CN103608955A - 燃料电池用微细多孔质层片材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的燃料电池用微细多孔质层片材具备在气体扩散层基材上层叠至少两层且含有碳材料及粘合剂的微细多孔质层。而且，其特征在于，位于气体扩散层基材侧的第一层的微细多孔质层中的粘合剂含量比微细多孔质层中的除第一层以外的残留部层的粘合剂含量少。这种燃料电池用微细多孔质层片材的强度不会降低，能够确保透气性、排水性能。因此，通过在气体扩散层应用这种燃料电池用微细多孔质层片材，能够有助于提高固体高分子燃料电池的性能。

Description

燃料电池用微细多孔质层片材及其制造方法
技术领域
本发明涉及作为构成用于固体高分子燃料电池（PEFC）的气体扩散层（GDL）的微细多孔质层（MPL）的微细多孔质层片材及其制造方法。
背景技术
与例如固体氧化物燃料电池或熔化碳酸盐燃料电池等其它类型的燃料电池相比，使用质子传导率的固体高分子电解质膜的固体高分子燃料电池在低温下动作。因此，也期待固体高分子燃料电池作为汽车等移动体用的动力源，也开始其的实用化。
用于固体高分子燃料电池的气体扩散电极一般由电极催化剂层和气体扩散层构成。电极催化剂层含有由与高分子电解质膜同种类或不同种类的离子交换树脂（高分子电解质）覆盖的催化剂担载碳微粒子。而且，气体扩散层具有向催化剂层供给反应气体并且对产生于催化剂层的电荷进行集电的作用。而且，通过以对向的状态使这种气体扩散电极的催化剂层一侧与高分子电解质膜接合，形成膜电极接合体（MEA）。通过将多个这种膜电极接合体经由具备气体流路的隔板层叠，构成固体高分子燃料电池。
在这种用于固体高分子燃料电池的气体扩散层中，公知有在气体扩散层的催化剂层侧将以碳材料等的导电性物质为主体的微细多孔质层设为中间层所具备的结构。该中间层为了降低气体扩散层和催化剂层之间的电阻并且使气体流动顺畅而设置。这样，微细多孔质层与气体扩散层基材一起构成气体扩散层。因此，与气体扩散层整体相同，对于微细多孔质层不仅要求有优异的导电性，而且要求有优异的透气性。
在微细多孔质层中通常使用作为导电剂的碳，而且，为了使微细多孔质层担保排水性、强度，而使用疏水性的粘合剂。作为疏水性的粘合剂，一般使用聚四氟乙烯（PTFE）。例如，专利文献1中公开有包含未烧结及烧结PTFE和导电性物质的扩散层。
专利文献1：专利第4215979号公报
如上所述，在微细多孔质层中添加有粘合剂，因此，由于其自重引起的下垂，在微细多孔质层内产生粘合剂的不均。这样会将微细多孔质层内的细孔阻塞，其的结果产生使透气性能显著恶化的问题。另一方面，当通过减少粘合剂的添加量抑制不均时，产生导致微细多孔质层的强度降低，或排水性不充分的问题。例如，在上述专利文献1所记载的扩散膜中，对这种问题未采用具体的对策。因此，在这种扩散膜中，产生下垂引起的粘合剂不均，不能充分确保对气体扩散层要求的透气性。
发明内容
于是，本发明的目的在于，提供一种不降低强度、能够确保透气性、排水性能，且能够形成有助于提高固体高分子燃料电池的性能的气体扩散层的燃料电池用微细多孔质层片材及其制造方法，。
本发明的方式的燃料电池用微细多孔质层片材具备在气体扩散层基材上层叠至少两层且含有碳材料及粘合剂的微细多孔质层。而且，其特征在于，位于气体扩散层基材侧的第一层的微细多孔质层中的粘合剂含量比微细多孔质层中的除所述第一层以外的残留部层的粘合剂含量少。
另外，本发明的燃料电池用微细多孔质层片材的制造方法具备涂布含有碳材料及粘合剂的第一墨而形成第一层的微细多孔质层的工序。而且，其特征在于，还具备将含有碳材料及粘合剂且粘合剂浓度比第一墨高的墨涂布于所述第一层上，并层叠至少一层的微细多孔质层的工序。
