(57)【要約】【課題】電極に要求される集電性を高く維持しつつ、触媒を高濃度に担持可能に構成して、触媒による電気化学反応促進機能を高度に発揮できる炭素繊維多孔質シートを提供する。【解決手段】一方の面側に形成され、炭素繊維を含んだ炭素繊維層３と、他方の面側に形成され、前記炭素繊維層３よりも活性炭素繊維を多く含んだ活性炭素繊維層５とを積層したことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面側に形成され、炭素繊維を含んだ炭素繊維層と、他方の面側に形成され、前記炭素繊維層よりも活性炭素繊維を多く含んだ活性炭素繊維層とを積層したことを特徴とする、炭素繊維多孔質シート。
【請求項２】
前記請求項１に記載の炭素繊維多孔質シートにおいて、前記炭素繊維層が炭素繊維のスラリーを抄造して構成され、前記活性炭素繊維層が活性炭素繊維のスラリーを抄造して構成され、炭素繊維層、活性炭素繊維層を含む層が複層抄紙製造法により抄造されたものである、炭素繊維多孔質シート。
【請求項３】
請求項１ないし請求項２のいずれか一項に記載の炭素繊維多孔質シートにおいて、前記炭素繊維層と活性炭素繊維層の間に活性炭素繊維の混合割合が炭素繊維層と活性炭素繊維層の中間値となっている混在層が設けられている、炭素繊維多孔質シート。
【請求項４】
炭素繊維、バインダーを含んで、炭素繊維を十分に分散させて作成した炭素繊維のスラリーと、前記炭素繊維よりも表面積の大きな活性炭素繊維、バインダーを含んで、活性炭素繊維を十分に分散させて作成した活性炭素繊維のスラリーとを用意し、抄き網上に順次、少なくとも前記炭素繊維スラリーと前記活性炭素繊維スラリーを供給し、抄き出すことにより、シートの一方の面側に炭素繊維層を形成し、他方の面側に前記炭素繊維層よりも活性炭素繊維を多く含んだ活性炭素繊維層を形成して複数の層を積層して製造することを特徴とする、炭素繊維多孔質シートの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の炭素繊維多孔質シートの製造方法において、前記スラリーの供給に際して、炭素繊維スラリーと活性炭素繊維スラリーとが混在する混合スラリー域を形成させた後、抄き出すことにより、炭素繊維層と活性炭素繊維層の間に活性炭素繊維の混合割合が炭素繊維層と活性炭素繊維層の中間値となっている混在層を形成するようにした、炭素繊維多孔質シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は炭素繊維多孔質シート及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
燃料電池は、二酸化炭素による地球温暖化の防止と資源の有効利用の観点から、クリーンでエネルギー効率の高い次世代の動力源として期待されている。その中でも、固体電解質型燃料電池は自動車の動力源、家庭用定置型コジュネレーター及び携帯用電池として最も期待されている。
固体電解質型燃料電池の構成要素の中で、電極と固体電解質膜は装置の要であり、新規材料の開発・改良の努力がなされている。
【０００３】
特に、電極を作る構造体は集電性とガス拡散性が求められ、従来、機械的強度や耐久性を確保するために炭素質粉末を分散抄紙した後、加熱炭素化する方法（特許文献１参照）、熱硬化性樹脂に浸漬したのち炭素化する方法（特許文献２参照）などが提案されている。また、触媒作用を付与するための工夫として、炭素系多孔質シートの表面に触媒を担持した活性炭微細粒子を付着または塗布する方法（特許文献３及び特許文献４参照）、炭素系多孔質シートの素材として活性炭素繊維と微細炭素粒子を用い、これに触媒金属を担持する方法（特許文献５参照）などが提案されている。
