特許 7665767 双極板、セルフレーム、セルスタック、及びレドックスフロー電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-04-11

(45)【発行日】2025-04-21

(54)【発明の名称】双極板、セルフレーム、セルスタック、及びレドックスフロー電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/18 20060101AFI20250414BHJP

   H01M 8/0221 20160101ALI20250414BHJP

   H01M 8/0226 20160101ALI20250414BHJP

   H01M 8/0228 20160101ALI20250414BHJP

   H01M 8/0273 20160101ALI20250414BHJP

【ＦＩ】

H01M8/18

H01M8/0221

H01M8/0226

H01M8/0228

H01M8/0273

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2023550856

(86)(22)【出願日】2021-09-29

(86)【国際出願番号】 JP2021035909

(87)【国際公開番号】W WO2023053281

(87)【国際公開日】2023-04-06

【審査請求日】2024-04-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000239079

【氏名又は名称】福岡クロス工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100147

【弁理士】

【氏名又は名称】山野 宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116366

【弁理士】

【氏名又は名称】二島 英明

(72)【発明者】

【氏名】寒野 毅

(72)【発明者】

【氏名】天岡 大和

(72)【発明者】

【氏名】吉田 龍

【審査官】山本 雄一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０６８０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１９１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１８１６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６０７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２９０７９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／００－ ８／０２９７

Ｈ０１Ｍ ８／０８－ ８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レドックスフロー電池に用いられる双極板であって、
複数の複合シートと、
積層された前記複合シート同士を接合する第一混合物と、
前記双極板の表面を構成する第三混合物とを備え、
前記複数の複合シートの各々は、
複数の空隙を含む樹脂シートと、
前記樹脂シートの前記複数の空隙の少なくとも一部に充填された第二混合物とを備え、
前記第一混合物と前記第二混合物との各々は、
複数の導電性粒子と、
前記複数の導電性粒子を前記樹脂シートに固定する樹脂バインダとを含み、
前記第三混合物は、
複数の導電性粒子と、
前記複数の導電性粒子を前記樹脂シートに固定する樹脂バインダとを含む、
双極板。

【請求項2】

レドックスフロー電池に用いられる双極板であって、
複数の複合シートと、
積層された前記複合シート同士を接合する第一混合物とを備え、
前記複数の複合シートの各々は、
複数の空隙を含む樹脂シートと、
前記樹脂シートの前記複数の空隙の少なくとも一部に充填された第二混合物とを備え、
前記第一混合物と前記第二混合物との各々は、
複数の導電性粒子と、
前記複数の導電性粒子を前記樹脂シートに固定する樹脂バインダとを含み、
前記複合シートの積層数が７以上である、
双極板。

【請求項3】

前記双極板の表面を構成する第三混合物を備え、
前記第三混合物は、
複数の導電性粒子と、
前記複数の導電性粒子を前記樹脂シートに固定する樹脂バインダとを含む請求項２に記載の双極板。

【請求項4】

前記樹脂シートの質量割合が３質量％以上１５質量％以下である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の双極板。

【請求項5】

前記第一混合物は、隣り合う前記複合シートの前記樹脂シートの間に配置されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の双極板。

【請求項6】

前記樹脂シートは、複数の樹脂繊維を含む請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の双極板。

【請求項7】

前記樹脂シートは、不織布又は織布である請求項６に記載の双極板。

【請求項8】

前記複数の樹脂繊維は、ポリプロピレン繊維を含む請求項６又は請求項７に記載の双極板。

【請求項9】

前記樹脂シートの厚さが０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の双極板。

【請求項10】

前記双極板の厚さが２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の双極板。

【請求項11】

前記双極板の曲げ強度が０．５ＭＰａ以上である請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の双極板。

【請求項12】

請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の双極板を備える、
セルフレーム。

【請求項13】

請求項１２に記載のセルフレームを備える、
セルスタック。

【請求項14】

請求項１３に記載のセルスタックを備える、
レドックスフロー電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、双極板、セルフレーム、セルスタック、及びレドックスフロー電池に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、レドックスフロー電池は、複数の電池セルが積層されたセルスタックを備える。電池セルは、正極電極と、負極電極と、正極電極と負極電極との間に配置される隔膜とを備える。セルスタックは、隣り合う電池セルの間を仕切る双極板を備える。

【0003】

特許文献１は、カーボンフェルトが積層された双極板を開示する。この双極板は、カーボンフェルトが双極板の面方向に積層された積層体である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平１１－１６２４９６号公報

【発明の概要】

【0005】

本開示の双極板は、レドックスフロー電池に用いられる双極板であって、複数の複合シートと、積層された前記複合シート同士を接合する第一混合物とを備え、前記複数の複合シートの各々は、複数の空隙を含む樹脂シートと、前記樹脂シートの前記複数の空隙の少なくとも一部に充填された第二混合物とを備え、前記第一混合物と前記第二混合物との各々は、複数の導電性粒子と、前記複数の導電性粒子を前記樹脂シートに固定する樹脂バインダとを含む。

【0006】

本開示のセルフレームは、本開示の双極板を備える。

【0007】

本開示のセルスタックは、本開示のセルフレームを備える。

【0008】

本開示のレドックスフロー電池は、本開示のセルスタックを備える。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態に係るレドックスフロー電池の構成を示す概略図である。

【図2】図２は、レドックスフロー電池に備えるセルスタックの構成を示す概略図である。

【図3】図３は、実施形態に係る双極板を示す概略斜視図である。

【図4】図４は、実施形態に係る双極板の断面を拡大して示す概略断面図である。

【図5】図５は、実施形態に係る双極板における複合シートの構成を示す概略断面図である。

【図6】図６は、実施形態に係る双極板における複合シート同士の境界部分の近傍を拡大して示す概略図である。

【図7】図７は、変形例に係る双極板の断面を拡大して示す概略断面図である。

【図8】図８は、変形例に係る双極板における複合シートの構成を示す概略断面図である。

【図9】図９は、変形例に係る双極板における複合シート同士の境界部分の近傍を拡大して示す概略図である。

【図10】図１０は、変形例に係る双極板における表面部分の近傍を拡大して示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［本開示が解決しようとする課題］
レドックスフロー電池において、機械的強度に優れる双極板が望まれている。

【0011】

レドックスフロー電池に用いられる双極板は、隣り合う電池セルの正極電極と負極電極とを電気的に接続すること、隣り合う電池セル間で電解液を混合させないことが主な役割である。そのため、双極板は、導電性を有すること、電解液を通さない遮液性を有することが必要である。また、双極板は、例えばセルフレームの製造時など、ハンドリングした際に曲げ応力が作用することがある。この曲げ応力は、双極板が割れる要因となり得る。そのため、双極板を使用した部品の生産性の観点から、双極板は、ハンドリング時の曲げ応力に耐えられる高い機械的強度を有することが求められる。従来、双極板の機械的強度を向上することについて、十分に検討されていなかった。

【0012】

本開示は、機械的強度に優れる双極板を提供することを目的の一つとする。本開示は、上記双極板を備えるセルフレーム、上記セルフレームを備えるセルスタック、及び上記セルスタックを備えるレドックスフロー電池を提供することを別の目的の一つとする。

【0013】

［本開示の効果］
本開示の双極板は機械的強度に優れる。本開示のセルフレーム、本開示のセルスタック、及び本開示のレドックスフロー電池は、機械的強度に優れる双極板を備える。

