JP2003017085A - 固体高分子型燃料電池のセパレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作り易さを維持しながら厚さ方向への導電性
を向上させることができる固体高分子型燃料電池のセパ
レータを提供する。 【解決手段】 燃料電池１のセパレータ２は、樹脂成形
体１５をプレス成形することによって形成されている。
樹脂成形体１５は熱硬化性樹脂及び粒状炭素粉末２１を
成分としている。粒状炭素粉末２１は、複数の微小結晶
２２を凝集させることによって粒状に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、固体高分子型燃
料電池のセパレータに関する物である。

【０００２】

【従来の技術】近年、クリーンで発電効率の高い次世代
の発電装置が望まれており、酸素及び水素の持つ化学エ
ネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池（Ｆ
ｕｅｌＣｅｌｌ）に対する期待が次第に高まってきてい
る。現状における燃料電池の種類としては、リン酸型、
アルカリ型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、固体高分子
型（イオン交換膜型ともいう。）等が知られている。な
かでも固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅ
ｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）
は、小規模かつポータブルな電源としての用途（例えば
電気自動車用電源等）に適すると考えられている。ゆえ
に、その実用化に向けて、現在精力的に開発が進められ
ている。

【０００３】このタイプの燃料電池は、例えば電解質層
としてプロトン導電性を有するイオン交換膜の１つであ
る固体高分子膜（以後プロトン交換膜）の両側に電極を
配置してなる膜・電極積層体（単電池）を備えている。
このような固体高分子膜は、分子中に水素イオンの交換
基を持つため、飽和含水状態とすることによりイオン導
電性電解質として機能することができる。これらの電極
には白金等の金属触媒が担持されている。一対の電極の
うちの一方は水素極（陰極）と呼ばれ、他方は酸素極
（陽極）と呼ばれる。膜・電極積層体の両側には一対の
セパレータが配置されており、それらセパレータによっ
て両電極及びイオン交換膜の外周部が挟持されている。

【０００４】水素極側のセパレータを介して供給されて
きた水素ガス（Ｈ₂）は、水素極における触媒反応によ
り水素イオン（Ｈ⁺）と電子（ｅ^-）とに解離する。水素
イオンはプロトン交換膜を通過しながら酸素極に向かっ
て移動し、電子は外部回路を通って酸素極側へ移動す
る。酸素極側には酸素ガス（Ｏ₂）が供給されている。

【０００５】従って、酸素極における触媒反応により、
水素イオン及び外部回路を経由した電子が酸素ガスと反
応し、水（Ｈ₂Ｏ）が生じる。このとき、外部回路を経
由した電子は電流となり、負荷に対して電力を供給する
ことができる。別の言い方をすると、酸素ガス及び水素
ガスを燃料として、電気分解反応の逆反応により、起電
力が得られるようになっている。

【０００６】図６に示すように、固体高分子型燃料電池
のセパレータ５１は、一軸プレス機にて成形用材料を同
セパレータ５１の厚さ方向（矢印Ｆ１方向）にプレス成
形することによって薄板状に形成されたものである。セ
パレータ５１の上面及び下面には、流体流路５４が複数
箇所に設けられている。図７に示すように、セパレータ
５１は、熱硬化性樹脂及び鱗片状の炭素粉末５３を成分
とする樹脂成形体５２からなっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、固体高分子
型燃料電池は、膜・電極積層体を一対のセパレータ５１
で挟持することによって構成されている。そして、この
ような固体高分子型燃料電池を数十枚から数百枚程積層
することによって、燃料電池スタックが構成される。そ
の結果、固体高分子型燃料電池の使用時には、電流がセ
パレータ５１内を矢印Ｆ１方向に流れるようになる。そ
のため、セパレータ５１の導通性を向上させるために
は、矢印Ｆ１方向におけるセパレータ５１の電気比抵抗
を小さくする必要があった。しかし、結晶が発達した炭
素粉末５３は鱗片状であるため、樹脂成形体５２をプレ
ス成形すると炭素粉末５３がセパレータ５１の面方向
（矢印Ｆ２方向）に配向してしまう。そのため、矢印Ｆ
１方向におけるセパレータ５１の電気比抵抗の大きさと
矢印Ｆ２方向における電気比抵抗の大きさとの差が大き
くなる。よって、セパレータ５１の電気比抵抗が異方性
を示すようになる。その結果、矢印Ｆ１方向におけるセ
パレータ５１の電気比抵抗が大きくなってしまい、矢印
Ｆ１方向におけるセパレータ５１の導電性が低下してし
まうという問題があった。

