(57)【要約】レドックスフロー電池や燃料電池の電池部材として好適に使用できるカーボン部材であって、ポリオレフィン系樹脂を含み、メルトフローレートが０．０１〜１０ｇ／１０ｍｉｎである第１樹脂組成物１００質量部と、第１炭素質材料１００〜１０００質量部とを含む第１層と、ポリオレフィン系樹脂を含み、メルトフローレートが５〜１０００ｇ／１０ｍｉｎであって第１樹脂組成物より大きく、融点が８０℃以上であって第１樹脂組成物より１０℃以上低い第２樹脂組成物１００質量部と、第２炭素質材料１００〜１０００質量部とを含む第２層と、第２層を介して前記第１層に対向配置された嵩密度６０〜８００ｋｇ／ｍ３の多孔質炭素材料からなる第３層とが、溶着されて一体化されていることを特徴とする。
2014168081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオレフィン系樹脂を含み、２３０℃において荷重２．１６ｋｇで測定したメルトフローレートが０．０１〜１０ｇ／１０ｍｉｎである第１樹脂組成物１００質量部と、第１炭素質材料１００〜１０００質量部とを含む第１層と、
前記第１層の少なくとも一方の主面に接して配置され、ポリオレフィン系樹脂を含み、前記メルトフローレートが５〜１０００ｇ／１０ｍｉｎであって前記第１樹脂組成物より大きく、融点が８０℃以上であって前記第１樹脂組成物より１０℃以上低い第２樹脂組成物１００質量部と、第２炭素質材料１００〜１０００質量部とを含む第２層と、
前記第２層を介して前記第１層に対向配置された嵩密度６０〜８００ｋｇ／ｍ３の多孔質炭素材料からなる第３層とが、溶着されて一体化されていることを特徴とするカーボン部材。
【請求項２】
前記第１炭素質材料および／または前記第２炭素質材料が、平均繊維径０．０１〜０．３μｍの炭素繊維を１〜５０質量％含むものであることを特徴とする請求項１に記載のカーボン部材。
【請求項３】
前記多孔質炭素材料が、平均繊維径０．０１〜０．３μｍの炭素繊維からなるものであることを特徴とする請求項１に記載のカーボン部材。
【請求項４】
前記第１炭素質材料および／または前記第２炭素質材料が、ホウ素を０．０１〜４質量％含むものであることを特徴とする請求項１に記載のカーボン部材。
【請求項５】
前記第１樹脂組成物が、ポリプロピレン樹脂１０〜９９質量％と、スチレン系熱可塑性エラストマー１〜４０質量％とを含むものであることを特徴とする請求項１に記載のカーボン部材。
【請求項６】
前記第２樹脂組成物が、
（ａ）主たるモノマー単位であるプロピレン単位にエチレン単位が共重合されてなるプロピレンエチレン共重合体、
（ｂ）主たるモノマー単位であるエチレン単位に、炭素数３〜１０のα−オレフィン単位が共重合されてなるエチレン系共重合体、または、
（ｃ）主たるモノマー単位である１−ブテン単位に、炭素数２〜１０のα−オレフィン（ただし１−ブテンを除く）が共重合されてなるポリブテン系樹脂から選ばれる少なくともいずれかのα−オレフィン重合体を１０〜１００質量％含むものであることを特徴とする請求項１に記載のカーボン部材。
【請求項７】
前記第２樹脂組成物が、アタクチックポリプロピレンを２〜４０質量％、粘着付与樹脂を１〜３０質量％及びスチレン系熱可塑性エラストマーを０．５〜４０質量％含有するものであることを特徴とする請求項１に記載のカーボン部材。
【請求項８】
前記多孔質炭素材料が、炭素繊維からなる不織布であり、該炭素繊維同士の接触部の少なくとも一部が炭化して結合していることを特徴とする請求項１に記載のカーボン部材。
【請求項９】
ポリオレフィン系樹脂を含み、２３０℃において荷重２．１６ｋｇで測定したメルトフローレートが０．０１〜１０ｇ／１０ｍｉｎである第１樹脂組成物１００質量部と、第１炭素質材料１００〜１０００質量部とを含む第１層と、
ポリオレフィン系樹脂を含み、前記メルトフローレートが５〜１０００ｇ／１０ｍｉｎであって前記第１樹脂組成物より大きく、融点が８０℃以上であって前記第１樹脂組成物より１０℃以上低い第２樹脂組成物１００質量部と、第２炭素質材料１００〜１０００質量部とを含む第２層とを共押出成形して、前記第１層の少なくとも一方の主面に接して前記第２層が配置され、前記第１層と前記第２層とが一体化されてなる積層体を形成する工程と、
前記積層体の前記第１層に、嵩密度６０〜８００ｋｇ／ｍ３の多孔質炭素材料からなる第３層を、前記第２層を介して対向配置し、前記第２層の融点以上の温度で前記第２層に前記第３層を溶着する工程とを備えることを特徴とするカーボン部材の製造方法。
【請求項１０】
ポリオレフィン系樹脂を含み、２３０℃において荷重２．１６ｋｇで測定したメルトフローレートが０．０１〜１０ｇ／１０ｍｉｎである第１樹脂組成物１００質量部と、第１炭素質材料１００〜１０００質量部とを含む第１層を押出成形する第１成形工程と、
ポリオレフィン系樹脂を含み、前記メルトフローレートが５〜１０００ｇ／１０ｍｉｎであって前記第１樹脂組成物より大きく、融点が８０℃以上であって前記第１樹脂組成物より１０℃以上低い第２樹脂組成物１００質量部と、第２炭素質材料１００〜１０００質量部とを含む第２層を押出成形する第２成形工程と、
前記第１層の少なくとも一方の主面に接して前記第２層を配置して、前記第１層および前記第２層の融点以上の温度で、前記第１層に前記第２層を溶着し、前記第１層と前記第２層とが一体化されてなる積層体を形成する工程と、
前記積層体の前記第１層に、嵩密度６０〜８００ｋｇ／ｍ３の多孔質炭素材料からなる第３層を、前記第２層を介して対向配置し、前記第２層の融点以上の温度で前記第２層に前記第３層を溶着する工程とを備えることを特徴とするカーボン部材の製造方法。
【請求項１１】
前記第１成形工程において、
前記第１樹脂組成物と前記第１炭素質材料とを二軸押出機の投入口に供給して混合して第１混合物とする工程と、
前記第１混合物を前記二軸押出機のダイスで賦形して押し出すことにより、シート状の第１層を成形する工程とを連続して行うことを特徴とする請求項１０に記載のカーボン部材の製造方法。
【請求項１２】
前記第２成形工程において、
前記第２樹脂組成物と前記第２炭素質材料とを二軸押出機の投入口に供給して混合して第２混合物とする工程と、
前記第２混合物を前記二軸押出機のダイスで賦形して押し出すことにより、シート状の第２層を成形する工程とを連続して行うことを特徴とする請求項１０に記載のカーボン部材の製造方法。
【請求項１３】
隔膜の両側に電極と双極板とがそれぞれ配置されたセルを備えるレドックスフロー電池であって、
前記隔膜の一方側または両側に、前記電極と前記双極板とが一体化された電池部材として、請求項１〜８のいずれか１項に記載のカーボン部材が配置されていることを特徴とするレドックスフロー電池。
【請求項１４】
電解膜の一方の面に燃料極と第１ガス拡散層とが配置され、前記電解膜の他方の面に空気極と第２ガス拡散層とが配置された複数の単セルが、前記第１ガス拡散層と前記第２ガス拡散層とを仕切るセパレータを介して積層されている燃料電池であって、
前記セパレータと、前記セパレータに隣接する前記第１ガス拡散層および／または前記第２ガス拡散層とが一体化された電池部材として、請求項１〜８のいずれか１項に記載のカーボン部材が配置されていることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボン樹脂組成物材料層と多孔質炭素材料層とが一体化された多層構造を有するカーボン部材およびその製造方法に関し、特に、レドックスフロー電池や燃料電池などの電池に使用される電池部材として好適なカーボン部材およびその製造方法に関する。本願は、２０１３年４月１１日に、日本に出願された特願２０１３−０８２９４９に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電極などの電池部材として使用されるカーボン部材の材料には、高温処理により焼結された焼結カーボンが多く用いられてきた。焼結カーボンを用いることで、電気抵抗が低く、耐熱性、耐食性に優れた高性能のカーボン部材が得られる。
しかし、焼結カーボンからなるカーボン部材は、割れやすく、曲げ強度が不十分であり、取り扱いしにくいという問題があった。このため、焼結カーボンからなるカーボン部材を用いて電池を製造した場合、作業性および加工性が不足して、十分な生産性が得られなかった。【０００３】
このため、近年、カーボン部材の材料として、カーボンと樹脂とからなるカーボン樹脂複合材料が用いられるようになってきている。カーボン樹脂複合材料からなるカーボン部材は、容易に十分な曲げ強度を有するものとすることができるとともに、樹脂加工技術を用いて容易に製造および加工できるため、好ましい。【０００４】
しかし、カーボン樹脂複合材料からなるカーボン部材は、焼結カーボンからなるカーボン部材と比較して電気抵抗が高いものとなる。このため、例えば、カーボン樹脂複合材料からなるカーボン部材と他の電池部材とを積層して配置してなる電池を形成した場合には、カーボン部材と他の電池部材との接触抵抗が大きいことが問題となる。特に、他の電池部材が、不織布、フェルト、織布などの圧縮弾性率の小さい材料からなるものである場合に、低い面圧でカーボン樹脂複合材料からなるカーボン部材と積層すると、さらに接触抵抗が大きくなる。【０００５】
複数の電池部材を積層してなる積層構造を有する電池を形成する場合に、複数の電池部材間の接触抵抗を低減させるには、隣接する電池部材間を密着させることが有効である。
例えば、複数の電池部材を一体化することで接触抵抗を低くする技術として、特許文献１〜特許文献４に記載の技術がある。
また、電池の内部抵抗を低くする技術として、気相法炭素繊維を含む電極材料が提案されている（例えば、特許文献５参照。）。
また、電池の双極板の導電性を向上させるために、カーボンナノチューブを含有した双極板が提案されている（例えば、特許文献６参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−２７６７６１号公報
【特許文献２】特開平１−０６５７７６号公報
【特許文献３】特開平６−２９０７９６号公報
【特許文献４】特開２００４−２７３２９９号公報
【特許文献５】特開２００６−１５６０２９号公報
【特許文献６】特開２０１１−２２８０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のカーボン部材において、隣接する電池部材間を接着剤で接着した場合、電池部材界面での導通が十分に得られなかった。この問題を解決するために、接着剤として導電材を含むものを用いることが考えられる。しかし、接着剤として導電材を含むものを用いて隣接する電池部材間を接着した場合、電池部材界面での導通が十分に得られるように、導電材の含有量を多くすると、接着材の接合性が不充分となり、電池部材が剥離しやすくなるという問題があった。【０００８】
また、従来、カーボン部材からなる電池部材を用いて電池を製造した場合に、優れた生産性が得られるカーボン部材が要求されている。【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、レドックスフロー電池や燃料電池の電池部材として好適に使用でき、十分な導電性および曲げ強度を有し、これを電池部材として用いて電池を製造した場合に、優れた生産性が得られるカーボン部材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】
【００１０】
