(57)【要約】【課題】出力密度を向上させるために必要な、軽量且つコンパクトで、更に、ガスシール部材を使用せずに、スタックできる高性能な燃料電池用セパレータとその製造方法を提供する。【解決手段】炭素質材料が高充填された熱可塑性樹脂組成物を薄いシート状に成形し、そのシートを溶融状態に加熱して高速で冷却賦形する加工方法によって、流路が波板（コルゲート）形状の薄肉セパレータを高速成形して、軽量且つコンパクトで高性能な燃料電池用セパレータを提供できる。  また、シートを多層構造にし、熱溶着することによって、ガス拡散電極との接触抵抗をより低減でき、ガスケットを必要としないコンパクトな一体型燃料電用セパレータを提供できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素質材料（Ａ）と熱可塑性樹脂組成物（Ｂ）とが質量比でＡ／Ｂ＝１〜２０であり、かつＡとＢの総質量が組成物中の８０〜１００質量％である導電性樹脂組成物からなる燃料電池用セパレータであって；且つ、
表裏に各々流路用の溝が該溝を構成する肉厚０．０５〜０．５ｍｍ、最大肉厚／最小肉厚比１〜３で、面内で隣り合うように設けられた断面が凹部と凸部を有する波板（コルゲート）形状である導電性流路部を具備する燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記流路部の密度が１．２〜２．５ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記流路部断面の凹部は曲面形状を有し、凸部は平坦面を有することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
前記流路部断面において、前記凸部の平坦面が０．０５〜０．５ｍｍ表裏で重なるようなオフセットを設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
前記熱可塑性樹脂組成物（Ｂ）が−２０℃以下のガラス転移温度を有する成分を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
前記熱可塑性樹脂組成物（Ｂ）がエラストマー成分（Ｃ）を０．０５〜３０質量％含有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
前記エラストマー成分（Ｃ）の平均粒子径が０．０１〜５μｍであり、かつ、前記炭素質材料（Ａ）の平均粒子径、または平均繊維長よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
前記熱可塑性樹脂組成物（Ｂ）中に融点１００℃以上の結晶性の炭化水素系ポリマーを含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかにに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
前記炭素質材料（Ａ）中に０．０５〜５質量％のホウ素を含むことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１０】
前記炭素質材料（Ａ）中に直径２００ｎｍ以下の気相法炭素繊維およびカーボンナノチューブの少なくとも一方を０．１〜５０質量％含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１１】
第一の組成を有する第一の導電性樹脂組成物層と第一の組成と異なる第二の導電性樹脂組成物層とが積層されてなる請求項１ないし１０のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１２】
前記第一の導電性樹脂組成物層と第二の導電性樹脂組成物層の一方または両方に天然黒鉛が含まれていることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１３】
前記第一の導電性樹脂組成物層を中心層、前記第二の導電性樹脂組成物層を外層とする多層構造を有し、前記第二の導電性樹脂組成物層の曲げ弾性率が前記第一の導電性樹脂組成物層の曲げ弾性率の１／２以下であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１４】
前記第二の導電性樹脂組成物層の融点が、前記第一の導電性樹脂組成物層の融点より低いことを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１５】
ＭＥＡのガス拡散層との接触抵抗が２ＭＰａの加圧条件で３０ｍΩｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１６】
炭素質材料（Ａ）と熱可塑性樹脂組成物（Ｂ）とが質量比でＡ／Ｂ＝１〜２０であり、かつＡとＢの総質量が組成物中の８０〜１００質量％である導電性樹脂組成物からなるシートをその溶融温度まで加熱する工程と、
前記加熱されたシートを前記シートの固化温度以下に設定された金型へ挿入後スタンピング成形する工程と、
を有する燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１７】
前記シートの厚みが０．０５〜２ｍｍであることを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１８】
前記スタンピング成形が前記金型を閉じて増圧完了まで１０秒以下で（冷却プレス成形機による）スタンピング成形することを特徴とする請求項１６または１７に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項１９】
前記シートが組成の異なる複数層を有する積層シートであることを特徴とする請求項１６ないし１８のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【請求項２０】
前記スタンピング成形により表裏に各々形成された流路用の溝が面内で隣り合うように設けられた断面が凹部と凸部を有する波板（コルゲート）形状であり、該溝を構成する肉厚が０．５ｍｍ以下、最大肉厚／最小肉厚比が１〜３であることを特徴とする請求項１６ないし１９のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法により製造された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、軽量、コンパクトであり、且つ導電性、機械的特性に優れたカーボン(炭素質）樹脂モールドセパレータおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題、エネルギー問題の観点から、燃料電池が注目されている。燃料電池は、水素と酸素を利用した水の電気分解の逆反応で発電し、水以外の排出物がないクリーンな発電装置である。燃料電池は、その電解質の種類に応じて数種類に分類されるが、これらの中でも、固体高分子型燃料電池は低温で作動するため、自動車や民生用として最も有望である。このような燃料電池は、例えば、高分子固体電解質、ガス拡散電極、触媒、セパレータから構成された単セルを積層することによって、高出力の発電が達成できる。
【０００３】
上記構成を有する燃料電池において、単セルを仕切るためのセパレータには、通常、燃料ガス（水素等）と酸化剤ガス（酸素等）を供給し、発生した水分（水蒸気）を排出するための流路（溝）が形成されている。それゆえ、セパレータにはこれらのガスを完全に分離できる高い気体不透過性と、内部抵抗を小さくするための高い導電性が要求される。更には、熱伝導性、耐久性、強度等に優れていることが要求される。
【０００４】
これらの要求を達成する目的で、これまでこのような燃料電池用セパレータは、金属材料と炭素材料の両面から検討されてきた。金属材料は、比重が大きいが、機械的特性に優れるため薄いセパレータを加工でき、更に導電性が高いことが長所として挙げられる。しかし、耐食性に課題があり、耐食性に優れる表面処理や組成の工夫などが検討されている。
【０００５】
一方、炭素材料に関しても多く検討が成され、膨張黒鉛シートをプレス成形して得られた成形品、炭素焼結体に樹脂を含浸させ硬化させた成形品、熱硬化性樹脂を焼成して得られるガラス状カーボン、炭素粉末と樹脂を混合後成形した成形品等が燃料電池用セパレータ用材料の例として挙げられる。
【０００６】
例えば、特許文献１には、炭素質粉末に結合材を加えて加熱混合後ＣＩＰ成形（Cold  Isostatic Pressing；冷間等方圧加工法）し、次いで焼成、黒鉛化して得られた等方性黒鉛材に熱硬化性樹脂を含浸、硬化処理し、溝を切削加工によって彫るという煩雑な工程が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、炭素粉末または炭素繊維を含む紙に熱硬化性樹脂を含浸後、積層圧着し、焼成することが開示されている。特許文献３には、フェノール樹脂をセパレータ形状の金型に射出成形し、焼成することが開示されている。
【０００８】
これらの例のように焼成処理された材料は高い導電性、耐熱性を示すが、焼成に要する時間が長く生産性が乏しく、また、脆性破壊しやすいという問題もある。更に、切削加工が必要な場合は、量産性が更に乏しく高コストであるため、将来普及する材料としては難しい面が多い。
【０００９】