また、炭素系多孔質シートを活性炭素繊維で構成し、その活性炭素繊維自体に触媒金属を担持する方法（特許文献６参照）も提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−７６８２１号「多孔質炭素板の製造方法」
【特許文献２】特開２００２−２７０１９１号「炭素電極基材及びその製造方法」
【特許文献３】特開昭５６−１３８８７５号「燃料電池用電極およびその製造方法」
【特許文献４】特開２００１−２８３８７８号「導電シートおよび該シートを用いた燃料電池用電極」
【特許文献５】特開２００１−４３８６５号「固体高分子電解質型燃料電池」
【特許文献６】特開２００２−２１６７７８号「燃料電池用電極およびその製造方法および固体高分子電解質型燃料電池」
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においても実用化のためには解決しなければならない多くの課題が山積みされているのが現状である。
炭素系多孔質シートを用いた電極に求められる性能は、上記したように燃料ガス、酸素ガスを効率よく拡散させ、触媒担持部に導き固体電解質膜を介して電気化学的反応を促進させて電気を効率よく発生させる機能だけでなく、電極組立の際に要求されるハンドリング性、機械的強度、長期間性能を維持する耐久性、電気の集電体として導電性、生成した水を除去するための撥水性などである。
【０００６】
さらに、上記各機能に優れていれば、直ちに実用化されるわけでなく、競合する発電装置との販売価格、発電効率、取り扱いの容易さ、単位電力料金の安さなどが重要となる。日本政府が目指す２００５年の実用化のためには、固体電解質型燃料電池を構成する全ての機械、機器、部品、スタック構成要素の素材などの一段の性能向上と耐久性の向上、及び現在の燃料電池価格を１／１０以下に抑える低コスト化が求められている。
【０００７】
上記観点から前記特許文献に開示された従来技術を検討すると、特許文献３、特許文献４などに開示されているように、炭素系多孔質シートの表面に活性炭微細粒子を付着または塗布し、これに金属触媒を担持する方法、あるいは予め金属触媒を担持した活性炭の微細粒子を炭素系多孔質シートに付着または塗布する方法などは、触媒の担持と塗布に二段階または三段階の工程が必要で、コストの低減を要求されている状況に鑑み適当でない。さらに、微細粒子を密度の不均一な炭素繊維シートの表面に均一に、濃淡なく付着、塗布することは極めて難しく、電極の性能がシートの場所によって変化する虞れがある。
【０００８】
また、特許文献６に記載された構成では、活性炭素繊維多孔質シート（活性炭素繊維カーボンクロス）自体に白金などの金属触媒溶液に浸すことにより触媒を担持させるようにしているので、上記微細粒子などを付着又は塗布する方法に比べて製造工程を簡素化できる利点はある。しかし、このようにして製造された活性炭素繊維シートは電気伝導性が小さいため内部抵抗が高くなり集電効率が低くなってしまう欠点がある。また、電極として機能する活性炭素繊維層の全域において金属触媒を担持させることは、高価な金属触媒の使用量が多くなり製造コストの低減を図る上で問題となる。さらに活性炭素繊維シートは機械的強度が小さく、耐久性に乏しいことから燃料電池を製造する上でのハンドリング性が良好でない問題がある。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は上記課題を解決することである。
具体的な目的の一例を示すと、以下の通りである。
（ａ）電極に要求される集電性を高く維持しつつ、金属触媒を高濃度に担持可能に構成して、触媒による電気化学反応促進機能を高度に発揮できる炭素繊維多孔質シートを提供する。
（ｂ）機械的強度が弱い活性炭素繊維を用いた構成であっても、機械的強度に優れ、ハンドリング性も良好で燃料電池を製造する際に破損等を防止できる炭素繊維多孔質シートを提供する。
