(57)【要約】      （修正有）【課題】セパレータの密着性を損なわずに、導電性をより一層高めることができる燃料電池用セパレータを提供する。【解決手段】燃料電池用セパレータは、熱可塑性樹脂５０および導電物５２の混合物で形成し、電解質膜に沿わせたアノードおよびカソードを、拡散層を介して両側から挟み込むものである。この燃料電池用セパレータは、熱可塑性樹脂５０の重量平均分子量を１．０×１０５〜５．０×１０５にしたものである。【選択図】図３
2006127854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂および導電物の混合物で形成し、電解質膜に沿わせたアノードおよびカソードを、拡散層を介して両側から挟み込む燃料電池用セパレータにおいて、
前記熱可塑性樹脂は、重量平均分子量が１．０×１０５〜５．０×１０５であることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記導電物は黒鉛であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記導電物は、黒鉛と導電性カーボンブラックとからなり、この導電性カーボンブラックの含有量が０．１〜８．０体積％であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
前記熱可塑性樹脂は、ポレオレフィン、ポリアリーレンスルフィド樹脂、フッ素樹脂から選択したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
前記ポレオレフィンはポリプロピレンであることを特徴とする請求項４記載の燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂および導電物の混合物で形成し、電解質膜に沿わせたアノードおよびカソードを両側から挟み込む燃料電池用セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水の電気分解の逆の原理を利用し、水素と酸素とを反応させて水を得る過程で電気を得ることができる電池である。一般に、水素に燃料ガスを置き換え、酸素に空気や酸化剤ガスを置き換えるので、燃料ガス、空気、酸化剤ガスの用語を使用することが多い。以下、一般的な燃料電池を次図に示して説明する。
【０００３】
図４は従来の燃料電池を示す分解斜視図である。
燃料電池１００は、電解質膜１０１にアノード１０２およびカソード１０３を沿わせ、これらの電極１０２，１０３を拡散層１０４，１０５を介して第１セパレータ１０６および第２セパレータ１０７で挟むことでセルモジュールを構成する。このセルモジュールを多数個積層することで燃料電池を得る。
【０００４】
ここで、カソード１０３には酸化剤ガスを効果的に接触させる必要がある。このため、第２セパレータ１０７の面１０７ａに溝１０８・・・を多数本条設し、第２セパレータ１０７の面２０７ａに拡散層１０５を重ねて溝１０８・・・を塞ぐことにより、酸化剤ガスの流路となる第２流路（図示しない）を形成する。
【０００５】
一方、アノード１０２には燃料ガスを効果的に接触させる必要がある。このため、第１セパレータ１０６の面１０６ａに溝（図示しない）を多数本条設し、第１セパレータ１０６の面１０６ａに拡散層１０４を重ねて溝を塞ぐことにより、燃料ガスの流路となる第１流路（図示しない）を形成する。
【０００６】
また、第１セパレータ１０６は、面１０６ａの裏面１０６ｂに冷却水通路用溝１０９・・・を多数本条設し、第２セパレータ１０７は、面１０７ａの裏面１０７ｂに冷却水通路用溝（図示しない）を多数本条設する。
第１、第２セパレータ１０６，１０７を重ね合わせることで、それぞれの冷却水通路用溝１０９・・・を合わせて冷却水通路（図示しない）を形成する。
【０００７】
この燃料電池１００は、第１、第２セパレータ１０６，１０７にそれぞれ拡散層１０４，１０５を重ね合わせて第１、第２流路を形成するために、第１、第２セパレータ１０６，１０７のそれぞれの面１０６ａ，１０７ａに拡散層１０４，１０５を密着状態に重ね合わせる必要がある。
【０００８】
一方、第１セパレータ１０６と第２セパレータ１０７とを重ね合わせることで、それぞれの面の冷却水通路を形成するので、第１セパレータ１０６と第２セパレータ１０７とを密着状態に重ね合わせる必要がある。
【０００９】
この要求を満たすために、柔軟性に優れた熱可塑性樹脂で形成したセパレータが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４―１３９９６６号公報  このセパレータは、柔軟性に優れた熱可塑性樹脂と、導電物とを含んだ混合材で形成したものである。
【００１０】
セパレータを、柔軟性に優れた熱可塑性樹脂で形成することで、図４に示す第１、第２セパレータ１０６，１０７のそれぞれの面１０６ａ，１０７ａに拡散層１０４，１０５を密着状態に重ね合わせることができる。
同様に、図４に示す第１セパレータ１０６と第２セパレータ１０７とを密着状態に重ね合わせることもできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、特許文献１のセパレータには、導電性を確保して、燃料電池の発電効果を高めるために、導電物として黒鉛やケッチェンブラックなどが用いられている。