另外，本发明的方式的燃料电池用气体扩散层的特征在于，将本发明的微细多孔质层片材的第一层侧粘合于气体扩散层基材上而构成。而且，本发明的方式的燃料电池用膜电极接合体的特征在于，将本发明的燃料电池用气体扩散层经由催化剂层层叠于电解质膜的两面而构成。
附图说明
图1表示构成本发明一实施方式的燃料电池用微细多孔质层片材的鳞片状石墨的形状，（a）为平面图，（b）为侧面图；
图2表示构成本发明一实施方式的燃料电池用微细多孔质层片材的粒状石墨的形状，（a）为平面图，（b）为侧面图；
图3是示意性地表示作为本发明一实施方式的燃料电池用微细多孔质层片材的截面构造的一例而使用了由大径鳞片状石墨和碳黑构成的碳材料的例子的概略剖面图；
图4是示意性地表示作为截面构造的一例而使用了由大径及小径鳞片状石墨构成的碳材料的例子的概略剖面图；
图5是示意性地表示作为截面构造的一例而使用了由大径鳞片状石墨、碳黑和粒状石墨构成的碳材料的例子的概略剖面图；
图6是示意性地表示作为截面构造的一例而使用了由大径及小径鳞片状石墨和粒状石墨构成的碳材料的例子的概略剖面图；
图7是表示使用了本发明的燃料电池用微细多孔质层片材的燃料电池用膜电极构造体的构造例的概略剖面图；
图8是分别比较表示本发明的燃料电池用微细多孔质层片材的实施例和比较例的构造的剖面图，（a）表示实施例，（b）表示比较例；
图9是表示制作本发明一实施方式的燃料电池用微细多孔质层片材的顺序及使用该片材制作气体扩散层的顺序的工序图；
图10是比较表示实施例1及比较例1的微细多孔质层的厚度方向的透气性的图表；
图11是比较表示实施例2～4及比较例2的微细多孔质层的厚度方向的透气性的图表；
图12是比较表示实施例1及比较例1的微细多孔质层的厚度方向的电阻的图表；
图13是比较表示实施例2～4及比较例2的微细多孔质层的厚度方向的电阻的图表；
图14是比较表示具备实施例1及比较例1的微细多孔质层的电池的发电性能的图表；
图15是比较表示具备实施例2～4及比较例2的微细多孔质层的电池单元的发电性能的图表；
图16是比较表示实施例1、4～7及比较例2的微细多孔质层的上面及下面的粘合剂含量的图表。
符号说明
1   膜电极接合体（MEA）
10  电解质膜
20  催化剂层
30  气体扩散层（GDL）
31  气体扩散层基材（GDL基材）
40  微细多孔质层片材（MPL片材）
41  第一MPL（第一层的微细多孔质层）
42  第二MPL
Gf  鳞片状石墨（大径鳞片状石墨）
Gfs 小径鳞片状石墨
Gg  粒状石墨
C   碳黑
S   保持片材
具体实施方式
下面，将本发明的燃料电池用微细多孔质层片材（MPL片材）与其制造方法、使用其构成的燃料电池用气体扩散层（GDL）、使用该GDL构成的燃料电池用膜电极接合体（MEA）一起进行更具体地说明。另外，在本发明的MPL片材中，“第一层”的微细多孔质层在制造上最先形成，且位于片材的最下侧。因此，为了便于说明，有时将“第一层”称为“最下层”。另外，在本说明书中，“％”在没有特别说明则表示质量百分率。另外，为了便于说明，附图的尺寸比率被扩大，有时与实际的比率不同。
如上所述，本发明一实施方式的MPL片材具备在气体扩散层基材上层叠至少两层且含有碳材料及粘合剂的微细多孔质层。而且，其特征在于，位于气体扩散层基材侧的第一层的微细多孔质层中的粘合剂含量比微细多孔质层的除上述第一层以外的残留部层中的粘合剂含量少。另外，作为本方式的MPL片材的厚度，优选合计在10～100μm左右的范围内。另外，优选第一层的厚度为MPL片材整体的5～60％。
