CN105103351A - 碳构件、碳构件的制造方法、氧化还原液流电池和燃料电池 - Google Patents

碳构件、碳构件的制造方法、氧化还原液流电池和燃料电池 Download PDF

Info

Publication number
CN105103351A
CN105103351A CN201480019760.5A CN201480019760A CN105103351A CN 105103351 A CN105103351 A CN 105103351A CN 201480019760 A CN201480019760 A CN 201480019760A CN 105103351 A CN105103351 A CN 105103351A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
carbon
resin combination
carbon element
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201480019760.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105103351B (zh
Inventor
饭野匡
铃木俊也
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
Publication of CN105103351A publication Critical patent/CN105103351A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105103351B publication Critical patent/CN105103351B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0297—Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96—Carbon-based electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0213—Gas-impermeable carbon-containing materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0221—Organic resins; Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223—Composites
    • H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0234—Carbonaceous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0239—Organic resins; Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0241—Composites
    • H01M8/0245—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)

Abstract

本发明涉及可以很好地作为氧化还原液流电池、燃料电池的电池构件使用的碳构件，其特征在于，是将第1层、第2层、和隔着所述第2层与所述第1层对向配置的第3层熔接、一体化而成的，所述第1层含有第1树脂组合物100质量份和第1碳材料100～1000质量份，所述第1树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且熔体流动速率为0.01～10g/10min，所述第2层含有第2树脂组合物100质量份和第2碳材料100～1000质量份，所述第2树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且熔体流动速率为5～1000g/10min且比所述第1树脂组合物大，熔点为80℃以上且比所述第1树脂组合物低10℃以上，所述第3层由松密度60～800kg/m3的多孔质碳材料形成。