（１）  ポリオレフィン系樹脂を含み、２３０℃において荷重２．１６ｋｇで測定したメルトフローレートが０．０１〜１０ｇ／１０ｍｉｎである第１樹脂組成物１００質量部と、第１炭素質材料１００〜１０００質量部とを含む第１層と、前記第１層の少なくとも一方の主面に接して配置され、ポリオレフィン系樹脂を含み、前記メルトフローレートが５〜１０００ｇ／１０ｍｉｎであって前記第１樹脂組成物より大きく、融点が８０℃以上であって前記第１樹脂組成物より１０℃以上低い第２樹脂組成物１００質量部と、第２炭素質材料１００〜１０００質量部とを含む第２層と、前記第２層を介して前記第１層に対向配置された嵩密度６０〜８００ｋｇ／ｍ３の多孔質炭素材料からなる第３層とが、溶着されて一体化されていることを特徴とするカーボン部材。【００１１】
（２）  前記第１炭素質材料および／または前記第２炭素質材料が、平均繊維径０．０１〜０．３μｍの炭素繊維を１〜５０質量％含むものであることを特徴とする（１）に記載のカーボン部材。
（３）  前記多孔質炭素材料が、平均繊維径０．０１〜０．３μｍの炭素繊維からなるものであることを特徴とする（１）または（２）に記載のカーボン部材。
（４）前記第１炭素質材料および／または前記第２炭素質材料が、ホウ素を０．０１〜４質量％含むものであることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のカーボン部材。【００１２】
（５）  前記第１樹脂組成物が、ポリプロピレン樹脂１０〜９９質量％と、スチレン系熱可塑性エラストマー１〜４０質量％とを含むものであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載のカーボン部材。
（６）  前記第２樹脂組成物が、
（ａ）主たるモノマー単位であるプロピレン単位にエチレン単位が共重合されてなるプロピレンエチレン共重合体、
（ｂ）主たるモノマー単位であるエチレン単位に、炭素数３〜１０のα−オレフィン単位が共重合されてなるエチレン系共重合体、または、
（ｃ）主たるモノマー単位である１−ブテン単位に、炭素数２〜１０のα−オレフィン（ただし１−ブテンを除く）が共重合されてなるポリブテン系樹脂から選ばれる少なくともいずれかのα−オレフィン重合体を１０〜１００質量％含むものであることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載のカーボン部材。
（７）  前記第２樹脂組成物が、アタクチックポリプロピレンを２〜４０質量％、粘着付与樹脂を１〜３０質量％及びスチレン系熱可塑性エラストマーを０．５〜４０質量％含有するものであることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載のカーボン部材。
（８）  前記多孔質炭素材料が、炭素繊維を含む不織布からなり、前記炭素繊維同士の接触部の少なくとも一部が炭化して結合していることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載のカーボン部材。【００１３】
（９）  ポリオレフィン系樹脂を含み、２３０℃において荷重２．１６ｋｇで測定したメルトフローレートが０．０１〜１０ｇ／１０ｍｉｎである第１樹脂組成物１００質量部と、第１炭素質材料１００〜１０００質量部とを含む第１層と、ポリオレフィン系樹脂を含み、前記メルトフローレートが５〜１０００ｇ／１０ｍｉｎであって前記第１樹脂組成物より大きく、融点が８０℃以上であって前記第１樹脂組成物より１０℃以上低い第２樹脂組成物１００質量部と、第２炭素質材料１００〜１０００質量部とを含む第２層とを共押出成形して、前記第１層の少なくとも一方の主面に接して前記第２層が配置され、前記第１層と前記第２層とが一体化されてなる積層体を形成する工程と、前記積層体の前記第１層に、嵩密度６０〜８００ｋｇ／ｍ３の多孔質炭素材料からなる第３層を、前記第２層を介して対向配置し、前記第２層の融点以上の温度で前記第２層に前記第３層を溶着する工程とを備えることを特徴とするカーボン部材の製造方法。【００１４】
（１０）  ポリオレフィン系樹脂を含み、２３０℃において荷重２．１６ｋｇで測定したメルトフローレートが０．０１〜１０ｇ／１０ｍｉｎである第１樹脂組成物１００質量部と、第１炭素質材料１００〜１０００質量部とを含む第１層を押出成形する第１成形工程と、ポリオレフィン系樹脂を含み、前記メルトフローレートが５〜１０００ｇ／１０ｍｉｎであって前記第１樹脂組成物より大きく、融点が８０℃以上であって前記第１樹脂組成物より１０℃以上低い第２樹脂組成物１００質量部と、第２炭素質材料１００〜１０００質量部とを含む第２層を押出成形する第２成形工程と、前記第１層の少なくとも一方の主面に接して前記第２層を配置して、前記第１層および前記第２層の融点以上の温度で、前記第１層に前記第２層を溶着し、前記第１層と前記第２層とが一体化されてなる積層体を形成する工程と、前記積層体の前記第１層に、嵩密度６０〜８００ｋｇ／ｍ３の多孔質炭素材料からなる第３層を、前記第２層を介して対向配置し、前記第２層の融点以上の温度で前記第２層に前記第３層を溶着する工程とを備えることを特徴とするカーボン部材の製造方法。【００１５】
（１１）  前記第１成形工程において、前記第１樹脂組成物と前記第１炭素質材料とを二軸押出機の投入口に供給して混合して第１混合物とする工程と、前記第１混合物を前記二軸押出機のダイスで賦形して押し出すことにより、シート状の第１層を成形する工程とを連続して行うことを特徴とする（１０）に記載のカーボン部材の製造方法。
（１２）  前記第２成形工程において、前記第２樹脂組成物と前記第２炭素質材料とを二軸押出機の投入口に供給して混合して第２混合物とする工程と、前記第２混合物を前記二軸押出機のダイスで賦形して押し出すことにより、シート状の第２層を成形する工程とを連続して行うことを特徴とする（１０）または（１１）に記載のカーボン部材の製造方法。【００１６】
（１３）  隔膜の両側に電極と双極板とがそれぞれ配置されたセルを備えるレドックスフロー電池であって、前記隔膜の一方側または両側に、前記電極と前記双極板とが一体化された電池部材として、（１）〜（８）のいずれかに記載のカーボン部材が配置されていることを特徴とするレドックスフロー電池。
（１４）  電界膜の一方の面に燃料極と第１ガス拡散層とが配置され、前記電界膜の他方の面に空気極と第２ガス拡散層とが配置された複数の単セルが、前記第１ガス拡散層と前記第２ガス拡散層とを仕切るセパレータを介して積層されている燃料電池であって、前記セパレータと、前記セパレータに隣接する前記第１ガス拡散層および／または前記第２ガス拡散層とが一体化された電池部材として、（１）〜（８）のいずれかに記載のカーボン部材が配置されていることを特徴とする燃料電池。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のカーボン部材は、第１樹脂組成物と第１炭素質材料とを含む第１層と、第１層の少なくとも一方の主面に接して配置され、第２樹脂組成物と第２炭素質材料とを含む第２層と、第２層を介して第１層に対向配置された多孔質炭素材料からなる第３層とが、溶着されて一体化されているものであり、厚み方向の抵抗（貫通抵抗）が低く、優れた導電性が得られるとともに、優れた曲げ強度が得られる。【００１８】
また、本発明のカーボン部材では、カーボン部材を電池部材として用いて電池を製造した場合に、優れた作業性および加工性が得られるとともに、第１層を例えば、レドックスフロー電池の双極板や、燃料電池のセパレータとして機能させることができる。
本発明のカーボン部材は、例えば、レドックスフロー電池の電極と双極板とが一体化された電池部材として好適に使用できる。この場合、レドックスフロー電池を、電極と双極板とをそれぞれ用いて製造する場合と比較して、電池部材の数を減らすことができ、生産性を向上させることができる。【００１９】
また、本発明のカーボン部材では、カーボン部材を電池部材として用いて電池を製造した場合に、第３層を例えば、レドックスフロー電池の電極や、燃料電池のセパレータに隣接するガス拡散層として機能させることができる。
本発明のカーボン部材は、例えば、燃料電池のセパレータと、セパレータに隣接するガス拡散層とが一体化された電池部材として、好適に使用できる。この場合、燃料電池のセパレータおよびセパレータに隣接するガス拡散層を容易に製造することができ、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明のカーボン部材の一例を説明するための断面模式図である。
【図２】図２は、本発明のレドックスフロー電池の一例を説明するための断面模式図である。
【図３】図３は、本発明の燃料電池の一例を説明するための断面模式図である。
【図４】図４は、貫通抵抗を測定する方法を説明するための説明図である。
【図５】図５は、実施例において評価したレッドクスフロー電池を説明するための説明図である。
【図６】図６は、実施例において評価した燃料電池の評価用セルを説明するための説明図である。
【図７】図７は、締め付け面圧０．８ＭＰａの時の電圧と電流密度との関係を示したグラフである。
【図８】図８は、締め付け面圧０．３ＭＰａの時の電圧と電流密度との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
「カーボン部材」
図１は、本発明のカーボン部材の一例を説明するための断面模式図である。図１に示すカーボン部材１０は、第１樹脂組成物と第１炭素質材料とを含む第１層１と、第１層１の両面に接して配置され、第２樹脂組成物と第２炭素質材料とを含有する第２層２、２と、第２層２、２を介して第１層１に対向配置された多孔質炭素材料からなる第３層３，３とが、溶着されて一体化されているものである。
【００２２】
「第１層」
第１層１は、第１樹脂組成物と第１炭素質材料とを含むものである。
第１樹脂組成物は、ポリオレフィン系樹脂を含み、２３０℃において荷重２．１６ｋｇで測定したメルトフローレートが０．０１〜１０ｇ／１０ｍｉｎであるものである。
以下の説明において「メルトフローレート」とは、２３０℃において荷重２．１６ｋｇで測定したメルトフローレートを意味し、「ＭＦＲ」と略記する場合がある。なお、メルトフローレートの測定は、ＩＳＯ１１３３に準拠して行う。
【００２３】
本実施形態においては、第１樹脂組成物のＭＦＲが、０．０１ｇ／１０ｍｉｎ以上であるので、第１樹脂組成物と第１炭素質材料との混合物を所望の形に成形することができ、第１層１が電池内を仕切る隔壁としての機能を有するものとなる。第１樹脂組成物のＭＦＲは、０．５ｇ／１０ｍｉｎ以上であることが好ましい。また、第１樹脂組成物のＭＦＲが、１０ｇ／１０ｍｉｎ以下であるので、高い曲げ強度を有するカーボン部材１０が得られる。第１樹脂組成物のＭＦＲは、６ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましく、２ｇ／１０ｍｉｎ以下であることがより好ましい。
【００２４】
第１樹脂組成物としては、オレフィン由来のモノマー単位を５０〜１００モル％含む重合体、またはそれらの変性樹脂から選ばれるポリオレフィン系樹脂を１種以上含むものが挙げられる。ポリオレフィン系樹脂の具体例としては、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、シクロオレフィンポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン、アイオノマー、エチレン−プロピレン共重合体（ブロックＰＰおよびランダムＰＰ）、プロピレン−α−オレフィン（炭素数４〜２０のα−オレフィン）共重合体、ポリブテン−１、ポリペンテン等が挙げられる。
第１樹脂組成物は、これらのポリオレフィン系樹脂を、好ましくは１０〜１００質量％、より好ましくは８０〜９８質量％含む。
【００２５】
