JPH05307967A - 燐酸型燃料電池用炭素成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料電池用炭素成形体の製造工程の簡略化及
び製品歩留の改善。 【構成】 ２０〜８０％の有機繊維と８０〜２０％のパ
ルプとから抄紙された抄紙シートに、炭素質粉末懸濁有
機高分子物質溶液を含浸させ、この含浸シートの片面
に、ガス透過を妨げ、しかも塗工、貼り合わせ後加熱時
に、割れ、剥がれ、および反りを生じない塗工層を設
け、この塗工シートの複数枚を予め予備プレスにより貼
り合わせ、この予備プレスシートの両面上に未塗工含浸
シートの複数枚を重ね、加熱プレスによりこれらを一体
に積層結合して前駆成形体を形成し、この前駆成形体に
加熱安定化処理、および２０００℃以上の加熱焼成処理
を施して炭化及び多孔質化を行い、それによって、ガス
不透過性炭素層と、その両面上に接合された燐酸液保持
性多孔質炭素層から成る燐酸型燃料電池用炭素成形体を
製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燐酸型燃料電池用炭素
成形体に関するものであり、更に詳しく述べるならば、
ガス不透過性炭素層（セパレーター）と、その両面上に
積層接合している燐酸液保持性多孔質炭素層とを有する
一体型燐酸型燃料電池用炭素成形体に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガス不透過性炭素層及び燐酸液
保持性多孔質炭素層とを有する燐酸型燃料電池用炭素成
形体は、従来各層を別々に炭化及び多孔質化により製造
し、その後これらの層状体を接着剤で接合して炭素成形
体を形成する方法により製造されていた。しかし工程の
簡素化、コスト低減、歩留り改善などの観点から、各構
成層を炭化、多孔質化の前の段階で接合し、前駆成形体
に形成した後、これに炭化、多孔質化を施す試みが進め
られている。

【０００３】特開昭６０−２３６４６１号には、ガス不
透過性炭素層の両面に燐酸液保持性多孔質炭素層用の各
固体混合物原料を順次層状に供給して加熱プレス成形
し、これに硬化処理を施し、次いで炭化及び多孔質化を
施して炭素成形体を得る方法が開示されており、又特開
平２−２１５６９号には、α−セルロースにより構成さ
れた気孔率７０％以上のシートに熱硬化性樹脂を含浸し
た後これを半硬化して燃料電池電極用グリーン前駆体を
形成し、別にα−セルロースにより構成された気孔率６
０％以下のシートに熱硬化性樹脂を含浸した後半硬化し
て得られる燃料電池セパレーター用グリーン前駆体を形
成し、前記電極用グリーン前駆体とセパレーター用グリ
ーン前駆体とを熱圧接合した後これを完全硬化し、次
に、この硬化体に炭化及び多孔質化処理を施す方法が記
されている。しかし、有機繊維とパルプより成る混合物
を抄紙して得られる抄紙シートを原料として使用し、こ
の含浸シートを利用して特定構成の前駆成形体を形成
し、これから前記多層構造の燐酸型燃料電池用炭素成形
体を製造する方法は未だ確立されていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、燃料電池用炭素
成形体を構成するための、燐酸液保持性多孔質炭素層、
及びセパレーター層は、それぞれ別個に製造され、その
後両層を積層接合して炭素成形体に形成する方法が用い
られてきた。このような従来方法においては、各構成層
が薄い場合、その強度が低くなり、従ってそれを取り扱
う際、あるいは組立時に、割れなどのトラブルが発生し
易く、また表面の凹凸を除くため接合前に各面につき一
定の厚さを削り取る工程が施されるが、このため積層枚
数が増大し、また、各層を最終製品に必要な厚さよりも
やゝ厚めに製造するためコストが増加する。又各構成層
を別々に取り扱うため、工程数×枚数の値も大きくな
り、またそれに関連して不良品及び製造費も増加する。

【０００５】上記の諸問題に対する改善策として、固体
混合物原料を使用する場合に於いて、加熱プレス工程に
より成形体を形成する方法、あるいはα−セルロースに
より構成されたグリーン前駆体を原料として用いる場合
に於いては、加熱プレス段階で成形体に形成する方法が
開発されている。しかし、有機繊維及びパルプより成る
混合物を抄紙して得られる抄紙シートを原料とする場合
には、加熱プレス段階で成形体に形成する方法はまだ確
立されていない。

