JPH042546B2 - - Google Patents
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- JPH042546B2 JPH042546B2 JP58036057A JP3605783A JPH042546B2 JP H042546 B2 JPH042546 B2 JP H042546B2 JP 58036057 A JP58036057 A JP 58036057A JP 3605783 A JP3605783 A JP 3605783A JP H042546 B2 JPH042546 B2 JP H042546B2
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- JP
- Japan
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- powder
- carbon material
- resin
- pores
- styrene
- Prior art date
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Description
本発明は電極材、過材、吹き込み拡散用デイ
フユーザ等の各種の用途、なかでも燃料電池の電
極として優れた多孔質炭素材の製造法に関する。 従来の一般的な多孔質炭素材の製造法は石油コ
ークス等の骨材にタールピツチなどの結合材と発
泡材を加えて混練し、これを成形した後、焼成な
いし黒鉛化する方法である。発泡材としてはアン
モニウム塩、炭酸塩、おが屑などが使用される。
しかし、この方法で作られた炭素材は機械的強度
が弱い上、添加剤が１部残留する欠点がある。ま
た燃料電極には特定の気孔分布を持つたものが要
求されるが、上記の方法では気孔分布のコントロ
ールがむずかしい。 燃料電池の電極はその気孔内に電解液を保持す
ると共に水素、酸素等の反応ガスを透過すること
が必要である。前者には比較的大きな径の揃つた
気孔が分布しているのがよく、後者は小さい径の
気孔が分布しているのがよいと云われている。ま
たこれらの気孔は一様に分散していることが望ま
しい。云い換えればシヤープな気孔分布の山が二
つ存在することである。従来の多孔質炭素材では
このような気孔分布をもつたものをつくることは
困難であつた。 本発明はこのような燃料電池の電極を含む多孔
質炭素材の気孔分布のコントロールを容易にする
ことを目的とする。 本発明者はこの目的のため各種添加材について
研究した結果、炭素材の結合材に熱硬化性樹脂を
使用し、これにスチレン系樹脂粉末を添加し、こ
の粉末の粒度を調整することにより、容易に炭素
材の気孔がコントロールできることを見出したも
のである。 即ち、本発明は黒鉛等の炭素粉末に熱硬化性樹
脂を加え、さらに粒度を調整したスチレン系樹脂
粉末を添加し、よく混練した後、成形し、その成
形体を硬化、焼成する方法である。 炭素粉末はコークス粉末、黒鉛粉末、カーボン
ブラツク等を用いることができ、多孔質炭素材の
用途に応じて選択する。電極材のように電気伝導
性を必要とするものは黒鉛粉末を使用する。また
過材用などはコークスやカーボンブラツクの粉
末でもよい。 炭素粉末の粒度は細かい程強度の大きな炭素材
が得られる。通常200メツシユ下がよく、特に炭
素材の強度を大きくしたい場合は325メツシユ下
がよい。 結合材は熱硬性樹脂を用いる。一般の炭素材に
はタールピツチが多く使われるが、本発明に於い
ては好ましくはなかつた。それは加熱過程におけ
るスチレン系樹脂との作用機構に関係があると考
えられる。結合材がスチレン系樹脂と同時に溶融
し、１体化するようなものでは気孔のコントロー
ルができない。タールピツチ類はスチレン系樹脂
と殆んど同じ温度範囲で溶融するので好ましくな
いものと考えられる。 熱硬化性樹脂の中ではフエノール樹脂が特に好
ましい。 熱硬化性樹脂は炭素粉末とよく混和すること、
混和ペーストの成形性がよいこと、炭化率が高い
ことなどが必要である。このために粘性がある程
度大きい常温液状の樹脂が望ましい。フエノール
樹脂では粘度が27000センチポアズ以上の液状の
ものが特に適する。 スチレン系樹脂としてはスチレンならびにα−
メチルスチレンのごときα−置換スチレン、ビニ
ルトルエン、０−クロロスチレンの如き該置換ス
チレン等スチレン誘導体の重合体、これら単量体
を主としこれに共重合可能な単量体、例えばアク
リロニトリル、アクリル酸ならびにメタクリル
酸、それらのメチルあるいはエチルエステルの如
きビニル化合物、ビニルピリジン、ビニルカルバ
ゾールの如きビニル複素環化合物、ブタジエン、
イソプレンの如き共役ジエン化合物の一種又は２
種以上を混合した単量体混合物から得られる相互
重合体および上記重合体を実質的に主成分とする
熱可塑性樹脂組成物が使用できる。そしてこれら
は粉末にして使用される。粉末は成形体を粉砕し
