特開 2022-183871 燃料電池用セパレータの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022183871

(43)【公開日】2022-12-13

(54)【発明の名称】燃料電池用セパレータの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0221 20160101AFI20221206BHJP

   B29C 43/18 20060101ALI20221206BHJP

   B29C 43/34 20060101ALI20221206BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20221206BHJP

   B29K 101/12 20060101ALN20221206BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0221

B29C43/18

B29C43/34

H01M8/10 101

B29K101:12

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021091382

(22)【出願日】2021-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】000241500

【氏名又は名称】トヨタ紡織株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】390004215

【氏名又は名称】株式会社高木化学研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】永田 達也

(72)【発明者】

【氏名】平田 和之

(72)【発明者】

【氏名】脇本 祐貴

(72)【発明者】

【氏名】高木 紀彰

(72)【発明者】

【氏名】高木 優州

(72)【発明者】

【氏名】永谷 裕介

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 大輔

(72)【発明者】

【氏名】松山 一夫

【テーマコード（参考）】

4F204

5H126

【Ｆターム（参考）】

4F204AA11

4F204AA17

4F204AA24

4F204AA28

4F204AA34

4F204AB18

4F204AG01

4F204AH33

4F204FA01

4F204FB01

4F204FB11

4F204FF05

4F204FN11

4F204FN15

5H126AA12

5H126BB06

5H126DD04

5H126EE05

5H126FF04

5H126GG02

5H126GG05

5H126GG18

5H126HH01

5H126HH02

5H126JJ05

5H126JJ08

(57)【要約】

【課題】セパレータの厚さのばらつきを低減できる燃料電池用セパレータの製造方法を提供する。
【解決手段】セパレータの製造方法は、加熱工程と、プレス工程と、流路成形工程とを備えている。加熱工程では、熱可塑性樹脂に炭素材料粒子を分散させて形成されたシート材を熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度に加熱する。プレス工程では、加熱工程において加熱されたシート材を第１金型を用いてプレスすることで、シート材を所定の厚さに成形した後に、第１金型と共にシート材を冷却する。流路成形工程では、第１金型によってプレスされたシート材を第２金型を用いてプレスすることで、シート材にガス流路を成形する。シート材として、熱可塑性樹脂の含有量が２０重量％以上３０重量％以下であり、炭素材料粒子の含有量が７０重量％以上８０重量％以下であるものを用いる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱可塑性樹脂と、導電性を有する炭素材料粒子とを含んで構成され、反応ガスが流通するガス流路が設けられた燃料電池用セパレータの製造方法であって、
前記熱可塑性樹脂に前記炭素材料粒子を分散させて成形されたシート材を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程において加熱された前記シート材を第１金型を用いてプレスすることで、前記シート材を所定の厚さに成形した後に、前記第１金型と共に前記シート材を冷却するプレス工程と、
前記第１金型によってプレスされた前記シート材を第２金型を用いてプレスすることで、前記シート材に前記ガス流路を成形する流路成形工程と、を備え、
前記シート材として、前記熱可塑性樹脂の含有量が２０重量％以上３０重量％以下であり、前記炭素材料粒子の含有量が７０重量％以上８０重量％以下であるものを用い、
前記加熱工程では、前記シート材を前記熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度に加熱する、
燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項2】

前記加熱工程では、前記シート材を加熱炉内において加熱し、
前記加熱工程と前記プレス工程との間に、前記シート材を前記加熱炉から前記第１金型に移送する移送工程を備える、
請求項１に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項3】

前記移送工程では、前記シート材を保温容器に収容した状態で移送する、
請求項２に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項4】

前記プレス工程では、前記第１金型を加熱した状態で前記シート材をプレスする、
請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項5】

前記加熱工程では、前記シート材を厚さ方向において２つの金属板によって挟んだ状態で当該２つの金属板と共に前記シート材を加熱し、
前記プレス工程では、前記２つの金属板を介して前記シート材をプレスする、
請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項6】

前記プレス工程では、前記２つの金属板の各々と前記第１金型との間に弾性部材を介在させた状態で前記シート材をプレスする、
請求項５に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項7】

前記プレス工程では、前記２つの金属板の各々と前記シート材との間に離型性を有する離型層を介在させた状態で前記シート材をプレスする、
請求項５または請求項６に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項8】

前記プレス工程と前記流路成形工程との間に、前記シート材を厚さ方向において２つの金属部材で挟んだ状態で冷却して固化させる冷却工程を備える、
請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項9】