第１樹脂組成物は、ポリオレフィン系樹脂の他に、スチレン系熱可塑性エラストマーを含むものであってもよい。スチレン系熱可塑性エラストマーとは、スチレンまたは置換スチレン由来のモノマー単位を１０〜９０モル％含む熱可塑性エラストマー、あるいはその水素化物である。第１樹脂組成物がスチレン系熱可塑性エラストマーを含むものである場合、曲げひずみが大きくなり、割れにくくなるので、好ましい。
スチレン系熱可塑性エラストマーとしては、水添スチレンブタジエンラバー（ＨＳＢＲ）、スチレン・エチレンブチレン・スチレンブロックコポリマー（ＳＥＢＳ）、スチレン・エチレンプロピレン・スチレンブロックコポリマー、スチレン・エチレンブチレン・オレフィン結晶ブロックコポリマー、スチレン・イソプレン・スチレンブロックコポリマー、スチレン・ブタジエン・スチレンブロックコポリマー等が挙げられる。中でも、水添スチレンブタジエンラバー、スチレン・エチレンブチレン・スチレンブロックコポリマー、スチレン・エチレンプロピレン・スチレンブロックコポリマーから選ばれる１種以上であると、ポリオレフィン系樹脂への分散性が良く、好ましい。
【００２６】
第１樹脂組成物は、特に、ポリプロピレン樹脂とスチレン系熱可塑性エラストマーとを含むものであることが好ましい。このような第１樹脂組成物は、耐熱性と割れにくさを併せ持つ材料となり、好ましい。
第１樹脂組成物がポリプロピレン樹脂とスチレン系熱可塑性エラストマーとを含むものである場合、第１樹脂組成物中に、ポリプロピレン樹脂１０〜９９質量％と、スチレン系熱可塑性エラストマー１〜４０質量％とを含むものであることが好ましく、ポリプロピレン樹脂８０〜９８質量％、スチレン系熱可塑性エラストマー２〜２０質量％を含むものであることがより好ましい。
【００２７】
第１樹脂組成物中に含まれるポリプロピレン樹脂の含有量が上記範囲である場合、第１樹脂組成物の融点が高く、黒鉛との親和性が良好となるので、好ましい。
第１樹脂組成物中に含まれるスチレン系熱可塑性エラストマーの含有量が上記範囲である場合、耐熱性を落とさずに柔軟性を付与できるので、好ましい。
【００２８】
第１樹脂組成物は、必要に応じて、各種の添加剤、例えば、可塑剤、溶剤、紫外線安定剤、酸化防止剤、熱安定剤、消泡剤、レベリング剤、離型剤、滑剤、撥水剤、増粘剤、または親水性付与剤等から選ばれる成分を含有してもよい。これら添加剤の含有量は、通常、ポリオレフィン系樹脂とスチレン系熱可塑性エラストマーとの合計１００質量部に対し、合計で０．１〜１０質量部である。
【００２９】
第１炭素質材料としては、例えば、炭素微粉、炭素繊維、炭素微粉と炭素繊維との混合物などを用いることができる。
第１炭素質材料が炭素微粉を含むものである場合、炭素微粉として、例えば、平均粒径１０〜５０μｍの黒鉛微粉を含むことが好ましく、平均粒径１０〜３０μｍの黒鉛微粉を含むことがより好ましい。炭素微粉の平均粒径が上記範囲である場合、第１樹脂組成物と第１炭素質材料との混合物の成形加工性と、得られるカーボン部材１０の機械的強度のバランスがよいため、好ましい。また、第１炭素質材料が黒鉛微粉からなるものである場合、カーボン部材１０の導電性が高くなるため、好ましい。
炭素微粉の平均粒径は、光学顕微鏡で１００〜１０００個の炭素微粉を観察して、各粒子の最大径を測定し、得られた測定値の算術平均値として求める。
【００３０】
第１炭素質材料が炭素繊維を含むものである場合、優れた強度を有するカーボン部材１０が得られるため、好ましい。第１炭素質材料が炭素繊維を含むものである場合、例えば、平均繊維径０．０１〜０．３μｍの炭素繊維を１〜５０質量％含むものであることが好ましく、該炭素繊維を１０〜４０質量％含むものであることがより好ましい。炭素繊維の平均繊維径が上記範囲である場合、強度が向上し、少量の添加で導電パスを形成できるので、好ましい。炭素繊維の平均繊維径は、光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡で１００〜１０００本の炭素繊維を観察して、その繊維径を測定し、得られた繊維径の算術平均値として求める。
【００３１】
第１炭素質材料には、ホウ素が含有されていてもよい。第１炭素質材料にホウ素が含有されている場合、第１炭素質材料中にホウ素が０．０１〜４質量％含まれていることが好ましく、０．１〜３質量％含まれていることがより好ましい。第１炭素質材料中のホウ素の含有量が上記範囲である場合、カーボン部材１０の導電性が向上するので、好ましい。
【００３２】
第１層１は、第１樹脂組成物１００質量部と、第１炭素質材料１００〜１０００質量部とを含むものであり、第１樹脂組成物１００質量部に対して第１炭素質材料を２００〜８００質量部含むものであることがより好ましく、第１樹脂組成物１００質量部に対して第１炭素質材料を４００〜８００質量部含むものであることがさらに好ましい。
第１樹脂組成物１００質量部に対する第１炭素質材料の含有量が、１００質量部以上であると、カーボン部材１０の導電性に優れる。上記第１炭素質材料の含有量が１０００質量部以下であると、カーボン部材１０の強度に優れる。
【００３３】
「第２層」
第２層２は、第２樹脂組成物と第２炭素質材料とを含むものである。
第２樹脂組成物は、ポリオレフィン系樹脂を含み、２３０℃において荷重２．１６ｋｇで測定したメルトフローレート（ＭＦＲ）が５〜１０００ｇ／１０ｍｉｎであって第１樹脂組成物より大きいものである。第２樹脂組成物のＭＦＲは、１０〜１００ｇ／１０ｍｉｎであることが好ましく、１０〜６０ｇ／１０ｍｉｎであることがより好ましい。第２樹脂組成物のＭＦＲがこの範囲であると、炭素質材料の充填性に優れた樹脂組成物となり、また第２層と、第１層および第３層との接合強度が高くなるため好ましい。
【００３４】
第２樹脂組成物の融点は、８０℃以上であって、第１樹脂組成物より１０℃以上低い。
融点が８０℃以上であると、十分な耐熱性を有するカーボン部材１０を得ることができ、融点が第１樹脂組成物より１０℃以上低いと、加熱により第２層を介して第１層と第３層とを溶着する際に、第１層への熱によるダメージを低減することができる。第２樹脂組成物の融点は好ましくは１００℃以上であり、より好ましくは１２０℃以上である。また通常、第２樹脂組成物の融点は１４５℃以下である。第１樹脂組成物の第２樹脂組成物との融点の差は、１０℃以上であれば特に制限はないが、通常、６０℃以下である。樹脂組成物の融点は、ＪＩＳ  Ｋ７１２１に従って、試験片を標準状態で調整し、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて、融解ピーク温度として測定することができる。２以上の融解ピークが観察される場合は、高温側のピーク温度を融点とする。
【００３５】
本実施形態においては、第２樹脂組成物が、ＭＦＲが５〜１０００ｇ／１０ｍｉｎであって第１樹脂組成物より大きく、融点が８０℃以上であって第１樹脂組成物より１０℃以上低いものであるので、第１層１と第２層２とのＭＦＲおよび融点の差を利用して、例えば、第２層２に第１層１（第３層３）を積層して加圧しながら加熱することにより、容易かつ確実に第１層１に第２層２を溶着できるとともに、第１層１上に形成された第２層２に多孔質炭素材料からなる第３層３を溶着できる。
【００３６】
ＭＦＲが５〜１０００ｇ／１０ｍｉｎである第２樹脂組成物としては、α−オレフィン重合体を含むものであることが好ましい。α−オレフィン重合体としては、具体的には、アタクチックポリプロピレン（アタクチックＰＰ）、アイソタクチックポリプロピレン、ポリブテン−１などα−オレフィンの単独重合体；エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、プロピレンと炭素数２〜８のα−オレフィンとの共重合体、下記のα−オレフィン共重合体（ａ）（ｂ）（ｃ）、およびこれら重合体の変性樹脂が挙げられる。これらα−オレフィン重合体は、１種単独でまたは２種以上を併用して用いることができる。
【００３７】
α−オレフィン共重合体（ａ）：主たるモノマー単位であるプロピレン単位にエチレン単位が共重合されてなるプロピレンエチレン共重合体。α−オレフィン共重合体（ａ）としては、具体的には、エチレン−プロピレンランダム共重合体、エチレン−プロピレンブロック共重合体が挙げられる。
α−オレフィン共重合体（ｂ）：主たるモノマー単位であるエチレン単位に、炭素数３〜１０のα−オレフィン単位が共重合されてなるエチレン系共重合体。α−オレフィン共重合体（ｂ）としては、具体的には、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）が挙げられる。
【００３８】
α−オレフィン共重合体（ｃ）：主たるモノマー単位である１−ブテン単位に、炭素数２〜１０のα−オレフィン（ただし１−ブテンを除く）が共重合されてなるポリブテン系樹脂。α−オレフィン共重合体（ｃ）としては、具体的には、エチレン−ブテン１共重合体、プロピレン−ブテン１共重合体、ヘキセン−ブテン１共重合体が挙げられる。
【００３９】
第２樹脂組成物がα−オレフィン重合体を含むものである場合、第２樹脂組成物中にα−オレフィン重合体を１０〜１００質量％含むものであることが好ましく、５０〜１００質量％含むものであることがより好ましい。第２樹脂組成物中に含まれるα−オレフィン重合体の含有量が上記範囲である場合、第２層と第１層との界面強度に優れるため、好ましい。
【００４０】
第２樹脂組成物は、上記のα−オレフィン重合体の中でもα−オレフィン共重合体を含むことがより好ましく、上記（ａ）（ｂ）（ｃ）から選ばれる少なくともいずれかのα−オレフィン共重合体を含むものであると、さらに好ましい。その理由は、これらのα−オレフィン共重合体を含む第２樹脂組成物を用いると、第２層と、第１層および第３層との接合性が優れるためである。上記（ａ）（ｂ）（ｃ）から選ばれるα−オレフィン共重合体は、第２樹脂組成物中に、好ましくは１０〜１００質量％、より好ましくは５０〜１００質量％含まれる。
【００４１】
また、第２樹脂組成物は、ポリオレフィン系樹脂の他に、粘着付与樹脂やスチレン系熱可塑性エラストマーから選ばれる１種以上を含むものであることも好ましい。
特に、第２樹脂組成物が、アタクチックポリプロピレンと粘着付与樹脂とスチレン系熱可塑性エラストマーとを含むものである場合、第２層と第３層との接合性が向上するため、好ましい。
粘着付与樹脂としては例えば、脂環式飽和炭化水素樹脂、脂肪族系石油樹脂、テルペン系樹脂、水添テルペン系樹脂、ロジン系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、キシレン樹脂、クマロン−インデン系樹脂などが挙げられ、好ましくは脂環式飽和炭化水素樹脂である。
スチレン系熱可塑性エラストマーとしては、第１樹脂組成物に用いることができるものとして挙げたものを用いることができる。
【００４２】
このような第２樹脂組成物では、アタクチックポリプロピレンを２〜４０質量％、粘着付与樹脂を１〜３０質量％、スチレン系熱可塑性エラストマーを０．５〜４０質量％含有することが好ましく、アタクチックポリプロピレンを５〜４０質量％、粘着付与樹脂を５〜２５質量％、スチレン系熱可塑性エラストマーを５〜３０質量％含有することがより好ましく、アタクチックポリプロピレンを１５〜４０質量％、粘着付与樹脂を１０〜２０質量％、スチレン系熱可塑性エラストマーを１０〜２０質量％含有することがさらに好ましい。
【００４３】
第２樹脂組成物中に含まれるアタクチックポリプロピレンの含有量が上記範囲である場合、第２層と、第１層および３層との接合強度が向上するので、好ましい。
第２樹脂組成物中に含まれる粘着付与樹脂の含有量が上記範囲である場合、第２層と、第１層および３層との低温接合性が良くなるので、好ましい。