通常，具备MPL的GDL通常为GDL基材和湿式涂布于其上而形成的MPL的层叠构造。但是，在这种MPL的形成方法中，由于MPL墨进入GDL基材内，GDL基材被堵塞，所以透气性恶化。另外，GDL基材表面的凹凸在墨涂布形成MPL后仍残留，因此，GDL基材纤维对电解质膜的攻击性的缓和效果小。
与之相对，本方式的MPL片材形成独立的片材状，不是在GDL基材上直接涂布墨，而是通过与该基材贴合形成GDL。因此，不会因墨浸入而产生基材的堵塞。另外，通过片材的贴合，基材表面的凹凸被吸收。这样，利用本方式的MPL片材解决与基材纤维对电解质膜的攻击性相关的上述问题。
另外，在采用单层构造的微细多孔质层片材的情况下，由于粘合剂的自重引起的下垂，产生MPL内的粘合剂的不均，导致MPL细孔的阻塞，透气性能显著恶化。与之相对，在本发明中，通过将MPL设为多层构造，并将第一层（最下层）的粘合剂含量设为较低，能缓和自重引起的粘合剂的不均。进而，提高高湿度运转条件下的透气性、排水性。
如上所述，本方式的MPL片材是具备至少两层的含有碳材料和粘合剂的微细多孔质层的多层构造片材，通过与GDL基材贴合，而形成GDL。而且，从抑制自重引起的粘合剂的不均的观点来看，以第一层的MPL的粘合剂含量比第一层以外的上层侧MPL的粘合剂含量少的方式构成。
作为构成本方式的MPL片材的各层的碳材料，可以使用鳞片状石墨、碳黑、粒状石墨。特别优选至少使用鳞片状石墨而构成。另外，鳞片状石墨也可以并用其粒径即平均平面直径D1为5～50μm的大径的石墨和不足5μm的小径的石墨。
鳞片状石墨的结晶性高，如图1（a）的平面图及图1（b）的侧面图所示，形成长宽比（平均平面直径D1／厚度H1）高的鳞状的形状。本方式的鳞片状石墨是指厚度H1为0.05μm～1μm、上述长宽比为10～1000左右的石墨。鳞片状石墨有助于提高MPL的厚度方向及面方向的透气性。另外，有助于降低面方向的阻力即提高导电性。从这种观点出发，优选使用平均平面直径D1为5～50μm的鳞片状石墨。将D1的值成为这种范围的鳞片状石墨特别称为大径鳞片状石墨Gf。当平均平面直径D1比5μm小时，对提高透气性没有效果，当比50μm大时，具有厚度方向的导电性劣化的趋势。另外，鳞片状石墨Gf的平均平面直径D1是指通过激光衍射、散射法测定的偏平的面方向的平均直径。另外，鳞片状石墨的厚度H1可以利用扫描电子显微镜（SEM）或透射电子显微镜（TEM）进行测定。
另一方面，如图2（a）及（b）所示，粒状石墨Gg的结晶性同样高，且长宽比（平均平面直径D2／厚度H2）为1～3左右。而且，作为提高厚度方向及面方向的透气性的间隔部件发挥作用。在此，间隔部件是通过介设于鳞片状石墨之间而使鳞片状石墨之间的距离伸长，提高燃料气体及氧化剂气体这样的反应气体的透过性的材料。另外，关于粒状石墨的平均粒径，从作为间隔部件发挥作用的观点出发，优选在1～10μm左右的范围内。另外，在本说明中，作为“平均粒径”的值，采用作为使用扫描电子显微镜（SEM）或透射电子显微镜（TEM）等观察装置在数～数十个视野中观察的粒子的粒子径的平均值而算出的值。在此，“粒子径”是指使用扫描电子显微镜（SEM）或透射电子显微镜（TEM）等观察装置观察的粒子（观察面）的轮廓线上的任意两点间的距离中最大的距离。同样也可以定义成其它结构成分的粒子径或平均粒子径。另外，粒状石墨的平均平面直径D2及厚度H2可以与上述鳞片状石墨的情况相同地测定。