前記流路成形工程では、前記第２金型を前記熱可塑性樹脂の融点よりも低い温度に加熱した状態で前記シート材をプレスする、
請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項10】

前記流路成形工程の後に、前記シート材を厚さ方向において２つの金属部材で挟んだ状態で冷却して固化させる冷却工程を備える、
請求項１～請求項９のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータの製造方法。

【請求項11】

前記熱可塑性樹脂の粒子と前記炭素材料粒子とを粉砕する粉砕機を用いて得られた均一な粉体組成物を、加圧加熱部及び加圧冷却部を含むダブルベルトプレス装置を用いて加熱溶融後に冷却固化することによって、前記シート材を成形する、
請求項１～請求項１０のいずれか一項に記載の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、燃料電池用セパレータの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、固体高分子形の燃料電池は、複数の発電セルが積層されることにより構成されている。発電セルは、膜電極接合体を有する発電部と、発電部を挟持する２つのセパレータとを備えている。セパレータには、反応ガスが流れる複数のガス流路が設けられている。

【0003】

特許文献１には、カーボン粉末と熱可塑性樹脂とを配合した混合体からなる燃料電池用セパレータの製造方法が開示されている。この製造方法では、まず、上記混合体を押出成形することによってシート状成形物を成形する。その後、ガス流路の形状に対応した溝を有する圧延ローラにより、当該溝をシート状成形物に転写する。こうして、ガス流路が設けられたセパレータが製造される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２－１９８０６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、こうしたセパレータにおいて、セパレータ全体における厚さのばらつきが大きい場合には、セパレータと発電部との接触面積が低下することで、これらの間の接触抵抗が増加するおそれがある。このため、燃料電池の性能を向上させる上で、セパレータの厚さのばらつきを低減させることが望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するための燃料電池用セパレータの製造方法は、熱可塑性樹脂と、導電性を有する炭素材料粒子とを含んで構成され、反応ガスが流通するガス流路が設けられた燃料電池用セパレータの製造方法であって、前記熱可塑性樹脂に前記炭素材料粒子を分散させて成形されたシート材を加熱する加熱工程と、前記加熱工程において加熱された前記シート材を第１金型を用いてプレスすることで、前記シート材を所定の厚さに成形した後に、前記第１金型と共に前記シート材を冷却するプレス工程と、前記第１金型によってプレスされた前記シート材を第２金型を用いてプレスすることで、前記シート材に前記ガス流路を成形する流路成形工程と、を備え、前記シート材として、前記熱可塑性樹脂の含有量が２０重量％以上３０重量％以下であり、前記炭素材料粒子の含有量が７０重量％以上８０重量％以下であるものを用い、前記加熱工程では、前記シート材を前記熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度に加熱する。

【0007】

同方法によれば、加熱工程において熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度に加熱されたシート材が、プレス工程において所定の厚さに成形されて冷却される。その後、流路成形工程においてシート材にガス流路が成形される。

【0008】

ここで、シート材における熱可塑性樹脂の含有量は、２０重量％以上３０重量％以下であり、炭素材料粒子の含有量は７０重量％以上８０重量％以下である。このようなシート材を、熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度に加熱することで、同融点以下の温度に加熱する場合に比べて、熱可塑性樹脂の流動性を高めつつ、シート材の形状が崩れることを抑制することができる。これにより、プレス工程が行われたシート材の厚さのばらつきを低減できる。そして、流路成形工程では、厚さのばらつきが低減されたシート材にガス流路が成形される。したがって、セパレータ全体における厚さのばらつきを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態の燃料電池用セパレータが設けられる燃料電池の概略構成を示す断面図。

【図2】燃料電池用セパレータの斜視図。

【図3】燃料電池用セパレータの製造方法の工程を順に示すフローチャート。

【図4】加熱工程を示す断面図。

【図5】移送工程を示す断面図。

【図6】プレス工程を示す断面図。

【図7】第１冷却工程を示す断面図。

【図8】流路成形工程において、第２金型が型締めされる前の状態を示す断面図。

【図9】流路成形工程において、第２金型が型締めされた後の状態を示す断面図。

【図10】第２冷却工程を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図１～図１０を参照して、燃料電池用セパレータの製造方法の一実施形態について説明する。
各図面においては、構成の一部が誇張または簡略化されている場合がある。また、各図面においては、各構成の寸法比率が実際とは異なる場合がある。

