JP2013093099A

JP2013093099A - 燃料電池セパレータ成形材料、燃料電池セパレータ、及び燃料電池

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Publication number: JP2013093099A
Application number: JP2011232559A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamamoto; 広志山本
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2031-10-24
Also published as: JP5979529B2

Abstract

【課題】成形性に優れ、複雑な凹凸形状を有する燃料電池セパレータを製造する場合にも成形不良が抑制され得ると共に、燃料電池セパレータ内の特性の異方性も低減され得る燃料電池セパレータ成形材料を提供する。
【解決手段】本発明に係る燃料電池セパレータ成形材料は、エポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂とのうち少なくとも一方を含有する樹脂成分と、黒鉛粒子とを含有する。前記黒鉛粒子の割合が固形分全量に対して７０〜８５質量％の範囲である。前記黒鉛粒子の、粒子の最大長を最大垂直長で割ることにより算出される値の粒子数量基準の５０％累積値で定義されるアスペクト比が、１〜２の範囲である。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池に適用される燃料電池セパレータを製造するための燃料電池セパレータ成形材料、この燃料電池セパレータ成形材料から製造される燃料電池セパレータ、及びこの燃料電池セパレータを備える燃料電池に関する。

一般に燃料電池は複数の単セルを数十〜数百個直列に重ねて構成されるセルスタックから成り、これにより燃料電池が起電力を発生させる。燃料電池は、電解質の種類によりいくつかのタイプに分類されるが、近年、高出力の燃料電池として、電解質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池が注目されている。

固体高分子型燃料電池の単セルは、例えば燃料電池セパレータ、ガスケット、膜−電極複合体が重ねられることで構成されている（図１参照）。燃料電池セパレータには、ガス供給排出用の溝が形成されている領域を取り囲む外周部分に、マニホールドが形成されている。また、必要に応じ、燃料電池セパレータの外周部分に、シーリングのためのガスケットが積層される。

このような燃料電池を構成する部品のうち、燃料電池セパレータは、その片面又は両面にガス供給排出用の溝が形成されると共にマニホールドが形成されている特異な形状を有している。燃料電池セパレータは、燃料電池内を流れる燃料、酸化剤及び冷却水が混合しないように分離する働きを有すると共に、燃料電池で発電した電気エネルギーを外部へ伝達したり、燃料電池で生じた熱を外部へ放熱したりするという、重要な役割を担っている。

燃料電池セパレータは、例えば黒鉛粒子と樹脂成分とを含有する成形材料などから形成される。このような成形材料が使用される場合、燃料電池セパレータは、一般的には成形材料が金型内で成形されることで、得られる。

近年、燃料電池の発電特性向上のため、燃料電池セパレータの形状の微細化が進み、成形材料の成形性に対する要求も益々高くなってきている。例えば、燃料電池セパレータにおける流体の流路中に、特許文献１，２に開示されているように複数の突起が形成される場合がある。このような燃料電池セパレータの形状の微細化に伴い、成形材料の異方性等に起因するような成形不良を抑制すべく、成形材料の成形性を改善することが要求されている。

特開２００８−１０１７９号公報国際公開ＷＯ２０１１／０６４９６１号

本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、成形性に優れ、複雑な凹凸形状を有する燃料電池セパレータを製造する場合にも成形不良が抑制され得ると共に、燃料電池セパレータ内の特性の異方性も低減され得る燃料電池セパレータ成形材料、この燃料電池セパレータ成形材料から形成され、成形不良が抑制されると共に異方性も低減されている燃料電池セパレータ、及びこの燃料電池セパレータを備える燃料電池を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池セパレータ成形材料は、エポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂とのうち少なくとも一方を含有する樹脂成分と、黒鉛粒子とを含有し、前記黒鉛粒子の割合が固形分全量に対して７０〜８５質量％の範囲であり、前記黒鉛粒子の、粒子の最大長を最大垂直長で割ることにより算出される値の粒子数量基準の５０％累積値で定義されるアスペクト比が、１〜２の範囲である。

本発明に係る燃料電池セパレータ成形材料は、エポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂とのうち少なくとも一方を含有する樹脂成分と、粒子の最大長を最大垂直長で割ることにより算出される値の粒子数量基準の５０％累積値で定義されるアスペクト比が１〜２の範囲である黒鉛粒子とを準備し、前記樹脂成分と前記黒鉛粒子とを攪拌混合するステップを含む方法により製造されることが好ましい。

本発明に係る燃料電池セパレータは、エポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂とのうち少なくとも一方を含有する樹脂成分の硬化物と、黒鉛粒子とを含有し、前記黒鉛粒子の割合が７０〜８５質量％の範囲であり、前記黒鉛粒子の、粒子の最大長を最大垂直長で割ることにより算出される値の粒子数量基準の５０％累積値で定義されるアスペクト比が、１〜２の範囲である。

本発明に係る燃料電池セパレータにおいて、前記黒鉛粒子のアスペクト比は、前記燃料電池セパレータを前記黒鉛粒子が燃焼しない条件で加熱することにより前記燃料電池セパレータを構成する前記樹脂成分の硬化物を灰化して除去し、残存する前記黒鉛粒子のアスペクト比を測定することで得られる値であることが好ましい。

本発明に係る燃料電池セパレータは、エポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂とのうち少なくとも一方を含有する樹脂成分と、粒子の最大長を最大垂直長で割ることにより算出される値の粒子数量基準の５０％累積値で定義されるアスペクト比が１〜２の範囲である黒鉛粒子とを準備し、前記樹脂成分と前記黒鉛粒子とを攪拌混合するステップを含む方法により製造される燃料電池セパレータ成形材料を成形することにより製造され、
前記燃料電池セパレータ成形材料に配合される前の前記黒鉛粒子のアスペクト比と、前記燃料電池セパレータ中の前記黒鉛粒子のアスペクト比との間に、変化がないことも好ましい。

本発明に係る燃料電池セパレータの内部に直径０．１ｍｍ以上のボイドが形成されていないことも好ましい。

本発明に係る燃料電池セパレータには、流体の流路を構成する溝と、この溝に連通する凹所とが形成され、前記凹所に、この凹所の底部から突出する複数の突起が形成されていることも好ましい。

本発明に係る燃料電池セパレータにおいて、前記突起の平面視における直径が０．２〜２．０ｍｍの範囲、若しくはこの突起の平面視面積が０．０３〜３．５ｍｍ^２の範囲であることが好ましい。

本発明に係る燃料電池は、前記燃料電池セパレータを備える。

本発明によれば、燃料電池セパレータ成形材料の成形性が大きく向上し、たとえ複雑な凹凸形状を有する燃料電池セパレータを製造する場合であっても成形不良が抑制されると共に、燃料電池セパレータ内の特性の異方性も低減される。

また、本発明により得られる燃料電池セパレータ内における特性の異方性が著しく低減されると共に燃料電池セパレータの導電性が安定化し、燃料電池セパレータの耐久性が向上する。

またこのため、燃料電池セパレータを備える燃料電池の出力の向上と出力の安定化が達成され得る。

図１（ａ）は、本発明の実施の形態における燃料電池の単位セルを示す概略の斜視図であり、図１（ｂ）は、前記単位セルにおける燃料電池セパレータを示す概略の斜視図である。本発明の実施の形態における、ガスケットが使用される場合の燃料電池の単位セルを示す分解斜視図である。図２における燃料電池セパレータの他の態様を示す平面図である。図３に示される燃料電池セパレータの一部拡大図である。本発明の実施の形態における燃料電池を示す斜視図である。

以下、発明の実施の形態を説明する。

本実施形態において、燃料電池セパレータ（以下、セパレータという）を製造するために用いられるセパレータ成形材料（以下、成形材料という）は、樹脂成分及び黒鉛粒子を含有する。

成形材料は、第一アミン及び第二アミンを含有しないことが好ましい。すなわち、この成形材料が、置換基−ＮＨ及び−ＮＨ₂を有する化合物を含有しないことが好ましい。更に成形材料は第三アミンを含有しないことが好ましい。このように成形材料がアミンを含有しないと、成形材料から形成されるセパレータが燃料電池中の白金触媒を被毒することがなく、燃料電池が長時間使用される場合の起電力の低下が抑制される。

樹脂成分は、エポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂のうち少なくとも一方を含有する。エポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂は良好な溶融粘度を有すると共に不純物が少なく、特にイオン性不純物が少ない点で優れている。

熱硬化性樹脂全量に対するエポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂の含有量は、５０〜１００質量％の範囲にあることが、好ましい。熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂のみ、熱硬化性フェノール樹脂のみ、或いはエポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂のみを含むのであれば、特に好ましい。

エポキシ樹脂は、固形状であることが好ましく、特にこのエポキシ樹脂の融点が、７０〜９０℃の範囲であることが好ましい。これにより、材料の変化が少なくなり、成形時の成形材料の取り扱い性が向上する。この融点が７０℃未満であると、成形材料中で凝集が生じやすくなって、取り扱い性が低下するおそれがある。また、エポキシ樹脂として溶融粘度が低粘度の樹脂が選択されれば、成形材料の良好な成形性が維持されつつ、成形材料及びセパレータ中に黒鉛粒子が高充填され得る。尚、前記作用が発揮される範囲内で、エポキシ樹脂の一部が液状であってもよい。

エポキシ樹脂としては、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂等が、用いられることが好ましい。このオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂は、良好な溶融粘度を有すると共に不純物が少なく、特にイオン性不純物が少ない点で優れている。

また、特にエポキシ樹脂が、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂のみからなるエポキシ樹脂成分を含み、或いはオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂と、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂から選択される少なくとも一種からなるエポキシ樹脂成分を含むことが好ましい。オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂が必須の成分であると、成形材料の成形性が向上すると共に、セパレータの耐熱性が向上する。また、製造コストが低減され得る。エポキシ樹脂成分中のオルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂の割合は、前記成形性の向上、セパレータの耐熱性の向上、製造コストの低減の観点から、５０〜１００質量％の範囲であることが好ましく、特に５０〜７０質量％の範囲であることが好ましい。

オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂と共に、ビスフェノール型エポキシ樹脂やビフェニル型エポキシ樹脂やビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂が併用されることも好ましい。この場合、成形材料の溶融粘度が更に低減し、更に薄型のセパレータが作製される場合にはその靱性が向上し得る。

特にビスフェノールＦ型エポキシ樹脂が使用されると、成形材料の粘度が低減し、成形材料の成形性が特に高くなる。この場合の、エポキシ樹脂成分中におけるビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の含有量は、３０〜５０質量％の範囲であることが好ましい。