【０００６】その原因として、セパレーターのガス透過
性は、５×１０^-4（ml・mm／hr・cm ² ・mmaq）以下であ
ること、および燐酸液保持性多孔質炭素層のガス透過性
は１０〜１００（ml・mm／hr・cm² ・mmaq）であること
が要求され、これを実現するためには、前記各層を形成
するために異なった配合の含浸シートを用いるか、また
は同種類の含浸シートを用いた場合、各構成層の密度を
変える必要があるが、いづれの場合も、加熱する際、各
構成層の寸法変化率が異なるため、割れ、剥がれ、およ
び反りなどが発生し易く、また、割れ、剥がれ、および
反りが発生しない場合には、セパレーター層のガス透過
性が目標より高くなる場合が多く、満足できる品質のも
のが得られないということが考えられる。

【０００７】このため従来は固体混合物を原料とする前
記特開昭６０−２３６４６１号の方法が取られてきた
が、得られる成形体の機械的強度が低く、また固体混合
物を層状に供給するため界面に凸凹が形成され、要求性
能を確保するために各層の厚さを所要厚さより厚く製造
する必要があり、これがコストを押し上げている。この
ため中間の層に既に炭化を完了した層を用いて界面の凸
凹問題を改善することが考えられるが、このようにする
と、炭化を完了した層を予め製造しておくことが必要に
なり、この工程分の製造費が全体のコストを押し上げる
ことになる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、有機繊維
とパルプとの混抄により得られる抄紙シートに炭素質粉
末と有機高分子物質を含浸して含浸シートを作製し、こ
れに特定の塗工処理を施した複数の塗工シートに予備プ
レスを施して０．７５〜１．０ｇ／cm² の密度を有する
塗工予備プレスシート（芯層）を形成し、この予備プレ
スシートの両側に複数枚の前記含浸シートを積層し、加
熱プレスすることによって前駆成形体を形成し、この前
駆成形体に加熱安定化処理と加熱焼成処理とを施すこと
によって、前記塗工予備プレスシートに由来するガス不
透過性炭素層（セパレーター）と、前記含浸シートに由
来する燐酸液保持性多孔質炭素層とを有する燐酸型燃料
電池用炭素成形体の製造に成功し、前記課題を解決した
ものである。

【０００９】本発明に係る燐酸型燃料電池用炭素成形体
を製造する方法は２０〜８０重量％の炭素繊維製造用有
機繊維と、８０〜２０重量％のパルプとを含むスラリー
を抄紙して得られた抄紙シートに、有機高分子物質溶液
中に炭素質粉末が懸濁している懸濁液を含浸して、含浸
シート（Ａ）を作製し、前記含浸シート（Ａ）の表面
に、有機高分子物質および炭素質粉末を含む塗工層を形
成して塗工シート（Ｂ）を作製し、複数枚の前記塗工シ
ート（Ｂ）を重ね合わせてこれに予備プレスを施してこ
れらを貼り合わせて０．７５〜１．０ｇ／cm³ の密度を
有する予備プレスシート（Ｃ）を作製し、前記予備プレ
スシート（Ｃ）の両面上に、それぞれ複数枚の前記含浸
シート（Ａ）を重ね合わせ、この重積体に加熱プレスを
施して前駆成形体を形成し、前記前駆成形体に、空気中
において加熱安定化処理を施し、次に、これに、不活性
ガス雰囲気中において、２０００℃以上の温度の加熱焼
成処理を施して、前記前駆成形体を炭化および多孔質化
する、ことを含み、それによって、前記貼合シート
（Ｃ）に由来するガス不透過性炭素層と、その両面上に
接合され、かつ前記含浸シート（Ａ）に由来する燐酸液
保持性多孔質炭素層とを形成することを特徴とするもの
である。

【００１０】

【作用】一般に、燃料電池用セパレーターの品質として
は、そのガス透過性が５×１０ ^-4（ml・mm／hr・cm² ・
mmaq）以下であること、および燐酸液保持性多孔質炭素
層の品質としては、そのガス透過性が１０〜１００（ml
・mm／hr・cm² ・mmaq）であり、平均孔径が１０〜４０
（μｍ）であり、かつ、実用上十分な機械的強度を有す
ることが要求される。各構成要素に就いて以下に記述す
る。