【0011】

（燃料電池の構成）
まず、燃料電池用セパレータが設けられる燃料電池について説明する。
図１に示すように、燃料電池は、複数の発電セル１１が積層されたセルスタック１０を備えている。

【0012】

発電セル１１は、シート状の膜電極ガス拡散層接合体２０と、膜電極ガス拡散層接合体２０を厚さ方向において挟持する２つのセパレータ３０とを備えている。
膜電極ガス拡散層接合体２０は、膜電極接合体２１と、アノードガス拡散層２５と、カソードガス拡散層２６とを有している。

【0013】

膜電極接合体２１は、例えば固体高分子膜によって構成された電解質層２２と、電解質層２２を厚さ方向において挟持するアノード電極層２３及びカソード電極層２４とを有している。

【0014】

アノードガス拡散層２５は、アノード電極層２３における電解質層２２とは反対側の面を覆っている。カソードガス拡散層２６は、カソード電極層２４における電解質層２２とは反対側の面を覆っている。アノードガス拡散層２５及びカソードガス拡散層２６は、例えば共に炭素繊維によって構成されている。

【0015】

（セパレータ３０の構成）
発電セル１１における一方のセパレータ３０は、アノードガス拡散層２５におけるアノード電極層２３とは反対側の面に設けられている。発電セル１１における他方のセパレータ３０は、カソードガス拡散層２６におけるカソード電極層２４とは反対側の面に設けられている。

【0016】

セパレータ３０は、例えば、長方形板状をなしている。セパレータ３０は、熱可塑性樹脂と、導電性を有する炭素材料粒子とを含んで構成されている。セパレータ３０の内部では、熱可塑性樹脂に炭素材料粒子が厚さ方向の全体にわたって分散している。

【0017】

図２に示すように、セパレータ３０は、互いに間隔をおいて並列して延びる複数のガス流路３１と、互いに隣り合うガス流路３１同士の間においてガス流路３１に沿って延びる複数のリブ３２とを有している。すなわち、セパレータ３０には、ガス流路３１とリブ３２とが交互に並列して設けられている。

【0018】

ガス流路３１は、膜電極ガス拡散層接合体２０に向かって開口する溝状をなしている。一方のセパレータ３０のガス流路３１には、反応ガスとしての水素ガスが流通する。他方のセパレータ３０のガス流路３１には、反応ガスとしての空気が流通する。

【0019】

発電セル１１において、一方のセパレータ３０は、各リブ３２の頂面がアノードガス拡散層２５に接触するように配置されている。これにより、各ガス流路３１を流れる水素ガスが、アノードガス拡散層２５を通じてアノード電極層２３に供給される。

【0020】

他方のセパレータ３０は、各リブ３２の頂面がカソードガス拡散層２６に接触するように配置されている。これにより、各ガス流路３１を流れる空気が、カソードガス拡散層２６を通じてカソード電極層２４に供給される。

【0021】

膜電極接合体２１では、アノード電極層２３に供給された水素ガスと、カソード電極層２４に供給された空気とが電気化学反応することにより発電が行われる。
（セパレータ３０の製造方法）
次に、セパレータ３０の製造方法について説明する。

【0022】

図３に示すように、セパレータ３０の製造方法では、加熱工程、移送工程、プレス工程、第１冷却工程、流路成形工程、及び第２冷却工程がこの順で行われる。
図４～図１０に示すように、セパレータ３０の製造においては、熱可塑性樹脂に炭素材料粒子を分散させて成形されたシート材４０からセパレータ３０が製造される。

【0023】

ここで、シート材４０の全量を１００重量％とするとき、シート材４０には、例えば、熱可塑性樹脂が２５重量％含まれており、炭素材料粒子が７５重量％含まれている。
熱可塑性樹脂としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、及びポリカーボネート（ＰＣ）などから、１種の材料を単独で、または２種以上の材料を適宜組み合わせて用いることができる。本実施形態の熱可塑性樹脂は、ポリアミドである。なお、ポリアミドの融点は、約２８０℃である。

【0024】

炭素材料粒子としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、及び膨張黒鉛などから、１種の材料を単独で、または２種以上の材料を適宜組み合わせて用いることができる。天然黒鉛としては、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛、及び土壌黒鉛などが挙げられる。本実施形態の炭素材料粒子は、鱗片状黒鉛である。鱗片状黒鉛の平均粒子径は、例えば４０μｍである。