另外，在鳞片状石墨的平均平面直径D1不足5μm的情况下，特别是称为小径鳞片状石墨Gfs。小径鳞片状石墨Gfs作为降低厚度方向的电阻的导电通路部件发挥作用。在此，导电通路部件是介设于鳞片状石墨之间来提高鳞片状石墨之间的导电性的材料。另外，利用小径鳞片状石墨Gfs，热阻降低即导热性提高。其结果，低加湿状态下的导电性提高。在使用这种小径鳞片状石墨Gfs的情况下，从兼得提高透气性和提高导电性这两者的观点出发，优选将MPL中的配合比设为30～70％左右。即，当小径鳞片状石墨Gfs的配合比比30％少时，接触面积变少，不能充分降低阻力。另一方面，当配合比比70％多时，粘合剂的量相对性地变少，难以作为MPL发挥作用。但是，在将鳞片状石墨的粒径可缩小成与后述的碳黑同程度的情况下，优选与碳黑相同地设为少的配合比。另外，小径的鳞片状石墨的平均平面直径D1及厚度H1也可以与上述鳞片状石墨的情况相同地测定。
作为降低厚度方向阻力的导电通路部件发挥作用的碳材料，列举碳黑。具体而言，可以使用油炉法炭黑、乙炔黑、热裂法炭黑、槽法炭黑等。作为这种导电通路部件的平均粒径，优选为10nm～5μm左右。
在上述导电通路部件中，在使用乙炔黑的情况下，关于乙炔黑的配合量，从更可靠地兼得提高透气性和提高导电性这两者的观点出发，优选将MPL中的含量设为5～25％。当乙炔黑的含量比5％少时，接触面积变少，不能充分降低阻力。另一方面，当比25％多时，小粒径填满孔隙，因此，透气性恶化。另外，优选使用比表面积为1000m2／g以上的乙炔黑，由此，能够进一步降低阻力。
而且，与上述的碳材料一起用于本发明的MPL片材的粘合剂具有将上述碳材料彼此之间粘结来确保MPL的强度的作用，优选兼备作为防水剂的作用。作为这种粘合剂树脂，并没有特别限制，但可以使用聚四氟乙烯（PTFE）。除此之外，也可以应用聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氟乙烯（PVF）、SEBS等苯乙烯系弹性树脂等。
图3～6是示意性地表示将上述的各种碳材料组合而构成的本方式的MPL片材中的各层的构造例的放大概略图。图3表示由鳞片状石墨、碳黑、未图示的粘合剂构成的例子。在该情况下，形成薄的形状的鳞片状石墨Gf以沿着层的面方向的状态大致平行地配向。其结果，能够确保MPL的厚度及面方向的透气性和面方向的导电性。另一方面，通过将碳黑C作为导电通路部件介设于其间，实现提高厚度方向的导电性的作用。
图4表示作为碳材料使大径和小径的鳞片状石墨组合的例子。小径鳞片状石墨Gfs与碳黑相同，介设于大径的鳞片状石墨Gf之间，作为导电通路部件发挥作用，而提高厚度方向的导电性。另外，图5是作为碳材料使鳞片状石墨、碳黑和粒状石墨组合而构成的例子。鳞片状石墨Gf及碳黑C与图3的构造例的情况相同地发挥作用，并且粒状石墨Gg作为提高厚度及面方向的透气性的间隔部件而发挥作用。
图6表示由大径鳞片状石墨Gf、小径鳞片状石墨Gfs、粒状石墨Gg的组合而构成的构造例。即使在该情况下，大径鳞片状石墨Gf也确保厚度方向的透气性和面方向的透气性及导电性。而且，小径鳞片状石墨Gfs作为导电通路部件发挥作用，粒状石墨Gg作为间隔部件发挥作用。
另外，上述图3～6所示的碳材料的组合的MPL的构造例只不过是代表例。例如，在图3所示的构造中添加小径鳞片状石墨Gfs，或进一步追加粒状石墨Gg，除此之外还考虑各种各样的组合。另外，本方式的MPL片材具备至少两层上述那样构造的MPL，但不一定需要是各层相同的碳材料的组合。即，例如，也可以混合图3～6所示那样的层构造。