たもの或いは重合体を噴務してつくられたものが
使用される。その粒度は目的とする製品の気孔分
布に合せて選ぶ。各粒度の混合粉末を用いれば、
それに応じた気孔分布を持つた多孔質炭素材が得
られる。スチレン系樹脂粉末の粒度と炭素材の気
孔の大きさとは全く同じではないが、一定の対応
関係があるので、樹脂粉末の粒度の調整によつて
炭素材を目的とする気孔にすることが可能であ
る。粉末の粒度は一般的には42〜325メツシの範
囲が適当である。 本発明においては熱硬化性樹脂とスチレン系樹
脂が組合せてあるので、熱処理過程で先ず熱硬化
性樹脂が硬化し、成形体の骨格が形成される。さ
らに加熱されるに従つてその中に分散しているス
チレン系樹脂粉末が溶融し、骨格の炭化と共に分
解、揮化して気孔を残すものと考えられる。そし
てスチレン系樹脂粉末の粒度によつて気孔の大き
さがコントロールできるところから、粉末粒子は
溶融凝集は起つていないと考えられる。これには
成形体中に炭素粉末がかなり多量に存在している
ことも関与していると推定される。 スチレン系樹脂に代つてポリエチレン、ポリプ
ロピレン、塩化ビニル等の粉末では上記の効果は
なかつた。この理由はこれら樹脂は焼成処理過程
において炭化残存量が多く且つ樹脂粉末自体がポ
ーラス化することにより所望の径を有する空孔を
つくり得なかつたためによると考えられる。 上記各原料の混合割合は目的とする製品によつ
て異なるが、多孔質材料としての用途及び実用的
な強度を持たせるためには、一般的に炭素粉末
100重量部に対し、熱硬化性樹脂粉末15〜30重量
部、スチレン系樹脂粉末10〜15重量部の範囲が適
する。炭素粉末に対し、熱硬化性樹脂が多過ぎる
と素地の部分が緻密化し多孔質材料としての機能
を有せず、少な過ぎると多孔質材料の強度特性が
大巾に低下する。スチレン系樹脂は多過ぎると当
然ながら炭素材の強度が下がり、少な過ぎれば十
分な気孔が生じない。 混合物の混練はヘンシエルミキサー、加圧ニー
ダー等の混和機を用いて十分に行ない、均一なペ
ースト状とする。温度は室温〜50℃の範囲の領域
が適する。 成形はモールドでもよいが、板状体ならばロー
ル間を通す等の方法で連続的に行なうのが能率的
である。この際ロールに溝をつけておけば、溝付
き成形板が得られ、電池の電極には好適である。 成形体は常法に従つて硬化する。熱硬化性樹脂
としてフエノール樹脂を使用した場合は硬化反応
時に脱水縮合反応を起す。また溶媒として水が含
まれているので、これらが加熱により急激に気化
すると組織劣化の原因となる。これを防ぐには処
理温度での水蒸気圧より高い圧力に雰囲気を加圧
しておくことが効果的である。これによつて無加
圧に較べ強度は約２倍に増加する。硬化はフエノ
ール樹脂の場合130〜150℃程度で１〜５時間でよ
い。そしてこの温度範囲なら圧力は２〜５Kg／cm2
位が適当である。 硬化した成形体は非酸化性雰囲気中で焼成す
る。この焼成は充分時間をかけて昇温することが
必要である。望ましくは20℃／Hr以下である。
焼成温度は製品の用途に応じて定めるが、過材
のようなものなら800〜1000℃程度の炭化の終了
したものでよく、また電極のように高伝導性が要
求される場合は黒鉛化することもできる。 実施例 炭素粉末には人造黒鉛粉末の325メツシユ下を
使用した。結合材には粘度約30000センチポアズ
の液状フエノール樹脂（昭和ユニオン合成(株)製、
BXL−274）を用いた。スチレン系樹脂にはポリ
スチレン（商品名エスブライトGP）を粉砕して
粒度を調整したものを用いた。 これらの原料を第１表の割合に混合し、加圧ニ
ーダーを用いて常温で混練してペースト状にし
た。このペーストをロール間を通して板状に成形
した。厚さは約４mmである。成形体は空気圧３
Kg／cm2にして140℃、２時間保持して硬化した。
次いでN2ガス雰囲気下、48時間で800℃に加熱し
た。得られた多孔質炭素板の特性を第２表に示
す。（気孔の測定は水銀圧入法による）。
フユーザ等の各種の用途、なかでも燃料電池の電
極として優れた多孔質炭素材の製造法に関する。 従来の一般的な多孔質炭素材の製造法は石油コ
ークス等の骨材にタールピツチなどの結合材と発
泡材を加えて混練し、これを成形した後、焼成な
いし黒鉛化する方法である。発泡材としてはアン
モニウム塩、炭酸塩、おが屑などが使用される。
しかし、この方法で作られた炭素材は機械的強度
が弱い上、添加剤が１部残留する欠点がある。ま
た燃料電極には特定の気孔分布を持つたものが要
求されるが、上記の方法では気孔分布のコントロ
ールがむずかしい。 燃料電池の電極はその気孔内に電解液を保持す
ると共に水素、酸素等の反応ガスを透過すること
が必要である。前者には比較的大きな径の揃つた
気孔が分布しているのがよく、後者は小さい径の
気孔が分布しているのがよいと云われている。ま
たこれらの気孔は一様に分散していることが望ま
しい。云い換えればシヤープな気孔分布の山が二
