[發明專利]片材擠壓成型方法和燃料電池用隔膜的制造方法

有效

• 申請號: 201080023486.0
• 申請日: 2010-03-16
• 公開（公告）號: CN102448696A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 歌代智也;伊藤芳規;野口雅之
• 申請（專利權）人: 昭和電工株式會社
• 主分類號: B29C43/02
• 分類號: B29C43/02;B29C33/42;B29C43/34;B29C43/36;B29C59/02;H01M8/02;B29L31/00;B29L31/34
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 段承恩;田欣

技術領域

本發明涉及片材擠壓成型方法和燃料電池用隔膜的制造方法。更詳細地說，涉及使用含有高濃度填充劑(填料)的樹脂組合物片的片材擠壓成型方法和使用含有高濃度碳質材料的樹脂組合物片制造燃料電池用隔膜的制造方法。

本申請要求基于2009年3月30日在日本提出的特愿2009-082619號申請，要求具有優先權，將其內容引入到本文中。

背景技術

近年來作為厚度薄且大面積制品的成型加工方法，片材擠壓成型方法受到人們關注，例如用于燃料電池用隔膜的成型加工等。下文將以燃料電池用隔膜的制造方法為例對片材擠壓成型方法予以說明。

燃料電池，通過水的電解的逆反應、利用氫氣和氧氣進行發電，是除水以外沒有其它排出物的清潔發電裝置，所以從環境問題、能量問題的視角受到關注。燃料電池根據使用的電解質的種類而被分成多種。燃料電池中的在低溫下工作的固體高分子型的燃料電池被認為是作為汽車、人們生活用的電池最有前景的。該燃料電池通常以以下單電池作為基本單位，所述單電池具有：由發揮固體高分子電解質作用的固體高分子膜、和夾持固體高分子膜的一對擔載催化劑的氣體擴散電極一體化而成的膜電極接合體(MEA：Membrane-Electrode?Assembly)，和從外側夾持MEA用于分離燃料氣體和氧化性氣體的隔膜。通過將該單電池多個疊層在一起，可以使燃料電池以高輸出發電。

構成這種燃料電池的隔膜與MEA接觸的表面上設置有用于向氣體擴散電極面供給反應氣體、移除生成氣體和過剩氣體的氣體流路(溝)。利用這種氣體流路向一氣體擴散電極側供給作為燃料的氫氣，向另一氣體擴散電極側供給氧氣或空氣等氧化劑氣體，并在兩氣體擴散電極間連接外部負荷電路，由此使具有上述結構的裝置發揮燃料電池的作用。

因此，隔膜不僅要求可以完全隔開這些氣體的高氣體不透過性和使內部電阻減小的高導電性，而且還要求熱傳導性、強度等優異。此外，同前所述，燃料電池由多個單電池疊層而構成，因而需要隔膜的輕量、變薄化。

為了滿足這些要求，迄今為止，作為燃料電池用的隔膜的材料，研究了金屬材料和碳質材料。金屬材料可以列舉出由于機械特性優異，所以可以得到較薄的隔膜，并且導電性高的優點。但金屬材料比重大，耐腐蝕性不充分。

碳質材料重量輕，具有高導電性，是熱傳導性、強度等優異的材料，已經研究了其薄體成型技術和批量生產化。

例如在專利文獻1中公開了以下復雜工序：在碳質粉末中加入粘合劑，加熱混合后進行CIP成型(Cold?Isostatic?Pressing；冷等靜壓成型法)，然后燒成、石墨化，向得到的各向同性石墨材中浸滲熱固性樹脂，進行固化處理，然后進行切片加工，制成固體高分子型燃料電池用的隔膜。此外，專利文獻2公開了向含有碳粉末或碳纖維的紙中浸滲熱固性樹脂，疊層壓接，并固化、燒成的碳薄板的制造法。此外，專利文獻3中公開了使用模具使酚醛樹脂成型材料注射成型，并燒成得到的成型加工品的燃料電池用隔膜的制造方法。

但專利文獻1～3中記載的技術，作為燃料電池用的隔膜中使用的材料使用燒成過的材料。燒成過的材料，雖然會顯示出高導電性和耐熱性，但存在容易脆性破壞的問題，以及燒成需要的時間長，生產性不足的問題。進而如專利文獻1中的記載，在制造隔膜的工序中需要進行切片加工等切削加工的材料，生產性更加不足，成本高，難以成為未來普及的材料。

作為解決該問題的技術，可以列舉出例如以下方法：通過片材擠壓成型使含有導電性碳質材料的片狀的材料擠壓成型，來制造燃料電池用的隔膜。這種方法生產性優異，特別是適合制造厚度薄的隔膜的情況。

但在通過使含有碳質材料的片狀材料擠壓成型來制造燃料電池隔膜的情況中，由于得到的燃料電池用隔膜的密度參差大，有導電性、機械強度、氣密性等參差大的缺點。

作為解決該問題的技術，例如在專利文獻4中記載了以下燃料電池用隔膜的制造方法，將由撓性石墨片制成的第一片和、除去了與流路對應部分的、由撓性石墨片制成的第二片疊層在一起，對該疊層片進行擠壓成型加工，在形成流路、貫穿孔的同時，實現周邊區域的高密度化。此外，專利文獻5中記載了由膨脹石墨成型體形成燃料電池用隔膜的以下技術：以使膨脹石墨的密度差小于30％的方式，在膨脹石墨片的表面形成凹凸，然后使用與其凹凸形狀部分相對應的按壓模具成型出預定凹凸形態。