如上所述，本方式的MPL片材具备含有碳材料和粘合剂且粘合剂含量不同的至少两层的MPL。在此，也可以在保持片材上形成这种多层构造。由此，能够提高该片材的生产率及可操作性。即，保持片材保持MPL片材且提高MPL片材的生产率及可操作性。作为该情况下的保持片材，只要具备可承受300℃左右的烧结处理的耐热性和化学稳定性，就没有特别限定。例如，可以使用由聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚砜、聚四氟乙烯等构成的薄膜。另外，它们之中，可以优选使用聚酰亚胺薄膜。另外，优选使用厚度为10～100μm左右的薄膜。
本方式的MPL片材可以通过例如图9所示的工序制造。即，在上述那样的耐热性保持片材上涂布含有碳材料及粘合剂的第一墨而形成第一层（最下层）的微细多孔质层。而且，同样在第一层上涂布含有碳材料及粘合剂且粘合剂浓度比上述第一墨高的墨，并层叠至少一层的微细多孔质层。
另外，通过使本方式的MPL片材的第一层侧与GDL基材贴合，能够形成燃料电池用的GDL。作为该GDL基材，可使用在由碳纸、碳布、无纺布等碳纤维形成的材料中含浸作为防水剂的PTFE等的材料。另外，根据应用这种GDL的MEA的排水特性或隔板的表面性质不同，有时不进行基材的防水处理，有时进行亲水处理。另外，在上述GDL基材中也可以含浸石墨、碳黑或它们的混合物。这种本方式的GDL应用了本方式的MPL，因此，强度不会降低，并能够确保透气性、排水性能。
图7表示使用利用本方式的MPL片材制作的GDL构成的MEA的构造例。MEA1在以电解质膜10为中心的阳极、阴极两极分别配置有催化剂层20、GDL30。在此，GDL30通过在GDL基材31上粘合本方式的MPL片材即由第一MPL41和第二MPL42构成的两层构造的MPL片材40而形成。另外，粘合不是简单地将材料涂布于粘接面而形成，而是指将独立成型的材料与粘接面接合。另外，下层侧的第一MPL41的粘合剂含量比上层侧的第二MPL42的粘合剂含量少。这种本方式的MEA应用了本方式的GDL，因此，强度不会降低，可确保透气性、排水性能，即使在湿润条件下，也能够确保发电性能。
作为电解质膜10，除了通常使用的全氟磺酸系电解质膜之外，还可以使用烃系电解质膜。作为全氟磺酸系电解质，具体而言，列举：Nafion（注册商标DuPont社制）、Aciphex（注册商标，旭化成株式会社制）、Flemion（注册商标，旭硝子株式会社制）等等。另外，作为烃系电解质，列举：具有磺酸基的烃系树脂、将磷酸等无机酸掺杂于烃系高分子化合物而得到的物质、一部分由质子导电体的官能团取代而得到的有机/无机混合聚合物、在高分子基体中含浸有磷酸溶液或硫酸溶液的质子导电体等。但是，考虑到抗氧化性、低透气性、制造的容易度及低成本等时，优选具有磺酸基的烃系高分子电解质。作为本实施方式中使用的烃系电解质，例如列举：磺化聚芳醚砜（S－PES）、聚苯并咪唑（PBI）、聚苯并恶唑（PBO）、磺化聚苯氧基苄基苯（S－PPBP）、聚醚醚酮（S－PEEK）等作为适当的例子。
另外，作为催化剂层20，在碳上担载有铂或铂合金的物质中混入全氟磺酸系电解质溶液或烃系电解质溶液而形成。在此，作为碳，可以使用油炉法炭黑，乙炔黑，科琴黑，热裂法炭黑，槽法炭黑等碳黑或石墨，活性炭等。另外，根据需要也可以添加防水剂或增孔剂。
作为这种MEA的制作方法，具有在将催化剂层通过热压而转印或直接涂布于电解质膜的物质上接合在GDL基材上粘合MPL片材而构成的GDL30的方法。还具有将在GDL的MPL侧预先涂布催化剂层20的物质通过热压与电解质膜接合的方法。也可以采用这些方法的任意一种。此时，根据在电解质膜、催化剂层内的电解质中使用全氟磺酸系还是使用烃系的电解质的不同，也适当变更热压等的涂布、接合条件。
