(57)【要約】【課題】親水性付与により濡れ性を向上させたアモルファスカーボン成形体、そのようなアモルファスカーボン成形体からなり燃料電池の発電特性の低下の改善を目的とした燃料電池用セパレータ、さらにはそれらの製造方法を提供する。【解決手段】熱硬化性樹脂を含む樹脂成形体を炭化焼成して得られるアモルファスカーボン製の成形体を酸化雰囲気中にて熱処理して得られたアモルファスカーボン成形体であって、表面と水との接触角が６０度以下であり、算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下である。このアモルファスカーボン成形体は、熱硬化性樹脂を含む樹脂成形体を炭化焼成して得られるアモルファスカーボン製の成形体を、酸素濃度２０％以下の酸化雰囲気下で５００℃を超え１０００℃以下で熱処理することにより、製造される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂を含む樹脂成形体を炭化焼成して得られるアモルファスカーボン製の成形体を酸化雰囲気中にて熱処理して得られたアモルファスカーボン成形体であって、表面と水との接触角が６０度以下であり、算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下であることを特徴とするアモルファスカーボン成形体。
【請求項２】
酸素濃度２０％以下の酸化雰囲気下で、５００℃を超え１０００℃以下で熱処理されたものであることを特徴とする請求項１記載のアモルファスカーボン成形体。
【請求項３】
熱硬化性樹脂を含む樹脂成形体を炭化焼成して得られるアモルファスカーボン製の成形体を、酸素濃度２０％以下の酸化雰囲気下で、５００℃を超え１０００℃以下で熱処理することを特徴とするアモルファスカーボン成形体の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載のアモルファスカーボン成形体からなることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
熱硬化性樹脂を含む樹脂成形体を炭化焼成して得られるアモルファスカーボン製の成形体を、酸素濃度２０％以下の酸化雰囲気下で５００℃を超え１０００℃以下で熱処理することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アモルファスカーボン成形体およびアモルファスカーボン成形体からなる燃料電池用セパレータ並びにそれらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アモルファスカーボン材は、熱硬化性樹脂を炭化焼成するなどして得られる炭素材料の一種であり、ガラス状で非常に均質かつ緻密な構造を有するものである。一般的な炭素材料の特徴である導電性、化学的安定性（特に耐酸性）、耐熱性に加えて、材料表面が粉化し脱落することがないという特徴も有しており、その諸特性から、電気・電子工学分野、化学工学分野などに幅広く用いられている。例えば、アモルファスカーボンの有する、寸法安定性、機械的強度、化学的安定性、表面平滑性や導電性から、ＤＮＡチップ基板材料として用いられている。また、不浸透性やガス遮断性に優れることから、燃料電池用セパレータとして用いられている。
【０００３】
しかしながら、アモルファスカーボン材は、その表面が鏡面状態の緻密な構造を示しているため、一般に疎水性を示し、濡れ性という観点では不十分な材料である。そこで、各用途において濡れ性の向上が求められている。
【０００４】
例えば、ＤＮＡチップやプロテインチップ基板としてアモルファスカーボン成形体を用いる場合には、アモルファスカーボン成形体からなる基板が、寸法安定性、強度、耐薬品性、表面平滑性、導電性等の点で、優れた材料であることが知られている（非特許文献１）。これらの特性により、アモルファスカーボン成形体を用いたＤＮＡチップは、検出精度や耐久性が高い等の特徴を持っている。しかしながら、従来のアモルファスカーボン基板は、上述のように基板表面が疎水性であるか、または親水性が十分ではなかったため、基板に固定化剤を塗布する際に、固定化剤溶液がはじかれて均一に塗布することが困難であるという問題を有する。
【０００５】
