JP5753469B2 - 導電シート及びその製造方法 - Google Patents
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Description
通気度が30〜10000ml/min.・cm2であり、かつ面間電気抵抗値が2000mΩ/cm2以下であることを特徴とする導電シート。
前記芳香族ポリアミドパルプに沈着するフッ素樹脂と、
炭素系導電物質と、
焼失物質と、
を含むスラリーを調製し、
前記スラリーを抄造して導電シート前駆体を得、
前記導電シート前駆体を空気中において、温度120〜250℃、接圧0.1〜50MPaで1〜300分間熱プレスした後、
不活性ガス中において焼成温度200〜500℃で焼成することを特徴とする〔1〕に記載の導電シートの製造方法。
本発明の導電シート(以下、「本導電シート」ともいう)は、芳香族ポリアミドパルプとフッ素樹脂と炭素系導電性物質とを含んで構成される。芳香族ポリアミドパルプの繊維表面には、フッ素樹脂が融着されている。このフッ素樹脂により、本導電シートは撥水性が付与されている。芳香族ポリアミドパルプの繊維同士の間には、炭素系導電物質が分散されている。この炭素系導電物質により、本導電シートはシートの厚み方向に導電性が付与されている。
本導電シートに含まれる炭素系導電性物質は、炭素含有率が94質量%以上であって、比抵抗値が100Ω・cm以下の物質であれば、特に限定されない。炭素含有率が94質量%未満の場合は、得られる導電シートの通電性が低下する。さらに、この導電シートを組み込んだ電池を長期間に亘って作動させると、導電シートが劣化し易くなる。
本発明に用いられる芳香族ポリアミドパルプ(以下、「アラミドパルプ」ともいう)は、アミド結合の85モル%以上が芳香族ジアミン成分と芳香族ジカルボン酸成分との脱水縮合により形成されるアミド結合を有する。本発明に用いられるアラミドパルプは、繊維が高度にフィブリル化されている。
本発明で用いられるフッ素樹脂としては、四フッ化エチレン樹脂(以下、「PTFE」と略記する)、パーフルオロ−アルコキシ樹脂、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体樹脂、四フッ化エチレン−エチレン共重合体樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、三フッ化塩化エチレンが例示される。その中でも、PTFEが耐熱性、摺動特性に優れるため、特に好ましい。
焼成温度以下で分解する物質(以下、「焼失物質」ともいう)は、不活性雰囲気下での熱分解開始温度が500℃未満であり、後述の焼成温度以下で分解する物質である。本発明において、熱分解開始温度とは、物質の温度を徐々に上げていった際、物質の重量減少が始まる温度のことをいう。本発明の焼失物質は、不活性雰囲気下、焼成温度での残炭率が40%以下の物質が好ましく、残炭率が20%以下の物質がより好ましく、残炭率が10%以下の物質がより好ましい。焼失物質は、焼成温度により適宜選択される。焼失物質としては、焼成温度により選択される以外、特に限定されないが、抄造工程での歩留りが良好で且つ熱分解開始温度が低いパルプ形状若しくは繊維形状の有機物が好ましい。本発明の焼失物質としては、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、アクリル樹脂、スチレン樹脂、セルロースおよびこれらの誘導体などが例示される。中でも、500℃での残炭率が40%以下のPVA、脂肪族ポリエステル、ポリオレフィン、脂肪族ポリアミド、アクリル樹脂、スチレン樹脂、セルロースおよびこれらの誘導体が好ましく、中でも残炭率が20%以下のビニロン,ポリエチレンテレフタレート(PET)、レーヨンがさらに好ましい。焼失物質の形状は、長さ0.1〜100mm、径が0.1〜50μmが好ましい。
本シートは、その物性が上記範囲内にあれば、製造方法は特に限定されるものではないが、例えば以下の方法で製造できる。
先ず、芳香族ポリアミドパルプ(以下、「アラミドパルプ」ともいう)とフッ素樹脂粒子とが分散する分散液(以下、「アラミドパルプ−フッ素樹脂分散液」ともいう)を調製する。アラミドパルプ−フッ素樹脂分散液は、アラミドパルプが分散する分散液とフッ素樹脂粒子が分散する分散液とを各々調製し、これらを混合することにより製造できる。フッ素樹脂粒子の分散液にアラミドパルプを添加して分散させることにより調製しても良いし、この逆であっても良い。最も好ましいのは、フッ素樹脂粒子の分散液にアラミドパルプを添加して分散させる方法である。