ここで、燃料電池の発電効果をより一層高めることが望まれている。この要望を満たす手段として、例えば、セパレータに含まれる導電物の含有量を増加させることが考えられる。
【００１２】
しかし、セパレータ中の、導電物の含有量を増加させると、熱可塑性樹脂の含有量が減少する。
柔軟性に優れた熱可塑性樹脂の含有量が減少することで、セパレータの密着性が損なわれる虞がある。
【００１３】
本発明は、セパレータの密着性を損なわずに、導電性をより一層高めることができる燃料電池用セパレータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に係る発明は、熱可塑性樹脂および導電物を混合させた混合材で形成し、電解質膜に沿わせたアノードおよびカソードを、拡散層を介して両側から挟み込む燃料電池用セパレータにおいて、前記熱可塑性樹脂は、重量平均分子量が１．０×１０５〜５．０×１０５であることを特徴とする。
【００１５】
ここで、重量平均分子量が大きい熱可塑性樹脂は、高分子鎖が長く、かつ複雑に絡み合っている。このため、隣接する導電物間に入り込んだ高分子鎖間に隙間ができ難く、高分子鎖で導電物が互いに離れた状態に保たれる。
よって、重量平均分子量が大きい熱可塑性樹脂でセパレータを形成すると、セパレータの導電性を確保し難いことが考えられる。
【００１６】
一方、重量平均分子量が小さい熱可塑性樹脂は、高分子鎖が短く、比較的単純に絡み合っている。よって、隣接する導電物間に高分子鎖が入り込んでいても、高分子鎖間に隙間が存在し、この隙間を通して導電物が接触した状態を保つ。
これにより、重量平均分子量が小さい熱可塑性樹脂でセパレータを形成すると、セパレータの導電性を良好に確保し易い。
【００１７】
そこで、請求項１において、熱可塑性樹脂の重量平均分子量を１．０×１０５〜５．０×１０５と小さくした。
よって、導電物の含有量を増やすことなく、導電性をより一層良好に確保することができる。
これにより、熱可塑性樹脂の含有量を減少させる必要がないので、セパレータの密着性を良好に確保することができる。
【００１８】
ここで、熱可塑性樹脂の重量平均分子量を１．０×１０５〜５．０×１０５と小さくした理由について説明する。
すなわち、熱可塑性樹脂の重量平均分子量が１．０×１０５未満になると、熱可塑性樹脂が導電物と導電物と結合するバインダーとしての役割を果たせなくなる。熱可塑性樹脂がバインダーの役割を果たせなくなると、セパレータの強度を維持することや、密着性を維持することが難しい。
そこで、熱可塑性樹脂の重量平均分子量を１．０×１０５以上とすることで、セパレータの強度や密着性を維持することにした。
【００１９】
一方、熱可塑性樹脂の重量平均分子量が５．０×１０５を超えると、重量平均分子量が大きくなり過ぎて、熱可塑性樹脂の高分子鎖で導電物が互いに離れた状態に保たれる。
導電物が互いに離れた状態に保たれると、セパレータの導電性を良好に確保することが難しい。
そこで、熱可塑性樹脂の重量平均分子量を５．０×１０５以下とすることで、セパレータの導電性をより一層良好に確保することにした。
【００２０】
請求項２において、導電物は黒鉛であることを特徴とする。
導電物として黒鉛を用いることで、燃料電池の発電の際の酸性雰囲気でも劣化することがなく燃料電池のセパレータの導電物として適している。また、黒鉛は価格が安価である。
【００２１】
請求項３において、導電物は、黒鉛と導電性カーボンブラックとからなり、この導電性カーボンブラックの含有量が０．１〜８．０体積％であることを特徴とする。
【００２２】
導電性カーボンブラックは、黒鉛と比較して導電性に優れた物質であり、導電性カーボンブラックを含ませることでセパレータの導電性をより一層高めることができる。
【００２３】
ここで、導電性カーボンブラックの含有量を０．１〜８．０体積％に設定した理由は、導電性カーボンブラックの含有量が０．１体積％未満になると、導電性カーボンブラックの含有量が少な過ぎて、導電性カーボンブラックを含ませた効果を得ることが難しくなる。
【００２４】
一方、導電性カーボンブラックの含有量が８．０体積％を超えると、導電性カーボンブラックの含有量が多過ぎて、導電性カーボンブラックを含んだ熱可塑性樹脂の流動性が悪く、セパレータを所定形状に成形することが難しい。
【００２５】
請求項４において、熱可塑性樹脂は、ポレオレフィン、ポリアリーレンスルフィド樹脂、フッ素樹脂から選択したものであることを特徴とする。
【００２６】
セパレータは、比較的薄板である。この薄板のセパレータを複数枚重ね、重ねたものを所定の荷重で締め付けて燃料電池とする。このため、セパレータを燃料電池に組み込むと、セパレータに比較的大きな荷重がかかる。
ここで、熱可塑性樹脂のうち、ポレオレフィン、ポリアリーレンスルフィド樹脂、フッ素樹脂は、その他の熱可塑性樹脂と比較して、薄板状に成形した状態において、強度を十分に確保することができる。
加えて、ポレオレフィン、ポリアリーレンスルフィド樹脂、フッ素樹脂は、耐酸性、耐熱性の面でも優れているので、燃料電池の発電の際の酸性雰囲気の中でも劣化せず、燃料電池のセパレータとしての機能を十分に果たすことができる。
【００２７】
そこで、請求項４において、セパレータの成形材として、熱可塑性樹脂のうちから、ポレオレフィン、ポリアリーレンスルフィド樹脂、フッ素樹脂を選択した。
