JP7432065B2 - セパレータおよびその製造方法 - Google Patents

Description

クロスリファレンス

本願において引用した特許、特許出願及び文献に記載された内容は、本明細書に援用する。

本発明は、セパレータおよびその製造方法に関する。

燃料電池は、水素と酸素の反応を利用してエネルギーを取り出す電池である。当該反応によって生成するのは水であるため、燃料電池は地球環境に優しい電池として知られている。特に、固体高分子型燃料電池は、高出力密度を可能とし、小型で軽量であることから、自動車、通信機器、電子機器等のバッテリーとして有力視され、また一部実用化されている。燃料電池は、複数個のセルを積み重ねて構成されたセルスタックである。セルとセルとの間には、セパレータと称する壁部材が配置されている。セパレータは、隣同士になる水素と酸素の通路を仕切る隔壁板であり、水素と酸素がイオン交換膜の全面にわたって均一に接触して流れる役割を担っている。このため、セパレータには、その流路となる溝が形成されている。

セパレータは、その構成材料の観点で、金属材料系と、炭素材料系とに大別される。金属材料系のセパレータには、一般的に、ステンレススチール、アルミニウム若しくはその合金、あるいはチタニウム若しくはその合金が使用される。金属材料系のセパレータは、金属特有の強度と延性に起因して、加工性に優れ、かつ薄型化が可能である。しかし、金属材料系のセパレータは、後述の炭素材料系のセパレータに比べて比重が大きく、燃料電池の軽量化に反する。さらに、金属材料系のセパレータは、耐腐食性が低く、材料によっては不動態皮膜を形成するという欠点を有する。金属材料の腐食あるいは不動態皮膜は、セパレータの電気抵抗の上昇につながるので、好ましくない。金属材料系のセパレータの耐食性を改善するために貴金属をめっきあるいはスパッタ等によるコートする場合には高コスト化を招くが、当該高コスト化を防ぐために、セパレータの表面に形成される流路の凸部をフォトレジスト膜で形成する方法が知られている（特許文献１を参照）。

一方、炭素材料系のセパレータは、金属材料系のセパレータに比べて比重が小さく、耐食性にも優れるという利点を有する。しかし、炭素材料系のセパレータは、加工性および機械的強度に劣る。また、さらなる低電気抵抗化（すなわち、さらなる高導電性化）の要求もある。機械的強度の改善方法としては、例えば、熱可塑性樹脂に黒鉛粒子を分散させたセパレータが知られている（特許文献２を参照）。

特開２０１１－０９０９３７号公報 特開２００６－２９４４０７号公報

熱可塑性樹脂に黒鉛粒子を分散させる方法は、ある程度、セパレータの高強度化を実現できる。しかし、このように製造された炭素材料系のセパレータであっても、その薄型化は困難であり、さらなる高強度化が要求される。また、高導電性化に優れることも要求される。これは、燃料電池用のセパレータのみならず、リチウム電池等の一次電池、レドックスフロー電池等の二次電池、およびキャパシタ等の他の蓄電デバイスに使用するセパレータにも通じ得る。

本発明は、強度および導電性に優れたセパレータおよびその製造方法を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するための一実施形態に係るセパレータは、グラファイトと、樹脂と、当該樹脂とは別のアラミド繊維と、を含むプレートを備える蓄電デバイス用のセパレータであって、前記プレートは、その表面に流路としての溝を備え、前記アラミド繊維は、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維である。
（２）別の実施形態に係るセパレータは、好ましくは、前記溝と前記プレートの前記溝以外の表面とを含み前記プレートの少なくとも表側の面および裏側の面に形成されている層であって、前記プレートよりガスバリア特性に優れたバリア層を、さらに備えても良い。
（３）別の実施形態に係るセパレータにおいて、好ましくは、前記バリア層は、前記プレートと異なるフィルム状の被覆層であっても良い。
（４）別の実施形態に係るセパレータにおいて、好ましくは、前記バリア層は、樹脂若しくはゴムが前記プレートを構成する粒子若しくは繊維の間を充填している充填層であっても良い。
（５）別の実施形態に係るセパレータにおいて、好ましくは、前記バリア層は、前記充填層と、前記プレートと異なるフィルム状の被覆層とを含んでいても良い。
（６）別の実施形態に係るセパレータにおいて、好ましくは、前記バリア層は、ポリエーテルエーテルケトンおよびポリフェニレンスルファイドの内の少なくとも１つを含んでいても良い。
（７）別の実施形態に係るセパレータにおいて、好ましくは、前記プレートを構成する樹脂および前記バリア層を構成する樹脂は同一種類の熱可塑性樹脂であっても良い。
（８）別の実施形態に係るセパレータにおいて、好ましくは、前記プレートを構成する樹脂および前記バリア層を構成する樹脂の少なくとも一方はポリフェニレンスルファイドを主材としていても良い。
（９）上記目的を達成するための一実施形態に係るセパレータの製造方法は、上述のいずれかのセパレータを製造する方法であって、
金型内に、前記グラファイトと前記樹脂と前記アラミド繊維とを少なくとも混合した混合物、前記プレートの表面に流路としての溝より浅いプレ溝部を備える溝付きプレート、または前記溝付きプレートに前記プレ溝部を備えていない状態のプリプレートの内のいずれか１つの被成形物を配置する被成形物配置工程と、
前記被成形物を配置した状態にて前記金型を閉じて成形を行う成形工程と、
を含む。
（１０）別の実施形態に係るセパレータの製造方法において、好ましくは、前記被成形物は、前記グラファイトと前記樹脂と前記アラミド繊維とを少なくとも混合した混合物、または前記プリプレートであって、前記金型の内側に、前記溝の転写用の凹凸を備え、
前記成形工程では、前記凹凸を備えた前記金型を用いて、前記混合物または前記プリプレートの成形および前記溝の形成を行っても良い。
（１１）別の実施形態に係るセパレータの製造方法において、好ましくは、
前記被成形物は、前記溝付きプレートであって、前記金型の内側に、前記プレ溝部に挿入可能であって前記溝の転写用の凹凸を備え、
前記成形工程では、前記凹凸を備えた前記金型を用いて、前記溝付きプレートの前記プレ溝部を深くして前記溝の形成を行っても良い。
（１２）別の実施形態に係るセパレータの製造方法において、好ましくは、
前記被成形物配置工程に先立って、前記金型内に、前記プレートの少なくとも裏側の面に、前記プレートよりガスバリア特性に優れたバリア層を形成するための第１フィルムを配置する第１フィルム配置工程と、
前記バリア層を形成するための第２フィルムを、前記被成形物配置工程において前記金型内に配置された前記被成形物上に配置する第２フィルム配置工程と、
をさらに含み、
前記被成形物配置工程は、前記被成形物を前記第１フィルム上に配置し、
前記成形工程は、前記被成形物を前記第１フィルムと前記第２フィルムによって挟んだ状態にて前記金型を閉じて成形を行い、前記プレートの表側および裏側の両面に前記バリア層を形成しても良い。
（１３）別の実施形態に係るセパレータの製造方法において、好ましくは、前記混合物中の前記樹脂がフレーク状の樹脂粉末でも良い。