（ｃ）シート内において局所的に金属触媒を高濃度に担持させることができる炭素繊維多孔質シートを提供する。
（ｄ）上記（ａ）〜（ｃ）の目的を満たす炭素繊維多孔質シートを製造する場合に、燃料電池の電極に必要とされる各種特性を安定して製造できるとともに、要望に応じてその特性を簡単に変えることができる炭素繊維多孔質シートの製造方法を提供する。
（ｅ）  多孔質シート及び燃料電池の均質性と再現性を高め、従来の製造方法に比べて製造コストを大幅に低減できる、炭素繊維多孔質シートの製造方法を提供する。
なお、上記に記載した以外の発明の課題及びその解決手段は、後述する明細書内の記載において詳しく説明する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、例えば、次のように構成したものである。
第１発明の炭素繊維多孔質シートは、一方の面側に形成され、炭素繊維を含んだ炭素繊維層と、他方の面側に形成され、前記炭素繊維層よりも活性炭素繊維を多く含んだ活性炭素繊維層とを積層したことを特徴とする。
第２発明は、第１発明において、前記炭素繊維層が炭素繊維のスラリーを抄造して構成され、前記活性炭素繊維層が活性炭素繊維のスラリーを抄造して構成され、炭素繊維層、活性炭素繊維層を含む層が複層抄紙製造法により抄造されたものであることを特徴とする。
【００１１】
第３発明は、第１発明ないし第２発明のいずれか一つに記載の発明において、前記炭素繊維層と活性炭素繊維層の間に活性炭素繊維の混合割合が炭素繊維層と活性炭素繊維層の中間値となっている混在層が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
第４発明に係る炭素繊維多孔質シートの製造方法は、炭素繊維、バインダーを含んで、炭素繊維を十分に分散させて作成した炭素繊維のスラリーと、前記炭素繊維よりも表面積の大きな活性炭素繊維、バインダーを含んで、活性炭素繊維を十分に分散させて作成した活性炭素繊維のスラリーとを用意し、抄き網上に順次、少なくとも前記炭素繊維スラリーと前記活性炭素繊維スラリーを供給し、抄き出すことにより、シートの一方の面側に炭素繊維層を形成し、他方の面側に前記炭素繊維層よりも活性炭素繊維を多く含んだ活性炭素繊維層を形成して複数の層を積層して製造することを特徴とする。
【００１３】
第５発明は、第４発明において、前記スラリーの供給に際して、炭素繊維スラリーと活性炭素繊維スラリーとが混在する混合スラリー域を形成させた後、抄き出すことにより、炭素繊維層と活性炭素繊維層の間に活性炭素繊維の混合割合が炭素繊維層と活性炭素繊維層の中間値となっている混在層を形成するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
以下、上記第１発明〜第５発明の各構成について説明する。
第１発明では炭素繊維層と活性炭素繊維層を積層する方法は乾式でも湿式でも良い。また、第１発明の構成の目的は、後述するように、主に集電性能に優れる炭素繊維層を一方の面側に設け、白金などの触媒の担持性能に優れる活性炭素繊維層を他方の面側に設けることにより、集電性能と触媒担持性能を十分に発揮できるように一つのシート内で機能分離することにある。したがって、一方の面側の炭素繊維層は集電性を高めるために、活性炭素繊維はできるかぎり混在させないようにして炭素繊維のみで構成することもできる。また、他方の面側の活性炭素繊維層は触媒の担持機能を向上させるために炭素繊維はできるかぎり混在させないようにして活性炭素繊維のみで構成することもできる。なお、活性炭素繊維層には本来の触媒担持層としての機能を妨げない範囲において、強度向上やその他の目的のために炭素繊維を低い比率で混入させる構成を採用することもできる。
【００１５】