【０００８】この問題を解決するために、例えば特開２
０００−４０５１７号公報では、炭素粉末５３として天
然黒鉛粉と人造黒鉛粉とを混合したものを用いることが
提案されている。しかし、炭素粉末５３として２種類の
黒鉛を用いなければならなかった。

【０００９】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、作り易さを維持しながら厚さ方向
への導電性を向上させることができる固体高分子型燃料
電池のセパレータを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、熱硬化性樹脂及び炭
素粉末を成分とする樹脂成形体からなり、プレス成形に
よって形成される固体高分子型燃料電池のセパレータに
おいて、前記炭素粉末は、複数の微小結晶が凝集してな
る粒状炭素粉末であることを要旨とする。

【００１１】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記粒状炭素粉末の平均粒子径は５
０〜６０μｍであることを要旨とする。請求項３に記載
の発明では、請求項１または請求項２に記載の発明にお
いて、前記粒状炭素粉末のアスペクト比は２以下である
ことを要旨とする。

【００１２】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項１に記載の発明によると、炭素粉末は粒状炭
素粉末であるため、鱗片状の炭素粉末よりもアスペクト
比が小さくなる。よって、粒状炭素粉末は、樹脂成形体
をプレス成形したときであっても配向しにくい。そのた
め、厚さ方向におけるセパレータの電気比抵抗の大きさ
と面方向におけるセパレータの電気比抵抗の大きさとの
差が、鱗片状の炭素粉末を用いた場合に比べて小さくな
る。その結果、セパレータの電気比抵抗の等方性が維持
される。ゆえに、樹脂成形体がプレスされる方向におい
て電気比抵抗が大きくなってしまうのを防止することが
できる。また、炭素粉末として天然黒鉛粉と人造黒鉛粉
とを混合したものを用いる場合のように、炭素粉末とし
て２種類の黒鉛を用いなくてもよい。ゆえに、天然黒鉛
粉と人造黒鉛粉とを混合する工程を省略することができ
る。よって、セパレータを容易に作製することができ
る。従って、セパレータの作り易さを維持しながら、同
セパレータの厚さ方向への導電性を向上させることがで
きる。また、粒状炭素粉末は、複数の微小結晶を凝集す
ることによって形成されている。そのため、粒状炭素粉
末を単結晶によって形成する場合に比べて、同粒状炭素
粉末を容易に形成することができる。また、粒状炭素粉
末内の導電性を向上させることができる。

【００１３】請求項２に記載の発明によると、粒状炭素
粉末の平均粒子径を前記好適範囲内にて設定することに
より、粒状炭素粉末を容易に形成することができるとと
もに、セパレータの導電性を向上させることができる。
粒状炭素粉末の平均粒子径が５０μｍ未満であると、粒
状炭素粉末の形成が困難になる。一方、粒状炭素粉末の
平均粒子径が６０μｍを超える場合、粒状炭素粉末同士
の隙間が大きくなる。その結果、セパレータの導電性が
低下してしまう。

【００１４】請求項３に記載の発明によると、粒状炭素
粉末のアスペクト比は２以下であることから、樹脂成形
体をプレスしても粒状炭素粉末が配向しにくい。そのた
め、セパレータの厚さ方向への導電性が低下してしまう
のを防止することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を自動車用の固体高
分子型燃料電池に具体化したセパレータの一実施形態を
図１〜図５に基づき詳細に説明する。