【００１１】抄紙シートの製造工程 本発明方法において、抄紙シートの製造に用いられる炭
素繊維製造用有機繊維としては、ピッチ繊維、リグニン
繊維、フェノール樹脂繊維、アクリル繊維などの何れで
もよく、その太さは０．３〜１０デニール、その長さは
０．１〜５mmであることが好ましいが、抄紙特性及び最
終製品のガス透過性を下げ、かつ強度を向上させるため
には、０．３〜３デニールの太さと０．１〜５mmの長さ
を有するアクリル繊維を用いることが好ましい。

【００１２】本発明方法に用いられるパルプは、抄紙時
のシート強度を高めるために不可欠な成分であり、木材
パルプ、合成パルプの何れも使用可能である。一般に、
シート強度を高めるために、木材パルプを、全パルプ量
に対し５０〜６０％以上使用し、また繊維長のできるだ
け長いパルプの使用が好ましい。

【００１３】抄紙シートの製造における原料配合比は、
炭素繊維製造用有機繊維が２０〜８０重量％、パルプが
８０〜２０重量％である。パルプの含有率が８０％より
多くなると、得られる燐酸液保持層の密度が過大とな
り、必要な多孔状態が得られない。また、炭素繊維製造
用有機繊維の含有率が８０％より多くなると、抄紙シー
トの十分な強度が得られない。好ましくは、炭素繊維製
造用有機繊維の含有率が３０〜７０％であり、パルプの
含有率が７０〜３０％である。

【００１４】表面に塗工を施して、ガス不透過性炭素層
を形成するために用いられる抄紙シートと、表面に塗工
を施さず、燐酸液保持性多孔質炭素層を形成するために
用いられる抄紙シートとは、接合後加熱時の割れ、剥が
れ、および反り防止、及び製造工程の省力化の為に、同
一配合のものであることが好ましいが、これに限定され
るわけではない。

【００１５】含浸工程 本発明方法の含浸工程は、繊維の接合剤としての有機高
分子物質を、抄紙シートに含ませる事により、含浸シー
ト（Ａ）を作製するものであって、それにより予備プレ
ス及び加熱プレスにおいて、含浸シート（Ａ）の貼り合
わせ、あるいは各構成層の接合を可能にする。また、含
浸工程は、最終製品の機械的強度の発現及び目標のガス
透過量を得るために必要である。また更に次の塗工工程
に使用される含浸シートにおいては、この含浸工程は、
シート表面における塗工物の染み込みを防ぐ効果を奏す
るものである。

【００１６】含浸工程に用いられる懸濁液は、有機高分
子物質の溶液中に炭素質粉末を懸濁して調製される。こ
の有機高分子物質としては、熱硬化性樹脂（フェノール
樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリジ
ビニルベンゼン）または熱可塑性樹脂（塩化ビニル樹
脂、塩化ビニリデン樹脂、フッ化ビニル樹脂、フッ化ビ
ニリデン樹脂、アクリル樹脂）の何れも使用可能である
が、炭化後炭素質バインダーとして結合に役立つような
熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。また得られる製
品に必要な電気抵抗値、およびガス透過量を付与するた
めに、炭素質粉末として、平均粒径２〜１５μｍのグラ
ファイト、またはカーボンブラックを用いることが好ま
しい。懸濁液の溶媒としては、メタノール、又はエタノ
ールなどを用いることができる。

【００１７】抄紙シートに対する含浸量としては、抄紙
シート１００部に対して、有機高分子物質が６０〜１０
０部、炭素質粉末が５〜３０部になるようにすることが
好ましい。有機高分子物質の含浸量が過度に増えると、
得られる燐酸液保持性多孔質炭素層のガス透過性が過大
になり（但し極端に増えるとガス透過性は減少する）、
また炭素質粉末の含有量が過大になると、得られる燐酸
液保持性多孔質炭素層のガス透過性が過小になる。

【００１８】塗工工程 上記抄紙シートの製造工程及び含浸工程により得られた
含浸シート（Ａ）をそのまゝ用いて得られる炭素層は、
多孔質であって燐酸保持には適しているが、ガス透過性
が高く、セパレーター層を形成するには不適である。し
かしながら、加熱時の割れ、剥がれ、および反りを防ぐ
という観点からは、前記多孔質炭素層形成用抄紙シート
と原料配合の異なる抄紙シートを用いてセパレーター用
ガス不透過性炭素層を形成することは好ましくない。こ
のため本発明方法では、接合後加熱焼成により、割れ、
剥離、および反りを生じることなく、ガス透過性を低下
させ得る塗工物を含浸シート（Ａ）の表面に塗工し、こ
の塗工シートを用いてセパレーター層を製造することに
より、上記問題を解決したのである。