上記により調製したスラリーを抄造して導電シート前駆体を得る。抄造は、公知の方法により行えばよい。例えば、長網式や丸網式の抄造機を用いることができる。
次に、導電シート前駆体を空気中で熱プレスする。熱プレスの温度は、120〜250℃であり、140〜230℃が好ましく、160〜200℃が特に好ましい。熱プレスの加圧方向は、シートの厚さ方向である。熱プレス時の接圧は、0.1〜100MPaであり、1〜50MPaが好ましく、5〜20MPaが特に好ましい。熱プレスの時間は、1〜300分間であり、2.5〜60分間が好ましく、5〜30分間が特に好ましい。熱プレスは、公知の方法で行うことができる。
次に、この熱プレスされた導電シート前駆体を不活性ガス中で焼成する。これにより、アラミドパルプに沈着されているフッ素樹脂粒子が溶融してアラミドパルプ表面に融着される。また、焼失物質が熱分解により消失してシートに空隙が形成される。
本導電シートは、燃料電池電極材に要求される、反応物質の拡散移動性と、生成物質の移動性と、生成水の排水機能を満足する撥水性とを備える。従って、本導電シートは、固体高分子型燃料電池用ガス拡散電極やバイオ燃料電池用電極、空気亜鉛電池用電極など、燃料電池の電極材として用いることができる。中でも固体高分子型燃料電池用ガス拡散電極に好適に用いることができる。
10cm角のシートを120℃で1時間乾燥し、乾燥後の質量値より算出した。
シートの厚さは、直径5mmの円形圧板を用いてシートの厚さ方向に1.2Nの荷重(61.9kPa)を負荷して測定した。厚さは、10cm角のシート面を9面の正方形に区分(即ち、約3.33cm角で9面に区分)し、この区分された各面の中心部における厚さの測定値を平均した値を表す。
50mm角の導電シートを、50mm角(厚さ10mm)の金メッキした2枚の電極で挟んだ。この際、導電シートと電極とは、互いの対応する各辺が一致するように重ねた。2枚の電極で導電シートの厚さ方向に荷重1MPaを負荷し、この状態で導電シートの電気抵抗値R(Ω)を測定した。電気抵抗値Rと測定面積に基づいて、面間電気抵抗値を算出した。
JIS K 3832「精密ろ過膜エレメント及びモジュールのバブルポイント試験方法」に準拠し測定した。測定には、パームポロメーター[PMI(Porous Material,Inc.)社製:商品名CFP−1100AEX]を用いた。乾き流量測定時の100mmH2Oの圧力下での1cm2あたりの通気量を通気度とした。
JIS K 3832「精密ろ過膜エレメント及びモジュールのバブルポイント試験方法」に準拠し測定した。測定には、パームポロメーター[PMI(Porous Material,Inc.)社製:商品名CFP−1100AEX]を用いた。バブルポイント法により濡れ流量と乾き流量とを用いてシートの細孔分布を測定し、この細孔分布から体積平均細孔径を算出した。
パラ系芳香族ポリアミドパルプとして、トワロン1094(製品名、テイジン・アラミド B.V.製、BET比表面積:13.5m2/g、濾水度:100ml)をイオン交換水に混合して分散液(以下、「分散液A」ともいう)を調製した。
(1)スラリーの調製
分散液B、分散液Cを混合し、20分間攪拌した。その後、この混合された分散液に、分散液Aを加えて20分間攪拌した。次いで、この混合された分散液に、分散液D、分散液E−1を加えて3分間攪拌し、スラリーを得た。各分散液の配合割合は、表1に記載した。このスラリーにおける各分散液の固形分(純分)は、分散液A成分が0.75g、分散液B成分が0.75g、分散液C成分が1.19g、分散液D成分が1.06g、分散液E−1成分が2.50gである。
(2)導電シートの作製
このスラリーを、湿式抄紙して導電シート前駆体を得た。この導電シート前駆体を、温度180℃、圧力150kgf/cm2の条件下で、10分間熱プレスした。その後、該導電シート前駆体を窒素ガス雰囲気下400℃で60分間、焼成処理することにより導電シートを得た。この導電シートの各物性の測定結果は、表1に記載した。
焼失物質である分散液E−1成分の配合比を増加させた以外は、実施例1と同様の方法により、スラリーを調製した。このスラリーにおける各分散液の固形分(純分)は、分散液A成分が0.75g、分散液B成分が0.75g、分散液成分Cが1.19g、分散液D成分が1.06g、分散液E−1成分が15.00gである。実施例1と同様の方法により湿式抄紙、熱プレス及び焼成処理して導電シートを得た。この導電シートの各物性の測定結果は、表1に記載した。
