(57)【要約】【課題】導電性多孔質基材を燃料電池に用いた際に短絡が生じにくく、耐久性が高い燃料電池を得ることができる。【解決手段】炭素繊維を含む導電性多孔質基材であって、  導電性多孔質基材の面内方向を０°として、厚み方向を９０°とした際に、０°以上１０°未満の方向を向いている炭素繊維の数をＮ１、１０°以上９０°以下の方向を向いている炭素繊維の数をＮ２とすると、Ｎ１／Ｎ２が８５／１５〜１００／０であることを特徴とする、導電性多孔質基材。  ここで、Ｎ１及びＮ２は、いずれも０以上１００以下の整数であり、Ｎ１とＮ２の和は１００である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維を含む導電性多孔質基材であって、
導電性多孔質基材の面内方向を０°として、厚み方向を９０°とした際に、０°以上１０°未満の方向を向いている炭素繊維の数をＮ１、１０°以上９０°以下の方向を向いている炭素繊維の数をＮ２とすると、Ｎ１／Ｎ２が８５／１５〜１００／０であることを特徴とする、導電性多孔質基材。
ここで、Ｎ１及びＮ２は、いずれも０以上１００以下の整数であり、Ｎ１とＮ２の和は１００である。
【請求項２】
前記導電性多孔質基材の内部に存在する炭素繊維において、０°以上１０°未満の方向を向いている炭素繊維の数をＮ３、１０°以上９０°以下の方向を向いている炭素繊維の数をＮ４とすると、Ｎ３／Ｎ４が８５／１５〜１００／０であることを特徴とする、請求項１に記載の導電性多孔質基材。
ここで、Ｎ３及びＮ４は、いずれも０以上１００以下の整数であり、Ｎ３とＮ４の和は１００である。
【請求項３】
樹脂炭化物を含み、
前記樹脂炭化物が複数の塊からなり、かつ、
前記導電性多孔質基材の厚みを１００％とした際に、前記樹脂炭化物の塊の短径が３％〜２０％であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の導電性多孔質基材。
【請求項４】
炭素繊維と樹脂炭化物を含む導電性多孔質基材であって、
前記樹脂炭化物が複数の塊からなり、かつ、
前記導電性多孔質基材の厚みを１００％とした際に、前記樹脂炭化物の塊の短径が３％〜２０％であることを特徴とする、導電性多孔質基材。
【請求項５】
前記導電性多孔質基材の断面積を１００％とした際に、前記樹脂炭化物の塊の断面積が１％〜５％であることを特徴とする、請求項３または４に記載の導電性多孔質基材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の導電性多孔質基材の少なくとも片面に微多孔層を有することを特徴とする、ガス拡散電極。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の導電性多孔質基材を有す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】
燃料電池は、水素と酸素を反応させて水が生成する際に生起するエネルギーを電気的に取り出す機構であり、エネルギー効率が高く、排出物が水しかないことから、クリーンエネルギーとしてその普及が期待されている。本発明は、燃料電池に用いられるガス拡散電極に適用可能な導電性多孔質基材に関し、特に、燃料電池の中でも燃料電池車などの電源として使用される高分子電解質型燃料電池に好適な導電性多孔質基材に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子電解質型燃料電池に使用される電極は、高分子電解質型燃料電池において２つのセパレータで挟まれてその間に配置されるもので、高分子電解質膜の両面において、高分子電解質膜の表面に形成される触媒層と、この触媒層の外側に形成されるガス拡散層とからなる構造を有する。電極でのガス拡散層を形成するための個別の部材として、ガス拡散電極が流通している。そして、このガス拡散電極に求められる性能としては、例えばガス拡散性、触媒層で発生した電気を集電するための導電性、および触媒層表面に発生した水分を効率よく除去する排水性などがあげられる。このようなガス拡散電極を得るため、一般的に、ガス拡散能および導電性を兼ね備えた導電性多孔質基材が用いられる。