一方、燃料電池用セパレータの導電性における、支配的因子である接触抵抗の低減は重要である。セパレータの構造を工夫し、接触抵抗を低減する試みがいくつか成されている。例えば、特許文献４には、セパレータの表面に導電性の高い、金属やカーボンを被覆することが開示されている。特許文献５には、導電性樹脂組成物の成形体表面に導電性ポリマーを被覆することが開示されている。特許文献６には、導電材を表面に被覆、または内部に縦方向に埋没させることが開示されている。
【００１０】
その他、特許文献７では、セパレータの表面の樹脂リッチ層（樹脂に富んだ層）を研削して、表面における炭素粉末の面積率を向上させることが開示されている。特許文献８では、バインダーにゴムを用いることで接触面の密着性を向上させることが開示されている。特許文献９では、発電部を炭素系材料、外側のフレーム部分を非導電性の高分子材料で構成されたセパレータをインサート成形によって加工することを特徴とした技術が開示されている。特許文献１０では、セパレータとガスケットが一体化された技術が開示されている。
【特許文献１】特開平８−２２２２４１号公報。
【特許文献２】特開昭６０−１６１１４４号公報。
【特許文献３】特開２００１−６８１２８号公報。
【特許文献４】特開２００１−１９６０７６号公報。
【特許文献５】特開２００２−８６８５号公報。
【特許文献６】特開２００１−５２７２１号公報。
【特許文献７】特開２００３−２８２０８４号公報。
【特許文献８】特開２００１−２１６９７７号公報。
【特許文献９】ＷＯ０１／８０３３９号公報。
【特許文献１０】特開２００５−２３５６３１号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、従来、燃料電池用セパレータは高い導電性、ガス不透過性と、腐食に強く、コストが低いことが特に要求されている。更に、限られたスペースの中で、高性能な特性を発現できる、軽量且つコンパクトなセパレータが求められている。
【００１２】
そこで、切削工程が不要な樹脂モールドタイプのカーボン系の材料が注目され開発も進んでいる。しかし高い導電性を発現するためには、導電性付与材の充填量を大幅に増やす必要があるが、成形性を保持するためには樹脂の含有量の低減には限界があり、充分に高い導電性を得ることができない。また、カーボン系セパレータは、金属に比べると比重が低く、軽量化に寄与できるメリットはあるが、肉厚を薄くすると割れやすく、ガス遮断の信頼性が低下するため、金属セパレータ並に薄いセパレータを加工することは難しい。
【００１３】
また、燃料電池スタックを組む場合、ガス漏れ防止のために、ガスケットやパッキンが主に使用されるが、組立工程数が増え煩雑になるため、これらを使用しない構造が求められている。
【００１４】
また、従来のセパレータの場合、図１２に示したように流路が表裏対称になるような形状で、偏肉が大きいため、粘度の高い材料では加工性が悪く、肉厚部と薄肉部で密度斑が生じやすい。そのため、面精度に優れたセパレータを成形するためには高い流動性が必要である。
【００１５】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消し、軽量且つコンパクトで高性能な燃料電池用セパレータとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは鋭意研究の結果、炭素質材料が高充填された熱可塑性樹脂組成物を薄いシート状に成形し、そのシートを溶融状態に加熱して高速で冷却賦形する加工方法によって、流路が波板（コルゲート）形状の薄肉セパレータを高速成形できることを見出し、且つ、このような波板（コルゲート）形状の薄肉セパレータが、上述した従来技術の問題点を解消することに極めて効果的なことを見出して、本発明を完成するに至った。
本発明者らは更に研究を進めた結果、特に、流路を偏肉の少ない波板形状にした場合、材料をほとんど流動させずに、形を変えるだけの加工になるため、特にフィラーが高充填された粘度が高い材料の適用が最適であること；更には、上記構成を有する本発明の薄肉セパレータには、炭素質材料が高充填されており、熱伝導性が非常に高く、急速に固化することが可能なため、スタンピング成形による高速冷却賦形することが有効であることをも見出した。
【００１７】
本発明者らは、更に、シートを多層構造にすることによって、ガス拡散電極との接触抵抗を低減できることを見出した。
【００１８】
すなわち、本発明は、例えば以下の［１］〜［２０］の態様を含む。
【００１９】
［１］炭素質材料（Ａ）と熱可塑性樹脂組成物（Ｂ）とが質量比でＡ／Ｂ＝１〜２０であり、かつＡとＢの総質量が組成物中の８０〜１００質量％である導電性樹脂組成物からなる燃料電池用セパレータであって；且つ、表裏に各々流路用の溝が該溝を構成する肉厚０．０５〜０．５ｍｍ、最大肉厚／最小肉厚比１〜３で、面内で隣り合うように設けられた断面が凹部と凸部を有する波板（コルゲート）形状である導電性流路部を具備する燃料電池用セパレータ。
【００２０】
［２］前記流路部の密度が１．２〜２．５ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする［１］に記載の燃料電池用セパレータ。
【００２１】
［３］前記流路部断面の凹部は曲面形状を有し、凸部は平坦面を有することを特徴とする特徴とする［１］または［２］に記載の燃料電池用セパレータ。
［４］前記流路部断面において、前記凸部の平坦面が０．０５〜０．５ｍｍ表裏で重なるようなオフセットを設けたことを特徴とする［１］ないし［３］のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【００２２】
［５］前記熱可塑性樹脂組成物（Ｂ）が−２０℃以下のガラス転移温度を有する成分を含むことを特徴とする［１］ないし［４］のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【００２３】
［６］前記熱可塑性樹脂組成物（Ｂ）がエラストマー成分（Ｃ）を０．０５〜３０質量％含有することを特徴とする［１］ないし［５］のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【００２４】
［７］前記エラストマー成分（Ｃ）の平均粒子径が０．０１〜５μｍであり、かつ、前記炭素質材料（Ａ）の平均粒子径、または平均繊維長よりも小さいことを特徴とする［６］に記載の燃料電池用セパレータ。
【００２５】
［８］前記熱可塑性樹脂組成物（Ｂ）中に融点１００℃以上の結晶性の炭化水素系ポリマーを含むことを特徴とする［１］ないし［７］のいずれかにに記載の燃料電池用セパレータ。
【００２６】
［９］前記炭素質材料（Ａ）中に０．０５〜５質量％のホウ素を含むことを特徴とする［１］ないし［８］のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【００２７】
［１０］前記炭素質材料（Ａ）中に直径２００ｎｍ以下の気相法炭素繊維およびカーボンナノチューブの少なくとも一方を０．１〜５０質量％含むことを特徴とする［１］ないし［９］のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【００２８】
［１１］第一の組成を有する第一の導電性樹脂組成物層と第一の組成と異なる第二の導電性樹脂組成物層とが積層されてなる［１］ないし［１０］のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【００２９】
［１２］前記第一の導電性樹脂組成物層と第二の導電性樹脂組成物層の一方または両方に天然黒鉛が含まれていることを特徴とする［１１］に記載の燃料電池用セパレータ。
【００３０】
［１３］前記第一の導電性樹脂組成物層を中心層、前記第二の導電性樹脂組成物層を外層とする３層構造を有し、前記第二の導電性樹脂組成物層の曲げ弾性率が前記第一の導電性樹脂組成物層の曲げ弾性率の１／２以下であることを特徴とする［１１］または［１２］に記載の燃料電池用セパレータ。
【００３１】
［１４］前記第二の導電性樹脂組成物層の融点が、前記第一の導電性樹脂組成物層の融点より低いことを特徴とする［１３］に記載の燃料電池用セパレータ。
【００３２】
［１５］ＭＥＡのガス拡散層との接触抵抗が２ＭＰａの加圧条件で３０ｍΩｃｍ２以下であることを特徴とする［１］ないし［１４］のいずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【００３３】
［１６］炭素質材料（Ａ）と熱可塑性樹脂組成物（Ｂ）とが質量比でＡ／Ｂ＝１〜２０であり、かつＡとＢの総質量が組成物中の８０〜１００質量％である導電性樹脂組成物からなるそのシートを溶融温度まで加熱する工程と、
前記加熱されたシートを前記シートの固化温度以下に設定された金型へ挿入後スタンピング成形する工程と、
を有する燃料電池用セパレータの製造方法。
【００３４】
［１７］前記シートの厚みが０．０５〜２ｍｍであることを特徴とする［１６］に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【００３５】
［１８］前記スタンピング成形が前記金型を閉じて増圧完了まで１０秒以下で（冷却プレス成形機による）スタンピング成形することを特徴とする［１６］または［１７］に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【００３６】