本発明によれば、強度および導電性に優れたセパレータおよびその製造方法を提供できる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るセパレータの平面図を示す。 図２Ａは、図１のセパレータのＡ－Ａ線断面図およびその一部Ｂの拡大図を示す。 図２Ｂは、図２Ａの一部Ｂにおける一部Ｃのバリエーションａ，ｂ，ｃの各拡大図を示す。 図３は、第１実施形態に係るセパレータの製造方法の主な工程のフローの一例を示す。 図４は、図３の製造方法の各工程の状況を断面視にて示す。 図５は、図４に続く各工程の状況を断面視にて示す。 図６は、第２実施形態に係る製造方法の主な工程のフローの一例を示す。 図７は、図６の製造方法の各工程の状況を断面視にて示す。 図８は、図７に続く各工程の状況を断面視にて示す。 図９は、変形例に係るセパレータの製造方法において、プリプレートに代えて溝付きプレートを用いたときの状況を断面視にて示す。 図１０は、第２実施形態に係るセパレータの図２Ａと同様のＡ－Ａ線断面図およびその一部Ｂの拡大図を示す。 図１１は、第２実施形態に係るセパレータの製造方法の主な工程のフローの一例を示す。 図１２は、図１１と異なる製造方法の主な工程のフローの一例を示す。

１，１ａ・・・セパレータ、２・・・プレート、２ａ・・・混合物（被成形物の一例）、３・・・バリア層、４・・・第１フィルム、５・・・第２フィルム、３０，３２・・・溝、３１・・・表面、４０，４５・・・下金型（金型の一構成部品）、４１，４６，５１，５６・・・凹部、４２，５２・・・凹凸、５０，５５・・・上金型（金型の一構成部品）、６０，６５・・・金型、７０・・・プリプレート（被成形物の一例）、７０ａ・・・溝付きプレート（被成形物の一例）、Ｆ・・・被覆層、Ｍ・・・充填層。

次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている諸要素およびその組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須であるとは限らない。

１．セパレータ
図１は、本発明の第１実施形態に係るセパレータの平面図を示す。図２Ａは、図１のセパレータのＡ－Ａ線断面図およびその一部Ｂの拡大図を示す。図２Ｂは、図２Ａの一部Ｂにおける一部Ｃのバリエーションａ，ｂ，ｃの各拡大図を示す。

この実施形態に係るセパレータ１は、平面視で略矩形の板状体である。この実施形態に係るセパレータ１は、例えば、燃料電池において、電解質膜の両面を空気極と水素極によって挟んだ膜／電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ： ＭＥＡ）の両側から挟む板状体である。この実施形態では、セパレータ１は、水素極（「アノード電極」ともいう）側に配置されるアノード側セパレータと、空気極（「カソード電極」ともいう）側に配置されるカソード側セパレータと、を含むように広義に解釈される。この実施形態では、セパレータ１は、炭素材料系のセパレータである。また、セパレータ１は、燃料電池用に限定されず、レドックスフロー電池、キャパシタ等の他の蓄電デバイスのセルとセルとの間に配置される板状部材にも用いることができる。

セパレータ１は、その厚さ方向に貫通する貫通孔１１，１２，２１，２２を備える。貫通孔１１，２１は、セパレータ１の一端側に配置されている。貫通孔１２は、セパレータ１を平面視した際に、貫通孔２１と対向して、セパレータ１の上記一端側と反対に位置する他端側に配置されている。貫通孔２２は、セパレータ１を平面視した際に、貫通孔１１と対向するように、セパレータ１の上記一端側と反対に位置する他端側に配置されている。セパレータ１の一面側（表面側）には、流路としての溝３０が形成されている。溝３０以外の表面３１は、溝３０に対して凸面となっている。また、セパレータ１の上記一面側の反対側の面（裏面側）には、流路としての溝３２が形成されている。溝３２以外の表面３１は、溝３２に対して凸面となっている。

セパレータ１がカソード側セパレータの場合、貫通孔１１は、酸化ガスの供給口である。貫通孔１２は、酸化ガスの排出口である。貫通孔２１は、水素ガスの排出口である。貫通孔２２は、水素ガスの供給口である。酸化ガスは、例えば、空気であるが、酸素でも良い。セパレータ１の表面側の溝３０は、酸化ガスを流すための流路である。セパレータ１の裏面側の溝３２は、冷却水を流すための流路である。図１では、白矢印にて、酸化ガスの流れを示す。

セパレータ１がアノード側セパレータの場合、貫通孔１１は、水素ガスの供給口である。貫通孔１２は、水素ガスの排出口である。貫通孔２１は、酸化ガスの排出口である。貫通孔２２は、酸化ガス供給口である。セパレータ１の表面側の溝３０は、水素ガスを流すための流路である。セパレータ１の裏面側の溝３２は、冷却水を流すための流路である。

セパレータ１は、少なくともプレート２を備えている。この実施形態では、セパレータ１は、好ましくは、プレート２と、プレート２の厚さ方向の両側の表面に、オプションとして、バリア層３を備えている。

（プレート）
プレート２は、グラファイトと、樹脂と、当該樹脂とは別のアラミド繊維と、を含むプレートであって、当該プレートの表面に流路としての溝３０，３２を備えている。プレート２は、グラファイトと樹脂と当該樹脂とは別のアラミド繊維とを含む成形体であり、溶融後に固化した樹脂中にグラファイトが分散した微細構造を有する。プレート２を構成するグラファイトの成形前の形態は、好ましくは、粒状若しくは繊維状である。プレート２を構成する樹脂の成形前の形態は、好ましくは、粒状若しくは繊維状である。ここで、粒状は、フレーク状（薄片状ともいう）の形態も含む。また、繊維状は、ウィスカー状の形態も含む。成形前のグラファイトと樹脂とアラミド繊維との各形態のより好適な組み合わせは、粒状若しくは繊維状のグラファイトとフレーク状の樹脂と繊維状のアラミド繊維の組み合わせである。プレート２は、グラファイトと樹脂とアラミド繊維に加えて、当該樹脂およびアラミド繊維とは別の種類の繊維を備えていても良い。当該繊維は、当該樹脂およびアラミド繊維とは異なる種類の繊維であれば、例えば、樹脂繊維、炭素繊維、セラミックス繊維等のいかなる種類の繊維であっても良い。プレート２は、セパレータ１の溝３０，３２に相当する溝を備えている。プレート２の平面視における面積は、好ましくは１０ｃｍ^２以上１０００ｃｍ^２以下、より好ましくは１００ｃｍ^２以上７５０ｃｍ^２以下である。プレート２の厚さは、好ましくは０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、より好ましくは０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

プレート２を構成する樹脂は、特に制約されないが、好ましくは熱可塑性樹脂である。プレート２としてより好適な樹脂は、耐熱性に優れた樹脂であり、具体的には、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）およびポリスルフォン（ＰＳＵ）を例示できる。これらの中でも、ＰＰＳまたはＰＥＥＫが特に好適である。ＰＰＳとしては、東レ（株）製のＭ２８８８、Ｅ２１８０、大日本インキ化学工業（株）製のＦＺ－２１４０、ＦＺ－６６００を例示できる。

