グラファイトバイポーラプレートの圧延工程

バイポーラプレート（コレクタープレートとも呼ばれる）は、燃料電池の重要な構成要素の一つです。その機能と特性は以下の通りです。燃料と酸化剤を分離し、ガスの侵入を防ぎます。電流を集めて伝導し、高い導電性を持ちます。設計・加工された流路により、ガスを電極の反応層に均一に分配し、電極反応を促進します。グラファイトバイポーラプレートには、いくつかの圧延加工方法があります。

1. 多層板圧延法：

多層連続圧延機の動作工程：単板は単板巻き取り棒から引き出され、両面に接着剤がバインダーコーティングローラーを通して塗布されます。巻き取りローラーと単板が結合して3枚重ねの板となり、ローラー間の隙間を一定の厚さに圧延します。次に、加熱器に送り込んで加熱乾燥します。厚さ制御によって圧延し、厚さを調整して所定のサイズに達したら、焙焼装置に送って焙焼します。バインダーが炭化したら、最後に加圧ローラーで成形します。

連続圧延法を用いることで、厚さ0.6～2mmの柔軟なグラファイト板を圧延することが可能となり、単層圧延機よりも優れている。しかし、板の厚みが増すため、層間剥離という欠点も生じ、使用上の問題を引き起こす。これは、圧延中にガスが層間に滞留し、層間の密着性を損なうためである。改善策としては、圧延工程における排気ガスの問題を解決することが挙げられる。

単層板圧延では、圧延板は滑らかですが、厚みが強すぎると均一性や密度が確保しにくくなります。厚板を製造するには、多層板を重ね合わせて圧延し、多層複合板にします。各層の間にバインダーを挟み、圧延します。成形後、加熱してバインダーを炭化・硬化させます。多層板圧延方法は、多層連続圧延機で行います。

2. 単層板連続圧延法：

ローラーの構造は、(1) ワームグラファイト用ホッパー、(2) 振動供給装置、(3) コンベアベルト、(4) 4 つの加圧ローラー、(5) 一対のヒーター、(6) シート厚さ制御用ローラー、(7) エンボス加工またはパターン加工用ローラー、(8) ロール、(9) 切断ナイフ、(10) 完成品ロールで構成されています。

この圧延法では、バインダーを使用せずに柔軟な黒鉛をシート状に成形することができ、全工程はローラーを備えた専用装置で行われます。

作業工程：高純度グラファイトがホッパーから供給装置に入り、コンベアベルト上に落下します。加圧ローラーによる圧延後、一定の厚さの材料層が形成されます。加熱装置が高温加熱を行い、材料層内の残留ガスを除去し、未膨張のグラファイトを最後にもう一度膨張させます。その後、最初に形成された反転材料が厚さを制御するローラーに供給され、指定されたサイズに従って再度加圧され、均一な厚さと一定の密度を持つ平板が得られます。最後に、カッターで切断した後、完成したバレルを巻き上げます。

上記はグラファイトバイポーラプレートの圧延成形プロセスです。お役に立てれば幸いです。なお、炭素材料にはグラファイト、成形炭素材料、膨張（フレキシブル）グラファイトが含まれます。従来のバイポーラプレートは高密度グラファイトで作られ、ガス流路に機械加工されています。グラファイトバイポーラプレートは化学的性質が安定しており、MEAとの接触抵抗が小さいという特徴があります。