［１９］前記シートが組成の異なる複数層を有する積層シートであることを特徴とする［１６］ないし［１８］のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法。
【００３７】
［２０］前記スタンピング成形により表裏に各々形成された流路用の溝が面内で隣り合うように設けられた断面が凹部と凸部を有する波板（コルゲート）形状であり、該溝を構成する肉厚が０．５ｍｍ以下、最大肉厚／最小肉厚比が１〜３であることを特徴とする［１６］ないし［１９］のいずれかに記載の燃料電池用セパレータの製造方法により製造された燃料電池用セパレータ。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の燃料電池用セパレータは、軽量、接触抵抗が低く、セパレータとしての特性に優れている。また、本発明の製造方法は、導電性樹脂組成物からなるシートのスタンピング成形によって両面に溝を形成できるので、低コストで燃料電池用セパレータを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図面を参照しつつ本発明を更に具体的に説明する。以下の記載において量比を表す「％」は、特に断らない限り質量基準とする。
【００４０】
（燃料電池用セパレータ形状）
本発明の燃料電池用セパレータは、炭素質材料（Ａ）と熱可塑性樹脂組成物（Ｂ）を含む導電性樹脂組成物よりなり、波板（コルゲート）形状の流路部を有する。
（波板（コルゲート）形状）
波板（コルゲート）形状とは、図１にその模式断面図を示したように、ガスの流路となる表裏の溝が面内で横一列に互い違いに並ぶように凹部と凸部を有する構造である。
【００４１】
波板（コルゲート）形状のセパレータとしては金属製のものが既に知られている。一方、従来の導電性樹脂組成物は脆性が高いため壊れやすく、また流動性が低いため薄くすることも困難であり、コルゲート形状のセパレータを製造することは困難であった。
【００４２】
本発明では０．５ｍｍ以下のシート成形を可能とした導電性熱可塑性樹脂組成物とシート化の手段を見出し、スタンピング成形方法を用いることで、金属のプレス成形のスピードに匹敵する高速でセパレータを成形できるようになった。更に、金属では流路の形状は限られた形状にしかプレス成形できないが、本発明ではシートを溶融させるため、色々な形状の溝や流路パターンを形成することができる。本発明のスタンピング成形方法を用いることにより肉厚が薄く厚みふれの小さいセパレータの低コストでの製造が可能となったのである。
【００４３】
本発明の燃料電池用セパレータは、通常行われているように、ガスケットやパッキンを用いてガスシールすることができるが、より好ましくは、ガスケットやパッキンを一体成形する。更に好ましくは、ガスケットやパッキンを使用せずに溶着してガスシールし、２〜２０セルごとにユニット化することで、軽量かつパッキンレスのスタックを構成できる。つまり、通常セパレータはガス漏れ防止のためにパッキンを用いるが、本発明ではガスシールをパッキンレスで行うことができるため、部品点数を減らし、さらなる軽量化ができる。
【００４４】
本発明における断面形状において、第一の主面の凹部の真裏が、第二の主面の凸部になり、第一の主面の凸部上面と凹部底面の間の高さに、第二の主面の凹部底面が位置する形状が、セパレータを薄くできるので好ましい。すなわち、後述する図１３（ａ）に示すような形状が、図１３（ｂ）に示す形状より好ましい。
【００４５】
断面形状において、第一の主面凹部の裏面が第二の主面凸部、及び第一の主面凸部の裏面が第二の主面凹部となる流路部位が、平面積（セパレータの真上からの投影面積）の３０％以上を占めていることが体積出力密度を向上できる点で好ましい。
【００４６】
凹部（溝）幅は０．１〜３ｍｍが好ましい。０．１ｍｍ未満ではガスや冷媒の圧損が大きくなる傾向がある。３ｍｍを超えるとセパレータを厚くして溝を深くしなければＭＥＡとの積層によりＭＥＡが溝内へ食い込みやすくなる傾向がある。
【００４７】
凸部幅は０．３〜５ｍｍが好ましい。０．３ｍｍ未満ではＭＥＡとセパレータの接触面積が少なくなり、発熱の原因になる傾向がある。５ｍｍを超えるとガスの拡散性が悪くなる傾向がある。
【００４８】
凹部深さ０．２〜１ｍｍが好ましい。０．２未満ではガスの圧損が大きくなる傾向がある。１ｍｍを超えるとセパレータが厚くなるので好ましくない。
凹部幅／凹部深さ比は、０．３〜２．５が好ましい。０．３未満では加工性が悪くなる傾向がある。２．５を超えると、ＭＥＡとの積層によりＭＥＡが溝内へ食い込みやすくなる傾向がある。
【００４９】
凹部および凸部の幅は、溝（凹部）の深さ方向の中心の位置で測定した。
第一の主面の溝と第二の主面の溝の寸法は同一でもよいし相違してもよい。同一主面における凹部／凸部の幅の相対比は０．１〜４が好ましい。０．１未満では接触抵抗が大きくなる傾向がある。４を超えるとガスの拡散性が悪くなる傾向がある。
【００５０】
（溶着）
本発明において「溶着」とは、接合する２つの物体の少なくとも一方を熱により溶融させて両者を一体化することを意味する。つまり、接合する一方だけが溶融し、他方が溶融しない場合も、外力を加えなければ剥がれない程度に一体化していればよい。スポット的に熱をかけて、部分的に接合できているような状態であっても、外力を加えない限り一体化の状態を保持する場合も含む。また、接触している一方の表面が溶融して、他方の表面の凹凸や穴に溶融した材料が入り込んだアンカー効果のような接合状態も含む。なお、ガスシールが必要な部分については、完全に密着してガス漏れがない状態とすることが、通常は必要である。好ましくは、２つの物体の両方の接触面が溶融して完全に界面がなくなるような接合状態である。本発明においては、溶着によって完全に界面がなくなる状態にならなくとも、ガスシールが保持されればよい。
【００５１】
（ガス流路部）
図１において、本発明のセパレータにおけるガス流路部の密度は、１．２〜２．５ｇ／ｃｍ３であることが好ましく、より好ましくは、１．４〜２．４ｇ／ｃｍ３であり、更に好ましくは１．６〜２．３ｇ／ｃｍ３である。ガス流路部の密度が２．５よりも大きいと、重くなる傾向がある。他方、該密度が１．２未満では導電性を付与するための炭素質材料の配合量が実質的に少なく、低い導電性のセパレータしか得られなくなる傾向がある。
【００５２】
本発明の燃料電池用セパレータのガス流路部の肉厚（表面流路部の任意の点から、裏面流路部へ貫通できる最短距離）は０．０５〜０．５ｍｍであり、より好ましくは０．０５〜０．４ｍｍであり、更に好ましくは０．０５〜０．３ｍｍ以下である。この肉厚が０．０５ｍｍよりも薄いと、ガス漏れを生じやすい。また、この肉厚が０．５ｍｍよりも厚いと、セパレータが重くなる。
【００５３】
（ガス流路部の肉厚比）
また、ガス流路部の最大肉厚は、最小肉厚の１〜３倍であり、より好ましくは１〜２倍、更に好ましくは１〜１．５倍である。３倍を超える偏肉がある流路では、流路を高速で賦形する際、流動を伴う成形になるため肉薄のセパレータの成形では、密度ムラの発生や、残留応力が残るなどの問題が生じる場合がある。
【００５４】
（ガス流路部形状）
流路部の断面形状としては、凹部の底面を平坦とすることもできるが、図２に示すように凹部の底面が半径０．０５ｍｍ以上の曲面を有する形状とすることによって、生成水の排出しやすくなり好ましい。半径０．０５ｍｍ未満の曲面では、水の排出をしやすくする効果が小さくなる傾向がある。
【００５５】
本発明において、流路部断面形状における、凸部が平坦面を有する態様においては、燃料電池を構成するＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）との接触抵抗を低くできるという利点がある。凸部が円形や楕円形のような形状の場合、ＭＥＡとの接触面積が小さくなる傾向がある。
【００５６】
（オフセット）
流路部の割れ、潰れ、およびクリープを防止する目的で、流路部断面形状の凸部の平坦面が０．０５〜０．５ｍｍ表裏で重なるように、図２に示したようなオフセット（すなわち表裏凸部の重複部分）を設けることが好ましい。より好ましくは、０．０８〜０．４ｍｍであり、更に好ましくは、０．１〜０．３ｍｍである。このオフセットが０．０５ｍｍ未満では、ＭＥＡの膨張収縮によって流路が変形しやすくなる傾向がある。他方、オフセットが０．５ｍｍを超えると、流路の間隔が広くなりガスの拡散が悪くなる傾向がある。
【００５７】
（導電性樹脂組成物）
本発明のセパレータを構成する導電性樹脂組成物は、−２０℃以下のガラス転移温度を有する成分を含むことが好ましい。このガラス転移温度は、より好ましくは、−３０℃以下であり、更に好ましくは−４０℃以下である。−２０℃よりも高いガラス転移温度の場合、セパレータの低温特性が悪くなるので、寒冷地や激しい振動がある環境下では割れる可能性がある。
【００５８】
（ガラス転移温度）
本発明のセパレータのガス流路部のガラス転移温度（以下Ｔｇと略す）の測定法としては、特に制限はない。例えば、示差走査熱量計にて発熱量を測定して求める方法、熱分析装置にて厚さ方向の熱膨張量を測定して求める方法、粘弾性測定装置にて試験片の動的粘弾性および損失正接を測定し、損失正接のピーク温度からＴｇを求める方法がある。本発明においては、動的粘度弾性測定装置（Malvern Instruments社製、Bohlin C-VOR）を用いて、損失正接のピークからＴｇを測定した。より詳しくは、測定条件は、ねじりモードで、周波数０．００１〜１Ｈｚ、ひずみ０．０１〜１％の範囲で線形粘弾性領域に入る条件を決定し、−１００〜１００℃の範囲で５℃／ｍｉｎの昇温速度で、ひずみ制御により測定した。試験片の厚みは１〜２ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ３２〜３６ｍｍで行った。