炭素繊維層と活性炭素繊維層の積層の形態は、例えば、上記したように炭素繊維のみによって形成された炭素繊維層と活性炭素繊維のみによって形成された活性炭素繊維層を積層した構成のみならず、一方の面側に形成された炭素繊維層から他方の面側に形成された活性炭素繊維層に向けて、活性炭素繊維の混合比率が徐々に増加する構成なども採用できる。なお、第１発明は、シートの一方の面と他方の面の間に混在層などの各種機能層が形成されている構成を除外するものではない。また、第１発明は２層以上の複数の層を有するシートである場合も含む。
【００１６】
第２発明の一実施形態としては、炭素繊維のスラリーを抄造して炭素繊維層を形成した表面に、活性炭素繊維のスラリーを抄造して活性炭素繊維層を形成して単純な２層構造にしたものが例示できる。
第４発明において、前記バインダーは繊維バインダー、有機高分子系バインダーを含むことが好ましい。必要に応じて、前記スラリーには分散剤を含めることもできる。また、抄き網に積層する順序は炭素繊維層、活性炭素繊維層の順でも活性炭素繊維層、炭素繊維層の順でも可能であるが、どちらかというと機械的強度の高い炭素繊維層を形成した上に活性炭素繊維層を形成した方が好ましい。
【００１７】
以下、主に各発明の効果などについて説明する。
第１発明であれば、固体電解質型燃料電池の電極を製造する場合において、ガス拡散性能を有し、集電体として機能する集電層として前記炭素繊維層を使用し、触媒を担持する触媒層として前記活性炭素繊維層を使用する。前記集電層は、電気伝導性が高いことが要求されるが、炭素繊維は活性炭素繊維よりも電気伝導性が高いので炭素繊維層側に取り付けられたセパレータから効率よく集電することができる。
一方、固体高分子電解質膜側に位置する触媒層は触媒の担持性能が高いことが要求されるが、活性炭素繊維は細孔構造を有し、炭素繊維よりも表面積が大きいために触媒の担持能力に優れる。さらに、触媒の担持工程において、本炭素繊維多孔質シートは前述のように複層構造になっているので、特許文献６に示されたように厚さ方向の全域が活性炭素繊維で構成されたものに比べて、必要なシート範囲域にのみ触媒を高濃度に担持させることができるので触媒による電気化学反応促進機能を高度に発揮しつつ、触媒の消費量を少なくして製造コストを低減することができる。また、活性炭素繊維層は機械的強度の高い炭素繊維層により補強された構造になっているので、触媒担持工程、セッティング工程などの燃料電池製造作業において、活性炭素繊維層の破損などを防止してハンドリング性を高めることができる。
【００１８】
第２発明であれば、湿式の複層抄紙製造法により連続して製造されたものであるから、乾式に比べて層と層の界面における接続が簡単に行えるとともにその接続状態を安定化でき、燃料電池として使用する炭素繊維多孔質シートの全面において均質性、再現性を高めることができる。
第３発明であれば、混在層では各層に含まれるそれぞれの繊維が混在することにより、炭素繊維層と活性炭素繊維層の接続界面の機械的強度を高めることができる。
【００１９】
第４発明であれば、湿式抄造により製造するので、均質な炭素繊維多孔質シートを安定して多量に低コストで生産することができる。さらに、多孔質シートを製造された炭素繊維スラリーと活性炭素繊維スラリーの供給量およびスラリー中の炭素繊維、活性炭素繊維の濃度などを変えることにより、炭素繊維層と活性炭素繊維層の割合と密度を簡単に変えることができ、要望する燃料電池の電極特性に対応したシート特性を得ることができる利点がある。
【００２０】
第５発明であれば、混在層を設けることにより、それぞれの繊維が混在することにより、炭素繊維層と活性炭素繊維層の接続界面の機械的強度を高めることができるとともに、混在層を湿式抄造により形成するので、その混在層の各種特性を要望する燃料電池の構成に応じて簡単に変えることができる利点がある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る炭素繊維多孔質シートの縦断面図である。