【0025】

なお、図示は省略するが、シート材４０の成形に際しては、まず、熱可塑性樹脂の粒子と炭素材料粒子とを摩擦力または衝撃力により粉体同士をすりつぶす粉砕機を用いて、均一な粉体組成物を得る。そして、得られた粉体組成物を、加圧加熱部及び加圧冷却部を含むダブルベルトプレス装置を用いて加熱溶融及び冷却固化することによってシート材４０を成形する。

【0026】

以下、セパレータ３０の製造方法における各工程について説明する。
（加熱工程）
図４に示すように、加熱工程では、まず、シート材４０が厚さ方向において２つの金属板１００によって挟まれる。そして、２つの金属板１００によって挟まれたシート材４０が、２つの金属板１００と共に加熱炉１１０において加熱される。加熱炉１１０によってシート材４０が加熱されることで、シート材４０が均一に加熱されやすくなる。

【0027】

加熱工程では、シート材４０が熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度に加熱される。これにより、熱可塑性樹脂が溶融する。本実施形態では、シート材４０が３００℃～３５０℃に加熱される。

【0028】

金属板１００としては、例えば、熱伝導率及び熱膨張率が比較的小さい炭素鋼などの金属材料を用いることができる。
各金属板１００におけるシート材４０に対向する面には、離型性を有する離型層１０１が設けられている。離型層１０１は、例えば、フッ素化合物を含むコーティング層である。

【0029】

（移送工程）
図５に示すように、移送工程では、加熱工程において加熱されたシート材４０が、断熱性を有する保温容器１２０に収容された状態で加熱炉１１０から第１金型１３０に移送される。このとき、シート材４０は、２つの金属板１００によって挟まれた状態で保温容器１２０に収容されて移送される。

【0030】

（プレス工程）
図６に示すように、プレス工程では、第１金型１３０によってシート材４０がプレスされる。

【0031】

ここで、第１金型１３０の構成について説明する。
第１金型１３０は、固定型１３１と、固定型１３１に対して進退可能に設けられた可動型１３４とを備えている。固定型１３１及び可動型１３４には、互いに対向するとともにシート材４０を成形する成形面１３２，１３５がそれぞれ設けられている。また、固定型１３１及び可動型１３４の内部には、これらを加熱するためのヒータ１３３，１３６がそれぞれ設けられている。また、固定型１３１及び可動型１３４の内部には、これらを冷却するための冷媒が流れる冷却流路１３７，１３８がそれぞれ設けられている。

【0032】

プレス工程では、固定型１３１と金属板１００との間に弾性部材１４０が介在されている。同様に、可動型１３４と金属板１００との間に弾性部材１４０が介在されている。弾性部材１４０は、弾性変形可能に構成されたシート状をなしている。弾性部材１４０は、例えば、ガラス繊維とフッ素ゴムとを含んで構成されている。

【0033】

第１金型１３０は、プレス工程が開始される前に各ヒータ１３３,１３６によって加熱されている。すなわち、プレス工程では、第１金型１３０が加熱された状態でシート材４０がプレスされる。プレス工程では、第１金型１３０が、例えば１００℃～３５０℃に加熱されることが好ましい。本実施形態では、第１金型１３０が、熱可塑性樹脂の融点である約２８０℃よりも高い温度に、より詳しくは、３３０℃～３５０℃に加熱される。

【0034】

プレス工程では、加熱工程において加熱されたシート材４０が第１金型１３０によって２つの金属板１００と共にプレスされることで、シート材４０が所定の厚さに成形される。本実施形態における所定の厚さとは、セパレータ３０の厚さを指す。なお、プレス工程では、各金属板１００と第１金型１３０との間に弾性部材１４０が介在した状態、且つ各金属板１００とシート材４０との間に離型層１０１が介在した状態でシート材４０がプレスされる。

【0035】

プレス工程では、シート材４０が上記所定の厚さに成形された後に、第１金型１３０と共にシート材４０が冷却される。こうした冷却は、第１金型１３０の冷却流路１３７，１３８に冷媒を流すことによって行われる。なお、第１金型１３０の冷却は、第１金型１３０が型締めされた状態で行われる。

【0036】

シート材４０が冷却されることによって、熱可塑性樹脂の流動性が低下する。これにより、プレス工程が行われたシート材４０の形状が維持されやすくなる。すなわち、プレス工程では、シート材４０が第１金型１３０によってプレスされた後、シート材４０の形状が維持される程度に熱可塑性樹脂が固化するまでシート材４０が冷却される。