【0014】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

【0015】

（１）本開示の実施形態に係る双極板は、レドックスフロー電池に用いられる双極板であって、複数の複合シートと、積層された前記複合シート同士を接合する第一混合物とを備え、前記複数の複合シートの各々は、複数の空隙を含む樹脂シートと、前記樹脂シートの前記複数の空隙の少なくとも一部に充填された第二混合物とを備え、前記第一混合物と前記第二混合物との各々は、複数の導電性粒子と、前記複数の導電性粒子を前記樹脂シートに固定する樹脂バインダとを含む。

【0016】

本開示の双極板は、第一混合物によって、複数の複合シートが積層された状態で一体化されている。本開示の双極板は機械的強度に優れる。その理由は、樹脂シートが補強材として機能するからである。上記の双極板は、従来から使用されていたプラスチックカーボンからなる双極板と比較して、高い機械的強度を有する。プラスチックカーボンからなる双極板は、樹脂にカーボン粒子が混合された混合物を成形したものである。本開示の双極板は、樹脂シートが層状に積み重なった構造をしている。そのため、本開示の双極板は複合シートの積層方向の曲げに対して強い。本開示の双極板は、例えばハンドリング時の曲げ変形による割れの発生を抑制できる。

【0017】

本開示の双極板は、導電性及び遮液性を有する。遮液性とは、双極板が電解液を通さない性質のことをいう。本開示の双極板は、第二混合物に含まれる複数の導電性粒子が樹脂シートの内部に分散した状態で保持されている。そのため、本開示の双極板は導電性を確保できる。また、本開示の双極板は、複数の複合シートが積層されることによって、複合シートの積層方向に連通するような空隙が形成され難い。樹脂シートに第二混合物が充填されていることで、樹脂シートには上記空隙が少ない。そのため、本開示の双極板は電解液の遮液性を確保できる。

【0018】

（２）上記の双極板の一形態として、前記樹脂シートの質量割合が３質量％以上１５質量％以下であってもよい。

【0019】

上記の形態は、双極板の機械的強度と導電性とを確保し易い。

【0020】

（３）上記の双極板の一形態として、前記第一混合物は、隣り合う前記複合シートの前記樹脂シートの間に配置されている。

【0021】

上記の形態は、第一混合物によって、隣り合う複合シート同士を接合し易い。

【0022】

（４）上記の双極板の一形態として、前記双極板の表面を構成する第三混合物を備え、前記第三混合物は、複数の導電性粒子と、前記複数の導電性粒子を前記樹脂シートに固定する樹脂バインダとを含む。

【0023】

上記の形態は、双極板の表面が第三混合物で構成されていることで、双極板の表面の導電性が向上する。

【0024】

（５）上記の双極板の一形態として、前記樹脂シートは、複数の樹脂繊維を含む。

【0025】

複数の樹脂繊維を含む樹脂シートは、繊維間に空隙を有する。上記の形態は、繊維間の空隙に第二混合物が充填される。

【0026】

（６）上記（５）に記載の双極板の一形態として、前記樹脂シートは、不織布又は織布であってもよい。

【0027】

上記の形態は、繊維間の空隙に充填される第二混合物が多くなることで、双極板の導電性を高めることができる。

【0028】

（７）上記（５）又は（６）に記載の双極板の一形態として、前記複数の樹脂繊維は、ポリプロピレン繊維を含む。

【0029】

上記の形態は、双極板の機械的強度を高めることができる。

【0030】

（８）上記の双極板の一形態として、前記複合シートの積層数が７以上であってもよい。

【0031】

上記の形態は、双極板の機械的強度と遮液性とを確保し易い。

【0032】

（９）上記の双極板の一形態として、前記樹脂シートの厚さが０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であってもよい。

【0033】

上記の形態は、双極板の機械的強度と遮液性とを確保しつつ、双極板の薄型化を実現し易い。

【0034】

（１０）上記の双極板の一形態として、前記双極板の厚さが２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよい。

【0035】

上記の形態は、双極板の機械的強度と遮液性とを確保しつつ、双極板の薄型化を実現できる。

【0036】

（１１）上記の双極板の一形態として、前記双極板の曲げ強度が０．５ＭＰａ以上であってもよい。

【0037】

上記の形態は、曲げに強く、双極板に割れが生じ難い。

【0038】

（１２）本開示の実施形態に係るセルフレームは、上記（１）から（１１）のいずれか１つに記載の双極板を備える。

【0039】

本開示のセルフレームは、機械的強度に優れる双極板を備える。セルフレームの製造時に双極板が割れ難いため、本開示のセルフレームは生産性に優れる。

【0040】

（１３）本開示の実施形態に係るセルスタックは、上記（１２）に記載のセルフレームを備える。

【0041】

本開示のセルスタックは、上述した本開示のセルフレームを備えることから、機械的強度に優れる双極板を備える。セルスタックの製造時に双極板が割れ難いため、本開示のセルスタックは生産性に優れる。

【0042】

（１４）本開示の実施形態に係るレドックスフロー電池は、上記（１３）に記載のセルスタックを備える。

【0043】

本開示のレドックスフロー電池は、上述した本開示のセルスタックを備えることから、機械的強度に優れる双極板を備える。レドックスフロー電池の組み立て時に双極板が割れ難いため、本開示のレドックスフロー電池は生産性に優れる。

【0044】

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の双極板、セルフレーム、セルスタック、及びレドックスフロー電池の具体例を、図面を参照して説明する。以下、レドックスフロー電池を「ＲＦ電池」と呼ぶ場合がある。図中の同一符号は同一又は相当部分を示す。
なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
以下、先に、ＲＦ電池、セルスタック、セルフレームについて説明し、その後、双極板について詳しく説明する。

【0045】

＜ＲＦ電池＞
図１を参照して、ＲＦ電池１を説明する。ＲＦ電池１は、代表的には、交流／直流変換器７や変電設備７１を介して発電部８及び負荷９に接続される。ＲＦ電池１は、発電部８で発電された電力を充電したり、充電した電力を負荷９に放電したりすることが可能である。発電部８は、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーを利用した発電設備やその他一般の発電所である。ＲＦ電池１は、例えば、負荷平準化用途、瞬低補償、非常用電源などの用途、自然エネルギー発電の出力平滑化用途に利用される。

【0046】

ＲＦ電池１は、電池セル１００に電解液を循環させることで充放電を行う。ＲＦ電池１は、電池セル１００と、電解液を貯留するタンクと、電池セル１００とタンクとの間で電解液を循環させる循環流路とを備える。タンクは、正極電解液を貯留する正極電解液タンク１０６と、負極電解液を貯留する負極電解液タンク１０７とを有する。循環流路は、電池セル１００と各タンクとの間を接続する配管を有する。

【0047】

電解液には、例えば、バナジウム系電解液、チタン－マンガン系電解液などが使用される。バナジウム系電解液は、正極電解液及び負極電解液の両方が、活物質としてバナジウムイオンを含有する。チタン－マンガン系電解液は、正極電解液が活物質としてマンガンイオンを含有し、負極電解液が活物質としてチタンイオンを含有する。