【０００３】
導電性多孔質基材としては、具体的には、炭素繊維からなるカーボンフェルト、カーボンペーパーおよびカーボンクロスなどが用いられ、中でも機械的強度などの点からカーボンペーパーが最も好ましいとされる。
【０００４】
また、燃料電池は水素と酸素が反応し水が生成する際に生じるエネルギーを電気的に取り出すシステムであるため、電気的な負荷が大きくなると、即ち電池外部へ取り出す電流を大きくすると、多量の水（水蒸気）が発生し、この水蒸気が低温では凝縮して水滴になり、ガス拡散電極の細孔を塞いでしまうと、ガス（酸素あるいは水素）の触媒層への供給量が低下し、最終的に全ての細孔が塞がれてしまうと、発電が停止することになる（この現象をフラッディングという）。
【０００５】
このフラッディングを可能な限り発生させないように、ガス拡散電極には排水性が求められる。この排水性を高める手段として、通常、導電性多孔質基材に撥水処理を施したガス拡散電極基材を用いて撥水性を高めている。
【０００６】
また、上記のような撥水処理された導電性多孔質基材をそのままガス拡散電極として用いると、その繊維の目が粗いため、水蒸気が凝縮すると大きな水滴が発生し、フラッディングを起こしやすい。このため、撥水処理を施した導電性多孔質基材の上に、カーボンブラックなどの導電性微粒子を分散した塗液を塗布し乾燥焼結することにより、微多孔層と呼ばれる層（マイクロポーラスレイヤーともいう）を設ける場合がある。
【０００７】
導電性多孔質基材の炭素繊維の毛羽が高分子電解質膜を貫通すると、短絡や貫通した部分を起点とした高分子電解質膜の劣化により、燃料電池の性能が低下するおそれがある。特に初期の発電への影響は小さくても、燃料電池の起動、停止の繰り返しによる高分子電解質膜の膨潤、収縮の繰り返しにより、短絡や高分子電解質膜の劣化が進行し燃料電池の耐久性を低下させる。
【０００８】
そこで、特許文献１には、導電性多孔質基材の少なくとも片側表面に、気体を吹き付ける処理を行い、樹脂炭化物による結着が外れた炭素短繊維が十分に除去された導電性多孔質基材の製造方法が示されている。
【０００９】
また、特許文献２には、炭素繊維から成る層と撥水層とが積層して成るガス拡散層の撥水層側に複数の連通孔を有する絶縁部材を配置し、さらにガス拡散層と絶縁部材を一対の電極で挟み、一対の電極のそれぞれの背面に一対の面圧板を配置して挟み込み、一対の面圧板によりガス拡散層を加圧する。加圧状態のまま、一対の電極に電圧が印加されると、絶縁部材の連通孔を介して撥水層側の電極に接触している炭素繊維の突き出し部分に電流を流し、ジュール熱による突出した炭素繊維を燃焼除去する方法が示されている。
【００１０】
一方、特許文献３には、炭素短繊維が炭素により結着された導電性多孔質基材の少なくとも一方の面に弾性を有するシートを配置し、連続的な加圧手段を用いて線圧５ｋＮ／ｍ〜３０ｋＮ／ｍで加圧した後、導電性多孔質基材に付着した炭素粉を、刷毛などで掃く方法、吸引する方法、超音波洗浄などの方法で連続的に除去する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−７０４３３号公報
【特許文献２】特開２０１２−３３４５８号公報
【特許文献３】特開２０１２−２０４１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、ガス拡散層の表面はある程度清浄にできるが、高分子電解質膜との接合工程など、ガス拡散層が圧縮された際に新たに炭素繊維の突き出しが発生してしまい、それらが高分子電解質膜に突き刺さってしまって大きな短絡電流が発生してしまうという問題がある。
【００１３】
