隔板材料的制造方法、燃料电池隔板及燃料电池

摘要

本发明提供燃料电池用高导电性隔板材料的制造方法、使用该隔板材料的燃料电池隔板、及燃料电池。本发明将事先混合树脂和炭黑而制造的炭黑母料用于燃料电池隔板材料的制造中，从而提高炭黑的分散性，进而制造出具有优异的导电率的燃料电池隔板和燃料电池。

权利要求

1.一种燃料电池用隔板材料的制造方法，其特征在于，包括：通过挤出式或分批式将聚丙烯和炭黑进行溶融混合，从而制造出相对于炭黑母料的总重量含有17～24重量％导电性炭黑的炭黑母料的步骤；

在上述步骤中，为了提高炭黑的分散性，添加0.5～2重量％填料分散剂的步骤；

通过挤出式或分批式将所制造的炭黑母料和70～85重量％石墨进行溶融混合的步骤；

在上述溶融混合步骤中，为了改善混合步骤中的材料流动性及注塑成型性，添加

0.1～2重量％蜡润滑剂的步骤。

2.根据权利要求1所述的燃料电池用隔板材料的制造方法，其特征在于，在上述炭黑母料和上述石墨熔融混合时所添加的蜡润滑剂，是聚丙烯蜡、聚乙烯蜡或酰胺蜡。

3.一种燃料电池用隔板，其特征在于，其是使用权利要求1或2所述的燃料电池用隔板材料的制造方法制造的燃料电池用隔板。

说明书

隔板材料的制造方法、燃料电池隔板及燃料电池

技术领域

[0001] 本发明涉及燃料电池用高导电性隔板材料的制造方法、用该方法制造的燃料电池隔板及燃料电池。更详细地讲，本发明涉及一种将树脂和炭黑事先加以混合而制造的炭黑母料使用于燃料电池隔板材料的制造，从而提高炭黑的分散性，进而制造具有优异的导电率的燃料电池隔板材料的方法、根据上述方法制造的燃料电池用隔板、以及燃料电池。 [0002] 背景技术

[0003] 通常，燃料电池是指通过作为燃料的氢与氧的电化学反应，在无需经过燃烧过程的情况下，能够将化学能直接转换为电能的能量转换装置。构成作为燃料电池核心的电池堆的物质是膜/电极接合体(membrane electrodeassembly：MEA)和隔板(bipolar plate)。其中，隔板承担着使通过氢及氧的供给、催化反应产生的电子移动的通路的作用，以及用于保持各单元电池之间绝缘的分隔的作用。

[0004] 作为这样的燃料电池用隔板需要具备的物性有导电率、强度、气体透过率等，其中，关系到燃料电池的核心作用的导电率最为重要，为了提高该导电率，以往在树脂中填充石墨及炭黑等导电性填料，从而制造燃料电池用隔板。

[0005] 对使用于隔板成型的材料进行混合/制造时，作为提高导电率的导电性填料填充石墨及炭黑等，通常的作法是，几乎同时添加/混合炭黑、树脂、石墨、及添加剂。例如，当混合热塑性隔板材料时，通常是通过挤出工序加以混合，此时，所添加的树脂、炭黑、石墨、添加剂被投入/混合到一次挤出工序中而制造隔板材料，并对如此混合制造的材料实施压缩及注塑成型等而成型并制造隔板。

[0006] 但是，与石墨相比，炭黑对树脂的相溶性优异，因此，根据以往技术的混合则难以得到充分的分散。已知炭黑均匀的分散能够减少电阻，即，若提高炭黑的分散性，则也能够进一步提高导电率。

发明内容

[0007] 于是，本发明的技术课题是，为了提高燃料电池用隔板的导电率，使难以均匀分散的炭黑的分散性提高。

[0008] 即，本发明的目的在于，为了解决上述课题，将树脂和炭黑事先加以混合而制造的炭黑母料用于燃料电池隔板材料的制造中，从而提高炭黑的分散性，进而制造出具有优异的导电率的燃料电池隔板和燃料电池。

[0009] 为了达到上述目的，本发明的燃料电池用高导电性隔板材料的制造方法，其特征在于，包括：通过挤出混合工序或分批混合工序将炭黑混合在树脂中，此时，相对于炭黑母料的重量混合17～24重量％的炭黑而制造炭黑母料的步骤；在制造上述炭黑母料时，为了提高炭黑的分散性，添加0.5～2重量％的填料分散剂的步骤；以及，通过挤出混合工序或分批混合工序将由上述步骤制造的炭黑母料与70～85重量％的石墨进行混合，但为了赋予混合步骤及成型步骤中的润滑性，添加润滑剂的步骤。