プレート２の成形前に用いられる樹脂の平均粒径は、好ましくは１μｍ以上３００μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上１５０μｍ以下、さらにより好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下である。ここで、平均粒径は、レーザ回折／散乱式粒子径分布測定法にて測定される粒径をいう。以後の平均粒径の測定方法も同様である。

プレート２を構成するグラファイトは、人造黒鉛、膨張黒鉛、天然黒鉛等のいずれでもよい。ここで、膨張黒鉛とは、グラファイト（黒鉛）の正六角形平面を重ねた構造の特定の一面に他の物質層が入り込むこと（＝インターカレーション）によって黒鉛層間を拡張させた黒鉛若しくは黒鉛層間化合物をいう。膨張黒鉛としては、例えば、富士黒鉛工業（株）製のＢＳＰ－６０Ａ（平均粒子径６０μｍ）あるいはＥＸＰ－５０ＳＭを、人造黒鉛としては、例えば、オリエンタル産業（株）製の１７０７ＳＪ（平均粒子径１２５μｍ）、ＡＴ－Ｎｏ．５Ｓ（平均粒子径５２μｍ）、ＡＴ－Ｎｏ．１０Ｓ（平均粒子径２６μｍ）、ＡＴ－Ｎｏ．２０Ｓ（平均粒子径１０μｍ）、あるいは日本黒鉛工業（株）製ＰＡＧ，ＨＡＧを、天然黒鉛としては、富士黒鉛工業（株）製のＣＮＧ－７５Ｎ（平均粒子径４３μｍ）あるいは日本黒鉛工業（株）製のＣＰＢ（鱗状黒鉛粉末、平均粒子径１９μｍ）を、それぞれ用いることができる。また、黒鉛粒子の形状については、特に制約は無く、薄片状、鱗片状、球状等、適宜選択することができる。さらに、グラファイトは、非晶質の炭素（アモルファスカーボン）を一部に含んでいても良い。

プレート２の成形前に用いられるグラファイトの平均粒径は、好ましくは１μｍ以上５００μｍ、より好ましくは３μｍ以上３００μｍ以下、さらにより好ましくは１０μｍ以上１５０μｍ以下である。

グラファイトと樹脂とは、別々に粒径を調整してから混合してプレート２の成形用に用いても良く、あるいは先に混錬後、粉砕し、粒径を調整してプレート２の成形用に用いても良い。グラファイトと樹脂とを混錬後、粉砕し、粒径を調整する場合には、混合粉末の平均粒径は、好ましくは１μｍ以上５００μｍ、より好ましくは３μｍ以上３００μｍ以下、さらにより好ましくは１０μｍ以上１５０μｍ以下である。

プレート２を構成するグラファイトと樹脂の質量比は、グラファイト：樹脂＝７０～９５質量部：３０～５質量部である。例えば、５質量部の樹脂に対して、７０質量部以上９５質量部以下の範囲のグラファイトを混合してセパレータ１の構成材料とすることができる。また、例えば、３０質量部の樹脂に対しても、同様に、７０質量部以上９５質量部以下の範囲のグラファイトを混合してセパレータ１の構成材料とすることができる。セパレータ１は、樹脂よりもグラファイトを質量比にて多く含むのが好ましい。グラファイトと樹脂とのより好適な質量比は、樹脂１質量部に対して、グラファイト１０質量部、若しくはグラファイト１０．１質量部以上２０質量部以下である。上述のように、樹脂の質量部よりもグラファイトの質量部を多くすると、従来のセパレータよりも、グラファイト同士の接触部位が多くなり、もって、セパレータ１の電気抵抗をより低く（すなわち、導電性をより高く）することができる。セパレータ１の代表的なサンプルでは、体積抵抗値は５ｍΩｃｍまたはそれ以下である。

プレート２の構成要素の１つであるアラミド繊維は、下記の化学式（１）により表されるメタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維である。化学式（１）において、ｍおよびｎは正数である。ｍ：ｎは、好ましくは５：１～１：９、より好ましくは４：１～１：４である。当該アラミド繊維の重合度は、下記の数（１）により表される固有粘度ηによって評価する。ηの値は、好ましくは１．５以上７．０以下、より好ましくは２．０以上５．０以下である。粘度測定はオストワルド粘度計を用い、測定時の溶液温度は３０℃である。

数（１）において、ｔ_０は濃硫酸の流下時間［ｓｅｃ］、ｔは濃硫酸中に０．５ｇ／１００ｍＬ濃度でポリマーを溶解させた溶液の流下時間溶液［ｓｅｃ］、Ｃはポリマー溶液の濃度［ｇ／１００ｍＬ］である。

メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維としては、帝人（株）製のテクノ―ラＴ３２０ＮＷ １－１２（平均繊維長１．０ｍｍ、平均繊維径２０μｍ）、テクノーラＴ３２ＰＮＷ ３－１２（平均繊維長３．２ｍｍ、平均繊維径１８μｍ）、テクノ―ラＴ３２０ＮＷ ６－１２（平均繊維長６．０ｍｍ、平均繊維径２０μｍ）を例示できる。本願において、平均繊維長は、光学顕微鏡による任意の２０本の繊維を測定して得た繊維長を平均した値である。平均繊維径は、走査型電子顕微鏡による任意の２０本の繊維を測定して得た繊維径を平均した値である。なお、繊維端面が円形で出ない場合は、端面の内、最も長い長辺をその繊維の径とした。

プレート２の成形前に用いられるメタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維の平均繊維長は、好ましくは０．５ｍｍ以上８．０ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上６ｍｍ以下である。また、プレート２の成形前に用いられるメタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維の平均繊維径は、好ましくは２μｍ以上５０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上３０μｍ以下である。

プレート２にアラミド繊維を備えることにより、アラミド繊維がベース樹脂（例えば、ＰＰＳ）に対して平衡吸水率が高いことから、セパレータ１の表面の親水性が向上し、水素と酸素の反応により水または水蒸気が生成した際にセパレータ１の表面に沿って排水に効果的に作用するほか、ベース樹脂に対して、耐熱性、強度、耐薬品性等を付与するにも有効である。特に、プレート２にメタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維を備えることにより、セパレータ１の導電性の低下を抑えつつ、曲げ強度および曲げ歪を向上させることができる。アラミド繊維として、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維のみを備えても良く、またはメタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維とメタフェニレン基を含まないパラ型アラミド繊維を備えても良い。メタフェニレン基を含まないパラ型アラミド繊維を備える場合、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維の質量に対して１０質量％以下である方が好ましい。メタフェニレン基を含まないパラ型アラミド繊維の少量添加は、ハンドリングの向上のメリットがあるためである。具体的には、次のとおりである。メタフェニレン基を含まないパラ型アラミド繊維は、比較的、繊維径が小さく、それ自体では補強効果は発揮しないが、樹脂やグラファイトをまとめるバインダーとして機能する。このため、メタフェニレン基を含まないパラ型アラミド繊維を、電気特性を損なわない範囲（メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維の質量に対して１０質量％以下）加え、プリプレートから樹脂やグラファイトの粒子が脱落するのを防止するのが好ましい。メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維を備えるプレート２からなるセパレータ１の代表的なサンプルでは、体積抵抗値は２．５ｍΩｃｍまたはそれ以下である。