【0037】

（第１冷却工程）
図７に示すように、第１冷却工程では、プレス工程が行われたシート材４０が厚さ方向において２つの第１金属部材１５０で挟まれた状態で冷却されて固化される。

【0038】

第１冷却工程では、シート材４０が、２つの第１金属部材１５０で挟まれた状態で常温下において空冷される。これにより、シート材４０が、例えば１００℃以下に冷却される。

【0039】

第１金属部材１５０は、例えば、板状をなしている。第１金属部材１５０としては、熱伝導率が比較的高く、熱膨張率が比較的小さい金属材料が好ましい。第１金属部材１５０の材料としては、例えば銅または銅合金を用いることができる。

【0040】

（流路成形工程）
図８に示すように、流路成形工程では、第２金型１６０によってシート材４０がプレスされる。

【0041】

ここで、第２金型１６０の構成について説明する。
第２金型１６０は、固定型１６１と、固定型１６１に対して進退可能に設けられた可動型１６４とを備えている。固定型１６１及び可動型１６４には、互いに対向するとともにシート材４０を成形する成形面１６２，１６５がそれぞれ設けられている。各成形面１６２，１６５には、シート材４０にガス流路３１及びリブ３２を転写するための複数の溝１６２ａ,１６５ａがそれぞれ設けられている。また、固定型１６１及び可動型１６４の内部には、これらを加熱するためのヒータ１６３,１６６がそれぞれ設けられている。また、固定型１６１及び可動型１６４の内部には、これらを冷却するための冷媒が流れる冷却流路１６７，１６８がそれぞれ設けられている。

【0042】

図９に示すように、流路成形工程では、第２金型１６０によってシート材４０がプレスされることで、シート材４０にガス流路３１及びリブ３２が成形される。
第２金型１６０は、流路成形工程が開始される前に各ヒータ１６３,１６６によって加熱されている。すなわち、流路成形工程では、第２金型１６０が加熱された状態でシート材４０がプレスされる。流路成形工程では、第２金型１６０が熱可塑性樹脂の融点よりも低い温度に、より詳しくは、５０℃～１６０℃に加熱されることが好ましい。本実施形態では、第２金型１６０が、熱可塑性樹脂のガラス転移温度である約９０℃付近の温度に加熱される。

【0043】

（第２冷却工程）
図１０に示すように、第２冷却工程では、流路成形工程が行われたシート材４０が、厚さ方向において２つの第２金属部材１７０で挟まれた状態で冷却されて固化される。

【0044】

第２金属部材１７０は、例えば、板状をなしている。第２金属部材１７０としては、熱伝導率が比較的高く、熱膨張率が比較的小さい金属材料が好ましい。第２金属部材１７０の材料としては、例えば銅または銅合金を用いることができる。

【0045】

第２冷却工程では、シート材４０が、２つの第２金属部材１７０で挟まれた状態で常温下において空冷される。これにより、シート材４０が、例えば常温付近の温度に冷却される。

【0046】

なお、図示は省略するが、第２冷却工程の後に、プレス装置によってシート材４０が打ち抜かれる打ち抜き工程が行われる。打ち抜き工程には、例えば、シート材４０に貫通孔が設けられる工程や、シート材４０の外周部がトリミングされる工程が含まれる。

【0047】

本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）セパレータ３０の製造方法は、加熱工程と、プレス工程と、流路成形工程とを備えている。加熱工程では、熱可塑性樹脂に炭素材料粒子を分散させて成形されたシート材４０を熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度に加熱する。プレス工程では、加熱工程において加熱されたシート材４０を第１金型１３０を用いてプレスすることで、シート材４０を所定の厚さに成形した後に、第１金型１３０と共にシート材４０を冷却する。流路成形工程では、第１金型１３０によってプレスされたシート材４０を第２金型１６０を用いてプレスすることで、シート材４０にガス流路３１を成形する。シート材４０として、熱可塑性樹脂の含有量が２５重量％であり、炭素材料粒子の含有量が７５重量％であるものを用いる。

【0048】

こうした方法によれば、加熱工程において熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度に加熱されたシート材４０が、プレス工程において所定の厚さに成形されて冷却される。その後、流路成形工程においてシート材４０にガス流路３１が成形される。