また、ＤＮＡ等を固定化する基体として、特許文献１には、ポリイミド系材料からなるレジスト膜を蒸し焼きにして得られる、水素を含有した非晶質炭素からなる薄板を、酸素プラズマにより表面酸化した後、塩素化し、その後にアルカリ中で煮沸することにより試料表面をヒドロキシル基で置換し、さらに塩化スクシニルと反応させることで、マロン酸がエステル結合を介して結合した、末端にカルボキシル基を有する基体を得ることが記載されている。この基体は、ＤＮＡを固定化しやすいものであり、ＤＮＡ増幅反応操作の作業をきわめて容易にできるというものである。しかしながら、この特許文献１に記載の方法は、基体の調製工程が非常に複雑で実用的でないばかりでなく、ＤＮＡをマロン酸等のジカルボン酸を介して基板に結合させるため、固定化するＤＮＡの種類によっては、検出精度が低下する場合があるという問題を有する。
【０００６】
これらの問題点を解決するために、アモルファスカーボン成形体を酸素雰囲気中で熱処理することで親水性を付与する方法が知られている（特許文献２）。この特許文献２に記載のように酸素雰囲気中下での熱処理によってアモルファスカーボン成形体表面と水との接触角は低下し、親水性を付与することが可能である。しかし、この場合は熱処理条件が２５０℃〜５００℃と低温であるため、親水性を長期間保持することが困難であり、また基板表面との接触により親水性が劣化してしまうなどの問題がある。
【０００７】
一方で、上述のように、アモルファスカーボン成形体は、燃料電池用セパレータとして応用されている。近年、燃料電池は、環境問題、地球温暖化防止、省エネルギー対策などの観点から大きな注目を得ている。特に固体高分子型燃料電池は、比較的低温で作動し高出力を得られるなどの特徴から、自動車や定置型電源の用途での開発が進められている。
【０００８】
燃料電池は、例えば固体高分子型の場合、電解質となるイオン交換膜、ガス拡散電極、触媒、セパレータなどから構成される。燃料電池は大きな出力を得る為に複数のセルを積層したスタックとして用いられるが、そのセパレータは、反応ガスを安定して供給する一方で、互いの反応ガスを分離し、さらに電気的に低抵抗であるなどの性能を必要とし、燃料電池の特性を左右する重要な部材のひとつである。
【０００９】
セパレータに要求される特性としては、導電性を有すること、ガス透過性が小さいこと、耐熱性および耐食性があること、アノードガスや液体やカソードガスと反応しないこと、機械的強度に優れていることなどが挙げられる。また、燃料電池は、その構成上、複数枚のセパレータを使用するため、例えば自動車用途に供する際などには、軽量であることも重要である。
【００１０】
セパレータの材質としては、黒鉛材料、カーボン粉末やカーボン繊維に熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を混合したコンポジット材料、チタンやステンレス等の金属材料などがあるが、コスト、ガス不透過性、耐食性・耐熱性、導電性、機械強度などの面に優れるアモルファスカーボン材料は、燃料電池用セパレータとして有望な材質であると考えられている。
【００１１】
固体高分子型燃料電池に使用されるセパレータは、通常平板状に成形され、その片面もしくは両面に、燃料電池セルで使用する燃料ガスおよび酸化ガスをガス拡散電極に供給するための溝が設けられている。セパレータは、ガス拡散電極にそれぞれの反応ガスを安定に供給する機能が求められる一方、燃料電池の発電反応により生成される生成水や結露水が溝部に滞留する、いわゆるフラッディング現象により、セル内への反応ガス供給が阻害されてセル発電性能が悪化することがないように、生成水などをセル外に円滑に排出する機能が求められる。
【００１２】
そこで従来から、上記のような燃料電池用セパレータとしては、その表面もしくは溝部に種々の親水性処理を施したものが用いられている。
例えばセパレータ表面に紫外線オゾンを照射して表面を酸化し親水性を向上させるもの（特許文献３）や、真空紫外光を照射するもの（特許文献４）などが提案されている。しかし、十分な親水性を付与するには長時間の照射が必要になるほか、照射効率や経時的な耐久性にも課題があり、さらにオゾンを使用する場合には人体に影響を与えることから特別な注意を払う必要があるという問題点がある。
【００１３】
フェノール樹脂やエポキシ樹脂等の親水性樹脂をバインダー樹脂として混合するもの（特許文献５）も知られているが、アモルファスカーボン成形体は樹脂材料を炭化焼成して得られるものであるため、炭化焼成の際に親水性樹脂も炭化されてしまい、親水性向上に影響を与えることができない。