【００２８】
請求項５において、ポレオレフィンはポリプロピレンであることを特徴とする。
ポリプロピレンを含有させたセパレータは、その他の熱可塑性樹脂を含有させたセパレータと比較して、体積抵抗値を小さく抑えることが可能になる。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１に係る発明では、熱可塑性樹脂の重量平均分子量を１．０×１０５〜５．０×１０５と小さくすることで、セパレータの密着性を損なわずに、導電性をより一層高めることができるという利点がある。
【００３０】
請求項２に係る発明では、導電物として黒鉛を用いることで、発電の際の酸性雰囲気下での劣化を防止できるという利点がある。
【００３１】
請求項３に係る発明では、導電性カーボンブラックの含有量を０．１〜８．０体積％にすることで、セパレータの導電性を十分に確保し、さらにセパレータの成形性を好適に確保することができるという利点がある。
【００３２】
請求項４に係る発明では、セパレータの成形材として、熱可塑性樹脂のうちから、ポレオレフィン、ポリアリーレンスルフィド樹脂、フッ素樹脂を選択することで、セパレータの強度を十分に確保することができるという利点がある。
【００３３】
請求項５に係る発明では、熱可塑性樹脂をポリプロピレンとすることで、セパレータの抵抗値（体積固有抵抗値）を小さく抑えて、燃料電池の発電効果をより一層高めることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る燃料電池用セパレータを用いた燃料電池を示す分解斜視図である。
燃料電池１０は、一例として電解質膜１２に固体高分子電解質を使用し、この電解質膜１２にアノード１３およびカソード１４を添わせ、アノード１３側にアノード拡散層（拡散層）１５を介してセパレータ１８を合わせるとともに、カソード１４側にカソード拡散層（拡散層）１６を介してセパレータ（燃料電池用セパレータ）１８を合わせることによりセルモジュール１１を構成し、このセルモジュール１１を多数個積層した固体高分子型燃料電池である。
【００３５】
セパレータ１８は、第１セパレータ２０と、第２セパレータ３０とからなり、第１セパレータ２０の冷却水通路形成面２０ａと第２セパレータ３０の接合面３０ａを、一例として振動溶着法で接合した樹脂製のセパレータである。
【００３６】
第１、第２セパレータ２０，３０を接合することにより、第１セパレータ２０の冷却水通路用溝２１・・・を第２セパレータ３０で覆い、冷却水通路２２・・・（図４に示す）を形成する。
この冷却水通路２２・・・には、第１、第２セパレータ２０，３０の上端中央の冷却水供給孔部２３ａ，３３ａが連通するとともに、第１、第２セパレータ２０，３０の下端中央の冷却水排出孔部２３ｂ，３３ｂが連通する。
【００３７】
第１セパレータ２０は、燃料ガス通路形成面（接触面）２０ｂ側に燃料ガス通路用溝２４・・・（図２に示す）を備え、燃料ガス通路形成面２０ｂにアノード拡散層１５を重ね合わせることで、燃料ガス通路用溝２４・・・をアノード拡散層１５で塞いで燃料ガス通路２５・・・（図４に示す）を形成する。
この燃料ガス通路２５・・・に、第１、第２セパレータ２０，３０の上端左側の燃料ガス供給孔部２６ａ，３６ａを連通するとともに、第１、第２セパレータ２０，３０の下端右側の燃料ガス排出孔部２６ｂ，３６ｂを連通する。
【００３８】
第２セパレータ３０は、酸化剤ガス通路形成面（接触面）３０ｂ側に酸化剤ガス通路用溝３７・・・を備え、酸化剤ガス通路形成面３０ｂにカソード拡散層１６を重ね合わせることで、酸化剤ガス通路用溝３７・・・をカソード拡散層１６で塞いで酸化剤ガス通路３８・・・（図４に示す）を形成する。
この酸化剤ガス通路３８・・・に、第１、第２セパレータ２０，３０の上端右側の酸化剤ガス供給孔部２９ａ，３９ａを連通するとともに、第１、第２セパレータ２０，３０の下端左側の酸化剤ガス排出孔部２９ｂ，３９ｂを連通する。
【００３９】
第１、第２セパレータ２０，３０（セパレータ１８）を形成する樹脂としては、熱可塑性樹脂と、導電物を混合したものである。
熱可塑性樹脂としては、一例として、ポリオレフィン、ポリアリーレンスルフィド樹脂、フッ素樹脂が用いられる。
【００４０】
熱可塑性樹脂は柔軟性のある樹脂であり、この樹脂を使用することで、第１、第２セパレータ２０，３０を柔軟性に優れた部材とすることができる。
ポリオレフィン、ポリアリーレンスルフィド樹脂、フッ素樹脂は、熱可塑性樹脂のなかで強度的に優れた樹脂であり、この樹脂を使用することで、第１、第２セパレータ２０，３０を強度的に優れた部材とすることができる。
【００４１】
ポリオレフィンとしては、一例として、ポリエチレン、ポリプロピレンが該当する。
ポリプロピレンを含有させたセパレータは、その他の熱可塑性樹脂を含有させたセパレータと比較して、抵抗値（体積固有抵抗値）を小さく抑えることが可能になる。
【００４２】
また、ポリアリーレンスルフィド樹脂としては、一例として、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニルサルホンが該当する。
さらに、フッ素樹脂として、一例として、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体、テフロン（登録商標）が該当する。