【００５９】
（ガス流路部）
本発明の導電性樹脂組成物からなるセパレータのガス流路部は、ガス拡散層との接触抵抗が２ＭＰａの加圧条件で３０ｍΩｃｍ２以下であることが好ましい。この接触抵抗は、より好ましくは２５ｍΩｃｍ２以下であり、更に好ましくは２０ｍΩｃｍ２以下である。３０ｍΩｃｍ２より大きい接触抵抗では、電圧降下が大きくなり、出力の低下を招く可能性がある。
【００６０】
（接触抵抗測定法）
接触抵抗測定法の模式図を図３に示した。接触抵抗は、試験片を２枚のカーボンペーパー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−０６０）で挟み、更にそれを２つの金メッキ真鍮板で挟んで２ＭＰａで均一に加圧し、金メッキ真鍮板間に１Ａの定電流を貫通方向に流して、カーボンペーパー間の電圧を測定することで式１により算出した。カーボンペーパーおよび金メッキ真鍮板の面積は、セパレータの大きさに合わせて任意に設定できるが、本発明においては、２０ｍｍ角の電極面積で測定した。
【００６１】
〔式１〕    ＲＣ＝（Ｖ／Ｉ）×（Ｓ／２）
ＲＣ：  接触抵抗（ｍΩｃｍ２）、Ｖ：電圧（ｍＶ）、Ｉ：電流（Ａ）、
Ｓ：セパレータとカーボンペーパー（ガス拡散層）
との片面の接触有効面積（ｃｍ２）
【００６２】
（外層の融点）
また、ガス拡散層とセパレータとの接触抵抗を低減させる目的で、セパレータの表裏の少なくとも一方の外層（第二の導電性樹脂組成物層に相当）の融点を、中心層（第一の導電性樹脂組成物層に相当）の融点よりも低くすることが好ましい。外層の融点が、中心層の融点よりも１０℃以上低く、更には２０℃以上低い構成とすることが、より好ましい。外層の融点が、中心層の融点よりも高いと、溶着強度が低く、ガス拡散層との溶着もでき難くなる傾向がある。ガス拡散層と溶着する場合は、外層の融点と中心層の融点の間の温度で加熱する。
【００６３】
更に、外層の融点は１００℃以上が好ましく、更に好ましくは１２０℃以上である。１００℃未満では、燃料電池の性能が低下する傾向がある。外層の厚みは０．１〜０．００１ｍｍが好ましく、更に好ましくは０．０５〜０．００１ｍｍである。０．１ｍｍより大きくなると流路が変形しやすく、０．００１ｍｍより小さくなると溶着強度がほとんど向上しない。このような構成としては、中心層の両側に外層を配する３層構造を例示できるが、ガス拡散層と溶着する外層の融点が中心層の融点より低ければ３層構造に限定されるものではなく、４層以上とすることもできる。なお、片面のみガス拡散層と接する場合は片面外層のみ中心層の融点より低くした２層構成でもよい。本発明の融点測定法については、何ら制限されるものではないが、例えば、JIS  K7121記載のDSC法によって測定できる。本発明においては、パーキンエルマー社製DSC−７によって融点を測定した。
【００６４】
（スタッキングの形態）
本発明のセパレータを用いたスタッキングの形態の一例を、図４の模式断面図に示す。図４において用いられるＭＥＡは、図５にその部分的な拡大図を示したように、例えば、固体高分子電解質膜の両面に触媒層を接合させ、さらにその触媒層の両面をガス拡散層となるカボーンペーパー等で挟んだ５層構造とし、その外周を絶縁性の熱可塑性樹脂組成物で覆うことが好ましいが、これに限定されるものではない。図５に示したＭＥＡの枠体部の材料は、本発明のセパレータ中に含まれる成分のうち、少なくとも１種同じポリマーを含有する、または、相容化剤（compatibilizer)を含有する、あるいは、セパレータを構成するポリマーとＭＥＡ枠体部の材料とが相溶性（miscibility)または相容性（compatibility)を有するポリマー対となる成分を含有する熱可塑性樹脂組成物とし、本発明のセパレータと溶着可能な構成とすることで、図４に示したパッキンレスのスタックユニットを構成できる。本発明の融点測定法については、何ら制限されるものではないが、例えば、JIS  K7121記載のDSC法によって測定できる。本発明においては、パーキンエルマー社製DSC−７によって融点を測定した。
【００６５】
相溶性（miscibility)とは、ポリマーが溶融して混ざりあった結果、単一相を形成する能力があることを意味する。熱力学的には混合のギブス自由エネルギーΔＧ＜０であることを必要条件とし、単一相であるかどうかは、散乱法（光散乱、Ｘ線散乱、中性子散乱など）から確認できる（ポリマーABCハンドブック、（社）高分子学会  高分子ＡＢＣ研究会編、Ｐ４、Ｐ１９６）（Ｄ．Ｒ．Ｐaul、「Encycl. Polym. Sci. Eng.」, Vol.12, p.399, John Wiley & Sons (1988)参照) 。相溶性を有する組合せとしては、例えば、ポリプロピレン／ポリプロピレン（分子量、分子量分布などが異なる組合せ）、高密度ポリエチレン／高密度ポリエチレン（分子量、分子量分布などが異なる組合せ）、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン、ポリプロピレン／ポリブテン−１、ポリメチルメタクリレート／ポリ酢酸ビニルなどが挙げられる。
【００６６】
相容性（compatibility)とは、非相溶性（non-miscibility)のポリマーにおいて、ポリマー間でなんらかの界面結合をする能力があることを意味する。すなわち、相容性（compatibility)がある組合せとは、以下の場合を例示できる。
【００６７】
１）ポリマー中にセグメント的構造が同一である分子鎖をもっている組合せである。例えば、ＡポリマーとＢポリマーでは混ざらないが、Ａ−Ｂのグラフト共重合体、ブロック共重合体、ランダム共重合体であれば、ＡポリマーにもＢポリマーにも相容れ合って部分的に分子状に絡み合うことができる。したがって、Ａポリマー／Ａ−Ｂ共重合体、Ｂポリマー／Ａ−Ｂ共重合体のような組合せとすればよい。さらに、Ａ−Ｂの共重合体を、相容化剤（compatibilizer)とするＡポリマーとＡ−Ｂ共重合体との混合物／ＢポリマーとＡ−Ｂ共重合体との混合物の組合せでもよい。具体的には、ポリプロピレン／スチレンエチレンブチレンスチレン共重合体、ポリプロピレン／エチレンプロピレンラバーなどもこの分類である。
【００６８】
２）溶解度パラメーターの差が１．０より小さい組合せである（ポリマーの溶解度パラメーターの計算方法については、例えば株式会社情報機構出版２００５年３月「ＳＰ値  基礎・応用と計算方法」第５章、第６章等参照）。溶解度パラメーターの差が小さいということは、凝集エネルギー密度が近いので、よく混ざり合うことができる。例えば、ブタジエン-アクリロニトリルゴム（NBR)／ポリ塩化ビニル（PVC)の組合せが挙げられる。NBRの溶解度パラメーターは９．４、ＰＶＣの溶解度パラメーターは９．５であり極めて接近している。そのほか、ポリプロピレン／水添スチレンブタジエンゴムもこの類である。
【００６９】
３）ポリマー間で強い相互作用を示す組合せである。つまり、ファンデルワールス分散力、ダイポール／ダイポール間力、水素結合、電荷移動力、イオン／イオン間相互作用  酸／塩基間力、共有結合などの分子間相互作用を有する組合せである。例えば、無水マレイン酸変性ポリエチレン／ポリアミド、ポリ塩化ビニル／塩素化ポリエチレン、液晶ポリマー／ポリブチレンフタレート、ポリカーボネート／アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体などが挙げられる。
相容化剤（compatibilizer)とは、混ざることができないＡポリマー、Ｂポリマーの界面活性剤としての働きを有し、界面の自由エネルギーを減少させるポリマーである。従って、相溶性（miscibility)、および相容性（compatibility)はのあるポリマーは、相容化剤（compatibilizer)としての機能も有する。
【００７０】
本発明においては、セパレータ、およびＭＥＡ枠体部のそれぞれに、少なくとも１種の同じポリマーを含ませる、または、相容化剤（compatibilizer)を少なくとも一方に含有させる、または、それぞれが相溶性（miscibility)、あるいは相容性（compatibility)があるポリマー対となる組合せにすることが好ましい。
【００７１】
（接着性の官能基）
更に、界面の強度を向上させる目的で、必要に応じて、セパレータおよびＭＥＡ枠体部に化学的反応によって接着しうる官能基を有する成分を含有させることもできる。このような接着性官能基としては、例えば、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基、グリシジルメタクリレート基、カルボニル基、アクリル基、無水マレイン酸基、シリル基、アミン系官能基等を有するポリマーやモノマーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの成分を含有させることによって、界面強化の手法がなされ、熱履歴による界面剥離を、より有効に抑制することができる。
【００７２】
（（Ａ）成分と（Ｂ）成分の割合）