図１に示す炭素繊維多孔質シート１は、炭素繊維層３上に活性炭素繊維層５を積層した構成としてある。炭素繊維層３は前記一方の面側としての裏面２側に形成してあり、活性炭素繊維層５は前記他方の面側としての表面４側に形成してある。
炭素繊維層３は、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、フェノール系炭素繊維、セルロース系炭素繊維の中から選ばれた１種あるいは２種以上の混合物を用いて形成される。この混合は同一組成系炭素繊維を用いても異種組成系炭素繊維を用いてもよい。さらに同一組成系炭素繊維、異種組成系炭素繊維を用いる場合に限らず、機械的強度が大きく、ガス拡散に適した嵩密度を有し、電気集電体として最適な炭素繊維層を形成できるように繊維の太さや、繊維の長さを選択する。なお、使用する炭素繊維は、異なる太さの繊維や、異なる長さの繊維を混合することも可能である。
【００２２】
活性炭素繊維層５は、ポリアクリロニトリル系活性炭素繊維、ピッチ系活性炭素繊維、フェノール系活性炭素繊維、セルロース系活性炭素繊維の中から選ばれた１種あるいは２種以上の混合物を用いて形成される。この混合は同一組成系活性炭素繊維を用いても異種組成系活性炭素繊維を用いてもよい。さらに同一組成系活性炭素繊維、異種組成系活性炭素繊維を用いる場合に限らず、表面積や細孔分布状態の異なる活性炭素繊維を組み合わせて金属触媒の担持に適した活性炭素繊維層を形成することも可能である。また、ガス拡散性の観点から、異なる太さの活性炭素繊維や、異なる長さの活性炭素繊維を混合したりすることもできる。上記のような炭素繊維層３と活性炭素繊維層５とを積層し、加熱乾燥して炭素繊維多孔質シート１を製造する。
【００２３】
図２は複層抄紙製造法に用いる抄造装置の一例を示す概略構成図である。
この抄造装置は、スラリーが収容される複数の槽を有する槽体部６と、上がり傾斜を持って搬送される抄き網７と、抄き網７の下側に配設され、吸引ポンプ（図示せず）などによりスラリーの脱水程度を調整する脱水部８と、槽体部６内の第１槽９に炭素繊維スラリーを供給するＡライン供給系１０と、槽体部６内の第２槽１１に活性炭素繊維スラリーを供給するＢライン供給系１２と、を備えている。
【００２４】
図２に示す構成では、槽体部６内に第１槽９と第２槽１１が設けられ、第１制御板１３と第２制御板１４が設けられた構成を示してある。
上記抄造装置を使用した炭素繊維多孔質シートの製造方法の一例を説明する。
まず、炭素繊維ウエブおよび活性炭素繊維ウエブの抄紙に際して、炭素繊維相互の絡みと接着性を向上させ、炭素繊維多孔質シートの機械的強度と耐久性を保持するために、スラリー生成時に繊維状バインダーと有機高分子バインダーを加える。この製造法では、繊維状バインダーとしてはポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系繊維バインダーやセルロース系繊維バインダーなどを用いることができる。また、炭素繊維を均一に分散させ、ウエブの密度の均質性を向上させるために、有機系および無機系の分散剤を使用することが好ましい。
【００２５】
図２に示す抄造装置のＡライン供給系１０のタンクに炭素繊維、上記繊維バインダーを入れ、繊維濃度が１〜４％になるように水で希釈・分散させ、これにＰＶＡ、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などの有機高分子系バインダーと分散剤を加え、繊維の分散状態を安定化させて炭素繊維のスラリーを製造する。また、Ｂライン供給系１２のタンクには活性炭素繊維、上記繊維バインダーを入れ、繊維濃度が１〜４％になるように水で希釈・分散させ、これに前記有機高分子系バインダーと分散剤を加え、繊維の分散状態を安定化させて活性炭素繊維のスラリーを製造する。