Description

碳构件、碳构件的制造方法、氧化还原液流电池和燃料电池
技术领域
本发明涉及具有碳树脂组合物材料层和多孔质碳材料层一体化了的多层结构的碳构件和其制造方法，特别是涉及适合作为氧化还原液流电池、燃料电池等电池中使用的电池构件的碳构件和其制造方法。本申请基于与2013年4月11日在日本提出的申请特愿2013－082949而要求优先权，将其内容引入本说明书中。
背景技术
过去，作为电极等的电池构件使用的碳构件的材料，多使用通过高温处理而被烧结了的烧结碳。通过使用烧结碳，能够得到电阻低、耐热性、耐腐蚀性优异的高性能的碳构件。
但是，由烧结碳构成的碳构件，存在以下问题：容易破裂，弯曲强度不充分、难以操作。因此，在使用由烧结碳构成的碳构件来制造电池时，操作性和加工性不足，得不到充分的生产性。
因此，近年来作为碳构件的材料使用由碳和树脂构成的碳树脂复合材料。由碳树脂复合材料制成的碳构件，容易具有充分的弯曲强度，而且能够使用树脂加工技术容易地进行制造和加工，所以优选。
但是，由碳树脂复合材料制成的碳构件，与由烧结碳制成的碳构件相比较，电阻高。因此，例如在将由碳树脂复合材料制成的碳构件与其他的电池构件层叠、配置而形成电池时，存在碳构件和其他电池构件之间的接触电阻大的问题。特别是，在其他电池构件由无纺布、毡、织布等压缩弹性模量小的材料形成时，在以低面压与由碳树脂复合材料制成的碳构件层叠时，接触电阻变得更大。
在形成具有由多个电池构件层叠的层叠结构的电池时，为了降低多个电池构件间的接触电阻，将相邻接的电池构件间紧密结合是有效的。
例如，作为通过将多个电池构件一体化而降低接触电阻的技术，有专利文献1～专利文献4中记载的技术。
此外，作为降低电池的内部电阻的技术，已经提出了含有气相法碳纤维的电极材料(参照例如专利文献5。)。
此外，为了提高电池的双极板的导电性，提出了含有碳纳米管的双极板(参照例如专利文献6。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开昭62－276761号公报
专利文献2:日本特开平1－065776号公报
专利文献3:日本特开平6－290796号公报
专利文献4:日本特开2004－273299号公报
专利文献5:日本特开2006－156029号公报
专利文献6:日本特开2011－228059号公报
发明内容
发明要解决的课题
在以往的碳构件中，当将相邻的电池构件间用接合剂接合时，电池构件界面的导通不充分。为了解决这样的问题，考虑了作为接合剂含有导电剂。但是，在使用含有导电剂的接合剂来将相邻接的电池构件间接合时，在为了使电池构件界面的导通充分而含有大量导电剂时，接合材的接合性变得不充分，存在电池构件容易剥离的问题。
此外，过去在使用由碳构件制成的电池构件来制造电池时，要求能够得到优异的生产性的碳构件。
本发明鉴于上述现状而完成，其课题是提供能够作为氧化还原液流电池、燃料电池的电池构件很好地使用、具有充分的导电性和弯曲强度，在将其作为电池构件使用来制造电池时，能够得到优异的生产性的碳构件。
解决课题的手段
【1】.一种碳构件，其特征在于，是将第1层、与所述第1层的至少一侧主面接触而配置的第2层、和隔着所述第2层与所述第1层对向配置的第3层熔接、一体化而成的，
所述第1层含有第1树脂组合物100质量份和第1碳材料100～1000质量份，所述第1树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且在230℃、载荷2.16kg下测得的熔体流动速率为0.01～10g/10min，
所述第2层含有第2树脂组合物100质量份和第2碳材料100～1000质量份，所述第2树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且熔体流动速率为5～1000g/10min且比所述第1树脂组合物大，熔点为80℃以上且比所述第1树脂组合物低10℃以上，
所述第3层由松密度60～800kg/m3的多孔质碳材料形成。
【2】.如【1】所述的碳构件，其特征在于，所述第1碳材料和/或所述第2碳材料含有平均纤维径0.01～0.3μm的碳纤维1～50质量％。
【3】.如【1】或【2】所述的碳构件，其特征在于，所述多孔质碳材料由平均纤维径0.01～0.3μm的碳纤维形成。
【4】.如【1】～【3】的任一项所述的碳构件，其特征在于，所述第1碳材料和/或所述第2碳材料含有硼0.01～4质量％。
【5】.如【1】～【4】的任一项所述的碳构件，其特征在于，所述第1树脂组合物含有聚丙烯树脂10～99质量％和苯乙烯系热塑性弹性体1～40质量％。
【6】.如【1】～【5】的任一项所述的碳构件，其特征在于，所述第2树脂组合物含有选自以下(a)～(c)中的至少一种α－烯烃聚合物10～100质量％，
(a)主单体电池丙烯电池与乙烯电池共聚而成的丙烯乙烯共聚物，
(b)主单体电池乙烯电池与碳原子数3～10的α－烯烃电池共聚而成的乙烯系共聚物，或、
(c)主单体电池1－丁烯电池、与1－丁烯以外的碳原子数2～10的α－烯烃共聚而成的聚丁烯系树脂。
【7】.如【1】～【6】的任一项所述的碳构件，其特征在于，所述第2树脂组合物含有无规立构聚丙烯2～40质量％、粘接赋予树脂1～30质量％和苯乙烯系热塑性弹性体0.5～40质量％。
【8】.如【1】～【7】的任一项所述的碳构件，其特征在于，所述多孔质碳材料是由碳纤维形成的无纺布，该碳纤维彼此的接触部的至少一部分碳化并结合在一起。
【9】.一种碳构件的制造方法，其特征在于，具有以下工序：
共挤出成型出第1层和第2层，形成所述第2层与所述第1层的至少一侧主面接触而配置、且所述第1层和所述第2层一体化了的层叠体的工序，以及
在所述层叠体的所述第1层上隔着所述第2层对向配置由松密度60～800kg/m3的多孔质碳材料形成的第3层，在所述第2层的熔点以上的温度下使所述第2层与所述第3层熔接的工序，
所述第1层含有第1树脂组合物100质量份和第1碳材料100～1000质量份，所述第1树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且在230℃、载荷2.16kg下测得的熔体流动速率为0.01～10g/10min，
所述第2层含有第2树脂组合物100质量份和第2碳材料100～1000质量份，所述第2树脂组合物含有聚烯烃系树脂，熔体流动速率为5～1000g/10min且比所述第1树脂组合物大，熔点为80℃以上且比所述第1树脂组合物低10℃以上。
【10】.一种碳构件的制造方法，其特征在于，具有以下工序：
挤出成型第1层的第1成型工序，所述第1层含有第1树脂组合物100质量份和第1碳材料100～1000质量份，所述第1树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且在230℃、载荷2.16kg下测得的熔体流动速率为0.01～10g/10min，
挤出成型第2层的第2成型工序，所述第2层含有第2树脂组合物100质量份和第2碳材料100～1000质量份，所述第2树脂组合物含有聚烯烃系树脂，熔体流动速率为5～1000g/10min且比所述第1树脂组合物大，熔点为80℃以上且比所述第1树脂组合物低10℃以上，以及
与所述第1层的至少一侧主面接触地配置所述第2层，在所述第1层和所述第2层的熔点以上的温度下使所述第1层与所述第2层熔接，形成所述第1层和所述第2层一体化了的层叠体的工序，
在所述层叠体的所述第1层上隔着所述第2层对向配置由松密度60～800kg/m3的多孔质碳材料形成的第3层，在所述第2层的熔点以上的温度下使所述第2层与所述第3层熔接的工序。
【11】.如【10】所述的碳构件的制造方法，其特征在于，在所述第1成型工序中连续地进行以下工序：
将所述第1树脂组合物和所述第1碳材料供给双螺杆挤出机的投入口、进行混合而形成第1混合物的工序，以及
通过将所述第1混合物用所述双螺杆挤出机的模头赋形、挤出而成型出片状第1层的工序。
【12】.如【10】或【11】所述的碳构件的制造方法，其特征在于，在所述第2成型工序中连续地进行以下工序：
将所述第2树脂组合物和所述第2碳材料供给双螺杆挤出机的投入口、进行混合而形成第2混合物的工序，以及
通过将所述第2混合物用所述双螺杆挤出机的模头赋形、挤出而成型出片状第2层的工序。
【13】.一种氧化还原液流电池，其特征在于，具有在隔膜的两侧分别都配置有电极和双极板的电池，在所述隔膜的一侧或两侧作为所述电极和所述双极板一体化了的电池构件配置有【1】～【8】的任一项所述的碳构件。
【14】.一种燃料电池，其中多个单电池隔着隔板而层叠，所述单电池在电解膜的一面上配置有燃料极和第1气体扩散层、并且在所述电解膜的另一面上配置有空气极和第2气体扩散层，所述隔板将所述第1气体扩散层和所述第2气体扩散层分隔开，
作为所述隔板和与所述隔板邻接的所述第1气体扩散层和/或所述第2气体扩散层一体化了的电池构件，配置有【1】～【8】的任一项所述的碳构件。
发明效果
本发明的碳构件，是由含有第1树脂组合物和第1碳材料的第1层、和与第1层的至少一侧主面相接触地配置的含有第2树脂组合物和第2碳材料的第2层、以及隔着第2层而与第1层对向配置的多孔质碳材料形成的第3层熔接、一体化而成的，厚度方向的电阻(贯通电阻)低，能够在得到优异的导电性的同时、得到优异的弯曲强度。
此外，本发明的碳构件中，在作为碳构件使用电池构件来制造电池时，在得到优异的作业性和加工性的同时，第1层可以发挥例如氧化还原液流电池的双极板功能、燃料电池的隔板功能。
本发明的碳构件，可以很好地作为例如由氧化还原液流电池的电极和双极板一体化了的电池构件使用。此时，与分开使用电极和双极板来制造氧化还原液流电池的情况相比较，能够减少电池构件的数量，提高生产性。
此外，本发明的碳构件中，在使用碳构件作为电池构件来制造电池时，第3层可以发挥例如氧化还原液流电池的电极、与燃料电池的隔板邻接的气体扩散层的功能。
本发明的碳构件可以很好地作为例如燃料电池的隔板和与隔板邻接的气体扩散层一体化了的电池构件使用。在这种情况，能够容易地制造燃料电池的隔板和与隔板邻接的气体扩散层，能够提高生产性。
附图说明
图1是用于说明本发明的一例碳构件的截面模式图。
图2是用于说明本发明的一例氧化还原液流电池的截面模式图。
图3是用于说明本发明的一例燃料电池的截面模式图。
图4是用于测定贯通电阻的方法的说明图。
图5是用于说明实施例中评价的氧化还原液流电池的说明图。
图6是用于说明实施例中评价的燃料电池的评价用电池的说明图。
图7是显示紧固面压0.8MPa时的电压与电流密度的关系的图。
图8是显示紧固面压0.3MPa时的电压与电流密度的关系的图。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式予以具体说明。
“碳构件”
图1为用于说明本发明的一例碳构件的截面模式图。图1所示的碳构件10是将含有第1树脂组合物和第1碳材料的第1层1、与第1层1的两面相接触而配置的含有第2树脂组合物和第2碳材料的第2层2、2、以及隔着第2层2、2而与第1层1对向配置的由多孔质碳材料形成的第3层3、3熔接、一体化而成的。
“第1层”
第1层1含有第1树脂组合物和第1碳材料。
第1树脂组合物含有聚烯烃系树脂，在230℃、载荷2.16kg下测得的熔体流动速率为0.01～10g/10min。
以下的说明中“熔体流动速率”是指在230℃、载荷2.16kg下测得的熔体流动速率，有时简写成“MFR”。再者，熔体流动速率的测定是依照ISO1133进行的。
本实施方式中，由于第1树脂组合物的MFR为0.01g/10min以上，所以能够将第1树脂组合物和第1碳材料的混合物成型成所期望的形状，第1层1具有将电池内分隔开的隔壁功能。第1树脂组合物的MFR优选为0.5g/10min以上。此外，由于第1树脂组合物的MFR为10g/10min以下，所以能够得到具有高弯曲强度的碳构件10。第1树脂组合物的MFR优选为6g/10min以下，更优选为2g/10min以下。
作为第1树脂组合物，可以列举出含有选自含来自烯烃的单体电池50～100摩尔％的聚合物或其改性树脂中的聚烯烃系树脂1种以上的。作为聚烯烃系树脂的具体例，可以列举出直链状低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、超低密度聚乙烯(VLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、乙烯－乙酸乙烯基酯共聚物(EVA)、环烯烃聚合物、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、离聚物、乙烯－丙烯共聚物(嵌段PP和无规PP)、丙烯－α－烯烃(碳原子数4～20的α－烯烃)共聚物、聚1－丁烯、聚戊烯等。
第1树脂组合物含有这些聚烯烃系树脂优选为10～100质量％、更优选为80～98质量％。
第1树脂组合物中除了聚烯烃系树脂以外，也可以还含有苯乙烯系热塑性弹性体。作为苯乙烯系热塑性弹性体，是含有来自苯乙烯或取代苯乙烯的单体电池10～90摩尔％的热塑性弹性体或其氢化物。在第1树脂组合物含有苯乙烯系热塑性弹性体时，弯曲应变变大、难以破裂，所以优选。