【００１４】
親水性フェノール樹脂などの親水性モノマーをセパレータ表面に塗工し硬化させて、樹脂硬化膜を形成するもの（特許文献６）では、表面に絶縁層を形成することによる導電性の低下の問題や、硬化膜からの親水性モノマーの流出による親水性の低下の問題がある。
【００１５】
セパレータ表面をブラスト処理することで親水性を付与するもの（特許文献７）も知られているが、アモルファスカーボン成形体のような脆性材料においては、ブラスト処理によりチッピングやクラックが生じる可能性があるほか、複雑な形状を呈する流路溝部を処理するのは非常に困難であるという問題点がある。
【非特許文献１】松永  是  著「ＤＮＡチップ応用技術ＩＩ」第５章、第６２頁（シーエムシー出版、２００１年７月発行）
【特許文献１】国際公開ＷＯ００／２２１０８号パンフレット（特に実施例５）
【特許文献２】特開２００４−０４５１４４号公報
【特許文献３】特開２０００−２４３４１０号公報
【特許文献４】特開２００３−１４２１１６号公報
【特許文献５】特開２０００−３１１６９５号公報
【特許文献６】特開２０００−２５１９０３号公報
【特許文献７】特開２００６−１０７９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
かかる状況を鑑み、本発明は、親水性付与により濡れ性を向上させたアモルファスカーボン成形体、そのようなアモルファスカーボン成形体からなり燃料電池の発電特性の低下の改善を目的とした燃料電池用セパレータ、さらにはそれらの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、アモルファスカーボン成形体に特定の熱処理を施すことにより上記課題が解決することを見出し、本発明に達した。
【００１８】
すなわち本発明の要旨は下記のとおりである。
（１）熱硬化性樹脂を含む樹脂成形体を炭化焼成して得られるアモルファスカーボン製の成形体を酸化雰囲気中にて熱処理して得られたアモルファスカーボン成形体であって、表面と水との接触角が６０度以下であり、算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下であることを特徴とするアモルファスカーボン成形体。
【００１９】
（２）酸素濃度２０％以下の酸化雰囲気下で５００℃を超え１０００℃以下で熱処理されたものであることを特徴とする（１）のアモルファスカーボン成形体。
（３）熱硬化性樹脂を含む樹脂成形体を炭化焼成して得られるアモルファスカーボン製の成形体を、酸素濃度２０％以下の酸化雰囲気下で５００℃を超え１０００℃以下で熱処理することを特徴とするアモルファスカーボン成形体の製造方法。
【００２０】
（４）上記（１）または（２）のアモルファスカーボン成形体からなることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
（５）熱硬化性樹脂を含む樹脂成形体を炭化焼成して得られるアモルファスカーボン製の成形体を、酸素濃度２０％以下の酸化雰囲気下で５００℃を超え１０００℃以下で熱処理することを特徴とする燃料電池用セパレータの製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
従来のアモルファスカーボン成形体では、その表面が、水との親水性が不十分であったため、例えば、燃料電池用セパレータとして用いる場合には、フラッディング現象によるセル発電性能の悪化が生じていたが、本発明のアモルファスカーボン成形体は、比較的簡単な製法によって得られるものでありながら、水との接触角を小さくすることが可能であり、すなわち親水性に優れたものとすることができ、このため例えば燃料電池用セパレータとして用いる場合にフラッディング現象による性能劣化を防ぐことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のアモルファスカーボン成形体を構成するアモルファスカーボンは、外観が黒色、かつ、ガラス状で、破面も光沢ある貝殻状を示す硬質で非晶質の炭素であり、上述の通り非常に均質ならびに緻密な構造を有する。この材料は、一般的な炭素材料の特徴である導電性能、化学的安定性、耐熱性、高純度等の性能に加え、材料表面が粉化し脱落することがないという優れた特徴を有する。アモルファスカーボンの一般的な特性としては、密度が１．４５〜１．６０ｇ／ｃｍ３と軽量であり、かつ曲げ強度が５０〜２００ＭＰａと高強度であり、硫酸や塩酸などの酸に強く耐食性がある。導電性は比電気抵抗が４〜２０×１０−３Ωｃｍであり、ガス透過性は１０−９〜１０−１２ｃｍ２／ｓと非常に小さいなど、燃料電池用セパレータに要求される特性を十分に満たす。