特許文献２に記載の方法では、発熱の大きい、突出した炭素繊維の細い部分や、放熱の少ない、突出した炭素繊維の長手方向中央付近での燃焼、切断が発生しやすいため、ガス拡散層と切断部の間の突出した炭素繊維が残ったり、切断部より先の突出した炭素繊維が混入したりして、高分子電解質膜の短絡を起こす問題がある。
【００１４】
また、特許文献３に記載の方法でも、導電性多孔質基材の少なくとも一方の面に弾性を有するシートを配置することで、加圧による炭素短繊維除去効果が低減してしまう問題がある。
【００１５】
そこで本発明は、前記のような問題点を克服し、燃料電池に用いた際に短絡が生じにくい導電性多孔質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】
【００１６】
本発明は上記の課題を解決するため、次のような手段を採用するものである。
（１）  炭素繊維を含む導電性多孔質基材であって、
導電性多孔質基材の面内方向を０°として、厚み方向を９０°とした際に、０°以上１０°未満の方向を向いている炭素繊維の数をＮ１、１０°以上９０°以下の方向を向いている炭素繊維の数をＮ２とすると、Ｎ１／Ｎ２が８５／１５〜１００／０であることを特徴とする、導電性多孔質基材。
【００１７】
ここで、Ｎ１及びＮ２は、いずれも０以上１００以下の整数であり、Ｎ１とＮ２の和は１００である。
（２）  炭素繊維と樹脂炭化物を含む導電性多孔質基材であって、
前記樹脂炭化物が複数の塊からなり、かつ、
前記導電性多孔質基材の厚みを１００％とした際に、前記樹脂炭化物の塊の短径が３％〜２０％であることを特徴とする、導電性多孔質基材。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の導電性多孔質基材は、燃料電池に用いた際に短絡が生じにくく、耐久性が高い燃料電池を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、炭素繊維を含む導電性多孔質基材であって、導電性多孔質基材の面内方向を０°として、厚み方向を９０°とした際に、０°以上１０°未満の方向を向いている炭素繊維の数をＮ１、１０°以上９０°以下の方向を向いている炭素繊維の数をＮ２とすると、Ｎ１／Ｎ２が８５／１５〜１００／０であることを特徴とする、導電性多孔質基材である。ここで、Ｎ１及びＮ２は、いずれも０以上１００以下の整数であり、Ｎ１とＮ２の和は１００である。
【００２０】
なお、以下このような本発明を第１の態様といい、第１の態様と後述する第２の態様を総称して、本発明という。
【００２１】
本発明の導電性多孔質基材としては、具体的には、例えば、炭素繊維織物、炭素繊維抄紙体、炭素繊維不織布、カーボンフェルト、カーボンペーパー、カーボンクロスなどの炭素繊維を含む多孔質基材、発泡焼結金属、金属メッシュ、エキスパンドメタルなどの金属多孔質基材を用いることが好ましい。中でも、耐腐食性が優れることから、炭素繊維を含むカーボンフェルト、カーボンペーパー、カーボンクロスなどの多孔質基材を用いることが好ましく、さらには、電解質膜の厚み方向の寸法変化を吸収する特性、すなわち「ばね性」に優れることから、炭素繊維抄紙体を炭化物で結着することで得られる、樹脂炭化物を含む基材、すなわちカーボンペーパーを用いることが好適である。
【００２２】
第１の態様においては、導電性多孔質基材の面内方向を０°として、厚み方向を９０°とした際に、０°以上１０°未満の方向を向いている炭素繊維の数をＮ１、１０°以上９０°以下の方向を向いている炭素繊維の数をＮ２とすると、Ｎ１／Ｎ２が８５／１５〜１００／０である。なお、Ｎ１及びＮ２は、いずれも０以上１００以下の整数である。
【００２３】
前述のとおり、Ｎ１／Ｎ２は８５／１５〜１００／０であり、８４／１６以下になると、導電性多孔質基材の厚さ方向に向いた炭素繊維が多くなり、短絡が起きやすくなるため、Ｎ１／Ｎ２は８５／１５以上が好ましい。
【００２４】