焼失物質をビニロンからPET繊維に変更し、焼成温度を450℃に変更した以外は、実施例1と同様の方法により、スラリーを調製した。このスラリーにおける各分散液の固形分(純分)は、分散液A成分が0.75g、分散液B成分が0.75g、分散液成分Cが1.19g、分散液D成分が1.06g、分散液E−2成分が2.50gである。実施例1と同様の方法により湿式抄紙、熱プレス及び焼成処理して導電シートを得た。この導電シートの各物性の測定結果は、表1に記載した。
焼失物質をビニロンからレーヨンに変更した以外は、実施例1と同様の方法により、スラリーを調製した。このスラリーにおける各分散液の固形分(純分)は、分散液A成分が0.75g、分散液B成分が0.75g、分散液成分Cが1.19g、分散液D成分が1.06g、分散液E−3成分が2.50gである。実施例1と同様の方法により湿式抄紙、熱プレス及び焼成処理して導電シートを得た。この導電シートの各物性の測定結果は、表2に記載した。
導電シートの目付を減量した以外は、実施例1と同様の方法により、スラリーを調製した。このスラリーにおける各分散液の固形分(純分)は、分散液A成分が0.38g、分散液B成分が0.38g、分散液成分Cが0.59g、分散液D成分が0.53g、分散液E−1成分が1.25gである。実施例1と同様の方法により湿式抄紙、熱プレス及び焼成処理して導電シートを得た。この導電シートの各物性の測定結果は、表2に記載した。
焼失物質である分散液E−1を配合しなかった以外は実施例1と同様の方法により、スラリーを調製した。このスラリーにおける各分散液の固形分(純分)は、分散液A成分が0.75g、分散液B成分が0.75g、分散液成分Cが1.19g、分散液D成分が1.06gである。実施例1と同様の方法により湿式抄紙、熱プレス及び焼成処理して導電シートを得た。この導電シートの各物性の測定結果は、表3に記載した。
焼失物質である分散液E−1成分の配合比を減少させた以外は、実施例1と同様の方法により、スラリーを調製した。このスラリーにおける各分散液の固形分(純分)は、分散液A成分が0.75g、分散液B成分が0.75g、分散液成分Cが1.19g、分散液D成分が1.06g、分散液E−1が0.42gである。実施例1と同様の方法により湿式抄紙、熱プレス及び焼成処理して導電シートを得た。この導電シートの各物性の測定結果は、表3に記載した。
焼失物質である分散液E−1成分の配合比を増加させた以外は、実施例1と同様の方法により、スラリーを調製した。このスラリーにおける各分散液の固形分(純分)は、分散液A成分が0.75g、分散液B成分が0.75g、分散液成分Cが1.19g、分散液D成分が1.06g、分散液E−1が33.75gである。実施例1と同様の方法により湿式抄紙、熱プレス及び焼成処理して導電シートを得た。この導電シートの各物性の測定結果は、表3に記載した。
導電シートの目付を20g/m2に設定した以外は、実施例1と同様の方法により、スラリーを調製した。このスラリーにおける各分散液の固形分(純分)は、分散液A成分が0.25g、分散液B成分が0.25g、分散液成分Cが0.40g、分散液D成分が0.35g、分散液E−1成分が0.83gである。実施例1と同様の方法により湿式抄紙したが、シート強力が足らず導電シート前駆体を作製できなかった。
Claims (6)
- 芳香族ポリアミドパルプと、前記芳香族ポリアミドに融着されたフッ素樹脂と、炭素系導電性物質とを含んで成る導電シートであって、
通気度が30〜10000ml/min.・cm2であり、且つ面間電気抵抗値が2000mΩ/cm2以下であることを特徴とする導電シート。 - バブルポイント法により測定される平均細孔直径が、0.3〜40μmである請求項1に記載の導電シート。
- 前記炭素系導電性物質が、黒鉛粒子、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、炭素繊維、カーボンミルドファイバー、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、グラフェンから成る群から選択される請求項1又は2に記載の導電シート。
- 芳香族ポリアミドパルプと、
前記芳香族ポリアミドパルプに沈着するフッ素樹脂と、
炭素系導電物質と、
焼失物質と、
を含むスラリーを調製し、
前記スラリーを抄造して導電シート前駆体を得、
前記導電シート前駆体を空気中において、温度120〜250℃、接圧0.1〜50MPaで1〜300分間熱プレスした後、