また、ビフェニル型エポキシ樹脂が使用されると、このビフェニル型樹脂は溶融粘度が低いため、成形材料の流動性が著しく向上し、成形材料の薄型成形性が特に向上する。この場合のエポキシ樹脂成分中におけるビフェニル型エポキシ樹脂の含有量は３０〜５０質量％の範囲であることが好ましい。

また、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂が使用されると、セパレータの強度及び靱性が向上し、更にセパレータの吸湿性が低減し得る。このため、セパレータの機械的特性、導電性、並びに長期使用時の特性の安定性が向上する。この場合のエポキシ樹脂成分中におけるビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂の割合は、３０〜５０質量％の範囲であることが好ましい。

成形材料中の熱硬化性樹脂全量に対するエポキシ樹脂成分の含有量は５０〜１００質量％の範囲にあることが好ましい。

前記エポキシ樹脂成分は、熱硬化性樹脂中のエポキシ樹脂の少なくとも一部として、成形材料中に含有される。すなわち、このエポキシ樹脂成分以外の他の熱硬化性樹脂として、例えば前記エポキシ樹脂成分以外のエポキシ樹脂、熱硬化性フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂等から選択される一種又は複数種の樹脂が用いられてもよい。但し、エステル結合を含む樹脂は耐酸性環境下で加水分解するおそれがあるため、使用されないことが望ましい。また、熱硬化性樹脂として、セパレータの耐熱性や耐酸性の向上に寄与する点で、ポリイミド樹脂も適している。ポリイミド樹脂としては、特にビスマレイミド樹脂などが用いられることも好ましく、例えば、４，４−ジアミノジフェニルビスマレイミドが用いられることが好ましい。４，４−ジアミノジフェニルビスマレイミドが用いられると、セパレータの耐熱性が更に向上する。

熱硬化性フェノール樹脂が用いられる場合には、特に開環重合により重合反応が進行するフェノール樹脂が用いられることが好ましい。このようなフェノール樹脂としては、例えばベンゾオキサジン樹脂等が挙げられる。この場合は、成形材料の成形工程で脱水によるガスが発生しないので成形品中にボイドが発生せず、このためセパレータのガス透過性の低下が抑制される。また、レゾール型フェノール樹脂が用いられることも好ましく、例えば１３Ｃ−ＮＭＲ分析で、オルト−オルト２５〜３５％、オルト−パラ６０〜７０％、パラ−パラ５〜１０％の構造を有するレゾール型フェノール樹脂が用いられることが好ましい。レゾール樹脂は通常液状であるが、レゾール型フェノール樹脂の軟化点は容易に調整され得るため、融点が７０〜９０℃のレゾール型フェノール樹脂が容易に得られる。融点が７０〜９０℃のレゾール型フェノール樹脂が使用されることで、成形材料の変質が抑制され、成形時の成形材料の取り扱い性が向上する。この融点が７０℃未満であると、成形材料中で凝集が生じやすくなって、成形材料の取り扱い性が低下するおそれがある。

またエポキシ樹脂及び熱硬化性フェノール樹脂以外の他の樹脂が併用されてもよい。例えばポリイミド樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂等から選択される一種又は複数種の樹脂が用いられてもよい。但し、エステル結合を含む樹脂は耐酸性環境下で加水分解する恐れがあるため、使用されないことが望ましい。

また、熱硬化性樹脂として、セパレータの耐熱性や耐酸性の向上に寄与する点で、ポリイミド樹脂も適している。このようなポリイミド樹脂としては、特にビスマレイミド樹脂なども好ましく、その具体例として例えば、４，４−ジアミノジフェニルビスマレイミドが挙げられる。このような樹脂が併用されることで、セパレータの耐熱性が更に向上され得る。

エポキシ樹脂が使用される場合、樹脂成分は硬化剤を含有することが好ましく、この硬化剤はフェノール系化合物を含有することが好ましい。このフェノール系化合物としては、ノボラック型フェノール樹脂、クレゾールノボラック型フェノール樹脂、多官能フェノール樹脂、アラルキル変性フェノール樹脂等が挙げられる。

硬化剤全量に対するフェノール系化合物の含有量は、エポキシ樹脂の使用量に依存して決定される。また、硬化剤がフェノール系化合物のみであれば特に好ましい。

また、成形材料の固形分（揮発性成分を除く成分）中の熱硬化性樹脂と硬化剤の含有量は、その合計量が１４〜２４．１質量％の範囲であることが好ましい。

フェノール系化合物以外の硬化剤が使用される場合、硬化剤として非アミン系の化合物が用いられることが好ましい。この場合、セパレータの電気伝導度が高い状態に維持されると共に、燃料電池の触媒の被毒が抑制される。硬化剤として酸無水物系の化合物が用いられないことも好ましい。酸無水物系の化合物が使用される場合は硬化物が硫酸酸性環境下等の酸性環境下で加水分解して、セパレータの電気伝導度の低下が引き起こされたり、セパレータからの不純物の溶出が増大したりしてしまうおそれがある。

熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂が用いられる場合は、熱硬化性樹脂におけるエポキシ樹脂と硬化剤におけるフェノール系化合物とは、前記フェノール系化合物に対する前記エポキシ樹脂の当量比が０．８〜１．２の範囲となるように配合されることが好ましい。

また、黒鉛粒子は、セパレータの電気比抵抗を低減してセパレータの導電性を向上する。黒鉛粒子としては、高い導電性を有するのであれば、特に制限なく用いられる。例えば、メソカーボンマイクロビーズなどのような炭素質の黒鉛化により得られる黒鉛粒子、石炭系コークスや石油系コークスが黒鉛化されることにより得られる黒鉛粒子、黒鉛電極や特殊炭素材料の加工粉、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、膨張黒鉛等の適宜の黒鉛粒子が用いられ得る。このような黒鉛粒子は、一種のみが用いられても、複数種が併用されてもよい。

黒鉛粒子は、人造黒鉛粉、天然黒鉛粉のいずれでもよい。天然黒鉛粉は導電性が高いという利点を有し、また人造黒鉛粉は天然黒鉛粉に比べて導電性は多少劣るものの、異方性が少ないという利点がある。

黒鉛粒子は、天然黒鉛粉、人造黒鉛粉のいずれの場合であっても、精製されていることが好ましい。この場合は、黒鉛粒子中の灰分やイオン性不純物が低いため、セパレータからの不純物の溶出が抑制される。黒鉛粒子における灰分は０．０５質量％以下であることが好ましく、灰分が０．０５質量％を超えると、セパレータが用いられることで作製される燃料電池の特性が低下するおそれがある。

黒鉛粒子の平均粒径は１５〜１００μｍの範囲であることが好ましい。この平均粒径が１０μｍ以上であることで成形材料の成形性が向上し、平均粒径が１００μｍ以下となることでセパレータの表面平滑性が向上する。成形性の向上のためには、特に前記平均粒径が３０μｍ以上であることが好ましく、またセパレータの表面平滑性が特に向上して後述するようにセパレータの表面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１：２００１）が０．４〜１．６μｍの範囲、特に１．０μｍ未満となるためには前記平均粒径が７０μｍ以下であることが好ましい。

特に薄型のセパレータが作製される場合には、黒鉛粒子は１００メッシュ篩（目開き１５０μｍ）を通過する粒径を有することが好ましい。この黒鉛粒子中に１００メッシュ篩を通過しない粒子が含まれていると、成形材料中に粒径の大きい黒鉛粒子が混入してしまい、特に成形材料が薄型のシート状に成形される際の成形性が低下してしまう。

尚、セパレータの異方性の低減に関しては、セパレータにおける成形時の成形材料の流動方向と、この流動方向と直交する方向との間での接触抵抗の比が、２以下となることが好ましい。

黒鉛粒子全体は、特に２種以上の粒度分布を有すること、すなわち黒鉛粒子全体が平均粒径の異なる２種以上の粒子群の混合物であることも好ましい。この明細書において、粒子群とは、黒鉛粒子全体のうちの少なくとも一部を構成する複数の粒子の集合を意味する。黒鉛粒子全体が、特に平均粒径１〜５０μｍの範囲の粒子群と、平均粒径３０〜１００μｍの粒子群との混合物であることが好ましい。このような粒度分布を有する黒鉛粒子が用いられると、粒径の大きい粒子は表面積が小さいため、樹脂成分の含有量が少量であっても成形材料の混練が可能になることが期待される。更に粒径の小さい粒子によって粒子同士の接触性が向上すると共に、セパレータの強度向上も期待され、これにより、セパレータの密度の向上、導電性の向上、ガス不透過性の向上、強度の向上等といった、性能の向上が図られる。平均粒径１〜５０μｍの粒子群と平均粒径３０〜１００μｍの粒子群との混合比は、適宜調整されるが、特に前者対後者の混合質量比が４０：６０〜９０：１０、特に６５：３５〜８５：１５であることが好ましい。

尚、黒鉛粒子の平均粒径は、レーザー回折・散乱式粒度分析計（日機装株式会社製のマイクロトラックＭＴ３０００ＩＩシリーズなど）でレーザー回折散乱法により測定される体積平均粒径である。

黒鉛粒子のアスペクト比は、１〜２の範囲である必要がある。このようなアスペクト比の小さい黒鉛粒子は、公知の手法による製造され得る。例えば、コールタールピッチを原料として、熱処理、溶剤抽出と濾過分離、乾燥と仮焼および分級の工程を経て製造される球晶を、さらに焼成して所定の粒度に粉砕、分級した後、黒鉛化することにより、アスペクト比の小さい黒鉛粒子が製造される。これ以外にも種々の製法、粉砕法、分級法等が採用されることにより、アスペクト比の小さい黒鉛粒子が得られる。

このようにアスペクト比が１〜２の範囲である黒鉛粒子が準備され、この黒鉛粒子が樹脂成分等と配合されることで、アスペクト比が１〜２の範囲である黒鉛粒子を含有する成形材料が得られる。

尚、黒鉛粒子のアスペクト比は、黒鉛粒子の顕微鏡画像を画像処理することにより黒鉛粒子の最大長と最大垂直長（短径）とを導出し、この最大長を最大垂直長で割ることにより算出される値の、粒子数量基準の５０％累積値である。このようなアスペクト比は、例えば株式会社セイシン企業製の型番ＰＩＴＡ−２（粒度・形状分布測定器）を用いて測定することができる。

