(57)【要約】【課題】  薄く緻密で導電性に優れた、燃料電池用ガス拡散層基材に適した炭素繊維織編物であり、ドレープ性に欠け剛直なので、燃料電池用ガス拡散層基材として使用した際、リブ付き分離板（リザーブプレートともいう。）の溝部を埋めることがないので燃料ガスおよび酸素等のガスの流量低下を防ぐことができる炭素繊維織編物を提供する。【解決手段】  単繊維繊度０．１〜５ｄｔｅｘ、総繊度２０〜４００ｄｔｅｘの炭素化したマルチフィラメント加工糸からなる炭素繊維織編物である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
単繊維繊度０．１〜５ｄｔｅｘ、総繊度２０〜４００ｄｔｅｘの炭素化したマルチフィラメント加工糸からなる炭素繊維織編物。
【請求項２】
ＪＩＳ  Ｌ  １０９６  ８．１９．１  Ａ法による剛軟度１５ｃｍ以上である、請求項１記載の炭素繊維織編物。
【請求項３】
炭素化したマルチフィラメント加工糸が交絡糸である請求項１又は２記載の炭素繊維織編物。
【請求項４】
炭素化したマルチフィラメント加工糸が実撚糸である請求項１又は２記載の炭素繊維織編物。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項記載の炭素繊維織編物からなる燃料電池用ガス拡散層基材。
【請求項６】
単繊維繊度０．２〜６ｄｔｅｘ、総繊度５０〜５００ｄｔｅｘの炭素化可能なマルチフィラメントを糸加工した後、織編物とし、炭素化する請求項１〜４のいずれか一項の炭素繊維織編物の製造方法。
【請求項７】
炭素化可能なマルチフィラメントに交絡処理を施した後織編物とし炭素化する、請求項６記載の炭素繊維織編物の製造方法。
【請求項８】
炭素化可能なマルチフィラメントに撚糸加工を施した後織編物とし炭素化する、請求項６記載の炭素繊維織編物の製造方法。
【請求項９】
同一の燃料電池運転環境下において、カソードガスの種類による発電特性の差がない燃料電池用ガス拡散層基材。
【請求項１０】
セル温度８０℃の燃料電池運転時の内部抵抗とセル温度６０℃の燃料電池運転時の内部抵抗との差が１５ｍΩ以下である燃料電池用ガス拡散層基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維織編物およびその製造方法、該炭素繊維織編物からなる燃料電池用ガス拡散層基材に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維織編物は、従来から主に複合材料の基布として広く生産されている。又、炭素繊維織編物は、導電性が良好なことや機械的強度や耐蝕性に優れていることより、導電性基材としても注目されてきた。
【０００３】
固体高分子型燃料電池のガス拡散層基材は、ガス拡散性、ガス透過性、保水性、強度、柔軟性、電極製造時や電極を組んだときの圧縮に耐える強度等が必要とされる。また、固体高分子型燃料電池はリン酸型燃料電池に比べて小型のものが要求されているため、ガス拡散層基材も薄型のものが必要とされている。このような固体高分子型燃料電池用のガス拡散層基材としては、炭素繊維紙や炭素繊維織編物を基材としたものが主流となっている。
【０００４】
特許文献１には、アクリル繊維束を製織後、酸化処理、炭化処理するにあたっての織物形態と焼成工程通過性、ＣＦＲＰ機械特性の好ましい相関をパラメータ化したものが提案されている。しかし、アクリル繊維束の糸加工については製織性向上のみを目的としており、その性能面に関して十分に記載しているとは言えない。
特許文献２には、炭化可能な原料有機繊維を編地としてから炭化した活性炭布帛が提案されているが、皺を抑える為に焼成温度を１０００℃以下としており、これでは導電性に優れたものは得られなかった。
【０００５】
特許文献３には、耐炎化繊維を交絡処理後賦活処理する方法が提案されている。この方法は、織編物にする加工性、糸強度保持には有効であるものの、酸化処理−空気交絡−賦活処理と、焼成工程を２回通過せねばならず、効率的な生産やコスト抑制には適している
とは言い難い。
