JP6972772B2

JP6972772B2 - 燃料電池セパレータ前駆体及び燃料電池セパレータ

Info

Publication number: JP6972772B2
Application number: JP2017161007A
Authority: JP
Inventors: 光介安田; 岳洋大慶; 翔也芦崎
Original assignee: Nisshinbo Holdings Inc
Current assignee: Nisshinbo Holdings Inc
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2037-08-24
Also published as: KR20200042897A; EP3675258A1; CN110998937B; KR102651920B1; US20200365914A1; WO2019039214A1; US11515547B2; CN110998937A; CA3073371A1; JP2019040719A; EP3675258A4

Description

本発明は、燃料電池セパレータ前駆体及び燃料電池セパレータに関する。

燃料電池セパレータは、各単位セルに導電性を持たせる役割、並びに単位セルに供給される燃料及び空気（酸素）の通路を確保するとともに、それらの分離境界壁としての役割を果たすものである。このため、セパレータには高導電性、高ガス不浸透性、化学的安定性、耐熱性、親水性等の諸特性が要求される。

燃料電池セパレータの製造方法として、導電性フィラー及びバインダー樹脂を造粒し作製したコンパウンドを金型内に充填後、圧縮成型する方法が挙げられる。しかし、当該方法は、成形前の造粒工程、搬送工程に時間がかかる、導電性を得るため導電性フィラーが高割合で含まれるため得られたセパレータの強度が小さく割れやすい（薄肉化できない）といった問題があった。

前記問題を解決するため、導電性シートに樹脂を含有させる技術が提案されている。しかし、このような方法も、導電性シートに樹脂を含浸させるための隙間が必要で、導電成分の分布にバラつきが生じたり、導電性シートに強度付与のために繊維質等の非導電成分が含有されていると、導電性が低下したりするといった問題があった。

特開昭６０−５９６７１号公報

本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであり、シート状体で搬送できる強度と成形後の導電性にも優れ、導電性のバラつきが改善される、燃料電池セパレータ前駆体、及びこれを用いて得られる燃料電池セパレータを提供することを目的とする。

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、導電性フィラーを含む多孔質シートに、熱可塑性樹脂及び導電性フィラーを含む樹脂組成物を含浸させることで前記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、下記燃料電池セパレータ前駆体及び燃料電池セパレータを提供する。
１．導電性フィラーを含む多孔質シートに、熱可塑性樹脂及び導電性フィラーを含む樹脂組成物を含浸してなる燃料電池セパレータ前駆体。
２．前記熱可塑性樹脂が、融点又はガラス転移点が１００℃以上のものである１の燃料電池セパレータ前駆体。
３．前記樹脂組成物に含まれる導電性フィラーが、炭素材料からなるものである１又は２の燃料電池セパレータ前駆体。
４．前記導電性フィラーを含む多孔質シートが、導電性フィラー及び有機繊維を含む抄造シート、炭素繊維シート、又は炭素繊維強化炭素複合材料からなるものである１〜３のいずれかの燃料電池セパレータ前駆体。
５．１〜４のいずれかの燃料電池セパレータ前駆体から得られる燃料電池セパレータ。
６．導電性フィラーを含む多孔質シートに、熱可塑性樹脂及び導電性フィラーを含む樹脂組成物を含浸させる工程を含む、燃料電池セパレータ前駆体の製造方法。
７．前記樹脂組成物が、フィルム状である６の燃料電池セパレータ前駆体の製造方法。
８．前記樹脂組成物が、液状である７の燃料電池セパレータ前駆体の製造方法。
９．１〜４のいずれかの燃料電池セパレータ前駆体を、加熱し、成形する工程を含む、燃料電池セパレータの製造方法。
１０．熱可塑性樹脂及び導電性フィラーを含む燃料電池セパレータ用樹脂組成物。

本発明の燃料電池セパレータ前駆体は強度に優れるため、従来の製法では不可能だったロール状に巻き取ることが可能となり、ロール送り出しにより装置の間を連続的に流すことができる。さらに、ロール状に巻き取った前駆体は、次工程への移動や一時保管しやすいという利点もある。また、本発明の燃料電池セパレータ前駆体には繊維質が含まれるため、これを用いて薄肉化された燃料電池セパレータを製造することが可能となり、曲げ弾性等の機械的物性向上に加え、耐脆性破壊性や損傷許容性を向上させることができる。