このように黒鉛粒子のアスペクト比が１〜２の範囲であると、成形材料の成形性が非常に高くなり、成形材料から形成されるセパレータに未充填などの成形不良が生じにくくなる。特に後述するように微細な突起を有するセパレータが形成される場合であっても、成形不良が生じにくくなる。これは、黒鉛粒子のアスペクト比が前記範囲にあることで、成形時に成形材料が金型内に充填される際に異方性が生じにくくなり、また成形材料が金型内で硬化する際の収縮が均一になるために、金型からの成形体の脱型性が良くなるためであると、推定される。

また、このような成形材料から形成されるセパレータは、アスペクト比が１〜２の黒鉛粒子を含む。すなわち、本実施形態による成形材料は成形性が良好であることから、黒鉛粒子と樹脂成分等とが混合されて成形材料が調製され、この成形材料が成形される過程において、黒鉛粒子の形状変化が生じにくい。すなわち、成形材料からセパレータを製造する工程において、黒鉛粒子のアスペクト比に変化が生じにくい。このためアスペクト比が１〜２の黒鉛粒子を含むセパレータが容易に得られる。このため、セパレータの電気抵抗値等の特性の異方性が著しく低減されると共にセパレータの導電性が安定化する。このため、セパレータを備える燃料電池の出力の向上と出力の安定化が達成され得る。特に、成形材料に配合される前の黒鉛粒子のアスペクト比と、この成形材料から形成されるセパレータ中での黒鉛粒子のアスペクト比との間に、変化がないことが好ましい。成形材料に配合される前の黒鉛粒子のアスペクト比と、この成形材料から形成されるセパレータ中での黒鉛粒子のアスペクト比との差が、０．２以内であれば、両者の間に変化がないとみなせる。すなわち、アスペクト比１〜２の範囲において、アスペクト比の差が０．２以下であると、アスペクト比の変化率は２０％以下であり、このレベルではアスペクト比の変化がないといえる。

成形材料に配合される前の黒鉛粒子のアスペクト比と、この成形材料から形成されるセパレータ中での黒鉛粒子のアスペクト比との間に、変化が生じないようにするためには、成形材料の調製時に、ロール工法などのような、黒鉛粒子に大きなせん断力がかけられる処理は施されないことが好ましい。

尚、セパレータ中における黒鉛粒子のアスペクト比は、黒鉛粒子が燃焼しない条件でセパレータを加熱することによりセパレータを構成する樹脂成分の硬化物を灰化して除去し、残存する黒鉛粒子のアスペクト比を測定することで、確認される。この場合のセパレータの加熱温度は適宜設定されるが、好ましくは４５０℃である。セパレータの加熱は、加熱炉を用いておこなうことができる。尚、セパレータの加熱のために熱重量測定（ＴＧＡ）装置を採用することもでき、この場合、温度、雰囲気等の条件を適切に設定することで樹脂成分の硬化物のみを分解させることが容易となる。

また、上記のように成形材料の成形性が良好であり、成形不良が生じにくくなるため、セパレータ内にはボイドが生じにくくなる。このため、内部に直径０．１ｍｍ以上のボイドが存在しないセパレータを得ることも可能となる。このようにセパレータ内のボイドが抑制されると、金型からの脱型時にボイドに起因する金型面への材料の付着が抑制される。また、ボイドが抑制されることで、セパレータの微細な凹凸形状にボイドに起因する欠けなどの不良が生じにくくなる。セパレータには微細な凹凸が多数あるため、このような凹凸に欠けが生じると燃料電池の発電安定性に大きな影響が与えられてしまうが、本実施形態では凹凸における欠けが抑制されるため、燃料電池の良好な発電安定性が保たれる。また、セパレータ内のボイドが抑制されると、セパレータの内部が緻密に形成されることで、セパレータの電気的特性が更に安定化すると共に機械的強度が向上する。更に、ボイドが抑制されることで、燃料電池内でセパレータに水分が付着しにくくなり、このため水分の付着によるセパレータの経時的な導電性の低下が、抑制される。尚、セパレータ内部におけるボイドの有無及びボイドの直径は、セパレータを破断し、更にその断面を研磨してから、この断面を観察することで確認される。

成形材料中の黒鉛粒子の割合は、成形材料中の固形分全量に対して７０〜８５質量％の範囲であり、すなわち、この成形材料から形成されるセパレータ中の黒鉛粒子の割合は７０〜８５質量％の範囲である。このように黒鉛粒子の割合が７０質量％以上であると、セパレータに充分に優れた導電性が付与されと共に、セパレータの機械的強度が充分に向上する。またこの割合が８５質量％以下であると、成形材料に充分に優れた成形性が付与されると共にセパレータに充分に優れたガス透過性が付与される。この黒鉛粒子の割合は更に７０〜８０質量％の範囲であることが好ましい。

成形材料は、必要に応じて硬化触媒、ワックス（離型剤）、カップリング剤等の添加剤を含有してもよい。

硬化触媒（硬化促進剤）としては、特に制限されないが、成形材料が第一アミン及び第二アミンを含有しないためには、非アミン系の化合物が用いられることが好ましい。例えば、アミン系のジアミノジフェニルメタンなどは残存物が燃料電池の触媒を被毒する恐れがあり、好ましくない。

硬化促進剤がイミダゾールを含むことも好ましい。イミダゾールが用いられる場合、保存性の観点からはイミダゾールは液状でないことが好ましい。またシアンを含むイミダゾールは劇物であるため、シアンを含まないイミダゾールが用いられることが好ましい。また、成形材料の示差走査熱量測定により測定される発熱ピーク温度が１５０℃以上１８０℃以下となり得るようなイミダゾールが用いられることが好ましい。イミダゾールの好ましい具体例としては、２−メチルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番２ＭＺ−Ｈ）、２−ウンデシルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番Ｃ１１Ｚ）、２−ヘプタデシルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番Ｃ１７Ｚ）、２−フェニル−４−メチルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番２Ｐ４ＭＺ）、１，２−ジメチルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番１．２ＤＭＺ）、２−エチル−４−メチルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番２Ｅ４ＭＺ）、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番１Ｂ２ＭＺ）、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番１Ｂ２ＰＺ）、２−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物（例えば四国化成工業株式会社製の品番２ＰＺ−ＯＫ）、エポキシ−イミダゾールアダクト（例えば四国化成工業株式会社製の品番Ｐ−０５０５）、２，３−ジヒドロ−１Ｈ−ピロロ［１，２−ａ］ベンズイミダゾール（例えば四国化成工業株式会社製の品番ＴＢＺ）等が挙げられる。

イミダゾールとして特に測定開始温度３０℃、昇温速度１０℃／分、保持温度１２０℃、保持温度での保持時間３０分の条件で加熱された場合の重量減少が５％以下であり、且つ２位に炭化水素基を有する置換イミダゾールが用いられることが、成形材料の保存安定性が向上する点でも好ましい。更に、特に薄型のセパレータが作製される場合には、ワニス状に調製された成形材料からシート状のセパレータが形成される際の溶剤の揮発性、セパレータの平滑性などが良好となる。この置換イミダゾールとして、特に２位の炭化水素基の炭素数が６〜１７の置換イミダゾールが使用されることが好ましく、その具体例としては、２−ウンデシルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール等が挙げられる。このうち、２−ウンデシルイミダゾール及び２−ヘプタデシルイミダゾールが好適である。これらの化合物は一種単独で用いられ、或いは二種以上が併用される。このような置換イミダゾールの含有量は適宜調整され、それにより成形硬化時間が調整され得る。この置換イミダゾールの含有量は好ましくは成形材料中のエポキシ樹脂と硬化剤との合計量に対して、０．５〜３質量％の範囲であることが好ましい。

また、硬化触媒として、好ましくはリン系化合物が用いられる。リン系化合物と前記置換イミダゾールとが併用されてもよい。リン系化合物の一例として、トリフェニルホスフィンが挙げられる。このようなリン系化合物が用いられると、セパレータからの塩素イオンの溶出が抑制される。

成形材料は、硬化促進剤として、次の［化１］で示される化合物を含有することも好ましい。この場合、セパレータの耐湿性が向上する。しかも、この［化１］で示される化合物は、セパレータのガラス転移温度の低下や、熱時剛性の低下や、連続成形性の悪化などを引き起こすことがない。むしろこの［化１］で示される化合物が使用されることにより、セパレータのガラス転移温度が上昇し、熱時剛性が向上し、更に成形材料の成形時の離型性が向上して連続成形性が向上し得る。

更に、この構造式［化１］で示される化合物からは、イオン性不純物の溶出が生じにくい。このため、構造式［化１］で示される化合物が使用されることで、セパレータからのイオン性不純物の溶出が抑制され、不純物の溶出による燃料電池の起動電圧低下等の特性低下が抑制される。構造式［化１］で示される化合物からイオン性不純物の溶出が生じにくいのは、この化合物の酸解離定数（ｐＫａ）が小さいためであると推察される。

構造式［化１］で示される化合物の、硬化促進剤全量に対する割合は、２０〜１００質量％の範囲であることが好ましい。この割合が２０質量％未満であると、セパレータのガラス転移温度（Ｔｇ）の上昇が充分ではないおそれがある。

このような硬化触媒の含有量は適宜調整されるが、好ましくは成形材料中のエポキシ樹脂に対して０．５〜３質量部の範囲とする。

カップリング剤としては、特に制限されないが、成形材料が第一アミン及び第二アミンを含有しないためには、アミノシランは用いられないことが好ましい。アミノシランが用いられると、燃料電池の触媒が被毒される恐れがあり好ましくない。カップリング剤としてメルカプトシランが用いられないことも好ましい。このメルカプトシランが用いられる場合も、同様に燃料電池の触媒が被毒される恐れがある。

カップリング剤の例としては、シリコン系のシラン化合物、チタネート系、アルミニウム系のカップリング剤が挙げられる。例えばシリコン系のカップリング剤としては、エポキシシランが適している。

エポキシシランカップリング剤が使用される場合の使用量は、成形材料の固形分中の含有量が０．５〜１．５質量％となる範囲であることが好ましい。この範囲において、カップリング剤がセパレータの表面にブリードすることを充分に抑制することができる。

カップリング剤は黒鉛粒子の表面に予め噴霧等により付着されていてもよい。その場合の添加量は、黒鉛粒子の比表面積と、カップリング剤の単位質量当たりの被覆可能面積（カップリング剤によって被覆され得る面積）とを考慮して適宜設定される。カップリング剤の添加量は、特にカップリング剤の被覆可能面積の総量が黒鉛粒子の表面積の総量の０．５〜２倍の範囲となるように調整されることが好ましい。この範囲において、セパレータの表面におけるカップリング剤のブリードが充分に抑制され、これにより金型表面の汚染が抑制される。