本方式的GDL可以通过图9所示那样的工序制造。即，首先，制备含有鳞片状石墨、粘合剂，根据需要而进一步含有作为导电通路部件或间隔部件的碳黑或粒状石墨、表面活性剂、增粘剂的MPL墨。
接着，进行搅拌、脱泡处理之后，涂布在耐热性保持片材上，以例如80℃干燥，并以330℃进行烧结，由此，得到片材状的MPL（MPL片材）。
而且，通过将从保持片材剥离的MPL片材粘合于由例如进行了防水处理的碳纸构成的GDL基材上，可以得到GDL。粘合可以通过例如热压进行。在通过这种方法得到的GDL中，与在GDL基材上直接涂布墨而得到的物质不同，将另外准备的MPL片材粘合于GDL基材上。其结果，不会产生墨浸入引起的基材堵塞，GDL的透气性提高。另外，通过进行片材的贴附，基材表面的凹凸被吸收。其结果，能够缓和GDL基材纤维对电解质膜的攻击性，GDL的导电性提高。
实施例
下面，基于实施例对本发明进行具体地说明，但本发明不限定于这些实施例。
（实施例1）
作为MPL片材形成用墨，使用平均平面直径15μm、厚度0.1μm、比表面积6m2／g的鳞片状石墨、一次粒径40nm、比表面积37m2／g的乙炔黑和作为粘合剂的PTFE。准备分别以83.1％、11.9％、5％的比例含有上述鳞片状石墨、乙炔黑及PTFE的第一层用的MPL墨。接着，准备分别以61.3％、8.8％、30％的比例含有上述鳞片状石墨、乙炔黑及PTFE的第二层用的MPL墨。而且，在由厚度50μm的聚酰亚胺薄膜构成的耐热性保持片材上涂布第一层用的MPL墨，并使之自然干燥。然后，在该其上涂布第二层用墨，以80℃进行干燥之后，以330℃进行烧结。这样，如图8（a）所示，在保持片材S上得到具备厚度30μm的MPL41及厚度30μm的MPL42这两层的合计厚度60μm的两层构造的MPL片材40。
接着，从保持片材剥离由两层MPL构成的片材，在由PTFE进行了10％防水处理的厚度200μm的碳纸构成的GDL基材上进行热压接合，得到GDL。热压以80℃、2MPa、3分钟的条件进行。另外，以上的工序基于图9进行。而且，利用由上述得到的GDL夹持在厚度25μm的全氟磺酸系电解质膜上形成由铂担载碳、全氟磺酸系电解溶液构成的催化剂层，得到MEA。另外，铂担载碳的担载量在阳极侧设为0.05mg／cm2，在阴极侧设为0.35mg／cm2。
（比较例1）
在实施例1中，将第二层用所制备的MPL墨涂布于由厚度50μm的聚酰亚胺薄膜构成的耐热性保持片材上，并以80℃进行干燥。然后，除了以330℃进行烧结以外，重复上述同样的操作。这样，如图8（b）所示，在保持片材S上得到厚度60μm的单层的MPL片材45。接着，通过从保持片材剥离MPL片材，并在GDL基材上同样地进行热压，制成GDL后，通过同样的操作得到MEA。
（实施例2）
将分别以78.8％、11.3％、10％的比例含有上述鳞片状石墨、乙炔黑、PTFE的MPL墨用于第一层，将分别以52.5％、7.5％、40.0％的比例含有上述鳞片状石墨、乙炔黑、PTFE的MPL墨用于第二层。除此之外，重复与实施例1相同的操作，制作实施例2的MPL片材。接着，通过对同样的基材进行热压，制成GDL。而且，除了使用厚度15μm的全氟磺酸系电解质膜以外，通过与实施例1相同的操作得到MEA。
（实施例3）
作为第二层用的MPL墨，使用分别以60.0％、10.0％、30％的比例含有上述鳞片状石墨、乙炔黑、PTFE的墨。除此之外，重复与实施例2相同的操作，得到实施例3的MPL片材。而且，之后重复与实施例2相同的操作，制成GDL，进而得到MEA。
（实施例4）