本発明の燃料電池セパレータ前駆体は、導電性フィラーを含む樹脂組成物が含浸されているため、多孔質シートの導電成分の偏在や凝集に起因した導電性のバラつきを解消できる。また、多孔質シートに樹脂組成物を含浸させた後、前記シートの表面に導電性フィラー層が形成されるため、抵抗の低下を抑制でき、表面導電性を改善することもできる。また、前記前駆体製造に用いる多孔質シートの導電成分を低減できるので、シート自体の導電成分のバラつきを抑制することができる。

実施例１で得られた燃料電池セパレータ前駆体Ａの金属顕微鏡写真である。比較例１で得られた燃料電池セパレータ前駆体Ｃの金属顕微鏡写真である。

［燃料電池セパレータ前駆体］
本発明の燃料電池セパレータ前駆体は、導電性フィラーを含む多孔質シートに、熱可塑性樹脂及び導電性フィラーを含む樹脂組成物を含浸してなるものである。

［導電性フィラーを含む多孔質シート］
本発明の燃料電池セパレータ前駆体に用いられる導電性フィラーを含む多孔質シートとしては、特に限定されないが、導電性フィラー及び有機繊維を含む抄造シート、炭素繊維シート、又は炭素繊維強化炭素複合材料からなるものが好ましい。

［抄造シート］
前記抄造シートは、導電性フィラー及び有機繊維を含むものである。前記導電性フィラーは、特に限定されず、燃料電池セパレータ用として従来公知のものを使用することができる。前記導電性フィラーとしては、例えば、炭素材料、金属粉末、無機粉末や有機粉末に金属を蒸着あるいはメッキした粉末等が挙げられるが、炭素材料が好ましい。前記炭素材料としては、天然黒鉛、針状コークスを焼成した人造黒鉛、塊状コークスを焼成した人造黒鉛、天然黒鉛を化学処理して得られる膨張黒鉛等の黒鉛、炭素電極を粉砕したもの、石炭系ピッチ、石油系ピッチ、コークス、活性炭、ガラス状カーボン、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。これらのうち、導電性フィラーとしては、導電性の観点から、黒鉛が好ましく、人造黒鉛がより好ましい。前記導電性フィラーは、１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

前記導電性フィラーの形状は、特に限定されず、球状、鱗片状、塊状、箔状、板状、針状、無定形のいずれでもよいが、セパレータのガスバリア性の観点から、鱗片状が好ましい。特に、本発明においては、導電性フィラーとして鱗片状黒鉛を使用することが好ましい。

前記導電性フィラーの平均粒径は、５〜２００μｍが好ましく、２０〜８０μｍがより好ましい。導電性フィラーの平均粒径が前記範囲であれば、ガスバリア性を確保しながら必要な導電性を得ることができる。なお、本発明において平均粒径とは、レーザー回折法による粒度分布測定におけるメジアン径（ｄ₅₀）である。

前記導電性フィラーの含有量は、前記抄造シート中、５０〜９６質量％が好ましく、５０〜８５質量％がより好ましい。導電性フィラーの含有量が前記範囲であれば、成形性を損なわない範囲で、必要な導電性を得ることができる。

前記有機繊維は、その融点が本発明の燃料電池セパレータ前駆体を成形して燃料電池セパレータを製造する際の加熱温度よりも高いものであることが好ましい。このような有機繊維（以下、第１の有機繊維ともいう。）を用いることで、燃料電池セパレータ前駆体及びこれから得られる燃料電池セパレータの強度を向上させることができる。

このような有機繊維の材質としては、ポリｐ−フェニレンテレフタルアミド（分解温度５００℃）、ポリｍ−フェニレンイソフタルアミド（分解温度５００℃）等のアラミド、セルロース（融点２６０℃）、アセテート（融点２６０℃）、ナイロンポリエステル（融点２６０℃）ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）（融点２８０℃）等が挙げられる。

また、前記有機繊維は、更に、本発明の燃料電池セパレータ前駆体を成形して燃料電池セパレータを製造する際の加熱温度よりも融点が低い第２の有機繊維を含んでもよい。第２の有機繊維としては、後述する燃料電池セパレータ用樹脂組成物に含まれる樹脂と親和性を有するものが好ましい。第２の有機繊維の材質としては、ポリエチレン（ＰＥ）（融点１２０〜１４０℃（ＨＤＰＥ）、９５〜１３０℃（ＬＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）（融点１６０℃）、ポリフェニレンサルファイド等が好ましい。