ワックス（内部離型剤）としては、特に制限されないが、１２０〜１９０℃で成形材料中の熱硬化性樹脂及び硬化剤と相溶せずに相分離する内部離型剤が用いられることが好ましい。このような内部離型剤として、ポリエチレンワックス、カルナバワックス、及び長鎖脂肪酸系のワックスから選ばれる少なくとも一種が挙げられる。このような内部離型剤が成形材料の成形過程で熱硬化性樹脂及び硬化剤と相分離することで、セパレータの離型性が向上する。

内部離型剤の含有量はセパレータの形状の複雑さ、溝深さ、抜き勾配など金型面との離形性の容易さなどに応じて適宜設定されるが、成形材料中の固形分全量に対して０．１〜２．５質量％の範囲であることが好ましい。この含有量が０．１質量％以上であることで金型成形時にセパレータが十分な離型性を発揮し、またこの含有量が２．５質量％以下であることでセパレータの親水性が充分に高く維持される。このワックスの含有量は０．１〜１質量％の範囲であれば更に好ましく、０．１〜０．５質量％の範囲であれば特に好ましい。

また、特に薄型のセパレータが作製される場合には、成形材料は溶剤を含有する液状（ワニス状及びスラリー状を含む）の組成物であってもよい。溶媒としては、たとえばメチルエチルケトン、メトキシプロパノール、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の極性溶媒が好ましい。溶媒は一種のみが用いられても二種以上が併用されてもよい。溶媒の使用量は、シート状のセパレータが作製される際の成形材料の成形性を考慮して適宜設定されるが、好ましくは成形材料の粘度が１０００〜５０００ｃｐｓの範囲となるように調整される。尚、溶媒は必要に応じて使用されればよく、成形材料中の熱硬化性樹脂が液状樹脂であるなどの理由で成形材料が液状に調製されるならば、溶媒が使用されなくてもよい。

セパレータ中のイオン性不純物の含有量は、成形材料全量に対して質量比率でナトリウム含量５ｐｐｍ以下、塩素含量５ｐｐｍ以下とであることが好ましい。そのためには成形材料のイオン性不純物の含有量が、成形材料全量に対して質量比率でナトリウム含量５ｐｐｍ以下、塩素含量５ｐｐｍ以下であることが好ましい。この場合、セパレータからのイオン性不純物の溶出が抑制され、このため不純物の溶出による燃料電池の起動電圧低下等の特性低下が抑制される。

セパレータ及び成形材料のイオン性不純物の含有量が上記のように低減するためには、成形材料を構成する熱硬化性樹脂、硬化剤、黒鉛、その他添加剤等の各成分のそれぞれのイオン性不純物の含有量が、各成分に対して質量比率でナトリウム含量５ｐｐｍ以下、塩素含量５ｐｐｍ以下であることが好ましい。

イオン性不純物の含有量は、対象物（成形材料、熱硬化性樹脂など）から溶出したイオン性不純物を含む抽出水中の、イオン性不純物の量に基づいて導出される。抽出水は、イオン交換水中に対象物が対象物１０ｇに対してイオン交換水１００ｍｌの割合となるように投入された状態で、このイオン交換水及び対象物が９０℃で５０時間加熱されることで、得られる。抽出水中のイオン性不純物は、イオンクロマトグラフィで評価される。この抽出水中のイオン性不純物量が対象物に対する質量比に換算されることで、対象物中のイオン性不純物の量が導出される。

成形材料は、この成形材料から形成されるセパレータから得られる抽出水のＴＯＣ（ｔｏｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ）が１００ｐｐｍ以下となるように調製されることが好ましい。

ＴＯＣは、イオン交換水中にセパレータが、セパレータの質量１０ｇに対してイオン交換水１００ｍｌの割合で投入され、このイオン交換水及びセパレータが９０℃で５０時間加熱されることで得られる溶液（抽出水）から測定される数値である。このようなＴＯＣは、例えばＪＩＳＫ０１０２に準拠して、島津製作所株式会社製の全有機炭素分析装置「ＴＯＣ−５０」などで測定され得る。測定にあたっては、サンプルの燃焼により発生したＣＯ２濃度が非分散型赤外線ガス分析法で測定され、これによりサンプル中の炭素濃度が定量される。この炭素濃度が測定されることによって、間接的にセパレータが含有する有機物質濃度が測定される。サンプル中の無機炭素（ＩＣ）、全炭素（ＴＣ）が測定されると、全炭素と無機炭素の差（ＴＣ−ＩＣ）から全有機炭素（ＴＯＣ）が導出される。

上記のＴＯＣが１００ｐｐｍ以下であると、燃料電池の特性低下が更に抑制される。

ＴＯＣの値は、成形材料を構成する各成分として高純度の成分が選択されたり、樹脂の当量比が調整されたり、成形時に後硬化処理が施されたりすることによって、低減され得る。

前記のような原料成分が配合されることで成形材料が調製され、この成形材料が成形されることでセパレータが得られる。

このようにセパレータが製造されるにあたり、原料成分、成形材料、及びセパレータのうち少なくともいずれかから、金属成分が除去されることが好ましい。特に、少なくとも成形材料から金属成分を除去することが好ましい。これにより、燃料電池セパレータの金属成分の含有量が低減する。

原料成分からの金属成分の除去方法の一例として、原料成分中の前記金属成分を磁石を用いて吸引除去する方法が挙げられる。原料成分のうち、特に黒鉛粒子から金属成分を除去する方法としては、黒鉛粒子を、ｐＨ２以下の強酸性溶液を用いて洗浄する方法も挙げられる。強酸性溶液としては、例えば濃度６９質量％の濃硝酸と濃度３６質量％の濃塩酸とを体積比で１：３の割合で混合して得られる王水、濃度１５質量％以上の塩酸水、濃度１５質量％以上の硫酸水、及び濃度１５質量％以上の硝酸水から選ばれる少なくとも一種を使用することができる。この場合、黒鉛粒子から前記金属成分を容易に除去できる。前記塩酸水、硫酸水及び硝酸水の濃度は、操作性の観点から３０質量％以下であることが好ましい。

成形材料からの金属成分の除去方法としては、原料成分からの金属成分の除去方法と同様に、成形材料中の前記金属成分を磁石を用いて吸引除去する方法などが挙げられる。

この成形材料を成形して、成形体（セパレータ）を得ることができる。成形法としては、射出成形や圧縮成形など、適宜の手法が採用され得る。例えば図１に示すセパレータ２０には両面に複数個の凸部（リブ）２１が形成されることで、隣り合う凸部２１同士の間に、燃料である水素ガスや酸化剤である酸素ガスなどの流体の流路を構成する溝２が形成される。

尚、セパレータは、片面のみに溝を有するアノード側セパレータと、前記アノード側セパレータとは反対側の片面のみに溝を有するカソード側セパレータとで構成されてもよい。このアノード側セパレータとカソード側セパレータとが重ねられることで、図１に示すような両面に溝２を有するセパレータ２０が構成される。アノード側セパレータとカソード側セパレータとの間には冷却水が流通する流路が形成されてもよい。この場合、アノード側セパレータとカソード側セパレータとの間にはガスケットが介在することが好ましい。

成形材料は、粒状、シート状等の適宜の形状に形成される。成形材料が粒状である場合には、上記のような樹脂成分と、アスペクト比が１〜２の範囲である黒鉛粒子とを含む原料成分が準備され、この原料成分が例えば攪拌混合機などで攪拌混合され、或いは更に整粒機などで粉砕されるなどして整粒されることで、成形材料が得られる。尚、原料成分の攪拌混合にあたっては、例えばプラネタリーミキサー等の攪拌混合機を用いる方法などのように原料成分に大きなせん断力をかけない方法が採用されることが好ましく、上述の通り、ロール工法等のような原料成分に大きなせん断力をかける方法は採用されないことが好ましい。また、セパレータ内のボイドの発生を抑制するためには、造粒工法を経ないことが好ましい。すなわち、回転ミキサ等の装置により成形材料が造粒されると、黒鉛粒子及び樹脂成分に作用するせん断力が小さく、また溶媒などが添加されるので、成形材料から形成されるセパレータの内部に微細なボイドが残存しやすくなる。

また、ワニス状に調製された成形材料から薄型のセパレータが形成される場合には、例えばまず成形材料がシート状に成形されることで、シート状の成形材料（燃料電池セパレータ成形用シート（成形用シート））が得られる。成形材料は、例えばキャスティング（展進）成形によりシート状に成形される。この際には、複数種の膜厚調節手段が適用され得る。このような複数種の膜厚調節手段が用いられるキャスティング法は、例えばすでに実用化されているマルチコータが用いられることで実現される。キャスティングのための膜厚調節手段としては、スリットダイとともに、ドクターナイフおよびワイヤーバーの少なくともいずれか、すなわちいずれか一方もしくは両方を用いることが好ましい。この成形用シートの厚みは、０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、０．１ｍｍ以上であれば更に好ましい。また、この厚みは０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以下であれば更に好ましい。このように成形用シートの厚みが０．５ｍｍ以下であると、セパレータ１の薄型化や軽量化、並びにそれによる低コスト化が達成され、特に厚みが０．３ｍｍ以下であれば溶媒を使用する場合の成形用シート内部の溶媒の残存が効果的に抑制される。またこの厚みが０．０５ｍｍ未満の場合にはセパレータの製造にあたっての有利さが充分に発揮されなくなり、特に成形性を考慮するとこの厚みは０．１ｍｍ以上であることが好ましい。

この成形用シートが、キャスティングにともなう乾燥によって半硬化（Ｂステージ）状態とされ、更に圧縮・熱硬化成形されるなどして、両面に複数個の凸部（リブ）が形成されると共にこの凸部（リブ）間に溝が形成され、これによりセパレータが得られる。このとき、セパレータが波板状に形成され、その一面側の凸部の裏側に他面側の溝が形成されると、薄型でありながら両面に複数個の凸部（リブ）を有すると共にこの凸部（リブ）間に溝を有するセパレータが得られる。

この成形用シートの圧縮・熱硬化成形時には、まず成形用シートが必要に応じて所定の平面寸法にカット（切断）もしくは打ち抜かれ、更に金型内において圧縮成形機で熱硬化される。この圧縮・熱硬化成形の条件は、成形材料の組成、導電性基材の種類、成形厚みなどにもよるが、加熱温度が１２０〜１９０℃の範囲、圧縮圧力が１〜４０ＭＰａの範囲に設定されることが好ましい。

セパレータの作製にあたっては、一枚の成形用シートが成形されることでセパレータが作製されてもよく、成形用シートが複数枚重ねられて成形されることでセパレータが作製されてもよい。