【００２３】
アモルファスカーボンは、上記のような優れた特性を有する半面、切削加工が困難であるため、燃料電池用セパレータに設けられる反応ガス流路などを形成するためには、熱硬化性樹脂を主成分とした樹脂組成物を加圧成形や射出成形などの成形方法を用いて予め樹脂成形体に成形したのち、炭化焼成して、アモルファスカーボン成形体を製造する方法が採られる。
【００２４】
用いられる熱硬化性樹脂とは、溶融成形等で目的とした形状を作成した後、加熱することで熱硬化反応が進行し、加熱溶融しなくなる樹脂のことである。例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、カルボジイミド樹脂、フルフリルアルコール樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等を挙げることができる。また、これらの共重合体を挙げることもできる。１種類の熱硬化性樹脂であってもよいし、主成分の熱硬化性樹脂以外にその特性を損なわない範囲で異種の樹脂を組み合わせた２種類以上の熱硬化性樹脂の混合物であっても構わない。また、主成分の樹脂に混合される樹脂は、その主成分の熱硬化性樹脂の低分子量物でも構わないし、加工性や成形性等を改良する目的で添加剤を含有していても構わない。上記樹脂の中で、フェノール樹脂は、成形用材料として工業的に生産されているため入手しやすく、また、焼成炭化による炭素含有率が高いため、好ましい。
【００２５】
上記熱硬化性樹脂には、焼成炭化後のガラス状カーボンの特性を損なわない範囲で、炭素材料、無機材料、焼成により炭化する材料などを添加材として含有させることができる。このようなものとして、黒鉛粒子、カーボンブラック、無機粒子、無機繊維、炭素繊維、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、フラーレン、ガラス状炭素、膨張黒鉛、木粉、セルロース粒子、熱硬化性樹脂硬化物等もしくはこれらの混合物などが挙げられる。
【００２６】
樹脂成形体の成形方法は、特に限定されず、射出成形、加圧成形、トランスファー成形などが適用でき、また熱硬化性樹脂の塊状物から切り出しや切削等の機械加工により製造してもよい。特に、射出成形や圧縮成形により、その後の加工なしに構造体の形状とすることが好ましい。その中でも、射出成形法が、成形時間の短縮が可能であることから最も好ましい。熱硬化性樹脂組成物の射出成形は工業的に確立された成形技術であり、精密な成形が可能であり、燃料電池用セパレータを製造するための成形体を得る方法として適用が可能である。また、所望に応じて、成形加工時の改良剤である高級脂肪酸や高級脂肪酸金属塩等の加工助剤や、離型剤、熱硬化性樹脂用架橋促進剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤等を用いることが可能であり、必要に応じて架橋剤を用いることが可能である。
【００２７】
樹脂成形体は、炭化焼成されて、アモルファスカーボン成形体となる。熱硬化性樹脂が主成分である樹脂成形体を炭化焼成することで、十分な導電性を得ることができ、また、炭素材料としての特性を発現させることができる。
【００２８】
このようなカーボン材料を得るために、本発明では炭化焼成を行うことが必要である。炭化焼成は、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下、もしくは真空または減圧雰囲気下すなわち実質的な無酸素雰囲気下で、温度７００〜１６００℃で行うことが好ましい。７００℃以下の温度での炭化焼成では、充分に炭化することができないため、電気伝導度などガラス状炭素の特性が発現しない。一方、１６００℃以上の温度を適応させても、得られるガラス状炭素の特性に大きな変化は生じない。製造時におけるエネルギーを有効に活用する観点から、さらに好ましい炭化焼成温度は９００〜１５００℃である。