第２の有機繊維を含む場合、第１の有機繊維の融点は、耐衝撃性付与のため、繊維形態で確実に保持させる観点から、前記加熱温度よりも１０℃以上高いことが好ましく、２０℃以上高いことがより好ましく、３０℃以上高いことが更に好ましい。第２の有機繊維の融点は成形性の観点から、前記加熱温度よりも１０℃以上低いことが好ましく、２０℃以上低いことがより好ましく、３０℃以上低いことが更に好ましい。また、前記第１の有機繊維と第２の有機繊維の融点の温度差は、４０℃以上であることが好ましく、６０℃以上であることがより好ましい。

前記有機繊維の平均繊維長は、抄造時の坪量の安定化と得られる抄造シートの強度確保の観点から、０.１〜１０ｍｍが好ましく、０.１〜６ｍｍが好ましく、０.５〜６ｍｍが好ましい。また、第１の有機繊維及び第２の有機繊維の平均繊維径は、成形性の観点から、０.１〜１００μｍが好ましく、０.１〜５０μｍがより好ましく、１〜５０μｍが更に好ましい。なお、本発明において平均繊維長及び平均繊維径は、光学顕微鏡ないし電子顕微鏡を用いて、任意の１００本の繊維について測定した繊維長及び繊維径の算術平均値である。

第２の有機繊維を含む場合、第１の有機繊維としては、アラミド、セルロース、アセテート又はナイロンポリエステルが好ましく、第２の有機繊維としては、ＰＥ、ＰＰ又はＰＰＳが好ましい。ただし、第２の有機繊維としてＰＥ又はＰＰを用いる場合は、アラミド、セルロース、アセテート、ナイロンポリエステルのほか、ＰＰＳを第１の有機繊維として用いることも可能である。

前記有機繊維の含有量は、本発明の前駆体中、１〜２０質量％が好ましく、３〜１５質量％がより好ましい。有機繊維の含有量が前記範囲であれば、成形性を損なわずに、成形後の損害許容性を付与できる。前記有機繊維は、１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

前記第２の有機繊維を含む場合、その含有量は、有機繊維中、１０〜８０質量％が好ましく、５０〜８０質量％がより好ましい。第２の有機繊維の含有量が前記範囲であれば、成形体の導電性を低下させることなく、成形性を付与できる。前記第２の有機繊維は、１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

前記抄造シートは、これから得られる燃料電池セパレータの抵抗を小さくするために、更に導電助剤を含んでもよい。導電助剤としては、炭素繊維、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、各種金属繊維、無機繊維や有機繊維に金属を蒸着あるいはメッキさせた繊維等が挙げられる。これらのうち、炭素繊維、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ等の炭素材料の繊維状のものが耐食性の観点から好ましい。

前記炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）繊維を原料とするＰＡＮ系炭素繊維、石油ピッチ等のピッチを原料とするピッチ系炭素繊維、フェノール樹脂を原料とするフェノール系炭素繊維等が挙げられるが、ＰＡＮ系炭素繊維がコストの観点から好ましい。

前記繊維状の導電助剤の平均繊維長は、成形性と導電性を両立する観点から、０.１〜１０ｍｍが好ましく、０.１〜７ｍｍが好ましく、０.１〜５ｍｍが好ましい。また、その平均繊維径は、成形性の観点から、３〜５０μｍが好ましく、３〜３０μｍが好ましく、３〜１５μｍが好ましい。

前記導電助剤の含有量は、前記抄造シート中、１〜２０質量％が好ましく、３〜１０質量％がより好ましい。導電助剤の含有量が前記範囲であれば、成形性を損なわずに必要な導電性を確保できる。前記導電助剤は、１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

前記抄造シートは、前述した成分以外に、燃料電池セパレータに通常使用されるその他の成分を含んでもよい。前記その他の成分としては、ステアリン酸系ワックス、アマイド系ワックス、モンタン酸系ワックス、カルナバワックス、ポリエチレンワックス等の内部離型剤、アニオン系、カチオン系、又はノニオン系の界面活性剤、強酸、強電解質、塩基、ポリアクリルアミド系、ポリアクリル酸ソーダ系、ポリメタクリル酸エステル系など界面活性剤に合わせた公知の凝集剤、カルボキシメチルセルロース、デンプン、酢酸ビニル、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリエチレンオキシド等の増粘剤等が挙げられる。これらの成分の含有量は、本発明の効果を損なわない限り、任意とすることができる。