【００４３】
加えて、熱可塑性樹脂は、重量平均分子量が１．０×１０５〜５．０×１０５と小さいものが用いられる。
重量平均分子量が小さい熱可塑性樹脂でセパレータを形成することで、セパレータの導電性を良好に確保する。
よって、導電物の含有量を増やすことなく、導電性をより一層良好に確保することができる。
【００４４】
これにより、熱可塑性樹脂の含有量を減少させる必要がないので、セパレータの密着性を良好に確保することができる。
なお、熱可塑性樹脂の重量平均分子量を１．０×１０５〜５．０×１０５と小さくした理由は、図３で詳しく説明する。
【００４５】
導電物としては、一例として、黒鉛が該当し、あるいは、黒鉛と導電性カーボンブラックとを混合したものが該当する。
第１、第２セパレータ２０，３０に黒鉛や導電性カーボンブラックを含めることで、第１、第２セパレータ２０，３０の導電性を確保する。
【００４６】
導電性カーボンブラックとしては、ケッチェンブラックが該当する。
なお、ケッチェンブラックは、導電性に優れたカーボンブラックで、一例としてケッチェン・ブラック・インターナショナル株式会社製（販売元；三菱化学株式会社）のものが該当するが、これに限るものではない。
【００４７】
図２は本発明に係る燃料電池用セパレータを示す断面図である。
セパレータ１８は、第１、第２セパレータ２０，３０を重ね合わせた後に第１、第２セパレータ２０，３０に加圧力をかけ、第１、第２セパレータ２０，３０の一方を振動させて摩擦熱を発生させることにより、第１セパレータ２０の冷却水通路形成面２０ａと、第２セパレータ３０の接合面３０ａとを振動溶着し、第１セパレータ２０の冷却水通路用溝２１を第２セパレータ３０で塞いで冷却水通路２２を形成したものである。
【００４８】
燃料ガス通路形成面２０ｂにアノード拡散層１５を合わせることで、燃料ガス通路用溝２４・・・およびアノード拡散層１５で燃料ガス通路２５・・・を形成する。
ここで、第２セパレータ３０に、柔軟性に優れた熱可塑性樹脂を含ませることで、燃料ガス通路形成面２０ｂに弾力性を備えることができ、燃料ガス通路形成面２０ｂをシール性に優れた部位にすることができる。
【００４９】
また、酸化剤ガス通路形成面３０ｂにカソード拡散層１６を合わせることで、酸化剤ガス通路用溝３７・・・およびカソード拡散層１６で酸化剤ガス通路３８・・・を形成する。
ここで、第２セパレータ３０に、柔軟性に優れた熱可塑性樹脂を含ませることで、酸化剤ガス通路形成面３０ｂに弾力性を備えることができ、酸化剤ガス通路形成面３０ｂをシール性に優れた部位にすることができる。
【００５０】
図３（ａ），（ｂ）は本発明に係る燃料電池用セパレータの要部を示す拡大図である。（ａ）は重量平均分子量の大きな熱可塑性樹脂２００を比較例として示し、（ｂ）は重量平均分子量の小さな熱可塑性樹脂５０を実施例として示す。
【００５１】
ここで、重量平均分子量が５．０×１０５を超えたものを、重量平均分子量の大きな熱可塑性樹脂２００とする。
一方、重量平均分子量が１．０×１０５〜５．０×１０５の範囲のものを、重量平均分子量の小さな熱可塑性樹脂５０とする。
【００５２】
（ａ）において、重量平均分子量が５．０×１０５を超えた、大きな重量平均分子量の熱可塑性樹脂２００は、高分子鎖２０１…（…は複数を示す）が長く、かつ複雑に絡み合っている。
このため、隣接する導電物２０２，２０２間に入り込んだ高分子鎖２０１…間に隙間ができ難く、高分子鎖２０１…で導電物２０２，２０２が互いに離れた状態に保たれる。
【００５３】
よって、重量平均分子量の大きい熱可塑性樹脂２００で、第１、第２のセパレータ２０，３０（図１、図２参照）を形成すると、第１、第２のセパレータ２０，３０を組み合わせたセパレータ１８（図１、図２参照）の導電性を確保し難いことが考えられる。
【００５４】
（ｂ）において、重量平均分子量が１．０×１０５〜５．０×１０５の範囲の、小さな熱可塑性樹脂５０は、高分子鎖５１…が短く、比較的単純に絡み合っている。よって、隣接する導電物５２，５２間に高分子鎖５１…が入り込んでいても、高分子鎖５１…間に隙間が存在し、この隙間を通して導電物５２，５２が接触した状態を保つ。
【００５５】
これにより、重量平均分子量の小さな熱可塑性樹脂５０で、第１、第２のセパレータ２０，３０（図１、図２参照）を形成すると、第１、第２のセパレータ２０，３０を組み合わせたセパレータ１８（図１、図２参照）の導電性を良好に確保することができる。
【００５６】
したがって、導電物５２…の含有量を増やすことなく、セパレータ１８の導電性をより一層良好に確保することができる。
加えて、熱可塑性樹脂５０の含有量を減少させる必要がないので、セパレータ１８の柔軟性を確保し、密着性を良好に保つことができる。
【００５７】
ここで、熱可塑性樹脂５０の重量平均分子量を１．０×１０５〜５．０×１０５の範囲に決めた理由について説明する。
すなわち、熱可塑性樹脂５０の重量平均分子量が１．０×１０５未満になると、熱可塑性樹脂５０が導電物５２と導電物５２と結合するバインダーとしての役割を果たせなくなる。
【００５８】
熱可塑性樹脂５０がバインダーの役割を果たせなくなると、セパレータ１８（図１、図２参照）の強度を維持することや、密着性を維持することが難しい。
そこで、熱可塑性樹脂５０の重量平均分子量を１．０×１０５以上とすることで、セパレータ１８の強度や密着性を維持することにした。