第２樹脂組成物中に含まれるスチレン系熱可塑性エラストマーの含有量が上記範囲である場合、弾性が付与され変形に対する接合性が良くなるので、好ましい。
第２樹脂組成物は、上記の成分の他、第１樹脂組成物と同様の各種添加剤を含んでもよい。その添加量は、通常、ポリオレフィン系樹脂、粘着付与樹脂およびスチレン系熱可塑性エラストマーの合計１００質量部に対して、合計で０．１〜１０質量部である。
【００４４】
第２炭素質材料としては、第１炭素質材料と同様のものを用いることができる。第２炭素質材料は、第１炭素質材料と同じであってもよいし、異なっていてもよい。具体的には、第２炭素質材料の平均粒径、平均繊維径、炭素繊維、ホウ素含有量などは、第１炭素質材料と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
第２炭素質材料は、第１炭素質材料と同様に、平均繊維径０．０１〜０．３μｍの炭素繊維を１〜５０質量％含むものであることが好ましく、該炭素繊維を１０〜４０質量％含むものであることがより好ましい。
第２素質材料には、第１炭素質材料と同様に、ホウ素が０．０１〜４質量％含まれていることが好ましく、０．１〜３質量％含まれていることがより好ましい。
【００４５】
第２層２は、第２樹脂組成物１００質量部と、第２炭素質材料１００〜１０００質量部とを含有するものである。第２樹脂組成物１００質量部に対する第２炭素質材料の含有量が、１００質量部以上であると、高い導電性を有するカーボン部材１０が得られる。第２樹脂組成物１００質量部に対する第２炭素質材料の含有量が、１０００質量部以下であると、第２層と、第１層および第３層との溶着性に優れるため、優れた曲げ強度を有するカーボン部材１０が得られる。第２樹脂組成物１００質量部に対する第２炭素質材料の含有量は、２００〜８００質量部であることが好ましく、２００〜６００質量部であることがより好ましい。
【００４６】
「第３層」
第３層３は、嵩密度６０〜８００ｋｇ／ｍ３、好ましくは８０〜６００ｋｇ／ｍ３の多孔質炭素材料からなる。本実施形態においては、多孔質炭素材料の嵩密度が６０ｋｇ／ｍ３以上であるので、第３層が優れた導電性と強度を有するものとなる。また多孔質炭素材料の嵩密度が８００ｋｇ／ｍ３以下であるので、第３層が優れた流体透過性を有するものとなる。よって、カーボン部材１０を電池部材として用いて電池を製造した場合に、第３層３を例えば、レドックスフロー電池の電極や、燃料電池のセパレータに隣接するガス拡散層として機能させることができる。
【００４７】
第３層３の多孔質炭素材料としては、平均繊維径０．０１〜３μｍの炭素繊維からなる不織布であることが好ましく、平均繊維径０．１〜０．５μｍの炭素繊維からなる不織布であることがより好ましい。不織布としては、炭素繊維同士の接触部の少なくとも一部が炭化して結合しているものを用いることが好ましい。炭素繊維同士の接触部の少なくとも一部が炭化して結合する場合、第３層３が十分な強度を有するとともに十分な導電性を有するものとなり、好ましい。
【００４８】
第３層３の多孔質炭素材料が、平均繊維径０．０１〜３μｍの炭素繊維からなる不織布である場合、平均繊維径が十分に細いことにより、例えば、本実施形態のカーボン部材１０を電池部材として用いて電池を製造し、第３層３内に流体を流す場合の圧力損失が小さくなる。その結果、電池の出力密度を向上させることができる。
【００４９】
また、多孔質炭素材料が、平均繊維径０．０１〜０．３μｍの炭素繊維からなる不織布である場合、炭素繊維の比表面積が大きいため、優れた導電性を有するものとなる。このため、本実施形態のカーボン部材１０を電池部材として用いてレドックスフロー電池を製造した場合に、電極反応場が増え、電池の出力密度を向上させることができる。さらには、本実施形態のカーボン部材１０を電池部材として用いた燃料電池において、ガスを均一に拡散させることができ、電池反応を均一化できるとともに、出力密度を向上することができる。炭素繊維の平均繊維径の測定は、上述の第１炭素質材料に用いる炭素繊維と同様にして行うことができる。
【００５０】
平均繊維径０．０１〜３μｍの炭素繊維からなる不織布であり、炭素繊維同士の接触部の少なくとも一部が炭化して結合している多孔質炭素材料は、例えば、以下に示す方法により得られる。
【００５１】
まず、樹脂繊維をフェルト化して不織布を作製する。次いで、不織布を炭化する。このことにより、炭素繊維を含み、炭素繊維同士の接触部の少なくとも一部が炭化して結合された不織布となる。不織布の材料として使用する樹脂繊維としては、ポリアクリロニトリル樹脂やフェノール樹脂からなる樹脂繊維などが挙げられる。その後、例えば、レドックスフロー電池用途では、第２層と第３層の接合性の向上や水濡れ性を向上させて電極反応を促進するため、炭素繊維を含む不織布を１〜４０％の酸素とイナートガスが混合された雰囲気で、４００〜８００℃の温度で熱処理する。このことにより、炭素繊維表面が酸化し、多孔質炭素材料が得られる。また、撥水性が求められる燃料電池用途等においては、例えば、炭素繊維を含む不織布にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）ディスパージョンを塗布、乾燥し、３００〜４００℃で熱処理させて得られる多孔質炭素材料を用いることもできる。
多孔質炭素材料は、ホウ素を好ましくは０．０１〜４質量％含むと、カーボン部材１０の導電性が優れるため、好ましい。
【００５２】
「カーボン部材の製造方法」
次に、本発明のカーボン部材の製造方法として、図１に示すカーボン部材１０の製造方法を例に挙げて説明する。
図１に示すカーボン部材１０を製造するには、まず、第１樹脂組成物と第１炭素質材料とを所定の割合で混合混練（コンパウンド）して混合物とする。また、第２樹脂組成物と第２炭素質材料とを所定の割合で混合混練（コンパウンド）して混合物とする。
【００５３】
第１炭素質材料と混合混練される第１樹脂組成物は、第１樹脂組成物となる原料を混合混練してなる第１樹脂組成物の状態であってもよいし、第１樹脂組成物となる原料の状態であってもよい。また、第２炭素質材料と混合混練される第２樹脂組成物は、第２樹脂組成物となる原料を混合混練してなる第２樹脂組成物の状態であってもよいし、第２樹脂組成物となる原料の状態であってもよい。
【００５４】
第１樹脂組成物（第２樹脂組成物）を製造するために行う第１樹脂組成物（第２樹脂組成物）となる原料のみの混合混練および／または第１樹脂組成物（第２樹脂組成物）と第１炭素質材料（第２炭素質材料）との混合物を製造するための混合混練には、押出機やニーダー等の混練機を用いることができる。
【００５５】
次いで、第１樹脂組成物と第１炭素質材料との混合物と、第２樹脂組成物と第２炭素質材料との混合物とを用いて、第１層１と第２層２とを共押出成形する。このことにより、シート状の第１層１の両面に接してシート状の第２層２が配置され、第１層１と第２層２とが一体化されてなる積層体を形成する。このとき、第１層の押出は、シリンダー温度２２０〜２５０℃、ダイス温度１６０〜２００℃とすることが好ましく、第２層の押出は、シリンダー温度１８０〜２３０℃、ダイス温度１２０〜１８０℃とすることが好ましい。
次に、積層体の両面に第３層３として多孔質炭素材料を配置する。このことにより、第１層１に第３層３を、第２層２を介して対向配置する。この際、シート状の前記積層体の上に、長尺の第３層３をロールで送り出しながら配置し、後述の溶着工程を連続で行ってもよい。
【００５６】
次に、第１層１の両面に第２層２が配置された積層体の両面に、第３層３を配置したものを、加圧しながら加熱し、第２層２に第３層３を溶着する。
第２層２に第３層３を溶着する際の温度は、第２層２と第３層３との接触抵抗の低いものとするために、第２樹脂組成物の融点以上の温度、好ましくは第２樹脂組成物の融点より２℃以上高い温度、より好ましくは第２樹脂組成物の融点より５℃以上高い温度とされる。また、第２層２に第３層３を溶着する際の温度は、第１層の溶融を防ぐため、第１樹脂組成物の融点より１０℃以上低い温度であることが好ましく、通常は１６０℃以下である。第１層が溶融すると、第１層が膨張して密度が下がるため、カーボン部材１０の貫通抵抗が高くなる。
また、第２層２に第３層３を溶着する際の圧力は、第３層の構造が破壊されないように、０．５〜８ＭＰａとすることが好ましく、１〜５ＭＰａとすることがより好ましい。
以上の工程により、図１に示すカーボン部材１０が得られる。
【００５７】
また、図１に示すカーボン部材１０の製造方法は、上記の方法のみに限定されるものではない。図１に示すカーボン部材１０は、例えば、以下に示す製造方法を用いて製造してもよい。
まず、上述した製造方法と同様にして第１樹脂組成物と第１炭素質材料との混合物を作成し、得られた混合物を押出成形することにより、シート状の第１層１を形成する（第１成形工程）。このときのシリンダー温度は２２０〜２５０℃、ダイス温度は１６０〜２００℃であることが好ましい。得られたシート状の第１層１は、ロール圧延する方法などにより、必要に応じて厚みを薄くしてもよい。
【００５８】
第１成形工程は、生産性を向上させるために、第１樹脂組成物と第１炭素質材料とを二軸押出機の投入口に供給して混合して第１混合物とする工程と、第１混合物を二軸押出機のダイスで賦形して押し出すことにより、シート状の第１層１を成形する工程とを連続して行う工程であることが好ましい。
【００５９】
また、上述した製造方法と同様にして第２樹脂組成物と第２炭素質材料との混合物を作成し、得られた混合物を押出成形することにより、シート状の第２層２を形成する（第２成形工程）。このときのシリンダー温度は１８０〜２３０℃、ダイス温度は１２０〜１８０℃であることが好ましい。得られたシート状の第２層２は、ロール圧延する方法などにより、必要に応じて厚みを薄くしてもよい。
第２成形工程は、生産性を向上させるために、第２樹脂組成物と第２炭素質材料とを二軸押出機の投入口に供給して混合して第２混合物とする工程と、第２混合物を二軸押出機のダイスで賦形して押し出すことにより、シート状の第２層２を成形する工程とを連続して行う工程であることが好ましい。
【００６０】
次に、シート状の第１層１の両面に接してシート状の第２層２を配置して、加圧しながら加熱し、第１層１に第２層２を溶着する。このことにより、第１層１と、第１層１の両面に接して配置された第２層２とが一体化されてなる積層体を形成する。
第１層１に第２層２を溶着する際の温度は、第１層１および第２層２の融点以上の温度とされ、第１層と第２層との間の接触抵抗を低減し、強固な接合を達成させるため、第１樹脂組成物の融点に比べ、好ましくは２０℃以上、より好ましくは４０℃以上高い温度とし、通常は１８０〜２５０℃である。また、第１層１に第２層２を溶着する際の圧力は、両者を確実に密着させて界面にボイドが残らないようにするため、１０〜５０ＭＰａとすることが好ましい。
【００６１】
その後、上述した製造方法と同様にして、積層体の両面に第３層３として多孔質炭素材料を配置し、第２層２に第３層３を溶着する。以上の工程により、図１に示すカーボン部材１０が得られる。
【００６２】
「レドックスフロー電池」
図２は、本発明のレドックスフロー電池の一例を説明するための断面模式図である。図２に示すレドックスフロー電池２０は、銅板２８、２８間に複数のセル２０ａを備えたものである。各セル２０ａは、隔膜２４の両側に電極２３と双極板２７とがそれぞれ配置されたものである。本実施形態においては、双極板２７として、双極板本体２１と、双極板本体２１と電極２３との間に配置された双極板表面層２２とからなるものが用いられている。双極板本体２１は、隣接して配置された２つのセル２０ａにおいて共有されている。
【００６３】