また第１の態様においては、導電性多孔質基材の内部に存在する炭素繊維において、０°以上１０°未満の方向を向いている炭素繊維の数をＮ３、１０°以上９０°以下の方向を向いている炭素繊維の数をＮ４とすると、Ｎ３／Ｎ４が８５／１５〜１００／０であることが好ましい。ここで、Ｎ３及びＮ４は、いずれも０以上１００以下の整数であり、Ｎ３とＮ４の和は１００である。なお、導電性多孔質基材の内部とは、導電性多孔質基材の厚さを１００％とした際に、導電性多孔質基材の表面から２０％以上の長さ内側に入った部分をいう。
【００２５】
Ｎ１／Ｎ２を８５／１５〜１００／０、または、Ｎ３／Ｎ４を８５／１５〜１００／０とするためには、導電性多孔質基材が所望の厚さになるように、加圧処理時の圧力または上下プレス面板の間隔を調整することができる。
【００２６】
本発明の導電性多孔質基材は、例えば、平均繊維長が３〜２０ｍｍの炭素繊維を用いて、乾式抄紙法および湿式抄紙法のいずれかの方法によって炭素繊維シートとすることができる。水を抄紙媒体とする湿式抄紙法の方が、炭素繊維が導電性多孔質基材の面内方向に向きやすい、つまりＮ１／Ｎ２を８５／１５〜１００／０としやすく、さらにＮ３／Ｎ４も８５／１５〜１００／０に制御しやすいために好ましい。すなわち湿式抄紙法を用いると、炭素繊維が厚み方向に向きにくいため、高分子電解質膜を貫通する短絡が発生しにくく、短絡電流を低く抑えることができる。しかも、炭素繊維の分散性が良い均質なシートが得られるため、多数の測定点において短絡電流を低く抑えることができるため、好ましい。
【００２７】
なお、Ｎ３及びＮ４の測定方法は、前述のＮ１及びＮ２の測定方法と同一である。但し、Ｎ３及びＮ４を測定するに際しては、導電性多孔質基材の厚さを１００％とした際に、導電性多孔質基材の表面から２０％以上の長さ内側に入った部分を観察範囲として測定するものとする。
【００２８】
また、形態保持性やハンドリング性等を向上させるためには、炭素繊維シートにポリビニルアルコール、セルロース、ポリエステル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂等の有機質バインダを含有させることが好ましい。その場合、炭素繊維シート１００質量％中に、有機質バインダの合計が１〜３０質量％であることが好ましい。
【００２９】
得られた炭素繊維シートに、残炭率３５％（質量基準）以上の樹脂を含浸するなどして、炭素繊維および樹脂を含む組成物（つまり、炭素繊維シートに樹脂を含浸したシートであり、以下、これを前駆体シートという）を準備して、この組成物を加熱して、樹脂を炭化させることで、炭素繊維及び樹脂炭化物を含む導電性多孔質基材とすることができる。
【００３０】
ここで樹脂は、焼成時に炭化して導電性の樹脂炭化物になる。したがって、焼成後に、炭素繊維が樹脂炭化物で結着された構造の導電性多孔質基材とすることができる。樹脂には、溶媒などを必要に応じて添加してもよい。残炭率が３５質量％以上であると、導電性多孔質基材が機械強度、導電性、熱伝導性の優れたものとなり、好ましい。炭化収率は高ければ高いほど好ましいが、現在の技術水準では一般的に７０質量％以下である。
【００３１】
前駆体シートにするために、炭素繊維シートに対して含浸させる樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。なかでも、残炭率が高いことから、フェノール樹脂が好ましく用いられる。
【００３２】
樹脂には、黒鉛粉末、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどの炭素粉末を含有させることも好ましい。樹脂に炭素繊維を含有させることにより、得られる導電性多孔質基材も炭素粉末を含有することになり、樹脂が炭化する際の収縮やクラック発生が抑制される。したがって、樹脂の炭化物と炭素繊維の結着低下による炭素繊維の脱落や高分子電解質膜の短絡を防止することができ、短絡電流を低く抑えることができる。