特許文献４には、通気性と剛性を兼ね備えた導電性炭素質繊維シートが提案されている。しかし剛性を得るためにはバインダーによる繊維相互の結着が必要であった。
特許文献５には、ポリアクリルニトリル系酸化繊維を空気交絡後織物とし、圧縮処理して繊維断面形状を扁平とする炭化繊維織物が提案されている。しかし、エア交絡の効果が圧縮処理でどの程度まであるのか不明瞭であった。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５６−１０１９１７号公報
【特許文献２】特開昭５８−２１３６１５号公報
【特許文献３】特開昭５９−２２７７０５号公報
【特許文献４】特開２００２−３２７３５５号公報
【特許文献５】特開２００３−６４５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を克服し、効率良く、ガス拡散性、導電性に優れ且つ薄い燃料電池用ガス拡散層基材に適した織編物およびその製造方法、並びに、低加湿環境下でも良好な電池性能を発揮可能な燃料電池用ガス拡散層基材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の要旨は、単繊維繊度０．１〜５ｄｔｅｘ、総繊度２０〜４００ｄｔｅｘの炭素化したマルチフィラメント加工糸からなる炭素繊維織編物である。
第二の要旨は、単繊維繊度０．２〜６ｄｔｅｘ、総繊度５０〜５００ｄｔｅｘの炭素化可能なマルチフィラメントを糸加工した後、織編物とし、炭素化する前記炭素繊維織編物の製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、薄く緻密で導電性に優れた、燃料電池用ガス拡散層基材に適した織編物を得ることができる。又、本発明の炭素繊維織編物はドレープ性に欠け剛直なので、燃料電池用ガス拡散層基材として使用した際、リブ付き分離板（リザーブプレートともいう。）の溝部を埋めることがないので燃料ガスおよび酸素等のガスの流量低下を防ぐことができる。更に、一貫した焼成工程や従来から広く普及した設備を用いることで、低コストで生産が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の炭素繊維織編物は、炭素化可能なマルチフィラメントを炭素化した後に織編物としたものでも、織編物にした後に炭素化したものでも良い。
炭素化可能なマルチフィラメントの原料としても、ポリアクリロニトリル系繊維、レーヨン繊維、ピッチなどいずれであっても良いが、炭素化した際マルチフィラメントの機械的強度が比較的高いポリアクリロニトリル系繊維が好ましい。
【００１１】
ここでいうポリアクリロニトリル系繊維とは、原料としてアクリロニトリルを主成分とするポリマーを用いて製造されるものである。ポリアクリロニトリル系繊維は２００〜４００℃の空気雰囲気中で該繊維を加熱焼成して酸化繊維に転換する耐炎化工程、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性雰囲気中でさらに３００〜２５００℃に加熱して炭化する炭化工程を経て、炭素化したマルチフィラメントとなる。
【００１２】
本発明においては、炭素化したマルチフィラメントが単繊維繊度０．１〜５ｄｔｅｘ、総繊度２０〜４００ｄｔｅｘであることが必要である。炭素化したマルチフィラメントの単繊維繊度が０．１ｄｔｅｘ未満の場合は、毛羽が発生しやすく、強度の劣るものとなり、逆に５ｄｔｅｘを越える場合は柔軟性に欠けたものとなる。更に単繊維繊度の下限は、０．５ｄｔｅｘ以上が導電性効果があり好ましく、上限は１．５ｄｔｅｘ以下が取り扱い性においても好ましい。
【００１３】
炭素化したマルチフィラメントの繊度が２０ｄｔｅｘ未満の場合は、緻密で肉薄な織編物を形成しやすいものの製造コストが高くなり、逆に４００ｄｔｅｘを越える場合は、ガス拡散層基材に適した緻密で肉薄な織編物とは成り難い。更に繊度の下限は、１００ｄｔｅｘ以上が耐圧縮性の面で好ましく、上限は３５０ｄｔｅｘ以下が柔軟性の面で好ましい。
【００１４】
又、本発明においては、炭素化したマルチフィラメントが加工糸であることが必要である。本発明で加工糸とは、一般的に実施される糸加工によって形成される形態を有する糸を言い、具体的には、フィラメント束の単繊維同士で交絡やループを有するもの、実撚を有するもの、合燃されたもの、捲縮を有するもの、芯鞘構造を有したもの等が挙げられる。本発明の加工糸の形態は、織物構造に起因し経糸と緯糸の組織拘束によって付与されたり、編物構造に起因し形成されるクリンプとは異なる。一般的に、炭素化されたマルチフィラメントは直線状の方が強度維持でき好ましいとされるが、形成された織編物については、単繊維同士が何らかの形で集束していないと単繊維の折れや毛羽の発生によりかえって強度維持に不利になる。
又、燃料電池用ガス拡散層基材とした場合は、フィラメント束や単繊維の変形により適度な嵩高が得られ耐圧縮性が向上する方が好ましい。
【００１５】
本発明の炭素繊維織編物は、ＪＩＳ  Ｌ１０９６  ８．１９．１Ａ法による剛軟度が１５ｃｍ以上である。この測定方法では、試料長が約１５ｃｍとされているので、事実上、測定台と非接触ということになり、剛直であることを意味する。本発明の炭素繊維織編物は、剛直であることで、燃料電池用ガス拡散層基材として使用し、セルスタックを組む際にもセパレーターの溝部に埋まることがないので、ガスや水の拡散性能の低下を防ぐことができる。
【００１６】
本発明では、炭素化したマルチフィラメント加工糸が交絡糸であることが望ましい。
本発明で交絡糸とは、フィラメント束の単繊維同士が絡んだものやループを有するものをいう。交絡の程度は特に限定されないが、交絡部数が２０〜２５０個／ｍであることが燃料電池用ガス拡散層基材として好適である。交絡部数が２０個／ｍ未満だと良好な集束を維持できず、２５０個／ｍより多いと単繊維の屈曲が多くなり過ぎ、毛羽の発生につながりやすい。より好ましくは５０〜１００個／ｍであり、安定した交絡形態を維持できる。
【００１７】
又、最大非交絡部長が１５ｍｍ以下であることが望ましい。最大非交絡部長とは、マルチフィラメント長手方向に有する連続した交絡部の間の長さのことであり、次のように測定する。
長さ約１ｍの交絡糸の一方の端を固定し、もう一方の端に総繊度（ｄｔｅｘ）×０．０３（ｍＮ）の荷重をかけ垂直に垂らし、固定した所から５ｃｍ下を起点として、針状のものの直径０．５ｍｍ以下の部分をマルチフィラメント束の中央（フィラメント本数をほぼ同数ずつに分ける）に刺し、荷重を総繊度（ｄｔｅｘ）×０．３（ｍＮ）掛けつつ、速度２ｃｍ／秒で下降させ、速度を維持できなくなったところの長さを測る。起点から最初に針が抵抗を受けて下降できなくなる地点までの長さを、非交絡部長とする。なお、この単繊維同士がよく交絡しているた
めに針が下降できない部分が交絡部である。
【００１８】
停止した針は、その交絡部の直下を起点として同様に非交絡部長を繰り返し測定する。連続して５０ｃｍ以上測定し、最大となる非交絡部の長さを最大非交絡部長とする。
【００１９】
最大非交絡部長が１５ｍｍより長いと良好な集束性が得られない。より好ましくは３〜１０ｍｍが安定した集束性を得られる。また、各非交絡部長はバラツキが少なく均一な交絡形態であることが好ましい。
【００２０】
本発明では、炭素化したマルチフィラメント加工糸が実撚糸であることも望ましい。本発明で実撚糸とは、追撚糸、複数のフィラメント束の合撚糸や諸撚糸、壁撚糸等をいう。実撚数は特に限定されない。炭素化したマルチフィラメントに適した集束性を付与する程度であれば良い。例えば、追撚糸の場合、実撚数が２０ｔ／ｍ以上であれば集束は得られるが、より好ましくは１００ｔ／ｍ以上がマルチフィラメントの形態が安定する。
【００２１】
以上の炭素化されたマルチフィラメントからなる織編物は、燃料電池用ガス拡散層基材として好適である。本発明において織編物の組織は限定されず、一般的に製造・使用されているもので構わない。例えば、織物では、平織、綾織、朱子織等の基本組織の他、変化組織でも構わない。必要に応じて多重織にしても良い。編物では、経編でも横編でも丸編でもよく、平編、ゴム編等の基本組織の他、変化組織でも構わない。
【００２２】
燃料電池用ガス拡散層基材としてより好ましくは、織編密度の高いものが良い。目視によって織編目間の空隙が見えないもの、つまり、見掛カバーファクターが高く、且つガス拡散性の良好なものが好ましい。
【００２３】
特に、基本的な平織（１本ずつ経糸と緯糸が交錯するもの）で、使用するマルチフィラメントの最大打ち込み本数で構成されたものが好ましい。基本的な平織は、単位面積当たりの経糸と緯糸の交錯点が多く、その際のマルチフィラメントの屈曲も大きくなるため、炭素化後の厚み方向の導電性も良好になる。
【００２４】
本発明の織編物は、そのまま焼成しても、また、織編物に炭素化可能物質を含浸後焼成しても、燃料電池用ガス拡散層基材、特に固体高分子型燃料電池のガス拡散層基材として用いることができる。
本発明の織編物からなる燃料電池ガス拡散層基材は、厚みが０．０５〜０．５ｍｍでかつ嵩密度０．３〜０．８ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。厚みが０．０５ｍｍ未満であると、厚み方向の強度が弱くなり、セルスタックを組んだときのハンドリングに耐えられなくなる。また、０．５ｍｍを越えるとその電気抵抗が高くなり、スタックを積層した際にトータルの厚みが大きくなる。
【００２５】
嵩密度は、０．３〜０．８ｇ／ｃｍ３であることが好ましく、嵩密度が０．３ｇ／ｃｍ３未満である場合、電気抵抗が高くなるうえ、満足できる柔軟性も得られない。また、０．８ｇ／ｃｍ３を越えるとガス透過性が悪くなり、燃料電池の性能が低下する。０．４〜０．７ｇ／ｃｍ３がより好ましい。なお、本発明のガス拡散層基材の厚みは、厚み測定用ダイヤルシックネスゲージを使用し、測定する。このときの測定子の大きさは、直径１０ｍｍで測定圧力は１．５ｋＰａで行う。
【００２６】
嵩密度は、実測した厚みを用いて、以下の式により算出する。
嵩密度（ｇ／ｃｍ３）＝目付（ｇ／ｍ２）／（１０００×厚み（ｍｍ））
【００２７】
本発明の織編物からなる燃料電池ガス拡散層基材の面抵抗は１５Ω・ｃｍ以下、更に好ましくは１０Ω・ｃｍ以下で経方向と緯方向の比が１．５以下であることが好ましく、貫通抵抗は１５Ω・ｃｍ２以下、更には５Ω・ｃｍ２以下であることが好ましい。なお、面抵抗は、ガス拡散層基材の片面に２ｃｍの間隔をあけて銅線をのせ、１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で電流を流した時の抵抗を測定する。
【００２８】
本発明の織編物からなる燃料電池ガス拡散層基材の貫通抵抗は、ガス拡散層基材を銅板にはさみ、銅板の上下から１ＭＰａで加圧し、１０ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で電流を流したときの抵抗値を測定し、次式より求める。
貫通抵抗(Ω・ｃｍ2)＝測定抵抗値(Ω)×試料面積(ｃｍ2)
【００２９】
次に、本発明の織編物の製造方法について説明する。
本発明の製造方法では、得られる織編物のガス拡散層基材としての適性の面で、繊度５０〜５００ｄｔｅｘ、単繊維繊度０．２〜６ｄｔｅｘの炭素化可能なマルチフィラメントを糸加工した後に織編物とし炭素化する。
【００３０】
先述にもある通り、炭素化可能なマルチフィラメントとは、ポリアクリロニトリル系繊維、レーヨン繊維、ピッチなど、炭素化可能な原料をマルチフィラメントとしたものである。炭素化していないので剛直さや脆さもなく、糸加工性および製織性が良好である。
【００３１】
また、本発明でいう糸加工とは、一般的に広く実施される糸加工をいう。具体的には、空気交絡加工、攪乱流加工、旋回流加工、撚糸、合撚、仮撚、芯鞘捲回加工等が挙げられる。これらの処理は、紡糸の最終段階で行っても良いし、紡糸とは別工程で行っても良い。可能ならば紡糸と一貫して行った方がコスト抑制および品質の安定に効果的である。また、これらの処理は単独でも良いし、複数組み合わせても良い。実施の順番も規定されない。
【００３２】
本発明の製造方法においては、炭素化可能なマルチフィラメントの単繊維繊度０．２〜６ｄｔｅｘ、総繊度が５０〜５００ｄｔｅｘであることが必要である。
【００３３】
炭素化可能なマルチフィラメントの単繊維繊度が０．２ｄｔｅｘ未満では、毛羽が発生しやすく、強度の劣るものとなり、逆に６ｄｔｅｘを超えると柔軟性に欠け、繊維間の結着点が少なく、このような炭素化可能なマルチフィラメントを用いて作製したガス拡散層基材は抵抗が大きくなってしまう。更に単繊維繊度の下限は、０．５ｄｔｅｘ以上がマルチフィラメントの製造上も好ましく、上限は１．５ｄｔｅｘ以下が取り扱い性においても好ましい。このような細い単繊維を用いることにより、織編物とした時に柔軟性や高い導電性を得ることができる。
【００３４】
炭素化可能なマルチフィラメントの総繊度が５０ｄｔｅｘ未満の場合は、緻密で肉薄な織編物を形成しやすいものの製造コストが高くなり、逆に５００ｄｔｅｘを越える場合は、緻密な織編物の形成が困難となり、ガス拡散層基材とした場合に性能の均一さに劣るものとなる。更に繊度の下限は、１００ｄｔｅｘ以上が耐圧縮性や柔軟性があり好ましく、上限は４００ｄｔｅｘ以下が好適な厚みを得られやすく好ましい。
【００３５】
本発明の織編物の製造方法では、炭素化可能なマルチフィラメントに予め交絡処理を施した後織編物とし炭素化するのが好適である。
【００３６】
炭素化可能なマルチフィラメント製造時に紡糸撚や巻き取り油剤を付与し、糸条としての集束性を持たせることは一般的に行われているが、本発明ではより集束性が良く製織性良好な糸条とする為に、炭素化可能なマルチフィラメントのフィラメント束に更に交絡処理を施すことが望ましい。
【００３７】
ここでいう交絡処理とは、一般的な糸加工で広く実施されている交絡処理方法をいう。特に、ノズルを使用し圧縮空気流によって単繊維同士を混繊させるもの、微小ループを形成させるものなどが代表的である。この場合のノズルの選定や空気圧や糸条供給率の設定は、マルチフィラメントが損傷を受けず良好な形態を維持できるようであれば構わない。より好ましくは、交絡部数が２０〜２５０個／ｍ、非交絡部長が１５ｍｍ以下となるように条件設定すると、燃料電池用ガス拡散層基材に好適な炭素繊維織編物の形成に適した糸条を得ることができる。
【００３８】
本発明では、炭素化可能なマルチフィラメントに予め撚糸加工を施した後織編物とし炭素化することが好適である。ここでいう撚糸加工とは、一般的な糸加工で広く実施されている撚糸方法をいう。単純な追撚だけでなく、複数本の糸条の合撚や諸撚、壁撚でも構わない。撚糸数、撚方向は特に制限されないが、マルチフィラメントが損傷を受けず、糸条自身のトルクで工程通過性に悪影響を及ぼさない範囲に設定するのが好ましい。より好ましくは、実撚数が１００ｔ／ｍ以上であると好適な集束性を維持できて良い。撚糸加工に使用する装置も限定されない。例えば、一般的に広く使用されているダウンツイスター、アップツイスター、ダブルツイスター、意匠撚糸機が挙げられる。
【００３９】
その他、糸加工の例として仮撚加工が挙げられるが、一般的な糸加工で広く実施されている仮撚方法をいう。例えば、加撚−熱固定−解撚により捲縮を付与する方法、加熱されたボックスの中に糸条を押し込むことによって捲縮を付与する方法、ギア等の凹凸のあるもので加圧して捲縮を付与する方法等が挙げられる。
いずれの場合においても、マルチフィラメントが毛羽立たない程度の条件に設定することが好ましい。毛羽があると、織編物製造工程通過性に影響する他、織編物に炭素化可能物質を含浸する際や焼成を行う際に、毛羽脱落が起こる場合も有り、強力や外観の面でも好ましくない。
【００４０】
予めマルチフィラメントに好ましい集束性を付与することで、織編物製造の際の工程通過性が向上し、また、織編物の品位も安定する。更に、燃料電池用ガス拡散層基材として本発明の炭素繊維織編物を使用するに際しても、マルチフィラメントや織編物設計に加え、糸加工条件の選択によって、ガス拡散層基材として要求される多様な特性を実現できる。
本発明のガス拡散層基材を使用した固体高分子型燃料電池は、同一の燃料電池運転環境下において、カソードガスの種類による発電特性の差がほとんど無い。つまり、通常は酸素供給の方が良好な性能を得られるが、本発明においては供給ガスが酸素であっても空気であっても同等の電池性能が得られる。これは、ガスおよび生成水の拡散性能に優れることに起因する。
【００４１】
また、本発明のガス拡散層基材を使用した固体高分子型燃料電池は、燃料電池運転時の内部抵抗が、セル温度によって余り変化せず、セル温度８０℃の燃料電池運転時の内部抵抗とセル温度６０℃の燃料電池運転時の内部抵抗との差が１５ｍΩ以下である。通常は高加湿環境下では電解質膜が十分に保湿されるため内部抵抗は良好であるが、低加湿環境下では電解質膜の乾燥等により内部抵抗が高くなる。ところが、本発明のガス拡散層基材は電解質膜の保水性に優れるため、低加湿環境下でも内部抵抗の上昇が抑えられる。
【００４２】
本発明において、炭素化可能なマルチフィラメントからなる織編物の組織は限定されず、一般的に製造・使用されているもので構わない。例えば、織物では、平織、綾織、朱子織等の基本組織の他、変化組織でも構わない。必要に応じて多重織にしても良い。編物では、経編でも横編でも丸編でもよく、平編、ゴム編等の基本組織の他、変化組織でも構わない。
【００４３】
炭素化可能なマルチフィラメントからなる織編物は、炭素化により収縮することを前提として設計するのが好ましい。
本発明の炭素繊維織編物は、その構成からドレープ性に欠け剛直なので、燃料電池用ガス拡散層基材として使用した際、リブ付き分離板（リザーブプレートともいう。）の溝部を埋めることがないので燃料ガスおよび酸素等のガスの流量低下を防ぐことができる。
【００４４】
本発明の織編物の製造に使用する織機、編機は公知のものが使用でき特に限定しない。炭素化可能な非導電性マルチフィラメントを使用可能なため、電気的な安全対策を特別にする必要もなく、一般に広く普及しているレピア織機、エアジェットルーム、横編機、丸編機等が使用でき、特別な設備が不要な為、コスト的にもメリットがある。
【００４５】
炭素化可能なマルチフィラメントによる織編物は、２００〜４００℃の空気雰囲気中で加熱焼成して酸化繊維に転換する耐炎化工程、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性雰囲気中でさらに３００〜２５００℃に加熱して炭化する炭化工程を経て、炭素繊維織編物となる。これらの工程は連続加工可能であり、作業性およびコスト抑制に効果的である。
【００４６】
本発明の織編物からなる燃料電池ガス拡散層基材は、炭素化する前の織編物、若しくは炭素化した織編物に熱硬化性樹脂を含浸し、加熱加圧により硬化し、次いで炭素化することにより燃料電池ガス拡散層基材としても良い。
本発明の織編物の炭素化は、全長にわたって連続で行うことが好ましい。ガス拡散層基材が長尺であれば、ガス拡散層基材の生産性が高くなるだけでなく、その後工程のＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜電極接合体）製造も連続で行うことができ、燃料電池のコスト低減化に大きく寄与することができる。
【００４７】
以上から最終的に得られるガス拡散層基材は、少なくとも外径５０ｃｍ以下、さらに好ましくは外径４０ｃｍ以下のロールに巻き取ることが好ましい。外径５０ｃｍ以下のロールに巻き取ることができれば、ガス拡散層基材としての製品形態をコンパクトにでき、梱包や輸送コストの面でも有利である。
【００４８】
実施例
以下、本発明を実施例により、説明する。
なお、各実施例、比較例で使用する炭素化可能なマルチフィラメントおよびその加工糸の性状と織密度、得られた炭素繊維織編物の特性評価結果を表１に示す。
なお、炭素繊維織編物の剛軟度は、ＪＩＳ  Ｌ  １０９６  ８．１９．１  Ａ法によった。
以下、本発明を実施例により説明する。
【実施例１】
【００４９】
アクリロニトリル系マルチフィラメント３６０ｄｔｅｘ／３００ｆに紡糸巻取り前に１５ｔ／ｍ（Ｓ方向）の実撚を加えたものに、空気交絡ノズルで間歇的に交絡部を付与し、集束性良好な加工糸を得た。なお、空気交絡処理後には紡糸巻取り時に付与した実撚は不明瞭となった。この加工糸でレピア織機を用いて平織物を製織した。次いで空気雰囲気中で３００℃、更に窒素雰囲気中で２０００℃に加熱して焼成し、炭素繊維織物を得た。この織物は、貫通抵抗、面抵抗共低く、ガス拡散層基材に適したものであった。