このように成形用シートが成形されることで、薄型のセパレータ、特に厚み０．２〜１．０ｍｍの範囲のセパレータが製造される。このようにセパレータの製造時に成形用シートが使用されることで、薄型のセパレータが製造される場合でも成形材料が薄く且つ均一に配置されやすくなり、成形性や厚み精度が高くなる。

尚、セパレータの作製時には、成形用シートと適宜の導電性基材とが積層されてもよい。導電性基材が用いられると、セパレータの機械的強度が向上する。導電性基材が用いられる場合には、例えば導電性基材の両側にそれぞれ成形用シート（複数枚の成形用シートの積層物を含む）が積層した状態で圧縮・熱硬化成形され、或いは成形用シート（複数枚の成形用シートの積層物を含む）の両側にそれぞれ導電性基材が積層した状態で圧縮・熱硬化成形される。

前記導電性基材としては、たとえば、カーボンペーパー、カーボンプリプレグ、カーボンフェルト等が例示される。また、これらの導電性基材は、導電性を損なわない範囲で、ガラス、樹脂等の基材成分を含有してもよい。導電性基材の厚みは、０．０３〜０．５ｍｍの範囲が好ましく、０．０５〜０．２ｍｍの範囲がより好ましい。

成形材料が圧縮成形されることで得られる成形体（セパレータ）には、ブラスト処理が施されるなどして、表層のスキン層が除去されると共にこのセパレータの表面粗さが調整されることが好ましい。

このセパレータの表面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１：２００１）は、０．４〜１．６μｍの範囲であることが好ましい。この場合、セパレータとガスケットとの接合部でのガスリークが抑制される。このためウエットブラスト処理時にセパレータにおけるガスケットと接合する部位をマスクする必要がなくなり、セパレータの生産効率が向上する。尚、前記算術平均高さＲａが０．４μｍ未満となることは困難であり、またこの値が１．６μｍより大きいと前記ガスリークが充分に抑制されなくなるおそれがある。このセパレータの表面の算術平均高さＲａは特に１．２μｍ以下であることが好ましい。更にこのセパレータの表面の算術平均高さＲａが１．０μｍ未満であると、前記ガスリークが特に抑制され、セパレータの薄型化に伴ってセルスタック作製時の締結力が低くなっても、前記ガスリークが充分に抑制される。セパレータの表面の算術平均高さＲａが０．６μｍ以上であることも好ましい。

セパレータの表面の接触抵抗は１５ｍΩｃｍ²以下であることが好ましい。この場合、燃料電池で発電した電気エネルギーを外部へ伝達するというセパレータの機能が高いレベルで維持される。

前記ブラスト処理時には、成形体（セパレータ）にウエットブラスト処理が施されると共に、この処理においてアルミナ粒子等の砥粒を含むスラリーから磁石で金属成分が除去されることが好ましい。ブラスト処理に用いられる砥粒には不純物として金属成分が混入していることがあり、またブラスト処理時に砥粒を含むスラリーに金属成分が混入することがある。このような金属成分を含むスラリー用いてブラスト処理が施されると、セパレータの表面に砥粒から金属成分が打ち込まれてしまう。しかし、前記のようにスラリーから磁石により金属成分が除去されながら、この砥粒によりウエットブラスト処理が施されると、ブラスト処理時にセパレータに金属成分が付着しにくくなる。すなわち、ウエットブラスト処理によってスキン層の除去や表面粗さの調整などがされつつ、このウエットブラスト処理時に、スラリー中の砥粒に含まれる金属異物などの金属成分がセパレータへ打ち込まれにくくなる。また、このウエットブラスト処理において、スラリーが循環させながら繰り返し使用されると共に、このスラリーの循環時にスラリーから金属成分が磁石などで吸引除去されると、スラリー中の砥粒から磁石により金属成分が除去されながら、この砥粒によってウエットブラスト処理が施される。

更に、黒鉛粒子からの金属成分の除去方法と同様に、成形体（セパレータ）から金属成分が磁石によって吸引除去されてもよい。この場合、例えば成形体（セパレータ）が一対の磁石の間に配置されることで、成形体（セパレータ）から金属成分が吸引除去される。尚、磁石を用いた吸引除去以外の適宜の方法で成形体（セパレータ）から金属成分が除去されてもよい。但し、強酸性溶液によって洗浄する方法ではセパレータを構成する樹脂が溶解してしまうおそれがあり、また超音波洗浄ではセパレータから黒鉛粒子が脱離してしまうおそれがあるため、好ましくない。

エポキシ樹脂を含む熱硬化性樹脂を用いると共にフェノール系化合物を含む硬化剤を用いる場合は、水酸基が成形体の表面に分布することになる。特に成形材料中でのフェノール系化合物に対するエポキシ樹脂の当量比が０．８〜１．２であると、後述するとおり成形体に対する表面処理により成形体の親水性が大きく向上すると共にこの親水性が長期間持続するようになる。この当量比が１．２より大きいと前記のような効果が得られないものであり、これは成形体に分布する水酸基が不足してしまうためであると考えられる。またこの当量比が０．８未満の場合も、理由は不分明ではあるが、前記のような効果が得られなくなってしまう。表面処理による効果を著しく発揮させるためには、特に前記当量比が０．８〜１．０の範囲であることが好ましく、この場合、水酸基の当量が過剰となって多くの水酸基を成形体の表面に分布させることができるようになる。前記当量比が０．８〜０．９の範囲であれば更に好ましい。

熱硬化性フェノール樹脂を含む熱硬化性樹脂を用いる場合も、成形体中に熱硬化性フェノール樹脂に起因する水酸基が成形体の表面に分布することになる。これにより、後述するとおり成形体に対する表面処理による親水性向上の効果が向上する。

この成形体の表面に対し、この成形体の表面に親水化のための表面処理が施されることが好ましい。この表面処理としては、プラズマ処理と、オゾンガスによる処理とが挙げられる。

ウエットブラスト処理後の成形体には、親水化のための表面処理に先立って乾燥処理が施されることも好ましい。この乾燥処理では、成形体がエアブローなどにより風乾されることが好ましい。この場合、必要に応じて常温若しくは温風によるエアブローが採用され、或いは常温でのエアブローの後に温風によるエアブローを追加的に施されてもよい。また、乾燥処理にあたっては、成形体をシリカゲル等の乾燥剤を入れたデシケータ中に静置する方法、成形体を室温以上（例えば５０℃）の温度の乾燥機中に静置する方法、真空乾燥機を使用して成形体から水分を除去する方法等が採用されてもよい。この乾燥処理により、成形体が、その吸湿率が０．１％以下になるまで乾燥されることが好ましい。

プラズマ処理としては、大気圧プラズマ処理が施されることが好ましく、特にリモート方式でのプラズマ処理が施されることが好ましい。このリモート方式での大気圧プラズマ処理では、例えば吹き出し口を有する放電空間と、この放電空間に電界を発生させるための放電用電極とを備えるプラズマ処理装置が用いられる。このプラズマ処理装置では、放電空間にプラズマ生成用ガスが供給されると共にこの放電空間内の圧力が大気圧近傍に維持され、更に放電用電極間に電圧が印加されることで放電空間に放電を発生すると、放電空間内でプラズマが生成する。このプラズマを含むガス流が吹き出し口から吹き出されて成形体に吹き付けられることによって、成形体にプラズマ処理が施される。このようなプラズマ処理装置としては、例えば積水化学工業株式会社製のＡＰＴシリーズが挙げられるが、パナソニック電工株式会社、ヤマトマテリアル株式会社などから提供されている適宜のプラズマ処理装置が用いられてもよい。

このようなリモート方式のプラズマ処理が採用されると、成形体の表面に向けてプラズマが吹き付けられ、このため成形体の溝の内面まで充分に処理がなされる。またプラズマ処理時に成形体が放電に曝されず、このため成形体がプラズマ処理時に損傷しにくくなる。

大気圧プラズマ処理は、成形体の表面に所望の親水性が付与されるように適宜設定された条件でおこなわれる。この大気圧プラズマ処理におけるプラズマ生成用ガスは、窒素ガスであることが好ましく、特にこの窒素ガス中の酸素含有量が２０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。この場合、大気圧プラズマ処理によってセパレータに特に高い親水性が付与される。

また、大気圧プラズマ処理は、成形体の表面に結露が生じないように成形体の温度及び雰囲気温度が調整された条件下で行われることが好ましい。この場合、成形体の表面に付着した水滴によりプラズマが消費されてしまうことが抑制され、処理効率が向上する。成形体の温度は、前記のとおりこの成形体の表面に結露が生じない温度（露点温度）以上であることが好ましく、安定した大気圧プラズマ処理のためには７０℃以下であることが好ましい。大気圧プラズマ処理の安定化のためには、成形体の温度及び雰囲気温度が一定に保たれることも重要である。雰囲気温度の調節にあたっては、通常、プラズマ処理装置のプラズマユニット部分の温度が調節され、プラズマ処理装置の構成によってはプラズマ処理時に成形体を支える台の温度が調節される。

尚、大気圧プラズマ処理にあたり、リモート方式以外の方式のプラズマ処理、例えばダイレクト方式のプラズマ処理が採用されてもよい。

プラズマ処理後の成形体は、そのまま大気中に放置されてもよいが、成形体をイオン交換水などの水に浸漬させるなどしてこの成形体の表面と水と接触させる水接触処理が施されることが好ましい。

このようにして大気圧プラズマ処理を含む表面処理が成形体に施されると、成形体の表面の親水性が向上すると共に、この高い親水性が長期に亘って維持されるようになる。この親水化のメカニズムの詳細は不明であるが、成形体の表面に水酸基が分布することでこの表面に水分が吸着して官能基が生成しやすくなり、更に大気圧プラズマ処理により、成形体の表面から汚染物質が除去されて活性の高い状態となると共にこの活性化された表面に水酸基等の親水性の官能基が導入されて、成形体の表面に親水性の官能基が多く形成し、これが親水性向上に寄与していると考えられる。

特に成形体にプラズマ処理に先だって上記のような乾燥処理が施されると、成形体への大気圧プラズマ処理が水分子によって阻害されにくくなり、大気圧プラズマ処理の効率が向上する。

尚、大気圧プラズマ処理にあたっては、成形体でアークが発生しないことが好ましい。そのためには、たとえば、プラズマ処理装置の電極部にアース装置が設置されていることなどが望ましい
またプラズマ処理後の成形体に上記のような水接触処理が施されると、成形体の表面の親水性が更に向上する。その詳細なメカニズムは明らかではないが、大気圧プラズマ処理によって活性化された成形体の表面に水分子が吸着することに起因して成形体の表面の親水性が向上すると考えられる。