本発明に使用可能な導電性樹脂組成物における（Ａ）成分と（Ｂ）成分の割合は、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の質量比Ａ／Ｂ＝１〜２０である。より好ましくは、Ａ／Ｂ＝１．５〜２０である。更に好ましくは、Ａ／Ｂ＝２〜２０である。質量比Ａ／Ｂが１未満では、導電性が不十分となる傾向がある。一方、質量比Ａ／Ｂが２０を超えると、加工性が低下する傾向にある。
【００７３】
（（Ａ）成分）
本発明の炭素質材料である（Ａ）成分としては、カーボンブラック、炭素繊維、アモルファスカーボン、膨張黒鉛、人造黒鉛、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、気相法炭素繊維、カーボンナノチューブ、フラーレンの中から選ばれた１ないし２種類以上の組み合わせが挙げられる。
【００７４】
上述した炭素質材料の一例であるカーボンブラックとしては、天然ガス等の不完全燃焼、アセチレンの熱分解により得られるケッチェンブラック、アセチレンブラック、炭化水素油や天然ガスの不完全燃焼により得られるファーネスカーボン、天然ガスの熱分解により得られるサーマルカーボン等が挙げられる。
【００７５】
上記した炭素繊維としては、重質油、副生油、コールタール等から作られるピッチ系と、ポリアクリロニトリルから作られるＰＡＮ系が挙げられる。
【００７６】
上記したアモルファスカーボンを得るためには、フェノール樹脂を硬化させて焼成処理し粉砕して粉末とする方法、または、フェノール樹脂を球状、不定形状の粉末の状態で硬化させて焼成処理する方法等がある。導電性の高いアモルファスカーボンを得るためには２０００℃以上に加熱処理することが適する。
【００７７】
上記した膨張黒鉛粉末は、例えば、天然黒鉛、熱分解黒鉛等高度に結晶構造が発達した黒鉛を、濃硫酸と硝酸との混液、濃硫酸と過酸化水素水との混液の強酸化性の溶液に浸漬処理して黒鉛層間化合物を生成させ、水洗してから急速加熱して、黒鉛結晶のＣ軸方向を膨張処理することによって得られた粉末や、それを一度シート状に圧延したものを粉砕した粉末である。
【００７８】
上記したキッシュ黒鉛は、溶けた銑鉄が、溶銑予備処理等で温度低下するのに伴い析出した、平面的に結晶化した炭素のことである。このキッシュ黒鉛はスラグや酸化鉄に混じったものとして発生するため、選鉱によって純度の高いキッシュ黒鉛を回収して更に粉砕して用途に合うサイズに仕上げた粉末である。
【００７９】
上記した人造黒鉛を得るためには、通常は先ずコークスを製造する。コークスの原料は石油系ピッチ、石炭系のピッチ等が用いられる。これらの原料を炭化してコークスとする。コークスから黒鉛化粉末にするには一般的にコークスを粉砕後黒鉛化処理する方法、コークス自体を黒鉛化した後粉砕する方法、あるいはコークスにバインダーを加え成形、焼成した焼成品（コークスおよびこの焼成品を合わせてコークス等という）を黒鉛化処理後粉砕して粉末とする方法等がある。原料のコークス等はできるだけ、結晶が発達していない方が良いので、２０００℃以下、好ましくは１２００℃以下で加熱処理したものが適する。
【００８０】
黒鉛化方法は、粉末を黒鉛ルツボに入れ直接通電するアチソン炉を用いる方法、黒鉛発熱体により粉末を加熱する方法等を使用することができる。
【００８１】
（ホウ素）
更に、炭素質材料中にホウ素が０．０５〜５質量％含まれることが好ましい。ホウ素量が０．０５質量％未満では、目的とする高導電性の黒鉛粉末が得られ難い傾向がある。ホウ素量が５質量％を超えて含まれていても、炭素材料の導電性向上に寄与し難くなる傾向がある。炭素質材料に含まれるホウ素の量の測定方法としては特に制限はない。本発明では誘導型プラズマ発光分光分析法（以下、「ＩＣＰ」と略す。）又は誘導型プラズマ発光分光質量分析法（以下、「ＩＣＰ−ＭＳ」と略す。）により測定した値を用いる。具体的には試料に硫酸および硝酸を加え、マイクロ波加熱（２３０℃）して分解（ダイジェスター法）し、更に過塩素酸（ＨＣｌＯ4）を加えて分解したものを水で希釈し、これをＩＣＰ発光分析装置にかけて、ホウ素量を測定する。
【００８２】
ホウ素を含有させる方法としては、コークス、ピッチ、天然黒鉛、人造黒鉛、キッシュ黒鉛、膨張黒鉛、カーボンブラック、炭素繊維、気相法炭素繊維、カーボンナノチューブ等の単品、あるいはそれらの１種以上の混合物にホウ素源として、Ｂ単体、Ｂ4Ｃ、ＢＮ、Ｂ2０3、Ｈ3Ｂ０3等を添加し、よく混合して約２３００〜３２００℃で黒鉛化処理することによって、炭素質材料中にホウ素を含有させることができる。ホウ素化合物の混合が不均一な場合には、黒鉛粉末が不均一になるだけでなく、黒鉛化時に焼結する可能性が高くなる。ホウ素化合物を均一に混合させるために、これらのホウ素源は５０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下程度の粒径を有する粉末にしてコークス等の粉末に混合することが好ましい。
【００８３】
また、黒鉛中にホウ素および／またはホウ素化合物が混合されている限り、ホウ素の含有の形態は特に制限されないが、黒鉛結晶の層間に存在するもの、黒鉛結晶を形成する炭素原子の一部がホウ素原子に置換されたものも、より好適なものとして挙げられる。また、炭素原子の一部がホウ素原子に置換された場合のホウ素原子と炭素原子の結合は、共有結合、イオン結合等どのような結合様式であっても構わない。
【００８４】
（粉砕方法）
コークス、人造黒鉛および天然黒鉛等の粉砕には、高速回転粉砕機（ハンマーミル、ピンミル、ケージミル）や各種ボールミル（転動ミル、振動ミル、遊星ミル）、撹拌ミル（ビーズミル、アトライター、流通管型ミル、アニュラーミル）等が使用できる。また、微粉砕機であるスクリーンミル、ターボミル、スーパーミクロンミル、ジェットミルでも条件を選定することによって使用可能である。これらの粉砕機を用いてコークスおよび天然黒鉛等を粉砕し、その際の粉砕条件の選定、および必要により粉末を分級し、平均粒径や粒度分布をコントロールすることが好ましい。
【００８５】
（分級方法）
コークス粉末、人造黒鉛粉末および天然黒鉛粉末等を分級する方法としては、分離が可能であれば何れでも良いが、例えば、篩分法や強制渦流型遠心分級機（ミクロンセパレーター、ターボプレックス、ターボクラシファイアー、スーパーセパレーター）、慣性分級機（改良型バーチュウアルインパクター、エルボジェット）等の気流分級機が使用できる。また湿式の沈降分離法や遠心分級法等も使用できる。
【００８６】
（気相法炭素繊維、等）
本発明の（Ａ）成分中には、気相法炭素繊維、および／またはカーボンナノチューブを０．１〜５０質量％含むことが好ましい。この含有量は、より好ましくは、０．１〜４５質量％であり、更に好ましくは、０．２〜４０質量％である。この含有量が０．１質量％未満では、導電性の向上に効果が得られ難い。また、含有量が５０質量％を超えると成形性が悪くなる傾向がある。
【００８７】
更に気相法炭素繊維またはカーボンナノチューブ中には０．０５〜５質量％のホウ素を含有することが好ましい。より好ましくは、０．０６〜４質量％であり、更に好ましくは、０．０６〜３質量％である。０．０５質量％未満では、ホウ素を添加したことで導電性を向上させる効果が小さい。また、５質量％を超えた添加では、不純物量が多くなり、他の物性の低下をもたらす傾向が生じ易くなる。
【００８８】
（気相法炭素繊維）
気相法炭素繊維とは、例えばベンゼン、トルエン、天然ガス、炭化水素系ガス等の有機化合物を原料に、フェロセン等の遷移金属触媒の存在下で、水素ガスとともに８００〜１３００℃で熱分解反応させることによって得られる、繊維長が約０．５〜１０μｍ、繊維径が２００ｎｍ以下の炭素繊維である。繊維径のより好ましいサイズは１６０ｎｍ以下であり、更に好ましくは１２０ｎｍ以下である。２００ｎｍよりも大きいサイズでは、高い導電性を得る効果が小さくなるので好ましくない。更に、その後繊維を約２３００〜３２００℃で黒鉛化処理することが好ましい。より好ましくは、ホウ素、炭化ホウ素、ベリリウム、アルミニウム、ケイ素等の黒鉛化触媒とともに約２３００〜３２００℃、不活性ガス雰囲気中で黒鉛化処理する。
【００８９】
（カーボンナノチューブ）
カーボンナノチューブとは、近年その機械的強度のみでなく、電界放出機能や、水素吸蔵機能が産業上注目され、更に磁気機能にも目が向けられ始めている。この種のカーボンナノチューブは、グラファイトウィスカー、フィラメンタスカーボン、グラファイトファイバー、極細炭素チューブ、カーボンチューブ、カーボンフィブリル、カーボンマイクロチューブ、カーボンナノファイバー等とも呼ばれており、繊維径が約０．５〜１００ｎｍのものである。カーボンナノチューブにはチューブを形成するグラファイト膜が一層である単層カーボンナノチューブと、多層である多層カーボンナノチューブがある。本発明では、単層および多層カーボンナノチューブのいずれも使用可能であるが、単層カーボンナノチューブを用いた方が、より高い導電性や機械的強度の組成物が得られる傾向があるため好ましい。
【００９０】
カーボンナノチューブは、例えば、斉藤・板東「カーボンナノチューブの基礎」（２３〜５７頁、コロナ社出版、１９９８年発行）に記載のアーク放電法、レーザー蒸発法および熱分解法等により作製し、更に純度を高めるために水熱法、遠心分離法、限外ろ過法、および酸化法等により精製することによって得られる。より好ましくは、不純物を取り除くために約２３００〜３２００℃の不活性ガス雰囲気中で高温処理する。更に好ましくは、ホウ素、炭化ホウ素、ベリリウム、アルミニウム、ケイ素等の黒鉛化触媒とともに、不活性ガス雰囲気中、約２３００〜３２００℃で高温処理する。
【００９１】
（平均粒子径）
