JP2001240477A - 炭素質多孔質体とその製造方法 - Google Patents
炭素質多孔質体とその製造方法Info
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- C04B38/0022—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof obtained by a chemical conversion or reaction other than those relating to the setting or hardening of cement-like material or to the formation of a sol or a gel, e.g. by carbonising or pyrolysing preformed cellular materials based on polymers, organo-metallic or organo-silicon precursors
-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ガス拡散，透過性，導電性に優れ、さらに柔軟
性を有する燃料電池用電極の提供。 【解決手段】実質的に炭素のみからなる厚さ１ｍｍ以下
０．０５ｍｍ以上の多孔質シート状物であって、外径２
０ｃｍ以下の円筒状物に巻回しても破壊しない柔軟性に
優れた炭素質多孔質体。
性を有する燃料電池用電極の提供。 【解決手段】実質的に炭素のみからなる厚さ１ｍｍ以下
０．０５ｍｍ以上の多孔質シート状物であって、外径２
０ｃｍ以下の円筒状物に巻回しても破壊しない柔軟性に
優れた炭素質多孔質体。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電極材料、特に固
体高分子型燃料電池ガス拡散層として好適な炭素質多孔
質体およびその製造方法に関するものである。
体高分子型燃料電池ガス拡散層として好適な炭素質多孔
質体およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池用の電極には集電
機能に加えて電極反応に関与する物質の拡散・透過性が
要求される。また、集電体を構成する材料には導電性、
ガス拡散・透過性、ハンドリングに耐えるための強度、
電極製造時や電極を組んだときの圧縮に耐える強度等が
必要とされる。
機能に加えて電極反応に関与する物質の拡散・透過性が
要求される。また、集電体を構成する材料には導電性、
ガス拡散・透過性、ハンドリングに耐えるための強度、
電極製造時や電極を組んだときの圧縮に耐える強度等が
必要とされる。
【０００３】このような固体高分子型燃料電池用の電極
材の製法として特開平９−１５７０５２号公報のよう
に、炭素短繊維から構成されるシート状前駆体に熱硬化
性樹脂を含浸させ、炭化する方法があげられる。たとえ
ば６ｍｍ長程度にカットされた炭素繊維をポリビニルア
ルコールなどの結着剤とともに水中に分散し、スクリー
ンで引き上げるいわゆる抄紙方法でシート状前駆体を形
成したのち、該前駆体をフェノール樹脂溶液中に浸漬
し、乾燥、樹脂硬化後に不活性雰囲気２０００℃程度の
高温で炭化する方法などが一般的である。
材の製法として特開平９−１５７０５２号公報のよう
に、炭素短繊維から構成されるシート状前駆体に熱硬化
性樹脂を含浸させ、炭化する方法があげられる。たとえ
ば６ｍｍ長程度にカットされた炭素繊維をポリビニルア
ルコールなどの結着剤とともに水中に分散し、スクリー
ンで引き上げるいわゆる抄紙方法でシート状前駆体を形
成したのち、該前駆体をフェノール樹脂溶液中に浸漬
し、乾燥、樹脂硬化後に不活性雰囲気２０００℃程度の
高温で炭化する方法などが一般的である。
【０００４】しかしながら、このような方法で作製され
た炭化物は使用する炭素繊維の繊維長が短いためにロー
ル等に巻き取るために必要な柔軟性が悪いという問題点
があった。さらに、繊維長が短いことに起因して、シー
ト状炭化物の厚み方向の導電性が上げにくかった。ま