一方、オゾンガスによる処理は、成形体の表面にオゾンガスを接触させることでおこなわれる。

成形体の表面にオゾンガスを接触させる表面処理は、例えば成形体が配置されている容器内にオゾンガスを含むガスが供給されることでおこなわれる。オゾンガスを含むガスとしては、オゾンガスと酸素ガスや空気等とを含む混合ガスが挙げられる。この表面処理におけるオゾンガス濃度は、特に限定されず、例えば３．５〜８．０容量％の範囲の比較的低濃度であっても、８．０〜１４．０容量％の範囲の比較的高濃度であってもよい。

この表面処理時の処理温度は、−５０℃以上が好ましく、０℃以上であればより好ましく、室温以上であれば更に好ましい。また、成形体の耐熱性の限界を考慮し、処理温度は２００℃以下が好ましく、１００℃以下であればより好ましく、５０℃以下であれば更に好ましく、３０℃以下が最も好ましい。すなわち、処理温度は−５０℃〜２００℃の範囲であることが好ましく、０℃〜１００℃の範囲であれば更に好ましく、０℃〜５０℃の範囲であれば更に好ましく、室温以上３０℃以下の範囲が最も好ましい。

この表面処理の処理時間は、１秒以上が好ましく、数秒以上であればより好ましく、１０秒以上であれば更に好ましく、０．１時間以上であれば更に好ましく、０．２時間以上が最も好ましい。またこの処理時間は、１０日以下であることが好ましく、１０時間以下であればより好ましく、５時間以下であれば更に好ましく、１時間以下であれば特に好ましい。実用的な処理時間は、長くても１〜４時間の範囲が好ましく、更に長時間処理を施す場合でも１日以下が好ましい。例えば０．１〜５時間の範囲が好ましく、０．２〜１時間の範囲が更に好ましい。

この表面処理時の雰囲気圧力は常圧付近であることが好ましい。また雰囲気圧力は常圧よりも低い圧力又は高い圧力でもよいが、この場合でも雰囲気圧力は数ｈＰａ〜０．２ＭＰａの範囲であることが好ましい。

これらの処理条件は、成形体に十分な量のオゾンガスを効率良く導入することができると共に、表面処理によって成形体の劣化、燃焼等が引き起こされないように、適宜設定される。

表面処理にあたっては、成形体にオゾンガスを適宜の手法で接触させる。例えば処理容器内に成形体を入れ、この処理容器内にオゾンガスを含むガスを供給することで、成形体にオゾンガスを接触させることができる。

表面処理が施された成形体は、そのまま大気中に放置してもよく、また水洗して乾燥してもよい。

このようなオゾンガスによる処理を含む表面処理によっても、成形体の表面の親水性を向上することができる。これは、表面処理により成形体の表面でオゾンが反応することで成形体の表面に親水性の官能基が導入されるためと考えられる。

成形体の表面に水酸基が分布していると、成形体の表面の親水性が著しく向上すると共にこの親水性が長期に亘って高く維持されるようになる。

また、成形体中にフェノール系化合物や熱硬化性フェノール樹脂などに起因する芳香族環が存在することで、前記表面処理により生成した官能基が成形体の内部に潜り込みにくくなり、このことが、成形体の表面の親水性の向上と、親水性の長期に亘る維持とに寄与していると考えられる。

オゾンガスを用いる表面処理に先立って、成形体の前記表面処理が施される面に、予めプラズマ処理が施されてもよい。このプラズマ処理が施されると、成形体の表面から汚染物質が除去されて成形体の表面が活性の高い状態となる。更にこのプラズマ処理によって成形体の表面に水酸基等の官能基を導入することができる。このため表面処理により成形体の表面にオゾンガスが更に反応しやすくなって、セパレータの表面の親水性が更に長期に亘って維持されるようになる。この場合のプラズマ処理は、成形体の表面に所望の官能基を導入できるように適宜設定された条件でおこなうことができるが、例えば、ヤマトマテリアル株式会社製の型番「ＰＤＣ２１０」を用い、プラズマ生成用ガスとして酸素を用い、印加電力１５０〜５００Ｗ、処理時間３０秒〜１０分の条件でおこなうことができる。

親水性向上のための表面処理が施されることでセパレータの表面に高い親水性が付与されると共にこの親水性が長期間維持されると、溝が水滴により閉塞されにくくなり、このため燃料電池の高い発電効率が長期間維持される。

このようにして成形体に親水性向上のための表面処理を施すにあたり、この成形体の表面処理が施される面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１：２００１）を予め０．４〜１．６μｍの範囲としておくことが好ましい。この場合、表面処理の均一性が更に高くなると共に成形体の表面にオゾンガスが更に反応しやすくなり、成形体の表面の親水性を更に向上することができる。成形体の算術平均高さＲａの調整は、上記のように成形体中の黒鉛粒子の粒径を調整したり、上記のとおり成形体の表面にブラスト処理等を施したりすることでおこなうことができる。

また、成形体に表面処理を施すにあたり、予め成形体における表面処理が施される面に形成されている溝の幅（Ａ）と深さ（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が１以上に形成されることが好ましい。この場合、表面処理時におけるオゾンガスが溝の内部に行き渡りやすくなり、表面処理の均一性が更に高くなる。比（Ａ／Ｂ）の上限は特に制限されないが、溝を高密度に形成するためには、実用上、１０以下であることが好ましい。

親水性向上のための表面処理により、セパレータの表面の水との静的接触角が０°〜５０°の範囲となることが好ましく、特に０°〜１０°の範囲となることが好ましく、０°〜５°の範囲となれば更に好ましい。この水との静的接触角は、表面処理条件を適宜設定することにより調整することができる。これにより、セパレータの表面に充分に高い親水性を付与することができる。

また、親水性向上のための表面処理によって、セパレータの表面の接触抵抗が１５ｍΩｃｍ²以下となることが好ましい。この接触抵抗も、表面処理条件を適宜設定することにより調整することができる。これにより、燃料電池で発電した電気エネルギーを外部へ伝達するというセパレータの機能を高いレベルで維持することができる。

尚、親水性向上のための表面処理は、上記のプラズマ処理及びオゾンガスによる処理には限られない。例えば、親水性向上のための表面処理として、成形体の表面にＳＯ3を含有するガスを接触させる処理、成形体の表面にフッ素を含有するガスを接触させる処理、成形体の表面にケイ素化合物又はアルミニウム化合物を含む改質剤化合物を含む気体を燃焼させながら吹き付ける処理、減圧プラズマ処理、など、適宜の処理が採用されてもよい。

以上のようにして得られるセパレータにおける、金属成分の付着の程度は、このセパレータを９０℃の温水で１時間洗浄し、更に９０℃の温度で１時間加熱乾燥する処理を施した後に、このセパレータの表面を観察することで確認される。セパレータに金属成分が付着していると、前記処理によりセパレータの表面に金属酸化物（錆）が生成する。前記処理後のセパレータの表面が目視で観察されても前記金属酸化物（錆）の存在が確認されないことが好ましい。特に、前記処理後のセパレータの表面に、直径１００μｍより大きい金属酸化物が存在しないことが好ましく、直径５０μｍより大きい金属酸化物が存在しなければ更に好ましい。また、直径３０μｍより大きい金属酸化物が存在しなければ特に好ましい。

また、このセパレータの表面に表出しているＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉの総量が０．０１μｇ／ｃｍ²以下となっていることが好ましい。更に、このセパレータ２０の表面に表出しているＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＺｎの総量が０．０１μｇ／ｃｍ²以下となっていることが好ましい。

このようにセパレータの製造時に原料成分、成形材料、或いはセパレータから金属成分が除去されると、セパレータにおける金属成分の含有量が少なくなる。また、そのため、セパレータが水洗されるなどしてから燃料電池に組み込まれても、セパレータの表面に金属酸化物（錆）が現れにくくなる。このため、燃料電池内でのセパレータからの金属イオンの脱離が抑制され、このような金属イオンの脱離による電解質のプロトン伝導性の低下や電解質の分解が抑制され、燃料電池の性能が長期に亘って維持される。

図１は、以上のようにして製造されるセパレータ２０を備える固体高分子型燃料電池の単位セルの構造の概略を示す。２枚のセパレータ２０，２０の間に、固体高分子電解質膜などの電解質４とガス拡散電極（燃料電極３１と酸化剤電極３２）などからなる膜−電極複合体（ＭＥＡ）５が介在することで、単電池（単位セル）が構成されている。この単位セルが数十個〜数百個並設されることで、電池本体（セルスタック）が構成される。

図２は、ガスケット１２が使用されることで構成される太陽電池の単位セルの構造の一例を示す。この単位セルは、セパレータ２０，２０、ガスケット１２，１２、並びに膜−電極複合体５が重ねられることで構成されている。セパレータ２０の、ガス供給排出用の溝２が形成されている領域を取り囲む外周部分には、六個のマニホールド１３（二つの燃料用マニホールド１３１、二つの酸化剤用マニホールド１３２、及び二つの冷却用マニホールド１３３）が形成されている。すなわち、セパレータ２０には、凸部２１及び溝２が形成されている領域を取り囲む外周部分に、燃料用貫通孔（燃料用マニホールド）１３１，１３１と酸化剤用貫通孔（酸化剤用マニホールド）１３２，１３２とが形成されている。燃料用貫通孔１３１，１３１は二つ形成されており、各燃料用貫通孔１３１，１３１はセパレータ２０の燃料電極３１と重なる面における溝２の両端にそれぞれ連通する。酸化剤用貫通孔１３２，１３２も二つ形成されており、各酸化剤用貫通孔１３２，１３２はセパレータ２０の酸化剤電極３２と重なる面における溝２の両端にそれぞれ連通する。また、この外周部分には、冷却用貫通孔（冷却用マニホールド）１３３も形成されている。セパレータ２０がアノード側セパレータとカソード側セパレータとで構成される場合、アノード側セパレータとカソード側セパレータの間にある冷却水が流通する流路に、冷却用マニホールド１３３が連通する。

尚、本実施形態では、図２に示されるように、セパレータ２０にはストレートタイプの溝２が形成されている。一般に、セパレータ２０における溝２としては、屈曲を有するサーペンタインタイプの溝と屈曲を有さないストレートタイプの溝とがある。勿論、図２に示されるセパレータ２０において、このセパレータ２０にサーペンタインタイプの溝２が形成されてもよい。

セパレータ２０の厚みは例えば０．５〜３．０ｍｍの範囲に形成される。セパレータ２０のガス供給排出用の溝２の幅は例えば１．０〜１．５ｍｍ、深さは例えば０．５〜１．５ｍｍの範囲に形成される。マニホールド１３の開口面積は例えば０．５〜５．０ｃｍ²の範囲に形成される。