つ存在することである。従来の多孔質炭素材では
このような気孔分布をもつたものをつくることは
困難であつた。 本発明はこのような燃料電池の電極を含む多孔
質炭素材の気孔分布のコントロールを容易にする
ことを目的とする。 本発明者はこの目的のため各種添加材について
研究した結果、炭素材の結合材に熱硬化性樹脂を
使用し、これにスチレン系樹脂粉末を添加し、こ
の粉末の粒度を調整することにより、容易に炭素
材の気孔がコントロールできることを見出したも
のである。 即ち、本発明は黒鉛等の炭素粉末に熱硬化性樹
脂を加え、さらに粒度を調整したスチレン系樹脂
粉末を添加し、よく混練した後、成形し、その成
形体を硬化、焼成する方法である。 炭素粉末はコークス粉末、黒鉛粉末、カーボン
ブラツク等を用いることができ、多孔質炭素材の
用途に応じて選択する。電極材のように電気伝導
性を必要とするものは黒鉛粉末を使用する。また
過材用などはコークスやカーボンブラツクの粉
末でもよい。 炭素粉末の粒度は細かい程強度の大きな炭素材
が得られる。通常200メツシユ下がよく、特に炭
素材の強度を大きくしたい場合は325メツシユ下
がよい。 結合材は熱硬性樹脂を用いる。一般の炭素材に
はタールピツチが多く使われるが、本発明に於い
ては好ましくはなかつた。それは加熱過程におけ
るスチレン系樹脂との作用機構に関係があると考
えられる。結合材がスチレン系樹脂と同時に溶融
し、１体化するようなものでは気孔のコントロー
ルができない。タールピツチ類はスチレン系樹脂
と殆んど同じ温度範囲で溶融するので好ましくな
いものと考えられる。 熱硬化性樹脂の中ではフエノール樹脂が特に好
ましい。 熱硬化性樹脂は炭素粉末とよく混和すること、
混和ペーストの成形性がよいこと、炭化率が高い
ことなどが必要である。このために粘性がある程
度大きい常温液状の樹脂が望ましい。フエノール
樹脂では粘度が27000センチポアズ以上の液状の
ものが特に適する。 スチレン系樹脂としてはスチレンならびにα−
メチルスチレンのごときα−置換スチレン、ビニ
ルトルエン、０−クロロスチレンの如き該置換ス
チレン等スチレン誘導体の重合体、これら単量体
を主としこれに共重合可能な単量体、例えばアク
リロニトリル、アクリル酸ならびにメタクリル
酸、それらのメチルあるいはエチルエステルの如
きビニル化合物、ビニルピリジン、ビニルカルバ
ゾールの如きビニル複素環化合物、ブタジエン、
イソプレンの如き共役ジエン化合物の一種又は２
種以上を混合した単量体混合物から得られる相互
重合体および上記重合体を実質的に主成分とする
熱可塑性樹脂組成物が使用できる。そしてこれら
は粉末にして使用される。粉末は成形体を粉砕し
たもの或いは重合体を噴務してつくられたものが
使用される。その粒度は目的とする製品の気孔分
布に合せて選ぶ。各粒度の混合粉末を用いれば、
それに応じた気孔分布を持つた多孔質炭素材が得
られる。スチレン系樹脂粉末の粒度と炭素材の気
孔の大きさとは全く同じではないが、一定の対応
関係があるので、樹脂粉末の粒度の調整によつて
炭素材を目的とする気孔にすることが可能であ
る。粉末の粒度は一般的には42〜325メツシの範
囲が適当である。 本発明においては熱硬化性樹脂とスチレン系樹
脂が組合せてあるので、熱処理過程で先ず熱硬化
性樹脂が硬化し、成形体の骨格が形成される。さ
らに加熱されるに従つてその中に分散しているス
チレン系樹脂粉末が溶融し、骨格の炭化と共に分
解、揮化して気孔を残すものと考えられる。そし
てスチレン系樹脂粉末の粒度によつて気孔の大き
さがコントロールできるところから、粉末粒子は
溶融凝集は起つていないと考えられる。これには
成形体中に炭素粉末がかなり多量に存在している
ことも関与していると推定される。 スチレン系樹脂に代つてポリエチレン、ポリプ
ロピレン、塩化ビニル等の粉末では上記の効果は
なかつた。この理由はこれら樹脂は焼成処理過程
において炭化残存量が多く且つ樹脂粉末自体がポ
ーラス化することにより所望の径を有する空孔を
つくり得なかつたためによると考えられる。 上記各原料の混合割合は目的とする製品によつ
て異なるが、多孔質材料としての用途及び実用的
な強度を持たせるためには、一般的に炭素粉末
100重量部に対し、熱硬化性樹脂粉末15〜30重量
部、スチレン系樹脂粉末10〜15重量部の範囲が適
する。炭素粉末に対し、熱硬化性樹脂が多過ぎる
と素地の部分が緻密化し多孔質材料としての機能
を有せず、少な過ぎると多孔質材料の強度特性が
大巾に低下する。スチレン系樹脂は多過ぎると当
然ながら炭素材の強度が下がり、少な過ぎれば十
分な気孔が生じない。 混合物の混練はヘンシエルミキサー、加圧ニー
ダー等の混和機を用いて十分に行ない、均一なペ
ースト状とする。温度は室温〜50℃の範囲の領域
が適する。 成形はモールドでもよいが、板状体ならばロー
ル間を通す等の方法で連続的に行なうのが能率的
である。この際ロールに溝をつけておけば、溝付