本発明において、（Ａ）成分の平均粒子径は、レーザー回折散乱法、（日機装（株）製のマイクロトラックＨＲＡ装置）で測定した。その測定条件は、サンプル５０ｍｇを秤量し、５０ｍｌの蒸留水に添加する。更に２％Triton（界面活性剤；和光純薬工業製社製）水溶液０．２ｍｌを加えて３分間超音波分散させた後、数平均粒子径を測定した。
またＡ成分中に含まれる炭素質繊維の平均繊維長の測定は、ＳＥＭ（日本電子社製、ＪＳＭ−５５１０）を用いて観察した１００本の繊維長を画像解析することによって数平均繊維長を測定した。（ここで言う繊維とは、（長軸の長さ／短軸の長さ）の比が１０以上ものをいう。）
【００９２】
（（Ｂ）成分）
本発明の（Ｂ）成分（熱可塑性樹脂組成物）に含まれる主成分（５０質量％以上含む成分）としては、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂、ポリオレフィン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリシクロオレフィン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルホンから選ばれる１種類、または複数の組み合わせからなる熱可塑性樹脂が挙げられる。
【００９３】
これらの中でも、融点が１００℃以上のポリオレフィン、フッ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、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、ポリエーテルスルホン、およびガラス転移温度が１００℃以上のポリカーボネート、ポリスチレン、ポリフェニレンオキシドから選ばれた１種類または複数の熱可塑性樹脂であることが好ましい。
【００９４】
特に耐加水分解性を向上させる目的で、融点が１００℃以上の結晶性の炭化水素系ポリマーを含むことが好ましい。より好ましくは１１０℃以上であり、更に好ましくは１２０℃以上である。融点１００℃未満では、セパレータがクリープする傾向がある。
【００９５】
融点測定には、特に制限はないが、ＪＩＳ  Ｋ７１２１に準拠し、パーキンエルマー社製の示差走査熱量測定（ＤＳＣ７）を用いて測定することができる。
【００９６】
結晶性の炭化水素系ポリマーの具体例としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン、シンジオタックチックポリスチレン等が挙げられる。
【００９７】
（エラストマー）
本発明はＢ成分中にエラストマーを０．０５質量％〜３０質量％含有させることで割れにくいセパレータとすることができる。より好ましくは１質量％〜３０質量％であり、更に好ましくは５質量％〜２５質量％である。エラストマーの含有量が０．０５質量％未満では、耐衝撃性が向上しない。該含有量が３０質量％以上では、剛性が不足し流路の変形や、ガス不透過性の悪化を招く。
本発明のエラストマーは５μｍ以下の平均粒子径でＢ成分中に分散し易くなる傾向があり、Ａ成分の平均粒子径、または平均繊維長よりも小さくすることで、導電性を向上し、強靭性を高めることができる。より好ましくは４μｍ以下であり、更に好ましくは３μｍ以下である。５μｍよりも大きい平均粒子径では、セパレータは割れやすく、導電性も悪くなる傾向がある。
【００９８】
本発明のエラストマーは、常温付近でゴム状弾性を有する高分子である。このエラストマーとしては、例えば、アクリロニトリルブタジエンゴム、水素化ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレン共重合体、エチレン−オクテン共重合体、エチレン−ブテン共重合体、プロピレン−ブテン共重合体、エチレンプロピレンジエン三元共重合ゴム、エチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、ブタジエンゴム、ハイスチレンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、ポリエーテル系特殊ゴム、四フッ化エチレン・プロピレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ノルボルネンゴム、ブチルゴム、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、１，２−ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー、軟質アクリル樹脂等の中から選ばれた１〜２種類以上の組み合わせが使用可能である。
【００９９】
上記した中でも、炭化水素系のエラストマーであるスチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレン共重合体、エチレン−オクテン共重合体、エチレン−ブテン共重合体、プロピレン−ブテン共重合体、エチレンプロピレンジエン三元共重合ゴム、エチレンブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、１，２−ポリブタジエン系熱可塑性エラストマーから選ばれる１〜２種類以上の組み合わせを用いることが耐加水分解性の点から好ましい。
【０１００】
スチレン系熱可塑性エラストマーの具体例としては、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、オレフィン結晶・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・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が好ましい。
【０１０１】
（エラストマーの数平均粒子径）
Ｂ成分中に分散したエラストマー成分の数平均粒子径は、ウルトラミクロトーム（ライヘルト社製、ＵＬＴＲＡＣＵＴＮ）を用いて、液体窒素により凍結させたサンプルの断面から超薄切片を作製し、オスミウム染色後、ＴＥＭ（日本電子社製、ＪＥＭ−１２３０）により分散相の粒子径を観察し、そのＴＥＭ像を画像解析システム（ニレコ社製、ルーゼックス）により１００個の粒子から求めた。
【０１０２】
（添加剤）
本発明のＢ成分である熱可塑性樹脂組成物中には、酸化防止剤、ハロゲン補足剤、紫外線吸収剤などを予めB成分１００重量部に対して、合計量が０．０１〜５重量部の範囲で必要に応じて１種以上添加させることができる。さらに、本発明の導電性樹脂組成物には、硬度、強度、導電性、成形性、耐久性、耐候性、耐水性、表面性状などを改良する目的で、酸化防止剤、紫外線吸収剤、滑剤、補強材（ガラスファイバー、ウィスカー、有機繊維、炭素繊維など）、難燃剤、界面活性剤、表面改質剤（親水性付与剤、撥水性付与剤、摺動性付与剤など）などから選ばれる１種、または２種以上の組合せからなる添加剤を合計量として０．０１〜２０質量％含有させることができる。
【０１０３】
（導電性樹脂組成物の製造方法）
本発明における導電性樹脂組成物の製造方法は特に制限されないが、例えば、該導電性樹脂組成物の製造方法において、上記した各成分をロールミル、押出機、ニーダー、バンバリーミキサー等の樹脂分野で一般的に用いられている混練機を使用し、なるべく均一に混合させることが好ましい。
【０１０４】
本発明における導電性樹脂組成物は、混練または混合した後、成形機や金型への材料供給を容易にする目的で、粉砕あるいは造粒することができる。粉砕には、ホモジナイザー、ウィレー粉砕機、高速回転粉砕機（ハンマーミル、ピンミル、ケージミル、ブレンダー）等が使用でき、材料同士の凝集を防ぐため冷却しながら粉砕することが好ましい。造粒には、押出機、ルーダー、コニーダー等を用いてペレット化する方法、あるいはパン型造粒機等を使用する方法がある。
【０１０５】
（セパレータの製法）
本発明のセパレータを製造するには、まず炭素質材料および熱可塑性樹脂組成物からなる導電性樹脂組成物をシート状に成形し、それを溶融温度まで加熱して、シートの固化温度以下に設定した金型へシートを挿入し、スタンピング成形することによってセパレータを得る。
【０１０６】
高速成形するための適切なシートの厚みは０．０５ｍｍ〜２ｍｍが好ましい。シートの厚みは、より好ましくは０．１ｍｍ〜１．５ｍｍであり、更に好ましくは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである。該厚みが０．０５ｍｍ未満では、割れやすいセパレータになる。２ｍｍを超えると歩留まりが悪くなる。
【０１０７】
（シートの形状）
シートの形状は、連続したシート、または適切な大きさにカットされたシートを金型へ送るが、その手前の工程でシートを加熱する。シートの加熱方法は制限されるものではないが、例えば赤外線加熱、誘導加熱、温風加熱、熱板加熱、マイクロ波加熱より選ばれる１種以上の方法によって行うことができる。高速で加熱するためには、赤外線加熱、誘導加熱が好ましい。更に好ましくは、押出成形機より直接、加熱されたシートを金型へ送ることが好ましい。
【０１０８】
シートの加工方法は、押出機による方法、押出機と圧延ロールの組合せによる方法、粉末状の材料をロールへ供給する方法から選ばれる。圧延ロールの温度はシートの固化温度以下に設定することが好ましい。
【０１０９】
