JP2008123971A

JP2008123971A - 固体高分子形燃料電池セパレータ材の製造方法

Info

Publication number: JP2008123971A
Application number: JP2006309794A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Hirano; 信行平野
Original assignee: Tokai Carbon Co Ltd
Current assignee: Tokai Carbon Co Ltd
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2008-05-29
Also published as: WO2008059903A1; CN101529631A; KR101402391B1; EP2091100A4; TW200835032A; EP2091100A1; TWI418078B; US20090263701A1; CN101529631B; KR20090088859A; EP2091100B1

Abstract

【課題】燃料電池の小型化のためにセパレータの厚さが均一で薄く、材質特性も良好な固体高分子形燃料電池セパレータ材を能率よく生産する製造方法を提供すること。
【解決手段】下記の工程１〜３、
樹脂結合材１０〜３５重量部、分散剤０．１〜１０重量部を有機溶媒に溶解した樹脂溶液に、炭素質粉末１００重量部を分散させて粘度１００〜１５００ｍＰａ・ｓのスラリーを作製する工程１、
貫通孔の開口面積比（Ｒ）が２５〜８５％である有機物シートを前記スラリー中に浸漬して有機物シートの両面に前記スラリーを付着させた後、乾燥して有機物シートの両面にスラリーを被着してグリーンシートを作製する工程２、
グリーンシートを所定形状に切断し、１枚もしくは２枚以上を積層して熱圧成形する工程３、
を順次に行うことを特徴とする固体高分子形燃料電池セパレータ材の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、固体高分子形燃料電池のセパレータ材の製造方法に関する。

燃料電池は、燃料が有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するもので、電気エネルギーへの変換効率が高く、例えば、固体高分子形燃料電池は比較的に低温でかつ高出力の発電が可能であるため、自動車の電源をはじめ小型の移動型電源として期待されている。

固体高分子形燃料電池は、通常、スルホン酸基を有するフッ素樹脂系イオン交換膜のような高分子イオン交換膜からなる電解質膜と、その両面に白金などの触媒を担持させた触媒電極と、それぞれの電極に水素などの燃料ガスあるいは酸素や空気などの酸化剤ガスを供給するガス供給用の凹凸（溝）を設けたセパレータなどからなる単セルを積層したスタック、及びその外側に設けた２つの集電体などから構成されている。

単セルの構造は、図２に示すように、例えばフッ素系樹脂により形成されたイオン交換膜からなる電解質膜１０を挟んで配置される一対の電極８、９（カソード８、アノード９）と、これをさらに両側から挟む緻密質のカーボン材からなるセパレータ６、セパレータの端部にはガス溝と平行方向に設置されたゴムなどからなるシール材１１とから構成されている。電極８、９は白金などの触媒を担持させた炭素短繊維からなる多孔質体あるいは触媒を担持したカーボンブラックを樹脂で結着したものなどから形成される。

セパレータ６には複数の凹凸形状の溝７が形成され、溝７とカソード８との間に形成される空間を酸化剤ガス（酸素や空気などの酸素含有ガス）流路とし、溝７とアノード９との間に形成される空間を燃料ガス（例えば水素ガスや水素ガスを主成分とする混合ガス）流路として、燃料ガスと酸化剤ガスとが電極に接触して起こる化学反応を利用して、電極間から電流を取り出すようになっている。そして、通常、この単セルを数十層から数百層に積層して電池スタックが組み立てられている。

この燃料電池の発電機構は、セルのアノード側に供給された燃料ガス（例えば、水素ガス）とカソード側に供給された酸化剤ガス（例えば、酸素ガス）とが、電極に接触して起こる下記の反応により生じる電子（ｅ⁻）を電極間から電気エネルギーとして外部に取り出すものである。
アノード側；Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
カソード側；（１／２）Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ
全反応；Ｈ_２＋（１／２）Ｏ_２→Ｈ_２Ｏ

したがって、セパレータには燃料ガスと酸化剤ガスとを完全に分離した状態で電極に供給する必要があるために高度のガス不透過性が要求される。また、発電効率を高くするために電池の内部抵抗を小さくすることが有効であり、セパレータの板厚を薄くするとともに高い導電性が必要となる。