【００２６】
そして上記炭素繊維のスラリーをさらに水で１００倍〜２００倍程度に希釈したスラリーを作り、抄き網７を用いて前記の希釈されたスラリーによって炭素繊維ウエブを形成させ、この表面に、直ちにＢライン供給系１２の活性炭素繊維のスラリーをさらに水で１００倍〜２００倍程度に希釈したスラリーを抄き、活性炭素繊維ウエブを積層させる。
【００２７】
炭素繊維ウエブと活性炭素繊維ウエブが積層された後、加熱乾燥して炭素繊維多孔質シートを連続して製造する。この複層抄紙製造法によって炭素繊維多孔質シートを製造する方法であれば、炭素繊維ウエブが十分脱水していない状態で活性炭素繊維スラリーが供給されて活性炭素繊維ウエブが積層されるので、炭素繊維ウエブと活性炭素繊維ウエブの界面で炭素繊維相互の絡み合いが生じ、炭素繊維層と活性炭素繊維層が剥離しにくく、シート全体の機械的強度を向上させることができる。さらに層と層の界面において隙間などの欠陥を発生させずに、シート幅方向の全域において界面域の均質性を高く維持した状態で製造することができる。
【００２８】
Ａライン供給系１０のスラリー量とＢライン供給系１２のスラリー量および各スラリー濃度を調整することにより炭素繊維層と活性炭素繊維層の割合と密度を自由に変化させることができる。このスラリー側の変化のみならず、必要に応じて抄き網７の傾斜角度を調整することで抄紙される繊維の嵩密度を調整することもできる。
なお、炭素繊維多孔質シートの製造装置は、図２に示した抄造装置に限定されるものではなく、炭素繊維ウエブの表面に活性炭素繊維ウエブを積層できる抄造装置であれば、その構成は問わない。また、必要により活性炭素繊維の濃度を３段階に変えた３槽を有する抄造装置を用いても良い。
【００２９】
炭素繊維の濃度、繊維の太さと長さは形成される多孔質炭素繊維シートの機械的強度、嵩密度、導電性を大きく左右するのでその選定は非常に重要である。本実施形態に係る製造法においては、炭素繊維の濃度は０．０１〜０．４重量％で抄紙可能であるが、好ましくは０．０１〜０．２重量％である。繊維の太さはガス拡散性を左右する嵩密度に大きく影響を与える。本製造法では、繊維の太さは０．１〜１０デシテックスのものが使用できるが、好ましくは０．２〜３デシテックスである。繊維の長さは３〜１０ｍｍのものが好ましい。
【００３０】
また、同様に活性炭素繊維の濃度、繊維の太さと長さは炭素繊維多孔質シートの形成に重要な要素であり、その表面積、細孔径および細孔分布は金属触媒の担持量と晶析する金属微粒子の大きさに関与し、電極の性能を支配するので、その選択は重要である。本製造法においては、活性炭素繊維の濃度は０．０１〜０．４重量％で抄紙可能であるが、好ましくは０．０１〜０．２重量％である。繊維の太さは０．１〜１０デシテックスのものが使用できるが、好ましくは０．２〜３デシテックスである。繊維の長さは３〜１０ｍｍのものが好ましい。また、比表面積は大きいほど金属触媒の担持領域が増して好ましいが、比表面積は３００〜２０００ｍ２／ｇ、細孔径は１０〜３０Å（オングストロング）のものが特に好ましい。
但し、比表面積が２０００ｍ２／ｇを越すと炭素繊維が脆くなり、ハンドリングの際に破砕し、粉落ちなどが起こり易く、電極性能が劣化し易い。また、３００ｍ２／ｇ以下では担持触媒量が少なくなり、結果として電極性能が低下する。
【００３１】
図３は、前記第３発明に係る炭素繊維多孔質シートの一例を示す縦断面図である。