【００１９】本発明方法に用いられる塗工物は、炭素質
粉末、有機高分子物質、分散媒よりなるものであって、
前記含浸工程の項に記載された物質は、すべて使用可能
である。これらの中で、塗工に適した濃度に調整可能で
あり、炭化中に割れ、剥がれがなく、かつガス透過性も
低下させる原料としては、フェノール樹脂で代表される
熱硬化性樹脂、炭化後の強度を高める粉末フェノール樹
脂、平均粒径２〜１５μｍのグラファイト、またはカー
ボンブラックを用いることが好ましい。これら塗工物の
分散媒としては、メタノールまたは水（有機高分子物質
として、水に分散可能な粉末フェノール樹脂、および増
粘剤としてポリビニルアルコール、または澱粉を使用し
た場合）が使用可能である。塗工物中の成分配合量とし
ては、有機高分子物質３０〜７０％、炭素質粉末５〜１
５％、分散媒１５〜６５％であることが好ましい。塗工
量は、１０〜５０ｇ（固形分）／ｍ² であることが好ま
しく、このようにすると炭素成形体の品質がよく、また
塗工操作も容易になる。含浸シートの片面、又は両面に
上記塗工物含有塗料を塗工し乾燥により分散媒を除去す
ることによって塗工シート（Ｂ）が得られる。

【００２０】予備プレス工程 上記のようにして得られた、表面塗工シート（Ｂ）を２
枚以上重ね、これに温度１５０℃以下、圧力１．０kg／
cm² 以下、時間１０分以下の予備プレスを施して、これ
らを貼り合わせ、密度０．７５〜１．０ｇ／cm³ の予備
プレスシート（Ｃ）を作製する。塗工シート（Ｂ）の積
層方法には格別の制限がないが、各塗工層の塗工量の合
計が５０〜２５０ｇ／ｍ² であり、積層枚数が２〜６枚
になるようにすることが好ましく、又塗工層が直接接す
るように重ねることが好ましい。予備プレスシートの厚
さは、約１００ｇ／ｍ² の抄紙シートを用いた場合、
０．２〜１．５mmであることが好ましく、その密度は、
０．７５〜１．０ｇ／cm³ であることが必要である。密
度が１．０ｇ／cm³ より大きくなると、次の加熱プレス
工程において、予備プレスシートと、その外側に接合さ
れる含浸シート層との加熱変形差が過大となり、分裂等
のトラブルが起き易く、また密度が０．７５ｇ／cm³ 未
満では、得られるセパレーター層のガスの透過性が過大
となり、セパレーター層として不適当なものになる。

【００２１】加熱プレス工程 前記予備プレス工程で貼り合わされた複数枚の表面塗工
シート（Ｂ）より成る予備プレスシート（Ｃ）を、中央
に配置し、その両面上に、それぞれ複数枚の未塗工含浸
シート（Ａ）を積層し、これに温度１２０℃〜２００
℃、圧力１．０〜５．０kg／cm² 、時間１〜２０分の条
件で加熱プレスを施し、それによって、未塗工含浸シー
ト（Ａ）を互に貼り合わせ、それと同時に、未塗工含浸
シート（Ａ）の貼合体と、予備プレスシート（Ｃ）とを
貼着し、それによって、（非塗工含浸シート貼合層）−
（予備プレスシート層）−（非塗工含浸シート貼合層）
の接合体からなる前駆成形体を形成する。この加熱プレ
ス工程により得られる前駆成形体の平均密度は、０．６
５〜０．９０ｇ／cm³ であることが好ましい。

【００２２】加熱安定化工程 前述の工程により得られた前駆成形体を、温度１５０〜
３５０℃、時間１〜５０時間の条件下において空気中で
加熱し、それによって、焼成工程前の安定化処理を施
す。本工程の目的は加熱焼成工程後の収率の向上、並び
に加熱焼成工程中の割れ、剥離、および反りの防止にあ
る。