【0048】

（電池セル）
電池セル１００は、正極電極１０４と、負極電極１０５と、隔膜１０１とを備える。隔膜１０１は正極電極１０４と負極電極１０５との間に配置される。電池セル１００は隔膜１０１によって正極セル１０２と負極セル１０３とに分かれている。正極電極１０４は正極セル１０２に配置されている。負極電極１０５は負極セル１０３に配置されている。

【0049】

正極セル１０２には、正極電解液が供給される。負極セル１０３には、負極電解液が供給される。ＲＦ電池１は、図１に示すように、電池セル１００と正極電解液タンク１０６との間を接続する往路配管１０８及び復路配管１１０を備える。また、ＲＦ電池１は、電池セル１００と負極電解液タンク１０７との間を接続する往路配管１０９及び復路配管１１１を備える。往路配管１０８，１０９には、ポンプ１１２，１１３が設けられている。正極電解液は、ポンプ１１２によって正極電解液タンク１０６から往路配管１０８を通って正極セル１０２に供給される。正極セル１０２を通り正極セル１０２から排出された正極電解液は、復路配管１１０を通って正極電解液タンク１０６に戻される。つまり、往路配管１０８及び復路配管１１０によって、正極電解液の循環流路が構成されている。負極電解液は、ポンプ１１３によって負極電解液タンク１０７から往路配管１０９を通って負極セル１０３に供給される。負極セル１０３を通り負極セル１０３から排出された負極電解液は、復路配管１１１を通って負極電解液タンク１０７に戻される。つまり、往路配管１０９及び復路配管１１１によって、負極電解液の循環流路が構成されている。

【0050】

＜セルスタック＞
ＲＦ電池１はセルスタック２を備える。セルスタック２は、複数の電池セル１００が積層された構造を有する。セルスタック２は、例えば図２に示すように、サブスタック２００ｓをその両側から２枚のエンドプレート２１０で挟み込み、締付機構２３０で締め付けることで構成されている。図２は、複数のサブスタック２００ｓを備えるセルスタック２を示している。サブスタック２００ｓは、積層体と、積層体の両端に設けられる給排板２２０とを備える。積層体は、セルフレーム１２０、正極電極１０４、隔膜１０１、負極電極１０５の順に繰り返し積層される。給排板２２０には、上述した図１に示す往路配管１０８，１０９及び復路配管１１０，１１１が接続される。セルスタック２における電池セル１００の積層数は適宜選択できる。

【0051】

＜セルフレーム＞
セルフレーム１２０は、双極板１０を備える。本実施形態のセルフレーム１２０は、双極板１０と、双極板１０の外周に設けられた枠体１２２とを有する。双極板１０は、図１に示すように、隣り合う電池セル１００の間を仕切る。双極板１０は、隣り合う電池セル１００の正極電極１０４と負極電極１０５との間に配置される。双極板１０の表面は、正極電極１０４と向かい合う第一の面と、負極電極１０５と向かい合う第二の面とを有する。枠体１２２は、図２に示すように、双極板１０の外周に設けられる。枠体１２２の内側には、双極板１０の表面と枠体１２２の内周面とにより凹部１２２ｒが形成される。凹部１２２ｒは、双極板１０の両側にそれぞれ形成されている。双極板１０の第一の面側の凹部１２２ｒには正極電極１０４が配置される。双極板１０の第二の面側の凹部１２２ｒには負極電極１０５が配置される。各凹部１２２ｒは、上述した図１に示す正極セル１０２及び負極セル１０３の各セル空間を形成する。

【0052】

枠体１２２の材質は樹脂である。枠体１２２を構成する樹脂は、例えば、塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、フッ素樹脂などである。フッ素樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などが挙げられる。枠体１２２は、例えば、双極板１０の外周に樹脂を射出成形することで形成されている。

【0053】

セルスタック２では、図１に示すように、隣り合う各セルフレーム１２０の双極板１０の間に１つの電池セル１００が設けられる。各セルフレーム１２０の枠体１２２の間には、電解液の漏洩を抑制する環状のシール部材１２７が配置される。シール部材１２７は、例えばＯリングなどである。

【0054】

図２に示すように、セルフレーム１２０の枠体１２２は、給液マニホールド１２３，１２４及び排液マニホールド１２５，１２６を有する。本例では、正極電解液は、給液マニホールド１２３から給液スリット１２３ｓを介して正極電極１０４に供給される。正極電極１０４に供給された正極電解液は、排液スリット１２５ｓを介して排液マニホールド１２５に排出される。同様に、負極電解液は、給液マニホールド１２４から給液スリット１２４ｓを介して負極電極１０５に供給される。負極電極１０５に供給された負極電解液は、排液スリット１２６ｓを介して排液マニホールド１２６に排出される。給液マニホールド１２３，１２４及び排液マニホールド１２５，１２６は枠体１２２を貫通するように形成されている。給液マニホールド１２３，１２４及び排液マニホールド１２５，１２６は、セルフレーム１２０が積層されることによって各電解液の流路を構成する。これら各流路は、給排板２２０を介して図１に示す往路配管１０８，１０９及び復路配管１１０，１１１の各配管にそれぞれつながっている。セルスタック２は、上記各流路によって、各電池セル１００に正極電解液及び負極電解液を流通させることが可能である。

【0055】

＜双極板＞
図３から図６を参照して、実施形態に係る双極板１０を説明する。実施形態に係る双極板１０の特徴の一つは、図４に示すように、複数の複合シート１１が積層された構造を有する点にある。双極板１０は、図５に示す複数の複合シート１１と、図６に示す第一混合物３０ａとを備える。第一混合物３０ａは、積層された複合シート１１同士を接合する。複数の複合シート１１の各々は、図６に示すように、樹脂シート２０と、第二混合物３０ｂとを備える。樹脂シート２０は、図６に示すように、複数の空隙２４を含む。第二混合物３０ｂは、樹脂シート２０の複数の空隙２４の少なくとも一部に充填されている。第一混合物３０ａと第二混合物３０ｂとの各々は、複数の導電性粒子３１と、樹脂バインダ３２とを含む。

【0056】

図４は、図３のＩＶ－ＩＶ断面の一部を示す。図４に示す双極板１０の断面は、双極板１０の厚さ方向に沿って切断した断面である。双極板１０の厚さ方向は双極板１０の表面に直交する方向である。双極板１０の厚さ方向は複合シート１１の積層方向に相当する。図５は、隣り合う複合シート１１の断面を拡大して示す。図６は、図５のＶＩ線で囲む部分を拡大して示す。図５、図６では、便宜上、樹脂バインダ３２をハッチングで示している。図５、図６では、樹脂シート２０の構成、空隙２４の形状及び大きさ、第一混合物３０ａ及び第二混合物３０ｂの構成を簡略化して模式的に示している。図中、矢印Ｚは厚さ方向を示す。

【0057】

双極板１０は、樹脂シート２０が補強材として機能することで、機械的強度に優れる。また、双極板１０は、導電性を有すると共に、電解液を通さない遮液性を有する。

【0058】

双極板１０の形状は適宜選択できる。本例では、双極板１０は、平面視において矩形状である。双極板１０の厚さは、例えば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。双極板１０の厚さが大きいほど、双極板１０の機械的強度が向上する。また、双極板１０の厚さが大きいほど、双極板１０の厚さ方向、即ち複合シート１１の積層方向に連通するような空隙が形成され難い。そのため、双極板１０の遮液性が向上する。双極板１０の厚さが２ｍｍ以上であれば、双極板１０の機械的強度と遮液性とを確保し易い。双極板１０の厚さが１０ｍｍ以下であれば、双極板１０の薄型化を図ることができる。双極板１０が薄型化されることにより、セルスタック２を小型化でき、ひいてはＲＦ電池１を小型化できる。また、双極板１０が薄いほど、双極板１０の電気抵抗が小さくなる。双極板１０の厚さは、更に４ｍｍ以上８ｍｍ以下でもよい。