プレート２を構成するアラミド繊維（メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維）は、プレート２を構成する樹脂（アラミド繊維を除く）１００質量部に対して２０質量部以上２３０質量部以下含むのが好ましい。

（バリア層）
バリア層３は、必須の構成要素ではないが、この実施形態では、溝３０，３２とプレート２の溝３０，３２以外の表面３１とを含み、プレート２の少なくとも表側の面および裏側の面を被覆している。すなわち、バリア層３は、溝３０，３２の内側の面も含めてプレート２の表側の面および裏側の面の両面を被覆している。バリア層３は、例えば、プレート２と異なるフィルム状の被覆層であり、表側の面を被覆するバリア層の一例である第１フィルム４および裏側の面を被覆するバリア層の一例である第２フィルム５の２種類を分離して、あるいは融着して成る。この実施形態では、バリア層３は、第１フィルム４と第２フィルム５とに分かれ、プレート２の表側の面および裏側の面にそれぞれ付着したものである。しかし、バリア層３は、第１フィルム４と第２フィルム５とを接合した状態にてプレート２を包む袋形状であっても良い。

図２Ｂは、図２Ａの一部Ｂにおける一部Ｃのバリエーションａ，ｂ，ｃの各拡大図を示す。

形態ａは、プレート２の表面に、好ましくは樹脂またはゴムを主材とするフィルムを備えた形態である。形態ａでは、バリア層３は、プレート２と異なるフィルム状の被覆層Ｆである。また、形態ｂは、プレート２の表面近傍に樹脂またはゴムが含侵したバリア層３を備えた形態である。形態ｂでは、バリア層３は、樹脂若しくはゴムがプレート２を構成する粒子若しくは繊維の間を充填している充填層Ｍである。さらに、形態ｃでは、バリア層３は、充填層Ｍと、被覆層Ｆとを含む。このように、バリア層３は、好ましくは、ａ、ｂまたはｃの形態をとる。ただし、バリア層３は、プレート２よりもガスバリア特性に優れている限り、形態ａ，ｂ，ｃ以外の形態をとっていても良い。本願における「ガスバリア特性」または「ガスバリア性能」とは、ガスの透過を防ぐ性質を意味する。以下、形態ａのバリア層３を主体に説明する。

バリア層３は、好ましくは、樹脂またはゴムである。バリア層３は、プレート２を構成する樹脂の上記好適な選択肢の内の１または２以上を主材とし、より好ましくはＰＥＥＫおよびＰＰＳの内の少なくとも１つを主材とする。ここで、「主材」とは、バリア層３の５０質量％を超える比率を占める材料を意味する。主材は、バリア層３の質量に対して５０質量％を超える限り、例えば、５１質量％、６０質量％、７０質量％、８０質量％、９０質量％、９５質量％または１００質量％でも良い。

バリア層３の厚さは、好ましくは２μｍ以上５０μｍ以下、より好ましくは４μｍ以上３５μｍ以下である。バリア層３の厚さを２μｍ以上、さらには４μｍ以上とすると、セパレータ１のガスバリア性能をより高く、強度（曲げ強度）をより高く、取り扱いやすさをより高くできる。一方、バリア層３の厚さを５０μｍ以下、さらには３５μｍ未満とすると、体積抵抗をより低くできる。第１フィルム４と第２フィルム５とを同一の厚さとし、あるいは異なる厚さにしても良い。この実施形態では、強度はＪＩＳ Ｋ７１７１にて測定される曲げ強さを意味する。

プレート２を構成する樹脂と、バリア層３を構成する樹脂とを同一種の熱可塑性樹脂とすることもできる。その場合、プレート２の表面近くの樹脂と、プレート２を被覆するバリア層３とを一体化できるので、セパレータ１のさらなる強度向上を図ることができる。当該熱可塑性樹脂としては、好ましくはＰＥＥＫまたはＰＰＳである。

２．セパレータの製造方法
次に、本発明の第１実施形態に係るセパレータの製造方法について説明する。

セパレータ１は、グラファイトと、樹脂と、アラミド繊維（前記樹脂とは別の構成要素。以下、同様。）と、を少なくとも混合した混合物（「被成形物」の一例）を金型内に配置する被成形物配置工程と、被成形物を配置した状態にて金型を閉じて成形を行う成形工程と、を含む。また、セパレータ１の製造方法（以下、単に、「製造方法」ともいう。）は、好ましくは、被成形物配置工程に先立って、第１フィルム４を金型内に配置する第１フィルム配置工程と、被成形物配置工程において金型内に配置された被成形物上に第２フィルム５を配置する第２フィルム配置工程と、をさらに含む。セパレータの製造方法は、以下の実施形態では、好ましくは、燃料電池のセル同士の間に用いられる燃料電池用セパレータを製造する方法である。また、セパレータ１は、好ましくは炭素材料系のセパレータである。ただし、セパレータ１は、燃料電池用に限定されず、レドックスフロー電池、キャパシタ等の他の蓄電デバイスのセルとセルとの間に配置される板状部材にも用いることができる。

図３は、第１実施形態に係るセパレータの製造方法の主な工程のフローの一例を示す。図４は、図３の製造方法の各工程の状況を断面視にて示す。図５は、図４に続く各工程の状況を断面視にて示す。

セパレータ１は、第１フィルム配置工程（Ｓ１００）と、被成形物配置工程（Ｓ１１０）と、第２フィルム配置工程（Ｓ１２０）と、成形工程（Ｓ１３０）と、を経て製造可能である。以下、Ｓ１００～Ｓ１３０について、図３～５を参照して詳述する。

（１）第１フィルム配置工程（Ｓ１００）
この工程は、プレート２の少なくとも裏側の面にバリア層３を形成するための第１フィルム４を金型６０内に配置する工程である。具体的には、金型６０を構成する下金型４０を用意し、下金型４０の凹部４１に第１フィルム４を敷く（図４（ａ），（ｂ）を参照）。下金型４０は、凹部４１の内底面に、溝３２を転写形成可能な凹凸４２を備える。

（２）被成形物配置工程（Ｓ１１０）
この工程は、グラファイトと樹脂とアラミド繊維とを含む混合物２ａを金型６０内に供給する工程である。具体的には、下金型４０に敷かれた第１フィルム４上に、混合物２ａを供給する（図４（ｃ）を参照）。混合物２ａは、アラミド繊維として、少なくとも先述のメタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維を含むものである。

（３）第２フィルム配置工程（Ｓ１２０）
この工程は、プレート２の少なくとも表側の面にバリア層３を形成するための第２フィルム５を、被成形物配置工程（Ｓ１１０）において金型６０内に配置された混合物２ａ上に配置する工程である。具体的には、下金型４０の凹部４１に配置された混合物２ａ上に第２フィルム５を敷く（図４（ｄ）を参照）。

