自転車やドローンにも燃料電池を、樹脂セパレーターの成形を2秒で：電動化

[齊藤由希，MONOist]

　トヨタ車体は、乗用車よりも小型なモビリティ向けに燃料電池（FC）のセパレーターを開発中だ。自転車やドローンなどに燃料電池を搭載するため、カーボンと樹脂の複合材で軽量化を図るが、金属製のセパレーターと比べて成形に時間がかかるのが課題だった。当初は15秒かかっていた成形時間を開発中の工法では2秒に短縮。コストも当初の4分の1に抑えた。

　また、割れやへこみ、キズなどが発生したセパレーターを再加熱して再利用できるようリサイクル技術の開発も進めている。小型モビリティでの燃料電池の普及を見据え、効率的なセパレーター生産の準備を整えている。

成形されるセパレーター［クリックで拡大］

オイルを循環させて金型を加熱／冷却

　燃料電池のセパレーターは、セルを分割／遮断し、ガスを円滑にセル内に送り込む機能を担う。乗用車に搭載される既存の燃料電池では金属製のセパレーターが使われている。

　樹脂製の燃料電池セパレーターの実用化に向けて、トヨタ車体は金型の温度を適切に制御するプレス工法を開発。また、セパレーターを構成する複合材内の導電フィラーの特性を阻害しない新たなリサイクルプロセスも確立した。

　開発を開始した当初は、金型を電気ヒーターで加熱し、水冷で冷却する方式としていた。均一な加熱や冷却が可能だが、金型の厚みや複雑な構造が課題となっていた。「人とくるまのテクノロジー展 2024 YOKOHAMA」（2024年5月22〜24日、パシフィコ横浜）では、加熱も冷却も金型内でオイル媒体を循環させる方式を展示した。高温のオイル媒体により急速な加熱が可能になった他、部分的な加熱や冷却により成形に必要な熱エネルギーも低減しているという。

オイル媒体で加熱／冷却する金型［クリックで拡大］

　割れやへこみ、キズなどが発生した材料をリサイクルするには、回収後の表層の不純物除去や、複合材の再溶融混練が必要になる。再溶融混練では、カーボンの粉砕抑制が課題になった。溶融混練時のせん断力を制御し、スクリュー形状や溶融温度、回転数などの条件をコントロールすることで、カーボン粒子粉砕制御とリサイクルが可能になったとしている。

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