前記抄造シートは、前述した各成分を含む組成物を抄造することで製造することができる。抄造方法は、特に限定されず、従来公知の方法でよい。例えば、前述した各成分を含む組成物をこれらの成分を溶解しない溶媒中に分散させ、得られた分散液中の各成分を基材上に堆積させ、得られた堆積物を乾燥させることで、本発明の前記抄造シートを製造することができる。抄造法によってシートを作製することで、シート中に繊維を均一に分散させることができ、十分な強度を有するシートとなるまで繊維を含有させることができる。

前記抄造シートは、その坪量が１５０〜３００ｇ／ｍ²程度の低坪量であっても、十分な強度を有する。また、前記抄造シートは、その厚さが、０.２〜１.０ｍｍ程度であることが好ましい。

［炭素繊維シート］
前記炭素繊維シートとしては、炭素繊維の不織布や織布が挙げられる。前記炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂を原料とするものや、石油ピッチ等のピッチを原料とするピッチ系炭素繊維等が挙げられる。これらは、１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

前記炭素繊維不織布としては、前述した原料を含む紡糸溶液を、電界紡糸法、スパンボンド法、メルトブロー法、フラッシュ紡糸法等の各種紡糸法により紡糸し、不織布化したものを炭素化して得られるものが挙げられる。また、前記炭素繊維織布としては、不織布の原料として前述した樹脂からなる繊維の織布を炭素化して得られるものが挙げられる。

前記炭素繊維シートにおいて、炭素繊維の平均繊維長は、３〜２５ｍｍが好ましく、４〜２０ｍｍがより好ましい。その平均繊維径は、３〜５０μｍが好ましく、３〜１５μｍがより好ましい。また、炭素繊維の目付量は１００ｇ／ｍ²〜２００ｇ／ｍ²が好ましい。前記炭素繊維シートの厚さは、２００〜２,０００μｍが好ましい。

［炭素繊維強化炭素複合材料］
前記炭素繊維強化炭素複合材料は、炭素繊維と炭素からなるマトリックスとを含むものである。また、更に前述した黒鉛等の導電性フィラーを含むものであってもよい。前記炭素繊維としては、前記炭素繊維シートにおいて説明したものと同様のものが挙げられる。前記マトリックスは、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を炭素化したものである。前記熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂は、従来公知のものを使用することができる。前記炭素繊維強化炭素複合材料の厚さは、１５０〜６００μｍが好ましい。

「樹脂組成物」
前記導電性フィラーを含む多孔質シートに含浸させる樹脂組成物（以下、燃料電池セパレータ用樹脂組成物ともいう。）は、熱可塑性樹脂及び導電性フィラーを含むものである。

前記熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、耐熱性の点から、融点又はガラス転移点が１００℃以上の樹脂が好ましい。このような熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、フッ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、ポリシクロオレフィン及びポリエーテルスルホン並びにこれらの誘導体のうち融点が１００℃以上であるものや、ポリカーボネート、ポリスチレン及びポリフェニレンオキシド並びにこれらの誘導体のうちガラス転移点が１００℃以上であるもの等が挙げられる。また、前記熱可塑性樹脂の融点又はガラス転移点の上限は、特に限定されないが、燃料電池セパレータ前駆体及び燃料電池セパレータの生産性の点から、３００℃以下であることが好ましい。前記熱可塑性樹脂としては、コストや耐熱性、耐クリープ性の点から、ポリプロピレンが好ましい。

特に、前記多孔質シートとして前記抄造シートを用いる場合は、前記熱可塑性樹脂の融点又はガラス転移点は、前記抄造シートに含まれる第１の有機繊維の融点よりも低い温度であることが好ましく、１０℃以上低いことがより好ましく、２０℃以上低いことがより一層好ましく、３０℃以上低いことが更に好ましい。また、前記抄造シートが第２の有機繊維を含む場合は、前記熱可塑性樹脂としては、第２の有機繊維と親和性を有するものが好ましい。