【００１６】図１，図２に示すように、この燃料電池１
は、膜・電極積層体Ｌ１とセパレータ２とを備えてい
る。膜・電極積層体Ｌ１は、プロトン交換膜３の両側に
電極４Ａ，４Ｂを貼り付けた構造となっている。一方の
ものは水素極４Ａであり、他方のものは酸素極４Ｂであ
る。プロトン交換膜３は、水素イオンを通過させること
ができる。本実施形態では、例えばパーフルオロカーボ
ンスルフォン酸からなる膜をプロトン交換膜３として用
いている。水素極４Ａ及び酸素極４Ｂは、炭素繊維等を
主成分とする好通気性のマット状物であり、ここでは矩
形状に加工されている。このマット状物には、白金及び
パラジウムが触媒として担持されている。尚、マット状
物には撥水処理のためフッ素樹脂等が添加されていても
よい。

【００１７】膜・電極積層体Ｌ１の両側には、一対のセ
パレータ２が配置されている。本実施形態のセパレータ
２は矩形状かつ板状の充実体であって、水素極４Ａ及び
酸素極４Ｂよりも一回り大きく形成されている。そし
て、プロトン交換膜３の外縁に設けられた肉厚フランジ
部３ａは、両セパレータ２の内面外周部によって挟持さ
れている。肉厚フランジ部３ａとセパレータ２との間に
は、外部への流体漏れを防止するために、シール部材と
してのゴムパッキング５が介在されている。その結果、
両セパレータ２間に膜・電極積層体Ｌ１が位置ずれ不能
に固定されている。

【００１８】図３に示すように、セパレータ２は、樹脂
成形体１５を同セパレータ２の厚さ方向（矢印Ａ１方
向）にプレス成形することによって薄板状に形成された
ものである。図１〜図３に示すように、セパレータ２は
導電性を有し、基材部１１及び複数のリブ１２を備えて
いる。各リブ１２は、基材部１１の上面及び下面におい
て同基材部１１と一体に形成されている。各リブ１２は
それぞれ等断面形状をなし、基材部１１の外周部を除く
箇所において平行に形成されている。膜・電極積層体Ｌ
１をセパレータ２で挟持した場合、各リブ１２の上端面
は水素極４Ａ及び酸素極４Ｂに対して当接するようにな
っている。そして、リブ１２同士の間に形成される溝状
の領域が、酸素ガス、水素ガス、水、水分等の流体を流
通させるための流体流路１３となる。

【００１９】また、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すよ
うに、樹脂成形体１５は、熱硬化性樹脂及び粒状炭素粉
末２１をその主成分としている。本実施形態の場合、樹
脂成形体１５における熱硬化性樹脂の量は、１０〜３０
ｗｔ％であることが好ましい。また、樹脂成形体１５に
おける粒状炭素粉末２１の量は、７０〜９０ｗｔ％であ
ることが好ましい。このような樹脂成形体１５は、一軸
プレス機によるプレス成形により得ることができる。

【００２０】樹脂成形体１５における熱硬化性樹脂の役
割は、ガス等の流体を透過させない性質をセパレータ２
に与えること、及び好適な成形性を与えることである。
使用可能な熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂等がある。これら
のなかでも、特にフェノール樹脂を選択することが好ま
しい。フェノール樹脂は、成形性及び流体不透過性に優
れるばかりでなく、耐酸性、耐熱性、コスト性にも優れ
るからである。尚、フェノール樹脂には、ノボラック系
のものやレゾール系のもの等がある。ノボラック系フェ
ノール樹脂及びレゾール系フェノール樹脂の混合物を用
いても勿論構わない。