た、導電性を上げるため、シート状物の厚み方向に圧縮
プレスすると、空孔率が低下し、ガス透過性が悪くなる
という問題があった。
た炭化物は使用する炭素繊維の繊維長が短いためにロー
ル等に巻き取るために必要な柔軟性が悪いという問題点
があった。さらに、繊維長が短いことに起因して、シー
ト状炭化物の厚み方向の導電性が上げにくかった。ま
た、導電性を上げるため、シート状物の厚み方向に圧縮
プレスすると、空孔率が低下し、ガス透過性が悪くなる
という問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点を克服し、ガス拡散，透過性，導電性に優れ、
さらに柔軟性を有する燃料電池用電極を提供することを
目的とする。
な問題点を克服し、ガス拡散，透過性，導電性に優れ、
さらに柔軟性を有する燃料電池用電極を提供することを
目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み、本発明
者らは鋭意検討した結果、実質的に炭素のみからなる厚
さ１ｍｍ以下０．０５ｍｍ以上の多孔質シート状物であ
って、外径２０ｃｍ以下の円筒状物に巻回しても破壊し
ないことを特徴とする炭素質多孔質体を開発するに至っ
た。
者らは鋭意検討した結果、実質的に炭素のみからなる厚
さ１ｍｍ以下０．０５ｍｍ以上の多孔質シート状物であ
って、外径２０ｃｍ以下の円筒状物に巻回しても破壊し
ないことを特徴とする炭素質多孔質体を開発するに至っ
た。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下に本発明をさらに詳しく説明
する。
する。
【０００８】本発明の炭素質多孔体を固体高分子型燃料
電池電極として用いる場合はガスの透過性が要求される
ので体積空孔率が５０％以上であることが好ましい。該
炭素質多孔体の製造方法の一例としてはポリアクリロニ
トリル系耐炎繊維を主要構成成分とする不織布に熱硬化
性樹脂を含浸し、不活性雰囲気中１３００℃以上の温度
で処理することが挙げられる。また、ポリアクリロニト
リル系耐炎繊維を主要構成成分とする不織布を不活性雰
囲気中１３００℃以上の温度で処理した後、熱硬化性樹
脂を含浸し、再度不活性雰囲気中１３００℃以上の温度
で処理することによっても作り得る。
電池電極として用いる場合はガスの透過性が要求される
ので体積空孔率が５０％以上であることが好ましい。該
炭素質多孔体の製造方法の一例としてはポリアクリロニ
トリル系耐炎繊維を主要構成成分とする不織布に熱硬化
性樹脂を含浸し、不活性雰囲気中１３００℃以上の温度
で処理することが挙げられる。また、ポリアクリロニト
リル系耐炎繊維を主要構成成分とする不織布を不活性雰
囲気中１３００℃以上の温度で処理した後、熱硬化性樹
脂を含浸し、再度不活性雰囲気中１３００℃以上の温度
で処理することによっても作り得る。
【０００９】ポリアクリロニトリル系耐炎繊維を主要構
成成分とする不織布の作成に際し、ニードルパンチ法及
び／又は水流交絡法を用いることにより、不織布の厚み
方向への配向を高め得るのが好ましい。尚、水流交絡法
はニードルパンチ法に比べて繊維へダメージを与えるこ
とが少なく、且つ薄物の不織布の作製が可能であり好ま
しい。
成成分とする不織布の作成に際し、ニードルパンチ法及
び／又は水流交絡法を用いることにより、不織布の厚み
方向への配向を高め得るのが好ましい。尚、水流交絡法
はニードルパンチ法に比べて繊維へダメージを与えるこ
とが少なく、且つ薄物の不織布の作製が可能であり好ま
しい。
【００１０】（ポリアクリロニトリル系耐炎繊維につい
て）本発明に用いられるポリアクリロニトリル系耐炎繊
維は単糸繊度０．５〜３．３ｄｔｅｘのポリアクリロニ
トリル系繊維を公知の方法で耐炎化処理したものが好ま
しい。また、本発明を実施するに際して用いるポリアク
リロニトリル系耐炎繊維不織布の原料としては、上記ポ
リアクリロニトリル系耐炎繊維を倦縮処理し、２５〜１
００ｍｍ程度にカットしたものを用いるのが好ましい。
かくの如き倦縮耐炎化繊維を用いて作成した不織布はニ
ードルパンチ処理、水流交絡処理により繊維間交絡を十
分に高めることができる。