【0049】

ここで、シート材４０における熱可塑性樹脂の含有量は、２０重量％以上３０重量％以下であり、炭素材料粒子の含有量は７０重量％以上８０重量％以下である。このようなシート材４０を、熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度に加熱することで、同融点以下の温度に加熱する場合に比べて、熱可塑性樹脂の流動性を高めつつ、シート材４０の形状が崩れることを抑制することができる。これにより、プレス工程が行われたシート材４０の厚さのばらつきを低減できる。そして、流路成形工程では、厚さのばらつきが低減されたシート材４０にガス流路３１が成形される。したがって、セパレータ３０全体における厚さのばらつきを低減できる。

【0050】

また、加熱工程において熱可塑性樹脂の流動性が高まることで、プレス工程において第１金型１３０のプレス荷重を小さくすることができる。
また、シート材４０を熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度に加熱することで、熱可塑性樹脂がセパレータ３０の内部において偏在することが抑制される。このため、セパレータ３０におけるクラックやピンホールの発生を抑制できる。

【0051】

（２）加熱工程では、シート材４０を加熱炉１１０内において加熱する。セパレータ３０の製造方法は、加熱工程とプレス工程との間に、シート材４０を加熱炉１１０から第１金型１３０に移送する移送工程を備えている。

【0052】

例えば第１金型１３０を加熱することで加熱工程を行う場合、第１金型１３０を熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度に加熱する必要がある。この場合、プレス工程において、上記融点よりも高い温度まで加熱された第１金型１３０を冷却するまでに多くの時間を要することとなる。

【0053】

この点、上記方法によれば、シート材４０が、第１金型１３０とは別の設備によって加熱された後に第１金型１３０に移送される。このため、第１金型１３０を上記融点よりも高い温度まで加熱しなくて済む。これにより、プレス工程においてシート材４０を冷却するまでに要する時間を短くすることができる。したがって、セパレータ３０の生産性が低下することを抑制できる。

【0054】

（３）移送工程では、シート材４０を保温容器１２０に収容した状態で移送する。
こうした方法によれば、シート材４０が加熱炉１１０から第１金型１３０に移送されるまでの間に、シート材４０の温度が低下することを抑制できる。このため、熱可塑性樹脂の流動性が低下することを抑制できる。これにより、プレス工程における第１金型１３０のプレス荷重を小さくすることができる。

【0055】

（４）プレス工程では、第１金型１３０を加熱した状態でシート材４０をプレスする。
こうした方法によれば、プレス工程において、第１金型１３０に配置されたシート材４０がプレスされるまでの間に、シート材４０の温度が低下することを抑制できる。このため、熱可塑性樹脂の流動性が低下することを抑制できる。これにより、プレス工程における第１金型１３０のプレス荷重を小さくすることができる。

【0056】

（５）加熱工程では、シート材４０を厚さ方向において２つの金属板１００によって挟んだ状態で当該２つの金属板１００と共にシート材４０を加熱する。
プレス工程では、２つの金属板１００を介してシート材４０をプレスする。

【0057】

こうした方法によれば、加熱工程において、シート材４０が２つの金属板１００と共に加熱される。そして、プレス工程において、加熱された２つの金属板１００を介してシート材４０がプレスされる。このため、プレス工程が行われるまでの間にシート材４０の温度が低下することを抑制できる。これにより、プレス工程における第１金型１３０のプレス荷重を小さくすることができる。

【0058】

また、上記方法によれば、加熱工程とプレス工程との双方において、シート材４０が２つの金属板１００によって挟まれる。このため、加熱工程におけるシート材４０の熱膨張に伴う変形、及びプレス工程におけるシート材４０の熱収縮に伴う変形を抑制できる。

【0059】

（６）プレス工程では、２つの金属板１００の各々と第１金型１３０との間に弾性部材１４０を介在させた状態でシート材４０をプレスする。
こうした方法によれば、第１金型１３０のプレス荷重によって弾性部材１４０が弾性変形することで、当該プレス荷重が２つの金属板１００を介してシート材４０全体に均一に作用しやすくなる。したがって、プレス工程が行われたシート材４０の厚さのばらつきを一層低減できる。

【0060】

（７）プレス工程では、２つの金属板１００の各々とシート材４０との間に離型性を有する離型層１０１を介在させた状態でシート材４０をプレスする。
こうした方法によれば、プレス工程後において、各金属板１００とシート材４０との間に離型層１０１が介在しているため、シート材４０からの各金属板１００の離型性を高めることができる。したがって、セパレータ３０の製造が容易となる。