また、電池性能の向上を図るためにはスタック中の各単セル間を密着するように組み立て、かつ発電中も良好な接触状態が維持されてセパレータと電極との接触電気抵抗の増大を防止するとともに、単セル間のガスリークや単セル外へのガスリークを防止することが重要となる。すなわち、組み立て時に破損や欠損が生じないように材質強度が高いこと、また電池の作動温度である８０〜１２０℃程度の温度においても十分な材質強度を備えていること等が必要である。

このような材質特性が要求されるセパレータ材には炭素質系の材料が好適であるが、黒鉛材は加工性に難があり、更に、材質上気密性が低く、ガス不透過性が十分でない難点がある。また、ガラス状カーボン材は材質組織が緻密でガス不透過性に優れているが、硬度が高くかつ脆性であるので機械加工性が悪いという難点がある。

そこで、従来から、黒鉛などの炭素質粉末を熱硬化性樹脂を結合材として結着し、成形した炭素／樹脂硬化成形体からなるセパレータ材が好適に使用されており、これに関する発明も数多く提案されている。

例えば、特許文献１には、平均粒子径５０μｍ以下、最大粒子径１００μｍ以下の粒度分布を有する黒鉛粉末６０〜８５重量％と熱硬化性樹脂１５〜４５重量％とからなる板状成形体であって、その面方向の固有抵抗が３００×１０^−４Ωｃｍ以下、厚さ方向／面方向の固有抵抗の比が７以下、曲げ強度が３００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上の材質性状を備える黒鉛−樹脂硬化成形体から形成されたことを特徴とする固体高分子形燃料電池用セパレータ部材およびその製造方法が開示されている。

また、特許文献２には、炭素粉末４０〜９０重量％と熱硬化性樹脂６０〜１０重量％の組成からなり、室温における曲げ強度が３０ＭＰａ以上で、かつ室温から１００℃における曲げ強度低下率が３０％以下、の特性を備える炭素−樹脂硬化成形体から形成されたことを特徴とする固体高分子形燃料電池用セパレータ部材およびその製造方法が開示されている。

更に、特許文献３には、貫通孔の開口面積比（Ｒ）が２５〜８５％である有機物シートの両面に、炭素質粉末と樹脂結合材を９０：１０〜６５：３５の重量比で混合した混合物が被覆され、前記有機物シートの貫通孔内に炭素質粉末と樹脂結合材との混合物が充填されてなる燃料電池用セパレータ材とその製造方法が提案されている。
特開２０００−０２１４２１号公報特開２０００−２４３４０９号公報特開２００６−１７２７７６号公報

一方、燃料電池の小型化に対する要求も強く、例えば自動車に搭載する燃料電池には電池スタックの小型化、軽量化、薄肉化などが要求され、更に、振動等による亀裂が発生しないような強度特性も必要となる。

しかし、上記特許文献３では炭素質粉末と樹脂結合材との混合物あるいは混合物をシート化したものを有機物シートの両面に被着するものであるから、均一に被着し薄肉化するのには限界があり、また製造プロセスも非能率化する問題がある。

そこで、発明者はこれらの問題を解決する方策について鋭意研究を行い、有機物シートの両面に炭素質粉末を分散させたスラリーを被着させたグリーンシートを用いることにより、均一で厚さの薄いセパレータ材を能率よく製造することができ、また、炭素質粉末の結合材として熱硬化性樹脂ばかりでなく、可撓性エラストマーを用いることもでき、破断歪みが大きいセパレータ材が製造できることを見出した。

本発明は、この知見に基いて完成したもので、その目的は厚さが均一で、薄い、固体高分子形燃料電池セパレータ材を能率よく生産することのできる製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明による固体高分子形燃料電池セパレータ材の製造方法は、
下記の工程１〜３、
樹脂結合材１０〜３５重量部、分散剤０．１〜１０重量部を有機溶媒に溶解した樹脂溶液に、炭素質粉末１００重量部を分散させて粘度１００〜１５００ｍＰａ・ｓのスラリーを作製する工程１、
貫通孔の開口面積比（Ｒ）が２５〜８５％である有機物シートを前記スラリー中に浸漬して有機物シートの両面に前記スラリーを付着させた後、乾燥して有機物シートの両面にスラリーを被着してグリーンシートを作製する工程２、
グリーンシートを所定形状に切断し、１枚もしくは２枚以上を積層して熱圧成形する工程３、
を順次に行うことを特徴とする。