前記熱可塑性樹脂の含有量は、前記樹脂組成物中、２０〜９９.９質量％が好ましく、４０〜８０質量％がより好ましい。

前記導電性フィラーとしては、特に限定されず、燃料電池セパレータ用として従来公知のものを使用することができる。前記導電性フィラーとしては、例えば、炭素材料、金属粉末、無機粉末や有機粉末に金属を蒸着あるいはメッキした粉末等が挙げられるが、炭素材料が好ましい。前記炭素材料としては、天然黒鉛、針状コークスを焼成した人造黒鉛、塊状コークスを焼成した人造黒鉛、天然黒鉛を化学処理して得られる膨張黒鉛等の黒鉛、炭素電極を粉砕したもの、石炭系ピッチ、石油系ピッチ、コークス、活性炭、ガラス状カーボン、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。これらのうち、導電性フィラーとしては、導電性の観点から、天然黒鉛又は人造黒鉛が好ましい。前記導電性フィラーは、１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

前記導電性フィラーの平均粒径は、５〜２００μｍが好ましく、５〜５０μｍがより好ましい。導電性フィラーの平均粒径が前記範囲であれば、ガスバリア性を確保しながら必要な導電性を得ることができる。

前記導電性フィラーの含有量は、前記樹脂組成物中、０.１〜８０質量％が好ましく、２０〜６０質量％がより好ましい。導電性フィラーの含有量が前記範囲であれば、樹脂との分散性に優れており、含浸させる際の偏析が防止できる。

前記燃料電池セパレータ用樹脂組成物は、更に改質剤を含んでもよい。前記改質剤としては、酸化防止剤、熱安定剤、ハロゲン捕捉剤、紫外線吸収剤、抗菌剤、無機充填材、滑剤、可塑剤、難燃剤、界面活性剤、親水性付与剤、撥水性付与剤、摺動性付与剤等が挙げられる。これらの成分の含有量は、本発明の効果を損なわない限り、任意とすることができる。

前記燃料電池セパレータ用樹脂組成物は、生産性の観点から、スラリー状を含む液状、又はフィルム状であることが好ましい。前記燃料電池セパレータ用樹脂組成物が液状である場合、例えば、前述した成分を溶媒に溶解ないしは懸濁し、懸濁液としたものを使用することができる。前記溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水系溶媒、有機系溶媒が挙げられる。前記水系溶媒としては、例えば、水、アルコール等が挙げられる。前記有機系溶媒としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、トルエン等が挙げられる。前記溶媒の含有量は、前記樹脂組成物中、固形分濃度が１０質量％以上となる量が好ましく、３０質量％以上となる量がより好ましく、また、固形分濃度が９９質量％以下となる量が好ましく、８９質量％以下となる量がより好ましい。なお、固形分とは、前記樹脂組成物における溶媒以外の成分のことである。

前記燃料電池セパレータ用樹脂組成物がフィルム状である場合、熱可塑性樹脂及び導電性フィラーを、前記熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度に加熱して混錬し、フィルム状に成形したもの（以下、単に樹脂フィルムともいう。）を使用することができる。このとき、成形方法としては、ロールプレス、平板プレス、ベルトプレス等の方法が挙げられる。前記フィルムの厚さは、前記多孔質シートに含浸させる、樹脂や導電性フィラーの量に応じて、適宜設定される。

本発明の燃料電池セパレータ前駆体は、その厚さが、１５０〜６００μｍ程度であることが好ましい。

［燃料電池セパレータ前駆体の製造方法］
前記多孔質シートに、前記燃料電池セパレータ用樹脂組成物を含浸させることで、燃料電池セパレータ前駆体を製造することができる。含浸方法としては、前記燃料電池セパレータ用樹脂組成物がフィルム状である場合は、該樹脂フィルムを加熱し溶融させて含浸させる方法が挙げられる。前記樹脂組成物が液状である場合は、該溶液に前記多孔質シートを浸漬し、含浸させる方法が挙げられる。

これらの方法のうち、含浸させる樹脂量の均一化、生産性の点から、樹脂フィルムを加熱し溶融させて含浸させる方法が好ましい。樹脂フィルム用いて含浸させる方法としては、例えば、前記多孔質シートに樹脂フィルムを積層し、前記樹脂フィルムに用いた樹脂の融点以上に加熱し、そのまま静置することで含浸させることができる。このとき、前記樹脂の融点より５〜５０℃程度高い温度まで加熱することが好ましい。

このように前記多孔質シートに、前記燃料電池セパレータ用樹脂組成物を含浸させることで、、前記シートの表面に導電性フィラー層が形成される（すなわち、前記シートの表面に導電性フィラーが局在する）ため、本発明の前駆体から得られる燃料電池セパレータは、抵抗の低下が抑制され、表面導電性が改善されたものとなる。