また、シートは２層以上の多層構造とすることによって、セパレータの性能や精度を更に向上できる。特にシートの表層に、天然黒鉛を含ませることによって、流動性が向上し、精度が向上する。更に、表層の曲げ弾性率が、中心層との弾性率の比で、１／２以下（表層弾性率／中心層弾性率）にすることによって、積層したときに密着性が向上し、接触抵抗が低減されるので、出力密度が向上する。より好ましくは１／３以下であり、更に好ましくは１／５以下である。１／２より大きいと積層したときに、接触抵抗が悪くなる傾向である。弾性率はＪＩＳ  Ｋ７１７１に準拠し、試験片４０×１０×２ｍｍ、試験速度１ｍｍ／ｍｉｎ、支点間距離３０ｍｍの条件で曲げ弾性率を測定した。
【０１１０】
（シートの加工）
スタンピングの工程では、溶融温度まで加熱したシートを金型へ挿入してから、金型を閉じて増圧完了まで１０秒以下で行うことが好ましい。より好ましくは５秒以下であり、更に好ましくは３秒以下である。１０秒を超えると加熱したシートが固化してしまう。圧力の保持時間は５秒以下で行い、金型より成形品を取出して図２で示した波板（コルゲート）形状のセパレータを得ることができる。
【０１１１】
金型温度は材料の固化温度以下に設定するが、転写性や精度を更に向上させるためには、温度を上下させるシステムで制御することが好ましい。
【０１１２】
（ガスシール部）
ガスシール部の素材は、圧縮永久歪が８０％以下（試験条件：７０℃、２５％圧縮歪、５００時間、ＪＩＳ  Ｋ６３０１準拠）の絶縁性樹脂組成物で形成することによって、積層して締付けるだけでシールできるので好ましい。更に好ましくは、シール部を溶着する。
【０１１３】
ガスシール部を溶着する方法としては、特に超音波、レーザー、および高周波を用いた方が、局部的に溶着でき、セパレータの変形を避けられるので好ましい。超音波を用いる場合は、エネルギーダイレクターとなる三角形の突起を溶着する部位にし、圧力をかけた状態で超音波ホーンをあてて溶着することができる。レーザーを用いる場合は、高出力半導体レーザー、またはＹＡＧレーザーが好ましく、絶縁部はレーザー透過する組成とし、溶着部に圧力をかけてレーザーを照射することによって溶着することができる。その他、ヒートシール法や接着剤によって接合することもできる。
【実施例】
【０１１４】
以下に本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は実施例になんら限定されるものではない。
【０１１５】
実施例１
炭素質材料として、非針状コークスであるエム・シー・カーボン（株）製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。この粗粉砕品をジェットミル（ＩＤＳ２ＵＲ、日本ニューマチック（株）製）で微粉砕した。その後、分級により所望の粒径に調整した。５μｍ以下の粒子除去は、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、気流分級を行った。この調整した微粉砕品の一部１４．８５ｋｇに炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）０．１５ｋｇを加え、ヘンシェルミキサーにて８００ｒｐｍで５分間混合した。この１ｋｇを、容積１．５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、炉内を一旦真空にしてアルゴンガス置換し、内圧１．２ａｔｍ、アルゴンガス雰囲気の気流下で２８００℃の温度で黒鉛化した。これをアルゴンガス雰囲気で放冷後、粉末を取り出し、０．９４ｋｇの黒鉛微粉（Ａ１）を得た。得られた黒鉛微粉の平均粒径は２０μｍであった。
【０１１６】
次に、黒鉛微粉（Ａ１）８５質量％、ポリプロピレン（ＰＰ、サンアロマー社製、サンアロマー（登録商標）ＰＸ２０１Ｎ）１４．３質量％、および水添スチレンブタジエンラバー（Ｈ−ＳＢＲ、ＪＳＲ社製、ダイナロン（登録商標）１３２０Ｐ）０．７質量％を、加圧式ニーダー（モリヤマ社製、ミックスラボ）により温度２００℃、４０ｒｐｍで５分間混練し黒鉛樹脂組成物（Ｃ１）を得た。
【０１１７】
ＰＰ中に分散するＨ−ＳＢＲの数平均粒子径は、ＴＥＭ（日本電子社製、ＪＥＭ−１２３０）による観察の結果、０．０８μｍであった。
【０１１８】
その黒鉛樹脂組成物はφ４０単軸押出機（田辺プラスチックス機械製）を用いて、幅６０ｍｍ、厚さ３ｍｍのシートを成形温度２１０℃で成形した。更に、その２１０℃に加熱されたシートを１００℃の圧延ロールへ送り、幅１００ｍｍ、厚さ１ｍｍに圧延してシートを得た。
【０１１９】
更に厚さ１ｍｍのシートをハロゲンランプ（岩崎電気社製）によって２４０℃まで均一に加熱し、５０ｔプレス成形機に設置された９５℃の金型の間へシートを２秒で供給して、出力８０％の圧力で３秒間スタンピングしてコルゲート形状のセパレータを得た。得られたセパレータの流路断面形状を図６に示した。流路部の凹部は曲面形状を有し、凸部は平坦部が確保され、平坦部のオフセットが０．３ｍｍである。セパレータ形状は、６５×６５ｍｍ、溝幅１ｍｍ、溝深さ０．５ｍｍの片面がサーペンタイン流路であり、全体図を図７に示した。また、密度は１．８３ｇ／ｃｍ３、流路最薄部の肉厚が０．３ｍｍ、最大肉厚／最小肉厚比が１．４、カーボンペーパー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−０６０）との接触抵抗が６ｍΩｃｍ２であった。
【０１２０】
比較例１
実施例１と同様の黒鉛樹脂組成物を用いて、同様に幅６０ｍｍ、厚さ３ｍｍのシートを成形温度２１０℃で押出成形した。更に、その２１０℃に加熱されたシートを１００℃の圧延ロールへ送り、幅１００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍに圧延してシートを得た。
【０１２１】
更に厚さ１．５ｍｍのシートをハロゲンランプによって２４０℃まで均一に加熱し、５０ｔプレス成形機に設置された９５℃の金型の間へシートを２秒で供給して、出力８０％の圧力で１０秒間スタンピングして、流路が表裏対称である図８に示したような断面形状のセパレータを得た。流路部の凹部は曲面形状がなく、凸部は平坦部が確保され、平坦部のオフセットが２ｍｍである。セパレータの形状は、実施例１と同様に６５×６５ｍｍ、溝幅１ｍｍ、溝深さ０．５ｍｍの片面がサーペンタイン流路である（図９）。また、密度１．８０ｇ／ｃｍ３、流路最薄部の肉厚が０．３ｍｍ、最大肉厚／最小肉厚比４．３、カーボンペーパー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−０６０）との接触抵抗が７．１ｍΩｃｍ２であった。
【０１２２】
実施例２
炭素質材料として、非針状コークスであるエム・シー・カーボン（株）製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。この粗粉砕品をジェットミル（ＩＤＳ２ＵＲ、日本ニューマチック（株）製）で微粉砕した。その後、分級により所望の粒径に調整した。５μｍ以下の粒子除去は、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、気流分級を行った。
【０１２３】
この調整した微粉砕品の一部１４．１ｋｇに気相法炭素繊維（以下、「ＶＧＣＦ」と略す。昭和電工登録商標）０．７５ｋｇと炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）０．１５ｋｇを加え、ヘンシェルミキサーにて８００ｒｐｍで５分間混合した。この１ｋｇを、容積１．５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、炉内を一旦真空にしてアルゴンガス置換し、内圧１．２ａｔｍ、アルゴンガス雰囲気の気流下で２８００℃の温度で黒鉛化した。これをアルゴンガス雰囲気で放冷後、粉末を取り出し、０．９４ｋｇの黒鉛微粉（Ａ２）を得た。
【０１２４】
次に、黒鉛微粉（Ａ２）を用いて、実施例１で用いたポリプロピレンおよび水添スチレンブタジエンラバーを同じ組成比で混練し黒鉛樹脂組成物（Ｃ２）を製作し、更に実施例１と同様な条件でシート化、スタンピング成形を行い、実施例１と同じ形状のコルゲート形状のセパレータを得た。得られたセパレータは、密度は１．８２ｇ／ｃｍ３、流路最薄部の肉厚が０．３ｍｍ、最大肉厚／最小肉厚比が１．４、カーボンペーパー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−０６０）との接触抵抗が５．４ｍΩｃｍ２であった。
【０１２５】
比較例２
実施例２と同様の黒鉛樹脂組成物を用いて、比較例１と同様にシート化、スタンピング成形し、比較例１と同じ形状のセパレータを得た。得られセパレータは、密度１．８１ｇ／ｃｍ３、流路最薄部の肉厚が０．３ｍｍ、最大肉厚／最小肉厚比４．３、カーボンペーパー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−０６０）との接触抵抗が６．８ｍΩｃｍ２であった。
【０１２６】
実施例３
炭素質材料として、天然黒鉛（日本黒鉛工業製、高純度天然黒鉛ＡＣＰ、平均粒子径２４μｍ）１４．８５ｋｇと炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）０．１５ｋｇを加え、ヘンシェルミキサーにて８００ｒｐｍで５分間混合した。この１ｋｇを、容積１．５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、炉内を一旦真空にしてアルゴンガス置換し、内圧１．２ａｔｍ、アルゴンガス雰囲気の気流下で２８００℃の温度で黒鉛化した。これをアルゴンガス雰囲気で放冷後、粉末を取り出し、０．９３ｋｇの黒鉛微粉（Ａ３）を得た。