て）本発明に用いられるポリアクリロニトリル系耐炎繊
維は単糸繊度０．５〜３．３ｄｔｅｘのポリアクリロニ
トリル系繊維を公知の方法で耐炎化処理したものが好ま
しい。また、本発明を実施するに際して用いるポリアク
リロニトリル系耐炎繊維不織布の原料としては、上記ポ
リアクリロニトリル系耐炎繊維を倦縮処理し、２５〜１
００ｍｍ程度にカットしたものを用いるのが好ましい。
かくの如き倦縮耐炎化繊維を用いて作成した不織布はニ
ードルパンチ処理、水流交絡処理により繊維間交絡を十
分に高めることができる。
【００１１】（炭素化方法）耐炎繊維不織布または、樹
脂含浸後の耐炎繊維不織布および上記炭素繊維不織布は
不活性雰囲気中、高温で処理することで炭素化ができ
る。その方法は特に限定されないが、例えば以下の方法
を用いるのが好ましい。窒素雰囲気中、低温部３００℃
から高温部８００℃まで実質的に直線的な温度勾配を設
定した炉に低温部側から一定速度で連続的に前駆体を投
入し、高温部側から５分後に取り出し予備炭素繊維不織
布を得、引き続き該予備炭素繊維不織布をバッチ式の加
熱炉に投入し、窒素雰囲気に置換した後、室温より１０
℃／ｍｉｎの速度で１３００℃以上まで昇温し、且つ所
定温度で１時間程度温度を維持した後、１０℃／ｍｉｎ
にて室温まで降温し、炭素化不織布を得る。尚、アクリ
ロニトリル系繊維プレカーサーを不織布作成に使用した
場合は、炭素化処理前に耐炎化処理が必要である。予備
炭素繊維不織布を炭素化する炉の形式としてはバッチ炉
に特に限定されることはなく、連続的に予備炭素繊維不
織布を投入し、一定時間の処理を施した後炭素繊維不織
布を連続的に取り出す、いわゆる連続炉を使用すること
も可能である。また、予備炭素化炉と炭素化炉は独立に
設置することに限定しているわけではなく、所望の昇温
速度を確保できるのであれば、予備炭素化炉と炭素化炉
が一体となっていてもかまわない。また、一旦予備炭素
化温度領域の処理を行った後、同一の炉を用いて温度を
炭素化温度領域に設定し直して炭素化処理を行ってもか
まわない。
脂含浸後の耐炎繊維不織布および上記炭素繊維不織布は
不活性雰囲気中、高温で処理することで炭素化ができ
る。その方法は特に限定されないが、例えば以下の方法
を用いるのが好ましい。窒素雰囲気中、低温部３００℃
から高温部８００℃まで実質的に直線的な温度勾配を設
定した炉に低温部側から一定速度で連続的に前駆体を投
入し、高温部側から５分後に取り出し予備炭素繊維不織
布を得、引き続き該予備炭素繊維不織布をバッチ式の加
熱炉に投入し、窒素雰囲気に置換した後、室温より１０
℃／ｍｉｎの速度で１３００℃以上まで昇温し、且つ所
定温度で１時間程度温度を維持した後、１０℃／ｍｉｎ
にて室温まで降温し、炭素化不織布を得る。尚、アクリ
ロニトリル系繊維プレカーサーを不織布作成に使用した
場合は、炭素化処理前に耐炎化処理が必要である。予備
炭素繊維不織布を炭素化する炉の形式としてはバッチ炉
に特に限定されることはなく、連続的に予備炭素繊維不
織布を投入し、一定時間の処理を施した後炭素繊維不織
布を連続的に取り出す、いわゆる連続炉を使用すること
も可能である。また、予備炭素化炉と炭素化炉は独立に
設置することに限定しているわけではなく、所望の昇温
速度を確保できるのであれば、予備炭素化炉と炭素化炉
が一体となっていてもかまわない。また、一旦予備炭素
化温度領域の処理を行った後、同一の炉を用いて温度を
炭素化温度領域に設定し直して炭素化処理を行ってもか
まわない。
【００１２】（熱硬化性樹脂および含浸方法について）
熱硬化性樹脂は焼成することにより炭化され、それ自身
が導電体としての役割を果たすため、炭化収率の高い樹
脂を用いることが好ましい。炭化される化合物としては
ポリアクリロニトリル系ポリマー、ポリウレタン系ポリ
マー、フェノール系樹脂、フラン系樹脂、セルロース系
高分子化合物等が挙げられる。本発明に用いる熱硬化性
樹脂は常温において粘着性、或いは流動性を示す物で、
フェノール系樹脂、フラン系樹脂等が好ましく用いられ
る。フェノール系樹脂としては、アルカリ触媒存在下に
フェノール類とアルデヒド類の反応によって得られるレ