【0059】

双極板１０の曲げ強度は、例えば０．５ＭＰａ以上である。双極板１０の曲げ強度が０．５ＭＰａ以上であれば、双極板１０は曲げに強く割れ難い。曲げ強度は、３点曲げ試験による曲げ強度である。双極板１０の曲げ強度は、例えば０．８ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ以上が好ましい。双極板１０の曲げ強度は、更に２ＭＰａ以上、５ＭＰａ以上でもよい。双極板１０の曲げ強度の上限は、実用的には例えば４０ＭＰａである。即ち、双極板１０の曲げ強度は、例えば０．５ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下である。

【0060】

双極板１０の引張強度は、例えば２ＭＰａ以上である。双極板１０の引張強度が２ＭＰａ以上であれば、双極板として十分な引張強度を有する。双極板１０の引張強度は、更に６ＭＰａ以上、２０ＭＰａ以上でもよい。双極板１０の引張強度の上限は、実用的には例えば４０ＭＰａである。即ち、双極板１０の引張強度は、例えば２ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下である。

【0061】

双極板１０の体積抵抗率は、例えば２．０Ω・ｃｍ以下である。双極板１０の体積抵抗率が２．０Ω・ｃｍ以下であれば、双極板は良好な導電性を有する。双極板１０の体積抵抗率は、例えば１．５Ω・ｃｍ以下、１．０Ω・ｃｍ以下が好ましい。双極板１０の体積抵抗率は、更に０．５Ω・ｃｍ以下、０．３Ω・ｃｍ以下、０．２Ω・ｃｍ以下でもよい。双極板１０の体積抵抗率の下限は、例えば０．０５Ω・ｃｍである。即ち、双極板１０の体積抵抗率は、例えば０．０５Ω・ｃｍ以上２．０Ω・ｃｍ以下である。体積抵抗率は、双極板の面方向の体積抵抗率である。双極板の面方向とは、双極板の厚さ方向と直交する方向である。

【0062】

（複合シート）
複合シート１１は、図６に示すように、樹脂シート２０の空隙２４に充填された第二混合物３０ｂを備える。樹脂シート２０は、第二混合物３０ｂによって、複数の空隙２４の少なくとも一部が埋められている。したがって、樹脂シート２０には、第二混合物３０ｂによって埋められていない空隙２４が少ない。本例では、樹脂シート２０の空隙２４のほぼ全てに第二混合物３０ｂが充填されている。つまり、樹脂シート２０の内部の全体にわたって第二混合物３０ｂが実質的に充填されている。第二混合物３０ｂに含まれる複数の導電性粒子３１が樹脂シート２０の内部に分散した状態で保持されることで、双極板１０の導電性を確保できる。

【0063】

また、図４に示すように、複数の複合シート１１が積層されることで、複合シート１１の積層方向に連通するような空隙２４（図６参照）が形成され難い。その結果、双極板１０の遮液性を確保できる。複合シート１１の積層数は適宜選択できる。図４では、説明の便宜上、複合シート１１の積層数を３としている。複合シート１１の積層数は、例えば７以上である。複合シート１１の積層数と樹脂シート２０の数とは一致する。複合シート１１の積層数が多いほど、樹脂シート２０の数が増える。そのため、双極板１０の機械的強度を高めることができる。また、複合シート１１の積層数が多いほど、複合シート１１の積層方向に連通するような空隙２４が形成され難い。そのため、遮液性が向上する。複合シート１１の積層数が７以上であれば、双極板１０の機械的強度と遮液性とを確保し易い。複合シート１１の積層数の上限は、例えば８０である。複合シート１１の積層数が８０以下であれば、双極板１０の薄型化を図ることができる。複合シート１１の積層数は、更に１５以上６０以下、２０以上５０以下でもよい。

【0064】

（樹脂シート）
樹脂シート２０は、樹脂からなるシートである。樹脂シート２０は、複数の空隙２４（図６参照）を含む３次元構造を有する。空隙２４は、樹脂シート２０の表面から内部まで連続した開空隙を備える。開空隙は、樹脂シート２０の内部から外部につながっている空隙である。更に、空隙２４は、樹脂シート２０の表面に開口せず、樹脂シート２０内に孤立した閉空隙を含んでもよい。閉空隙は、樹脂シート２０の内部に存在し、外部とつながっていない空隙である。樹脂シート２０の形態は、例えば、繊維集合体、スポンジなどのいずれの形態でもよい。樹脂シート２０は公知のものを用いることができる。繊維集合体については後述する。

【0065】

樹脂シート２０は、電解液に対する耐性を有すると共に、機械的特性に優れることが好ましい。樹脂シート２０を構成する樹脂は、例えば、ＰＰ、ＰＥ、ＰＴＦＥ、ポリアミド（ＰＡ）などである。ポリアミドには、アラミドが含まれる。これらの樹脂のうち、機械的特性、電解液に対する耐性、コストなどの観点から、ＰＰが好ましい。

【0066】

樹脂シート２０の質量割合は、例えば３質量％以上１５質量％以下である。樹脂シート２０の質量割合が多いほど、双極板１０の機械的強度が向上する。樹脂シート２０の質量割合が３質量％以上であれば、双極板１０の機械的強度を確保し易い。樹脂シート２０の質量割合が多くなると、双極板１０の電気抵抗が高くなる。樹脂シート２０の質量割合が１５質量％以下であることで、双極板１０の電気抵抗を低くできる。樹脂シート２０の質量割合は、更に７質量％以上９．５質量％以下でもよい。

【0067】

樹脂シート２０の質量割合は、双極板１０全体の質量を１００％としたときの、樹脂シート２０の質量の割合である。樹脂シート２０の質量割合は、双極板１０の質量をＭ、樹脂シート２０の質量をＭａとすると、［（Ｍａ／Ｍ）×１００］で表される。樹脂シート２０の質量は、複合シート１１から第一混合物３０ａや第二混合物３０ｂを除いた質量である。樹脂シート２０の質量は、例えば、次のようにして測定する。双極板１０を溶剤に漬けて、上記各混合物に含まれる樹脂バインダ３２を溶剤で溶かす。溶剤は、樹脂バインダ３２を溶かすが、樹脂シート２０を溶かさない溶剤を選択する。溶剤には、例えばトルエン、キシレン、エステル、ベンゼンなどを用いることができる。樹脂バインダ３２を溶かした後、樹脂シート２０を洗浄する。樹脂シート２０を洗浄することで、樹脂シート２０に付着している導電性粒子３１を洗い落とす。樹脂シート２０を乾燥した後、樹脂シート２０の質量を測定する。