本発明によれば、厚さが均一で、薄く、強度や電気特性などの材質性状に優れた固体高分子形燃料電池セパレータ材を能率よく製造することが可能となる。

以下、本発明の固体高分子形燃料電池セパレータ材の製造方法を、各工程毎に詳細に説明する。

工程１；
工程１は、樹脂結合材１０〜３５重量部、分散剤０．１〜１０重量部を有機溶媒に溶解した樹脂溶液に、炭素質粉末１００重量部を分散させて粘度１００〜１５００ｍＰａ・ｓのスラリーを作製する工程である。

樹脂結合材としてはスルホン酸などの電解質に対する耐酸性および燃料電池の作動温度に耐える耐熱性を有していれば特に限定されず、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂いずれも用いることができる。

熱硬化性樹脂としては、例えばレゾールタイプのフェノール樹脂、ノボラックタイプのフェノール樹脂に代表されるフェノール系樹脂、フルフリルアルコール樹脂、フルフリルアルコールフルフラール樹脂、フルフリルアルコールフェノール樹脂などのフラン系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ピレン−フェナントレン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、ジアリルフタレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂などが挙げられ、これらを単独又は２種以上を組み合わせて用いることもできる。

また、熱可塑性樹脂としては、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂、アクリロニトリルスチレン共重合体（ＡＳ）、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、メチルメタクリレートブタジエンスチレン共重合体（ＭＢＳ）、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体（ＭＳ）、アクリロニトリルエチレンプロピレンゴムスチレン共重合体（ＡＥＳ）、アクリロニトリルスチレンアクリレート（ＡＡＳ）等のスチレン系樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブテン−１、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）等のポリオレフィン系樹脂、ポリアミド樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）系樹脂、全芳香族ポリエステル樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、塩化ビニル系樹脂（ＰＶＣ）、ポリサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、（変性）ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリメタクリル酸メチル（アクリル）（ＰＭＭＡ）、フッ素樹脂、ポリケトン（ＰＫ）、ノルボルネン、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）などが例示され、これらを単独又は２種以上を混合して用いることもできる。

また、エラストマーも用いることができ、例えばイソプレン系エラストマーを始め、ブタジエン系エラストマー、ジエン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、エーテル系エラストマー、ポリスルフィド系エラストマー、ウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、シリコーン系エラストマー、これらの２種以上をブレンドしたエラストマーなどの他、熱可塑性エラストマーやエポキシ樹脂などの可撓性を有する熱硬化性樹脂、更に、上記の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂とブレンドしたもの、更に、熱硬化性樹脂変成エラストマーなどを用いることもできる。

分散剤は、スラリーの分散安定化のために添加するものであり、例えば界面活性剤が好適に用いられる。界面活性剤としては、例えば、芳香族エーテル型、カルボン酸エステル型、アクリル酸エステル型、リン酸エステル型、スルホン酸エステル型、脂肪酸エステル型、ウレタン型、フッ素型、アミノアマイド型、アクリルアマイド型などの非イオン界面活性剤、アンモニウム、スルホニウム、ホスホニウム含有ポリマーなどの陽イオン界面活性剤、カルボン酸型、リン酸型、スルホン酸型、ヒドロキシ脂肪酸型、脂肪酸アマイド型などの陰イオン界面活性剤などを単独、または２種以上を組み合わせて使用することができる。

また、分散剤はゲルパーミエーションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算重量平均分子量が２０００〜１０００００の範囲にあるものが好ましい。この分子量が２０００未満の場合は炭素質粉末に吸着した分散剤のポリマー成分が立体反発層として十分でなく、炭素質粉末の再凝集が起こるためであり、また、分子量が１０００００を越える場合には再現性よく製造することが困難であり、逆に凝集剤として作用する場合もあり、好ましくない。

なお、分散剤の他に、有機物シートに付着させたスラリーが垂れるのを防ぐために、セパレータ材の物性に影響しない程度の微量の垂れ防止剤を添加することも有効であり、均質な厚さのグリーンシートを作製することができる。垂れ防止剤としては、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アマイドのようなアマイド系ワックス、アマイドワックス系溶解ペーストやアマイドワックス系膨潤ペーストを主成分に主溶剤としてミネラルスプリット、キシレン、イソパラフィン、イソブタノール、Ｎ−メチルピロリドン、ベンジルアルコール、メタノール、エタノールなどの溶剤又は混合溶液が使用できる。