【００２１】また、樹脂成形体１５における粒状炭素粉
末２１としては、極力、不純物含有量の少ない高純度炭
素粉末を用いることが望ましい。炭素粉末を用いた理由
は、カーボンは金属のように、陽イオン溶出によりプロ
トン交換膜３を被毒化する危険性がないからである。
尚、被毒化の確実な防止を図るためには、極力、不純物
濃度の低い（具体的には不純物濃度が数百ｐｐｍ以下
の）粒状炭素粉末２１を用いることがよい。但し、セパ
レータ２の形成にあたって、樹脂成形体１５に金、銀、
白金、パラジウム等から選択される少なくとも１種類の
貴金属を含有したものを用いてもよい。なぜなら、貴金
属はイオン化傾向が小さいため、当該金属がプロトン交
換膜３に接触したとしても、プロトン交換膜３を被毒化
させる危険性がないからである。

【００２２】また、樹脂成形体１５における粒状炭素粉
末２１の役割は、電気比抵抗を低減してセパレータ２の
導電性を向上させることである。厚さ方向（矢印Ａ１方
向）における樹脂成形体１５の電気比抵抗の大きさは、
面方向（矢印Ａ２方向）における樹脂成形体１５の電気
比抵抗の大きさの３倍以下、特には１〜３倍の範囲内で
あることが好ましい。尚、矢印Ａ１方向及び矢印Ａ２方
向は互いに直交している。本実施形態において、矢印Ａ
１方向における樹脂成形体１５の電気比抵抗は５〜３０
ｍΩ・ｃｍであることが好ましい。また、矢印Ａ２方向
における樹脂成形体１５の電気比抵抗は２〜１０ｍΩ・
ｃｍであることが好ましい。ここで、粒状炭素粉末２１
を用いた理由は、樹脂成形体１５の電気比抵抗がほぼ等
方性を維持する結果、矢印Ａ１方向における樹脂成形体
１５の電気比抵抗の値が小さくなるからである。つま
り、図７に示される炭素粉末５３のような天然黒鉛粉及
び人造黒鉛粉を用いると、矢印Ｆ２方向に向けて炭素粉
末５３が配向してしまう。そのため、矢印Ｆ１方向にお
ける樹脂成形体５２の電気比抵抗が矢印Ａ１方向におけ
る樹脂成形体１５の電気比抵抗よりも大きくなってしま
うからである。

【００２３】また、粒状炭素粉末２１のアスペクト比は
２以下、特には１〜２の範囲内であることが好ましい。
その理由は、粒状炭素粉末２１のアスペクト比が大き過
ぎると、粒状炭素粉末２１が異方性を示すようになる。
その結果、矢印Ａ１方向における樹脂成形体１５の電気
比抵抗が大きくなってしまうからである。尚、本実施形
態において、粒状炭素粉末２１の矢印Ａ２方向における
長さは５５〜７５μｍであることが好ましく、粒状炭素
粉末２１の矢印Ａ１方向における長さは３５〜４５μｍ
であることが好ましい。

【００２４】粒状炭素粉末２１の平均粒子径は５０〜６
０μｍ、特には５４〜５６μｍの範囲内であることが好
ましい。その理由は、平均粒子径が小さすぎると、粒状
炭素粉末２１の形成が困難になるからである。逆に、平
均粒子径が大きすぎると、粒状炭素粉末２１同士の隙間
が大きくなる結果、セパレータ２の導電性が低下してし
まうからである。尚、本実施形態において、粒子径と
は、粒状炭素粉末２１の最も長い部分及び最も短い部分
の径の平均値を指し、平均粒子径とは、各粒状炭素粉末
２１の粒子径の平均値を指す。

【００２５】図４（ｂ）に示すように、粒状炭素粉末２
１は、複数の微小結晶２２を凝集させることによって形
成されている。１個の粒状炭素粉末２１に凝集させる微
小結晶２２の数は任意の範囲に設定できるが、特には５
０〜２００個の微小結晶２２を凝集させることが好まし
い。また、粒状炭素粉末２１に凝集させる微小結晶２２
の種類は任意の範囲に設定できるが、特には３〜１０種
類の微小結晶２２を凝集させることが好ましい。各微小
結晶２２は塊状をなしている。また、各微小結晶２２の
形状はほぼ同一になっている。各微小結晶２２の大きさ
は、１〜１０μｍの範囲に設定されることが好ましい。