作为苯乙烯系热塑性弹性体，可以列举出氢化苯乙烯丁二烯橡胶(HSBR)、苯乙烯·乙烯丁烯·苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、苯乙烯·乙烯丙烯·苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯·乙烯丁烯·烯烃结晶嵌段共聚物、苯乙烯·异戊二烯·苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯·丁二烯·苯乙烯嵌段共聚物等。其中，如果是选自氢化苯乙烯丁二烯橡胶、苯乙烯·乙烯丁烯·苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯·乙烯丙烯·苯乙烯嵌段共聚物中的1种以上，则在聚烯烃系树脂中的分散性好，所以优选。
第1树脂组合物特别优选含有聚丙烯树脂和苯乙烯系热塑性弹性体。这种第1树脂组合物，是兼有耐热性和难破裂性的材料，所以优选。
在第1树脂组合物含有聚丙烯树脂和苯乙烯系热塑性弹性体时，优选在第1树脂组合物中含有聚丙烯树脂10～99质量％和苯乙烯系热塑性弹性体1～40质量％，更优选含有聚丙烯树脂80～98质量％、苯乙烯系热塑性弹性体2～20质量％。
当第1树脂组合物中含有的聚丙烯树脂的含量在上述范围时，第1树脂组合物的熔点高，与石墨的亲和性良好，所以优选。
第1树脂组合物中含有的苯乙烯系热塑性弹性体的含量为上述范围时，能够不降低耐热性地赋予柔软性，所以优选。
在第1树脂组合物中，还可以根据需要含有各种添加剂，例如选自增塑剂、溶剂、紫外线稳定剂、抗氧化剂、热稳定剂、消泡剂、流平剂、脱模剂、增滑剂、疏水剂、增粘剂、或亲水性赋予剂等中的成分。这些添加剂的含量通常相对于聚烯烃系树脂和苯乙烯系热塑性弹性体的合计100质量份，合计为0.1～10质量份。
作为第1碳材料，可以使用例如碳细粉、碳纤维、或碳细粉和碳纤维的混合物等。
在第1碳材料含有碳细粉时，作为碳细粉，优选含有例如平均粒径10～50μm的石墨细粉，更优选含有平均粒径10～30μm的石墨细粉。在碳细粉的平均粒径在上述范围时，第1树脂组合物和第1碳材料的混合物的成型加工性、与得到的碳构件10的机械强度之间的平衡良好，所以优选。此外在第1碳材料由石墨细粉构成时，碳构件10的导电性变高，所以优选。
碳细粉的平均粒径，是通过在光学显微镜下观察100～1000个碳细粉，测定各粒子的最大径，求出得到的测定值的算术平均值而获得的。
在第1碳材料含有碳纤维时，能够得到具有优异强度的碳构件10，所以优选。在第1碳材料含有碳纤维时，优选含有例如平均纤维径0.01～0.3μm的碳纤维1～50质量％，更优选含有该碳纤维10～40质量％。在碳纤维的平均纤维径在上述范围时，强度提高，以少量的添加量就可以形成导电路径，所以优选。碳纤维的平均纤维径是通过在光学显微镜或扫描电镜下观察100～1000根碳纤维，测定它们的纤维径，求出得到的纤维径的算术平均值，而获得的。
第1碳材料中也可以含有硼。在第1碳材料含有硼时，优选在第1碳材料中含有硼0.01～4质量％，更优选含有0.1～3质量％。第1碳材料中的硼的含量在上述范围时，碳构件10的导电性提高，所以优选。
第1层1含有第1树脂组合物100质量份和第1碳材料100～1000质量份，更优选相对于第1树脂组合物100质量份含有第1碳材料200～800质量份，进而优选相对于第1树脂组合物100质量份含有第1碳材料400～800质量份。
在相对于第1树脂组合物100质量份、第1碳材料的含量为100质量份以上时，碳构件10的导电性优异。上述第1碳材料的含量为1000质量份以下时碳构件10强度优异。
“第2层”
第2层2含有第2树脂组合物和第2碳材料。
第2树脂组合物含有聚烯烃系树脂，在230℃、载荷2.16kg下测得的熔体流动速率(MFR)为5～1000g/10min，比第1树脂组合物大。第2树脂组合物的MFR优选为10～100g/10min、更优选为10～60g/10min。第2树脂组合物的MFR在该范围时，成为碳材料的填充性优异的树脂组合物，此外第2层与第1层和第3层之间的接合强度提高，所以优选。
第2树脂组合物的熔点为80℃以上，比第1树脂组合物低10℃以上。
当熔点为80℃以上时，能够得到具有充分的耐热性的碳构件10，当熔点比第1树脂组合物低10℃以上时，在通过加热隔着第2层使第1层和第3层熔接时，能够降低热对第1层的损害。第2树脂组合物的熔点优选为100℃以上、更优选为120℃以上。此外通常、第2树脂组合物的熔点为145℃以下。第1树脂组合物的第2树脂组合物的熔点差只要是10℃以上，就没有特殊限制，但通常为60℃以下。树脂组合物的熔点，可以依照JISK7121，将试片调整到标准状态，使用差示扫描量热计(DSC)测定融解峰温度而测定。在观察到有2个以上的融解峰时，将高温侧的峰温度作为熔点。
本实施方式中，第2树脂组合物的MFR为5～1000g/10min，比第1树脂组合物大，熔点为80℃以上，比第1树脂组合物低10℃以上，所以通过利用第1层1和第2层2之间的MFR和熔点差，例如通过在第2层2上层叠第1层1(第3层3)，一边加压一边加热，能够容易且切实地将第1层1与第2层2熔接，并且在第1层1上形成的第2层2上熔接由多孔质碳材料形成的第3层3。
作为MFR为5～1000g/10min的第2树脂组合物，优选含有α－烯烃聚合物。作为α－烯烃聚合物，具体可以列举出无规立构聚丙烯(无规立构PP)、全同立构聚丙烯、聚1－丁烯等α－烯烃的均聚物；乙烯－乙酸乙烯基酯共聚物(EVA)、丙烯与碳原子数2～8的α－烯烃的共聚物、下述的α－烯烃共聚物(a)(b)(c)、以及这些聚合物的改性树脂。这些α－烯烃聚合物可以1种单独使用或2种以上并用。
α－烯烃共聚物(a)：是作为主单体电池的丙烯电池与乙烯电池共聚而成的丙烯乙烯共聚物。作为α－烯烃共聚物(a)，具体可以列举出乙烯－丙烯无规共聚物、乙烯－丙烯嵌段共聚物。
α－烯烃共聚物(b)：是作为主单体电池的乙烯电池与碳原子数3～10的α－烯烃电池共聚而成的乙烯系共聚物。作为α－烯烃共聚物(b)，具体可以列举出直链状低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、超低密度聚乙烯(VLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)。
α－烯烃共聚物(c)：是作为主单体电池的1－丁烯电池与碳原子数2～10的α－烯烃(不包括1－丁烯)共聚而成的聚丁烯系树脂。作为α－烯烃共聚物(c)，具体可以列举出乙烯－丁烯-1共聚物、丙烯－丁烯-1共聚物、己烯－丁烯-1共聚物。
在第2树脂组合物含有α－烯烃聚合物时，优选在第2树脂组合物中含有α－烯烃聚合物10～100质量％，更优选含有50～100质量％。在第2树脂组合物中含有的α－烯烃聚合物的含量在上述范围时，第2层和第1层之间的界面强度优异，所以优选。
第2树脂组合物，在上述的α－烯烃聚合物中更优选含有α－烯烃共聚物，更进一步优选含有选自上述(a)、(b)、(c)中的至少任一种α－烯烃共聚物。其理由为，当使用含有这些α－烯烃共聚物的第2树脂组合物时，第2层与第1层和第3层之间的接合性优异。选自上述(a)、(b)、(c)中的α－烯烃共聚物，在第2树脂组合物中优选占10～100质量％、更优选占50～100质量％。
此外，第2树脂组合物，除了聚烯烃系树脂以外，优选含有选自粘接赋予树脂、苯乙烯系热塑性弹性体中的1种以上。
特别是，在第2树脂组合物含有无规立构聚丙烯和粘接赋予树脂和苯乙烯系热塑性弹性体时，第2层和第3层之间的接合性提高，所以优选。
作为粘接赋予树脂，可以列举出例如脂环式饱和烃树脂、脂肪族系石油树脂、萜烯系树脂、氢化萜烯系树脂、松香系树脂、苯乙烯系树脂、丙烯酸系树脂、硅氧烷系树脂、酚系树脂、二甲苯树脂、古马隆茚树脂等，优选为脂环式饱和烃树脂。
作为苯乙烯系热塑性弹性体，可以列举出能够用于第1树脂组合物中的。
在这种第2树脂组合物中，优选含有无规立构聚丙烯2～40质量％、粘接赋予树脂1～30质量％、苯乙烯系热塑性弹性体0.5～40质量％，更优选含有无规立构聚丙烯5～40质量％、粘接赋予树脂5～25质量％、苯乙烯系热塑性弹性体5～30质量％，进而优选含有无规立构聚丙烯15～40质量％、粘接赋予树脂10～20质量％、苯乙烯系热塑性弹性体10～20质量％。
在第2树脂组合物中含有的无规立构聚丙烯的含量在上述范围时，第2层与第1层和3层之间的接合强度提高，所以优选。
在第2树脂组合物中含有的粘接赋予树脂的含量在上述范围时，第2层与第1层和3层之间的低温接合性变好，所以优选。
当第2树脂组合物中含有的苯乙烯系热塑性弹性体的含量在上述范围时，被赋予了弹性、对变形的接合性变好，所以优选。
第2树脂组合物，除了上述成分以外，还可以含有与第1树脂组合物同样的各种添加剂。其添加量，通常相对于聚烯烃系树脂、粘接赋予树脂和苯乙烯系热塑性弹性体的合计100质量份，合计为0.1～10质量份。
作为第2碳材料，可以使用与第1碳材料同样的。第2碳材料与第1碳材料既可以相同，也可以不同。具体地说，第2碳材料的平均粒径、平均纤维径、碳纤维、硼含量等，可以与第1碳材料相同，也可以不同。
第2碳材料，与第1碳材料同样、优选含有平均纤维径0.01～0.3μm的碳纤维1～50质量％，更优选含有该碳纤维10～40质量％。
第2碳材料，与第1碳材料同样、优选含有硼0.01～4质量％，更优选含有0.1～3质量％。
第2层2含有第2树脂组合物100质量份和第2碳材料100～1000质量份。相对于第2树脂组合物100质量份，第2碳材料的含量为100质量份以上时，能够得到具有高导电性的碳构件10。当相对于第2树脂组合物100质量份，第2碳材料的含量为1000质量份以下时，第2层与第1层和第3层的熔接性优异，所以能够得到具有优异的弯曲强度的碳构件10。相对于第2树脂组合物100质量份，第2碳材料的含量优选为200～800质量份，更优选为200～600质量份。
“第3层”
第3层3由松密度60～800kg/m3、优选为80～600kg/m3的多孔质碳材料形成。本实施方式中，由于多孔质碳材料的松密度为60kg/m3以上，所以第3层具有优异的导电性和强度。此外由于多孔质碳材料的松密度为800kg/m3以下，所以第3层具有优异的流体透过性。因而，在将碳构件10作为电池构件使用、制造电池时，可以使第3层3发挥例如氧化还原液流电池的电极功能、或与燃料电池的隔板邻接的气体扩散层功能。
作为第3层3的多孔质碳材料，优选是由平均纤维径0.01～3μm的碳纤维形成的无纺布，更优选由平均纤维径0.1～0.5μm的碳纤维形成的无纺布。作为无纺布，优选使用碳纤维彼此的接触部的至少一部分碳化、结合在一起了的。在碳纤维彼此的接触部的至少一部分碳化、结合时，第3层3变为具有充分的强度并具有充分的导电性，所以优选。
第3层3的多孔质碳材料，在是由平均纤维径0.01～3μm的碳纤维形成的无纺布时，由于平均纤维径充分细，所以在例如将本实施方式的碳构件10作为电池构件使用来制造电池时，在第3层3内流动流体时的压力损失变小。结果能够提高电池的输出密度。
此外，当多孔质碳材料是由平均纤维径0.01～0.3μm的碳纤维形成的无纺布时，由于碳纤维的比表面积大，所以具有优异的导电性。因此，在使用本实施方式的碳构件10作为电池构件来制造氧化还原液流电池时，电极反应场增强，能够提高电池的输出密度。进而，在使用本实施方式的碳构件10作为电池构件的燃料电池中，能够使气体均匀地扩散，在使电池反应均匀化的同时提高输出密度。碳纤维的平均纤维径的测定，可以与上述的第1碳材料中使用的碳纤维同样地进行。
作为由平均纤维径0.01～3μm的碳纤维形成的无纺布且碳纤维彼此的接触部的至少一部分碳化、结合在一起了的多孔质碳材料，可以通过例如以下所示的方法得到。
首先，将树脂纤维毡化、制作无纺布。接下来，将无纺布碳化。通过这样能够制得含有碳纤维、且碳纤维彼此的接触部的至少一部分碳化、结合了的无纺布。作为无纺布的材料使用的树脂纤维，可以列举出由聚丙烯腈树脂、酚树脂形成的树脂纤维等。之后，例如，在氧化还原液流电池用途中，为了促进第2层和第3层的接合性提高、提高水润性、促进电极反应，将含有碳纤维的无纺布在1～40％的氧气和惰性气体混合而成的气氛中400～800℃的温度下热处理，由此使碳纤维表面被氧化、得到多孔质碳材料。此外，在要求疏水性的燃料电池用途等中，可以使用例如通过在含有碳纤维的无纺布上涂布聚四氟乙烯(PTFE)分散液并干燥，在300～400℃下热处理而得到的多孔质碳材料。
多孔质碳材料优选含有硼0.01～4质量％，这样能够使碳构件10的导电性优异，所以优选。
“碳构件的制造方法”
接下来，作为本发明的碳构件的制造方法，以图1所示的碳构件10的制造方法为例进行说明。
在制造图1所示的碳构件10时，首先将第1树脂组合物和第1碳材料按照规定的比例混合混炼(复合)而制得混合物。此外，将第2树脂组合物和第2碳材料按照规定的比例混合混炼(复合)而制得混合物。