（４）成形工程（Ｓ１３０）
この工程は、第１フィルム４、混合物２ａおよび第２フィルム５を含む積層物を硬化させ成形体を作製する工程である。具体的には、金型６０を構成する上金型５０を用意し、下金型４０の凹部４１側に重ね、下金型４０と上金型５０とを閉める（図５（ｅ），（ｆ）を参照）。上金型５０は、下金型４０の凹部４１と対向する面に凹部５１を有する。凹部５１は、その内底面に、溝３０を転写形成可能な凹凸５２を備える。金型６０の型締後、加温して上記積層物の成形を行う（図５（ｇ）を参照）。この結果、混合物２ａは硬化してプレート２を形成する。また、凹凸４１，５１の転写によって、バリア層３（第１フィルム４および第２フィルム５）にて覆われた状態の溝３０，３２が形成される（図５（ｈ）を参照）。

成形工程（Ｓ１３０）後に、金型６０を開き、セパレータ１が完成する。なお、セパレータ１の製造方法において、第１フィルム配置工程（Ｓ１００）または第２フィルム配置工程（Ｓ１２０）のいずれか一方の工程を行わなくとも良い。

図６は、第２実施形態に係る製造方法の主な工程のフローの一例を示す。図７は、図６の製造方法の各工程の状況を断面視にて示す。図８は、図７に続く各工程の状況を断面視にて示す。

図６に示す製造方法は、混合物２ａを半硬化させたプリプレートを作製してから、当該プリプレートを第１フィルム４と第２フィルム５とで挟んで成形してセパレータ１を製造する方法である。すなわち、この製造方法では、成形工程の前に、半硬化状態のプリプレートを得るプリ成形工程が行われる。

セパレータ１は、被成形物配置工程（Ｓ２００）と、プリ成形工程（Ｓ２１０）と、第１フィルム配置工程（Ｓ３００）と、プリプレート配置工程（Ｓ３１０）と、第２フィルム配置工程（Ｓ３２０）と、成形工程（Ｓ３３０）と、を経て製造可能である。以下、Ｓ２００～Ｓ２１０およびＳ３００～Ｓ３３０について、図６～８を参照して詳述する。

（１）被成形物配置工程（Ｓ２００）
この工程は、グラファイトと樹脂とアラミド繊維とを含む混合物２ａを金型６５内に供給する工程である。具体的には、下金型４５の凹部４６に混合物２ａを供給する（図７（ａ）を参照）。混合物２ａは、アラミド繊維として、少なくとも先述のメタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維を含むものである。

（２）プリ成形工程（Ｓ２１０）
この工程は、混合物２ａを半硬化させてプリプレートを作製する工程である。具体的には、金型６５を構成する上金型５５を用意し、下金型４５の凹部４６側に重ね、下金型４５と上金型５５とを閉める（図７（ｂ），（ｃ），（ｄ）を参照）。上金型５５は、下金型４５の凹部４６と対向する面に凹部５６を有する。金型６５の型締後、加温して、混合物２ａの半硬化を行う。このときの温度は、成形工程の温度より低い。この結果、プリプレート（半硬化状態の混合物）７０が完成する。

（３）第１フィルム配置工程（Ｓ３００）
この工程は、第１フィルム４を金型６０内に配置する工程である（図８（ｅ）を参照）。具体的な内容は、第１実施形態に係る製造方法の第１フィルム配置工程（Ｓ１００）と同様である。

（４）プリプレート配置工程（Ｓ３１０）
この工程は、凹部４１に敷かれた第１フィルム４上にプリプレート７０を配置する工程である（図８（ｆ）を参照）。

（５）第２フィルム配置工程（Ｓ３２０）
この工程は、プリプレート配置工程（Ｓ３１０）の後に、金型６０内のプリプレート７０を構成する混合物２ａ上に第２フィルム５を配置する工程である（図８（ｇ）を参照）。

（６）成形工程（Ｓ３３０）
この工程は、第１フィルム４、プリプレート７０（混合物２ａから構成）および第２フィルム５を含む積層物を硬化させ成形体を作製する工程である。具体的には、金型６０を構成する上金型５０を用意し、下金型４０の凹部４１側に重ね、下金型４０と上金型５０とを閉める（図８（ｈ），（ｉ）を参照）。金型６０の型締後、加温して、上記積層物の成形を行う。この結果、混合物２ａは硬化してプレート２を形成する。また、凹凸４１，５１の転写によって、バリア層３（第１フィルム４および第２フィルム５）にて覆われた状態の溝３０，３２が形成される（図８（ｊ）を参照）。

成形工程（Ｓ３３０）後に、金型６０を開き、セパレータ１が完成する。なお、セパレータ１の製造方法において、第１フィルム配置工程（Ｓ３００）または第２フィルム配置工程（Ｓ３２０）のいずれか一方の工程を行わなくとも良い。

図９は、変形例に係るセパレータの製造方法において、プリプレートに代えて溝付きプレートを用いたときの状況を断面視にて示す。

この変形例では、下金型４５および上金型５５の各内底面に凹凸が形成されており、プリプレート配置工程（Ｓ３１０）によって、流路としての溝３０，３２より浅いプレ溝部７１，７２を備える溝付きプレート７０ａが製造される。プリプレート配置工程（Ｓ３１０）では、溝付きプレート７０ａのプレ溝部７２が凹凸４２に合うように、第１フィルム４上に溝付きプレート７０ａが配置される（図９を参照）。その後、溝付きプレート７０ａのプレ溝部７１に上金型５０の凹凸５２を合わせて、上金型５０と下金型４０とを閉め、金型６０を型締めする。そして、第２実施形態に係る製造方法の成形工程（Ｓ３３０）が実行されることにより、凹凸４２，５２によりプレ溝部７１，７２を深くして溝３０，３２が形成され、セパレータ１が完成する（図８（ｉ），（ｊ）を参照）。

この変形例において、溝付きプレート７０ａは、プレ溝部７１，７２に代えて溝３０，３２を備えていても良い。この場合、プリプレート配置工程（Ｓ３１０）では、溝付きプレート７０ａの溝３２が凹凸４２に合うように、第１フィルム４上に溝付きプレート７０ａが配置され、その後、溝付きプレート７０ａの溝３０に上金型５０の凹凸５２を合わせて金型６０を型締めすれば良い。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係るセパレータおよびその製造方法において、第１実施形態と共通する部分については、重複した説明を省略し、第１実施形態における説明を代用する。

１．セパレータ
図１０は、第２実施形態に係るセパレータの図２Ａと同様のＡ－Ａ線断面図およびその一部Ｂの拡大図を示す。

この実施形態に係るセパレータ１ａは、プレート２を備える。この実施形態に係るセパレータ１ａは、第１実施形態に係るセパレータ１と異なり、バリア層３（第１フィルム４および第２フィルム５）を備えていない。セパレータ１ａは、バリア層３を備えていない点以外については、セパレータ１と同一である。

２．セパレータの製造方法
図１１は、第２実施形態に係るセパレータの製造方法の主な工程のフローの一例を示す。

セパレータ１ａは、グラファイトと樹脂とアラミド繊維とを少なくとも混合した混合物（「被成形物」の一例）を金型内に配置する被成形物配置工程（Ｓ４００）と、被成形物を配置した状態にて金型を閉じて成形を行う成形工程（Ｓ４１０）と、を含む。被成形物配置工程（Ｓ４００）は、第１フィルム４を金型６０に配置せずに行われる点以外は、被成形物配置工程（Ｓ１１０）と共通する。成形工程（Ｓ４１０）は、第１フィルム４および第２フィルム５を配置せずに行われる点以外は、成形工程（Ｓ１３０）と共通する。したがって、ここでは、先述の第１実施形態に係るセパレータ１の製造方法と重複した説明を省略する。