ゾールタイプフェノール樹脂を用いることができる。ま
た、レゾールタイプの流動性フェノール樹脂に、公知の
方法によって酸性触媒下にフェノール類とアルデヒド類
の反応によって生成する固体の、熱融着性を示すノボラ
ックタイプのフェノール樹脂を溶解混入させることもで
きるが、この場合は硬化剤、例えばヘキサメチレンジア
ミンを含有した、自己架橋タイプのものを用いることが
好ましい。フェノール類としては、例えば、フェノー
ル、レゾルシン、クレゾール、キシロール等が用いられ
る。アルデヒド類としては、例えばホルマリン、パラホ
ルムアルデヒド、フルフラール等が用いられる。また、
これらを混合物として用いることもできる。これらはフ
ェノール樹脂として市販品を利用することも可能であ
る。
熱硬化性樹脂は焼成することにより炭化され、それ自身
が導電体としての役割を果たすため、炭化収率の高い樹
脂を用いることが好ましい。炭化される化合物としては
ポリアクリロニトリル系ポリマー、ポリウレタン系ポリ
マー、フェノール系樹脂、フラン系樹脂、セルロース系
高分子化合物等が挙げられる。本発明に用いる熱硬化性
樹脂は常温において粘着性、或いは流動性を示す物で、
フェノール系樹脂、フラン系樹脂等が好ましく用いられ
る。フェノール系樹脂としては、アルカリ触媒存在下に
フェノール類とアルデヒド類の反応によって得られるレ
ゾールタイプフェノール樹脂を用いることができる。ま
た、レゾールタイプの流動性フェノール樹脂に、公知の
方法によって酸性触媒下にフェノール類とアルデヒド類
の反応によって生成する固体の、熱融着性を示すノボラ
ックタイプのフェノール樹脂を溶解混入させることもで
きるが、この場合は硬化剤、例えばヘキサメチレンジア
ミンを含有した、自己架橋タイプのものを用いることが
好ましい。フェノール類としては、例えば、フェノー
ル、レゾルシン、クレゾール、キシロール等が用いられ
る。アルデヒド類としては、例えばホルマリン、パラホ
ルムアルデヒド、フルフラール等が用いられる。また、
これらを混合物として用いることもできる。これらはフ
ェノール樹脂として市販品を利用することも可能であ
る。
【００１３】本発明に用いる樹脂含浸方法としては特に
限定されないが、一般的な方法としてはディップ法、ニ
ップ法があり、樹脂を溶剤等に溶かし粘度調整を行い。
次いで耐炎繊維不織布あるいは炭素繊維不織布を樹脂溶
液中に潜らせ、次いで余分な樹脂を、絞り装置等で絞る
方法である。
限定されないが、一般的な方法としてはディップ法、ニ
ップ法があり、樹脂を溶剤等に溶かし粘度調整を行い。
次いで耐炎繊維不織布あるいは炭素繊維不織布を樹脂溶
液中に潜らせ、次いで余分な樹脂を、絞り装置等で絞る
方法である。
【００１４】また、ラミネーター等を用い直接樹脂を耐
炎繊維不織布又は炭素繊維不織布に塗る方法。あるいは
樹脂を一旦フィルム化し、その後耐炎繊維不織布又は炭
素繊維不織布に転写する方法。更に樹脂粘度が比較的低
い場合はスプレー法も用いることができる。
炎繊維不織布又は炭素繊維不織布に塗る方法。あるいは
樹脂を一旦フィルム化し、その後耐炎繊維不織布又は炭
素繊維不織布に転写する方法。更に樹脂粘度が比較的低
い場合はスプレー法も用いることができる。
【００１５】
【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。
する。
【００１６】（外径２０ｃｍ以下の円筒状物への巻回に
ついて）サンプルを外径２０ｃｍおよび内径１５ｃｍの
紙管に密着するよう一周以上巻き付け、切断などの破壊
が起こらないかどうか観察した。
ついて）サンプルを外径２０ｃｍおよび内径１５ｃｍの
紙管に密着するよう一周以上巻き付け、切断などの破壊
が起こらないかどうか観察した。
【００１７】（空気透過率の測定について）通気性テス
ター ＦＸ３３００（テクステスト社製 スイス）を用
い、１サンプルについて３回測定し、その平均値を通気
度として採用した。測定面積は３８ｃｍ２、空気圧力１
２４Ｐａ一定、単位はｃｍ３／（ｃｍ２・ｓ）で算出し
た。
ター ＦＸ３３００（テクステスト社製 スイス）を用
い、１サンプルについて３回測定し、その平均値を通気