【００５９】
一方、熱可塑性樹脂５０の重量平均分子量が５．０×１０５を超えると、重量平均分子量が大きくなり過ぎて、熱可塑性樹脂５０の高分子鎖５１…で導電物５２…が互いに離れた状態に保たれる。
導電物５２…が互いに離れた状態に保たれると、セパレータ１８（図１、図２参照）の導電性を良好に確保することが難しい。
そこで、熱可塑性樹脂５０の重量平均分子量を５．０×１０５以下とすることで、セパレータ１８の導電性をより一層良好に確保することにした。
【００６０】
次に、燃料電池用セパレータとして、図１、図２に示す第１セパレータ２０や第２セパレータ３０を成形するセパレータの成形工程について説明する。
熱可塑性樹脂としては、図１で説明したように、ポリオレフィン、ポリアリーレンスルフィド樹脂、フッ素樹脂などのうち、重量平均分子量が１．０×１０５〜５．０×１０５と小さなものが用いられる。
【００６１】
導電物としては、一例として、黒鉛が該当するが、黒鉛と導電性カーボンブラックとを混合したものを用いることも可能である。
【００６２】
これらの熱可塑性樹脂および導電物を混錬装置に投入し、投入した熱可塑性樹脂および導電物を混錬装置で混錬する。
混錬完了後、混錬した混合材をペレット状に破砕する。
【００６３】
ペレット状に破砕した破砕物を、プレス成形または射出成形によって、図１、図２に示す第１セパレータ２０や第２セパレータ３０を成形する。
これにより、密着性を損なわずに、導電性がより一層高められた第１セパレータ２０や第２セパレータ３０を得ることができる。
【００６４】
実施例
ここで、表１〜表３に示す実施例１〜実施例１５および比較例１〜比較例４について説明する。
実施例１〜実施例１５および比較例１〜比較例４は、上述したセパレータの成形工程に準じて成形した試験片である。
【００６５】
すなわち、熱可塑性樹脂を１８０〜２３０℃に加熱し、この熱可塑性樹脂に導電物を混合し、混錬した混合材を破砕し、破砕した破砕物を、成形型内に流し込み、熱圧縮成形で試験片を得る。
この試験片を、以下、「セパレータ試験片」として説明する。
なお、熱圧縮成形の際の温度は、１８０〜２３０℃、圧力は１２．７×１０６Ｐａ（１３０ｋｇｆ／ｃｍ２）である。
【００６６】
まず、表１の実施例１〜実施例４および比較例１に基づいて、熱可塑性樹脂の重量平均分子量を小さくすると、体積抵抗率が小さくなることを説明し、さらに、熱可塑性樹脂の重量平均分子量を１．０×１０５〜５．０×１０５に設定した根拠について説明する。
【００６７】
【表１】
2006127854.tif 000003
【００６８】
実施例１は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が１．０×１０５のポリプロピレンを準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリプロピレンを３８体積％、黒鉛を６２体積％で混錬し、この混合物から第１実施例のセパレータ試験片を成形した。
【００６９】
実施例２は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が２．５×１０５のポリプロピレンを準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリプロピレンを３８体積％、黒鉛を６２体積％で混錬し、この混合物から実施例２のセパレータ試験片を成形した。
【００７０】
実施例３は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が４．０×１０５のポリプロピレンを準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリプロピレンを３８体積％、黒鉛を６２体積％で混錬し、この混合物から実施例３のセパレータ試験片を成形した。
【００７１】
実施例４は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が５．０×１０５のポリプロピレンを準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリプロピレンを３８体積％、黒鉛を６２体積％で混錬し、この混合物から実施例４のセパレータ試験片を成形した。
【００７２】
比較例１は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が７．０×１０５のポリプロピレンを準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリプロピレンを３８体積％、黒鉛を６２体積％で混錬し、この混合物から比較例１のセパレータ試験片を成形した。
【００７３】
これらの、実施例１〜実施例４および比較例１のセパレータ試験片の体積抵抗率を求め、体積抵抗率がセパレータに適した値であるか否かを評価した。
すなわち、実施例１〜実施例４および比較例１のセパレータ試験片の体積抵抗率をＪＩＳ  Ｋ７１９４「導電性プラスチックの４深針法による抵抗率試験方法」に基づいて求める。
【００７４】
求めた体積抵抗率が１００ｍΩ・ｃｍ以下であれば、燃料電池セパレータの導電性を満たしているので、評価を○（良）とし、求めた体積抵抗率が１００ｍΩ・ｃｍを超えた場合には、評価を×（否）とした。