図３は炭素繊維層３と活性炭素繊維層５の間に混在層１５が設けられている構成を示している。この混在層１５の形成方法は、前記したように、炭素繊維ウエブが十分脱水していない状態で活性炭素繊維スラリーを供給することによって炭素繊維ウエブと活性炭素繊維ウエブの界面で炭素繊維相互の絡み合いを利用する方法や、もっと積極的に、例えば図２に示す抄造装置において第１槽９と第２槽１１の間に炭素繊維スラリーと活性炭素繊維スラリーが混在する混合スラリー域を形成させることにより混在層１５を形成する方法などがある。
【００３２】
【実施例】
以下、具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
炭素繊維（東邦テナックス株式会社製ベスファイトＨＴＡ−Ｃ３−０Ｗ）２４３部をＡライン供給系のスラリータンクに投入し、水を加え均一に分散・解繊し、十分分散させる。次いで、ＰＶＡの繊維バインダー（クラレ株式会社製ＶＰＢ１０５−２、繊維長３ｍｍ）を炭素繊維とＰＶＡとの合計重量に対して１０％となるように均一に分散させ、希薄な炭素繊維のスラリーを造る。このスラリーを水で１０倍に希釈して、所定の流量で抄き網上に送り炭素繊維ウエブを連続的に作成する。
【００３３】
また、活性炭素繊維（二村化学株式会社製ＡＣＦ  ＣＨＦ−１０Ｋ、比表面積１０００ｍ２／ｇ、細孔径２０Å）８１部をＢライン供給系のスラリータンクに投入し、水を加えて均一に分散・解繊し、十分分散させる。次いでＰＶＡの繊維バインダー（クラレ株式会社製ＶＰＢ１０５−２、繊維長３ｍｍ）を活性炭素繊維とＰＶＡの合計量に対して１０％となるように均一に分散させ、希薄な活性炭素繊維のスラリーを作成する。このスラリーを水で１０倍に希釈して、Ａライン供給系で作成した炭素繊維のウエブの表面に所定流量で連続的に送り活性炭素繊維のウエブを積層して炭素繊維多孔質シートを製造した。
Ａライン供給系のスラリーの送り量とＢライン供給系のスラリーの送り量の比を９対１とした。
【００３４】
（実施例２）
Ａライン供給系のスラリーの送り量とＢライン供給系のスラリーの送り量の比を８対２にする以外は実施例１と同様にして製造した。
（実施例３）
Ａライン供給系のスラリーの送り量とＢライン供給系のスラリーの送り量の比を７対３にする以外は実施例１と同様にして製造した。
【００３５】
（実施例４）
Ａライン供給系の炭素繊維（東邦テナックス株式会社製ベスファイトＨＴＡ−Ｃ３−０Ｗ）２４３部を水に分散し、Ｂライン供給系の活性炭素繊維（東邦テナックス株式会社製ファインガードＦＣ−３００−４、比表面積３００ｍ２／ｇ）８１部を水に分散する以外は実施例１と同様にして製造した。但し、Ａライン供給系のスラリーの送り量とＢライン供給系のスラリーの送り量の比を８対２とした。
【００３６】
（比較例１）
炭素繊維（東邦テナックス株式会社製ベスファイトＨＴＡ−Ｃ３−０Ｗ）２７０部をＡライン供給系のスラリータンクに投入し、水を加え均一に分散・解繊し、十分分散させる。次いで、ＰＶＡの繊維バインダー（クラレ株式会社製ＶＰＢ１０５−２、繊維長３ｍｍ）を炭素繊維とＰＶＡとの合計重量に対して１０％となるように均一に分散させ、希薄な炭素繊維のスラリーを造る。このスラリーを水で１０倍に希釈して、所定の流量で抄き網上に送り炭素繊維ウエブを連続的に作成、乾燥して炭素繊維多孔質シートを製造した。
【００３７】
（比較例２）
活性炭素繊維（二村化学工業株式会社製ＡＣＦ  ＣＨＦ−１０Ｋ、比表面積１０００ｍ２／ｇ、細孔径２０Å）２７０部をＡライン供給系のスラリータンクに投入し、水を加えて均一に分散・解繊し、十分分散させる。次いでＰＶＡの繊維バインダー（クラレ株式会社製ＶＰＢ１０５−２、繊維長３ｍｍ）を活性炭素繊維とＰＶＡの合計量に対して１０％となるように均一に分散させ、希薄な活性炭素繊維のスラリーを造る。このスラリーを水で１０倍に希釈して、所定流量で抄き網上に送り活性炭素繊維のウエブを連続的に作成、乾燥して活性炭素繊維多孔質シートを製造した。
【００３８】