【００３３】
本発明の第２の態様は、炭素繊維と樹脂炭化物を含む導電性多孔質基材であって、前記樹脂炭化物が複数の塊からなり、かつ、前記導電性多孔質基材の厚みを１００％とした際に、前記樹脂炭化物の塊の短径が３％〜２０％であることを特徴とする、導電性多孔質基材である。
【００３４】
また、本発明の第１の態様は、樹脂炭化物を含んでもよい。そして、本発明の第１の態様が樹脂炭化物を含む場合には、前記樹脂炭化物が複数の塊からなり、かつ、導電性多孔質基材の厚みを１００％とした際に、前記樹脂炭化物の塊の短径が３％〜２０％であることを特徴とする導電性多孔質基材である。
【００３５】
樹脂炭化物の塊の短径を制御して、導電性多孔質基材の厚みを１００％とした際に樹脂炭化物の塊の短径を３％〜２０％とするためには、加圧処理時の圧力または上下プレス面板の間隔を調整することができる。
【００３６】
本発明においては樹脂炭化物を含むことが好ましい。そしてこの樹脂炭化物は、複数の塊となっていることが好ましい。このようにすることで炭素繊維同士を結着させ、導電性多孔質基材の機械的強度を向上しつつ、導電性多孔質基材内を流れる電子、熱、ガス、水を阻害しにくくなり、燃料電池として高い発電性能を発揮することができる。
【００３７】
本発明において、導電性多孔質基材の厚み１００％とした際に、樹脂炭化物の塊の短径が３％〜２０％であることが好ましい。樹脂炭化物の塊の短径が、導電性多孔質基材の厚みの３％を下回ると、樹脂炭化物が少なすぎて、炭素繊維を結着させることができず、毛羽が発生して短絡が発生する。樹脂炭化物の塊の短径が、導電性多孔質基材の厚みの２０％を超えると、導電性多孔質基材内の電子、熱、ガス、水の流れを阻害し、燃料電池の発電性能が低下する。
【００３８】
さらに、導電性多孔質基材の断面積を１００％とした際に、樹脂炭化物の塊の断面積が１％〜５％であることが好ましい。導電性多孔質基材の断面積を１００％とした際の樹脂炭化物の塊の断面積が１％未満であると、樹脂炭化物量が小さすぎて、炭素繊維を十分結着させることができず、５％を超えると、樹脂炭化物が大きすぎて、導電性多孔質基材内の電子、熱、ガス、水の流れを阻害し、燃料電池の発電性能を低下させる。
【００３９】
樹脂炭化物の塊のサイズを制御して、導電性多孔質基材の断面積を１００％とした際に樹脂炭化物の塊の断面積を１％〜５％とするためには、加圧処理時の圧力または上下プレス面板の間隔を調整することができる。
【００４０】
本発明においてガス拡散性を高める観点から、また、カーボンペーパーなどの導電性多孔質基材の厚みを薄くすることが好ましい。つまりカーボンペーパーなどの導電性多孔質基材の厚みは２２０μｍ以下が好ましく、１５０μｍ以下がさらに好ましく、特に好ましくは１２０μｍ以下であるが、余り薄くすると機械的強度が弱くなり、製造工程でのハンドリングが難しくなるので、通常７０μｍが下限である。
【００４１】
本発明の導電性多孔質基材は、フッ素樹脂を付与することで撥水処理が施されたものが好適に用いられる。フッ素樹脂は撥水性樹脂として作用するので、本発明の導電性多孔質基材は、フッ素樹脂などの撥水性樹脂を含むことが好ましい。導電性多孔質基材が含む撥水性樹脂、つまり導電性多孔質基材が含むフッ素樹脂としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）（たとえば“テフロン”（登録商標））、ＦＥＰ（四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシフッ化樹脂）、ＥＴＦＡ（エチレン四フッ化エチレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）等が挙げられるが、強い撥水性を発現するＰＴＦＥ、あるいはＦＥＰが好ましい。
【００４２】