各セル２０ａには、電極２３として正極２３ａと負極２３ｂとが備えられている。各セル２０ａの正極２３ａは、隔膜２４を介して隣接するセル２０ａの負極２３ｂと対向して配置されている。正極２３ａおよび負極２３ｂは、多孔質炭素材料からなるものであり、正極２３ａ内には、正極用配管２５を介して正極電解液が供給され、負極２３ｂ内には、負極用配管２６を介して負極電解液が供給されている。
【００６４】
本実施形態においては、図２に示すように、隔膜２４の両側にそれぞれ、電極２３と双極板２７とが一体化された電池部材として、図１に示すカーボン部材１０を配置することで、複数のセル２０ａが積層された構造を形成している。したがって、図１に示すカーボン部材１０における第１層１が双極板本体２１として機能し、第２層２が双極板表面層２２として機能し、第３層３が電極２３として機能している。
【００６５】
また、図２に示すように、複数の隔膜２４のうち、最も外側に配置された両側２つの隔膜２４の外側には、正極２３ａまたは負極２３ｂと双極板２７とが一体化されたカーボン部材１０ａが配置されている。カーボン部材１０ａは、第１層１と、第１層１の一方の主面に接して配置された第２層２と、第２層２を介して第１層１に対向配置された第３層３とが、溶着されて一体化されているものであり、第１層１の一方の主面にのみ第２層２および第３層３が形成されていること以外は、図１に示すカーボン部材１０と同じものである。
【００６６】
なお、本発明のレドックスフロー電池においては、電池部材として本発明のカーボン部材１０、１０ａが用いられていること以外に特に制限はなく、例えば、隔膜や正極電解液、負極電解液などには、レドックスフロー電池に用いられる公知のものを用いることができる。
【００６７】
図２に示すレドックスフロー電池２０では、隔膜２４とカーボン部材１０、１０ａとを積層することにより、容易にセル２０ａを組み立てることができる。すなわち、図２に示すレドックスフロー電池２０は、電極２３と双極板２７とが一体化された電池部材としてカーボン部材１０、１０ａを用いているので、レドックスフロー電池を、電極と双極板とをそれぞれ用いて製造する場合と比較して、電池部材の数を減らすことができ、生産性を向上させることができる。
図２に示すレドックスフロー電池２０は、電池部材として本発明のカーボン部材１０、１０ａを用いたものであるので、導電性に優れた電極２３を有する内部抵抗の低いものとなる。
【００６８】
「燃料電池」
図３は、本発明の燃料電池の一例を説明するための断面模式図である。図３に示す燃料電池３０は、集電板３９、３９の間に複数の単セル３０ａを有している。各単セル３０ａは、ＭＥＡ膜３４の一方の面に第１ガス拡散層３３ａと第１ガス流路３８ａとが配置され、ＭＥＡ膜３４の他方の面に第２ガス拡散層３３ｂと第２ガス流路３８ｂとが配置されたものである。ＭＥＡ膜３４は、電解膜の一方の面に空気極となる電極が接合され、他方の面に燃料極となる電極が接合された接合体である。第１ガス拡散層３３ａおよび第２ガス拡散層３３ｂは、電極を兼ねるものであってもよい。
【００６９】
図３に示すように、複数の単セル３０ａは、第１ガス流路３８ａおよび第１ガス拡散層３３ａと、第２ガス流路３８ｂおよび第２ガス拡散層３３ｂとを仕切るセパレータ３７を介して積層されている。本実施形態においては、セパレータ３７として、セパレータ本体３１と、セパレータ本体３１と第１ガス拡散層３３ａまたは第２ガス拡散層３３ｂとの間に配置されたセパレータ表面層３２とからなるものが用いられている。セパレータ本体３１は、隣接して配置された２つの単セル３０ａにおいて共用されている。
【００７０】
各単セル３０ａの第１ガス拡散層３３ａは、ＭＥＡ膜３４を介して第２ガス拡散層３３ｂと対向して配置されている。第１ガス拡散層３３ａおよび第２ガス拡散層３３ｂは、多孔質炭素材料からなるものであり、第１ガス拡散層３３ａ内には、配管（不図示）を介して水素などの燃料が供給され、第２ガス拡散層３３ｂ内には、配管（不図示）を介して空気が供給されている。
第１ガス流路３８ａおよび第２ガス流路３８ｂは、セパレータ３７の表面に設けられた線状の複数の溝からなるものである。
【００７１】
本実施形態においては、セパレータ３７と、セパレータ３７に隣接する第１ガス拡散層３３ａおよび第２ガス拡散層３３ｂとが一体化された電池部材として、カーボン部材１０ｂが配置されている。カーボン部材１０ｂは、第１層１の両面に第２層２が配置された積層体の一方の面に第１ガス流路３８ａとなる線状の複数の溝を形成し、他方の面に第２ガス流路３８ｂとなる線状の複数の溝を形成したこと以外は、図１に示すカーボン部材１０と同じものである。図３に示す燃料電池３０においては、カーボン部材１０ｂにおける第１層がセパレータ本体３１として機能し、第２層がセパレータ表面層３２として機能し、第３層が第１ガス拡散層３３ａまたは第２ガス拡散層３３ｂとして機能している。
【００７２】
また、図３に示すように、複数のＭＥＡ膜３４のうち、最も外側に配置された両側２つのＭＥＡ膜３４の外側には、セパレータ３７と、セパレータ３７に隣接する第１ガス拡散層３３ａまたは第２ガス拡散層３３ｂとが一体化された電池部材として、カーボン部材１０ｃが配置されている。カーボン部材１０ｃは、セパレータ本体３１として機能する第１層の一方の主面にのみ、セパレータ表面層３２として機能する第２層と、第１ガス拡散層３３ａまたは第２ガス拡散層３３ｂとして機能する第３層とが形成されていること以外は、カーボン部材１０ｂと同じものである。
【００７３】
なお、本発明の燃料電池においては、電池部材として本発明のカーボン部材１０ｂ、１０ｃが用いられていること以外に特に制限はなく、例えば、電解膜などの部材には、燃料電池に用いられる公知のものを用いることができる。
また、第１層１の両面または片面に第２層２が配置された積層体に、第１ガス流路３８ａまたは第２ガス流路３８ｂとなる溝を形成する方法としては、圧縮成形機を用いる方法など、公知の方法を用いることができる。
図３に示す燃料電池３０は、電池部材として本発明のカーボン部材１０ｂ、１０ｃを用いたものであるので、生産性に優れ、優れた発電特性が得られる。
【００７４】
本実施形態のカーボン部材１０は、ポリオレフィン系樹脂を含み、２３０℃において荷重２．１６ｋｇで測定したＭＦＲが０．０１〜１０ｇ／１０ｍｉｎである第１樹脂組成物１００質量部と、第１炭素質材料１００〜１０００質量部とを含む第１層１と、第１層１の両面に接して配置され、ポリオレフィン系樹脂を含み、ＭＦＲが５〜１０００ｇ／１０ｍｉｎであって第１樹脂組成物より大きく、融点が８０℃以上であって第１樹脂組成物より１０℃以上低い第２樹脂組成物１００質量部と、第２炭素質材料１００〜１０００質量部とを含む第２層２と、第２層２を介して第１層１に対向配置された嵩密度６０〜８００ｋｇ／ｍ３の多孔質炭素材料からなる第３層３とが、溶着されて一体化されているものであるので、以下に示す効果が得られる。
【００７５】
すなわち、本実施形態のカーボン部材１０では、第２層２に含まれる第２樹脂組成物のＭＦＲが５〜１０００ｇ／１０ｍｉｎであって第１樹脂組成物より大きく、融点が８０℃以上であって第１樹脂組成物より１０℃以上低いので、容易かつ確実に第１層１に第２層２を溶着できるとともに、第２層２に多孔質炭素材料からなる第３層３を溶着できる。よって、本実施形態のカーボン部材１０は、第１層１と第２層２との界面全体および第２層２と第３層３との界面全体が密着して一体化されたものとなり、厚み方向の抵抗（貫通抵抗）が低く、優れた導電性が得られるとともに、優れた曲げ強度が得られるものとなる。
【００７６】
また、本実施形態のカーボン部材１０では、第１層１に含まれる第１樹脂組成物のＭＦＲが０．０１〜１０ｇ／１０ｍｉｎであるので、高い曲げ強度が得られるとともに電池内を仕切る隔壁としての機能が得られるカーボン部材１０となる。その結果、カーボン部材１０を電池部材として用いて電池を製造する場合に、優れた作業性および加工性が得られるとともに、第１層１を例えば、レドックスフロー電池の双極板や、燃料電池のセパレータとして機能させることができる。
【００７７】
また、本実施形態のカーボン部材１０では、第３層３が嵩密度６０〜８００ｋｇ／ｍ３の多孔質炭素材料からなるものであり、優れた導電性を有する多孔質のものとなる。よって、カーボン部材１０を電池部材として用いて電池を製造した場合に、第３層３を例えば、レドックスフロー電池の電極や、燃料電池のセパレータに隣接するガス拡散層として機能させることができる。
【００７８】
このように、本実施形態のカーボン部材１０は、例えば、レドックスフロー電池の電極と双極板とが一体化された電池部材として好適に使用できる。この場合、レドックスフロー電池を、電極と双極板とをそれぞれ用いて製造する場合と比較して、電池部材の数を減らすことができ、生産性を向上させることができる。
また、本実施形態のカーボン部材１０は、例えば、燃料電池のセパレータと、セパレータに隣接するガス拡散層とが一体化された電池部材として、好適に使用できる。この場合、燃料電池のセパレータおよびセパレータに隣接するガス拡散層を容易に製造することができ、生産性を向上させることができる。
【００７９】
また、本実施形態のカーボン部材１０は、第３層３が嵩密度６０〜８００ｋｇ／ｍ３の多孔質炭素材料からなるものであり、第１層１および第２層２に炭素質材料が十分に含有されているものであり、しかも溶着により第１層１と第２層２との界面全体および第２層２と第３層３との界面全体が密着して一体化されたものであるので、高い導電性が得られる。したがって、本実施形態のカーボン部材１０は、これを電池部材として用いて電池を製造した場合に、優れた特性を有する電池が得られるものである。
【００８０】
また、本実施形態のカーボン部材１０を構成する第１層１および第２層２は、それぞれ個別に押出成形する方法や、共押出成形する方法を用いて容易に連続的に製造でき、生産性に優れている。
【００８１】
なお、本発明のカーボン部材は、上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、図１に示すカーボン部材１０では、第１層１の両面に第２層が配置されている場合を例に挙げて説明したが、本発明のカーボン部材において、第２層は、第１層の少なくとも一方の主面に接して配置されていればよい。すなわち、本発明のカーボン部材は、例えば、第１層と、第１層の一方の主面に接して配置された第２層と、第２層を介して第１層に対向配置された第３層とが、溶着されて一体化されているものであってもよい。
【実施例】
【００８２】
「実施例１〜実施例２９、参考例１〜２、比較例１〜比較例１０」
表１に示す樹脂組成物Ｐ０１〜Ｐ１５と、表２に示す炭素質材料Ｃ１〜Ｃ７と、表３に示す多孔質炭素材料ＥＬ１〜ＥＬ８とを用いて、以下に示す方法により、表４〜表１０に示す実施例１〜実施例２９、参考例１〜２、比較例１〜比較例１０のカーボン部材を製造し、評価した。【００８３】
【表１】
2014168081.tif 000003
【００８４】
【表２】
2014168081.tif 000004
【００８５】
【表３】
2014168081.tif 000005
【００８６】
【表４】
2014168081.tif 000006
【００８７】
【表５】
2014168081.tif 000007
【００８８】
【表６】
2014168081.tif 000008
【００８９】
【表７】
2014168081.tif 000009
【００９０】
【表８】
2014168081.tif 000010
【００９１】
【表９】
2014168081.tif 000011
【００９２】
【表１０】
2014168081.tif 000012
【００９３】
（樹脂組成物Ｐ０１〜Ｐ１５）