また、セパレータには、溝に連通する一又は複数の凹所が形成されると共に凹所の底部から突出する複数の突起が形成されていてもよい。図３及び図４に、凹所６と突起７とが形成されているセパレータ２０を示す。このセパレータ２０は、図２に示す場合と同様に、サーペンタインタイプの溝２と、六個のマニホールド１３（二つの燃料用マニホールド１３１、二つの酸化剤用マニホールド１３２、及び二つの冷却用マニホールド１３３）が形成されている。凹所６は溝２と共に、流体の流路を構成する。図３に示す形態では、流体の流路が屈曲している部分に、凹所６及び突起７が形成されている。流体の流路が屈曲している複数の部分の全てに凹所６及び突起７が形成されてもよいが、図３に示す形態のように流体の流路が屈曲している複数の部分のうちの一部に凹所６及び突起７が形成されてもよい。また、凹所６及び突起７が形成される箇所は流体の流路が屈曲している部分には限られない。

また、図３及び４に示す態様では、凹所６内の突起７はこの凹所６に臨む凸部（リブ）２１の長手方向の延長線上に並ぶように形成され、またこの凹所内６において突起７は全体として千鳥状に並ぶように形成されている。尚、突起７の配列の仕方も、本態様に限られない。

また、上記のとおり図３及び４に示す態様では凹所６及び突起７ではサーペンタインタイプの溝２を有するセパレータに形成されているが、ストレートタイプの溝が形成されているセパレータに凹所と突起が形成されてもよい。

近年、燃料電池の発電特性改善、燃料電池への長期耐久性の付与、反応ガスや凝縮水の滞留防止などの目的で、セパレータにはしばしば上記のような突起が形成される。このような突起が形成されると、セパレータの形状が非常に微細な形状になり、このため成形不良による欠陥が生じやすくなるが、本実施形態では成形材料の成形性が高いため、セパレータに突起が形成される場合であっても成形不良による欠陥が生じにくくなる。

突起の形状は、図３及び図４に示されるように平面視（セパレータの厚み方向からみて）円形状であることが好ましいが、このような形状に制限されず、例えば平面視楕円状、平面視三角形状、平面視四角形状等の適宜の形状であってもよい。突起の寸法は、セパレータにおける流体の流通が適切に調整されると共にセパレータと電極との間の接触面積が充分に大きくなるように、適宜設定されることが好ましく、特に突起の平面視における直径が０．２〜２．０ｍｍの範囲であること、或いはこの突起の平面視面積が０．０３〜３．５ｍｍ²の範囲であることが好ましい。このような微細な突起が形成される場合でも、本実施形態では成形不良による欠陥が生じにくくなる。

セパレータ２０の外周部分には、図２に示すようにシーリングのためのガスケット１２が積層される。このガスケット１２はその略中央部に膜−電極複合体５における燃料電極３１や酸化剤電極３２を収容するための開口１５を有し、この開口１５においてセパレータ２０の溝２が露出する。この開口１５の外周側には、前記セパレータの燃料用貫通孔１３１、酸化剤用貫通孔１３２及び冷却用貫通孔１３３と合致する位置に、燃料用貫通孔１４１、酸化剤用貫通孔１４２及び冷却用貫通孔１４３がそれぞれ形成されている。

また、膜−電極複合体５における電解質４の外周部分にも、前記セパレータの燃料用貫通孔１３１、酸化剤用貫通孔１３２及び冷却用貫通孔１３３と合致する位置に、燃料用貫通孔１６１、酸化剤用貫通孔１６２及び冷却用貫通孔１６３がそれぞれ形成されている。

この単位セル構造では、セパレータ２０、ガスケット１２、及び電解質４の各燃料用貫通孔１３１，１４１，１６１が連通することで、燃料電極への燃料の供給及び排出のための燃料用流路が構成される。また、各酸化剤用貫通孔１３２，１４２，１６２が連通することで、酸化剤電極への酸化剤の供給及び排出のための酸化剤用流路が構成される。また、各冷却用貫通孔１３３，１４３，１６３が連通することで、冷却水等が流通する冷却用流路が構成される。

このような燃料電池の単位セル構造において、燃料電極３１と酸化剤電極３２、並びに電解質４は、燃料電池のタイプに応じた公知の材料で形成される。固体高分子型燃料電池の場合、燃料電極３１及び酸化剤電極３２は例えばカーボンクロス、カーボンペーパー、カーボンフェルト等の基材が触媒を担持することで構成される。燃料電極３１における触媒としては例えば白金触媒、白金・ルテニウム触媒、コバルト触媒等が挙げられ、酸化剤電極３２における触媒としては白金触媒、銀触媒等が挙げられる。また、固体高分子型燃料電池の場合、電解質４は例えばプロトン伝導性の高分子膜から形成され、特にメタノール直接型燃料電池の場合は例えばプロトン伝導性が高く、電子導電性やメタノール透過性を殆ど示さないフッ素系樹脂等から形成される。

ガスケット１２は、例えば天然ゴム、シリコーンゴム、ＳＩＳ共重合体、ＳＢＳ共重合体、ＳＥＢＳ、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＨＮＢＲ）、クロロプレンゴム、アクリルゴム、フッ素系ゴム等などから選択されるゴム材料から形成される。このゴム材料には粘着付与剤が配合されてもよい。

セパレータ２０にガスケット１２を積層するにあたっては、例えば予めシート状又は板状に形成されたガスケット１２がセパレータ２０に接着や融着されるなどして接合される。セパレータ２０の表面上でガスケット１２を形成するための材料が成形されることによって、セパレータ２０にガスケット１２が積層されてもよい。例えば未加硫のゴム材料がスクリーン印刷等によりセパレータ２０の表面上の所定位置に塗布され、このゴム材料の塗膜を加硫されることで、セパレータ２０の表面上の所定位置に所望の形状のガスケット１２が形成される。前記加硫にあたっては、加熱、電子線などの放射線の照射、或いはその他適宜の加硫方法が採用される。この場合、薄型のセパレータ２０に対してもガスケット１２が容易に積層される。また、セパレータ２０が金型内にセットされ、このセパレータ２０の表面上の所定位置に未加硫のゴム材料が射出されると共にこのゴム材料が加熱されるなどして加硫されることで、セパレータ２０の表面上の所定位置に所望の形状のガスケット１２が形成されてもよい。このように金型成形によりガスケット１２が形成されるにあたっては、トランスファー成形のほか、コンプレッション成形、インジェクション成形等の成形法が採用され得る。

金型成形によりガスケットを形成する場合には、通常２回熱処理することとなる。ガスケットが積層されたセパレータを金型から取り出してからガスケットを更に加熱することで、硬化反応を更に進行させることが好ましい。これにより、ガスケットから得られる抽出水のＴＯＣの測定値が低減する。

本実施形態では、セパレータの強度が向上されているため、セパレータにガスケットが積層される際にセパレータに破損が生じにくくなる。このため、ガスケットを備えるセパレータが歩留まりよく、効率良く、製造され得る。殊に、金型成形によりガスケットが形成される場合であっても、セパレータの強度が高いため、セパレータが損傷しにくくなる。

セパレータにガスケットが積層される場合には、成形材料が成形されることで成形体が得られてから、この成形体にガスケットが重ねられ、続いて成形体に対して上記のようなウェットブラスト処理などのブラスト処理が施され、或いは更にこれに続いて親水性向上のための表面処理が施されてもよい。

セパレータには親水性向上が求められるため、従来、種々の親水性処理が検討されてきた。一方、燃料電池の生産性向上のため、セパレータ上に予めガスケットを形成することも検討されてきた。これらは各々単独に検討されてきたので、未だ多くの複合課題を抱えているのが実情である。例えば、セパレータ上にガスケットが形成される際にガスケットを構成する材料中の疎水性成分がセパレータに付着し、この疎水性成分がセパレータの表面の親水性を低下させたり、セパレータに対して施される親水性向上のための表面処理の効果を阻害したりすることがある、という問題がある。

しかし、上記のように成形体にガスケットが重ねられてから、ブラスト処理が施されると、ガスケットが成形体に重ねられる際に成形体に疎水性成分が付着しても、この疎水性成分がブラスト処理によって成形体から除去される。このため、セパレータの表面の良好な親水性が維持される。また成形体に対して親水性向上のための表面処理が施される場合にはこの表面処理の作用が阻害されにくくなる。これにより、ガスケットを備え、しかも表面の親水性が高いセパレータが得られる。これにより、取り扱い性に優れ、且つ生産性の高いセパレータを提供することが可能となる。

セパレータにガスケットが積層されてから、このセパレータにウエットブラスト処理が施される場合には、ウエットブラスト処理の条件は、ガスケットの表面に損傷が生じないように設定されることが好ましい。そのためには、ウエットブラスト処理の条件は、セパレータ表面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１：２００１）が、０．4〜１．6μｍとなる条件であることが好ましく、０．４〜１．２μｍとなる条件であれより好ましく、０．４〜０．８μｍとなる条件であれば更に好ましい。

また、ウエットブラスト処理の条件は、セパレータの接触抵抗の数値が小さくなるように調整されることが好ましい。ただし、セパレータのシール部やガスケット表面粗さが大きくなりすぎるとガスリークが発生しやすくなるため好ましくない。

図５は、セパレータ２０と膜−電極複合体５とを備える複数の単位セルから構成される、燃料電池４０（セルスタック）の一例を示す。この燃料電池４０は、燃料用流路に連通する燃料の供給口１７１及び排出口１７２と、酸化剤用流路に連通する酸化剤の供給口１８１及び排出口１８２と、冷却用流路に連通する冷却水の供給口１９１及び排出口１９２とを有する。

以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明はこの実施例には限定されない。

［実施例及び比較例］
実施例１〜８並びに比較例１では、表１に示す原料成分を攪拌混合機（株式会社ダルトン製、５ＸＤＭＶ−ｒｒ型）に表１に示す組成となるように入れて９５℃に加熱しながら攪拌混合し、得られた混合物を整粒機で粒径５００μｍ以下に粉砕した。これにより、粉体状の成形材料を得た。この成形材料を、金型温度１８５℃、成形圧力３５．３ＭＰａ、成形時間２分の条件で圧縮成形した。次に金型を閉じたまま除圧し、３０秒間保持した後に金型を開き、成形体を取り出した。