【０１２７】
次に、実施例１で製造した黒鉛微粉（Ａ１）５０質量％、黒鉛微粉（Ａ３、天然黒鉛）３５質量％、ポリプロピレン（サンアロマー社製、サンアロマー（登録商標）ＰＣ６３０Ａ）１３．２質量％、およびプロピレン・α−オレフィン共重合体（三井化学社製、タフマー（登録商標）ＸＭ−７０８０）１．８質量％を、加圧式ニーダー（モリヤマ社製、ミックスラボ）により温度２００℃、４０ｒｐｍで５分間混練し黒鉛樹脂組成物（Ｃ３）を得た。次に黒鉛樹脂組成物（Ｃ３）をφ４０単軸押出機によって、成形温度２１０℃で幅６０ｍｍ、厚さ３ｍｍのシートを成形し、加熱されたシートを１００℃の圧延ロールへ送り、幅６０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍに圧延してシートを得た。更に、実施例１で押出成形した黒鉛樹脂組成物（Ｃ１）の幅６０ｍｍ、厚さ３ｍｍのシートを、上記の黒鉛樹脂組成物（Ｃ３）のシートで挟み、圧延成形することによって、幅１００ｍｍ、厚さ１ｍｍの３層シート（構造（層厚み）：Ｃ３（０．０３ｍｍｔ）／Ｃ１（０．９４ｍｍｔ）／Ｃ３（０．０３ｍｍｔ））を得た。
【０１２８】
次に、その３層シートをハロゲンランプによって２４０℃まで均一に加熱し、５０ｔプレス成形機に設置された９５℃の金型の間へシートを２秒で供給して、出力８０％の圧力で３秒間スタンピングして実施例１同様のコルゲート形状のセパレータを得た。そのセパレータは、密度は１．８３ｇ／ｃｍ３、流路最薄部の肉厚が０．３ｍｍ、最大肉厚／最小肉厚比が１．４、カーボンペーパー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−０６０）との接触抵抗が５．４ｍΩｃｍ２であった。また、中心層である黒鉛樹脂組成物（Ｃ１）の曲げ弾性率が８５００ＭＰa、融点１６５℃であり、外層である黒鉛樹脂組成物（Ｃ３）の曲げ弾性率は６２００ＭＰa、融点１２８℃であった。
【０１２９】
更に、単セル試験を行うために、このセパレータと溶着可能なＭＥＡを次のように作成した。５０×５０ｍｍのＭＥＡを金型へインサートし、表１の絶縁性熱可塑性樹脂組成物（Ｄ１）を射出し、図１０のような絶縁性の枠体との一体型ＭＥＡを得た。用いたＭＥＡは、イオン交換膜にナフィオン（登録商標）１１２（デュポン社製）を用い、白金触媒（田中貴金属工業社製、ＴＥＣ１０Ｖ５０Ｅ）をアノード、カソードそれぞれに約０．５ｍｇ／ｃｍ２Ｐｔ接合させた発電部面積２５ｃｍ２（５０×５０ｍｍ）とした。ガス拡散電極にはテフロン（登録商標）処理したカーボンペーパー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−０６０）を用いて５層構造（固体高分子電解質膜（イオン交換膜）表面に触媒を担持（図示せず）させ、これをガス拡散層（電極）となるカーボンペーパーで挟み、その外周を絶縁性の熱可塑性樹脂組成物で覆われた５層構造）とした。
【０１３０】
【表１】
2008091097.tif 000003
【０１３１】
このＭＥＡを実施例３で製作したセパレータで、サーペンタイン流路がＭＥＡと接触するように挟み、１３５℃、５ＭＰａの圧力で１０秒間ヒートシールすることによって、単セルユニットを作成した。ヒートシールによって一体化したので、ガスケットを使用せず、部品点数を減らすことができた。
【０１３２】
比較例３
黒鉛樹脂組成物（Ｃ１）を用いて、幅６０ｍｍ、厚さ３ｍｍのシートに成形し、一方、黒鉛樹脂組成物（Ｃ３）を幅６０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのシートに成形し、Ｃ３／Ｃ１／Ｃ３の構成で挟み、圧延成形することによって、幅１００ｍｍ、厚さ１ｍｍの３層シート（構造（層厚み）：Ｃ３（０．０３ｍｍｔ）／Ｃ１（０．９４ｍｍｔ）／Ｃ３（０．０３ｍｍｔ））を得た。次に、この３層構造のシートをハロゲンランプによって２４０℃まで均一に加熱し、５０ｔプレス成形機に設置された９５℃の金型の間へシートを２秒で供給して、出力８０％の圧力で３秒間スタンピングして比較例１と同じ形状のセパレータを得た。そのセパレータは、密度が１．８２ｇ／ｃｍ３、流路最薄部の肉厚が０．３ｍｍ、最大肉厚／最小肉厚比が４．３、カーボンペーパー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−０６０）との接触抵抗が７ｍΩｃｍ２であった。また、中心層である黒鉛樹脂組成物（Ｃ１）の曲げ弾性率が８５００ＭＰa、融点１６５℃であり、外層である黒鉛樹脂組成物（Ｃ３）の曲げ弾性率は６２００ＭＰa、融点１２８℃であった。
【０１３３】
このセパレータ２枚を用いて、実施例３で製作した外周部が絶縁性熱可塑性樹脂組成物である５層構造のＭＥＡとサーペンタイン流路が接触するようにして挟み、１３５℃、５ＭＰａの圧力で３０秒間ヒートシールを試みたが、実施例３よりも長い時間ヒートシールしたにもかかわらず溶着不良を起した。更に、１５０℃、５ＭＰａの圧力で３０秒間ヒートシールを試みた結果、セパレータ流路部が若干変形してしまったが、単セルユニットを得ることができた。
【０１３４】
（単セル評価）
次に、実施例１、２と比較例１、２で得たセパレータと、実施例３、および比較例３で得た単セルユニットを用いて単セル評価を行った。評価には、イオン交換膜にナフィオン（登録商標）１１２（デュポン社製）を用い、白金触媒（田中貴金属工業社製、ＴＥＣ１０Ｖ５０Ｅ）をアノード、カソードそれぞれに約０．５ｍｇ／ｃｍ２Ｐｔ接合させた発電部面積２５ｃｍ２（５０×５０ｍｍ）のＭＥＡを用いた。ガス拡散電極にはテフロン（登録商標）処理したカーボンペーパー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−０６０）を用いた。
【０１３５】
発電試験条件は、セル温度８０℃、アノード露点８０℃、カソード露点７０℃、水素流量５００ｍｌ／ｍｉｎ、空気流量２０８０ｍｌ／ｍｉｎ一定で出口側大気開放で行った。また、セルの温調は、ラバーヒーターを貼り付けて行った。
【０１３６】
その出力試験結果を図１１に示した。実施例１、２と比較例１、２に関しては、単位体積、および単位質量は、それぞれセパレータ（２枚）、ＭＥＡ（１枚）、ガスケット（２枚）、カーボンペーパー（２枚）からなる単セルの体積、および質量より算出した。一方、実施例３と比較例３に関しては、製作した単セルユニットの体積、および質量より算出した。従って、図１１は単セルを両側から挟持した金属プレートや集電プレートの体積、および質量を除いて比較した結果である。
【０１３７】
図１１よりカーボン素材のコルゲート形状のセパレータを用いることによって、セパレータの厚みを薄くでき、薄く積層でき、更に重量を低減できるため、最大出力密度を大幅に向上できた。特に、ＶＧＣＦを少量添加することで、更に出力密度を向上できた。
【０１３８】
また、実施例３のようにコルゲート形状のセパレータを用いて、溶着によって単セルを製作することによって、ＭＥＡとの接触抵抗を低減でき、ガスケットを用いないので、更に出力密度が向上でき、ユニット化されたセルを用いることで、組立を比較例１よりも１／５の時間で組み立てることができた。
【０１３９】
発電試験後、分解してセパレータ流路を観察した結果、実施例１〜３よりも比較例１〜３の方が、水滴が多く残る傾向であった。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明の波板（コルゲート）形状の導電性流路部を有する燃料電池用セパレータの一例を示す模式断面図である。
【図２】本発明の波板（コルゲート）形状の導電性流路部の一例を示す部分断面図である。
【図３】本発明で用いた接触抵抗測定法を説明するための模式図である。
【図４】本発明のセパレータを用いたスタッキングの形態の一例を示す模式断面図である。
【図５】図４において用いられるＭＥＡの一例を示す部分拡大図である。
【図６】本発明の実施例で得られた燃料電池用セパレータの模式断面図である。
【図７】本発明の実施例で得られた燃料電池用セパレータのサーペンタイン流路の全体図である。
【図８】本発明の比較例で得られた燃料電池用セパレータの模式断面図である。
【図９】本発明の比較例で得られた燃料電池用セパレータのサーペンタイン流路の全体図である。
【図１０】本発明で用いたＭＥＡの模式図である。
【図１１】本発明の実施例および比較例３で得られた単セルユニットを用いた単セルの出力試験結果を示す図である。
【図１２】従来の流路が表裏対称に設けられた燃料電池用セパレータの模式断面図である。
【図１３】本発明において好適なコルゲート形状の一例を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１    燃料電池用セパレータ
２    （反応ガス用）流路
３    凸部
４    凹部
５    表裏流路凸部のオフセット
６    カーボンペーパー
７    支持板（金メッキ真鍮板）
８    ＭＥＡ
９    枠体部
１０    ＭＥＡ本体
１１    試験片（セパレータ）
１２    ＭＥＡ（固体高分子膜＋触媒＋カーボンペーパー）
１３    絶縁性枠体
１４    ５層構造ＭＥＡ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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