[0010] 发明的效果

[0011] 如上所述，根据本发明的燃料电池用隔板材料的制造方法，为了提高炭黑的分散性，制造出如图1所示的炭黑母料而加以使用，由此能够提高作为燃料电池隔板最重要的物性之一的导电率，因此，具有能够提高燃料电池的电效率的优点。

[0012] 附图简要的说明

[0013] 图1是用于制造本发明燃料电池用隔板的炭黑母料的照片。

[0014] 图2是比较实施例隔板的导电率和比较例隔板的导电率的图表。

具体实施方式

[0015] 下面，根据附图详细说明本发明。

[0016] 在本发明燃料电池用高导电性隔板材料的制造方法中，第一混合步骤是通过挤出工序或分批混合工序仅将炭黑熔融混合在树脂中，此时，添加0.5～2重量％的填料分散剂，从而使炭黑更均匀地分散在树脂中的炭黑母料的制造工序。

[0017] 通常，将占材料的70～85重量％以上的石墨及添加剂与炭黑同时进行混合的以往技术中，炭黑难以均匀地分散。但是，当制造了仅将17～24重量％的炭黑混合在树脂中的炭黑母料时，炭黑能够更均匀地进行分散。

[0018] 在此，所混合的炭黑的重量，必须计算成直到二次混合(炭黑母料、石墨及添加剂的混合)结束时能够成为所要制造的隔板材料的最终配合比而进行配合，如果所要制造的隔板材料的最终配合比有变化，则也改变炭黑母料的炭黑含量而进行制造，以所希望的最终隔板的配合比加以制造。

[0019] 作为第二混合步骤，对如上述制造的炭黑母料和石墨进行溶融混合，此时，与第一混合步骤不同地，填料(炭黑、石墨)达到高填充(70～80重量％)状态，有必要提高混合步骤及注塑成型步骤中的材料流动性，因此，优选添加0.1～2重量％的聚丙烯蜡、聚乙烯蜡或酰胺蜡等的蜡润滑剂，由此改善混合步骤中的材料流动性及注塑成型中的成型性。在这样的第二混合步骤中，由于炭黑的二次混合，能够更均匀地进行分散，如图2所示，能够确认提高了通过该方法制造的隔板的导电率。

[0020] 作为本发明的燃料电池用高导电性隔板，可通过对上述方法制造的材料进行成型而制造，并使用上述燃料电池用隔板可制造出燃料电池。

[0021] 下面，根据实施例对上述本发明进行更详细的说明，但本发明并不限于下述实施例所示的方法及配合比。

[0022] 实施例

[0023] 为了制造由75重量％的石墨、5重量％的炭黑、及20重量％作为树脂的聚丙烯组成的热塑性隔板，作为第一步骤，通过挤出工序事先将树脂和炭黑加以混合而制造炭黑母料，此时，将80重量％的树脂和20重量％的炭黑 进行混合。由于所要制造的最终隔板的组成为75重量％的石墨、5重量％的炭黑、及20重量％的聚丙烯树脂，因此，在混合石墨的第二混合步骤中，当将75重量％的石墨和炭黑母料混合时，为了得到上述最终隔板的组成，炭黑母料被计算成树脂和炭黑的含量分别为80重量％、20重量％。

[0024] 另外，在该混合步骤中，为了提高因疏水性难以分散的炭黑的分散性，优选将0.5～2重量％的填料分散剂添加在石墨中，通过这种方法，将炭黑母料制造成颗粒。 [0025] 作为第二步骤，通过挤出工序，将如上所述制造的炭黑母料颗粒再次与石墨进行溶融混合。若此时的配合比为25重量％的炭黑母料和75重量％的石墨，则最终隔板组成为75重量％的石墨、5重量％的炭黑、及20重量％的聚丙烯树脂。另外，此时填料(炭黑、石墨)的含量高(75重量％)，为了改善混合步骤中的材料流动性和注塑成型中的成型性，添加1重量％的蜡润滑剂。

[0026] 经过上述第二步骤，制造出含有75重量％的石墨、5重量％的炭黑、及20重量％树脂的热塑性隔板材料，并通过注塑成型方法成型出作为最终产品的隔板。 [0027] 比较例

[0028] 利用与上述实施例相同的材料及相同的配合比加以实施，但没有实施作为第一步骤的炭黑母料的制造。

[0029] 即，在实施例的第二步骤中，将树脂和炭黑加以混合来代替炭黑母料，其结果，将75重量％的石墨、5重量％的炭黑、20重量％的树脂同时挤出而进行混合，从而制造热塑性隔板材料，并与实施例相同地成型了隔板。

[0030] 图2是比较实施例隔板的导电率和比较例隔板的导电率的图表。从图中可知，与比较例隔板的导电率相比，实施例隔板的导电率约增加了10S/cm。