度として採用した。測定面積は３８ｃｍ２、空気圧力１
２４Ｐａ一定、単位はｃｍ３／（ｃｍ２・ｓ）で算出し
た。
【００１８】（体積抵抗率の測定について） １）多孔質電極基材を約３０ｍｍ×３０ｍｍの矩形に切
り出す。 ２）縦（ｌ）、横（ｗ）の寸法および厚み（ｔ）を定圧
ノギスを用いて０．０１ｍｍ単位で測定する。 ３）切り出した多孔質電極基材を１０枚積層し、５０ｍ
ｍ直径、１０ｍｍ厚の銅板で挟み、圧縮して抵抗計を用
いて電極間の抵抗（ＲΩ）を測定し、下式によって体積
抵抗率が最小値になる厚さまで圧縮し求めた。
り出す。 ２）縦（ｌ）、横（ｗ）の寸法および厚み（ｔ）を定圧
ノギスを用いて０．０１ｍｍ単位で測定する。 ３）切り出した多孔質電極基材を１０枚積層し、５０ｍ
ｍ直径、１０ｍｍ厚の銅板で挟み、圧縮して抵抗計を用
いて電極間の抵抗（ＲΩ）を測定し、下式によって体積
抵抗率が最小値になる厚さまで圧縮し求めた。
【００１９】
【数１】
【００２０】〔参考例〕 （耐炎繊維、炭素繊維不織布の製造）アクリロニトリル
を９６ｍｏｌ％、メタクリル酸２ｍｏｌ％、アクリル酸
メチル２ｍｏｌ％なるアクリロニトリル系重合体で単糸
繊度２．２ｄｔｅｘのプレカーサーを空気雰囲気中、温
度２３０℃〜２８０℃で熱処理し密度１．４０ｇ／ｃｍ
３の耐炎繊維を得た、該繊維を公知の方法で捲縮処理
し、カット長７６ｍｍのステープルファイバーとし、次
いで公知の方法でウェッブを作り、予備ニードルパンチ
処理を行った後、水流交絡処理を行い不織布を得た。次
いで不織布をバッチ式の加熱炉に投入し、窒素雰囲気に
置換した後、１３００℃まで昇温し、且つ同温度で１時
間程度温度を維持した後、室温まで降温し、炭素繊維不
織布を得た。
を９６ｍｏｌ％、メタクリル酸２ｍｏｌ％、アクリル酸
メチル２ｍｏｌ％なるアクリロニトリル系重合体で単糸
繊度２．２ｄｔｅｘのプレカーサーを空気雰囲気中、温
度２３０℃〜２８０℃で熱処理し密度１．４０ｇ／ｃｍ
３の耐炎繊維を得た、該繊維を公知の方法で捲縮処理
し、カット長７６ｍｍのステープルファイバーとし、次
いで公知の方法でウェッブを作り、予備ニードルパンチ
処理を行った後、水流交絡処理を行い不織布を得た。次
いで不織布をバッチ式の加熱炉に投入し、窒素雰囲気に
置換した後、１３００℃まで昇温し、且つ同温度で１時
間程度温度を維持した後、室温まで降温し、炭素繊維不
織布を得た。
【００２１】〔実施例１〕フェノール樹脂（フェノライ
ト５９００．大日本インキ化学社製）を脱溶媒後、コー
ターで離けい紙に塗工し、フェノール樹脂フィルムを得
た。次いで参考例で得た目付１２０ｇ／ｍ２の炭素繊維
不織布に目付９０ｇ／ｍ２のレジンフィルムを乗せ、フ
ェノール樹脂を転写した後、レジン転写面を下にしてフ
ッ素加工した鉄板に挟み、温度１６０℃、圧力１８ＭＰ
ａの条件下に１０分間置き、炭素繊維不織布下面のフェ
ノール樹脂の硬化及び炭素繊維不織布内の空気を除去し
た。次いで、炭素繊維不織布上面に目付９０ｇ／ｍ２の
レジンフィルムを乗せ、フェノール樹脂を転写した後、
レジン転写面を上にしてフッ素加工した鉄板に挟み、温
度９０℃、圧力５ＭＰａの条件下に２分間程度置き、次
いで圧力を１８ＭＰａまで上げた後、温度を１７０℃ま
で昇温し、１５分間置き、フェノール樹脂の硬化を行っ
た。続いて、上記中間基材を、窒素ガス雰囲気中にて２
０００℃で１時間加熱し、炭素化することで電極基材を
得た。得られた電極基材の厚み（ｍｍ）、空気透過率
（ｃｍ３／（ｃｍ２・ｓ））、体積抵抗率（Ω・ｃ
ｍ）、巻回試験の結果を表１に示した。
ト５９００．大日本インキ化学社製）を脱溶媒後、コー
ターで離けい紙に塗工し、フェノール樹脂フィルムを得
た。次いで参考例で得た目付１２０ｇ／ｍ２の炭素繊維
不織布に目付９０ｇ／ｍ２のレジンフィルムを乗せ、フ
ェノール樹脂を転写した後、レジン転写面を下にしてフ
ッ素加工した鉄板に挟み、温度１６０℃、圧力１８ＭＰ
ａの条件下に１０分間置き、炭素繊維不織布下面のフェ
ノール樹脂の硬化及び炭素繊維不織布内の空気を除去し
た。次いで、炭素繊維不織布上面に目付９０ｇ／ｍ２の
レジンフィルムを乗せ、フェノール樹脂を転写した後、