表１に示す樹脂組成物Ｐ０１〜Ｐ１５は、混練機を用いて、それぞれ樹脂組成物Ｐ０１〜Ｐ１５となる原料の全てを、表１に示す割合で混合混練（コンパウンド）することにより製造した。得られた樹脂組成物のメルトフローレートおよび融点を、表１に示す。【００９４】
なお、樹脂組成物Ｐ０１〜Ｐ１５の製造に用いた原料はそれぞれ下記の通りである：
プロピレン単独重合体−１：サンアロマー社製  商品名ＶＳ２００Ａ
プロピレン単独重合体−２：サンアロマー社製  商品名ＰＬ４００Ａ
プロピレン単独重合体―３：サンアロマー社製  商品名ＰＭ８０１Ａ
エチレン−プロピレン共重合体（ブロックＰＰ）−１：サンアロマー社製  商品名ＰＭＢ６０Ａ
エチレン−プロピレン共重合体（ブロックＰＰ）−２：サンアロマー社製  クオリア（登録商標）ＰＰ２２２８
エチレン−プロピレン共重合体（ブロックＰＰ）−３：Ｃａｔａｌｌｏｙ  Ａｄｆｌｅｘ（登録商標）Ｑ１００Ｆ
エチレン−プロピレン共重合体（ランダムＰＰ）：サンアロマー社製  商品名ＰＭ９４０Ｍ
ポリブテン−１：サンアロマー社製  商品名ＰＢ０８００Ｍ
エチレン−ブテン１共重合体：サンアロマー社製  商品名ＤＰ８５１０Ｍ
水添スチレンブタジエンラバー：ＪＳＲ社製  商品名ダイナロン１３２０Ｐ
スチレン・エチレンブチレン・スチレンブロックコポリマー１：クレイトン・ポリマーズ社製  商品名クレイトンＧ１６５２
スチレン・エチレンブチレン・スチレンブロックコポリマー２：クレイトン・ポリマーズ社製  商品名クレイトンＧ１６５７
アタクチックポリプロピレン：イーストマンケミカル社製  商品名イーストフレックスＭ−１０３０Ｓ
脂環式飽和炭化水素樹脂：荒川化学工業社製  商品名アルコンＰ−１２５
酸化防止剤：ＢＡＳＦ社製  ＩＲＧＡＮＯＸ（登録商標）１３３０
耐熱安定剤：ＢＡＳＦ社製  ＩＲＧＡＮＯＸ  ＰＳ８０２ＦＬ
二次酸化防止剤：ＢＡＳＦ社製  商品名ＩＲＧＡＦＯＳ（登録商標）  １２６
滑剤：ステアリン酸カルシウム【００９５】
（炭素質材料Ｃ１〜Ｃ７）
「Ｃ１：ホウ素（１．９質量％）含有黒鉛微紛」
非針状コークス（エム・シー・カーボン（株）社製商品名：ＭＣコークス）をパルベライザー（ホソカワミクロン（株）製）で２ｍｍ〜３ｍｍ以下の大きさに粗粉砕した。その後、粗粉砕したコークスをジェットミル（ＩＤＳ２ＵＲ、日本ニューマチック（株）製）で微粉砕し、分級により粒径２４μｍに調整した。【００９６】
その後、微粉砕したコークスを、ターボクラシファイアー（ＴＣ１５Ｎ、日清エンジニアリング（株）製）を用いて気流分級し、５μｍ以下の粒子を除去した。得られたコークス１４．４ｋｇに、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）０．６ｋｇを加え、ヘンシェルミキサー（登録商標）にて８００ｒｐｍで５分間混合した。
得られた混合物を内径４０ｃｍ、容積４０リットルの蓋付き黒鉛ルツボに封入し、黒鉛ヒーターを用いた黒鉛化炉に入れてアルゴンガス雰囲気下２９００℃の温度で黒鉛化し、放冷した。その結果、１４ｋｇの黒鉛微粉が得られた。得られた黒鉛微粉は、平均粒径２０．５μｍ、Ｂ含有量が１．９質量％であった。このようにしてホウ素含有黒鉛微粉（Ｃ１）を得た。【００９７】
「Ｃ２：人造黒鉛微粉」
昭和電工（株）製の人造黒鉛粉末ショーカライザーＳをジェットミル（ＩＤＳ２ＵＲ、日本ニューマチック（株）製）で微粉砕した。その後、分級により粒径を調整し、ターボクラシファイアー（ＴＣ１５Ｎ、日清エンジニアリング（株）製）を用いて気流分級して、５μｍ以下の粒子を除去し、平均粒径２３μｍの人造黒鉛微粉（Ｃ２）を得た。【００９８】
「Ｃ３：天然黒鉛微粉」
ＢＴＲ社製  商品名：ＳＧ１８−０.９５（平均粒径１９μｍ）を用いた。
「Ｃ４：炭素繊維」
気相法炭素繊維（昭和電工社製。商品名：ＶＧＣＦ（登録商標）−Ｈ（平均繊維径０．１５μｍ、繊維長１０〜２０μｍ））を用いた。
「Ｃ５：炭素繊維」
気相法炭素繊維（昭和電工社製。商品名：ＶＧＣＦ−Ｘ（平均繊維径０．０１５μｍ、繊維長３〜５μｍ））を用いた。【００９９】
「Ｃ６：ホウ素（０．０３質量％）含有黒鉛微紛」
炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）を９．５ｇ（０．００９５ｋｇ）加えたこと以外、Ｃ１と同様の方法で得た。得られた黒鉛微粉は、平均粒径２０．５μｍ、Ｂ含有量が０．０３質量％であった。
「Ｃ７：ホウ素（３．２質量％）含有黒鉛微紛」
炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）を１．０１ｋｇ加えたこと以外、Ｃ１と同様の方法で得た。得られた黒鉛微粉は、平均粒径２０．５μｍ、Ｂ含有量が３．２質量％であった。【０１００】
（多孔質炭素材料ＥＬ１〜ＥＬ８）
「ＥＬ１」
平均繊維径１６μｍのポリアクリロニトリル樹脂繊維を空気中２００〜３００℃で耐炎化してなる耐炎化繊維の短繊維（長さ約７０ｍｍ）をフェルト化し、目付量５００ｇ／ｍ２、厚み５．０ｍｍの不織布を作製した。
該不織布を窒素ガス雰囲気で１０００℃まで１００℃／分の昇温速度で昇温し、その後アルゴンガス雰囲気に切り替えて１８００℃まで昇温し、この温度で１時間保持することにより炭化し、冷却した。その後、炭化した不織布を酸素濃度７％の窒素ガス雰囲気下で６００℃で２０分熱処理し、平均繊維径１６μｍ、嵩密度１００ｋｇ／ｍ３の多孔質炭素材料（ＥＬ１）を得た。【０１０１】
「ＥＬ２」
ポリアクリロニトリル樹脂（アルドリッチ社製）をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドに溶解して、１０質量％の溶液とした。得られた樹脂溶液を、エレクトロスピニング装置を用いて、電圧２０ｋＶ、コレクターまでの距離１０ｃｍとして紡糸して、目付量０．７５ｇ／ｍ２となるようにポリアクリロニトリル樹脂繊維を積層した。
続いて、得られたポリアクリロニトリル樹脂繊維を空気中２００〜３００℃で耐炎化してなる耐炎化繊維の短繊維（長さ約１０ｍｍ）を用いてフェルト化し、目付量３００ｇ／ｍ２、厚み５．０ｍｍの不織布を作成した。【０１０２】
該不織布を窒素ガス雰囲気で１０００℃まで１００℃／分の昇温速度で昇温し、その後アルゴンガス雰囲気に切り替えて１８００℃まで昇温し、この温度で１時間保持することにより炭化し、冷却した。その後、炭化した不織布を酸素濃度７％の窒素ガス雰囲気下で６００℃で２０分熱処理し、多孔質炭素材料（ＥＬ２）を得た。
得られた多孔質炭素材料（ＥＬ２）の平均繊維径は１６０ｎｍ、嵩密度は１００ｋｇ／ｍ３であった。【０１０３】
「ＥＬ３」
ポリアクリロニトリル樹脂のＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液に替えて、昭和電工製フェノール樹脂（ＢＲＬ−１２０Ｚ）の１０質量％水溶液を用いた他は、ＥＬ２と同様にして、目付量０．７５ｇ／ｍ２となるようにフェノール樹脂繊維を積層した。
得られたフェノール樹脂繊維に対して加熱炉を用いて、加熱開始温度６０℃とし、最初の１時間で６５℃まで上昇させ、次の１時間で７５℃まで上昇させ、更に１時間かけて９５℃まで上昇させ、その後の１時間で１５０℃まで連続して温度を上昇させる熱処理を行って平均繊維径１８μｍの不溶不融のフェノール樹脂繊維を得た。【０１０４】
このようにして得られたフェノール樹脂繊維を約６０ｍｍの短繊維に切断してフェルト化し、目付け量３００ｇ／ｍ２、厚み５．０ｍｍの不織布を作成した。
該不織布を窒素ガス雰囲気で１０００℃まで１００℃／分の昇温速度で昇温し、その後アルゴンガス雰囲気に切り替えて１８００℃まで昇温し、この温度で１時間保持することにより炭化し、冷却した。その後、炭化した不織布を酸素濃度７％の窒素ガス雰囲気下で６００℃で２０分熱処理し、多孔質炭素材料（ＥＬ３）を得た。
得られた多孔質炭素材料（ＥＬ３）の平均繊維径は２００ｎｍ、嵩密度は１００ｋｇ／ｍ３であった。【０１０５】
「ＥＬ４」
ポリアクリロニトリル樹脂のＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液に、０．０１質量％のホウ酸を加えた他は、ＥＬ２と同様にして、耐炎化ポリアクリロニトリル短繊維からなる目付量５００ｇ／ｍ２、厚み５．０ｍｍの不織布を得た。該不織布を、アルゴンガス雰囲気に切り替えた後、２５００℃まで昇温した他はＥＬ２と同様にして炭化した。炭化した不織布を冷却後、酸素濃度７％の窒素ガス雰囲気下で６００℃で２０分熱処理し、多孔質炭素材料（ＥＬ４）を得た。
得られた多孔質炭素材料（ＥＬ４）の平均繊維径は１７０ｎｍ、嵩密度は１００ｋｇ／ｍ３であった。またＥＬ４のホウ素含有量は１．２質量％であった。【０１０６】
「ＥＬ５」
平均繊維径１６μｍのポリアクリロニトリル樹脂繊維を空気中２００〜３００℃で耐炎化してなる耐炎化繊維の短繊維（長さ約７０ｍｍ）をフェルト化し、目付量５０００ｇ／ｍ２、厚み５．０ｍｍの不織布を作成した。
該不織布を窒素ガス雰囲気で１０００℃まで１００℃／分の昇温速度で昇温し、その後アルゴンガス雰囲気に切り替えて１８００℃まで昇温し、この温度で１時間保持することにより炭化し、冷却した。その後、炭化した不織布を酸素濃度７％の窒素ガス雰囲気下、６００℃で２０分熱処理し、平均繊維径１６μｍ、嵩密度５０００ｋｇ／ｍ３の多孔質炭素材料（ＥＬ５）を得た。【０１０７】
「ＥＬ６」
平均繊維径７μｍのポリアクリロニトリル樹脂繊維を空気中２００〜３００℃で耐炎化してなる耐炎化繊維の短繊維（長さ約７０ｍｍ）をフェルト化し、目付量４５ｇ／ｍ２、厚み５．０ｍｍの不織布を作成した。
該不織布をＥＬ１と同様に炭化し、冷却後、熱処理して、平均繊維径７μｍ、嵩密度４４０ｋｇ／ｍ３の多孔質炭素材料（ＥＬ６）を得た。【０１０８】
「ＥＬ７」
ＥＬ２と同様にして得られた耐炎化ポリアクリロニトリル繊維の短繊維（長さ約１０ｍｍ）を用いてフェルト化し、目付量２０ｇ／ｍ２、厚み２００μｍの不織布を作成した。
該不織布をＥＬ２と同様にして炭化し、冷却した。その後、炭化した不織布をＰＴＦＥディスパージョン水溶液へ浸漬し、６０℃で乾燥後、酸素濃度７％の窒素ガス雰囲気下、３６０℃で６０分熱処理し、５質量％ＰＴＦＥ溶液で撥水処理された多孔質炭素材料（ＥＬ７）を得た。
得られた多孔質炭素材料の平均繊維径は２００ｎｍ、嵩密度は１００ｋｇ／ｍ３であった。【０１０９】
「ＥＬ８」
大阪ガスケミカル社製の商品名：ＬＥＰ−２０５を用いた。この多孔質炭素材料（ＥＬ８）は、炭素繊維の接点が炭化されておらず、絡み合いのみで形成されている。またこの多孔質炭化材料（ＥＬ８）の平均繊維径は１３μｍ、嵩密度は１００ｋｇ／ｍ３であった。【０１１０】
なお、多孔質炭素材料の嵩密度は、下記の方法で測定した。
多孔質炭素材料を、それぞれ５０×５０ｍｍの正方形の打抜き刃によって切断し、５０×５０ｍｍ（公差±０．５）の試験片を作製した。得られた試験片の厚みを、２３．５ｋＰａの一定圧力で測定し、試験片の体積を求めた。また得られた試験片の質量を精度０．００１ｇで測定した。測定により得られた試験片の質量を、試験片の体積で除し、嵩密度を計算した。【０１１１】
（実施例１）
樹脂組成物Ｐ０１  １００質量部と炭素質材料Ｃ１  ６００質量部とを、同方向二軸押出機（ＫＴＸ−３０、神戸製鋼社製）を用いて、設定温度２１０℃、回転数４００ｒｐｍの条件で、オープンヘッドの状態でコンパウンドして混合物とした。その後、単軸のシート押出機を用いて、設定温度２００℃で混合物を押出成形し、縦２００ｍｍ、横２００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのシート状の第１層を形成した（第１成形工程）。【０１１２】