待与第1碳材料混合混炼的第1树脂组合物，可以是将第1树脂组合物的原料混合混炼而成的第1树脂组合物的状态，也可以是第1树脂组合物的原料的状态。此外，待与第2碳材料混合混炼的第2树脂组合物，可以是由第2树脂组合物的原料混合混炼而成的第2树脂组合物的状态，也可以是第2树脂组合物的原料的状态。
为了制造第1树脂组合物(第2树脂组合物)而进行的仅将第1树脂组合物(第2树脂组合物)的原料混合混炼和/或为了制造第1树脂组合物(第2树脂组合物)和第1碳材料(第2碳材料)的混合物而进行的混合混炼，可以使用挤出机、捏合机等混炼机。
接下来，使用第1树脂组合物和第1碳材料的混合物、以及第2树脂组合物和第2碳材料的混合物来共挤出成型出第1层1和第2层2。通过这样，在片状第1层1的两面上相接触地配置片状第2层2，形成第1层1和第2层2一体化了的层叠体。此时，第1层的挤出中，优选料筒温度220～250℃、模头温度160～200℃，第2层的挤出中优选料筒温度180～230℃、模头温度120～180℃。
接下来，在层叠体的两面上配置作为第3层3的多孔质碳材料。通过这样，在第1层1上隔着第2层2而对向配置第3层3。此时，也可以在片状的所述层叠体上一边用辊送出长条状的第3层3一边将其配置，并连续地进行后述的熔接工序。
接下来，将在第1层1的两面上配置第2层2的层叠体的两面上进而配置了第3层3的层叠体在加压下加热，从而使第2层2与第3层3熔接。
第2层2与第3层3熔接时的温度，为了使第2层2和第3层3之间的接触电阻低，为第2树脂组合物的熔点以上的温度、优选为比第2树脂组合物的熔点高2℃以上的温度、更优选为比第2树脂组合物的熔点高5℃以上的温度。此外，第2层2与第3层3熔接时的温度，为了防止第1层的熔融，优选是比第1树脂组合物的熔点低10℃以上的温度，通常为160℃以下。当第1层熔融时，第1层膨胀、密度降低，所以碳构件10的贯通电阻变高。
此外，第2层2与第3层3熔接时的压力，为了不破坏第3层的结构，优选为0.5～8MPa，更优选为1～5MPa。
通过以上的工序，可以得到图1所示的碳构件10。
此外，图1所示的碳构件10的制造方法，并不仅限于上述方法。图1所示的碳构件10，也可以使用例如以下所示的制造方法制造。
首先，与上述制造方法同样地制造第1树脂组合物和第1碳材料的混合物，通过将得到的混合物挤出成型而形成片状第1层1(第1成型工序)。此时的料筒温度优选为220～250℃、模头温度优选为160～200℃优选。得到的片状第1层1，也可以通过辊压的方法等，变薄成需要的厚度。
第1成型工序，为了提高生产性，优选连续地进行以下工序：将第1树脂组合物和第1碳材料供给到双螺杆挤出机的投入口进行混合，而制得第1混合物的工序，以及通过将第1混合物用双螺杆挤出机的模头赋形、挤出而成型出片状第1层1的工序。
此外，与上述制造方法同样地制造第2树脂组合物和第2碳材料的混合物，通过将得到的混合物挤出成型而形成片状第2层2(第2成型工序)。此时的料筒温度优选为180～230℃、模头温度优选为120～180℃。得到的片状第2层2，可以通过辊压的方法等而变薄成希望的厚度。
第2成型工序，为了提高生产性提高，优选连续地进行以下工序：将第2树脂组合物和第2碳材料供给到双螺杆挤出机的投入口、并混合而制造出第2混合物的工序，以及将第2混合物用双螺杆挤出机的模头赋形、挤出，从而成型出片状第2层2的工序。
接下来，与片状第1层1的两面相接触地设置片状第2层2，在加压下加热而使第1层1与第2层2熔接。通过这样，形成了第1层1和与第1层1的两面接触而配置的第2层2一体化了的层叠体。
第1层1与第2层2熔接时的温度，设为第1层1和第2层2的熔点以上的温度，为了降低第1层和第2层之间的接触电阻，实现结实地接合，优选比第1树脂组合物的熔点高20℃以上、更优选高40℃以上的温度，通常为180～250℃。此外，第1层1与第2层2熔接时的压力，为了使两者切实地紧密附着、在界面上不留空隙，优选为10～50MPa。
之后，与上述制造方法同样地在层叠体的两面上配置多孔质碳材料作为第3层3，使第2层2与第3层3熔接。通过以上的工序，得到了图1所示的碳构件10。
“氧化还原液流电池”
图2为用于说明本发明的一例氧化还原液流电池的截面模式图。图2所示的氧化还原液流电池20，在铜板28、28间具有多个电池20a。各电池20a在隔膜24的两侧分别都配置有电极23和双极板27。本实施方式中作为双极板27使用由双极板主体21和配置在双极板主体21和电极23之间的双极板表面层22构成的。双极板主体21被相邻接而配置的2个电池20a所共有。
各电池20a中作为电极23具有正极23a和负极23b。各电池20a的正极23a隔着隔膜24与相邻接的电池20a的负极23b对向配置。正极23a和负极23b由多孔质碳材料形成，向正极23a内通过正极用配管25而供给正极电解液，向负极23b内通过负极用配管26而供给负极电解液。
本实施方式中，如图2所示，在隔膜24的两侧分别作为电极23和双极板27一体化了的电池构件而配置了图1所示的碳构件10，所以形成了多个电池20a层叠的结构。因此，图1所示的碳构件10中第1层1发挥双极板主体21的功能，第2层2发挥双极板表面层22的功能，第3层3发挥电极23的功能。
此外，如图2所示，在多个隔膜24中配置在最外侧的两侧的2个隔膜24的外侧配置了由正极23a或负极23b和双极板27一体化了的碳构件10a。碳构件10a是第1层1和与第1层1的一侧主面接触地配置的第2层2、以及隔着第2层2而与第1层1对向配置的第3层3熔接一体化而成的，除了仅在第1层1的一侧主面上形成第2层2和第3层3以外，其它与图1所示的碳构件10相同。
再者，本发明的氧化还原液流电池，除了作为电池构件而使用本发明的碳构件10、10a以外，没有特殊限制，例如作为隔膜、正极电解液、负极电解液等，可以使用在氧化还原液流电池中可以使用的、公知的。
图2所示的氧化还原液流电池20中，通过将隔膜24和碳构件10、10a层叠，能够容易地组装电池20a。即、图2所示的氧化还原液流电池20，由于作为电极23和双极板27一体化了的电池构件使用了碳构件10、10a，所以与分开使用电极和双极板来制造氧化还原液流电池的情况相比较，能够减少电池构件的数量，提高生产性。
图2所示的氧化还原液流电池20，由于作为电池构件使用了本发明的碳构件10、10a，所以具有导电性优异的电极23、内部电阻低。
“燃料电池”
图3是用于说明本发明的一例燃料电池的截面模式图。图3所示的燃料电池30在集电板39、39之间具有多个单电池30a。各单电池30a，在MEA膜34的一面上配置有第1气体扩散层33a和第1气体流路38a，在MEA膜34的另一面上配置有第2气体扩散层33b和第2气体流路38b。MEA膜34，是电解膜的一面接合了作为空气极的电极，另一面接合了作为燃料极的电极的接合体。第1气体扩散层33a和第2气体扩散层33b也可以兼为电极。
如图3所示，多个单电池30a中，第1气体流路38a和第1气体扩散层33a隔着将第2气体流路38b和第2气体扩散层33b分隔开的隔板37而层叠。本实施方式中作为隔板37，使用由隔板主体31和配置在隔板主体31与第1气体扩散层33a或第2气体扩散层33b之间的隔板表面层32构成的隔板。隔板主体31被相邻配置的2个单电池30a所共用。
各单电池30a的第1气体扩散层33a隔着MEA膜34而与第2气体扩散层33b对向配置。第1气体扩散层33a和第2气体扩散层33b由多孔质碳材料形成，向第1气体扩散层33a内通过配管(图中未示出)而供给氢气等的燃料，向第2气体扩散层33b内通过配管(图中未示出)而供给空气。
第1气体流路38a和第2气体流路38b由在隔板37的表面上设置的线状的多个沟构成。
本实施方式中，作为隔板37和与隔板37邻接的第1气体扩散层33a和第2气体扩散层33b一体化了的电池构件，配置了碳构件10b。碳构件10b，在第1层1的两面上配置第2层2的层叠体的一面上形成有成为第1气体流路38a的线状多个沟，在另一面上形成成为第2气体流路38b的线状的多个沟，除了这些以外，与图1所示的碳构件10相同。图3所示的燃料电池30中，碳构件10b中第1层发挥隔板主体31的功能，第2层发挥隔板表面层32的功能，第3层发挥第1气体扩散层33a或第2气体扩散层33b的功能。
此外，如图3所示，在多个MEA膜34中，配置在最外侧的两侧2个MEA膜34的外侧，作为隔板37和与隔板37相邻的第1气体扩散层33a或第2气体扩散层33b一体化了的电池构件配置有碳构件10c。碳构件10c，仅在发挥隔板主体31的功能的第1层的一侧主面上形成发挥隔板表面层32功能的第2层和发挥第1气体扩散层33a或第2气体扩散层33b的功能的第3层，除了这些以外，与碳构件10b相同。
再者，本发明的燃料电池中，除了作为电池构件要使用本发明的碳构件10b、10c以外，没有特殊限制，例如作为电解膜等的构件，可以使用在燃料电池中使用的公知的。
此外，作为在第1层1的两面或一个面上配置第2层2的层叠体上形成成为第1气体流路38a或第2气体流路38b的沟的方法，可以使用采用压缩成型机等公知的方法。
图3所示的燃料电池30，由于作为电池构件使用本发明的碳构件10b、10c，所以生产性优异，能够得到优异的发电特性。
本实施方式的碳构件10，是将以下层熔接、一体化而成的：
含有第1树脂组合物100质量份和第1碳材料100～1000质量份的第1层1，所述第1树脂组合物含有聚烯烃系树脂、且在230℃、载荷2.16kg下测得的MFR为0.01～10g/10min，
与第1层1的两面接触而配置的含有第2树脂组合物100质量份和第2碳材料100～1000质量份的第2层2，所述第2树脂组合物含有聚烯烃系树脂，且MFR为5～1000g/10min、比第1树脂组合物大，熔点为80℃以上、且比第1树脂组合物低10℃以上，
以及，隔着第2层2而与第1层1对向配置的由松密度60～800kg/m3的多孔质碳材料形成的第3层3，
因而能够得到以下所示的效果。
即、本实施方式的碳构件10中，第2层2中含有的第2树脂组合物的MFR为5～1000g/10min，比第1树脂组合物大，且熔点为80℃以上，比第1树脂组合物低10℃以上，所以能够容易并且切实地使第1层1与第2层2熔接，并且使第2层2与由多孔质碳材料形成的第3层3熔接。因而，本实施方式的碳构件10，第1层1和第2层2之间的整个界面、以及第2层2和第3层3之间的整个界面紧密附着、一体化，厚度方向的电阻(贯通电阻)低、得到优异的导电性，同时得到优异的弯曲强度。
此外，本实施方式的碳构件10，第1层1中含有的第1树脂组合物的MFR为0.01～10g/10min，所以能够成为具有高弯曲强度、同时发挥分隔电池内的隔壁功能的碳构件10。结果、在使用碳构件10作为电池构件制造电池时，能够得到优异的作业性和加工性，同时能够使第1层1发挥例如氧化还原液流电池的双极板、或燃料电池的隔板功能。
此外，本实施方式的碳构件10中，第3层3由松密度60～800kg/m3的多孔质碳材料形成，是具有优异的导电性的多孔质。因此，在使用碳构件10作为电池构件制造电池时，可以使第3层3发挥例如氧化还原液流电池的电极功能、或燃料电池的与隔板邻接的气体扩散层功能。
像这样，本实施方式的碳构件10，可以作为例如氧化还原液流电池的电极和双极板一体化了的电池构件很好地使用。此时，与分开使用电极和双极板来制造氧化还原液流电池的情况相比较，能够减少电池构件的数量，提高生产性。
此外，本实施方式的碳构件10，可以作为例如燃料电池的隔板和与隔板邻接的气体扩散层一体化了的电池构件很好地使用。此时，能够容易地制造燃料电池的隔板和与隔板邻接的气体扩散层，能够提高生产性。
此外，本实施方式的碳构件10，第3层3由松密度60～800kg/m3的多孔质碳材料形成，第1层1和第2层2含有充分的碳材料，而且通过熔接，第1层1和第2层2之间的所有界面、第2层2和第3层3之间的所有界面紧密附着、一体化，所以能够得到高导电性。因此，本实施方式的碳构件10，在使用其作为电池构件制造电池时，能够得到具有优异特性的电池。
此外，构成本实施方式的碳构件10的第1层1和第2层2，可以用分开地挤出成型的方法、或共挤出成型的方法容易地连续地制造，生产性优异。
再者，本发明的碳构件，并不限于上述实施方式。
例如图1所示的碳构件10，以在第1层1的两面上配置第2层的情况为例进行了说明，但本发明的碳构件，只要与第1层的至少一侧主面接触地配置第2层即可。即、本发明的碳构件，也可以是例如第1层和与第1层的一侧主面接触地配置的第2层、以及隔着第2层而与第1层对向配置的第3层熔接一体化而成。
实施例
“实施例1～实施例29、参考例1～2、比较例1～比较例10”
使用表1所示的树脂组合物P01～P15、表2所示的碳材料C1～C7和表3所示的多孔质碳材料EL1～EL8，通过以下所示的方法来制造出表4～表10所示的实施例1～实施例29、参考例1～2、比较例1～比较例10的碳构件进行评价。
[表1]
表2
碳质材料 平均纤维径(nm) 纤维长(μm)
C1 含硼的石墨细粉(含有1.9wt％) - -
C2 人造石墨细粉 - -
C3 天然石墨细粉 - -
C4 碳纤维 150 10～20
C5 碳纤维 15 3～5
C6 含硼的石墨细粉(含有0.03wt％) - -
C7 含硼的石墨细粉(含有3.2wt％) - -
表3
表4
表5
表6