き成形板が得られ、電池の電極には好適である。 成形体は常法に従つて硬化する。熱硬化性樹脂
としてフエノール樹脂を使用した場合は硬化反応
時に脱水縮合反応を起す。また溶媒として水が含
まれているので、これらが加熱により急激に気化
すると組織劣化の原因となる。これを防ぐには処
理温度での水蒸気圧より高い圧力に雰囲気を加圧
しておくことが効果的である。これによつて無加
圧に較べ強度は約２倍に増加する。硬化はフエノ
ール樹脂の場合130〜150℃程度で１〜５時間でよ
い。そしてこの温度範囲なら圧力は２〜５Kg／cm2
位が適当である。 硬化した成形体は非酸化性雰囲気中で焼成す
る。この焼成は充分時間をかけて昇温することが
必要である。望ましくは20℃／Hr以下である。
焼成温度は製品の用途に応じて定めるが、過材
のようなものなら800〜1000℃程度の炭化の終了
したものでよく、また電極のように高伝導性が要
求される場合は黒鉛化することもできる。 実施例 炭素粉末には人造黒鉛粉末の325メツシユ下を
使用した。結合材には粘度約30000センチポアズ
の液状フエノール樹脂（昭和ユニオン合成(株)製、
BXL−274）を用いた。スチレン系樹脂にはポリ
スチレン（商品名エスブライトGP）を粉砕して
粒度を調整したものを用いた。 これらの原料を第１表の割合に混合し、加圧ニ
ーダーを用いて常温で混練してペースト状にし
た。このペーストをロール間を通して板状に成形
した。厚さは約４mmである。成形体は空気圧３
Kg／cm2にして140℃、２時間保持して硬化した。
次いでN2ガス雰囲気下、48時間で800℃に加熱し
た。得られた多孔質炭素板の特性を第２表に示
す。（気孔の測定は水銀圧入法による）。
【表】
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 炭素粉末、スチレン系樹脂粉末及び熱硬化性
樹脂粉末を混合し、混練した後、成形し、次いて
硬化、焼成することを特徴とする多孔質炭素材の
製造法。 ２ 燃料電池の電極用である特許請求の範囲第１
項記載の多孔質炭素材の製造法。 ３ 熱硬化性樹脂がフエノール樹脂である特許請
求の範囲第１項記載の多孔質炭素材の製造法。 ４ 硬化を気体による加圧下で行なう特許請求の
範囲第１項記載の多孔質炭素材の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58036057A JPS59162112A (ja) | 1983-03-07 | 1983-03-07 | 多孔質炭素材の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58036057A JPS59162112A (ja) | 1983-03-07 | 1983-03-07 | 多孔質炭素材の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59162112A JPS59162112A (ja) | 1984-09-13 |
| JPH042546B2 true JPH042546B2 (ja) | 1992-01-20 |
Family
ID=12459084
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58036057A Granted JPS59162112A (ja) | 1983-03-07 | 1983-03-07 | 多孔質炭素材の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59162112A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3305530A1 (de) * | 1983-02-18 | 1984-08-23 | Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich | Verfahren zur herstellung poroeser, durchstroembarer formkoerper aus kohlenstoff |
| KR20030093418A (ko) * | 2002-06-03 | 2003-12-11 | 이형식 | 카본엑스휠터 |
| KR101952581B1 (ko) * | 2018-11-21 | 2019-02-27 | 한양대학교 산학협력단 | 다공성 구조체의 제조방법 |
-
1983
- 1983-03-07 JP JP58036057A patent/JPS59162112A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59162112A (ja) | 1984-09-13 |
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