【0068】

樹脂シート２０の厚さは、例えば０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。樹脂シート２０の厚さが大きいほど、双極板１０の機械的強度が向上する。また、樹脂シート２０の厚さが大きいほど、樹脂シート２０の厚さ方向に連通するような空隙２４（図６参照）が形成され難い。そのため、遮液性が向上する。樹脂シート２０の厚さが０．１ｍｍ以上であれば、双極板１０の機械的強度と遮液性とを確保し易い。樹脂シート２０の厚さが２ｍｍ以下であれば、双極板１０の薄型化を図ることができる。樹脂シート２０の厚さは、更に０．１５ｍｍ以上１ｍｍ以下でもよい。ここでいう樹脂シート２０の厚さは、樹脂シート２０が圧縮されていない状態での厚さである。

【0069】

樹脂シート２０の空隙率は、例えば２０体積％以上９５体積％以下である。樹脂シート２０の空隙率が大きいほど、樹脂シート２０の内部に充填される第二混合物３０ｂの充填率を高くすることができる。つまり、導電性粒子３１の質量割合が増える。その結果、双極板１０の導電性が向上する。樹脂シート２０の空隙率が２０体積％以上であることで、双極板１０の導電性を高めることができる。樹脂シート２０の空隙率が大きくなると、樹脂シート２０の機械的強度が低下する。即ち、双極板１０の機械的強度が低下する。樹脂シート２０の空隙率が９５体積％以下であることで、双極板１０の機械的強度を確保し易い。樹脂シート２０の空隙率は、更に３０体積％以上９０体積％以下でもよい。

【0070】

樹脂シート２０の空隙率は、樹脂シート２０の見かけの体積を１００％としたときの、空隙の体積の割合である。樹脂シート２０の空隙率は、樹脂シート２０の見かけの体積をＶ、空隙の体積をＶｐとすると、［（Ｖｐ／Ｖ）×１００］で表される。見かけの体積は、空隙を含む樹脂シート２０の体積である。樹脂シート２０の空隙率は、例えばアルキメデス法を用いて測定できる。樹脂シート２０の空隙率の測定は、上述した溶剤を用いて樹脂シート２０から上記各混合物を除去して行う。

【0071】

〈繊維集合体〉
本例では、樹脂シート２０は、図５に示すように、複数の樹脂繊維２２を含む繊維集合体である。繊維集合体は、複数の樹脂繊維２２によって構成されたシートである。繊維集合体は、図６に示すように、樹脂繊維２２間に空隙２４を有する。この空隙２４に第二混合物３０ｂが充填されている。即ち、樹脂シート２０が繊維集合体である場合、樹脂繊維２２間の空隙２４に第二混合物３０ｂが充填されていることによって、繊維集合体の内部に複数の導電性粒子３１が保持されている。

【0072】

繊維集合体としては、例えば、不織布、織布、ペーパーなどが挙げられる。不織布及び織布は、複数の樹脂繊維２２同士が絡み合って形状が維持される。ペーパーは、複数の樹脂繊維２２同士が結着されて形状が維持される。不織布は、独立した個々の樹脂繊維２２を交絡したものである。織布は、複数の樹脂繊維２２同士を撚り合わせた糸を織ったものである。不織布又は織布は、樹脂繊維２２同士を結着する結着材を含むペーパーに比べて、樹脂繊維２２間に多くの空隙２４が存在する。そのため、不織布又は織布は空隙率が比較的大きい。樹脂シート２０が不織布又は織布である場合、樹脂シート２０の内部に充填される第二混合物３０ｂが多くなり易い。その結果、導電性粒子３１の質量割合を増やすことができる。特に、不織布は、織布に比較して、樹脂繊維２２間に微細な空隙が均一に分布する点で有利である。繊維集合体は公知のものを用いることができる。

【0073】

樹脂繊維２２は、例えば、ＰＰ、ＰＥ、ＰＴＦＥ、ＰＡなどの繊維である。樹脂繊維２２は、機械的特性、電解液に対する耐性、コストなどの観点から、ＰＰ繊維が好ましい。ＰＰ繊維を含む繊維集合体は機械的強度を確保し易い。

【0074】

樹脂繊維２２の平均径は、例えば５μｍ以上５０μｍ以下である。樹脂繊維２２の平均径が５μｍ以上であることで、繊維集合体の機械的強度を確保し易い。樹脂繊維２２の平均径が５０μｍ以下であることで、樹脂繊維２２は適切な可撓性を有することができる。よって、繊維集合体は良好な可撓性を有する。樹脂繊維２２の平均径は、更に１０μｍ以上４０μｍ以下でもよい。

【0075】

樹脂繊維２２の平均径は、例えば、次のようにして測定できる。繊維集合体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察する。ＳＥＭ像を画像解析することにより、樹脂繊維２２の断面の面積を算出する。樹脂繊維２２の断面は、樹脂繊維２２の長手方向に直交する断面である。樹脂繊維２２の径は、樹脂繊維２２の断面積と等しい面積を持つ円の直径とする。樹脂繊維２２の平均径は、例えば１０本以上の樹脂繊維２２の径の平均値とする。樹脂繊維２２の測定数は、更に２０本以上、３０本以上でもよい。観察時のＳＥＭの加速電圧は例えば１０ｋＶ以上２０ｋＶ以下とする。観察時のＳＥＭの倍率は例えば１００倍以上５００倍以下とする。

【0076】

（混合物）
第一混合物３０ａと第二混合物３０ｂとの各々は、図６に示すように、複数の導電性粒子３１と、樹脂バインダ３２とを含む混合物である。第一混合物３０ａは隣り合う複合シート１１同士を接合する。第一混合物３０ａに含まれる樹脂バインダ３２が、複合シート１１同士を接合する接着剤として機能する。本例では、第一混合物３０ａと第二混合物３０ｂとは同じ混合物である。第一混合物３０ａと第二混合物３０ｂとが同じ場合、第一混合物３０ａ、及び第二混合物３０ｂの各々に含まれる導電性粒子３１の材質、及び樹脂バインダ３２の材質が同じである。第一混合物３０ａと第二混合物３０ｂとが同じ場合、第一混合物３０ａにおける導電性粒子３１の含有量、及び樹脂バインダ３２の含有量と、第二混合物３０ｂにおける導電性粒子３１の含有量、及び樹脂バインダ３２の含有量とは実質的に同じである。導電性粒子３１の含有量が実質的に同じとは、第一混合物３０ａにおける導電性粒子３１の含有量と第二混合物３０ｂにおける導電性粒子３１の含有量との比が０．９以上１．１以下の範囲内であることを意味する。樹脂バインダ３２の含有量が実質的に同じとは、第一混合物３０ａにおける樹脂バインダ３２の含有量と第二混合物３０ｂにおける樹脂バインダ３２の含有量との比が０．９以上１．１以下の範囲内であることを意味する。また、本例では、隣り合う複合シート１１同士が接触している。第一混合物３０ａは、各樹脂シート２０の空隙２４に充填された第二混合物３０ｂのうち、隣り合う複合シート１１の境界を構成する部分である。換言すれば、樹脂シート２０の表面に開口する空隙２４に充填された第二混合物３０ｂの一部が第一混合物３０ａを兼ねる。

【0077】

〈導電性粒子〉
導電性粒子３１は、導電性を有すると共に、電解液に対する所定の耐性を有する。導電性粒子３１は、例えば炭素粒子、金属粒子である。炭素粒子を構成する炭素は、例えば、黒鉛、カーボンブラックなどである。金属粒子を構成する金属は、例えば、金、銀、銅、スズ、鉄、ニッケル、クロム、亜鉛、アルミニウム、及びチタンからなる群より選択される金属又はその合金である。導電性粒子３１は、導電性、電解液に対する耐性、コストなどの観点から、炭素粒子が好ましい。