レジン転写面を上にしてフッ素加工した鉄板に挟み、温
度９０℃、圧力５ＭＰａの条件下に２分間程度置き、次
いで圧力を１８ＭＰａまで上げた後、温度を１７０℃ま
で昇温し、１５分間置き、フェノール樹脂の硬化を行っ
た。続いて、上記中間基材を、窒素ガス雰囲気中にて２
０００℃で１時間加熱し、炭素化することで電極基材を
得た。得られた電極基材の厚み（ｍｍ）、空気透過率
（ｃｍ３／（ｃｍ２・ｓ））、体積抵抗率（Ω・ｃ
ｍ）、巻回試験の結果を表１に示した。
【００２２】〔実施例２〕参考例で得た目付６０ｇ／ｍ
２の炭素繊維不織布を使用した以外実施例１と同様にし
て電極基材を得た。得られた電極基材の厚み（ｍｍ）、
空気透過率（ｃｍ ３／（ｃｍ２・ｓ））、体積抵抗率
（Ω・ｃｍ）、巻回試験の結果を表１に示した。
２の炭素繊維不織布を使用した以外実施例１と同様にし
て電極基材を得た。得られた電極基材の厚み（ｍｍ）、
空気透過率（ｃｍ ３／（ｃｍ２・ｓ））、体積抵抗率
（Ω・ｃｍ）、巻回試験の結果を表１に示した。
【００２３】〔実施例３〕参考例で得た目付１２０ｇ／
ｍ２の炭素繊維不織布をフェノール樹脂（フェノライト
５９００．大日本インキ化学社製）の１５質量％エタノ
ール溶液に浸積し、引き上げて炭素繊維１００重量部に
対し、７５重量部付着させ、６０℃で２時間、減圧乾燥
した後、フッ素加工した鉄板に挟んで、１７０℃、圧力
１８ＭＰａの条件下に１５分間置き、フェノール樹脂を
硬化させた。続いて、上記中間基材を、窒素ガス雰囲気
中にて２０００℃で１時間加熱し、炭素化することで電
極基材を得た。得られた電極基材の厚み（ｍｍ）、空気
透過率（ｃｍ３／（ｃｍ２・ｓ））、体積抵抗率（Ω・
ｃｍ）、巻回試験の結果を表１に示した。
ｍ２の炭素繊維不織布をフェノール樹脂（フェノライト
５９００．大日本インキ化学社製）の１５質量％エタノ
ール溶液に浸積し、引き上げて炭素繊維１００重量部に
対し、７５重量部付着させ、６０℃で２時間、減圧乾燥
した後、フッ素加工した鉄板に挟んで、１７０℃、圧力
１８ＭＰａの条件下に１５分間置き、フェノール樹脂を
硬化させた。続いて、上記中間基材を、窒素ガス雰囲気
中にて２０００℃で１時間加熱し、炭素化することで電
極基材を得た。得られた電極基材の厚み（ｍｍ）、空気
透過率（ｃｍ３／（ｃｍ２・ｓ））、体積抵抗率（Ω・
ｃｍ）、巻回試験の結果を表１に示した。
【００２４】〔実施例４〕参考例で得た目付６０ｇ／ｍ
２の炭素繊維不織布を使用した以外実施例３と同様にし
て電極基材を得た。得られた電極基材の厚み（ｍｍ）、
空気透過率（ｃｍ ３／（ｃｍ２・ｓ））、体積抵抗率
（Ω・ｃｍ）、巻回試験の結果を表１に示した。
２の炭素繊維不織布を使用した以外実施例３と同様にし
て電極基材を得た。得られた電極基材の厚み（ｍｍ）、
空気透過率（ｃｍ ３／（ｃｍ２・ｓ））、体積抵抗率
（Ω・ｃｍ）、巻回試験の結果を表１に示した。
【００２５】〔比較例１〕単糸繊度が１．１ｄｔｅｘの
ポリアクリロニトリル系炭素繊維の繊維束を切断し、平
均繊維長が６ｍｍの短繊維を得た。次にこの繊維束を水
中で解繊し、十分に分散したところにバインダーである
ポリビニルアルコールを均一に分散させ、抄紙し、目付
６０ｇ／ｍ２の炭素繊維ペーパーを製造した。炭素繊維
ペーパーをフェノール樹脂（フェノライト５９００．大
日本インキ化学社製）の１５質量％エタノール溶液に浸
積し、引き上げて炭素繊維１００重量部に対し、７５重
量部付着させ、６０℃で２時間、減圧乾燥した後、フッ
素加工した鉄板に挟んで、１７０℃、圧力１８ＭＰａの
条件下に１５分間置き、フェノール樹脂を硬化させた。
続いて、上記中間基材を、窒素ガス雰囲気中にて２００
０℃で１時間加熱し、炭素化することで電極基材を得
た。得られた電極基材の厚み（ｍｍ）、空気透過率（ｃ
ｍ３／（ｃｍ２・ｓ））、体積抵抗率（Ω・ｃｍ）、巻
回試験の結果を表１に示した。
ポリアクリロニトリル系炭素繊維の繊維束を切断し、平
均繊維長が６ｍｍの短繊維を得た。次にこの繊維束を水
中で解繊し、十分に分散したところにバインダーである
ポリビニルアルコールを均一に分散させ、抄紙し、目付