更に、必要に応じて、濡れ浸透剤、防腐剤、消泡剤、湿潤剤、色別れ防止剤などの添加剤を添加してスラリーの安定性を向上させることにより、表面の滑らかなグリーンシートを得ることもできる。

有機溶媒は、一般に入手可能で、樹脂を溶解させるものであれば特に制限なく使用することができ、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類が例示でき、スラリーの粘度、安定性、乾燥速度などを考慮すると、メチルエチルケトンが好適である。

上記の樹脂結合材を１０〜３５重量部および分散剤を０．１〜１０重量部の割合で有機溶媒に混合し、撹拌して樹脂溶液を作製する。樹脂結合剤の量比が１０重量部より少ないと炭素／硬化樹脂成形体の強度が低下し、３５重量部を越えると電気抵抗が高くなる。また、分散剤の量比が０．１重量部より少ないと樹脂溶液中に炭素質粉末を安定分散させることが困難となり、１０重量部より多いと樹脂の特性を低下させ、結果的にセパレータ材の機械的特性の悪化を招き、更に耐薬品性、特に硫酸酸性液中での特性劣化を招くことになる。なお、有機溶媒の量は作製するスラリーの粘度を考慮して適宜に設定する。

この樹脂溶液中に炭素質粉末を１００重量部の割合で添加して、万能攪拌機、超音波攪拌機、カッターミキサー、三本ロールなどにより樹脂溶液中に炭素質粉末を分散させて、粘度１００〜１５００ｍＰａ・ｓのスラリーを作製する。

炭素質粉末としては黒鉛粉末が好適であり、人造黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛、これらの混合物などが用いられる。溶媒量を少なくしても流動性が高く、安定なスラリーとし、またグリーンシートを作製する乾燥時に乾燥収縮が少なく、ひび割れを防止するためには粒度調整した炭素質粉末を用いることが好ましい。

すなわち、粒度分布がブロードであるほど粗粒炭素質粉末間の空隙に微粒炭素質粉末が入り込む充填効果により分散安定性の高いスラリーを得ることができる。例えば、アンドレアゼン分布式による平均粒径が３０〜７０μｍ、５〜１０μｍ、１〜３μｍに粒度調整して適宜な量比に混合した炭素質粉末を配合して用いると、ひび割れもなく、緻密なグリーンシートが得られ、これを熱圧成形したセパレータは薄肉でも高いガス不透過性が確保される。

なお、スラリー作製時にスラリー中に巻き込まれた空気がグリーンシートの表面に凹凸をつくり、均質性が低下することもあるので、遠心脱気や真空脱気で巻き込んだ空気を脱気することが好ましい。スラリーの粘度は１００〜１５００ｍＰａ・ｓに調整するが、スラリーの粘度は樹脂結合材、分散剤、炭素質粉末の量比により調整することもできるが、有機溶媒の量により調整することが好ましい。

スラリーの粘度が１００ｍＰａ・ｓを下回るとスラリー中の炭素質粉末の濃度が低いために有機物シートを浸漬してスラリーを付着させる際に炭素質粉末を均一に付着させることが困難であるうえに、成形体に占める有機物シートの比率が高まり高抵抗となる。一方、１５００ｍＰａ・ｓを越える高粘度になるとスラリーを薄く、均一に付着させることが難しく、また部分的に厚く付着したスラリーが生じ易くなり、作製したグリーンシートの厚さのばらつきが大きくなる。

工程２；
工程２は、このようにして作製されたスラリー中に、貫通孔の開口面積比（Ｒ）が２５〜８５％の有機物シートを浸漬して有機物シートの両面にスラリーを付着させた後、乾燥して有機物シートの両面にスラリーを被着してグリーンシートを作製する工程である。

有機物シートの材質としてはオレフィン系、ビニール系、スチレン系、エチレン系、ウレタン系、エステル系、アミド系、ポリプロピレン、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂などが用いられる。

そして、貫通孔を有する有機物シートとしては、上記の樹脂類の平織り、綾織り、綾畳織り、菱形、亀甲などのメッシュの他、カード式、湿式または乾式抄紙したケミカルボンド、サーマルボンドスパンレースもしくはスパンボンド、メルトブロー式、フラッシュ紡糸、トウ開繊式などの不織布なども例示することができる。