撥水性樹脂の量は特に限定されないが、導電性多孔質基材の全体１００質量％中に０．１質量％以上２０質量％以下程度が適切である。０．１質量％より少ないと撥水性が十分に発揮されないことがあり、２０質量％を超えるとガスの拡散経路あるいは排水経路となる細孔を塞いでしまったり、電気抵抗が上がったりする可能性がある。
【００４３】
導電性多孔質基材を撥水処理する方法は、一般的に知られている撥水性樹脂を含むディスパージョンに導電性多孔質基材を浸漬する処理技術のほか、ダイコート、スプレーコートなどによって導電性多孔質基材に撥水性樹脂を塗布する塗布技術も適用可能である。また、フッ素樹脂のスパッタリングなどのドライプロセスによる加工も適用できる。なお、撥水処理の後、必要に応じて乾燥工程、さらには焼結工程を加えても良い。
【００４４】
本発明の導電性多孔質基材は、その少なくとも片面に微多孔層を有するガス拡散電極として用いることが好ましい。そこで、以下より微多孔層について説明する。
【００４５】
微多孔層は、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、炭素繊維のチョップドファイバー、グラフェン、黒鉛などの導電性微粒子を含んだ層である。
【００４６】
導電性多孔質基材の少なくとも片面に微多孔層を形成する方法としては、微多孔層塗液をスクリーン印刷、ロータリースクリーン印刷、スプレー噴霧、凹版印刷、グラビア印刷、ダイコーター印刷、バー塗布、ブレード塗布、ナイフコーター等により、塗布する方法が好ましい。微多孔層塗液中の導電性微粒子の濃度は、生産性の観点から、好ましくは５重量％以上、より好ましくは１０質量％以上である。粘度、導電性粒子の分散安定性、塗液の塗布性などが公的であれば濃度に上限はないが、実際的には微多孔層塗液中の導電性微粒子の濃度が５０質量％を超えると塗液としての適正が損なわれることがある。微多孔層塗液を塗布した後に、２５０℃以上４００℃以下に焼結を行うことが一般的である。
【００４７】
また本発明の燃料電池は、本発明の導電性多孔質基材を有することを特徴とする。本発明の燃料電池は、本発明の導電性多孔質基材を有するので、短絡の生じにくい特徴を有する。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。実施例で用いた材料、導電性多孔質基材の作製方法、短絡評価方法を次に示した。
【００４９】
（実施例１）
＜材料＞
東レ（株）製ＰＡＮ系炭素繊維“トレカ”（登録商標）Ｔ３００（平均直径：７μｍ）を短繊維の平均長さ１２ｍｍにカットし、水中に分散させて湿式抄紙法により連続的に抄紙した。さらに、バインダとしてポリビニルアルコールの１０質量％水溶液を当該抄紙に塗布して乾燥させ、炭素繊維の目付が２６ｇ／ｍ２の炭素繊維シートを作製した。ポリビニルアルコールの付着量は、炭素繊維１００質量部に対して１８質量部であった。
【００５０】
次に、熱硬化性樹脂としてレゾール型フェノール樹脂とノボラック型フェノール樹脂を不揮発分が１：１の質量比となるように混合したフェノール樹脂と、炭素粉末として鱗片状黒鉛粉末（平均粒径５μｍ）と、溶媒としてメタノールを用い、熱硬化性樹脂（不揮発分）／炭素粉末／溶媒＝１０質量部／５質量部／８５質量部の配合比でこれらを混合し、均一に分散した樹脂組成物（混合液）を得た。
【００５１】
次に、炭素繊維シートを上記樹脂組成物の混合液に連続的に浸漬し、ロールで挟んで絞る樹脂含浸工程を経た後、ロール状に巻き取って前駆体繊維シートを得た。この際、ロールはドクターブレードで余分な樹脂組成物を取り除くことができる構造を持つ平滑な金属ロールであり、一定のクリアランスをあけて水平に２本配置して炭素繊維シートを垂直に上に引き上げることで全体の樹脂組成物の付着量を調整した。炭素短繊維シートの一方の表面側を金属ロールで、他方の表面側をグラビアロールで挟み、樹脂組成物の含浸液を絞ることで、炭素繊維シートの一方の表面と他方の表面の樹脂組成物の付着量に差を付けた。前駆体繊維シートにおけるフェノール樹脂の付着量は、炭素繊維１００質量部に対し、１０４質量部であった。