６０ｇ／ｍ２の炭素繊維ペーパーを製造した。炭素繊維
ペーパーをフェノール樹脂（フェノライト５９００．大
日本インキ化学社製）の１５質量％エタノール溶液に浸
積し、引き上げて炭素繊維１００重量部に対し、７５重
量部付着させ、６０℃で２時間、減圧乾燥した後、フッ
素加工した鉄板に挟んで、１７０℃、圧力１８ＭＰａの
条件下に１５分間置き、フェノール樹脂を硬化させた。
続いて、上記中間基材を、窒素ガス雰囲気中にて２００
０℃で１時間加熱し、炭素化することで電極基材を得
た。得られた電極基材の厚み（ｍｍ）、空気透過率（ｃ
ｍ３／（ｃｍ２・ｓ））、体積抵抗率（Ω・ｃｍ）、巻
回試験の結果を表１に示した。
【００２６】〔比較例２〕フェノール樹脂を含浸させた
炭素繊維ペーパーの硬化条件が圧力２１ＭＰａ、１７０
℃で１５分であること以外、比較例１と同様にして電極
基材を得た。得られた電極基材の厚み（ｍｍ）、空気透
過率（ｃｍ３／（ｃｍ２・ｓ））、体積抵抗率（Ω・ｃ
ｍ）、巻回試験の結果を表１に示した。
炭素繊維ペーパーの硬化条件が圧力２１ＭＰａ、１７０
℃で１５分であること以外、比較例１と同様にして電極
基材を得た。得られた電極基材の厚み（ｍｍ）、空気透
過率（ｃｍ３／（ｃｍ２・ｓ））、体積抵抗率（Ω・ｃ
ｍ）、巻回試験の結果を表１に示した。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【発明の効果】本発明により厚さ方向の導電性に優れ、
且つ柔軟で曲げにも強い固体高分子型燃料電池電極基板
に好適なシート状多孔質炭素材を提供できるようになっ
た。
且つ柔軟で曲げにも強い固体高分子型燃料電池電極基板
に好適なシート状多孔質炭素材を提供できるようになっ
た。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G019 EA07 GA04 4G032 AA01 AA13 AA14 AA58 BA05 GA09 GA12 5H018 AA06 AS01 BB01 BB05 DD06 EE05 HH03 HH04 HH06 HH08 HH09
Claims (7)
- 【請求項１】 実質的に炭素のみからなる厚さ１ｍｍ以
下０．０５ｍｍ以上の多孔質シート状物であって、外径
２０ｃｍ以下の円筒状物に巻回しても破壊しないことを
特徴とする柔軟性に優れた炭素質多孔質体。 - 【請求項２】 空気圧力が１２４Ｐａで一定時の空気透
過率が１０ｃｍ３／（ｃｍ２・ｓ)以上、シート厚み方
向の体積抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であることを特徴
とする請求項１記載の炭素質多孔体。 - 【請求項３】 アクリロニトリル系耐炎繊維を主要構成
成分とする不織布に熱硬化性樹脂を含浸し、不活性雰囲
気中１３００℃以上の温度で処理することを特徴とする
請求項１又は２記載の特性を有する炭素質多孔質体の製
造方法。 - 【請求項４】 アクリロニトリル系耐炎繊維を主要構成
成分とする不織布を不活性雰囲気中１３００℃以上の温
度で処理した後、熱硬化性樹脂を含浸し、再度不活性雰
囲気中１３００℃以上の温度で処理することを特徴とす
る請求項１又は２記載の特性を有する炭素質多孔質体の
製造方法。 - 【請求項５】 アクリロニトリル系耐炎繊維を主要構成
成分とする不織布をニードルパンチ法及び／又は水流交
絡法にて処理したものを用いることを特徴とする請求項
３または請求項４記載の炭素質多孔質体の製造方法。 - 【請求項６】 アクリロニトリル系耐炎化繊維製不織布
として、繊維長２５〜１００ｍｍのアクリロニトリル系
耐炎化繊維を用いて作成したものを用いることを特徴と
する請求項４〜５のいずれか１項記載の炭素質多孔質材
料の製造方法。 - 【請求項７】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