表7
表8
表9
表10
(树脂组合物P01～P15)
表1所示的树脂组合物P01～P15，是通过使用混炼机，将各树脂组合物P01～P15的原料全部按照表1所示的比例混合混炼(复合)而制造的。得到的树脂组合物的熔体流动速率和熔点如表1所示。
再者，树脂组合物P01～P15的制造中使用的原料分别如下：
丙烯均聚物－1：サンアロマー社制商品名VS200A
丙烯均聚物－2：サンアロマー社制商品名PL400A
丙烯均聚物－3：サンアロマー社制商品名PM801A
乙烯－丙烯共聚物(嵌段PP)－1：サンアロマー社制商品名PMB60A
乙烯－丙烯共聚物(嵌段PP)－2：サンアロマー社制クオリア(注册商标)PP2228
乙烯－丙烯共聚物(嵌段PP)－3：CatalloyAdflex(注册商标)Q100F
乙烯－丙烯共聚物(无规PP)：サンアロマー社制商品名PM940M
聚丁烯－1：サンアロマー社制商品名PB0800M
乙烯－丁烯-1共聚物：サンアロマー社制商品名DP8510M
氢化苯乙烯丁二烯橡胶：JSR社制商品名ダイナロン1320P
苯乙烯·乙烯丁烯·苯乙烯嵌段共聚物1：クレイトン·ポリマーズ社制商品名クレイトンG1652
苯乙烯·乙烯丁烯·苯乙烯嵌段共聚物2：クレイトン·ポリマーズ社制商品名クレイトンG1657
无规立构聚丙烯：イーストマンケミカル社制商品名イーストフレックスM－1030S
脂环式饱和烃树脂：荒川化学工业社制商品名アルコンP－125
抗氧化剂：BASF社制IRGANOX(注册商标)1330
耐热稳定剂：BASF社制IRGANOXPS802FL
二次抗氧化剂：BASF社制商品名IRGAFOS(注册商标)126
增滑剂：硬脂酸酸钙
(碳材料C1～C7)
“C1：含硼(1.9质量％)的石墨细粉”
将非针状焦炭(エム·シー·碳(株)社制商品名：MCコークス)用粗粉碎机(パルベライザー，ホソカワミクロン(株)制)粗粉碎成2mm～3mm以下的大小。之后，将粗粉碎了的焦炭用气流粉碎机(IDS2UR、日本ニューマチック(株)制)微细粉碎，通过分级调整到粒径24μm。
之后，将被微细粉碎了的焦炭使用分级机(ターボクラシファイアー，TC15N、日清エンジニアリング(株)制)进行气流分级，除去5μm以下的粒子。向得到的焦炭14.4kg中加入碳化硼(B4C)0.6kg，使用亨舍尔混炼机(注册商标)以800rpm混合5分钟。
将得到的混合物放入内径40cm、容积40升的带盖的石墨坩埚中并密封，放入到使用石墨加热器的石墨化炉中，在氩气气氛下2900℃的温度下石墨化，放置冷却。结果得到14kg的石墨细粉。得到的石墨细粉，平均粒径20.5μm、B含量为1.9质量％。这样就得到了含硼石墨细粉(C1)。
“C2：人造石墨细粉”
将昭和电工(株)制的人造石墨粉末ショーカライザーS用气流粉碎机(IDS2UR、日本ニューマチック(株)制)进行微细粉碎。之后，通过分级来调整粒径，使用ターボクラシファイアー(TC15N、日清エンジニアリング(株)制)进行气流分级，除去5μm以下的粒子，得到平均粒径23μm的人造石墨细粉(C2)。
“C3：天然石墨细粉”
使用BTR社制商品名：SG18－0.95(平均粒径19μm)。
“C4：碳纤维”
使用气相法碳纤维(昭和电工社制。商品名：VGCF(注册商标)－H(平均纤维径0.15μm、纤维长10～20μm))。
“C5：碳纤维”
使用气相法碳纤维(昭和电工社制。商品名：VGCF－X(平均纤维径0.015μm、纤维长3～5μm))。
“C6：含硼(0.03质量％)的石墨细粉”
除了加入碳化硼(B4C)9.5g(0.0095kg)以外，按照与C1同样的方法得到。得到的石墨细粉的平均粒径20.5μm、B含量为0.03质量％。
“C7：含硼(3.2质量％)的石墨细粉”
除了加入碳化硼(B4C)1.01kg以外，按照与C1同样的方法得到。得到的石墨细粉的平均粒径20.5μm、B含量为3.2质量％。
(多孔质碳材料EL1～EL8)
“EL1”
将由平均纤维径16μm的聚丙烯腈树脂纤维在空气中200～300℃进行耐火炎化，将得到的耐火炎化纤维的短纤维(长度约70mm)进行毡化，制造出单位面积量500g/m2、厚度5.0mm的无纺布。
将该无纺布在氮气气氛中以100℃/分的升温速度升温到1000℃，然后切换成氩气气氛升温到1800℃，在该温度下保持1小时，从而碳化、冷却。之后，将碳化了的无纺布在氧气浓度7％的氮气气氛中600℃下热处理20分钟，得到平均纤维径16μm、松密度100kg/m3的多孔质碳材料(EL1)。
“EL2”
将聚丙烯腈树脂(アルドリッチ社制)溶解在N,N－二甲基甲酰胺中制成10质量％的溶液。将得到的树脂溶液使用静电纺丝(Electrospinning)装置在电压20kV、距离收集器的距离10cm的条件下纺纱，层叠聚丙烯腈树脂纤维使其单位面积量为0.75g/m2。
接下来，将得到的聚丙烯腈树脂纤维在空气中200～300℃进行耐火炎化，将得到的耐火炎化纤维的短纤维(长度约10mm)毡化而制作出单位面积量300g/m2、厚度5.0mm的无纺布。
将该无纺布在氮气气氛中以100℃/分的升温速度升温到1000℃，然后切换成氩气气氛升温到1800℃，在该温度下保持1小时，从而碳化、冷却。之后，将碳化了的无纺布在氧气浓度7％的氮气气氛下600℃热处理20分钟，得到多孔质碳材料(EL2)。
得到的多孔质碳材料(EL2)的平均纤维径为160nm、松密度为100kg/m3。
“EL3”
除了使用昭和电工制酚树脂(BRL－120Z)的10质量％水溶液替换聚丙烯腈树脂的N,N－二甲基甲酰胺溶液以外，与EL2同样地层叠酚树脂纤维，使其单位面积量0.75g/m2。
对得到的酚树脂纤维使用加热炉，设定加热开始温度60℃，在最初的1小时内升温到65℃，在接下来的1小时内升温到75℃，进而历时1小时升温到95℃，在之后的1小时内连续升温到150℃，进行提高温度的热处理，从而得到平均纤维径18μm的不溶不熔的酚树脂纤维。
将如此得到的酚树脂纤维切成约60mm的短纤维、毡化，制作单位面积量300g/m2、厚度5.0mm的无纺布。
将该无纺布在氮气气氛中以100℃/分的升温速度升温到1000℃，然后切换成氩气气氛升温到1800℃，在该温度下保持1小时，从而碳化、冷却。之后，将碳化了的无纺布在氧气浓度7％的氮气气氛下在600℃热处理20分钟而得到多孔质碳材料(EL3)。
得到的多孔质碳材料(EL3)的平均纤维径为200nm、松密度为100kg/m3。
“EL4”
在聚丙烯腈树脂的N,N－二甲基甲酰胺溶液中加入0.01质量％的硼酸，除此以外，与EL2同样地得到由耐火炎化聚丙烯腈短纤维形成的单位面积量500g/m2、厚度5.0mm的无纺布。将该无纺布在切换成氩气气氛后升温到2500℃，除此以外，与EL2同样地进行碳化。将碳化了的无纺布冷却后在氧气浓度7％的氮气气氛下600℃热处理20分钟，从而得到多孔质碳材料(EL4)。
得到的多孔质碳材料(EL4)的平均纤维径为170nm、松密度为100kg/m3。此外EL4的硼含量为1.2质量％。
“EL5”
将平均纤维径16μm的聚丙烯腈树脂纤维在空气中200～300℃下进行耐火炎化，将得到的耐火炎化纤维的短纤维(长度约70mm)毡化而制作出单位面积量5000g/m2、厚度5.0mm的无纺布。
将该无纺布在氮气气氛中以100℃/分的升温速度升温到1000℃，然后切换成氩气气氛升温到1800℃，在该温度下保持1小时，从而碳化、冷却。之后，将碳化了的无纺布在氧气浓度7％的氮气气氛下、600℃热处理20分钟，从而得到平均纤维径16μm、松密度5000kg/m3的多孔质碳材料(EL5)。
“EL6”
将平均纤维径7μm的聚丙烯腈树脂纤维在空气中200～300℃进行耐火炎化，将得到的耐火炎化纤维的短纤维(长度约70mm)毡化，从而制作单位面积量45g/m2、厚度5.0mm的无纺布。
将该无纺布与EL1同样地碳化、冷却后进行热处理，得到平均纤维径7μm、松密度440kg/m3的多孔质碳材料(EL6)。
“EL7”
使用与EL2同样地得到的耐火炎化聚丙烯腈纤维的短纤维(长度约10mm)进行毡化，制作出单位面积量20g/m2、厚度200μm的无纺布。
将该无纺布与EL2同样地进行碳化、冷却。之后，将碳化了的无纺布浸渍在PTFE分散水溶液中，在60℃干燥后，在氧气浓度7％的氮气气氛下360℃热处理60分钟，从而得到被5质量％PTFE溶液疏水处理了的多孔质碳材料(EL7)。
得到的多孔质碳材料的平均纤维径为200nm、松密度为100kg/m3。
“EL8”
使用大阪气体ケミカル社制的商品名：LEP－205。该多孔质碳材料(EL8)是碳纤维的接触点未被碳化、仅通过交错而形成的。此外该多孔质碳化材料(EL8)的平均纤维径为13μm、松密度为100kg/m3。
再者，多孔质碳材料的松密度是通过下述的方法测定的。
将多孔质碳材料分别用50×50mm的正方形的裁刀(打抜き刃)切断、制作50×50mm(公差±0.5)的试片。以23.5kPa的恒定压力测定得到的试片的厚度，求出试片的体积。此外以精度0.001g测定所得到的试片的质量。将测定得到的试片的质量除以试片的体积，计算出松密度。
(实施例1)
将树脂组合物P01100质量份和碳材料C1600质量份使用同向双螺杆挤出机(KTX－30、神户制钢社制)，以设定温度210℃、转速400rpm的条件下以开头(openhead)的状态复合，制成混合物。之后，使用单螺杆的片挤出机，在设定温度200℃下将混合物挤出成型，形成纵200mm、横200mm、厚1.5mm的片状第1层(第1成型工序)。
此外，将树脂组合物P08100质量份和、碳材料C1300质量份和C4100质量份与第1层同样地进行复合，制成混合物，通过挤出成型而形成纵200mm、横200mm、厚1.5mm的片状第2层(第2成型工序)。接下来，将得到的片状第2层进行辊压，制得厚度0.1mm的片状第2层。
接下来，与片状第1层的两面相接触地配置片状第2层，装入100×100×1.5mm的模具，通过50t热压在230℃、面压20MPa下边加压边加热2分钟，然后保持面压20MPa冷至60℃以下。通过这样，在第1层上熔接第2层，形成由第1层和与第1层的两面接触而配置的第2层一体化而成的纵100mm、横100mm、厚1.5mm的层叠体。
接下来，与层叠体的两面相接触地配置多孔质碳材料EL1，通过热压，在145℃、面压3MPa下边加压边加热10分钟，然后冷至80℃以下。通过这样，在第2层上熔接第3层。通过以上的工序得到了实施例1的碳构件。
(实施例2)
进行以下工序：与实施例1同样地制造第1层的混合物，接下来将得到的混合物用双螺杆挤出机的模头赋形、挤出，从而成型出纵100mm、横100mm、厚1.5mm的片状第1层。
连续地进行将由表4所示的树脂组合物和碳材料与第1层同样地制成第2层的混合物的工序、以及成型出纵100mm、横100mm、厚1.5mm的片状第2层的工序。接下来，将得到的片状第2层辊压，制成厚度0.1mm的片状第2层。
除了使用所得到的片状第1层和片状第2层以外，与实施例1同样地将第1层、第2层和第3层层叠，得到实施例2的碳构件。
(实施例3)
使用实施例1中制造出的第1层的混合物和第2层的混合物，在设定温度230℃下将第1层和第2层共挤出成型，从而形成与片状第1层的两面相接触地配置有片状第2层的、第1层和第2层一体化而成的纵100mm、横100mm、厚1.5mm的层叠体。
接下来，在得到的层叠体的两面上与实施例1同样地熔接第3层的多孔质碳材料EL1。通过以上的工序，得到实施例3的碳构件。
(实施例4～29)
除了使用表4～表8所示的树脂组合物、碳材料、多孔质碳材料以外，与实施例1同样地得到实施例4～29的碳构件。
(参考例1和2)
使用表8所示的树脂组合物、碳材料、多孔质碳材料，不进行熔接操作，除了这些以外，与实施例1同样地得到参考例1和2的碳构件。
(比较例1)
与实施例1同样地形成纵100mm、横100mm、厚1.5mm的片状第1层。
接下来，由片状第1层切出纵20mm、横20mm、厚1.5mm的薄片。
接下来，在薄片的两面上配置纵20mm、横20mm、厚1.5mm的表3所示的第3层。通过以上的工序而得到比较例1的碳构件。
(比较例2)
与实施例1同样地将制造出的、第1层的混合物和第2层的混合物分别放入纵100mm、横100mm、厚1.3mm的模具中，通过50t热压，在230℃、面压20MPa下边加压边加热2分钟，然后保持面压20MPa，冷至60℃以下，从而成型出纵100mm、横100mm、厚1.3mm的片状第1层和第2层。
将片状第1层和片状第2层和第3层的多孔质碳材料EL1分别切成纵20mm、横20mm的大小，按照第3层/第2层/第1层/第2层/第3层的顺序层叠。通过以上的工序而得到比较例2的碳构件。
(比较例3～5)
除了使用表9所示的树脂组合物、碳材料、多孔质碳材料以外，与实施例1同样地得到比较例3～5的碳构件。
(比较例6)
除了使用表9所示的材料以外，与实施例1同样地形成在第1层的两面上熔接第2层的层叠体。
接下来，与层叠体的两面相接触地配置成为第3层的多孔质碳材料EL1，通过热压，在170℃、面压3MPa下边加压边加热10分钟，然后冷至80℃以下。通过这样，在第2层上熔接第3层。通过以上的工序而得到比较例6的碳构件。