評価結果を、以下に示す。
【００７５】
実施例１は、体積抵抗率が４０ｍΩ・ｃｍであり、評価基準１００ｍΩ・ｃｍより小さいので、評価は○である。
実施例２は、体積抵抗率が５５ｍΩ・ｃｍであり、評価基準１００ｍΩ・ｃｍより小さいので、評価は○である。
【００７６】
実施例３は、体積抵抗率が８０ｍΩ・ｃｍであり、評価基準１００ｍΩ・ｃｍより小さいので、評価は○である。
実施例４は、体積抵抗率が１００ｍΩ・ｃｍであり、評価基準１００ｍΩ・ｃｍと同じであり、評価は○である。
【００７７】
比較例１は、体積抵抗率が１５０ｍΩ・ｃｍであり、評価基準１００ｍΩ・ｃｍを超えるので、評価は×である。
【００７８】
表１から、熱可塑性樹脂の重量平均分子量が小さいと、体積抵抗率も小さくなることが分かる。
さらに、実施例４の重量平均分子量が５．０×１０５で、体積抵抗率が１００ｍΩ・ｃｍとなり、比較例１の重量平均分子量が７．０×１０５で、体積抵抗率が１５０ｍΩ・ｃｍとなることから、熱可塑性樹脂の重量平均分子量を５．０×１０５以下に抑えることが好ましいことが分かる。
【００７９】
一方、熱可塑性樹脂の重量平均分子量が１．０×１０５未満になると、熱可塑性樹脂が導電物と導電物と結合するバインダーとしての役割を果たせなくなる。
そこで、熱可塑性樹脂の重量平均分子量を、１．０×１０５〜５．０×１０５に設定することにした。
【００８０】
次に、表２に示す実施例５〜実施例１０および比較例２〜比較例４基づいて、導電性カーボンブラックとして、ケッチェンブラックを０．１〜８．０体積％含ませた根拠について説明する。
なお、ケッチェンブラックとしては、一例として、ケッチェンブラックＥＣを用いた。
【００８１】
【表２】
2006127854.tif 000004
【００８２】
実施例５は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が１．０×１０５のポリプロピレンを準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリプロピレンを３５．５体積％、黒鉛を６０体積％、ケッチェンブラックＥＣを４．５体積％で混錬し、この混合物から第５実施例のセパレータ試験片を成形した。
【００８３】
実施例６は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が２．５×１０５のポリプロピレンを準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリプロピレンを３５．５体積％、黒鉛を６０体積％、ケッチェンブラックＥＣを４．５体積％で混錬し、この混合物から第６実施例のセパレータ試験片を成形した。
【００８４】
実施例７は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が４．０×１０５のポリプロピレンを準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリプロピレンを３５．５体積％、黒鉛を６０体積％、ケッチェンブラックＥＣを４．５体積％で混錬し、この混合物から第５実施例のセパレータ試験片を成形した。
【００８５】
実施例８は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が１．０×１０５のポリプロピレンを準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリプロピレンを３２体積％、黒鉛を６０体積％、ケッチェンブラックＥＣを８体積％で混錬し、この混合物から第８実施例のセパレータ試験片を成形した。
【００８６】
実施例９は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が２．５×１０５のポリプロピレンを準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリプロピレンを３２体積％、黒鉛を６０体積％、ケッチェンブラックＥＣを８体積％で混錬し、この混合物から第９実施例のセパレータ試験片を成形した。
【００８７】
実施例１０は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が４．０×１０５のポリプロピレンを準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリプロピレンを３２体積％、黒鉛を６０体積％、ケッチェンブラックＥＣを８体積％で混錬し、この混合物から第１０実施例のセパレータ試験片を成形した。
【００８８】
比較例２は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が１．０×１０５のポリプロピレンを準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリプロピレンを３１体積％、黒鉛を６０体積％、ケッチェンブラックＥＣを９体積％で混錬し、この混合物から比較例２のセパレータ試験片を成形しようとしたが、セパレータを成形できなかった。
【００８９】