【0061】

（８）セパレータ３０の製造方法は、プレス工程と流路成形工程との間に、シート材４０を厚さ方向において２つの第１金属部材１５０で挟んだ状態で冷却して固化させる第１冷却工程を備えている。

【0062】

こうした方法によれば、２つの第１金属部材１５０を介してシート材４０が放熱するため、プレス工程後における熱可塑性樹脂を早期に固化させることができる。これにより、流路成形工程を早期に開始することができる。したがって、セパレータ３０の生産性を向上させることができる。

【0063】

また、上記方法によれば、第１冷却工程においてシート材４０が２つの第１金属部材１５０によって挟まれるため、シート材４０の熱収縮に伴う変形を抑制できる。
（９）流路成形工程では、第２金型１６０を熱可塑性樹脂の融点よりも低い温度に加熱した状態でシート材４０をプレスする。

【0064】

こうした方法によれば、所定の厚さに成形されたシート材４０の寸法精度を維持しつつ、熱可塑性樹脂を軟化させることができる。これにより、流路成形工程において、シート材４０にガス流路３１を容易に成形することができる。

【0065】

（１０）セパレータ３０の製造方法は、流路成形工程の後に、シート材４０を厚さ方向において２つの第２金属部材１７０で挟んだ状態で冷却して固化させる第２冷却工程を備えている。

【0066】

こうした方法によれば、２つの第２金属部材１７０を介してシート材４０が放熱するため、流路成形後における熱可塑性樹脂を早期に固化させることができる。したがって、セパレータ３０の生産性を向上させることができる。

【0067】

また、上記方法によれば、第２冷却工程においてシート材４０が２つの第２金属部材１７０によって挟まれるため、シート材４０の熱収縮に伴う変形を抑制できる。
（１１）熱可塑性樹脂の粒子と炭素材料粒子とを粉砕する粉砕機を用いて得られた均一な粉体組成物を、加圧加熱部及び加圧冷却部を含むダブルベルトプレス装置を用いて加熱溶融後に冷却固化することによって、シート材４０を成形する。

【0068】

こうした方法によれば、複合構造が高度に制御された状態で炭素材料粒子同士が連結されるため、高い熱伝導性及び電気伝導性を有するシート材４０が成形される。こうしたシート材４０を用いたセパレータの製造方法によれば、シート材４０の複合構造を維持でき、熱および電気的性能を損なうことなく、当該性能をセパレータ３０に反映させることができる。

【0069】

＜変更例＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0070】

・第２金属部材１７０は、銅または銅合金とは異なる金属材料からなるものであってもよい。
・第２冷却工程を省略することができる。この場合、例えば第２金型１６０が冷却されることによってシート材４０が冷却されて固化されてもよい。

【0071】

・流路成形工程では、第２金型１６０が加熱されることなく、第２金型１６０によってシート材４０がプレスされてもよい。
・第１金属部材１５０は、銅または銅合金とは異なる金属材料からなるものであってもよい。

【0072】

・第１冷却工程を省略することができる。この場合、例えば第１金型１３０が冷却されることによってシート材４０が冷却されて固化されてもよい。
・離型層１０１は、例えば、金属板１００とシート材４０との間において金属板１００とは別体に設けられた離型シートであってもよい。

【0073】

・金属板１００から離型層１０１を省略することができる。
・プレス工程では、２つの弾性部材１４０が省略されてもよい。
・加熱工程では、２つの金属板１００が省略されるとともにシート材４０のみが加熱されてもよい。この場合、プレス工程では、シート材４０が第１金型１３０によって直接プレスされてもよい。

【0074】

・プレス工程では、第１金型１３０が加熱されることなく、第１金型１３０によってシート材４０がプレスされてもよい。
・移送工程では、保温容器１２０を省略することができる。

【0075】

・加熱工程では、加熱炉１１０に代えて、ヒータ１３３，１３６によって第１金型１３０が加熱されることでシート材４０が加熱されてもよい。この場合、第１金型１３０が型締めされた状態でシート材４０が加熱されることが好ましい。

【符号の説明】

【0076】

３０…セパレータ
３１…ガス流路
４０…シート材
１００…金属板
１０１…離型層
１１０…加熱炉
１２０…保温容器
１３０…第１金型
１４０…弾性部材
１５０…第１金属部材
１６０…第２金型
１７０…第２金属部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】