また、その炭化過程において成形体に寸法の収縮が起こるため、成形加工時には焼成後寸法を見込んだ寸法の成形品を製造する必要がある。なお、本発明のセパレータのサイズは特に限定されるものではなく目的に応じて設計変更できるものであって、またその平面形状および溝形状も、目的に応じて種々に変更可能である。炭化焼成に際しては、樹脂成形体を耐熱性を有する板状体で挟持することが好ましい。耐熱性を有する板状体としては、黒鉛材料、Ｃ／Ｃコンポジット材料、セラミックス材料などを用いることができる。また、炭化焼成期間中においては昇温速度をコントロールすることが好ましい。高分子あるいは熱硬化性樹脂の種類により、焼成温度に対する炭化焼成時の体積収縮率は一定でない。例えば、フェノール樹脂の場合、炭化焼成温度が４００〜６００℃の範囲においてガスの発生が多く、この温度範囲における重量減少、および体積収縮が他の温度範囲におけるそれよりも大きくなるため、この温度範囲において昇温速度が速いと対象物にクラックが発生しやすい。このため、４００〜６００℃の範囲における昇温速度を他の温度範囲における昇温速度に比べて低くすることにより、すなわち、４００〜６００℃の範囲の重量減少速度、および体積収縮速度を小さくすることにより、クラックの発生を防止することが可能となる。焼成対象品の厚みとその割れとの関係について説明すると、割れの発生を防止するためには、対象品の厚みが厚くなるにしたがってトータルの焼成期間を長くすることが必要である。
【００２９】
本発明の濡れ性に優れたアモルファスカーボン成形体は、熱硬化性樹脂を含む樹脂成形体を炭化焼成して得られるアモルファスカーボン成形体を酸化雰囲気中にて熱処理することによって製造される。酸化雰囲気中での熱処理温度は５００℃を超え１０００℃以下であることが必要である。５００℃以下の場合は、親水性の効果が得られたとしても、その効果を一定期間以上にわたって保持することが困難であり、一方で１０００℃を越えた熱処理温度の場合は、表面状態が変化し、表面あれを生じてしまうほか、材料強度などを劣化させてしまうおそれがある。
【００３０】
熱処理を行う酸化雰囲気の酸素濃度は２０％以下であることが必要で、１０％以下であることが好ましい。２０％以上の酸素濃度雰囲気下で上記温度での熱処理を行うと、濡れ性の改善が必要な表面だけの酸化にとどまらなくなり、アモルファスカーボン成形体としての強度不足やガス遮断性の低下などを招いてしまい、セパレータとしての特性を失うことになってしまう。
【００３１】
強度に関し、例えば曲げ強度では、次式から求められる曲げ強度低下率が１０％以内であることが好ましい。
曲げ強度低下率（％）  ＝  [｛（未処理のアモルファスカーボン成形体の曲げ強度）―（酸化処理雰囲気下熱処理後のアモルファスカーボン成形体曲げ強度）｝÷（未処理のアモルファスカーボン成形体の曲げ強度]×１００
アモルファスカーボン成形体を熱処理する時間は、セパレータ製造工程の短縮のため短い方が製造コストの低減となり、５０時間以下が好ましく、さらには数時間程度で熱処理を実施できることが好ましい。
【００３２】
上記のような酸化雰囲気下での熱処理により、アモルファスカーボン成形体に酸化物官能基が付与されて、その親水性が向上する。これにより、本発明のアモルファスカーボン成形体は、表面と水との接触角が６０度以下となる。この接触角は、４０度以下であることが好ましく、３０度以下であることがより好ましい。一般的に表面を粗加工しないアモルファスカーボン成形体表面と水との接触角は８０度前後であり、これでは親水性を示すとはいえない。表面と水との接触角が６０度より大きい場合は、親水性が劣るため、燃料電池用セパレータとして用いる場合には、反応ガス流路が閉塞されてフラッディング現象により発電性能が悪化しやすい傾向が生じる。
【００３３】
酸化雰囲気下での熱処理を行ったあとのアモルファスカーボン成形体の表面粗さは、算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下であることが必要である。さらには０．０５μｍ以下であることが好ましい。算術平均粗さＲａが０．１μｍを超える場合には、例えばアモルファスカーボン成形体を燃料電池用セパレータとして用いる場合には、接触抵抗の増加につながり発電性能を低下させてしまう。Ｒａが０．０５μｍ以下であれば、酸化雰囲気下による熱処理を施さないアモルファスカーボン成形体とほぼ同等の表面状態を保つことができており、親水性付与による悪影響を与えることがない。