【００２６】次に、本実施形態のセパレータ２を製造す
る手順を説明する。まず、粒状炭素粉末２１及び熱硬化
性樹脂を所定割合（粒状炭素粉末２１：熱硬化性樹脂＝
７８ｗｔ％：２２ｗｔ％）で配合し、混合物を得る。こ
の混合物をメタノール等の溶剤を添加して適度な粘度に
調整するとともに、混練機を用いてよく混練する。メタ
ノールの代わりに、例えばアセトンや、高粘度の高級ア
ルコール類等を溶剤として用いてもよい。得られたフレ
ーク状混合物をミキサ等により粉砕して成形用原料とす
る。

【００２７】次に、得られた原料を用いて、一軸プレス
機により厚さ１〜１０ｍｍ程度の樹脂成形体１５を矢印
Ａ１方向にプレス成形する。このとき、樹脂成形体１５
の上面及び下面には、複数のリブ１２が一体に形成され
る。

【００２８】プレス工程の後、ある程度締まった樹脂成
形体１５をさらにキュアすべく、樹脂成形体１５に対し
て所定温度・所定時間の加熱を行う。その結果、これま
で備えていた柔軟性が失われ、樹脂成形体１５が硬化す
る。

【００２９】このようにして製作されたセパレータ２
を、膜・電極積層体Ｌ１及びゴムパッキング５とともに
組み立てれば、図２等に示す所望の燃料電池１が完成す
る。十分大きな起電力を得るために、このような燃料電
池１を数十枚から数百枚ほど積層し、「燃料電池スタッ
ク」を構成しても勿論構わない。

【００３０】次に、図５に基づいて、この燃料電池１に
おける発電原理を説明する。使用に際し、水素極４Ａと
酸素極４Ｂとの間には、モータ等のような負荷が外部回
路として電気的に接続される。この状態で、水素極４Ａ
側のセパレータ２側に、水分とともに水素ガスを連続的
に供給する。このとき、水分及び水素ガスは、リブ１２
間に位置する流体流路１３内を一定方向に向かって流れ
る。同様に、酸素極４Ｂ側のセパレータ２側に、水分と
ともに酸素ガスを連続的に供給する。このとき、水分及
び酸素ガスは、リブ１２間に位置する流体流路１３内を
一定方向に向かって流れる。

【００３１】水素極４Ａ側のセパレータ２を経由して供
給されてきた水素ガスは、水素極４Ａにおける触媒反応
により水素イオンとなる。生成された水素イオンは、プ
ロトン交換膜３を通過しながら酸素極４Ｂに向かって移
動する。酸素極４Ｂ側に到った水素イオンは、酸素極４
Ｂにおける触媒反応によって酸素ガスと反応し、水を生
成させる。このような反応が起こる過程では、電子が外
部回路を通って水素極４Ａから酸素極４Ｂへ移動する。
従って、電流は酸素極４Ｂから水素極４Ａへ流れ、結果
として起電力を得ることができる。すると、外部回路に
直流電流が通電され、負荷であるモータ等が駆動され
る。

【００３２】

【実施例及び比較例】（サンプルの作製）炭素粉末とし
て、平均粒子径が５５μｍ、アスペクト比が１．６であ
って不純物濃度が２００ｐｐｍ〜３００ｐｐｍの粒状炭
素粉末２１を選択した。この粒状炭素粉末２１を約２１
００℃の加熱下において、所定時間、塩素ガスで処理す
ることにより、不純物濃度を５ｐｐｍ以下に低減した。
また、熱硬化性樹脂として、固体レゾール系フェノール
樹脂を使用した。炭素粉末ａと熱硬化性樹脂ｂとの配合
割合は、ａ：ｂ＝７８ｗｔ％：２２ｗｔ％に設定した。