比較例３は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が２．５×１０５のポリプロピレンを準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリプロピレンを３１体積％、黒鉛を６０体積％、ケッチェンブラックＥＣを９体積％で混錬し、この混合物から比較例３のセパレータ試験片を成形しようとしたが、セパレータを成形できなかった。
【００９０】
比較例４は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が４．０×１０５のポリプロピレンを準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリプロピレンを３１体積％、黒鉛を６０体積％、ケッチェンブラックＥＣを９体積％で混錬し、この混合物から比較例４のセパレータ試験片を成形しようとしたが、セパレータを成形できなかった。
【００９１】
これらの、実施例５〜実施例１０および比較例２〜比較例４のセパレータ試験片の体積抵抗率を求め、体積抵抗率がセパレータに適した値であるか否かを評価した。
セパレータ試験片の体積抵抗率は、表１と同様に、ＪＩＳ  Ｋ７１９４導電性プラスチックの４深針法による抵抗率試験方法に基づいて求めた。
【００９２】
評価も、表１と同様に、求めた体積抵抗率が１００ｍΩ・ｃｍ以下であれば、評価を○（良）とし、求めた体積抵抗率が１００ｍΩ・ｃｍを超えた場合には、評価を×（否）とした。
評価結果を、以下に示す。
【００９３】
実施例５は、体積抵抗率が２０ｍΩ・ｃｍであり、評価基準１００ｍΩ・ｃｍより小さいので、評価は○である。
実施例６は、体積抵抗率が２５ｍΩ・ｃｍであり、評価基準１００ｍΩ・ｃｍより小さいので、評価は○である。
【００９４】
実施例７は、体積抵抗率が４６ｍΩ・ｃｍであり、評価基準１００ｍΩ・ｃｍより小さいので、評価は○である。
実施例８は、体積抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍであり、評価基準１００ｍΩ・ｃｍと同じであり、評価は○である。
【００９５】
実施例９は、体積抵抗率が１５ｍΩ・ｃｍであり、評価基準１００ｍΩ・ｃｍより小さいので、評価は○である。
実施例１０は、体積抵抗率が１８ｍΩ・ｃｍであり、評価基準１００ｍΩ・ｃｍと同じであり、評価は○である。
【００９６】
比較例２は、セパレータが成形できなかったので、評価は×である。
比較例３は、セパレータが成形できなかったので、評価は×である。
比較例４は、セパレータが成形できなかったので、評価は×である。
【００９７】
表２の実施例５〜実施例１０と、表１の実施例１〜実施例４から、導電性カーボンブラックとしてケッチェンブラックＥＣを加えると、体積抵抗率が小さくなることが分かる。
さらに、表２の実施例５〜実施例１０から、ケッチェンブラックＥＣの含有量を増やすと、体積抵抗率が小さくなることが分かる。
【００９８】
但し、表２の実施例５〜実施例１０および比較例２〜比較例４から、ケッチェンブラックＥＣの含有量が、８．０体積％を超えると、セパレータ試験片（すなわち、セパレータ）が成形できないことが分かる。
【００９９】
これは、ケッチェンブラックＥＣの含有量が、８．０体積％を超えると、ケッチェンブラックＥＣの含有量が多過ぎて、ケッチェンブラックＥＣを含んだ熱可塑性樹脂の流動性が悪く、セパレータを所定形状に成形することが難しいからである。
そこで、ケッチェンブラックＥＣの含有量を、８．０体積％以下に抑えることにした。
【０１００】
一方、ケッチェンブラックＥＣの含有量が０．１体積％未満になると、ケッチェンブラックＥＣの含有量が少な過ぎて、ケッチェンブラックＥＣを含ませた効果を得ることが難しくなる。
そこで、ケッチェンブラックＥＣの含有量を０．１〜８．０体積％に設定した。
【０１０１】
次いで、表３に示す実施例１１〜実施例１５に基づいて、熱可塑性樹脂として、ポリプロピレンを用いることが好適である根拠について説明する。
【０１０２】
【表３】
2006127854.tif 000005
【０１０３】
実施例１１は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が１．０×１０５のポリフェニレンサルファイドを準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリフェニレンサルファイドを３５．５体積％、黒鉛を６０体積％、ケッチェンブラックＥＣを４．５体積％で混錬し、この混合物から第１１実施例のセパレータ試験片を成形した。
【０１０４】
実施例１２は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が４．０×１０５のポリフェニレンサルファイドを準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリフェニレンサルファイドを３５．５体積％、黒鉛を６０体積％、ケッチェンブラックＥＣを４．５体積％で混錬し、この混合物から第１２実施例のセパレータ試験片を成形した。
【０１０５】
実施例１３は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が５．０×１０５のポリフェニレンサルファイドを準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリフェニレンサルファイドを３５．５体積％、黒鉛を６０体積％、ケッチェンブラックＥＣを４．５体積％で混錬し、この混合物から第１３実施例のセパレータ試験片を成形した。