【００３４】
なお、本発明の製造方法は、上記のように、アモルファスカーボン成形体を酸化雰囲気中で５００℃を超え１０００℃以下で熱処理することを特徴とするものである。その結果として得られる成形体は、殆どの場合、上記した接触角と表面粗さとを保有するものであるが、稀には保有しないことも起こりうる。しかし、その場合でも、本発明に基づく熱処理を行わない場合に比べて、同熱処理に見合った性能向上効果を期待することができる。
【００３５】
酸化雰囲気下での熱処理を行うことで、アモルファスカーボン成形体に酸化物官能基が付与され、親水性が向上する一方で、アモルファスカーボン成形体表面の電気抵抗値（体積抵抗率や表面抵抗）が増加する場合がある。燃料電池用セパレータとして用いる際に発電性能の低下原因となるため、体積抵抗率の増加は少ない方が好ましい。具体的には、親水化処理による電気抵抗値の増加分は１５％以内であることが好ましく、５％以内であることがさらに好ましい。
【００３６】
また体積抵抗率や表面抵抗が増加することにより、アモルファスカーボン成形体を他の部材に接触させたときの接触抵抗が増加する場合がある。このように接触抵抗が増加すると、たとえば燃料電池用セパレータ用途のように複数枚の成形体を接触させて用いる場合には、抵抗値の増加により発電性能が低下してしまい、所定の性能を得ることができず、燃料電池の設計を変更することが必要になってしまうことがある。接触抵抗は、材料や条件によって変化するが、酸化雰囲気下での熱処理を行わないアモルファスカーボン成形体と同等の値を示すことが好ましい。具体的には、親水化処理による接触抵抗の増加分が１０％以内であることが好ましい。
【００３７】
以上のように低酸素濃度で高温の酸化熱処理を行うことで、親水化の効果を長期間保持し、表面状態に変化がなく、抵抗分の増加のないアモルファスカーボン成形体を得ることが可能となる。
【実施例】
【００３８】
以下、施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
以下の実施例および比較例における各物性の測定方法は、次のとおりである。
【００３９】
接触角：  ＪＩＳ  Ｒ３２５７「基板ガラス表面のぬれ性試験方法」に準拠し、サンプルにイオン交換水の液滴を静置し、接触角計（ＤＭ５００、協和界面科学社製）を用いて、静適法にて水との接触角を測定した。
【００４０】
算術平均粗さＲａ：  三次元粗さ解析装置  ＳＰＡ−１１（小坂研究所社製）を用い、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に準拠して測定を行った。
曲げ強度：  ＪＩＳ  Ｒ１６０１「ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法」に従い、島津製作所社製オートグラフＡＧＳ−１００Ｇを使用して曲げ試験測定を行い、同社のデータ処理システム「Ｔｒａｐｅｚｉｕｍ」により曲げ強度を求めた。
【００４１】
体積抵抗率：  ＪＩＳ  Ｋ７１９４「導電性プラスチックの４探針法による抵抗率試験方法」に準拠し、酸化熱処理を行ったサンプルの体積抵抗率を、ロレスタ−ＧＰ（ダイヤインスツルメンツ社製）にて測定した。
【００４２】
接触抵抗：  金メッキを施した一対の板状の銅電極間に、酸化熱処理を行ったアモルファスカーボン成形体サンプルを２枚合せて挿入し、さらに銅電極とサンプルとの間にカーボンペーパー（厚さ２００μｍ）を挿入した状態で圧力を印加し、電極間の電気抵抗を測定した。印加圧力１ＭＰａのときの抵抗値を、ここにいう接触抵抗とした。
【００４３】
（実施例１〜４）
（ａ）アモルファスカーボン成形体の製造
平均粒子径が２００μｍの粉粒体状のフェノール樹脂（ユニチカ社製、品名：ユニベックスＮタイプ）５５質量％と、平均粒子径が１５μｍの粉粒体状のフェノール樹脂完全硬化物（ユニチカ社製、品名：ユニベックスＣタイプ）４５質量％とを含有する樹脂組成物を準備した。そして、この樹脂組成物を用いて、射出成形機（８０Ｔｏｎ射出成形機）により射出成形して、樹脂成形体を得た。次に、真空パージ式焼成炉（光洋サーモシステム社製、型番：ＫＬＬ−９７４５１４）を用いて、窒素ガス雰囲気中で１０００℃で炭化焼成し、縦２０ｍｍ×横４０ｍｍ、厚さ２．０ｍｍのアモルファスカーボン成形体を得た。また、曲げ試験用サンプルとして、縦４．０ｍｍ×横４０ｍｍ、厚さ２．０ｍｍのアモルファスカーボン成形体を用意した。