【００３３】熱処理を経た高純度の粒状炭素粉末２１と
フェノール樹脂とを混合した後、この混合物にメタノー
ルを溶剤として添加した。これを混練機を用いてよく混
練した後、得られた混練物を粉砕して成形用原料とし
た。次に、この成形用原料を一般的なホットプレス成形
機によってプレス成形することにより、樹脂成形体１５
を形成した。その結果、得られたサンプル１を実施例の
セパレータ２とした。

【００３４】一方、炭素粉末として、平均粒子径が５５
μｍ、アスペクト比が８である鱗片状の天然黒鉛粉を用
いてサンプル２を作製し、これを比較例１のセパレータ
とした。また、炭素粉末として、平均粒子径が５５μ
ｍ、アスペクト比が８である鱗片状の人造黒鉛粉を用い
てサンプル３を作製し、これを比較例２のセパレータと
した。 （比較試験の方法及びその結果）そして、上記３種のセ
パレータのサンプルから、厚さ方向及び面方向における
樹脂成形体の電気比抵抗を調査して、表１に示した。そ
の結果、比較例１では、厚さ方向における樹脂成形体の
電気比抵抗Ａは８８ｍΩ・ｃｍになった。また、面方向
における樹脂成形体の電気比抵抗Ｂは４ｍΩ・ｃｍにな
った。ゆえに、電気比抵抗Ａは電気比抵抗Ｂの２２倍も
の大きさになった。また、比較例２では、電気比抵抗Ａ
は６０ｍΩ・ｃｍになり、電気比抵抗Ｂは１０ｍΩ・ｃ
ｍになった。ゆえに、電気比抵抗Ａは電気比抵抗Ｂの６
倍の大きさになった。それに対して、実施例では、厚さ
方向における樹脂成形体１５の電気比抵抗Ａは１５ｍΩ
・ｃｍであった。また、面方向における樹脂成形体１５
の電気比抵抗Ｂは６ｍΩ・ｃｍであった。ゆえに、電気
比抵抗Ａは電気比抵抗Ｂの２．５倍の大きさであった。
ここで、実施例及び比較例１，２において、面方向の電
気比抵抗には大きな差がみられなかった。ゆえに、実施
例の燃料電池１は、比較例１，２に比べて明らかに厚さ
方向における樹脂成形体の導電性に優れていた。

【００３５】

【表１】 従って、本実施形態によれば以下のような効果を得るこ
とができる。

【００３６】（１）炭素粉末は粒状炭素粉末２１である
ため、鱗片状の炭素粉末５３よりもアスペクト比が小さ
くなる。よって、粒状炭素粉末２１は、樹脂成形体１５
をプレス成形したときであっても矢印Ａ２方向に配向す
ることはない。そのため、矢印Ａ１方向におけるセパレ
ータ２の電気比抵抗の大きさと矢印Ａ２方向におけるセ
パレータ２の電気比抵抗の大きさとの差が、鱗片状の炭
素粉末５３を用いた場合に比べて小さくなる。その結
果、セパレータ２の電気比抵抗の等方性が維持される。
ゆえに、樹脂成形体１５が矢印Ａ１方向において電気比
抵抗が大きくなってしまうのを防止することができる。
即ち、矢印Ａ１方向における樹脂成形体１５の電気比抵
抗は１５ｍΩ・ｃｍになる。

【００３７】また、炭素粉末５３として天然黒鉛粉と人
造黒鉛粉とを混合したものを用いる場合のように、炭素
粉末５３として２種類の黒鉛を用いなくてもよい。ゆえ
に、天然黒鉛粉と人造黒鉛粉とを混合する工程を省略す
ることができる。また、アスペクト比の大きい鱗片状の
炭素粉末５３を篩い分けして粒径を調節する困難な工程
を省略することができる。よって、セパレータ２を容易
に作製することができる。