図１２は、図１１と異なる製造方法の主な工程のフローの一例を示す。

セパレータ１ａは、被成形物配置工程（Ｓ５００）と、プリ成形工程（Ｓ５１０）と、プリプレート配置工程（Ｓ６００）と、成形工程（Ｓ６１０）と、を経て製造可能である。

被成形物配置工程（Ｓ５００）は、被成形物配置工程（Ｓ２００）と共通する。プリ成形工程（Ｓ５１０）は、プリ成形工程（Ｓ２１０）と共通する。プリプレート配置工程（Ｓ６００）は、第１フィルム配置工程（Ｓ３００）を経ずに行われる点以外、プリプレート配置工程（Ｓ３１０）と共通する。成形工程（Ｓ６１０）は、第１フィルム４および第２フィルム５無しで行われる点以外、成形工程（Ｓ３３０）と共通する。したがって、ここでは、先述の第１実施形態に係るセパレータ１の製造方法と重複した説明を省略する。

＜その他の実施形態＞
上述のように、本発明の好適な各実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されることなく、種々変形して実施可能である。

セパレータ１，１ａの溝３０は、図１の白矢印で示す方向にガスを流す流路以外の流路を形成する溝でも良い。また、溝３２は、如何なる形態の流路を形成する溝でも良い。例えば、溝３０をセパレータ１の一端から他端に向かう直線的な流路を形成する溝とし、溝３２を溝３０に対して略直角方向の直線的な流路を形成する溝としても良い。また、セパレータ１，１ａは、溝３０および溝３２の少なくとも一方を形成していないものでも良い。

成形工程の後に、第１フィルム４および／または第２フィルム５の余分な領域をトリミングするトリミング工程を行っても良い。

セパレータ１は、その表側の面および裏側の面の両面にバリア層３を備えているが、表側の面および裏側の面の内のいずれか一方の面のみにバリア層３を備えても良い。当該一方の面のみにバリア層３を形成する場合、第２フィルム配置工程（Ｓ１２０，Ｓ３２０）または第１フィルム配置工程（Ｓ１００，Ｓ３００）を省略すれば良い。

第１実施形態の製造方法では、バリア層３が樹脂またはゴムの層である燃料電池用セパレータの製造方法であるが、バリア層３が図２Ｂの形態ｂまたは形態ｃの層の燃料電池用セパレータの製造方法であっても良い。

次に、本発明の実施例を、比較例と比較しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

１．プレートの主な原料
（１）グラファイト
セパレータのプレートの構成材料となるグラファイト粉末には、オリエンタル工業（株）製の品番：１７０７ＳＪ（人造黒鉛、平均粒径１２５μｍ）およびオリエンタル工業（株）製の品番：ＡＴ－Ｎｏ．５Ｓ（人造黒鉛、平均粒径５２μｍ）の２種類のグラファイト粉末を用いた。
（２）樹脂
セパレータのプレートの構成材料となる樹脂として、ポリフェニレンフルファイ（ＰＰＳ）の粉末を用いた。ＰＰＳには、東レ（株）製のトレリナＭ２８８８のフレーク状のＰＰＳ粉末を冷凍粉砕して平均粒径５０μｍに調整したＰＰＳ微粉末を用いた。
（３）アラミド繊維
セパレータのプレートの構成材料となるアラミド繊維として、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維、メタフェニレン基を含まないパラ型アラミド繊維、およびメタ型アラミド繊維を用いた。メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維には、帝人（株）製のテクノ―ラＴ３２０ＮＷ １－１２（平均繊維長１．０ｍｍ、平均繊維径２０μｍ）、テクノーラＴ３２ＰＮＷ ３－１２（平均繊維長３．２ｍｍ、平均繊維径１８μｍ）、およびテクノ―ラＴ３２０ＮＷ ６－１２（平均繊維長６．０ｍｍ、平均繊維径２０μｍ）の３種類のアラミド繊維を用いた。メタフェニレン基を含まないパラ型アラミド繊維には、帝人（株）製のトワロン１０８０（平均繊維長６．１ｍｍ、平均繊維径２４μｍ）、トワロン１０９４（平均繊維長１．１ｍｍ、比表面積１３．６ｍ^２／ｇ）、トワロン１０９７（平均繊維長１．２ｍｍ、比表面積６．９ｍ^２／ｇ）、およびトワロンＤ８０１６（平均繊維長０．８ｍｍ）の４種類のアラミド繊維を用いた。メタ型アラミド繊維には、帝人（株）製のコーネックスＣ１１－Ｃ（平均繊維長３．１ｍｍ、平均繊維径２１μｍ）を用いた。
（４）その他の繊維
セパレータのプレートの構成材料となるその他の繊維として、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、およびＰＰＳ繊維の３種類の繊維を用いた。ＰＡＮ系炭素繊維には、帝人（株）製のテナックスＨＴ Ｃ１１０（平均繊維長７．３ｍｍ、平均繊維径７μｍ）およびテナックスＨＴ Ｃ１３７（平均繊維長６．０ｍｍ、平均繊維径７μｍ）の２種類のＰＡＮ系炭素繊維を用いた。ピッチ系炭素繊維には、日本グラファイトファイバー（株）製のＧＲＡＮＯＣ ＸＮ－１００－０３Ｚ（平均繊維長３．３ｍｍ、平均繊維径１１μｍ）を用いた。ＰＰＳ繊維には、東レ（株）製のトルコンＳ３０７（平均繊維長６．０ｍｍ、平均繊維径１３μｍ）を用いた。

２．フィルム
セパレータ用のフィルムには、ＰＰＳ製のフィルムを用いた。ＰＰＳ製のフィルムには、東レ（株）製の厚さ９μｍのフィルム（品番：トレリナ９－３０７１）を用いた。

３．金型
成形用の金型としては、上下分割式の大同特殊鋼（株）製プリハードン鋼ＮＡＫ８０を工材とした金型を用いた。閉じた状態の金型内部には、セパレータを成形可能な空間（約６３ｃｍ^３）が形成されている。また、上下各金型の内側の底部には、セパレータの溝を形成するための凹凸が形成されている。

４．評価方法
（１）体積抵抗率
セパレータの体積抵抗率は、ＪＩＳ Ｋ７１９４に基づき、日東精工アナリテック（株）製の装置（Ｌｏｒｅｓｔａ－ＧＸ Ｔ－７００）を用いて測定した。体積抵抗率が２．５ｍΩｃｍ未満の場合には合格と評価した。
（２）曲げ試験
セパレータの曲げ試験は、ＪＩＳ Ｋ７１７１に基づき、（株）島津製作所製の装置（オートグラフ ＡＧ－１００ｋＮＧ）を用いて測定した。
・曲げ強度
曲げ強度が４０ＭＰａを超えた場合には合格と評価した。
・曲げ歪み
曲げ歪みが０．７％を超えた場合には合格と評価した。
（３）総合評価
各特性値評価のすべてが合格と評価された場合に、合格と評価した。また、各特性値評価のうち少なくとも１つの特性値評価が不合格と評価された場合に、不合格と評価した。