また、比較例２では、原料成分を表１に示す組成となるように配合し、続いてロール工法により混練し、これにより得られた混合物を整粒機で粒径５００μｍ以下に粉砕した。これにより、粉体状の成形材料を得た。ロール工法においては、１０インチの２本ロールを用いて、ロール温度１１０℃、ロールのギャップ幅２ｍｍ、回転数１５ｒｐｍの条件を採用した。この成形材料を、金型温度１８５℃、成形圧力３５．３ＭＰａ、成形時間２分の条件で圧縮成形した。次に金型を閉じたまま除圧し、３０秒間保持した後に金型を開き、成形体を取り出した。

得られた各成形体の形状は、２００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚み１．５ｍｍであった。成形体の厚み方向の第一面には長さ２５０ｍｍ、幅１ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝を５７本、第一面とは反対側の第二面には長さ２５０ｍｍ、幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝を５８本形成した。

この成形体の表面に、マコー株式会社製のウエットブラスト処理装置（形式ＰＦＥ−３００Ｔ／Ｎ）を用い、砥粒としてアルミナ粒子を含むスラリー用いてブラスト処理を施した後、イオン交換水で洗浄し、更に温風乾燥することで、セパレータを得た。このセパレータの表面の算術平均高さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１：２００１）を測定した結果を表１に示す。

［成形性評価］
各実施例及び比較例で得られたセパレータの外観を観察して、カスレ、離型不良などの成形不良の有無を確認した。各実施例及び比較例にいて１００個のセパレータを作製し、成形不良が確認されたサンプルの数により成形性を評価した。その結果を下記表に示す。

［突起成形性評価］
各実施例及び比較例で得られた成形材料を、金型温度１８５℃、成形圧力３５．３ＭＰａ、成形時間２分の条件で圧縮成形した。次に金型を閉じたまま除圧し、３０秒間保持した後に金型を開き、評価用の成形体を取り出した。

得られた成形体の形状は、１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚み１．５ｍｍであった。
成形体の一面には、直径０．５ｍｍ、高さ０．５ｍｍの突起（第一の突起）を２０個、直径１ｍｍ、高さ１ｍｍの突起を２０個（第二の突起）、並びに直径２ｍｍ、高さ１ｍｍの突起（第三の突起）を２０個、形成した。

この成形体の外観を観察して、カスレ、離型不良などの成形不良の有無を確認し、１箇所でも成形不良が確認された場合は不良と評価した。各実施例及び比較例について１００個のセパレータを作製し、成形不良が確認されたサンプルの数により成形性を評価した。

その結果を下記表に示す。また、表には、第一の突起に成形不良が確認されたサンプル数、第二の突起に成形不良が確認されたサンプル数、並びに第三の突起に成形不良が確認されたサンプル数も、併せて示す。

［黒鉛粒子アスペクト比評価］
各実施例及び比較例で得られたセパレータを加熱炉内で４５０℃で加熱することでセパレータを構成する樹脂成分の硬化物を灰化すると共に黒鉛粒子を残存させた。この黒鉛粒子のアスペクト比を測定した。その結果、黒鉛粒子のアスペクト比が１〜２の範囲である場合を○、黒鉛粒子のアスペクト比が２を超える場合を×と評価した。その結果を下記表に示す。

［黒鉛粒子アスペクト比変化評価］
上記「黒鉛粒子アスペクト比評価」により測定されたセパレータ中の黒鉛粒子のアスペクト比と、成形材料中の黒鉛粒子のアスペクト比との差が０．２以内の場合を○、この差が０．２を超える場合を×と評価した。その結果を下記表に示す。

［断面ボイド観察評価］
各実施例及び比較例で得られたセパレータを
の四つの各隅部と、中央部とから、平面視１０ｍｍ×２０ｍｍの試験片を切り出した。各試験片を樹脂に埋め込んでから、試験片における長さ２０ｍｍの一つの断面を４００番の研磨布、６００番の研磨布、８００番の研磨布で順次研磨し、更にこの断面をバフ研磨した。続いて、この試験片の断面を観察した。その結果、断面に直径０．１ｍｍ以上のボイドが認められた場合を×、このようなボイドが認められない場合を○と、評価した。その結果を下記表に示す。

［接触抵抗評価］
各実施例及び比較例で得られたセパレータを切断することで、一つのセパレータから平面視３０ｍｍ×３０ｍｍの寸法の９個の小片を切り出した。

これらの小片の上下にカーボンペーパーを配置し、更にその上下に銅板を配置し、上下方向に面圧１ＭＰａの圧力をかけた。そして、２枚のカーボンペーパー間の電圧を電圧計で測定すると共に２枚の銅板間の電流を電流計で測定し、その結果から接触抵抗を計算した。なお、使用したカーボンペーパーは、東レ株式会社製のＴＧＰ−Ｈ−Ｍシリーズ（０９０Ｍ：厚さ０．２８ｍｍ、１２０Ｍ：厚さ０．３８ｍｍ）である。

各実施例及び比較例につき、９個の小片の接触抵抗の平均値を算出した。更に、接触抵抗の最小値に対する最大値の比率（百分率）を算出した。その結果を下記表に示す。

［固有抵抗比］
各実施例及び比較例で得られたセパレータの厚み方向と面方向の固有抵抗を、ＪＩＳＲ７２２２に準拠して測定し、面方向の固有抵抗に対する厚み方向の固有抵抗の比を導出した。その結果を下記表に示す。

表中の各成分の詳細は次の通りである。尚、配合割合は、全ての成分を固形分に換算した割合である。
・熱硬化性樹脂Ａ：クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬株式会社製、品番ＥＯＣＮ−１０２０−７５、エポキシ当量１９９、融点７５℃）。
・熱硬化性樹脂Ｂ：レゾール型フェノール樹脂（群栄化学社製「サンプルＡ」、融点７５℃、１３Ｃ−ＮＭＲ分析によるオルト−オルト２５〜３５％、オルト−パラ６０〜７０％、パラ−パラ５〜１０％）。
・熱硬化性樹脂Ｃ：レゾール型フェノール樹脂（群栄化学社製、品番ＰＬ−４８０４）。
・硬化剤Ａ：ノボラック型フェノール樹脂（群栄化学工業株式会社製、品番ＰＳＭ６２００、ＯＨ当量１０５）。
・硬化促進剤：トリフェニルホスフィン（北興化学工業株式会社製、品番ＴＰＰ）。
・黒鉛粒子Ａ：アスペクト比１．１、平均粒子径５０μｍ、人造黒鉛。
・黒鉛粒子Ｂ：アスペクト比１．５、平均粒子径５０μｍ、人造黒鉛。
・黒鉛粒子Ｃ：アスペクト比１．９、平均粒子径５０μｍ、人造黒鉛。
・黒鉛粒子Ｄ：アスペクト比２．５、平均粒子径５０μｍ、人造黒鉛。
・黒鉛粒子Ｅ：アスペクト比１．５、平均粒子径５０μｍ、天然黒鉛。
・カップリング剤：エポキシシラン（日本ユニカー株式会社製、品番Ａ１８７）。
・ワックスＡ：天然カルナバワックス（大日化学工業株式会社製、品番Ｈ１−１００、融点８３℃）。
・ワックスＢ：モンタン酸ビスアマイド（大日化学工業株式会社製、品番Ｊ−９００、融点１２３℃）。

尚、上記の黒鉛粒子のアスペクト比は、株式会社セイシン企業製の型番ＰＩＴＡ−２（粒度・形状分布測定器）を用い、黒鉛粒子を撮影して得られた画像を画像処理することにより黒鉛粒子の最大長と最大垂直長とを導出し、この最大長を最大垂直長で割ることにより導出された値の、粒子数量基準での５０％累積値である。測定条件は次の通りである。
・キャリア：水。
・観察倍率：４倍（観察範囲３〜７５０μｍ）。
・観測測定粒子数：３０００個。

２０燃料電池セパレータ
４０燃料電池

Claims

エポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂とのうち少なくとも一方を含有する樹脂成分と、黒鉛粒子とを含有し、前記黒鉛粒子の割合が固形分全量に対して７０〜８５質量％の範囲であり、前記黒鉛粒子の、粒子の最大長を最大垂直長で割ることにより算出される値の粒子数量基準の５０％累積値で定義されるアスペクト比が、１〜２の範囲である燃料電池セパレータ成形材料。
エポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂とのうち少なくとも一方を含有する樹脂成分と、粒子の最大長を最大垂直長で割ることにより算出される値の粒子数量基準の５０％累積値で定義されるアスペクト比が１〜２の範囲である黒鉛粒子とを準備し、前記樹脂成分と前記黒鉛粒子とを攪拌混合するステップを含む方法により製造される請求項１に記載の燃料電池セパレータ成形材料。
エポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂とのうち少なくとも一方を含有する樹脂成分の硬化物と、黒鉛粒子とを含有し、前記黒鉛粒子の割合が７０〜８５質量％の範囲であり、前記黒鉛粒子の、粒子の最大長を最大垂直長で割ることにより算出される値の粒子数量基準の５０％累積値で定義されるアスペクト比が、１〜２の範囲である燃料電池セパレータ。
前記黒鉛粒子のアスペクト比が、前記燃料電池セパレータを前記黒鉛粒子が燃焼しない条件で加熱することにより前記燃料電池セパレータを構成する前記樹脂成分の硬化物を灰化して除去し、残存する前記黒鉛粒子のアスペクト比を測定することで得られる値である請求項３に記載の燃料電池セパレータ。
エポキシ樹脂と熱硬化性フェノール樹脂とのうち少なくとも一方を含有する樹脂成分と、粒子の最大長を最大垂直長で割ることにより算出される値の粒子数量基準の５０％累積値で定義されるアスペクト比が１〜２の範囲である黒鉛粒子とを準備し、前記樹脂成分と前記黒鉛粒子とを攪拌混合するステップを含む方法により製造される燃料電池セパレータ成形材料を成形することにより製造され、
前記燃料電池セパレータ成形材料に配合される前の前記黒鉛粒子のアスペクト比と、前記燃料電池セパレータ中の前記黒鉛粒子のアスペクト比との間に、変化がない請求項３又は４に記載の燃料電池セパレータ。
内部に直径０．１ｍｍ以上のボイドが形成されていない請求項３乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池セパレータ。
流体の流路を構成する溝と、この溝に連通する凹所とが形成され、前記凹所に、この凹所の底部から突出する複数の突起が形成されている請求項３乃至６のいずれか一項に記載の燃料電池セパレータ。
前記突起の平面視における直径が０．２〜２．０ｍｍの範囲、若しくはこの突起の平面視面積が０．０３〜３．５ｍｍ^２の範囲である請求項７に記載の燃料電池セパレータ。
請求項３乃至８のいずれか一項に記載の燃料電池セパレータを備える燃料電池。