000-173630號公報
[0012] 專利文獻3:特許第3715642號公報

【發(fā)明內容】

[0013] 發(fā)明所要解決的課題
[0014] 特別是在上述專利文獻1、2、3中記載有：通過將碳粉末和熱固化性樹脂的混合物 利用加壓裝置進行加熱壓縮成型、或進行冷態(tài)壓縮成型，制造燃料電池用隔板。另外，公開 有使用石墨粉末或膨脹石墨粉末作為碳粉末。另外，在專利文獻3中記載有：作為熱固化性 樹脂，從成型性良好等理由出發(fā)，優(yōu)選使用酚醛樹脂。
[0015] 但是，本發(fā)明人等對上述專利文獻中所記載的燃料電池用隔板進一步進行了研究 實驗，結果得知存在如下的問題。
[0016] 作為燃料電池用隔板中使用的熱固化性樹脂的酚醛樹脂在化學上穩(wěn)定，為阻燃 性，另外，與石墨粉末或膨脹石墨粉末等碳粉末的相容性也良好，進而與環(huán)氧樹脂等進行比 較時，耐酸性也良好，具有許多優(yōu)點。
[0017] 但是，使用石墨粉末作為碳粉末、將該石墨粉末和酚醛樹脂一體地結合而制作的 0.05~2mm左右的薄板狀的碳板，雖然導電性、耐腐蝕性優(yōu)異，但過硬而脆，彎曲變形超過 0. 6%時，產生裂縫，在柔軟性上存在問題。因此可知：在作為例如燃料電池用隔板使用的情 況下，關于穩(wěn)定的水路（溝）形成、耐久性，需要進一步改良。另一方面，將膨脹石墨粉末和 酚醛樹脂一體地結合而制作的膨脹石墨制的薄板狀碳板具有放熱性、耐腐蝕性，但過于柔 軟，壓縮強度為低于3MPa，容易永久變形。因此，作為燃料電池用隔板、包裝等使用困難。
[0018] 這樣，可知：現有的石墨制的薄板狀碳板作為燃料電池用隔板，另外，為了作為包 裝使用，在柔軟性及壓縮強度方面需要進一步改良。
[0019] 本發(fā)明人等許多研究實驗的結果找到：作為碳粉末，將膨脹石墨粉末和石墨粉末 以特定的比例進行混合，將該碳粉末與特定量的酚醛樹脂、尤其是不含有氨的酚醛樹脂同 時進行壓縮成型而制作的石墨制薄板狀的碳板，在柔軟性、壓縮強度、進而導電性可以充分 地滿足燃料電池用隔板、包裝等所要求的值。
[0020] 即，在制作具有上述良好的特性的碳板時，使用不含有氨的酚醛樹脂是重要的。酚 醛樹脂目前廣泛使用氨作為聚合催化劑，氨殘留在樹脂中。但是，如后所述，可知：含有氨的 酚醛樹脂的情況，保持于溫水中時，彎曲變形的性能劣化，不能得到使用膨脹石墨時的碳板 的柔軟性和彎曲變形的特性。
[0021] 進一步可知：將具有上述良好的特性的碳板和金屬板一體地接合成的復合碳板， 具有優(yōu)異的氣體不透過性，另外，拉伸強度等機械強度也增大。
[0022] 即，本發(fā)明的目的在于，提供具有柔軟性、且壓縮強度也優(yōu)異、也具有導電性的薄 板狀的碳板。
[0023] 本發(fā)明的其它目的在于，提供將上述碳板和金屬板一體地接合而構成、氣體不透 過性優(yōu)異、另外拉伸強度等機械強度增大的復合碳板。
[0024]用于解決課題的手段
[0025]上述目的通過本發(fā)明的碳板及復合碳板來實現。如果進行簡要，則第1本發(fā)明提 供碳板，其是將（a)包含膨脹石墨粉末95~30wt %及石墨粉末5~70wt %的碳粉末97~ 80wt%、和
[0026] (b)不含有氨的酚醛樹脂3~20wt %的混合物進行壓縮成型、制成厚度0? 05~ 2. 0mm而成的，其特征在于，