５．セパレータの製造
＜実施例＞
（１）実施例１
人造黒鉛粒子（品番：１７０７ＳＪ）９７７．８質量部（１質量部＝１ｇに相当。以下、＜実施例＞において同じ。）および人造黒鉛粒子（品番：ＡＴ－Ｎｏ．５Ｓ）２４４．４質量部、ＰＰＳ粉末１００質量部、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維（テクノ―ラＴ３２０ＮＷ １－１２）６２．５質量部、およびメタフェニレン基を含まないパラ型アラミド繊維（トワロンＤ８０１６）４．２質量部を用意し、これらを水中で混合分散して固形分１％のスラリーを作製した。このスラリーを２５ｃｍ角の投入口を備えるろ過器へ投入し、ろ過によって得られる残渣であるシート状の湿潤シートを成形した。この湿潤シートを１５０℃に加熱したプレス機にセットして面圧８ＭＰａの圧力で約２０分間加圧加熱し、湿潤シートを乾燥させて水分を除去することにより、人造黒鉛粒子、ＰＰＳ粒子、およびアラミド繊維が分散した厚さ２ｍｍ、坪量２２００ｇ／ｍ^２のプリプレートを製造した。次に、分割式の金型を構成する下金型の内側の凹部に、厚さ９μｍのＰＰＳフィルムを敷き、当該フィルム上に、上記プリプレートを供した。そして、当該プリプレートの上から厚さ９μｍのＰＰＳフィルムを載せた。次に、分割式の金型を構成する上金型と、上記下金型とを閉じて成形を行った。成形は、面圧４ＭＰａにて、金型の温度が３４０℃になるまで加熱し、面圧９０Ｍｐａまで昇圧して１分間保持した。その後圧力をそのまま保ちながら金型を３０℃になるまで加圧冷却した。成形終了後に、金型を開き、成形体を取り出し、セパレータの製造を終了した。セパレータは、上記評価方法にて評価した。
（２）実施例２
人造黒鉛粒子（品番：１７０７ＳＪ）１２６１．１質量部、ＰＰＳ粉末１００質量部、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維（テクノ―ラＴ３２ＰＮＷ ３－１２）２７．８質量部を用意して混合物を調整した以外、実施例１と同様の条件でセパレータを製造し、評価した。
（３）実施例３
人造黒鉛粒子（品番：１７０７ＳＪ）９７７．８質量部および人造黒鉛粒子（品番：ＡＴ－Ｎｏ．５Ｓ）２４４．４質量部、ＰＰＳ粉末１００質量部、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維（テクノ―ラＴ３２ＰＮＷ ３－１２）６６．７質量部を用意して混合物を調整した以外、実施例１と同様の条件でセパレータを製造し、評価した。
（４）実施例４
人造黒鉛粒子（品番：１７０７ＳＪ）１０８３．３質量部、ＰＰＳ粉末１００質量部、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維（テクノ―ラＴ３２ＰＮＷ ３－１２）２０５．６質量部を用意して混合物を調整した以外、実施例１と同様の条件でセパレータを製造し、評価した。
（５）実施例５
人造黒鉛粒子（品番：ＡＴ－Ｎｏ．５Ｓ）２３０８．３質量部、ＰＰＳ粉末１００質量部、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維（テクノ―ラＴ３２ＰＮＷ ３－１２）１１１．１質量部、メタフェニレン基を含まないパラ型アラミド繊維（トワロン１０９４）８．３質量部、およびピッチ系炭素繊維２５０質量部を用意して混合物を調整した以外、実施例１と同様の条件でセパレータを製造し、評価した。
（６）実施例６
人造黒鉛粒子（品番：１７０７ＳＪ）８０９．２質量部および人造黒鉛粒子（品番：ＡＴ－Ｎｏ．５Ｓ）２０２．３質量部、ＰＰＳ粉末１００質量部、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維（テクノ―ラＴ３２ＰＮＷ ３－１２）３４．５質量部、およびメタフェニレン基を含まないパラ型アラミド繊維（トワロンＤ８０１６）３．４質量部を用意して混合物を調整した以外、実施例１と同様の条件でセパレータを製造し、評価した。
（７）実施例７
メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維（テクノ―ラＴ３２０ＮＷ １－１２）６２．５質量部に代えて、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維（テクノ―ラＴ３２ＰＮＷ ３－１２）６２．５質量部を用いた以外、実施例１と同様の条件でセパレータを製造し、評価した。
（８）実施例８
メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維（テクノ―ラＴ３２０ＮＷ １－１２）６２．５質量部およびメタフェニレン基を含まないパラ型アラミド繊維（トワロンＤ８０１６）４．２質量部に代えて、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維（テクノ―ラＴ３２０ＮＷ ６－１２）６２．５質量部およびメタフェニレン基を含まないパラ型アラミド繊維（トワロン１０９４）４．２質量部を用いた以外、実施例１と同様の条件でセパレータを製造し、評価した。