また、樹脂組成物Ｐ０８  １００質量部と、炭素質材料Ｃ１  ３００質量部およびＣ４  １００質量部とを、第１層と同様にコンパウンドして混合物とし、押出成形して、縦２００ｍｍ、横２００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのシート状の第２層を形成した（第２成形工程）。続いて、得られたシート状の第２層をロール圧延し、厚さ０．１ｍｍのシート状の第２層とした。【０１１３】
次に、シート状の第１層の両面に接してシート状の第２層を配置して、１００×１００×１．５ｍｍの金型へ仕込み、５０ｔ熱プレスによって２３０℃、面圧２０ＭＰａで加圧しながら２分間加熱し、その後面圧２０ＭＰａをキープして６０℃以下まで冷却した。このことにより、第１層に第２層が溶着され、第１層と、第１層の両面に接して配置された第２層とが一体化されてなる縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚み１．５ｍｍの積層体を形成した。【０１１４】
次に、積層体の両面に接して多孔質炭素材料ＥＬ１を配置して、熱プレスによって１４５℃、面圧３ＭＰａで加圧しながら１０分間加熱し、その後８０℃以下まで冷却した。このことにより、第２層に第３層を溶着した。以上の工程により、実施例１のカーボン部材を得た。【０１１５】
（実施例２）
実施例１と同様にして第１層となる混合物を製造し、引き続き、得られた混合物を二軸押出機のダイスで賦形して押し出すことにより、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚み１．５ｍｍのシート状の第１層を成形する工程を行った。【０１１６】
表４に示す樹脂組成物および炭素質材料を、第１層と同様にして、第２層となる混合物とする工程と、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚み１．５ｍｍのシート状の第２層を成形する工程とを連続して行った。続いて、得られたシート状の第２層をロール圧延し、厚さ０．１ｍｍのシート状の第２層とした。
得られたシート状の第１層およびシート状の第２層を用いた他は、実施例１と同様にして第１層、第２層および第３層を積層し、実施例２のカーボン部材を得た。【０１１７】
（実施例３）
実施例１で製造した第１層となる混合物と、第２層となる混合物とを用いて、設定温度２３０℃で第１層と第２層とを共押出成形することにより、シート状の第１層の両面に接してシート状の第２層が配置され、第１層と第２層とが一体化されてなる縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚み１．５ｍｍの積層体を形成した。
次に、得られた積層体の両面に、実施例１と同様にして、第３層となる多孔質炭素材料ＥＬ１を溶着した。以上の工程により、実施例３のカーボン部材を得た。【０１１８】
（実施例４〜２９）
表４〜表８に示す樹脂組成物、炭素質材料、多孔質炭素材料を用いたこと以外は、実施例１と同様にして実施例４〜２９のカーボン部材を得た。【０１１９】
（参考例１および２）
表８に示す樹脂組成物、炭素質材料、多孔質炭素材料を用い、溶着操作を行っていないこと以外は、実施例１と同様にして参考例１および２のカーボン部材を得た。【０１２０】
（比較例１）
実施例１と同様にして、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのシート状の第１層を形成した。
次に、シート状の第１層から縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのシート片を切り出した。
次に、シート片の両面に縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの表３に示す第３層を配置した。以上の工程により、比較例１のカーボン部材を得た。【０１２１】
（比較例２）
実施例１と同様にして製造した、第１層となる混合物および第２層となる混合物を、それぞれ縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１．３ｍｍの金型へ仕込み、５０ｔ熱プレスによって２３０℃、面圧２０ＭＰａで加圧しながら２分間加熱し、その後面圧２０ＭＰａをキープして６０℃以下まで冷却して、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚み１．３ｍｍのシート状の第１層および第２層を成形した。【０１２２】
シート状の第１層と、シート状の第２層と、第３層となる多孔質炭素材料ＥＬ１をそれぞれ縦２０ｍｍ、横２０ｍｍの大きさに切断して、第３層／第２層／第１層／第２層／第３層の順に積層した。以上の工程により、比較例２のカーボン部材を得た。【０１２３】
（比較例３〜５）
表９に示す樹脂組成物、炭素質材料、多孔質炭素材料を用いたこと以外は、実施例１と同様にして比較例３〜５のカーボン部材を得た。【０１２４】
（比較例６）
表９に示す材料を用いたこと以外は、実施例１と同様にして第１層の両面に第２層が溶着された積層体を形成した。【０１２５】
次に、積層体の両面に接して第３層となる多孔質炭素材料ＥＬ１を配置して、熱プレスによって１７０℃、面圧３ＭＰａで加圧しながら１０分間加熱し、その後８０℃以下まで冷却した。このことにより、第２層に第３層を溶着した。以上の工程により、比較例６のカーボン部材を得た。【０１２６】
（比較例７）
表１０に示す材料を用いたこと以外は、比較例６と同様にして比較例７のカーボン部材を得た。【０１２７】
（比較例８）
表１０に示す材料を用いたこと以外は、比較例１と同様にして、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのシート状の第１層を形成した。
次に、シート状の第１層の両面に接して第３層となる多孔質炭素材料ＥＬ１を配置して、熱プレスによって１７０℃、面圧３ＭＰａで加圧しながら１０分間加熱し、その後８０℃以下まで冷却した。このことにより、第１層に第３層を溶着した。以上の工程により、比較例８のカーボン部材を得た。【０１２８】
（比較例９）
表１０に示す材料を用いたこと以外は、実施例１と同様にして第１層となる混合物を得た。その後、単軸のシート押出機を用いて、設定温度２００℃で混合物の押出成形を試みたが、混合物中の炭素質材料の含有量が多いため、圧力が上昇して押出すことができなかった。【０１２９】
このため、第１層となる混合物を縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの金型へ仕込み、５０ｔ熱プレスによって２３０℃、面圧２０ＭＰａで加圧しながら２分間加熱し、その後面圧２０ＭＰａをキープして６０℃以下まで冷却して、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚み１．５ｍｍのシート状の第１層を成形した。【０１３０】
また、表１０に示す材料を用いたこと以外は、実施例１と同様にして第２層となる混合物を得た。その後、実施例１と同様にして縦２００ｍｍ、横２００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのシート状の第２層を形成した（第２成形工程）。続いて、得られたシート状の第２層をロール圧延し、厚さ０．１ｍｍのシート状の第２層とした。【０１３１】
次に、シート状の第１層の両面に接してシート状の第２層を配置して、実施例１と同様にして縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚み１．５ｍｍの積層体を形成した。
次に、積層体の両面に接して表３に示す第３層を配置して、実施例１と同様にして、第２層に第３層を溶着した。以上の工程により、比較例９のカーボン部材を得た。なお、比較例９のカーボン部材では、第２層と第３層とは接合できなかった。【０１３２】
（比較例１０）
表１０に示す材料を用いたこと以外は、実施例１と同様にして第１層となる混合物を得た。その後、実施例１と同様にして縦２００ｍｍ、横２００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのシート状の第１層を形成した。【０１３３】
表１０に示す材料を用いたこと以外は、実施例１と同様にして第２層となる混合物を得た。その後、単軸のシート押出機を用いて、設定温度２００℃で混合物の押出成形を試みたが、混合物中の炭素質材料の含有量が多いため、圧力が上昇して押出すことができなかった。
このため、第２層となる混合物を縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの金型へ仕込み、５０ｔ熱プレスによって２３０℃、面圧２０ＭＰａで加圧しながら２分間加熱し、その後面圧２０ＭＰａをキープして６０℃以下まで冷却して、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚み１．５ｍｍのシート状の第２層を成形した。【０１３４】
次に、シート状の第１層の両面に接してシート状の第２層を配置して、実施例１と同様にして縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚み１．５ｍｍの積層体を形成した。
次に、積層体の両面に接して第３層となる多孔質炭素材料ＥＬ３を配置して、実施例１と同様にして、第２層に第３層を溶着しようとしたが、比較例１０のカーボン部材では、第２層と第３層とは接合できなかった。【０１３５】
このようにして得られた実施例１〜実施例２９、参考例１および２、比較例１〜比較例１０のカーボン部材をそれぞれ、以下に示す方法により貫通抵抗、曲げ特性、溶着性を評価した。その結果を表４〜表１０に示す。【０１３６】
（貫通抵抗）
図４は、貫通抵抗を測定する方法を説明するための説明図である。図４において符号１１は定電流電源を示し、符号１２はＣＩＰ材を示し、符号１３はカーボン部材の試験片を示し、符号１５は電圧計を示している。【０１３７】
カーボン部材の貫通抵抗を測定するために、まず、カーボン部材から縦２０ｍｍ、縦２０ｍｍの試験片１３を切り出した。次いで、図４に示すように、試験片１３を、縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ、厚み２ｍｍの２枚のＣＩＰ材１２（ＩＧＳ−７４４、新日本テクノカーボン社製）間に挟んで圧縮し、試験片１３の最外層に配置されている第３層の厚みがそれぞれ３ｍｍとなるようにした。その後、定電流電源１１を用いて一定電流（１Ａ）を流し、２枚のＣＩＰ材１２間の電圧を、電圧計１５を用いて測定し、以下に示す式を用いて貫通抵抗を算出した。
貫通抵抗＝電圧×面積（４ｃｍ２）／電流（ｍΩｃｍ２）【０１３８】
（曲げ特性）
曲げ特性として曲げ強度と曲げ歪みを測定した。曲げ強度および曲げ歪みは、島津製作所（株）製のオートグラフ（ＡＧ−１０ｋＮＩ）を用いて測定した。具体的には、縦８０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚み４ｍｍの試験片を作製し、ＪＩＳ  Ｋ６９１１法でスパン間隔６４ｍｍ、曲げ速度１ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点式曲げ強度測定法により測定した。【０１３９】
（溶着性）
溶着性は、東洋精機製作所製のストログラフを用いて１０ｍｍ／ｍｉｎの速度でカーボン部材の第３層を剥離した。その結果、凝集破壊したものを○、界面剥離したものを△、溶着していなかったもの（接合していなかったもの）を×とした。【０１４０】