【０１０６】
実施例１４は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が１．０×１０５のテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体を準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリプロピレンを３５．５体積％、黒鉛を６０体積％、ケッチェンブラックＥＣを４．５体積％で混錬し、この混合物から第１４実施例のセパレータ試験片を成形した。
【０１０７】
実施例１５は、熱可塑性樹脂として、重量平均分子量が２．０×１０５のテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体を準備し、導電物として、黒鉛（粒径が１００μｍ）を準備する。
ポリプロピレンを３５．５体積％、黒鉛を６０体積％、ケッチェンブラックＥＣを４．５体積％で混錬し、この混合物から第１５実施例のセパレータ試験片を成形した。
【０１０８】
これらの、実施例１１〜実施例１５のセパレータ試験片の体積抵抗率を求め、体積抵抗率がセパレータに適した値であるか否かを評価した。
セパレータの体積抵抗率は、表１と同様に、ＪＩＳ  Ｋ７１９４導電性プラスチックの４深針法による抵抗率試験方法に基づいて求めた。
【０１０９】
評価も、表１と同様に、求めた体積抵抗率が１００ｍΩ・ｃｍ以下であれば、評価を○（良）とし、求めた体積抵抗率が１００ｍΩ・ｃｍを超えた場合には、評価を×（否）とした。
評価結果を、以下に示す。
【０１１０】
実施例１１は、体積抵抗率が２５ｍΩ・ｃｍであり、評価基準１００ｍΩ・ｃｍより小さいので、評価は○である。
実施例１２は、体積抵抗率が３５ｍΩ・ｃｍであり、評価基準１００ｍΩ・ｃｍより小さいので、評価は○である。
【０１１１】
実施例１３は、体積抵抗率が５０ｍΩ・ｃｍであり、評価基準１００ｍΩ・ｃｍより小さいので、評価は○である。
実施例１４は、体積抵抗率が２６ｍΩ・ｃｍであり、評価基準１００ｍΩ・ｃｍと同じであり、評価は○である。
実施例１５は、体積抵抗率が４０ｍΩ・ｃｍであり、評価基準１００ｍΩ・ｃｍより小さいので、評価は○である。
【０１１２】
表３の実施例１１〜実施例１２および実施例１４と、表２の実施例５および実施例７から、熱可塑性樹脂として、ポリプロピレンを用いることで体積抵抗率が小さくなることが分かる。
このことから、熱可塑性樹脂として、ポリプロピレンを用いることが好適であることが分かる。
【０１１３】
さらに、表３の実施例１１と、表３の実施例１４から、熱可塑性樹脂として、ポリフェニレンサルファイドを用いた方が、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体を用いた場合より、体積抵抗率が小さくなることが分かる。
【０１１４】
但し、ポリフェニレンサルファイド、およびポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体は、体積抵抗率が１００ｍΩ・ｃｍ以下であり、セパレータに必要な導電性を十分に満たす熱可塑性樹脂である。
【０１１５】
なお、実施例１１および実施例１２で、ポリアリーレンスルフィド樹脂のなかから、ポリフェニレンサルファイドを選択して用いた理由は以下の通りである。
すなわち、ポリフェニレンサルファイドは、他のポリアリーレンスルフィド樹脂に比べてフィラー（Filler）の充填性、成形時の流動性において優れており、成形が容易である。
このことから、ポリアリーレンスルフィド樹脂のなかから、ポリフェニレンサルファイドを選択して用いた。
【０１１６】
なお、前記実施形態では、導電性カーボンブラックとして、ケッチェンブラックを例に説明したが、これに限らないで、例えばアセチレンブラックなどの、その他の導電性カーボンブラックを用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明は、熱可塑性樹脂および導電物の混合物で形成したもので、燃料電池用セパレータへの適用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明に係る燃料電池用セパレータを用いた燃料電池を示す分解斜視図である。
【図２】本発明に係る燃料電池用セパレータを示す断面図である。
【図３】本発明に係る燃料電池用セパレータの要部を示す拡大図である。
【図４】従来の燃料電池を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１０…燃料電池、１２…電解質膜、１３…アノード、１４…カソード、１５…アノード拡散層（拡散層）、１６…カソード拡散層（拡散層）、１８…セパレータ（燃料電池用セパレータ）、２０…第１セパレータ、３０…第２セパレータ、５０…熱可塑性樹脂、５２…導電物。
【図１】
2006127854.tif 000006
【図２】
2006127854.tif 000007
【図３】
2006127854.tif 000008
【図４】
2006127854.tif 000009