(比较例7)
除了使用表10所示的材料以外，与比较例6同样地得到比较例7的碳构件。
(比较例8)
除了使用表10所示的材料以外，与比较例1同样地形成纵100mm、横100mm、厚1.5mm的片状第1层。
接下来，与片状第1层的两面相接触地配置第3层的多孔质碳材料EL1，通过热压，在170℃、面压3MPa下边加压边加热10分钟，然后冷至80℃以下。通过这样，在第1层上熔接第3层。通过以上的工序而得到比较例8的碳构件。
(比较例9)
除了使用表10所示的材料以外，与实施例1同样地得到第1层的混合物。之后，使用单螺杆的片挤出机试图在设定温度200℃下进行混合物的挤出成型，但由于混合物中的碳材料的含量多，所以压力上升，不能进行挤出。
因此，将第1层的混合物装入纵100mm、横100mm、厚1.5mm的模具中，通过50t热压，在230℃、面压20MPa下边加压边加热2分钟，然后保持面压20MPa，冷至60℃以下，成型出纵100mm、横100mm、厚1.5mm的片状第1层。
此外，除了使用表10所示的材料以外，与实施例1同样地得到第2层的混合物。之后，与实施例1同样地形成纵200mm、横200mm、厚1.5mm的片状第2层(第2成型工序)。接着将得到的片状第2层辊压而制成厚度0.1mm的片状第2层。
接下来，与片状第1层的两面相接触地配置片状第2层，与实施例1同样地形成纵100mm、横100mm、厚1.5mm的层叠体。
接下来，与层叠体的两面相接触地配置表3所示的第3层，与实施例1同样地在第2层上熔接第3层。通过以上的工序，得到比较例9的碳构件。再者，比较例9的碳构件中，第2层和第3层不能接合。
(比较例10)
除了使用表10所示的材料以外，与实施例1同样地得到第1层的混合物。之后，与实施例1同样地形成纵200mm、横200mm、厚1.5mm的片状第1层。
除了使用表10所示的材料以外，与实施例1同样地得到第2层的混合物。之后，使用单螺杆的片挤出机试图在设定温度200℃下进行混合物的挤出成型，但由于混合物中的碳材料的含量多，所以压力上升，不能进行挤出。
因此，将第2层的混合物放入纵100mm、横100mm、厚1.5mm的模具中进行50t热压，在230℃、面压20MPa下边加压边加热2分钟，然后保持面压20MPa冷至60℃以下，成型出纵100mm、横100mm、厚1.5mm的片状第2层。
接下来，与片状第1层的两面相接触地配置片状第2层，与实施例1同样地形成纵100mm、横100mm、厚1.5mm的层叠体。
接下来，与层叠体的两面相接触地配置第3层的多孔质碳材料EL3，试图与实施例1同样地在第2层上熔接第3层，但比较例10的碳构件中第2层和第3层不能接合。
像这样，将得到的实施例1～实施例29、参考例1和2、比较例1～比较例10的碳构件分别按照以下所示的方法评价贯通电阻、弯曲特性、熔接性。结果如表4～表10所示。
(贯通电阻)
图4是用于说明测定贯通电阻的方法的说明图。图4中标号11表示恒流电源，标号12表示CIP材，标号13表示碳构件的试片，标号15表示电压计。
为了测定碳构件的贯通电阻，首先，从碳构件切出纵20mm、纵20mm的试片13。接下来，如图4所示，将试片13夹在纵30mm、横30mm、厚2mm的2片CIP材12(IGS－744、新日本テクノ碳社制)之间进行压缩，使配置在试片13的最外层的第3层的厚度分别为3mm。之后，使用恒流电源11通恒定的电流(1A)，使用电压计15测定2片CIP材12间的电压，使用以下所示的式算出贯通电阻。
贯通电阻＝电压×面积(4cm2)/电流(mΩcm2)
(弯曲特性)
作为弯曲特性测定弯曲强度和弯曲应变。弯曲强度和弯曲应变是使用岛津制作所(株)制的精密万能试验机オートグラフ(AG－10kNI)测定的。具体地、制作纵80mm、横10mm、厚4mm的试片，按照JISK6911法在跨度64mm、弯曲速度1mm/min的条件下通过3点式弯曲强度测定法进行测定。
(熔接性)
熔接性是通过使用东洋精机制作所制的ストログラフ，以10mm/min的速度剥离碳构件的第3层。结果将发生凝聚破坏的记作○，将界面剥离了的记作Δ，将没有熔接的(不接合的)记作×。
如表4～表10所示，实施例1～实施例29均为弯曲强度高达44MPa以上，贯通电阻为41mΩcm2以下，具有优异的导电性，熔接性的评价为○。
此外，在实施例2中，连续进行制作第1层的混合物的工序和成型出片状第1层的工序。此外，在实施例2中连续进行制作第2层的混合物的工序和成型出片状第2层的工序。所以实施例2的碳构件能够高效地制造。
此外，实施例3中，将第1层和第2层共挤出成型，形成第1层和第2层一体化了的层叠体。所以实施例3的碳构件能够容易地高效制造。
在作为碳材料含有碳纤维C5的实施例6～实施例9、实施例12、实施例21、实施例22、实施例26、实施例27中，贯通电阻为25mΩcm2以下，具有非常优异的导电性。
此外，作为多孔质碳材料，使用含有硼的EL4的实施例12、实施例26、实施例27，贯通电阻为15mΩcm2以下，具有非常优异的导电性。
参考例1、参考例2没有进行熔接操作，所以如表8所示，贯通电阻显示非常高的值。
比较例1、比较例2没有进行熔接操作，所以如表9所示，贯通电阻显示非常高的值。
此外，比较例3，第2层的树脂组合物，使用MFR低的高分子量粘结剂，所以熔接性不充分，碳构件的第3层容易剥离。此外，比较例3熔接性不充分，所以贯通电阻高。
比较例4，作为第1层的树脂组合物使用MFR高的低分子量粘结剂，所以弯曲强度低，容易破裂。
比较例5，第2层比第1层的熔点高，进而作为第1层的树脂组合物使用MFR高的低分子量粘结剂，作为第2层的树脂组合物，使用MFR低的高分子量粘结剂。因此，比较例5的碳构件，熔接性差，贯通电阻高、弯曲强度低。
比较例6，由于第1层和第2层的熔点差小，所以熔接性差、贯通电阻高。
比较例7，由于第2层比第1层的熔点高，所以熔接性差、贯通电阻高。
比较例8，由于没有第2层，所以第1层和第3层不能熔接，贯通电阻高。
比较例9，由于第1层中碳材料的含量过多，所以不能将第1层挤出成型。因此，生产性差。此外，比较例9，由于第1层中碳材料的含量过多，所以弯曲强度低。
比较例10，由于第2层中碳材料的含量过多，所以不能将第2层挤出成型。因此，生产性差。此外，比较例10，由于第2层中碳材料的含量过多，所以第2层和第3层不能熔接。此外，比较例10，由于第2层和第3层不能熔接，所以贯通电阻高。
＜氧化还原液流实施例＞
(实施例30)
形成图5所示的氧化还原液流电池，通过以下所示的方法求出电极的压力损失和内部电阻进行评价。
图5所示的氧化还原液流电池具有电池20a，电池20a在隔膜24的两侧分别具有从隔膜24侧开始依次配置第3层3和第2层2和第1层1的碳构件10a。电池20a配置在铜板28、28之间。2个碳构件10a中的一个的第3层3发挥正极功能，另一个的第3层3发挥负极功能。此外，第1层1发挥双极板主体功能、第2层2发挥双极板表面层功能。
实施例30中，作为碳构件使用除了将第3层的多孔质碳材料形成1×10cm的大小以外，与实施例1同样地制作出的碳构件，形成图5所示的氧化还原液流电池，在60mA/cm2下进行充放电评价。
再者，向正极内通过正极用配管25而供给正极电解液，向负极内通过负极用配管26而供给负极电解液。作为正极电解液和负极电解液，使用总钒浓度为2摩尔/升、总硫酸根浓度为4摩尔/升的电解液。
此外，使第3层的面积为10cm2，作为隔膜使用Nafion膜(N115：商品名、Dupont社制)。此外，在组装电池时，将第3层厚度5.0mm的多孔质碳材料压缩成厚度4.0mm。
此外，电极的压力损失是通过负极电解液的入口和出口的压力差求出的。VM是无负荷电压、VC是负荷时的端子电压、I是导通电流，内部电阻R通过下述式求出。
R＝|(VM－VC)/I|
(实施例31)
使用除了使第3层的多孔质碳材料为1×10cm的大小以外、与实施例8同样制作的碳构件，形成图5所示的氧化还原液流电池，与实施例30同样地进行充放电评价。
(比较例11)
将实施例30中第2层和第3层不热熔接地组装电池，形成氧化还原液流电池，进行充放电评价。
(参考例3)
将比较例11中第3层的多孔质碳材料替换成EL5(参考例1的构造)，形成氧化还原液流电池进行充放电评价。
(参考例4)
将比较例11中第3层的多孔质碳材料替换成EL6(参考例2的构造)，形成氧化还原液流电池，进行充放电评价。
[表11]
表11示出了电极的压力损失和内部电阻的评价结果。
实施例30中，将第1层～第3层通过熔接而一体化，所以显示出比比较例11的内部电阻低的值。此外，实施例31，由于作为第3层的多孔质碳材料使用平均纤维径为0.16μm的EL2，所以内部电阻更低、压力损失更小。
另一方面，由参考例3可知，第3层的多孔质碳材用的松密度过大时，极液的流动受到阻碍，压力损失变大。此外，由参考例4可知，第3层的多孔质碳材料的松密度过低时，内部电阻变大。
＜燃料电池实施例＞
(实施例32)
形成图6所示的燃料电池的评价用电池，通过以下所示的方法来评价评价用电池的发电特性。
图6所示的燃料电池的评价用电池，碳构件10c以外的构件使用与日本自动车研究所(JARI)标准电池同样的。
图6所示的燃料电池的评价用电池具有单电池30a，所述单电池30a中在MEA膜34的两侧分别具有从MEA膜34侧开始依次配置第3层3和第2层2和第1层1而成的碳构件10c。单电池30a配置在集电板39、39之间。在2个碳构件10c中一个的第3层3发挥第1气体扩散层功能，另一个的第3层3发挥第2气体扩散层功能。此外，第1层1发挥隔板主体功能，第2层2发挥隔板表面层功能。
实施例32中，作为单电池使用通过以下所示的方法制造出的。
即、将与实施例1同样地制作出的片状第1层2片重叠，同样地夹在与实施例1同样制作出的片状第2层间，插入到能够成型加工与JARI标准电池同样的流路的、加热到230℃的模具中，预热5分后通过压缩成型机以压力25MPa进行压缩，保持2分钟。之后，用冷压机以压力25MPa冷到模具温度50℃，使表面被第2层的树脂组合物覆盖，成型出在一面上形成有与JARI标准电池同样的流路(宽1mm×山宽1mm×深1mm)的厚度3mm的隔板。
接下来，将在MEA的两面上分别重合第3层的叠层体用隔板的流路形成侧的面与第3层相对那样配置的2片隔板夹着，通过热压在145℃、面压2MPa下边加压边加热10分钟，然后冷至60℃以下。
通过这样，使第2层与第3层熔接而制作出单电池，使用它形成评价用电池。
再者，实施例32中，如表12所示，作为第3层使用SGL社制的气体扩散电极(以下记作GDL)(商品名SIGRACET：注册商标、带有标准微孔(MPL)层的5wt％PTFE疏水化处理基材(厚度200μm、平均纤维径8μm、松密度250kg/m3))。
此外，作为MEA膜使用FC25－MEAPEFC(25cm2)用スタンダードMEA：催化剂量1mg/cm2Pt、20wt.％Pt/C催化剂(东洋テクニカ社制)。
[表12]
(实施例33)
如表12所示，作为第3层使用EL7替换SGL社制GDL，除此以外与实施例32同样地制作评价用电池。
(比较例12)
如表12所示，除了使用不使用片状第2层、仅将2片的片状第1层装入模具而制作出的由第1层构成的厚度3mm的隔板以外，与实施例32同样地试图在由GDL形成的第3层上熔接隔板(第1层)，但在该条件下第1层和第3层不熔接。
因此，在第3层上层叠隔板制成单电池，使用它来形成评价用电池。
对于实施例32、33和比较例12中得到的评价用电池，作为以面压0.8MPa、和0.3MPa紧固时的发电特性，调查电压和电流密度之间的关系。结果如图7和图8所示。
再者，在调查发电特性时，向图6所示的评价用电池的第1气体扩散层内通过配管35而供给流量500ml/min的恒定的氢气，向第2气体扩散层通过配管36而供给流量2080ml/min的恒定的空气，使配管35和配管36的出口侧向大气开放而进行评价。此外，在评价用电池上贴附橡胶加热器而进行温度调整，设定成电池温度80℃、阳极露点80℃、阴极露点70℃。
由图7和图8可知，实施例32、33中，通过第2层与第3层熔接，与比较例12相比较，成为高电压，发电特性为提高。而且可知，实施例33，由于作为第3层的多孔质碳材料使用了平均纤维径为200nm的EL7，所以得到了特优异的发电特性。
此外，实施例32、33，由于第1层和第2层和第3层熔接、一体化，所以不论紧固的面压是多少，都得到了优异的发电特性。与此相对，比较例12，如图8所示，在电池的紧固面压为0.3MPa时，与图7所示的面压为0.8MPa的情况相比较，发电特性降低。
标号说明
1：第1层2：第2层3：第3层10：碳构件11：恒流电源12：CIP材13：试片15：电压计20：氧化还原液流电池20a：电池20a：电池21：双极板主体22：双极板表面层23：电极23a：正极23b：负极24：隔膜25：正极用配管26：负极用配管27：双极板28：铜板30：燃料电池30a：单电池31：隔板主体32：隔板表面层33a：第1气体扩散层33b：第2气体扩散层34：MEA膜37：隔板38a：第1气体流路38b：第2气体流路39：集电板。