表４〜表１０に示すように、実施例１〜実施例２９は、いずれも曲げ強度が４４ＭＰａ以上と高く、貫通抵抗が４１ｍΩｃｍ２以下で優れた導電性を有し、溶着性の評価は○であった。
また、実施例２では、第１層となる混合物とする工程とシート状の第１層を成形する工程とを連続して行った。また、実施例２では、第２層となる混合物とする工程とシート状の第２層を成形する工程とを連続して行った。このことから、実施例２のカーボン部材は、容易に効率よく製造できた。【０１４１】
また、実施例３では、第１層と第２層とを共押出成形して、第１層と第２層とが一体化されてなる積層体を形成した。このことから、実施例３のカーボン部材は、容易に効率よく製造できた。
炭素質材料として炭素繊維Ｃ５を含む実施例６〜実施例９、実施例１２、実施例２１、実施例２２、実施例２６、実施例２７では、貫通抵抗が２５ｍΩｃｍ２以下であり、非常に優れた導電性を有している。
また、多孔質炭素材料として、ホウ素を含むＥＬ４を用いた実施例１２、実施例２６、実施例２７は、貫通抵抗が１５ｍΩｃｍ２以下であり、非常に優れた導電性を有している。【０１４２】
参考例１、参考例２は溶着操作をしなかったため、表８に示すように、貫通抵抗が非常に高い値を示した。
比較例１、比較例２は溶着操作をしなかったため、表９に示すように、貫通抵抗が非常に高い値を示した。
また、比較例３は、第２層となる樹脂組成物としてＭＦＲが低い高分子量バインダーを用いたため、溶着性が不充分であり、カーボン部材の第３層が剥離しやすかった。また、比較例３は、溶着性が不充分であるため、貫通抵抗が高かった。【０１４３】
比較例４は、第１層となる樹脂組成物としてＭＦＲが高い低分子量バインダーを用いたため、曲げ強度が低く、割れやすいものとなった。
比較例５は、第１層よりも第２層の融点が高く、さらに第１層となる樹脂組成物としてＭＦＲが高い低分子量バインダーを用い、第２層となる樹脂組成物としてＭＦＲが低い高分子量バインダーを用いている。このため、比較例５のカーボン部材は、溶着性が悪いものとなり、貫通抵抗が高く、曲げ強度も低かった。【０１４４】
比較例６は、第１層と第２層との融点の差が小さいため、溶着性が悪く、貫通抵抗が高かった。
比較例７は、第１層よりも第２層の融点が高いため、溶着性が悪く、貫通抵抗が高かった。【０１４５】
比較例８は、第２層がないものであるため、第１層と第３層とを溶着できず、貫通抵抗が高いものとなった。
比較例９は、第１層における炭素質材料の含有量が多すぎるため、第１層を押出成形できなかった。このため、生産性が悪かった。また、比較例９は、第１層における炭素質材料の含有量が多すぎるため、曲げ強度が低かった。【０１４６】
比較例１０は、第２層における炭素質材料の含有量が多すぎるため、第２層を押出成形できなかった。このため、生産性が悪かった。また、比較例１０は、第２層における炭素質材料の含有量が多すぎるため、第２層と第３層とを溶着できなかった。また、比較例１０は、第２層と第３層とを溶着できなかったため、貫通抵抗が高かった。【０１４７】
＜レドックスフロー実施例＞
（実施例３０）
図５に示すレッドクスフロー電池を形成し、以下に示す方法により、電極の圧力損失および内部抵抗を求め、評価した。
図５に示すレッドクスフロー電池は、隔膜２４の両側にそれぞれ、隔膜２４側から順に第３層３と第２層２と第１層１とが配置されてなるカーボン部材１０ａを有するセル２０ａを備えている。セル２０ａは、銅板２８、２８間に配置されている。２つのカーボン部材１０ａのうち一方の第３層３が正極として機能し、他方の第３層３が負極として機能する。また、第１層１が双極板本体として機能し、第２層２が双極板表面層として機能する。【０１４８】
実施例３０では、カーボン部材として、第３層の多孔質炭素材料を１×１０ｃｍの大きさとした他は、実施例１と同様に作製したものを用いて、図５に示すレッドクスフロー電池を形成し、６０ｍＡ／ｃｍ２で充放電評価した。【０１４９】
なお、正極内には、正極用配管２５を介して正極電解液を供給し、負極内には、負極用配管２６を介して負極電解液を供給した。正極電解液および負極電解液としては、全バナジウム濃度が２モル／リットルで、全硫酸根濃度が４モル／リットルのものを用いた。
また、第３層の面積を１０ｃｍ２とし、隔膜としてナフィオン膜（Ｎ１１５：商品名、Ｄｕｐｏｎｔ社製）を用いた。また、セルを組む際には、第３層である厚み５.０ｍｍの多孔質炭素材料が、厚み４．０ｍｍとなるように圧縮した。【０１５０】
また、電極の圧力損失は、負極電解液の入り口と出口とにおける圧力の差により求めた。内部抵抗Ｒは、ＶＭ：無負荷電圧、ＶＣ：負荷時の端子電圧、Ｉ：導通電流として、下記の式により求めた。
Ｒ＝｜（ＶＭ−ＶＣ）／Ｉ｜【０１５１】
（実施例３１）
第３層の多孔質炭素材料を１×１０ｃｍの大きさとした他は、実施例８と同様に作製したカーボン部材を用いて図５に示すレッドクスフロー電池を形成し、実施例３０と同様にして充放電評価した。
（比較例１１）
実施例３０において第２層と第３層とを熱溶着せずにセルを組み立ててレッドクスフロー電池を形成し、充放電評価した。【０１５２】
（参考例３）
比較例１１において第３層の多孔質炭素材料を、ＥＬ５（参考例１の構成）に置き換えてレッドクスフロー電池を形成し、充放電評価した。【０１５３】
（参考例４）
比較例１１において第３層の多孔質炭素材料を、ＥＬ６（参考例２の構成）に置き換えてレッドクスフロー電池を形成し、充放電評価した。【０１５４】
【表１１】
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【０１５５】
表１１に電極の圧力損失および内部抵抗の評価結果を示す。
実施例３０では、第１層から第３層を溶着により一体化しているため、比較例１１と比べて内部抵抗が低い値を示した。また、実施例３１は、第３層の多孔質炭素材料として、平均繊維径が０．１６μｍであるＥＬ２を用いているため、さらに内部抵抗が低く、圧損も小さくなった。
一方、参考例３から、第３層の多孔質炭素材用の嵩密度が大きすぎると、極液の流れが阻害されて圧損が大きくなることがわかる。また、参考例４から、第３層の多孔質炭素材料の嵩密度が低すぎると、内部抵抗が大きくなることがわかる。【０１５６】
＜燃料電池実施例＞
（実施例３２）
図６に示す燃料電池の評価用セルを形成し、以下に示す方法により、評価用セルの発電特性を評価した。
図６に示す燃料電池の評価用セルは、カーボン部材１０ｃ以外のものについては日本自動車研究所（ＪＡＲＩ）標準セルと同様のものである。【０１５７】
図６に示す燃料電池の評価用セルは、ＭＥＡ膜３４の両側にそれぞれ、ＭＥＡ膜３４側から順に第３層３と第２層２と第１層１とが配置されてなるカーボン部材１０ｃを有する単セル３０ａが備えられたものである。単セル３０ａは、集電板３９、３９の間に配置されている。２つのカーボン部材１０ｃのうち一方の第３層３が第１ガス拡散層として機能し、他方の第３層３が第２ガス拡散層として機能する。また、第１層１がセパレータ本体として機能し、第２層２がセパレータ表面層として機能する。【０１５８】
実施例３２では、単セルとして、以下に示す方法により製造したものを用いた。
すなわち、実施例１と同様に作製したシート状の第１層を２枚重ね、同じく実施例１と同様に作製したシート状の第２層で挟み、ＪＡＲＩ標準セルと同様の流路を成形加工できる２３０℃に加熱された金型へ挿入し、予熱５分後、圧縮成形機により圧力２５ＭＰａで圧縮して２分間保持した。その後、冷却プレスにて圧力２５ＭＰａで金型温度５０℃まで冷却することにより、表面が第２層の樹脂組成物で覆われ、一方の面にＪＡＲＩ標準セルと同様の流路（幅１ｍｍ×山幅１ｍｍ×深さ１ｍｍ）が形成された厚み３ｍｍのセパレータを成形した。【０１５９】
次に、ＭＥＡの両面にそれぞれ第３層を重ねたものを、セパレータの流路の形成された側の面が第３層と対向するように配置した２枚のセパレータで挟み、熱プレスによって１４５℃、面圧２ＭＰａで加圧しながら１０分間加熱し、その後６０℃以下まで冷却した。
このことにより、第２層に第３層を溶着して単セルとし、これを用いて評価用セルを形成した。【０１６０】
なお、実施例３２においては、表１２に示すように、第３層として、ＳＧＬ社製のガス拡散電極（以下ＧＤＬ）（商品名ＳＩＧＲＡＣＥＴ：登録商標、標準マイクロポーラス（ＭＰＬ）層付５ｗｔ％ＰＴＦＥ撥水化処理基材（厚み２００μｍ、平均繊維径８μｍ、嵩密度２５０ｋｇ／ｍ３））を用いた。
また、ＭＥＡ膜として、ＦＣ２５−ＭＥＡ ＰＥＦＣ（２５ｃｍ２）用スタンダードＭＥＡ：触媒量１ｍｇ／ｃｍ２Ｐｔ、２０ｗｔ．％Ｐｔ／Ｃ触媒（東陽テクニカ社製）を用いた。  【０１６１】
【表１２】
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【０１６２】
（実施例３３）
表１２に示すように、第３層として、ＳＧＬ社製ＧＤＬに替えてＥＬ７を用いた他は、実施例３２と同様にして評価用セルを製作した。【０１６３】
（比較例１２）
表１２に示すように、シート状の第２層を用いず、シート状の第１層の２枚のみを金型に仕込んで作製した、第１層のみからなる厚み３ｍｍのセパレータを用いた他は、実施例３２と同様にして、ＧＤＬからなる第３層にセパレータ（第１層）を溶着しようとしたが、この条件では、第１層と第３層は溶着しなかった。
このため、第３層にセパレータを積層して単セルとし、これを用いて評価用セルを形成した。【０１６４】
実施例３２、３３および比較例１２で得られた評価用セルにおいて、面圧０．８ＭＰa、及び０．３ＭＰａとなるように締め付けた時の発電特性として、電圧と電流密度との関係を調べた。その結果を図７および図８に示す。
なお、発電特性を調べる際には、図６に示す評価用セルの第１ガス拡散層内に配管３５を介して流量５００ｍｌ／ｍｉｎ一定の水素を供給し、第２ガス拡散層に配管３６を介して流量２０８０ｍｌ／ｍｉｎ一定の空気を供給し、配管３５および配管３６の出口側を大気開放して行った。また、評価用セルにラバーヒーターを貼り付けて温度調整を行って、セル温度８０℃、アノード露点８０℃、カソード露点７０℃とした。【０１６５】
図７および図８より、実施例３２、３３では、第２層に第３層を溶着したことで、比較例１２と比較して、高い電圧となっており、発電特性が向上している。また、実施例３３は、第３層の多孔質炭素材料として、平均繊維径が２００ｎｍであるＥＬ７を用いているため、特に優れた発電特性が得られることがわかる。
また、実施例３２、３３では、第１層と第２層と第３層が溶着されて一体化されているため、締め付けの面圧に関わらず、優れた発電特性が得られている。これに対し、比較例１２では、図８に示すように、セルの締め付けの面圧が０．３ＭＰａである場合、図７に示す面圧が０．８ＭＰaである場合と比較して、発電特性が低下している。
【符号の説明】
【０１６６】
１：第１層  ２：第２層  ３：第３層  １０：カーボン部材  １１：定電流電源  １２：ＣＩＰ材  １３：試験片  １５：電圧計  ２０：レドックスフロー電池  ２０ａ：セル  ２０ａ：セル  ２１：双極板本体  ２２：双極板表面層  ２３：電極  ２３ａ：正極  ２３ｂ：負極  ２４：隔膜  ２５：正極用配管  ２６：負極用配管  ２７：双極板  ２８：銅板  ３０：燃料電池  ３０ａ：単セル  ３１：セパレータ本体  ３２：セパレータ表面層  ３３ａ：第１ガス拡散層  ３３ｂ：第２ガス拡散層  ３４：ＭＥＡ膜  ３７：セパレータ  ３８ａ：第１ガス流路  ３８ｂ：第２ガス流路  ３９：集電板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2014168081.tif 000024
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