【0078】

導電性粒子３１は、樹脂シート２０の内部に分散した状態を樹脂バインダ３２によって保持される。導電性粒子３１の形状は、代表的には、球状である。導電性粒子３１の形状は、球状の他、針状、薄板状などでもよい。導電性粒子３１の平均粒径は、例えば２０ｎｍ以上１００μｍ以下である。導電性粒子３１の平均粒径は、樹脂シート２０の平均孔径よりも小さいことが好ましい。樹脂シート２０の平均孔径は、例えば水銀圧入法により測定できる。樹脂シート２０の平均孔径の測定は、上述した溶剤を用いて樹脂シート２０から上記各混合物を除去して行う。

【0079】

導電性粒子３１の平均粒径は、例えば、次のようにして測定できる。複合シート１１の断面をＳＥＭで観察する。ＳＥＭ像を画像解析することにより、導電性粒子３１の断面の面積を算出する。導電性粒子３１の粒径は、導電性粒子３１の断面積と等しい面積を持つ円の直径とする。導電性粒子３１の平均粒径は、例えば２０個以上の導電性粒子３１の粒径の平均値とする。導電性粒子３１の測定数は、更に５０個以上、１００個以上でもよい。観察時のＳＥＭの加速電圧は例えば１０ｋＶ以上２０ｋＶ以下とする。観察時のＳＥＭの倍率は例えば１００倍以上５００倍以下とする。

【0080】

導電性粒子３１の質量割合は、例えば５５質量％以上９５質量％以下である。導電性粒子３１の質量割合が多いほど、双極板１０の導電性が向上する。導電性粒子３１の質量割合が５５質量％以上であれば、双極板１０の導電性を確保し易い。導電性粒子３１の質量割合が多くなると、樹脂バインダ３２の割合が減少し易い。導電性粒子３１の質量割合が９５質量％以下であることで、樹脂バインダ３２の減少を抑制できる。導電性粒子３１の質量割合は、更に６０質量％以上８５質量％以下、６０質量％以上７０質量％以下でもよい。導電性粒子３１の質量割合は、双極板１０全体の質量を１００％としたときの、導電性粒子３１の質量の割合である。導電性粒子３１の質量割合は、双極板１０の質量をＭ、導電性粒子３１の質量をＭｂとすると、［（Ｍｂ／Ｍ）×１００］で表される。導電性粒子３１の質量は、例えば、次のようにして測定する。上述した溶剤を用いて、上記各混合物に含まれる樹脂バインダ３２を溶かす。樹脂シート２０から分離した導電性粒子３１の質量を測定する。

【0081】

〈樹脂バインダ〉
樹脂バインダ３２は、複数の導電性粒子３１を樹脂シート２０に固定する。樹脂バインダ３２は、例えば、ＰＥ、ＰＰ、塩素化ポリオレフィン、ＰＴＦＥ、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、パーフルオロエチレンプロペンコポリマー（ＦＥＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの樹脂である。樹脂バインダ３２は、樹脂シート２０を構成する樹脂と同じであってもよいし、異なってもよい。製造上の観点から、樹脂バインダ３２の軟化点は、樹脂シート２０の軟化点よりも低いことが好ましい。その理由については後述する。

【0082】

樹脂バインダ３２の質量割合は、例えば５質量％以上４０質量％以下である。樹脂バインダ３２の質量割合が５質量％以上であることで、樹脂バインダ３２によって導電性粒子３１を樹脂シート２０に固定し易い。樹脂バインダ３２の質量割合が４０質量％以下であることで、導電性粒子３１の割合を多くすることができる。その結果、双極板１０の導電性が向上する。樹脂バインダ３２の質量割合は、更に１０質量％以上３０質量％以下、２０質量％以上３０質量％以下でもよい。樹脂バインダ３２の質量割合は、双極板１０全体の質量を１００％としたときの、樹脂バインダ３２の質量の割合である。樹脂バインダ３２の質量割合は、双極板１０の質量をＭ、樹脂バインダ３２の質量をＭｃとすると、［（Ｍｃ／Ｍ）×１００］で表される。樹脂バインダ３２の質量割合は、例えば、上述した樹脂シート２０の質量割合と導電性粒子３１の質量割合とを１００％から引くことによって算出できる。

【0083】

［変形例］
図７から図１０を参照して、双極板１０の変形例を説明する。図７は、図４と同様に、双極板１０の断面の一部を示している。図８は、図５と同様に、隣り合う複合シート１１の断面を拡大して示す。図９は、図８のＩＸ線で囲む部分を拡大して示す。図１０は、双極板１０の表面部分の断面を拡大して示す。図８から図１０では、便宜上、樹脂バインダ３２をハッチングで示している。図８から図１０では、樹脂シート２０の構成、空隙２４の形状及び大きさ、第一混合物３０ａ及び第二混合物３０ｂの構成を簡略化して模式的に示している。変形例に係る双極板１０は、隣り合う複合シート１１の樹脂シート２０の間に第一混合物３０ａを有する点で、上述した実施形態と異なる。以下、変形例の双極板１０について、上述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

【0084】

（第一混合物３０ａ）
第一混合物３０ａは、図７、図８に示すように、隣り合う複合シート１１の樹脂シート２０の間に配置されている。第一混合物３０ａは、複数の導電性粒子３１と、樹脂バインダ３２とを含む混合物で層状に形成されている。第一混合物３０ａは、図９に示すように、樹脂シート２０の空隙２４に充填されておらず、樹脂シート２０の表面に露出している。隣り合う複合シート１１同士は、接触しておらず、第一混合物３０ａを介して接合されている。樹脂シート２０の間に第一混合物３０ａが配置されている場合、双極板１０に含まれる混合物の量が多くなる。第一混合物３０ａは、第二混合物３０ｂと同じであってもよいし、異なってもよい。第一混合物３０ａと第二混合物３０ｂとが異なる場合、例えば、第一混合物３０ａに含まれる導電性粒子３１の材質と、第二混合物３０ｂに含まれる導電性粒子３１の材質とが異なることがある。第一混合物３０ａと第二混合物３０ｂとが異なる場合、例えば、第一混合物３０ａに含まれる樹脂バインダ３２の材質と、第二混合物３０ｂに含まれる樹脂バインダ３２の材質とが異なることがある。変形例では、第一混合物３０ａと第二混合物３０ｂとは同じ混合物である。つまり、第一混合物３０ａ、及び第二混合物３０ｂの各々に含まれる導電性粒子３１の材質、及び樹脂バインダ３２の材質が同じである。また、第一混合物３０ａにおける導電性粒子３１の含有量と第二混合物３０ｂにおける導電性粒子３１の含有量とが実質的に同じである。第一混合物３０ａにおける樹脂バインダ３２の含有量と第二混合物３０ｂにおける樹脂バインダ３２の含有量とが実質的に同じである。