【００２３】加熱焼成工程 前記加熱安定化された前駆成形体に、不活性ガス雰囲気
中において、２０００℃以上の温度（好ましくは２５０
０℃以上）で加熱焼成を施しそれによって前駆成形体を
炭化、及び多孔質化して炭素成形体を得る。上記焼成工
程をできるだけ穏やかな条件で行うことにより、得られ
る製品の割れ、剥離、および反りを防止することができ
る。本工程に用いられる不活性ガスは価格の点からアル
ゴンが好適である。又上記加熱焼成を、２０００℃まで
は真空下で行ってもかまわない。

【００２４】図１には、本発明方法において、形成され
る前駆成形体の積層構造の１例が示されている。図１に
おいて、複数枚の塗工シート１ａの貼合体１の両面上
に、それぞれ複数枚の未塗工含浸シート２ａの貼合体２
が、積層貼合され、それによって前駆成形体が構成され
る。塗工シート１ａは、塗工物層３を有している。本発
明方法において、上記塗工シート貼合体１はガス不透過
性炭素層（セパレーター）となり、また、含浸シート貼
合体２は、燐酸液保持性多孔質炭素層に変換される。

【００２５】

【実施例】本発明を下記実施例により更に説明する。実
施例においては、塗工シートの塗工物層の組成を種々に
変化させた。また比較例１は、塗工物層を設けない場
合、得られる製品の芯部のガス透過性が大となり従って
セパレーターとしては利用できない例を示したものであ
り、比較例２は、含浸シート表面に塗工物層を設け、
０．７１ｇ／cm³ の密度を有する予備プレスシートを作
製した場合、得られる製品の芯部のガス透過性が大とな
り従ってセパレーターには利用できない例を示したもの
であり、比較例３は、含浸シート表面に塗工物層を設
け、１．１９ｇ／cm³ の密度を有する予備プレスシート
を作成した場合、加熱焼成時に成形体が分裂する例を示
したものであり、比較例４は、固体混合物原料使用によ
る従来法（特開昭６０−２３６４６１号）を示したもの
である。測定方法 本発明において得られた炭素成形体の性能測定は、炭素
成形体について直接行われたが、ガス透過性の測定は、
サンプルの周囲をシールし、窒素ガスを用いて測定され
た。

【００２６】実施例１ 太さ０．５デニール、長さ３mmのアクリル繊維７０重量
％と、カナディアンフリーネス４５０mlのパルプ３０重
量％よりなる混合物を水に分散させ、このスラリーを原
料として抄紙機で坪量１００ｇ／ｍ² のシートを抄紙し
た。この抄紙シートに、フェノール樹脂（群栄化学社
製、商標：ＰＬ−２２１５）固形分２２．５％、炭素質
粉末（中越黒鉛工業所製、商標：ＣＰＢ−６Ｓ、平均粒
径９μｍ）４．５％を含むメタノール懸濁液を、含浸量
が３３０ｇ／ｍ² になるように含浸させ、次いでメタノ
ールを乾燥除去させた。上記工程により抄紙シート１０
０重量部に対し、フェノール樹脂７５重量部、炭素質粉
末１５重量部を含浸している含浸シートを得た。この含
浸シートを寸法２０cm×２０cmに裁断した。

【００２７】この含浸シートに、フェノール樹脂（群栄
化学社製、商標：ＰＬ−２２１５）固形分４０％、粉末
フェノール樹脂（鐘紡製、商標：ベルパールＳ−８７
０）８．５％、炭素質粉末（中越黒鉛工業所製、商標：
ＣＰＢ−６Ｓ、平均粒径９μｍ）８．５％、メタノール
４３％から成る塗工物を、固形分塗布量が３８ｇ／ｍ²
になるように片面塗工した。

【００２８】上記により得られた塗工シート２枚をその
塗工層が向い合うように重ねたものを更に２組（計４
枚）を重ね合わせ、これに１１０℃、５分の予備プレス
を施して貼り合わせ、密度０．９０ｇ／cm³ の予備プレ
スシートを得た。

【００２９】この予備プレスシートの両面上に、未塗工
含浸シートを、それぞれ１２枚づつ重ね、この重積体に
１６０℃、１０分の条件で加熱プレスを施し、それによ
って未塗工含浸シート相互の貼り合わせと、同時にこの
貼合体と予備プレスシートとを接合し、平均密度０．７
４ｇ／cm³ の前駆成形体を形成した。