［燃料電池セパレータ］
前記燃料電離セパレータ前駆体を、加熱し、成形することで、本発明の燃料電池セパレータを製造することができる。前記成型方法としては、特に限定されないが、圧縮成形が好ましい。圧縮成形を行う際の温度（金型温度）は、含浸させた樹脂の融点よりも１０℃以上高いことが好ましく、２０℃以上高いことがより好ましい。このとき、前記多孔質シートとして、抄造シートを用いた場合は、金型温度が前記有機繊維（第１の有機繊維）よりも１０℃以上低いことが好ましく、２０℃以上低いことがより好ましい。また、成形圧力は、１〜１００ＭＰａが好ましく、１〜６０ＭＰａがより好ましい。

前記方法によって、厚さが０.１〜０.６ｍｍ程度と薄肉化され、導電性が改善された燃料電池セパレータを製造することができる。

以下、製造例、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されない。なお、下記実施例で使用した材料は、以下のとおりである。
・天然黒鉛：平均粒径２５μｍ
・人造黒鉛：平均粒径５０μｍ
・ＰＡＮ系炭素繊維：平均繊維長３.０ｍｍ、平均繊維径７μｍ
・セルロース繊維：平均繊維長１.２ｍｍ、平均繊維径２５μｍ、融点２６０℃
・ポリプロピレン（ＰＰ）繊維：平均繊維長０.９ｍｍ、平均繊維径３０μｍ、融点１６０℃

［１］多孔質シートの製造
［製造例１］
人造黒鉛８４質量部、ＰＡＮ系炭素繊維６質量部、セルロース繊維５質量部、ＰＰ繊維５質量部を水中に入れ、攪拌し、繊維質スラリーを得た。このスラリーを抄造し、多孔質シートＡを作製した。多孔質シートＡの坪量は、２２９ｇ／ｍ²であった。

［製造例２］
人造黒鉛８４質量部、ＰＡＮ系炭素繊維６質量部、セルロース繊維１０質量部を水中に入れ、攪拌し、繊維質スラリーを得た。このスラリーを抄造し、多孔質シートＢを作製した。多孔質シートＢの坪量は、２１２ｇ／ｍ²であった。

［２］含浸用樹脂フィルムの製造
天然黒鉛４０質量部及びＰＰ（融点１６０℃）６０質量部を２軸同方向押出機に供し、温度１８０℃、回転数２００ｒｐｍで混練して樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物を、φ３０ｍｍ単軸押出機を用い、２００℃で成形して、幅２７０ｍｍ、厚さ２２０μｍのフィルムを得た。得られたシートを更にロールギャップを３０μｍに設定したロールプレスに供し、２００℃で圧延することで、平均厚さ３５μｍの含浸用樹脂フィルムを得た。

［３］燃料電池セパレータ前駆体及び燃料電池セパレータの製造
［実施例１］
多孔質シートＡの上下面に含浸用樹脂フィルムを重ね、１８５℃で５分間置き、燃料電池セパレータ前駆体Ａを得た。燃料電池セパレータ前駆体Ａの金属顕微鏡写真を図１に示す。燃料電池セパレータ前駆体Ａの表面に有機繊維はあまり見えず、表面に導電性フィラー層が形成されたことが確認された。
次に、燃料電池セパレータ前駆体Ａを金型温度１８５℃から１００℃まで、成形圧力４７ＭＰａを保持しながら自然冷却し圧縮成形することによって、燃料電池セパレータＡ（厚さ０.１７ｍｍ）を得た。

［実施例２］
多孔質シートＢの上下面に含浸用樹脂フィルムを重ね、１８５℃で５分間置き、燃料電池セパレータ前駆体Ｂを得た。燃料電池セパレータ前駆体Ｂを金型温度１８５℃から１００℃まで、成形圧力４７ＭＰａを保持しながら自然冷却し圧縮成形することによって、燃料電池セパレータＢ（厚さ０.１６ｍｍ）を得た。