これらの有機物シートは、貫通孔の開口面積比（Ｒ）が２５〜８５％のものが適用される。貫通孔の開口面積比（Ｒ）が２５％を下回ると貫通方向の電気抵抗が増大し、８５％を上回ると強度低下が大きくなるためである。なお、開口面積比（Ｒ）とは単位面積当たりの開口面積の割合（開口面積／全面積×１００％）であり、有機物シートを適当な倍率に拡大して写真撮影し、これをメッシュに割り開口部をカウントして総メッシュ数で除して１００倍した値で示される。

なお、スラリーを有機物シートの貫通孔の内部に十分に浸透、充填させるためには、貫通孔の開口径は０．１ｍｍ以上であることが好ましく、貫通開口は機械加工や裁断あるいはレーザー加工などで設けることができる。

また、貫通孔を有する有機物シートとしてはある程度の可撓性と強度を具備していることが必要であり、例えば、テーバーこわさが小さく、ＪＩＳＰ８１２５−１９７６「荷重曲げ方法による板紙のこわさ試験方法」で測定されるテーバーこわさが１０ｍＮ・ｍ以下であり、また、シート厚さは５００μｍ以下であることが好ましい。

有機物シートをスラリー中に浸漬して有機物シートの両面にスラリーを付着させる。スラリーの付着量は、例えばスラリーの粘度、スラリー中への浸漬時間などにより調整することができ、その後、送風乾燥あるいは自然乾燥などの乾燥により有機溶媒を揮発除去して、有機物シートの両面にスラリー成分を被着させてグリーンシートが作製される。

なお、有機物シートをスラリー中に浸漬する場合、例えば有機物シートの束をロールに巻き付け、ロールから有機物シートを引き出してスラリー槽を潜らせたのち、乾燥機内を通過させながら連続的に巻き取る方法により、連続的に、能率よくグリーンシートを作製することもできる。

工程３；
工程３は、工程２で作製したグリーンシートをカッターや打ち抜き加工して所定の形状に切断し、１枚、もしくは必要により２枚以上を積層して熱圧成形する工程である。

所定形状に切断したグリーンシートは１枚もしくは必要に応じて２枚以上を金型内にセットして、樹脂結合材の種類により適宜な温度および圧力下、例えば、熱硬化性樹脂の場合には１５０〜２５０℃程度の温度、１０〜１００ＭＰａ程度の圧力で熱圧成形する。

このようにして、グリーンシートを熱圧成形することにより、図１に示したような有機物シート４の両面にスラリー成分である炭素質粉末と樹脂結合材の混合物が被着した混合物層２、および、有機物シートの貫通孔内に炭素質粉末と樹脂結合材の混合物が充填された充填層３が一体化した構造からなる、固体高分子形燃料電池セパレータ材１が製造される。また、５は有機物シートの貫通孔内に充填された炭素質粉末と樹脂結合材の混合物である。

なお、図１はグリーンシートを１枚熱圧成形した場合であるが、同様にして、所望するセパレータ材の厚さにより２枚以上のグリーンシートを積層して、熱圧成形することにより固体高分子形燃料電池セパレータ材を製造することもできる。

このようにして、厚さが薄く、ガス不透過性が高く、材質強度および導電性などの材質特性に優れた固体高分子形燃料電池のセパレータ材を製造することが可能となる。

以下、本発明の実施例を比較例と対比して具体的に説明するが、本発明はこの実施例に何ら制限されるものではない。

実施例１〜４、比較例１〜４
樹脂結合材としてエポキシ樹脂（主剤オルトクレゾールノボラックに硬化剤フェノールノボラック）２５重量部を、有機溶媒として８０〜１２０重量部のメチルエチルケトン（ＭＥＫ）に溶解し、分散剤として油中分散剤（陰イオン性界面活性剤；ポリカルボン酸塩、花王社製ホモゲノールＬ−１８）１重量部、垂れ防止剤（共栄社化学製、ターレン）１重量部を加えて樹脂溶液を作製した。

この樹脂溶液に、平均粒子径５５μｍが５５％、１０μｍが５％、３μｍが４０％の鱗片状天然黒鉛粉末１００重量部を加えて万能攪拌機により十分に撹拌混合し、遠心法により巻き込んだ空気を脱気して粘度の異なるスラリーを作製した。