＜比較例＞
（１）比較例１
人造黒鉛粒子（品番：１７０７ＳＪ）１０００質量部およびＰＰＳ粉末１００質量部、を、ジルコニアボールを用いてボールミル粉砕して、両種粉末の混合と粉砕とを行った。当該ボールミル粉砕は、混合粉末の粒度が平均粒径９０±１０μｍとなることを粒度分布の測定（レーザ回折／散乱式粒子径分布測定法による測定）を通じて確認した時点で終了した。次に、分割式の金型を構成する下金型の内側の凹部に、厚さ９μｍのＰＰＳフィルムを敷き、当該フィルム上に、ボールミル粉砕後の粉末状態の混合物（グラファイト＋ＰＰＳ）を供した。次に、当該混合物の厚さがほぼ均一になるようにして、その上から厚さ９μｍのＰＰＳフィルムを載せた。そして、分割式の金型を構成する上金型と、上記下金型とを閉じて成形を行った。比較例１は、ＰＰＳ以外の繊維を構成材料に含まず、グラファイトおよびＰＰＳのみからなるプレートを用いて実施した。成形は、面圧４７ＭＰａにて、金型の温度が３６０℃迄上昇するように、３分間保持した。成形終了後に、金型を開き、成形体を取り出し、セパレータの製造を終了した。セパレータは、上記評価方法にて評価した。
（２）比較例２
メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維（テクノ―ラＴ３２０ＮＷ １－１２）６２．５質量部に代えて、メタフェニレン基を含まないパラ型アラミド繊維（トワロン１０８０）６２．５質量部を用いた以外、実施例１と同様の条件でセパレータを製造し、評価した。比較例２は、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維を構成材料に含まないプレートを用いて実施した。
（３）比較例３
メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維（テクノ―ラＴ３２０ＮＷ １－１２）６２．５質量部に代えて、メタフェニレン基を含まないパラ型アラミド繊維（トワロン１０９４）６２．５質量部を用いた以外、実施例１と同様の条件でセパレータを製造し、評価した。比較例３は、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維を構成材料に含まないプレートを用いて実施した。
（４）比較例４
メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維（テクノ―ラＴ３２０ＮＷ １－１２）６２．５質量部に代えて、メタフェニレン基を含まないパラ型アラミド繊維（トワロン１０９７）６２．５質量部を用いた以外、実施例１と同様の条件でセパレータを製造し、評価した。比較例４は、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維を構成材料に含まないプレートを用いて実施した。
（５）比較例５
メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維（テクノ―ラＴ３２０ＮＷ １－１２）６２．５質量部を用いず、メタフェニレン基を含まないパラ型アラミド繊維（トワロンＤ８０１６）を４．２質量部に代えて６６．７質量部用いた以外、実施例１と同様の条件でセパレータを製造し、評価した。比較例５は、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維を構成材料に含まないプレートを用いて実施した。
（６）比較例６
メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維（テクノ―ラＴ３２０ＮＷ １－１２）６２．５質量部に代えて、メタ型アラミド繊維（コーネックスＣ１１－Ｃ）６２．５質量部を用いた以外、実施例１と同様の条件でセパレータを製造し、評価した。比較例６は、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維を構成材料に含まないプレートを用いて実施した。
（７）比較例７
メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維（テクノ―ラＴ３２０ＮＷ １－１２）６２．５質量部に代えて、ＰＡＮ系炭素繊維（ナックスＨＴ Ｃ１１０）６２．５質量部を用いた以外、実施例１と同様の条件でセパレータを製造し、評価した。比較例７は、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維を構成材料に含まないプレートを用いて実施した。
（８）比較例８
メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維（テクノ―ラＴ３２０ＮＷ １－１２）６２．５質量部に代えて、ＰＡＮ系炭素繊維（ナックスＨＴ Ｃ１３７）６２．５質量部を用いた以外、実施例１と同様の条件でセパレータを製造し、評価した。比較例８は、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維を構成材料に含まないプレートを用いて実施した。
（９）比較例９
メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維（テクノ―ラＴ３２０ＮＷ １－１２）６２．５質量部に代えて、ＰＰＳ繊維６２．５質量部を用いた以外、実施例１と同様の条件でセパレータを製造し、評価した。比較例９は、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維を構成材料に含まないプレートを用いて実施した。

６．結果
表１～表５に、各実施例および各比較例の製造条件および評価結果を示す。

比較例１～９については、体積抵抗率、曲げ強度および曲げ歪みのうち少なくとも１つは不合格であった。これに対して、実施例１～８については、すべての特性が合格となった。

以上の結果から、比較例１と実施例１との比較から、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維をプレートの構成材料に含むことにより、曲げ歪が向上することが確認できた。また、実施例１と比較例２～９との比較から、プレートの構成材料として、他の繊維ではなくメタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維を含む効果が確認できた。

本発明に係るセパレータは、燃料電池、リチウム電池等の一次電池、レドックスフロー電池等の二次電池、およびキャパシタ等の蓄電デバイスに利用できる。

Claims (11)

1. グラファイトと、樹脂と、当該樹脂とは別のアラミド繊維と、を含むプレートを備える燃料電池用のセパレータであって、
   前記プレートは、その表面に流路としての溝を備え、
   前記アラミド繊維は、メタフェニレン基を含むパラ型アラミド繊維であり、
   前記溝と前記プレートの前記溝以外の表面とを含み前記プレートの少なくとも表側の面および裏側の面に形成されている層であって、前記プレートよりガスバリア特性に優れたバリア層を、さらに備えることを特徴とするセパレータ。
2. 前記バリア層は、前記プレートと異なるフィルム状の被覆層であることを特徴とする請求項１に記載のセパレータ。
3. 前記バリア層は、樹脂若しくはゴムが前記プレートを構成する粒子若しくは繊維の間を充填している充填層であることを特徴とする請求項１に記載のセパレータ。
4. 前記バリア層は、前記充填層と、前記プレートと異なるフィルム状の被覆層とを含むことを特徴とする請求項３に記載のセパレータ。
5. 前記バリア層は、ポリエーテルエーテルケトンおよびポリフェニレンスルファイドの内の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のセパレータ。
6. 前記プレートを構成する樹脂および前記バリア層を構成する樹脂は同一種類の熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のセパレータ。
7. 前記プレートを構成する樹脂および前記バリア層を構成する樹脂の少なくとも一方はポリフェニレンスルファイドを主材とすることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のセパレータ。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載のセパレータの製造方法であって、
   金型内に、前記グラファイトと前記樹脂と前記アラミド繊維とを少なくとも混合した混合物、前記プレートの表面に流路としての溝より浅いプレ溝部を備える溝付きプレート、または前記溝付きプレートに前記プレ溝部を備えていない状態のプリプレートの内のいずれか１つの被成形物を配置する被成形物配置工程と、
   前記被成形物を配置した状態にて前記金型を閉じて成形を行う成形工程と、
   を含み、
   前記被成形物は、前記溝付きプレートであって、前記金型の内側に、前記プレ溝部に挿入可能であって前記溝の転写用の凹凸を備え、
   前記成形工程では、前記凹凸を備えた前記金型を用いて、前記溝付きプレートの前記プレ溝部を深くして前記溝の形成を行うことを特徴とするセパレータの製造方法。
9. 請求項１から７のいずれか１項に記載のセパレータの製造方法であって、
   金型内に、前記グラファイトと前記樹脂と前記アラミド繊維とを少なくとも混合した混合物、前記プレートの表面に流路としての溝より浅いプレ溝部を備える溝付きプレート、または前記溝付きプレートに前記プレ溝部を備えていない状態のプリプレートの内のいずれか１つの被成形物を配置する被成形物配置工程と、
   前記被成形物を配置した状態にて前記金型を閉じて成形を行う成形工程と、
   を含み、
   前記被成形物配置工程に先立って、前記金型内に、前記プレートの少なくとも裏側の面に、前記プレートよりガスバリア特性に優れたバリア層を形成するための第１フィルムを配置する第１フィルム配置工程と、
   前記バリア層を形成するための第２フィルムを、前記被成形物配置工程において前記金型内に配置された前記被成形物上に配置する第２フィルム配置工程と、
   をさらに含み、
   前記被成形物配置工程は、前記被成形物を前記第１フィルム上に配置し、
   前記成形工程は、前記被成形物を前記第１フィルムと前記第２フィルムによって挟んだ状態にて前記金型を閉じて成形を行い、前記プレートの表側および裏側の両面に前記バリア層を形成することを特徴とするセパレータの製造方法。
10. 前記被成形物は、前記グラファイトと前記樹脂と前記アラミド繊維とを少なくとも混合した混合物、または前記プリプレートであって、前記金型の内側に、前記溝の転写用の凹凸を備え、
    前記成形工程では、前記凹凸を備えた前記金型を用いて、前記混合物または前記プリプレートの成形および前記溝の形成を行うことを特徴とする請求項８または９に記載のセパレータの製造方法。
11. 前記混合物中の前記樹脂がフレーク状の樹脂粉末であることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載のセパレータの製造方法。

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