Claims (14)

1.一种碳构件，其特征在于，是将第1层、与所述第1层的至少一侧主面接触而配置的第2层、和隔着所述第2层与所述第1层对向配置的第3层熔接、一体化而成的，
所述第1层含有第1树脂组合物100质量份和第1碳材料100～1000质量份，所述第1树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且在230℃、载荷2.16kg下测得的熔体流动速率为0.01～10g/10min，
所述第2层含有第2树脂组合物100质量份和第2碳材料100～1000质量份，所述第2树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且熔体流动速率为5～1000g/10min且比所述第1树脂组合物大，熔点为80℃以上且比所述第1树脂组合物低10℃以上，
所述第3层由松密度60～800kg/m3的多孔质碳材料形成。
2.如权利要求1所述的碳构件，其特征在于，所述第1碳材料和/或所述第2碳材料含有平均纤维径0.01～0.3μm的碳纤维1～50质量％。
3.如权利要求1所述的碳构件，其特征在于，所述多孔质碳材料由平均纤维径0.01～0.3μm的碳纤维形成。
4.如权利要求1所述的碳构件，其特征在于，所述第1碳材料和/或所述第2碳材料含有硼0.01～4质量％。
5.如权利要求1所述的碳构件，其特征在于，所述第1树脂组合物含有聚丙烯树脂10～99质量％和苯乙烯系热塑性弹性体1～40质量％。
6.如权利要求1所述的碳构件，其特征在于，所述第2树脂组合物含有选自以下(a)～(c)中的至少一种α－烯烃聚合物10～100质量％，
(a)主单体电池丙烯电池与乙烯电池共聚而成的丙烯乙烯共聚物，
(b)主单体电池乙烯电池与碳原子数3～10的α－烯烃电池共聚而成的乙烯系共聚物，或、
(c)主单体电池1－丁烯电池、与1－丁烯以外的碳原子数2～10的α－烯烃共聚而成的聚丁烯系树脂。
7.如权利要求1所述的碳构件，其特征在于，所述第2树脂组合物含有无规立构聚丙烯2～40质量％、粘接赋予树脂1～30质量％和苯乙烯系热塑性弹性体0.5～40质量％。
8.如权利要求1所述的碳构件，其特征在于，所述多孔质碳材料是由碳纤维形成的无纺布，该碳纤维彼此的接触部的至少一部分碳化并结合在一起。
9.一种碳构件的制造方法，其特征在于，具有以下工序：
共挤出成型出第1层和第2层，形成所述第2层与所述第1层的至少一侧主面接触而配置、且所述第1层和所述第2层一体化了的层叠体的工序，以及
在所述层叠体的所述第1层上隔着所述第2层对向配置由松密度60～800kg/m3的多孔质碳材料形成的第3层，在所述第2层的熔点以上的温度下使所述第2层与所述第3层熔接的工序，
所述第1层含有第1树脂组合物100质量份和第1碳材料100～1000质量份，所述第1树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且在230℃、载荷2.16kg下测得的熔体流动速率为0.01～10g/10min，
所述第2层含有第2树脂组合物100质量份和第2碳材料100～1000质量份，所述第2树脂组合物含有聚烯烃系树脂，熔体流动速率为5～1000g/10min且比所述第1树脂组合物大，熔点为80℃以上且比所述第1树脂组合物低10℃以上。
10.一种碳构件的制造方法，其特征在于，具有以下工序：
挤出成型第1层的第1成型工序，所述第1层含有第1树脂组合物100质量份和第1碳材料100～1000质量份，所述第1树脂组合物含有聚烯烃系树脂，并且在230℃、载荷2.16kg下测得的熔体流动速率为0.01～10g/10min，
挤出成型第2层的第2成型工序，所述第2层含有第2树脂组合物100质量份和第2碳材料100～1000质量份，所述第2树脂组合物含有聚烯烃系树脂，熔体流动速率为5～1000g/10min且比所述第1树脂组合物大，熔点为80℃以上且比所述第1树脂组合物低10℃以上，以及
与所述第1层的至少一侧主面接触地配置所述第2层，在所述第1层和所述第2层的熔点以上的温度下使所述第1层与所述第2层熔接，形成所述第1层和所述第2层一体化了的层叠体的工序，
在所述层叠体的所述第1层上隔着所述第2层对向配置由松密度60～800kg/m3的多孔质碳材料形成的第3层，在所述第2层的熔点以上的温度下使所述第2层与所述第3层熔接的工序。
11.如权利要求10所述的碳构件的制造方法，其特征在于，在所述第1成型工序中连续地进行以下工序：
将所述第1树脂组合物和所述第1碳材料供给双螺杆挤出机的投入口、进行混合而形成第1混合物的工序，以及
通过将所述第1混合物用所述双螺杆挤出机的模头赋形、挤出而成型出片状第1层的工序。
12.如权利要求10所述的碳构件的制造方法，其特征在于，在所述第2成型工序中连续地进行以下工序：
将所述第2树脂组合物和所述第2碳材料供给双螺杆挤出机的投入口、进行混合而形成第2混合物的工序，以及
通过将所述第2混合物用所述双螺杆挤出机的模头赋形、挤出而成型出片状第2层的工序。
13.一种氧化还原液流电池，其特征在于，具有在隔膜的两侧分别都配置有电极和双极板的电池，在所述隔膜的一侧或两侧作为所述电极和所述双极板一体化了的电池构件配置有权利要求1～8的任一项所述的碳构件。
14.一种燃料电池，其中多个单电池隔着隔板而层叠，所述单电池在电解膜的一面上配置有燃料极和第1气体扩散层、并且在所述电解膜的另一面上配置有空气极和第2气体扩散层，所述隔板将所述第1气体扩散层和所述第2气体扩散层分隔开，
作为所述隔板和与所述隔板邻接的所述第1气体扩散层和/或所述第2气体扩散层一体化了的电池构件，配置有权利要求1～8的任一项所述的碳构件。
CN201480019760.5A 2013-04-11 2014-04-04 碳构件、碳构件的制造方法、氧化还原液流电池和燃料电池 Expired - Fee Related CN105103351B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-082949 2013-04-11
JP2013082949 2013-04-11
PCT/JP2014/059961 WO2014168081A1 (ja) 2013-04-11 2014-04-04 カーボン部材、カーボン部材の製造方法、レドックスフロー電池および燃料電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105103351A true CN105103351A (zh) 2015-11-25
CN105103351B CN105103351B (zh) 2017-07-07