作为第二层用的MPL墨，使用分别以61.3％、8.8％、30％的比例含有上述鳞片状石墨、乙炔黑、PTFE的墨。即，与实施例1的第二层相同。除此之外，重复与实施例2、3相同的操作，得到实施例4的MPL片材。而且，之后通过重复与实施例2、3相同的操作，制成GDL，进而制作MEA。
（比较例2）
使用分别以43.8％、6.3％、50％的比例含有上述鳞片状石墨、乙炔黑、PTFE的墨，通过与比较例1相同的操作，得到单层MPL的片材。而且，之后通过重复与实施例2～4相同的操作，制成GDL，并通过同样的操作，制作MEA。
如上，将制作的实施例及比较例的MPL片材的规格在表1中集中表示。
[表1]
Figure BDA0000438609240000111
（MPL的厚度方向透气性的测定）
使用格利透气度计评价MPL的厚度方向的透气性。使用格利透气度JISP8117所规定的格利透气度测定仪，测定100cc（0.1dm3）的空气通过具有外径28.6mm的圆孔的紧固板所压制的样品的时间（秒），从而测定格利透气度。使用该极值算出以厚度标准化的透气度（Permeability，单位：m2）。
图10中表示通过实施例1及比较例1得到的MPL的厚度方向的透气性测定结果。确认到相对于单层构造的比较例1，两层构造的实施例1的透气性提高。另外，图11中表示通过实施例2～4及比较例2得到的MPL的厚度方向的透气性测定结果。确认到相对于单层构造的比较例2，两层构造的实施例2～4的透气性提高。
（MPL的厚度方向电阻的测定）
图12表示通过实施例1及比较例1得到的MPL的厚度方向的电阻的测定结果。另外，这些结果只表示MPL的电阻。虽然单层构造的比较例1的电阻一方自身稍小，但是两层构造的实施例1的电阻也非常小，可以说不逊色。另外，在进行测定时，利用金箔夹持面积0.95cm2的MPL两面，以作用负荷的状态进行通电测定。电流值为1A，且将至5MPa设为1个循环，并比较第二个循环的1MPa的值。
另外，图13表示通过实施例2～4及比较例2得到的MPL的厚度方向的电阻的测定结果。其中，这些结果表示作为MPL和碳纸整体的电阻。确认到相对于单层构造的比较例2，两层构造的实施例2～4的电阻为相同水平。
（电池单元发电评价结果1）
使用由实施例1及比较例1的MPL片材制作的GDL，制作MEA。即，利用上述GDL分别夹持在由全氟磺酸系电解质构成的电解质膜的两面涂布有由与铂担载碳和上述电解质膜相同的全氟磺酸系电解质构成的催化剂层状态下的接合体，得到MEA。另外，将MEA的活动区域设为5×2cm2。
接着，使用由通过上述得到的MEA构成的小型单电池，以H2／空气（Air）、80℃、200kPa＿a的条件进行发电评价。而且，作为湿润条件的例子，图14中表示阳极及阴极均在相对湿度为90％RH时的以1.2A／cm2的发电评价结果。确认到相对于MPL为单层构造的比较例1的MEA，两层构造的实施例1的MEA的一方在湿润条件下的性能高。
（电池单元发电评价结果2）
使用由实施例2～4及比较例2的MPL片材制作的GDL，与上述相同地制作MEA。而且，对同样湿润条件下的以2A／cm2的发电进行评价。图15表示其结果。确认到相对于MPL为单层构造的比较例2的MEA，具备两层构造的MPL的实施例2～4的MEA的一方在湿润条件下的性能高。
（粘合剂含量）
对实施例1、4重新增加下面所示的实施例5～7，通过SEMEDX测定由这些物质得到的MPL的上面层及下面层的粘合剂成分（PTFE）而来的氟含量，并与形成单层构造的比较例2的情况相比进行调查。另外，MPL的下面层位于气体扩散层基材侧，在实施例中作为第一层。另外，MPL的上面层在上述第一层和气体扩散层基材的接合面相反侧与第一层接合，在实施例中作为第二层。