（比較例３）
活性炭素繊維（東邦テナックス株式会社製ファインガードＦＣ−３００−４、比表面積３００ｍ２／ｇ）２７０部をＡライン供給系のスラリータンクに投入し、水を加えて均一に分散・解繊し、十分分散させる。次いでＰＶＡの繊維バインダー（クラレ株式会社製ＶＰＢ１０５−２、繊維長３ｍｍ）を活性炭素繊維とＰＶＡの合計量に対して１０％となるように均一に分散させ、希薄な活性炭素繊維のスラリーを造る。このスラリーを水で１０倍に希釈して、所定流量で抄き網上に送り活性炭素繊維のウエブを連続的に作成、乾燥して多孔質炭素繊維シートを製造した。
【００３９】
（性能の測定方法）
多孔質炭素繊維シートの形状および性能は下記の方法により測定した。
坪量は、縦１０ｃｍ、横１０ｃｍの炭素繊維多孔質シートの重量を化学天秤で測定し、面積で除算して求めた。
シートの厚さは、ピーコックゲージを用いて、測定１０ｍｍφ、測定圧１．７７Ｎの条件で測定した。
【００４０】
嵩密度は、坪量を厚さで除算して求めた（嵩密度＝坪量÷厚さ）。
引張強度は、幅１５ｍｍの試験片を島津製作所製テンシロンＡＧＳ−１００Ａ型引張強度測定装置を用いて測定した。
列断長は、下記の計算式により算出した。
列断長＝引張強度÷（坪量×試験片の幅）
表面抵抗は、横河電機製デジタルマルチメータ３５３３−０２を用いて電極間１０ｃｍで測定した。
比表面積はＢＥＴ表面積測定装置を用いて測定した。
表１は上記実施例、比較例の組成比の一覧を示す表、表２は上記実施例、比較例の炭素繊維多孔質シートとしての性能を示す表である。
【００４１】
【表１】
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【表２】
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【００４２】
表２から活性炭素繊維を用いた比較例２の列断長が小さく、強度が弱いのに対して、実施例１〜実施例４は炭素繊維層の上に活性炭素繊維層を積層したことにより、機械的強度を高めることができていることが分かる。
また、実施例１〜実施例４はセパレータ側に配置される裏面の表面抵抗は６．０〜７．０Ωであり、セパレータが配置される側の集電性能を炭素繊維で構成された比較例１と同様に電気伝導性を高く維持できていることが分かる。
【００４３】
一方、固体高分子電解質膜側に配置される表面側の特性に関しては、実施例１〜実施例３に示すように活性炭素繊維スラリーの流量比率を増加させるだけで表面抵抗、比表面積を順次大きくすることができることが分かる。つまり、炭素繊維が全く混入されていない活性炭素繊維のみで比較例２に示す表面抵抗及び比表面積の値が出ていることを考え合わせると、抄造装置の抄造条件を適宜、調整することにより、炭素繊維層の集電性を低下させずに、活性炭素繊維層において触媒の担持に最適な比表面積を設定し得ることが期待できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る炭素繊維多孔質シートの縦断面図である。
【図２】図２は複層抄紙製造法に用いる抄造装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】図３は炭素繊維層と活性炭素繊維層の間に混在層を有する炭素繊維多孔質シートの一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…炭素繊維多孔質シート、２…裏面（一方の面）、３…炭素繊維層、４…表面（他方の面）、５…活性炭素繊維層、７…抄き網、１５…混在層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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