【0085】

変形例では、第一混合物３０ａは複合シート１１同士を接合する接着層として機能する。第一混合物３０ａの厚さは、例えば５μｍ以上３００μｍ以下である。第一混合物３０ａの厚さは、隣り合う複合シート１１の互いの樹脂シート２０の間の距離である。つまり、互いに向かい合う樹脂シート２０の表面間の距離である。第一混合物３０ａの厚さが５μｍ以上であることで、第一混合物３０ａが接着層として十分に機能し易い。第一混合物３０ａの厚さが３００μｍ以下であることで、双極板１０の薄型化を図ることができる。第一混合物３０ａの厚さは、更に１０μｍ以上２５０μｍ以下でもよい。

【0086】

更に、変形例では、図７に示すように、双極板１０の表面に第三混合物３０ｃを備える。第三混合物３０ｃは、複数の複合シート１１のうち、積層方向の最外側に配置された複合シート１１の表面を覆う。第三混合物３０ｃは、図１０に示すように、複数の導電性粒子３１と、樹脂バインダ３２とを含む混合物である。第三混合物３０ｃは、上記混合物で層状に形成されている。第三混合物３０ｃは、樹脂シート２０の空隙２４に充填されておらず、樹脂シート２０の表面に露出している。

【0087】

第三混合物３０ｃは、第一混合物３０ａや第二混合物３０ｂと同じであってもよいし、異なってもよい。変形例では、第一混合物３０ａと第二混合物３０ｂと第三混合物３０ｃとは同じ混合物である。つまり、第一混合物３０ａ、第二混合物３０ｂ、及び第三混合物３０ｃの各々に含まれる導電性粒子３１の材質、及び樹脂バインダ３２の材質が同じである。また、第一混合物３０ａにおける導電性粒子３１の含有量と、第二混合物３０ｂにおける導電性粒子３１の含有量と、第三混合物３０ｃにおける導電性粒子３１の含有量とが実質的に同じである。第一混合物３０ａにおける導電性粒子３１の含有量と第二混合物３０ｂにおける導電性粒子３１の含有量との比、第一混合物３０ａにおける導電性粒子３１の含有量と第三混合物３０ｃにおける導電性粒子３１の含有量との比、及び、第二混合物３０ｂにおける導電性粒子３１の含有量と第三混合物３０ｃにおける導電性粒子３１の含有量との比のそれぞれが、０．９以上１．１以下の範囲内である場合、導電性粒子３１の含有量が実質的に同じとみなす。第一混合物３０ａにおける樹脂バインダ３２の含有量と、第二混合物３０ｂにおける樹脂バインダ３２の含有量と、第三混合物３０ｃにおける樹脂バインダ３２の含有量とが実質的に同じである。第一混合物３０ａにおける樹脂バインダ３２の含有量と第二混合物３０ｂにおける樹脂バインダ３２の含有量との比、第一混合物３０ａにおける樹脂バインダ３２の含有量と第三混合物３０ｃにおける樹脂バインダ３２の含有量との比、及び、第二混合物３０ｂにおける樹脂バインダ３２の含有量と第三混合物３０ｃにおける樹脂バインダ３２の含有量との比のそれぞれが、０．９以上１．１以下の範囲内である場合、樹脂バインダ３２の含有量が実質的に同じとみなす。

【0088】

｛実施形態の効果｝
実施形態に係る双極板１０は、樹脂シート２０が補強材として機能することから、機械的に強度に優れる。特に、樹脂シート２０が双極板１０の厚さ方向に積層された構造であるため、双極板１０は、曲げに強く割れ難い性質を有する。

【0089】

更に、変形例に係る双極板１０は、第一混合物３０ａによって、隣り合う複合シート１１同士を接合し易い。変形例に係る双極板１０は、双極板１０の表面が第三混合物３０ｃによって構成されている。つまり、双極板１０の表面部分は樹脂シート２０を含んでいない。そのため、双極板１０の表面の導電性が向上する。

【0090】

＜双極板の製造方法＞
実施形態に双極板１０は、例えば、以下の工程を備える製造方法によって製造できる。双極板の製造方法は、導電性コンパウンドのシートと樹脂シートとを交互に積層した積層体を作製する工程と、積層体をプレスする工程とを備える。

【0091】

（積層体を作製する工程）
導電性コンパウンドのシートは、複数の導電性粒子と、樹脂バインダとを混合した混合物を原料に用いて、原料をシート状に成形することで作製できる。導電性コンパウンドのシートは、例えば押出機を用いて成形すればよい。積層体は、導電性コンパウンドのシートと樹脂シートとを交互に必要な枚数だけ積層することで作製する。

【0092】

（積層体をプレスする工程）
積層体を加熱した状態で積層方向にプレスすることで、積層された複合シート同士を接合する。例えば、金型に積層体を入れ、金型を加熱することにより積層体を加熱しながらプレスする。プレス時の加熱温度は、導電性コンパウンドのシートに含まれる樹脂バインダが溶融する温度以上とする。樹脂バインダが溶融することで、溶融した樹脂バインダと共に、導電性粒子が樹脂シートの内部に充填される。積層体をプレスした後、冷却することで、複数の複合シートが積層された双極板が得られる。溶融された樹脂バインダが冷却されて固化することによって、導電性粒子を樹脂シートに固定できると共に、隣り合う複合シート同士を接合できる。導電性コンパウンドのシートを構成する混合物は、双極板の完成時に、上述した第一混合物、第二混合物、第三混合物を構成するものである。

【0093】

更に、プレス条件は、樹脂シートの形状を維持するため、樹脂シートが溶融状態とならないような加熱温度及びプレス時間とすることが好ましい。樹脂シートの形状を維持することで、樹脂シートの機械的強度の低下を抑制できる。したがって、樹脂バインダの軟化点は樹脂シートを構成する樹脂の軟化点よりも低いことが好ましい。換言すれば、樹脂シートを構成する樹脂の軟化点は樹脂バインダの軟化点よりも高いことが好ましい。例えば、樹脂バインダはポリエチレンとし、樹脂シートを構成する樹脂はポリプロピレンとすることができる。この場合、プレス時の加熱温度は例えば１５０℃以上２００℃以下とする。プレス時間は例えば３分以上１５分以下とする。

【0094】

［試験例１］
複合シートを用いた双極板の試料を作製した。

【0095】

樹脂シートと、導電性コンパウンドのシートとを用意した。樹脂シートは、ポリプロピレン繊維からなる不織布である。不織布の厚さは０．５ｍｍである。このときの不織布の厚さは、外力が作用していない状態、即ち自然状態での厚さである。ポリプロピレン繊維の平均径は１０μｍである。ポリプロピレンの融点は１６０℃である。

【0096】

導電性コンパウンドの原料として、炭素粒子と、ポリエチレンとを用意した。炭素粒子と、ポリエチレンとを混合した混合物を押出機で成形して、導電性コンパウンドのシートを作製した。導電性コンパウンドのシートの厚さは０．５ｍｍである。炭素粒子の平均粒径は２０μｍである。ポリエチレンの融点は１３０℃である。導電性コンパウンドのシートの面積は、樹脂シートに用いた不織布の面積と同じである。

【0097】

ポリプロピレン繊維からなる不織布と導電性コンパウンドのシートとを交互に積層することで、積層体を作製した。１枚の不織布と１枚の導電性コンパウンドのシートの組み合わせを１層として、積層数は１０とした。