（实施例5）
作为第一层用的MPL墨，使用分别以87.5％、12.5％的比例含有上述鳞片状石墨、乙炔黑的墨。除此之外，重复与实施例1相同的操作，得到实施例5的MPL片材。
（实施例6）
作为第一层用的MPL墨，使用分别以86.6％、12.4％、1％的比例含有上述鳞片状石墨、乙炔黑、PTFE的墨。除此之外，重复与实施例1相同的操作，得到实施例6的MPL片材。
（实施例7）
作为第一层用的MPL墨，使用分别以84.9％、12.1％、3％的比例含有上述鳞片状石墨、乙炔黑、PTFE的墨。除此之外，重复与实施例1相同的操作，得到实施例7的MPL片材。
图16表示关于实施例1、4～7及比较例2比较微细多孔质层的上面及下面的粘合剂含量的结果。由此可知，在单层构造的比较例2的MPL中，气体扩散层基材侧的氟浓度比气体扩散层基材的相反侧的氟浓度高，气体扩散层基材侧的粘合剂含量多。与之相对，确认到在两层构造的实施例1或实施例4～7的MPL中，气体扩散层基材侧的最下层的氟浓度即粘合剂含量比除去上述最下层的层低。
日本国专利申请特愿2011－135078号（申请日：2011年6月17日）及日本国专利申请特愿2012－095527号（申请日：2012年4月19日）的全部内容在此被引用。
以上，按照实施例对本发明的内容进行了说明，但本发明不限定于这些记载，对于本领域技术人员来说，当然可以进行各种变形及改进。
产业上的可利用性
根据本发明，构成作为具备至少两层的微细多孔质层的多层构造的MPL片材。另外，这种MPL片材以位于气体扩散层基材侧的第一层的粘合剂含量比第一层以外的层的粘合剂含量少的方式构成。由此，即使产生由自重引起的粘合剂的下垂，也能够减少最下层的粘合剂的不均，从而确保透气性、排水性。

Claims (9)

1.一种燃料电池用微细多孔质层片材，其特征在于，
具备在气体扩散层基材上层叠至少两层且含有碳材料及粘合剂的微细多孔质层，
位于所述气体扩散层基材侧的第一层的微细多孔质层中的粘合剂含量比所述微细多孔质层中的除所述第一层以外的残留部层的粘合剂含量少。
2.如权利要求1所述的燃料电池用微细多孔质层片材，其特征在于，
所述碳材料包含具有5μm～50μm的平均平面直径的大径鳞片状石墨和具有不足5μm的平均平面直径的小径鳞片状石墨。
3.如权利要求1所述的燃料电池用微细多孔质层片材，其特征在于，
所述碳材料含有鳞片状石墨、碳黑及粒状石墨的至少一方。
4.如权利要求3所述的燃料电池用微细多孔质层片材，其特征在于，
所述鳞片状石墨由具有5μm～50μm的平均平面直径的大径鳞片状石墨和具有不足5μm的平均平面直径的小径鳞片状石墨构成。
5.如权利要求1～4中任一项所述的燃料电池用微细多孔质层片材，其特征在于，形成于保持片材上。
6.一种燃料电池用微细多孔质层片材的制造方法，其特征在于，具备：
涂布含有碳材料及粘合剂的第一墨而形成第一层的微细多孔质层的工序；
将含有碳材料及粘合剂且粘合剂浓度比第一墨高的墨涂布于所述第一层上，并层叠至少一层的微细多孔质层的工序。
7.如权利要求6所述的燃料电池用微细多孔质层片材的制造方法，其特征在于，
在保持片材上形成第一层的微细多孔质层。
8.一种燃料电池用气体扩散层，其特征在于，
将权利要求1～5中任一项所述的燃料电池用微细多孔质层片材的第一层侧与气体扩散层基材粘合而构成。
9.一种燃料电池用膜电极接合体，其特征在于，
将权利要求8所述的燃料电池用气体扩散层经由催化剂层层叠于电解质膜的两面而构成。
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