【００３８】従って、セパレータ２の作り易さを維持し
ながら、同セパレータ２の矢印Ａ１方向への導電性を向
上させることができる。ゆえに、セパレータ２の低抵抗
化が図られた結果として燃料電池１全体が低抵抗化され
るため、燃料電池１の発電効率を向上させることができ
る。従って、このような燃料電池１を数十枚から数百枚
ほど積層して「燃料電池スタック」を構成すれば、モー
タ等の負荷を作動させる電力を大きくすることができ
る。

【００３９】（２）粒状炭素粉末２１は、複数の微小結
晶２２を凝集することによって形成されている。例え
ば、この粒状炭素粉末２１を単結晶によって形成した場
合、結晶がどうしても平面状になってしまうため、粒状
炭素粉末２１を好みの形状にするのが困難である。ゆえ
に、粒状炭素粉末２１のアスペクト比を好みの値に設定
できなくなる。そのため、粒状炭素粉末２１を単結晶に
よって形成する場合に比べて、同粒状炭素粉末２１を容
易に形成することができる。また、粒状炭素粉末２１に
は複数の微小結晶２２が詰まっている。そのため、粒状
炭素粉末２１の電気抵抗の大きさは、同粒状炭素粉末２
１が単結晶で形成された場合の電気抵抗の大きさとほぼ
同一になる。よって、粒状炭素粉末２１内の導電性を向
上させることができる。

【００４０】（３）粒状炭素粉末２１の平均粒子径が５
０〜６０μｍの範囲内にて設定されている。それによ
り、粒状炭素粉末２１を容易に形成することができると
ともに、また、粒状炭素粉末２１同士の隙間が大きくな
り過ぎないため、セパレータ２内において、粒状炭素粉
末２１同士の接触部分が増加する。よって、セパレータ
２の導電性を向上させることができる。

【００４１】（４）粒状炭素粉末２１のアスペクト比は
２以下であることから、樹脂成形体１５をプレスしても
粒状炭素粉末２１が矢印Ａ２方向に配向しにくい。その
ため、セパレータ２の矢印Ａ２方向への導電性に比べ
て、セパレータ２の矢印Ａ１方向への導電性が低下して
しまうのを防止することができる。

【００４２】（５）矢印Ａ１方向における樹脂成形体１
５の電気比抵抗の大きさは、矢印Ａ２方向における樹脂
成形体１５の電気比抵抗の大きさの３倍以内である。よ
って、粒状炭素粉末２１がほぼ等方性に維持されるた
め、矢印Ａ１方向における樹脂成形体１５の電気比抵抗
を小さくすることができる。

【００４３】尚、本発明の実施形態は以下のように変更
してもよい。 ・微小結晶２２を略球形状、略板状等の形状に変更して
もよい。 ・セパレータ２の形状は、前記実施形態のような矩形状
に限定されるものではなく、円形状、三角形状等の他の
形状であってもよい。

【００４４】次に、上記実施形態及び別例によって把握
される技術的思想を以下に列挙する。 （１）請求項１〜３のいずれか一項において、厚さ方向
における樹脂成形体の電気比抵抗の大きさは、面方向に
おける樹脂成形体の電気比抵抗の大きさの３倍以下であ
ることを特徴とする固体高分子型燃料電池のセパレー
タ。よって、技術的思想（１）によれば、粒状炭素粉末
がほぼ等方性に維持されるため、厚さ方向における樹脂
成形体の電気比抵抗を小さくすることができる。

【００４５】（２）請求項１〜３、技術的思想（１）の
いずれか一項において、前記粒状炭素粉末は、５０〜２
００個の前記微小結晶を凝集してなることを特徴とする
固体高分子型燃料電池のセパレータ。

【００４６】（３）請求項１〜３、技術的思想（１），
（２）のいずれか一項において、前記粒状炭素粉末は、
３〜１０種類の前記微小結晶を凝集してなることを特徴
とする固体高分子型燃料電池のセパレータ。

【００４７】（４）請求項１〜３、技術的思想（１）〜
（３）のいずれか一項において、前記微小結晶の大きさ
は、１〜１０μｍであることを特徴とする固体高分子型
燃料電池のセパレータ。