Family

ID=51689490

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480019760.5A Expired - Fee Related CN105103351B (zh) 2013-04-11 2014-04-04 碳构件、碳构件的制造方法、氧化还原液流电池和燃料电池

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10109870B2 (zh)
EP (1) EP2985827B1 (zh)
JP (1) JP6265555B2 (zh)
KR (1) KR101710293B1 (zh)
CN (1) CN105103351B (zh)
WO (1) WO2014168081A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109786780A (zh) * 2019-04-01 2019-05-21 江苏赛清科技有限公司 一种钒电池用超薄双极板及其制备方法
TWI739766B (zh) * 2015-10-22 2021-09-21 日商住友電氣工業股份有限公司 氧化還原液流電池用電極、及氧化還原液流電池

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6277169B2 (ja) * 2014-11-10 2018-02-07 フタムラ化学株式会社 燃料電池用流路部材の製造方法
JP5860527B1 (ja) * 2014-12-25 2016-02-16 株式会社ギャラキシー バナジウム活物質液及びバナジウムレドックス電池
CN108026365A (zh) * 2015-08-20 2018-05-11 沙特基础工业全球技术公司 用于高频电子组件的树脂组合物
KR102592965B1 (ko) * 2017-01-23 2023-10-20 (주)엘엑스하우시스 레독스 흐름전지용 분리판, 이의 제조방법 및 레독스 흐름전지
KR102127037B1 (ko) 2017-02-28 2020-06-25 주식회사 엘지화학 전극 구조체 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지
KR20180135344A (ko) * 2017-06-12 2018-12-20 주식회사 모간 탄소소재 구조 제어를 통한 연료전지용 분리판 및 그 제조방법
DE102018127531A1 (de) * 2018-11-05 2020-05-07 Schunk Kohlenstofftechnik Gmbh Elektroden-Separator-Platte
KR102641855B1 (ko) * 2020-06-05 2024-02-29 가부시키가이샤 아리사와 세이사쿠쇼 연료 전지용 세퍼레이터 부재 및 그 제조 방법
US20240186556A1 (en) * 2022-12-02 2024-06-06 Ess Tech, Inc. Co-extruded negative electrode spacer

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006135958A1 (en) * 2005-06-20 2006-12-28 V-Fuel Pty Ltd Improved perfluorinated membranes and improved electrolytes for redox cells and batteries
WO2008038835A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-03 Showa Denko K.K. Separator for fuel cell and production method thereof
WO2012165492A1 (ja) * 2011-05-30 2012-12-06 昭和電工株式会社 燃料電池用セパレータの製造方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1259101A (en) * 1984-04-09 1989-09-05 Hiroyuki Fukuda Carbonaceous fuel cell electrode substrate incorporating three-layer separator, and process for preparation thereof
GB8424395D0 (en) * 1984-09-27 1984-10-31 British Res Agricult Eng Crop harvesting
JPS62276761A (ja) 1986-05-26 1987-12-01 Toray Ind Inc 電池用極材
JPS6465776A (en) 1987-09-03 1989-03-13 Sumitomo Electric Industries Electrode of electrolyte circulation type secondary battery
JPH065776A (ja) 1992-06-17 1994-01-14 Sumitomo Kinzoku Ceramics:Kk 抵抗付セラミックパッケージの製造方法
JPH06290796A (ja) 1993-03-30 1994-10-18 Shin Etsu Polymer Co Ltd ２次電池用反応電極層付双極板
JP2000200619A (ja) 1999-01-08 2000-07-18 Kashimakita Kyodo Hatsuden Kk レドックス電池
JP2002246035A (ja) * 2001-02-16 2002-08-30 Sumitomo Electric Ind Ltd 電池用電極およびそれを用いた電池
WO2004010524A1 (ja) 2002-07-18 2004-01-29 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha 燃料電池用セパレータの製造方法及び該セパレータと電極拡散層の接合方法
JP2004055271A (ja) * 2002-07-18 2004-02-19 Honda Motor Co Ltd 燃料電池用セパレータと電極拡散層との接合方法
JP2004273299A (ja) 2003-03-10 2004-09-30 Unitika Ltd 燃料電池用のガス拡散層／セパレータ接合体およびその製造方法
JP2006079856A (ja) * 2004-09-07 2006-03-23 Toyota Motor Corp 燃料電池及びその製造方法
JP2006156029A (ja) 2004-11-26 2006-06-15 Kansai Electric Power Co Inc:The バナジウム系レドックスフロー電池用炭素電極材料
WO2006106609A1 (en) * 2005-04-04 2006-10-12 Showa Denko K.K. Electrically conducting curable resin composition, cured product thereof and molded article of the same
US20080113253A1 (en) * 2005-10-17 2008-05-15 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Separator for Polymer Electrolyte Type Fuel Cell and Process for Producing the Same
KR101412735B1 (ko) 2006-01-30 2014-07-01 어드밴스드 테크놀러지 머티리얼즈, 인코포레이티드 유체 저장/분배, 탈황, 및 적외선 복사 방출에 유용한 탄소질 재료, 이를 이용하는 장치 및 방법
JP2008071738A (ja) * 2006-08-18 2008-03-27 Nissan Motor Co Ltd 遷移金属窒化物、燃料電池用セパレータ、遷移金属窒化物の製造方法、燃料電池用セパレータの製造方法、燃料電池スタック、及び燃料電池車両
JP2009205901A (ja) * 2008-02-27 2009-09-10 Toppan Printing Co Ltd 燃料電池用セパレータおよびその製造方法
JP4697901B1 (ja) 2010-01-21 2011-06-08 平松産業株式会社 炭素繊維製不織布、炭素繊維、及びその製造方法、電極、電池、及びフィルタ
EP2527504B1 (en) 2010-01-21 2017-11-22 Tec One Co., Ltd. Carbon fiber nonwoven fabric, carbon fibers, method for producing the carbon fiber nonwoven fabric, method for producing carbon fibers, electrode, battery, and filter
JP2011228059A (ja) 2010-04-16 2011-11-10 Sumitomo Electric Ind Ltd レドックスフロー電池用双極板

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006135958A1 (en) * 2005-06-20 2006-12-28 V-Fuel Pty Ltd Improved perfluorinated membranes and improved electrolytes for redox cells and batteries
WO2008038835A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-03 Showa Denko K.K. Separator for fuel cell and production method thereof
WO2012165492A1 (ja) * 2011-05-30 2012-12-06 昭和電工株式会社 燃料電池用セパレータの製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI739766B (zh) * 2015-10-22 2021-09-21 日商住友電氣工業股份有限公司 氧化還原液流電池用電極、及氧化還原液流電池
CN109786780A (zh) * 2019-04-01 2019-05-21 江苏赛清科技有限公司 一种钒电池用超薄双极板及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2985827B1 (en) 2018-08-15
US10109870B2 (en) 2018-10-23
KR101710293B1 (ko) 2017-02-24
CN105103351B (zh) 2017-07-07
JP6265555B2 (ja) 2018-01-24
WO2014168081A1 (ja) 2014-10-16
JPWO2014168081A1 (ja) 2017-02-16
EP2985827A1 (en) 2016-02-17
EP2985827A4 (en) 2016-09-28
KR20150125710A (ko) 2015-11-09
US20160064746A1 (en) 2016-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105103351B (zh) 碳构件、碳构件的制造方法、氧化还原液流电池和燃料电池
CN105150655B (zh) 层叠分隔件及其制造方法
CA2836207C (en) Method for manufacturing fuel cell separator
CN102781667B (zh) 叠层多孔膜、非水电解质二次电池用隔板、以及非水电解质二次电池
CN101335349B (zh) 全钒氧化还原液流电池用复合电极及其制备方法
KR101125076B1 (ko) 연료 전지용 세퍼레이터 및 그것의 제조 방법
US11158875B2 (en) Method of production of channel member for fuel cell
CN101911340A (zh) 金属卤素电池用分隔件
CN1989185A (zh) 导电性热塑性树脂膜和导电性热塑性树脂层压膜
CN102414014A (zh) 热塑性膜、该膜的制备方法以及该膜作为电池隔膜的应用
KR102003682B1 (ko) 연료전지용 분리판 및 그의 제조방법
CN102792486A (zh) 聚丙烯类树脂多孔膜、电池用隔板及电池
JP2019179732A (ja) 導電フィルム
CN1957495B (zh) 燃料电池隔板用导电性树脂组合物和燃料电池隔板
KR101826857B1 (ko) 레독스 흐름 전지용 전극 집전체
JP5207331B2 (ja) 導電性熱可塑性樹脂フィルム
JP2014112475A (ja) 燃料電池用セパレータの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170707

Termination date: 20210404

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee