CN105378992A - 扩散层形成用糊料及其制造方法和气体扩散层的制造方法 - Google Patents

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Abstract

用于形成燃料电池用GDL的扩散层形成用糊料含有溶剂和全都分散在溶剂中的导电粒子、具有第一分解温度的第一表面活性剂和具有低于第一分解温度的第二分解温度的第二表面活性剂。基于重量，扩散层形成用糊料含有比第二表面活性剂更少量的第一表面活性剂。

Description

扩散层形成用糊料及其制造方法和气体扩散层的制造方法
技术领域
本发明涉及一种扩散层形成用糊料及其制造方法和气体扩散层(GDL)的制造方法。
背景技术
GDL夹住并保持膜电极组件(MEA)以形成作为燃料电池的核心构件的膜-电极和气体扩散层组件(MEGA)。通过将糊料施涂在扩散层基材上并且随后进行热处理而形成GDL。用于制造GDL的糊料含有用于赋予GDL更好导电性的导电碳粒子，通过利用表面活性剂将所述粒子分散在溶剂中。在施涂糊料后的热处理期间需要将表面活性剂分解并且与溶剂一起清除。已经提出了用于减少加热时长的多种方法(参见例如日本专利申请公开号2011-258395(JP2011-258395A))。
GDL需要具有导电性，将气体扩散并供给至MEA中的负极和正极的电极催化剂层的能力，和为了维持MEGA形状而对电极催化剂层的粘结能力。GDL由于借助于表面活性剂分散在糊料中的碳而具有导电性。GDL由于在施涂糊料后的热处理期间未被分解或清除的在扩散层中的残余表面活性剂而具有斥水性和粘结能力。斥水性和粘结能力受表面活性剂的残余量的影响。在施涂后从糊料中表面活性剂的分解和清除状况通常由加热状况所规定，所述加热状况由加热温度与表面活性剂的分解温度之间的温差和加热时长所规定，且当所述差值增大时会促进表面活性剂的分解和清除。因此通过增大温差也可以减少加热时长。然而，如下文所述，非常多的情况是，并不是在所有的情况下都可以实现温差的增大。
当表面活性剂的残余量高时GDL可能会具有降低的斥水性，但在没有一定量的残余表面活性剂的情况下GDL不具有粘结能力。因此，考虑到具有斥水性，期望降低表面活性剂的残余量，而考虑到具有粘结能力，期望避免降低表面活性剂的残余量。即，为了具有斥水性，需要增大温差，而为了具有粘结能力，需要不过度地增大温差。
在施涂后从糊料中表面活性剂的分解和清除状况不仅受由温差和加热时长所规定的加热状况的影响，而且还受所谓的GDL规格如施涂的糊料的厚度的影响。GDL规格如施涂的糊料的厚度允许具有满足GDL或MEGA制品规格的一定的制造容差。因此在对GDL进行加热时，需要将GDL的温差和加热时长限定在制造容差内，使得获得其中表面活性剂的残余量给予GDL令人满意的斥水性和粘结能力两者的加热状况(下文中称为“适当残余量”)。然而，因为温差的增大促进表面活性剂的分解和清除且因此减少加热时长，所以提供表面活性剂的适当残余量的适用条件范围可能是窄的。因此不可能在所有情况下都实现加热温度的增加，且有通过增加加热温度来减少加热时长的改善余地。还需要使GDL的制造设备小型化并且需要降低制造成本。
发明内容
本发明的第一方面涉及扩散层形成用糊料，所述糊料用于形成燃料电池用GDL。扩散层形成用糊料含有溶剂；分散在溶剂中的导电粒子；第一表面活性剂，所述第一表面活性剂分散在所述溶剂中并且具有第一分解温度，其中在所述第一分解温度下所述第一表面活性剂分解；和第二表面活性剂，所述第二表面活性剂分散在所述溶剂中并且具有第二分解温度，其中在所述第二分解温度下所述第二表面活性剂分解。第二分解温度低于第一分解温度。基于重量，扩散层形成用糊料含有比第二表面活性剂更少量的第一表面活性剂。当将扩散层形成用糊料施涂在扩散层基材上并且与扩散层基材一起进行热处理时，加热温度比第一表面活性剂的第一分解温度高，因此加热温度与第二表面活性剂的第二分解温度之间的温差增大。通过这种热处理，将第一和第二表面活性剂两者都分解和清除。如果糊料仅含有具有低分解温度的第二表面活性剂，则当加热温度与第二表面活性剂的第二分解温度之间的温差高时，提供导致表面活性剂的适当残余量的加热状况的适用条件范围是窄的。然而，扩散层形成用糊料含有具有高分解温度的第一表面活性剂。当仅含有第二表面活性剂的扩散层形成用糊料的热处理和含有第一和第二表面活性剂两者的扩散层形成用糊料的热处理在相同加热温度下的情况揭示，即使在应用仅含有第二表面活性剂的糊料的热处理的适用范围内的条件下，除第二表面活性剂外也还残留第一表面活性剂，且因此对于后面的情况而言，因为加热温度与第一分解温度之间的温差比加热温度与第二分解温度之间的温差小，所以表面活性剂的总残余量增大。因此，因为除第二表面活性剂之外还残留第一表面活性剂，所以可以扩大含有第二表面活性剂的糊料的适用条件范围，且因此由于确保的表面活性剂的残余量而导致GDL可以具有粘结能力。此外，扩散层形成用糊料以其中第一表面活性剂的重量较小的重量比含有第一表面活性剂，由此防止第一表面活性剂的残余量过多，且由此GDL可以具有斥水性。结果，扩散层形成用糊料通过增加在GDL形成期间的加热温度而允许减少加热时长，且因此允许减少形成GDL所需要的时间和减少成本。加热时长的减少可以有助于在加热炉中的移动距离减少，含有施涂在其上的糊料的扩散层基材在所述加热炉中移动，且因此扩散层形成用糊料还允许加热炉设备的小型化和设备成本的减少。