【００５２】
プレス成型機に熱板が互いに平行になるようにセットし、下熱板上にスペーサーを配置して、上下から離型紙で挟み込んだ樹脂含浸炭素繊維紙を間欠的に搬送し、圧縮処理した。その際、加圧処理後に所望の前駆体繊維シートの厚さになるように、上下プレス面板の間隔を調整した。
【００５３】
また、加熱加圧、型開き、炭素繊維の送り、を繰り返すことによって圧縮処理を行い、ロール状に巻き取った。圧縮工程における加圧処理後の前駆体繊維シートの０．１５ＭＰａでの厚さを測定したところ、１７１μｍであった。
【００５４】
加圧処理をした前駆体繊維シートを、窒素ガス雰囲気に保たれた、最高温度が２４００℃の加熱炉に導入し、加熱炉内を連続的に走行させながら焼成する炭化工程に通した後、ロール状に巻き取って導電性多孔質基材を得た。得られた導電性多孔質基材の０．１５ＭＰａでの厚さは、１２９μｍであった。
【００５５】
この導電性多孔質基材の両面にクラフト紙を配し、連続的にカレンダー加工を行った。カレンダー加工を行った導電性多孔質基材に非接触式ダスト除去クリーナーを用いて、導電性多孔質基材の両面に、空気を吹き付け、両面から空気を吸引した。
【００５６】
＜評価＞
Ａ．短絡確率
導電性多孔質基材は、厚み２５μｍの高分子電解質膜を重ね合わせ、５ＭＰａに加圧しながら２Ｖの電圧をかけて厚み方向の短絡電流密度を測定した場合に、９０％以上の測定点において短絡電流密度が１１１ｍＡ／ｃｍ２以下であることが好ましい。ここで本発明で規定する短絡確率は、以下の（１）〜（３）の手順により特定される値を意味する。
【００５７】
（１）高分子電解質膜“Ｎａｆｉｏｎ”（登録商標）ＮＲ２１１（ＤｕＰｏｎｔ社製）膜厚２５μｍの両面を、導電性多孔質基材で挟み込む。ここで導電性多孔質基材は１辺５ｃｍの正方形、高分子電解質膜は１辺６ｃｍ以上の正方形として、高分子電解質膜の各辺と導電性多孔質基材の各辺とを平行にして、高分子電解質膜の中心と導電性多孔質基材の中心とが一致するように重ねる。
【００５８】
（２）前記重ねた高分子電解質膜と導電性多孔質基材を、金メッキしたステンレスブロック電極２個で挟み（挟む面は１辺３ｃｍの正方形）、導電性多孔質基材の９ｃｍ２の面積に圧力が５ＭＰａとなるように加圧する。この際、ステンレスブロック電極の挟む面の各辺と導電性多孔質基材の各辺とを平行にして、ステンレスブロック電極の中心と導電性多孔質基材の中心とが一致するように挟む。
【００５９】
（３）デジタルマルチメーター（KEITHLEY Model196 SYSTEM DMM）を用いて金メッキしたステンレスブロック電極間に２Ｖの直流電圧を印加し、電極間の電流を測定し、得られた値を短絡電流とする。短絡電流密度は導電性多孔質基材に加圧印加している面積９ｃｍ２で前記短絡電流を除して短絡電流密度とする。
【００６０】
そして短絡確率は、導電性多孔質基材の測定サンプルを変更して（１）から（３）を１０回繰り返し、得られた値が１１１ｍＡ／ｃｍ２を超える確率によって求める。
【００６１】
測定した短絡電流密度が１１１ｍＡ／ｃｍ２を超えると、導電性多孔質基材から突き出した炭素繊維などの凸部によって、高分子電解質膜に短絡が生じている可能性があり、燃料電池の長期運転下での発電性能低下の原因となる可能性がある。そのため本発明の導電性多孔質基材は、前述の方法で測定した短絡電流密度が９０％以上の測定点において１１１ｍＡ／ｃｍ２以下であることが好ましい。
【００６２】
Ｂ．導電性多孔質基材の厚みの測定方法
導電性多孔質基材の断面の作製に際しては、（株）日立ハイテクノロジーズ製イオンミリング装置ＩＭ４０００を用いた。ＳＥＭ画像の倍率は、２００倍とした。
【００６３】
導電性多孔質基材の厚みをＳＥＭ画像の視野内で５カ所測定し、その平均値を導電性多孔質基材の厚みとした。
【００６４】
Ｃ．Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、および、Ｎ４の測定方法