【実施例２】
【００５０】
実施例１と同様にして得られた加工糸３６０ｄｔｅｘ／３００ｆで、レピア織機を用いて朱子織物を製織した。次いで同様に焼成したところ、実施例１で得られたものより厚手の、ガス拡散層基材に適した炭素繊維織物が得られた。
【実施例３】
【００５１】
実施例１と同様にして得られた３６０ｄｔｅｘ／３００ｆに、ダウンツイスターで１００ｔ／ｍ（Ｓ方向）の実撚を付与した。この実撚糸で実施例１同様に織物とした後焼成したところ、実施例１で得られた織物よりは貫通抵抗、面抵抗に劣るもののガス拡散層基材に適した炭素繊維織物が得られた。
【実施例４】
【００５２】
紡糸巻取り前に１５ｔ／ｍ（Ｓ方向）の実撚を加えたアクリロニトリル系マルチフィラメント１９０ｄｔｅｘ／１６０ｆに、空気交絡ノズルで間歇的に交絡部を付与し、集束性良好な加工糸を得た。なお、空気交絡処理後には紡糸巻取り時に付与した実撚は不明瞭となった。この加工糸でレピア織機を用いて平織物を製織した。次いで空気雰囲気中で３００℃、更に窒素雰囲気中で２０００℃に加熱して焼成し、この炭素繊維織物を得た。この織物は、実施例１〜３より薄手で、貫通抵抗、面抵抗共低く、ガス拡散層基材に適したものであった。
この炭素繊維織物にポリテトラフルオロエチレンを１０％付着させて撥水処理し、ＭＥＡを作成し電池性能評価を行ったところ、図１のような発電性能であった。同一の燃料電池運転環境下（セル温度８０℃、６０℃）において、カソードガスが酸素でも空気でも同等の性能が得られた。
また、カソードガスに酸素を供給し、セル温度８０℃と６０℃とでそれぞれ内部抵抗を測定した。図２のようにセル温度の変化による内部抵抗の変化は小さく（最大でも５ｍΩ）、低加湿下でも良好な性能が得られた。
（比較例１）
【００５３】
実施例１のアクリルニトリル系マルチフィラメントを、そのまま特に糸加工を実施せずに実施例１と同様の規格の平織物を製織しようとしたところ、経糸同士の擦れによる毛羽の発生とその伝染が顕著であり、製織困難であった。
【００５４】
【表１】
2005097752.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００５５】
上記のような問題点を克服し、効率良く、ガス拡散性、導電性に優れ且つ薄い燃料電池用ガス拡散層基材に適した織編物およびその製造方法、並びに、低加湿環境下でも良好な電池性能を発揮可能な燃料電池用ガス拡散層基材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施例４の燃料電池運転時の電圧〔Ｃｅｌｌ  ｖｏｌｔａｇｅ（Ｖ）〕の電流密度〔Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｄｅｎｓｉｔｙ（ｍＡ／ｃｍ２）〕依存性を示したグラフである。グラフ中の凡例は以下の意味。    Ｏ２（８０）・・・カソードガスに酸素を供給、セル温度８０℃運転時の電圧    Ｏ２（６０）・・・カソードガスに酸素を供給、セル温度６０℃運転時の電圧    ａｉｒ（８０）・・・カソードガスに空気を供給、セル温度８０℃運転時の電圧    ａｉｒ（６０）・・・カソードガスに空気を供給、セル温度６０℃運転時の電圧
【図２】実施例４の燃料電池運転時の内部抵抗〔Ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ（ｍΩ）〕の電流密度〔Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｄｅｎｓｉｔｙ（ｍＡ／ｃｍ２）〕依存性を示したグラフである。グラフ中の凡例は以下の意味。    Ｏ２（８０）・・・カソードガスに酸素を供給、セル温度８０℃運転時の内部抵抗    Ｏ２（６０）・・・カソードガスに酸素を供給、セル温度６０℃運転時の内部抵抗
【図１】
2005097752.tif 000003
【図２】
2005097752.tif 000004