［比較例１］
多孔質シートＡの上下面に、ＰＰフィルム（オカモト(株)製ＸＦ、厚さ２５μｍ）を重ね、１８５℃で５分間置き、燃料電池セパレータ前駆体Ｃを得た。燃料電池セパレータ前駆体Ｃの金属顕微鏡写真を図２に示す。燃料電池セパレータ前駆体Ｃの表面に有機繊維が観察された。
次に、燃料電池セパレータ前駆体Ｃを金型温度１８５℃から１００℃まで、成形圧力４７ＭＰａを保持しながら自然冷却し圧縮成形することによって、燃料電池セパレータＣ（厚さ０.１５ｍｍ）を得た。

［比較例２］
ＰＰと黒鉛とからなるコンパウンドを金型に敷き詰め、金型温度１８５℃から１００℃まで、成形圧力４７ＭＰａを保持しながら自然冷却し圧縮成形することによって、燃料電池セパレータＤ（厚さ０.２０ｍｍ）を得た。

［４］多孔質シート及び燃料電池セパレータ前駆体の評価−引張強度の評価−
ＪＩＳＫ７１２７（プラスチック−引張特性の試験方法−）に基づき、多孔質シート及び燃料電池セパレータ前駆体の引張強度を求めた。結果を表１に示す。なお、巻き取りや送り出し時に必要な強度は、８Ｎ／４０ｍｍ以上である。

［５］燃料電池セパレータの評価−導電性の評価−
ＪＩＳＨ０６０２（シリコン単結晶及びシリコンウェーハの４探針法による抵抗率測定方法）に基づいて、燃料電池セパレータＡ〜Ｄの固有抵抗を測定した。また、得られた１８点の測定結果より標準偏差を計算し、バラつきを評価した。結果を表１に示す。

表１に示した結果より、本発明の燃料電池セパレータ前駆体は、シート状で搬送できる強度を有し、成形後のセパレータの導電性のバラつきが改善された。また、同一材料を使用した従来の製法（比較例２）と比較しても、ロール状に巻き取り可能になっただけでなく、導電性のバラつきについても抑制することができた。

Claims

導電性フィラー（ただし、膨張黒鉛を除く。）を含む多孔質シートに、熱可塑性樹脂及び導電性フィラーを含む樹脂組成物を含浸してなる燃料電池セパレータ前駆体。
前記熱可塑性樹脂が、融点又はガラス転移点が１００℃以上のものである請求項１記載の燃料電池セパレータ前駆体。
前記樹脂組成物に含まれる導電性フィラーが、炭素材料からなるものである請求項１又は２記載の燃料電池セパレータ前駆体。
前記樹脂組成物に含まれる導電性フィラーの平均粒径が、５〜２００μｍである請求項１〜３のいずれか１項記載の燃料電池セパレータ前駆体。
前記樹脂組成物に含まれる熱可塑性樹脂の含有量が、前記樹脂組成物中２０〜９９.９質量％である請求項１〜４のいずれか１項記載の燃料電池セパレータ前駆体。
導電性フィラーを含む多孔質シートが、導電性フィラー（ただし、膨張黒鉛を除く。）及び有機繊維を含む抄造シート、炭素繊維シート、又は炭素繊維強化炭素複合材料からなるものである請求項１〜５のいずれか１項記載の燃料電池セパレータ前駆体。
前記導電性フィラーを含む多孔質シートが、導電性フィラー（ただし、膨張黒鉛を除く。）及び有機繊維を含む抄造シートである請求項６記載の燃料電池セパレータ前駆体。
前記有機繊維の平均繊維長が０.１〜１０ｍｍであり、平均繊維径が０.１〜１００μｍである請求項６又は７記載の燃料電池セパレータ前駆体。
請求項１〜８のいずれか１項記載の燃料電池セパレータ前駆体から得られる燃料電池セパレータ。
導電性フィラー（ただし、膨張黒鉛を除く。）を含む多孔質シートに、熱可塑性樹脂及び導電性フィラーを含む樹脂組成物を含浸させる工程を含む、燃料電池セパレータ前駆体の製造方法。
前記樹脂組成物に含まれる導電性フィラーの平均粒径が、５〜２００μｍである請求項１０記載の燃料電池セパレータ前駆体の製造方法。
前記樹脂組成物が、フィルム状である請求項１０又は１１記載の燃料電池セパレータ前駆体の製造方法。
前記樹脂組成物が、液状である請求項１０又は１１記載の燃料電池セパレータ前駆体の製造方法。
請求項１〜８のいずれか１項記載の燃料電池セパレータ前駆体を、加熱し、成形する工程を含む、燃料電池セパレータの製造方法。