炭素繊維の傾きを測定する方法、つまり、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、および、Ｎ４の測定方法は以下の通りである。Ｂに記載の方法と同様にして、導電性多孔質基材の断面を観察し、導電性多孔質基材の面内方向を０°として、厚み方向を９０°とした際の炭素繊維１本ずつの角度を測定した。なお、Ｎ１およびＮ２を数える場合の観察範囲には、必ず、導電性多孔質基材の少なくとも一方の表面が観察されるように決定した。一方で、Ｎ３およびＮ４を数える場合の観察範囲には、導電性多孔質基材の表面から導電性多孔質基材の厚みの２０％の長さ内側に入った部分が観察されるように決定した。さらに炭素繊維が曲がっていたり折れていたりしている場合は、１本の炭素繊維の端部と端部を直線で結んでできる線分の角度をその炭素繊維の角度とした。
【００６５】
導電性多孔質基材の少なくとも一方の表面が観察される領域における０°以上１０°未満の方向に向いている炭素繊維の数、導電性多孔質基材の少なくとも一方の表面が観察される領域における１０°以上９０°以下の方向に向いている炭素繊維の数、導電性多孔質基材の表面から導電性多孔質基材の厚みの２０％の長さ内側に入った部分において０°以上１０°未満の方向に向いている炭素繊維の数、および、導電性多孔質基材の表面から導電性多孔質基材の厚みの２０％の長さ内部に入った部分において１０°以上９０°以下の方向に向いている炭素繊維の数を、それぞれＮ１、Ｎ２、Ｎ３、および、Ｎ４とした。
【００６６】
Ｄ．樹脂炭化物の塊の短径の測定方法
樹脂炭化物の塊の短径は、Ｂで作製した導電性多孔質基材の断面を観察し、塊１つ１つを楕円と近似し、その短径を測定することにより、求めた。求めた樹脂炭化物の塊１つ１つの短径の平均値をそれぞれ計算し、得られた値を樹脂炭化物の塊の短径とした。
【００６７】
Ｅ．導電性多孔質基材の断面積の測定方法
導電性多孔質基材の断面積は、Ｂで作製した導電性多孔質基材の断面を観察し、５カ所の平均値として求めた導電性多孔質基材の厚みにＳＥＭ画像の幅を乗じて得られた値を、導電性多孔質基材の断面積とした。
【００６８】
Ｆ．樹脂炭化物の塊の断面積の測定方法
樹脂炭化物の塊の断面積は、次のように求めた。Ｅで用いた断面の画像を用いて、まず、画像処理ソフト（ＪＴｒｉｍ）を用い、輝度で明るさの最大と最小を２５６段階に区切り、樹脂炭化物は黒く炭素繊維が白く見える段階を閾値１とし、樹脂炭化物も炭素繊維も白く見える閾値２として、閾値１の時のレベル２０以下の画素数から、閾値２の時のレベル２０以下の画素数を差し引くことで、樹脂炭化物の複数の塊の断面積の合計値を求めた。この断面積の合計値を樹脂炭化物の塊の数で除し、さらに、導電性多孔質基材の厚みとＳＥＭ画像の幅を乗じた値で除すことで、導電性多孔質基材の断面積を１００％とした際の樹脂炭化物の塊の断面積の割合（％）を求めた。
【００６９】
測定した物性を表１に示す。
【００７０】
（実施例２）
得られる導電性多孔質基材の０．１５ＭＰａでの厚さが１３６μｍになるように加圧した以外は、実施例１と同様にして導電性多孔質基材を得た。測定した物性を表１に示す。
【００７１】
（実施例３）
得られる導電性多孔質基材の０．１５ＭＰａでの厚さが１４３μｍになるように加圧した以外は、実施例１と同様にして導電性多孔質基材を得た。測定した物性を表１に示す。
【００７２】
（比較例１）
得られる導電性多孔質基材の０．１５ＭＰａでの厚さが１６１μｍになるように加圧した以外は、実施例１と同様にして導電性多孔質基材を得た。測定した物性を表１に示す。
【００７３】
（比較例２）
得られる導電性多孔質基材の０．１５ＭＰａでの厚さが１５２μｍになるように加圧した以外は、実施例１と同様にして導電性多孔質基材を得た。測定した物性を表１に示す。
【００７４】
【表１】
2017171550.tif 000002