有機物シートにはオレフィン系の糸を用いて、スパンボンド法により貫通孔の開口面積比（Ｒ）の異なる、厚さ９０μｍの不織布を用いた。この有機物シートの束をロールに巻き付け、巻き取りロールにより連続的に有機物シートを引き出してスラリー槽を潜らせたのち、乾燥機内を通過させる方法により、有機物シートの両面にスラリーを連続的に被着してグリーンシートを作製した。

このグリーンシートを３００ｍｍ×４８０ｍｍに切断して金型に入れ、温度１８０℃、圧力４０ＭＰａの条件で５分間熱圧成形して、図１に示した構造のセパレータ材（３００ｍｍ×４８０ｍｍ、最薄部厚さ０．１５ｍｍ）を製造した。なお、実施例４はこのグリーンシートを２枚積層して、同じ方法で熱圧成形してセパレータ材（最薄部厚さ０．３ｍｍ）を製造した場合である。

これらのセパレータ材について、下記の方法によりその特性を測定して、得られた結果を製造条件とともに表１に示した。

（１）厚さ（ｍｍ）；
マイクロメーターを使用してセパレータ材内の９点の厚さを測定して、平均値、ばらつき（最大値−最小値）を求めた。

（２）曲げ強度（ＭＰａ）；
ＪＩＳＲ１６０１に準拠して測定した。

（３）破断歪み（％）；
ＪＩＳＲ１６０１に準拠して測定した。

（４）電気抵抗率（ｍΩ・ｃｍ）；
ＪＩＳＣ２５２５により長さ方向を測定した。
試験片寸法：幅４ｍｍ×長さ３５ｍｍ×厚み０．３ｍｍ

（５）接触抵抗（ｍΩ・ｃｍ^２）；
試験片寸法３０ｍｍ×３６ｍｍのセパレータ材を、接触面寸法が３０ｍｍ×３０ｍｍになるようにずらして２枚積層し、１ＭＰａの荷重を掛けて接触面に１Ａの直流電流を流して、２枚の試験面の電圧降下から抵抗値を算出した。

（６）ガス透過量（×１０^−１２ｍｏｌ・ｍ・ｍ^−２・ｓｅｃ^−１・ＭＰａ）；
窒素ガスにより、差圧０．２ＭＰａの圧力をかけた際の窒素ガス透過量を測定した。
試験片寸法：直径７０ｍｍ×厚み０．３ｍｍ

本発明の実施例１〜４はセパレータとして良好な特性を有するものであった。一方、溶媒量が発明の範囲を外れる比較例１、２では、曲げ強度や破断歪みは実施例と同等であったが、電気抵抗率や接触抵抗が高くなり、又、ガス不透過性に劣るものであった。有機物シートの開孔面積比が発明の範囲を外れる比較例３、４では、曲げ強度、破断歪みやガス不透過性は実施例と同等であったが、電気抵抗率や接触抵抗に劣るものであった。

本発明により製造された固体高分子形燃料電池セパレータ材の構造を模式的に示した斜視図である。固体高分子型燃料電池の概略構造を示す一部断面図である。

符号の説明

１グリーンシートを熱圧成形した固体高分子形燃料電池セパレータ材
２炭素質粉末と樹脂結合材の混合物層
３有機物シートの貫通孔内に炭素質粉末と樹脂結合材の混合物が充填された充填層
４有機物シート
５有機物シートの貫通孔内に充填された炭素質粉末と樹脂結合材の混合物
６セパレータ
７ガス流路用溝
８カソード
９アノード
１０電解質膜
１１シール材

Claims

下記の工程１〜３、
樹脂結合材１０〜３５重量部、分散剤０．１〜１０重量部を有機溶媒に溶解した樹脂溶液に、炭素質粉末１００重量部を分散させて粘度１００〜１５００ｍＰａ・ｓのスラリーを作製する工程１、
貫通孔の開口面積比（Ｒ）が２５〜８５％である有機物シートを前記スラリー中に浸漬して有機物シートの両面に前記スラリーを付着させた後、乾燥して有機物シートの両面にスラリーを被着してグリーンシートを作製する工程２、
グリーンシートを所定形状に切断し、１枚もしくは２枚以上を積層して熱圧成形する工程３、
を順次に行うことを特徴とする固体高分子形燃料電池セパレータ材の製造方法。