【００４４】
（ｂ）アモルファスカーボン成形体の熱処理
上記（ａ）にて得られたアモルファスカーボン成形体について、表１に示す条件で酸化雰囲気中で熱処理を行ったのち、水との接触角、算術平均粗さＲａ、曲げ強度、体積抵抗率、接触抵抗を測定した。また、熱処理することによって得られたサンプルを９０℃純水中に２０００時間浸漬し、その後における水との接触角を測定した。
【００４５】
表１に示す種々の条件での熱処理を行った結果、表１に示すように、実施例１〜４において、目的の接触角を示すアモルファスカーボン成形体を得ることができた。
【００４６】
【表１】
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（比較例１）
上記（ａ）にて得られたアモルファスカーボン成形体を熱処理することなく、その接触角を測定した。熱処理を施さなかったため、表１に示すように接触角は８０度であり、十分な親水性を示さなかった。
（比較例２〜６）
上記（ａ）にて得られたアモルファスカーボン成形体について、表１に示す条件にて熱処理を行った。
【００４７】
そうしたところ、比較例２は、熱処理温度が本発明の範囲を大きく下回っていたため、セパレータ表面を親水化することができておらず、接触角は８０度と親水性を示すものではなかった。
【００４８】
比較例３は、熱処理温度が４００℃すなわち本発明の範囲を１００℃程度下回ったものであったため、熱処理後に親水性を示したが、浸漬処理後には接触角が７８度となり親水性が長時間保持できていないものであった。
【００４９】
比較例４および比較例５では熱処理時の酸素濃度が本発明の範囲を上回っていたため、また比較例６では熱処理温度が本発明の範囲を上回っていたため、いずれも、接触角は小さいままであったが、Ｒａ値が大きく、また接触抵抗が大きくなり、例えば燃料電池用セパレータに用いた場合には内部抵抗が増し使用できないと考えられるものであった。
【００５０】
［燃料電池セル発電試験］
上記（ａ）の条件に従い、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ、厚さ２．０ｍｍで、面内に燃料または酸化ガス用の流路部を設けたアモルファスカーボン成形体からなる燃料電池用セパレータを得た。この燃料電池用セパレータを実施例１と同様の条件で熱処理して、水との接触角が６０度以下となるよう改質した。すなわち、この条件で熱処理を施したものを実施例５のセパレータとした。あわせて、比較例１と同様に熱処理を施さなかったセパレータ（比較例７）と、比較例３の熱処理条件にて熱処理を施したセパレータ（比較例８）とを得た。
【００５１】
実施例５、比較例７、８の燃料電池セパレータを用いた燃料電池セルをそれぞれ構成し、燃料ガスおよび酸化ガスとしてそれぞれ水素ガスおよび空気を供給して発電試験を行った。その結果を図１（実施例５）および図２（比較例７、８）に示す。
【００５２】
図１、図２から明らかなように、比較例７のセパレータを用いた燃料電池セルではフラッディング現象による大きな電圧降下が見られたが、実施例５のセパレータを用いた燃料電池セルでは電圧降下は生じておらず、フラッディングが生じていないことが確認された。比較例８では、試験当初はフラッディングによる電圧降下は見られなかったが、時間経過とともにフラッディングの影響による電圧降下が見られるようになった。これは、比較例８のセパレータは、比較例３のものと同様に、熱処理後に親水性を示したが、浸漬処理後には接触角が大きくなり親水性が長時間保持できていなかったためであると考えることができた。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施例５の燃料電池用アモルファスカーボン製セパレータを用いた燃料電池セルのセル発電試験結果を示す図である。
【図２】比較例７、８の燃料電池用アモルファスカーボン製セパレータを用いた燃料電池セルのセル発電試験結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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