不活性ガス中において焼成温度200〜500℃で焼成することを特徴とする請求項1に記載の導電シートの製造方法。 - 前記焼失物質が、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、アクリル樹脂、スチレン樹脂、セルロースおよびこれらの誘導体から成る群から選択される1種又は2種以上である請求項4に記載の導電シートの製造方法。
- 前記焼失物質の不活性ガス中における熱分解開始温度が、前記焼成温度より30℃以上低い物質である請求項4又は5に記載の導電シートの製造方法。
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Cited By (2)
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CN110438845A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-11-12 | 沈阳航空航天大学 | 亲水性石墨烯、纤维素基石墨烯柔性导电纳米纸及其制法 |
Families Citing this family (10)
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JP2015022838A (ja) * | 2013-07-17 | 2015-02-02 | 東邦テナックス株式会社 | 多孔質導電シート及びその製造方法 |
KR102249686B1 (ko) * | 2013-11-01 | 2021-05-10 | 세이와 덴키 가부시키가이샤 | 도전성 시트, 그 제조 방법, 카본 복합 페이스트, 카본 복합 필러, 도전성 수지 재료, 및 도전성 고무 재료 |
JP2017224383A (ja) * | 2014-10-31 | 2017-12-21 | パナソニック株式会社 | 電極ならびにそれを用いた燃料電池及び水処理装置 |
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CN110485209B (zh) * | 2019-08-07 | 2021-12-21 | 大连工业大学 | 一种具有速热性能的石墨烯复合纸的制备及其应用 |
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Family Cites Families (5)
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JP2008034176A (ja) * | 2006-07-27 | 2008-02-14 | Teijin Techno Products Ltd | 固体高分子型燃料電池セパレータ用導電性シート |
JP2008186718A (ja) * | 2007-01-30 | 2008-08-14 | Teijin Ltd | 燃料電池用ガス拡散層、燃料電池、燃料電池搭載装置 |
JP2011028849A (ja) * | 2009-07-21 | 2011-02-10 | Tomoegawa Paper Co Ltd | 固体高分子型燃料電池用ガス拡散電極及びその製造方法 |
AU2011294234A1 (en) * | 2010-08-27 | 2013-03-14 | Toho Tenax Co., Ltd. | Conductive sheet and production method for same |
-
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- 2011-10-03 JP JP2011219232A patent/JP5753469B2/ja active Active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110055807A (zh) * | 2019-05-09 | 2019-07-26 | 清华大学 | 一种对位芳纶与氧化石墨烯/石墨烯复合纸的制备方法 |
CN110055807B (zh) * | 2019-05-09 | 2020-04-28 | 清华大学 | 一种对位芳纶与氧化石墨烯/石墨烯复合纸的制备方法 |
CN110438845A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-11-12 | 沈阳航空航天大学 | 亲水性石墨烯、纤维素基石墨烯柔性导电纳米纸及其制法 |
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