【００３０】次に、この前駆成形体に、空気中２１０℃
で、２４時間加熱安定化処理を施した。次に、それに真
空雰囲気下、荷重１０ｇ／cm² において１０００℃の加
熱焼成を施した。温度１０００℃における保持時間は１
時間であり、加熱開始から降温終了まで５０時間であっ
た。電気伝導度、および熱伝導度向上のために、この１
０００℃加熱焼成品を更に２０００℃まで真空雰囲気下
に加熱し、更に２００１〜２８００℃までアルゴンガス
雰囲気下、荷重１６ｇ／cm² の条件下で加熱焼成した。
２８００℃保持時間は３０分、加熱開始から降温終了ま
で９時間であった。

【００３１】得られた炭素成形体の特性は表１に示す通
りであり、セパレーターとしての要求品質を満たし、ま
たその曲げ強度も比較例１（塗工シートを用いない場
合）と等しく、塗工層の接合強度は十分強いことが確認
された。

【００３２】実施例２ 実施例１と同様にして含浸シートを製造し、この含浸シ
ートに、粉末フェノール樹脂（鐘紡製、商標：ベルパー
ルＳ−８７０）３３．６％、ポリビニルアルコール（ク
ラレ製、商標：ポバール２０５）２．１％、炭素質粉末
（中越黒鉛工業所製、商標：ＣＰＢ−６Ｓ、平均粒径９
μｍ）８．４％、および水５５．９％から成る塗工物
を、固形分塗工量が４３ｇ／ｍ² になるように片面塗工
した。得られた塗工シート２枚を、その塗工層が向い合
うように重ね、この重積物２組（計４枚）を重ね合わ
せ、これに１１０℃、５分の予備プレス工程を施して塗
工シートを貼り合わせ、密度０．９１ｇ／cm³ の予備プ
レスシートを得た。

【００３３】この予備プレスシートの両面上に、未塗工
含浸シートを重ね、実施例１と同様にして平均密度０．
７５ｇ／cm³ の前駆成形体を形成した。次に、この前駆
成形体に実施例１と同様に加熱安定化処理及び加熱焼成
を施した。得られた炭素成形体の性能は表１に示す通り
であり、セパレーターとしての要求品質を満たし、また
曲げ強度は４００kg／cm² であって接合強度も十分高い
ことが確認された。後述の比較例４は既完成品セパレー
ターを用いて得られたデータであるが、本実施例２の製
品はこれよりも高い曲げ強度を有していた。

【００３４】比較例１ 実施例１と同様にして製造した含浸シートを４枚重ね、
これに温度１１０℃、時間５分の予備プレス工程を施し
てこれらを貼り合わせて、密度０．８９ｇ／cm ³ の予備
プレスシートを得た。この予備プレスシートの両面上
に、予備プレスを行っていない含浸シートをそれぞれ１
２枚づつ重ね、これに１６０℃、１０分の条件で加熱プ
レスを施し、未予備プレス含浸シートを互に貼り合わ
せ、かつ同時に予備プレスシートと、前記貼合体とを接
合した。平均密度０．７５ｇ／cm³ の前駆成形体が得ら
れた。

【００３５】次に、この前駆成形体に実施例１と同様に
加熱安定化処理及び加熱焼成を施した。得られた炭素成
形体の性能は表１に示す通りであって、そのガス透過量
が大であり、セパレーターとしての要求品質を満たして
いないものであった。

【００３６】比較例２ 実施例１の方法と同様の方法により含浸シート及び片面
塗工シートを製造した。この塗工シート２枚をその塗工
層が向い合うように重ねた物２組（計４枚）を重ね合わ
せ、これに１１０℃、５分の予備プレスを施して塗工シ
ートを貼り合わせて、密度０．６８ｇ／cm³ の予備プレ
スシートを得た。この予備プレスシートの両面上に未塗
工含浸シートを、それぞれ１２枚づつ重ね、これに１６
０℃、１０分の条件で加熱プレスを施して、未塗工含浸
シートを互に貼り合わせるとともに、同時に予備プレス
シートと前記貼合体とを接合した。平均密度０．７４ｇ
／cm³ の前駆成形体が得られた。

【００３７】次に、この前駆成形体に実施例１と同様の
加熱安定化処理及び加熱焼成を施して炭素成形体を得
た。得られた炭素成形体の性能は表１の通りであって、
ガス透過量が大でありセパレーターとしての品質要求を
満たしていないのであった。