[0027] 壓縮強度為3MPa以上，以彎曲變形為0.6%以上而沒有裂縫，接觸電阻為 6m Q ? cm2以下。
[0028] 根據第1本發(fā)明的一實施方式，10點接觸電阻的最大值為6mn? cm2以下。
[0029] 根據第1本發(fā)明的其它實施方式，所述石墨粉末被所述酚醛樹脂包覆。
[0030] 根據第2本發(fā)明，提供復合碳板，其是在厚度為10~150 ym的金屬板的至少一側 的面一體地接合了碳板，
[0031] 其特征在于，所述碳板為上述構成的碳板。
[0032] 根據第2本發(fā)明的一實施方式，所述金屬板為不銹鋼、鋼、鋁、鋁合金、銅、銅合金、 鎳、或、鎳合金等。
[0033] 發(fā)明的效果
[0034] 本發(fā)明的薄板狀的碳板具有柔軟性，且壓縮強度也優(yōu)異，也具有導電性，作為燃料 電池用隔板、或者作為各種設備的包裝，能夠有效地使用。另外，本發(fā)明的復合碳板具有作 為上述碳板的特長，同時，與碳板相比，氣體不透過性優(yōu)異，另外拉伸強度等機械強度增大。
【附圖說明】
[0035] 圖1是說明本發(fā)明涉及的碳板的一實施例的構成的概略圖。
[0036] 圖2(a)是表示加熱壓縮成型工序或冷態(tài)壓縮成型工序中使用的加壓裝置的構成 的概略圖，圖2(b)是表示樹脂固化工序中使用的加熱裝置的構成的概略圖。
[0037] 圖3(a)是用于說明測定接觸電阻的方法的圖，圖3(b)是用于說明用于測定10點 接觸電阻的最大值的成形樣品中的測定場所的圖。
[0038] 圖4(a)、（b)分別是說明本發(fā)明涉及的復合碳板的第一、第二實施例的構成的概 略圖。
[0039] 圖5(a)、（b)是說明本發(fā)明涉及的復合碳板的制造方法的實施例的概略圖。
[0040] 圖6是表示用于制造本發(fā)明涉及的復合碳板的、在與圖2(a)同樣的加熱壓縮成型 工序或冷態(tài)壓縮成型工序中使用的加壓裝置的構成的概略圖。
[0041] 圖7是表示構成燃料電池的單元電池的構成的分解圖。
[0042] 圖8(a)是表示燃料電池用隔板的一實施例的平面圖，圖8(b)是在圖8(a)的線 X-Y上取得的剖面圖。
【具體實施方式】
[0043] 以下，按照附圖，對本發(fā)明的碳板進一步詳細地進行說明。
[0044] 實施例1
[0045] 首先，參照圖1，對本發(fā)明涉及的碳板1的一實施例的整體構成進行說明。本實施 例中，本發(fā)明涉及的石墨制薄板狀的碳板1例如如上所述，可以作為燃料電池用隔板有效 地使用，被制成厚度（t)為0. 05mm~2. 0mm的薄板狀平板。在碳板1的表面，例如在將碳 板作為燃料電池用的隔板使用的情況下，如圖8(a)、（b)所示，將用于水路形成的溝11被進 行成形加工。
[0046] 根據本發(fā)明，作為碳復合材的碳板1是將混合有由膨脹石墨粉末2及石墨粉末3 構成的碳粉末4和作為粘合劑的、不含有氨的酚醛樹脂5的混合物進行壓縮成型而形成的， 詳細而言，參照實驗例進行后述，是壓縮強度為3MPa以上、以彎曲變形為0. 6%以上而沒有 裂縫、接觸電阻設為6mQ ? cm2以下的碳板。
[0047] 以下，對本發(fā)明的碳板1的構成進一步詳細地進行說明。
[0048](碳粉末）
[0049] 作為用于制作本發(fā)明的碳板1的必須成分的碳粉末4包含膨脹石墨粉末2和石墨 粉末3,就膨脹石墨粉末2和石墨粉末3的混合比例而言，相對于膨脹石墨粉末2為95~ 3