【００４８】（５）熱硬化性樹脂及び炭素粉末を成分と
する樹脂成形体をプレス成形することによって形成され
る固体高分子型燃料電池のセパレータの製造方法におい
て、前記炭素粉末として、複数の微小結晶が凝集してな
る粒状炭素粉末を用いたことを特徴とする固体高分子型
燃料電池のセパレータの製造方法。よって、技術的思想
（５）によれば、複数の工程を必要とする従来方法とは
異なり、安価なセパレータを確実にかつ効率良く製造す
ることができる。

【００４９】（６）イオン交換膜の両側に電極を配置し
てなる膜・電極積層体と、熱硬化性樹脂及び炭素粉末を
成分とする樹脂成形体をプレス成形することによって形
成され、前記膜・電極積層体を挟持する一対のセパレー
タとを備えた固体高分子型燃料電池において、前記炭素
粉末は、複数の微小結晶が凝集してなる粒状炭素粉末で
あることを特徴とする固体高分子型燃料電池。

【００５０】（７）イオン交換膜の両側に電極を配置し
てなる膜・電極積層体と、熱硬化性樹脂及び炭素粉末を
成分とする樹脂成形体をプレス成形することによって形
成され、前記膜・電極積層体を挟持する一対のセパレー
タとを備えた固体高分子型燃料電池を複数枚積層するこ
とによって構成した燃料電池スタックにおいて、前記炭
素粉末は、複数の微小結晶が凝集してなる粒状炭素粉末
であることを特徴とする燃料電池スタック。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載の
発明によれば、セパレータの作り易さを維持しながら、
同セパレータの厚さ方向への導電性を向上させることが
できる。また、粒状炭素粉末を単結晶によって形成する
場合に比べて、同粒状炭素粉末を容易に形成することが
できる。さらに、粒状炭素粉末内の導電性を向上させる
ことができる。

【００５２】請求項２に記載の発明によれば、粒状炭素
粉末を容易に形成することができるとともに、セパレー
タの導電性を向上させることができる。請求項３に記載
の発明によれば、セパレータの厚さ方向への導電性が低
下してしまうのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を具体化した固体高分子型燃料電池の
分解斜視図。

【図２】 燃料電池の概略断面図。

【図３】 セパレータの概略断面図。

【図４】 （ａ）は、樹脂成形体の組織を示す概略図、
（ｂ）は、粒状炭素粉末を示す概略図。

【図５】 燃料電池の原理説明図。

【図６】 従来技術におけるセパレータの概略断面図。

【図７】 従来技術における樹脂成形体の組織を示す概
略図。

【符号の説明】

１…固体高分子型燃料電池、２…セパレータ、１５…樹
脂成形体、２１…炭素粉末としての粒状炭素粉末、２２
…微小結晶。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大平 朗宏 岐阜県大垣市青柳町300番地 イビデン 株式会社青柳工場内 Ｆターム(参考） 4F071 AA41 AA42 AA60 AB03 AD02 AE15 AF36 AF37 AH15 BA02 BB03 BC01 BC03 4J002 CC031 CC041 CD001 CM041 DA036 FA086 GD00 GQ00 GQ02 5H026 AA06 BB02 CC01 CC03 EE05 EE18 HH00 HH01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱硬化性樹脂及び炭素粉末を成分とする樹
   脂成形体からなり、プレス成形によって形成される固体
   高分子型燃料電池のセパレータにおいて、 前記炭素粉末は、複数の微小結晶が凝集してなる粒状炭
   素粉末であることを特徴とする固体高分子型燃料電池の
   セパレータ。
2. 【請求項２】前記粒状炭素粉末の平均粒子径は５０〜６
   ０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の固体高
   分子型燃料電池のセパレータ。
3. 【請求項３】前記粒状炭素粉末のアスペクト比は２以下
   であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   の固体高分子型燃料電池のセパレータ。