【００３８】比較例３ 実施例１と同様の方法により含浸シート及び片面塗工シ
ートを作製した。この塗工シート２枚を、その塗工層が
向い合うように重ねた物２組（計４枚）を重ね、これに
１１０℃、５分の予備プレスを施して塗工シートを貼り
合わせ、密度１．１９ｇ／cm³ の予備プレスシートを得
た。この予備プレスシートの両面上に未塗工含浸シート
を、それぞれ１２枚づつ重ね、これに１６０℃、１０分
の条件で加熱プレスを施して、未塗工含浸シートを互に
貼り合わせるとともに、同時に予備プレスシートとこの
貼合体とを接合した。平均密度０．７６ｇ／cm³ の前駆
成形体が得られた。

【００３９】次に、前駆成形体に実施例１と同様の加熱
安定化処理及び加熱焼成を施したが、１０００℃加熱焼
成の後、電気伝導度、および熱伝導度向上のため、この
１０００℃熱処理品を更に２０００℃まで、真空雰囲気
下、荷重１６ｇ／cm² 下で加熱焼成しようとしたが、温
度が１２００℃付近に達したときサンプルに割れを生じ
分解した。このときの加熱速度は実施例１と同様であっ
た。

【００４０】比較例４ 固体混合物原料を使用した特開昭６０−２３６４６１号
記載の従来法により炭素成形体を作製した。結果を表１
に示す。この従来方法では、短炭素繊維、ポリビニルア
ルコール粒子、フェノール樹脂から成る緻密炭素質層用
混合物をプレス成形用金型に供給し、次いでカーボン板
を供給し、更に上記緻密炭素質層用混合物を供給し、プ
レス成形した後、加熱硬化、焼成を施して構造物を得
た。得られた製品の性能を表１に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【発明の効果】本発明方法においては、最終的に必要な
厚さのセパレーターを、含浸シートの段階で前駆成形体
中に組み込むため、セパレーターの表面研磨代、強度保
持のための余分な厚さが不要となり、また燐酸液保持性
多孔質炭素層についても、片面の研磨代は不要となり、
また強度保持のための余分の厚さも減少するため原料の
コストを低減することができる。また工程数が減少する
ことによる製造費低減、生産効率アップ及び取扱時の破
損減少による歩留の向上の効果がある。得られる製品
は、品質的にもガス透過性がセパレーターとしての要求
品質を満たし、また強度面でも優れている。更に薄いシ
ート状物を積層して用いるため、厚さ方向の品質を細か
くコントロールすることが可能となり、セパレーターの
厚さも薄くすることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法における前駆成形体の積層構造の一
例を示す斜視説明図。

【符号の説明】

１ａ…塗工シート １…塗工シートの貼合体 ２ａ…含浸シート ２…含浸シートの貼合体 ３…塗工シートの塗工物層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｄ２１Ｈ 17/67 27/24

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２０〜８０重量％の炭素繊維製造用有機
   繊維と、８０〜２０重量％のパルプとを含むスラリーを
   抄紙して得られた抄紙シートに、有機高分子物質溶液中
   に炭素質粉末が懸濁している懸濁液を含浸して、含浸シ
   ート（Ａ）を作製し、 前記含浸シート（Ａ）の表面に、有機高分子物質および
   炭素質粉末を含む塗工層を形成して塗工シート（Ｂ）を
   作製し、 複数枚の前記塗工シート（Ｂ）を重ね合わせてこれに予
   備プレスを施してこれらを貼り合わせて０．７５〜１．
   ０ｇ／cm³ の密度を有する予備プレスシート（Ｃ）を作
   製し、 前記予備プレスシート（Ｃ）の両面上に、それぞれ複数
   枚の前記含浸シート（Ａ）を重ね合わせ、この重積体に
   加熱プレスを施して前駆成形体を形成し、 前記前駆成形体に、空気中において加熱安定化処理を施
   し、 次に、これに、不活性ガス雰囲気中において、２０００
   ℃以上の温度の加熱焼成処理を施して、前記前駆成形体
   を炭化および多孔質化する、 ことを含み、 それによって、前記貼合シート（Ｃ）に由来するガス不
   透過性炭素層と、その両面上に接合され、かつ前記含浸
   シート（Ａ）に由来する燐酸液保持性多孔質炭素層とを
   形成することを特徴とする、燐酸型燃料電池用炭素成形
   体を製造する方法。