【0098】

不織布の質量割合、炭素粒子の質量割合、及びポリエチレンの質量割合は、表１に示す質量割合となるように調整した。試験例１では、不織布の質量割合は不織布の空隙率を変えることで調整した。また、試料Ｎｏ．１からＮｏ．３については、双極板全体のポリエチレンの質量割合が３０質量％となるように、導電性コンパウンドのシートを構成する炭素粒子及びポリエチレンの各々の質量割合を調整した。試料Ｎｏ．４からＮｏ．７については、双極板全体のポリエチレンの質量割合が２０質量％となるように、導電性コンパウンドのシートを構成する炭素粒子及びポリエチレンの各々の質量割合を調整した。

【0099】

得られた積層体を金型に入れてプレスすることで、双極板を作製した。プレス時の加熱温度は１５０℃とした。プレス時間は１０分とした。プレス圧力は４０ＭＰａとした。得られた双極板を所定のサイズに打ち抜いて、試料Ｎｏ．１からＮｏ．７の双極板を得た。

【0100】

試料Ｎｏ．１からＮｏ．７の双極板の厚さは３ｍｍである。試料Ｎｏ．１からＮｏ．７の双極板の面積は６０００ｍｍ^２である。試料Ｎｏ．１からＮｏ．７の双極板について、双極板の厚さ方向に切断した断面を顕微鏡で観察したところ、双極板の厚さ方向に複合シートが積層された構造を有していた。複合シートの積層数は１０である。複合シートは、樹脂シートである不織布と、不織布の空隙に充填された第二混合物とを備える。また、全ての試料の双極板は、図７から図１０に示す変形例と同じように、樹脂シートの間に第一混合物を備え、双極板の表面に第三混合物を備えていた。第一混合物、第二混合物、及び第三混合物は、導電性コンパウンドのシートを構成する炭素粒子及びポリエチレンによって構成されている。

【0101】

比較として、炭素粒子とポリエチレンとの混合物を成形することで、プラスチックカーボンからなる双極板を作製した。炭素粒子の質量割合、及びポリエチレンの質量割合は、表１に示す質量割合となるように調整した。この双極板を試料Ｎｏ．１０とする。試料Ｎｏ．１０の双極板は、樹脂シートとして不織布を含んでいない。試料Ｎｏ．１０の双極板の厚さは３ｍｍである。試料Ｎｏ．１０の双極板の面積は試料Ｎｏ．１からＮｏ．７の双極板の面積と同じである。

【0102】

各試料について、双極板の機械的強度及び導電性を評価した。機械的強度は、曲げ強度及び引張強度を評価した。導電性は、体積抵抗率を評価した。その結果を表１に示す。

【0103】

双極板の曲げ強度の測定は、ＪＩＳ Ｋ７１７１：２０１６に準拠して行った。ここでは、３点曲げ試験による曲げ強度を求めた。試験片はＪＩＳ Ｋ７１００：１９９９に準じて温度２３℃、相対湿度５０％に設定した恒温恒湿槽内に１２時間保管した。試験片のサイズは幅１０ｍｍ×長さ８０ｍｍとした。支点間距離は６４ｍｍとした。直径１０ｍｍの押さえ棒を速度２０ｍｍ／分にて下降させて試験片の中央部に荷重を加え、最大荷重Ｐ（Ｎ）を測定する。測定装置には、株式会社オリエンテック社製、テンシロンＲＴＥ－１２１０を用いた。また、双極板の引張強度の測定は、ＪＩＳ Ｋ７１６１：２０１４に準拠して行った。試験片のサイズはＪＩＳ３号ダンベルとした。測定装置には、株式会社オリエンテック社製、テンシロンＲＴＥ－１２１０用いた。ここでは、引張速度５ｍｍ／ｍｉｎの条件で引張試験を実施した。

【0104】

双極板の体積抵抗率は、四端子法にて測定した。測定装置には、菊水電子株式会社製、デジタルマルチメータＤＭＥ１６００を用いた。試験片のサイズは幅５０ｍｍ×長さ５０ｍｍとした。測定した体積抵抗率は、双極板の面方向の体積抵抗率である。

【0105】

【表1】

【0106】

表１に示す結果から、複合シートが積層された構造を有する試料Ｎｏ．１からＮｏ．７の双極板は、プラスチックカーボンからなる試料Ｎｏ．１０の双極板に比較して、曲げ強度及び引張強度が高く、機械的強度に優れることが分かる。試料Ｎｏ．１からＮｏ．７が試料Ｎｏ．１０に比較して高い機械的強度を有する理由は、複合シートに含まれる不織布が補強材として機能するためと考えられる。

【0107】

また、表１に示す結果から、不織布の質量割合が多いほど、曲げ強度及び引張強度が高く、機械的強度が向上することが分かる。例えば、試料Ｎｏ．２からＮｏ．７は、曲げ強度が０．５ＭＰａ以上、かつ、引張強度が２．０ＭＰａ以上、更に曲げ強度が１．０ＭＰａ以上、かつ、引張強度が６．０ＭＰａ以上を満たしており、優れた機械的強度を有していることが分かる。特に、試料Ｎｏ．３からＮｏ．７は、曲げ強度が２．０ＭＰａ以上、かつ、引張強度が２０ＭＰａ以上であり、機械的強度により優れる。一方で、不織布の質量割合が少ないほど、面方向の体積抵抗率が高く、導電性が向上することが分かる。例えば、試料Ｎｏ．１からＮｏ．６は、面方向の体積抵抗率が１．５Ω・ｃｍ以下、更に１．０Ω・ｃｍ以下を満たしており、優れた導電性を有していることが分かる。特に、試料Ｎｏ．１からＮｏ．５は、面方向の体積抵抗率が０．５Ω・ｃｍ以下であり、導電性により優れる。試料Ｎｏ．２からＮｏ．５は、試料Ｎｏ．１とＮｏ．６に比べて、機械的強度と導電性とのバランスがよい。

【0108】

更に、試料Ｎｏ．１からＮｏ．７の全ての試料について、双極板の遮液性を評価した。その結果、全ての試料は遮液性を確保できていた。遮液性の評価は、次のようにして行った。各試料の双極板を用いて試験用の電池セルを構成する。試験用の電池セルを用いて充放電試験を行い、電池セルが正常に動作することを確認する。充放電試験において電池セルが正常に動作した場合、双極板が遮液性を有していると評価する。

【符号の説明】

【0109】

１ ＲＦ電池
２ セルスタック
１０ 双極板
１１ 複合シート
２０ 樹脂シート、２２ 樹脂繊維、２４ 空隙
３０ａ 第一混合物、３０ｂ 第二混合物、３０ｃ 第三混合物
３１ 導電性粒子、３２ 樹脂バインダ
７ 交流／直流変換器、７１ 変電設備
８ 発電部、９ 負荷
１００ 電池セル
１０１ 隔膜、１０２ 正極セル、１０３ 負極セル
１０４ 正極電極、１０５ 負極電極
１０６ 正極電解液タンク、１０７ 負極電解液タンク
１０８，１０９ 往路配管、１１０，１１１ 復路配管
１１２，１１３ ポンプ
１２０ セルフレーム
１２２ 枠体、１２２ｒ 凹部
１２３，１２４ 給液マニホールド、１２５，１２６ 排液マニホールド
１２３ｓ，１２４ｓ 給液スリット、１２５ｓ，１２６ｓ 排液スリット
１２７ シール部材
２００ｓ サブスタック
２１０ エンドプレート、２２０ 給排板、２３０ 締付機構

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】