記載の炭素質多孔質材料よりなる燃料電池用電極材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000051490A JP2001240477A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 炭素質多孔質体とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000051490A JP2001240477A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 炭素質多孔質体とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001240477A true JP2001240477A (ja) | 2001-09-04 |
Family
ID=18573137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000051490A Pending JP2001240477A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 炭素質多孔質体とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001240477A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004084147A (ja) * | 2002-08-29 | 2004-03-18 | Mitsubishi Chemicals Corp | 炭素質繊維織布 |
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| JP2013119690A (ja) * | 2011-12-08 | 2013-06-17 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 多孔質電極基材前駆体シートの製造方法、多孔質電極基材の製造方法、多孔質電極基材、膜−電極接合体、および固体高分子型燃料電池 |
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| US9716278B2 (en) | 2012-03-30 | 2017-07-25 | Mitsubishi Chemical Corporation | Porous electrode base material, method for manufacturing same, and precursor sheet |
| WO2024043101A1 (ja) * | 2022-08-26 | 2024-02-29 | 三菱鉛筆株式会社 | 炭素質の繊維構造体及びその製造方法 |
-
2000
- 2000-02-28 JP JP2000051490A patent/JP2001240477A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US9705137B2 (en) | 2011-01-27 | 2017-07-11 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Porous electrode substrate, method for manufacturing same, precursor sheet, membrane electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell |
| US9825304B2 (en) | 2011-01-27 | 2017-11-21 | Mitsubishi Chemical Corporation | Porous electrode substrate, method for manufacturing same, precursor sheet, membrane electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell |
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