在扩散层形成用糊料中，随着第一分解温度与第二分解温度之间的差值增大，第一表面活性剂与第二表面活性剂之间的重量比可能会降低。这给予第一和第二表面活性剂以及它们的组合增多的选择，同时，由于与仅含有第二表面活性剂的糊料相比有确保的表面活性剂残余量而使GDL具有粘结能力，且由于防止第一表面活性剂的过量残留而使GDL具有斥水性。
第一表面活性剂和第二表面活性剂可以使得第一分解温度与第二分解温度之间的差值为20℃～50℃。这给予第一和第二表面活性剂以及它们的组合增多的选择。
第一分解温度与第二分解温度之间的差值可以为30℃～40℃且第一表面活性剂与第二表面活性剂之间的重量比可以为1:6～1:8。因此，与仅含有第二表面活性剂的糊料相比，可以确保表面活性剂的残余量，且还可以确保抑制第一表面活性剂的过量残留，且由此可以高度有效地确保GDL的斥水性和粘结能力。
本发明的第二方面涉及用于制造扩散层形成用糊料的方法，所述糊料用于形成燃料电池用GDL。所述制造方法包括：制备具有第一分解温度的第一表面活性剂和具有第二分解温度的第二表面活性剂的制备步骤，其中在所述第一分解温度下所述第一表面活性剂分解，在所述第二分解温度下所述第二表面活性剂分解；和将导电粒子、第一表面活性剂和第二表面活性剂分散在溶剂中的分散步骤。第二分解温度低于第一分解温度。在所述制备步骤中，基于重量，第一表面活性剂的量低于第二表面活性剂的量。根据用于制造扩散层形成用糊料的方法，可以容易地制备如下的扩散层形成用糊料，其允许制备具有由于确保的表面活性剂残余量导致的粘结能力和由于第一表面活性剂过量残留的抑制导致的斥水性两者的GDL。随着第一分解温度与第二分解温度之间的差值增大，第一表面活性剂的量可能会降低。
本发明的第三方面涉及用于制造燃料电池用GDL的方法。所述制造方法包括：将扩散层形成用糊料施涂在扩散层基材上的施涂步骤，这种糊料含有全都分散在溶剂中的导电粒子、具有第一分解温度的第一表面活性剂和具有低于第一分解温度的第二分解温度的第二表面活性剂；和对已经施涂有糊料的扩散层基材进行热处理的干燥步骤。在施涂步骤中，将基于重量包含比第二表面活性剂更少量的第一表面活性剂的糊料施涂在扩散层基材上。第一表面活性剂在第一分解温度下分解且第二表面活性剂在第二分解温度下分解。
根据用于制造GDL的方法，可以容易地获得能够具有粘结能力和斥水性的GDL。随着第一分解温度与第二分解温度之间的差值增大，可以降低第一表面活性剂的重量。
本发明可以以各种方式实施，如含有利用扩散层形成用糊料形成的GDL的燃料电池和燃料电池的制造方法。
附图说明
下面将参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点和技术及工业意义进行说明，其中相同的数字表示相同的元件，且其中：
图1为示意性示出作为本发明的实施方式的燃料电池10中的单电池15的截面的说明图；
图2为示出燃料电池10的制造工序的说明图；
图3为示出GDL的形成工序以及单电池15的部件的制作的说明图；
图4为示出当将以一定重量比含有高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y的扩散层形成用糊料(微孔层(MPL)糊料)在用于GDL形成的加热温度(328℃)下加热时残余表面活性剂的状况的说明图；
图5为示出当将以一定重量比含有高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y的MPL糊料在用于GDL形成的加热温度下加热时GDL性状转变的说明图；
图6为示出当将仅含有作为低温分解表面活性剂Y的表面活性剂的MPL糊料在用于GDL形成的加热温度下加热时GDL的性状转变的说明图；
图7为示出高温分解的表面活性剂X与低温分解的表面活性剂Y之间的重量比与分解温度的差值之间的相关性的说明图；
图8为示出当使用具有20℃的分解温度差值的高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y时在所述种类之间的重量比的适用范围和GDL的性状转变的说明图；
图9为示出当使用具有40℃的分解温度差值的高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y时在所述种类之间的重量比的适用范围和GDL的性状转变的说明图；且
图10为示出当使用具有50℃的分解温度差值的高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y时在所述种类之间的重量比的适用范围和GDL的性状转变的说明图。
具体实施方式
下文将基于附图对本发明的实施方式进行说明。图1为示意性示出作为本发明的实施方式的燃料电池10中的单电池15的截面的说明图。根据本实施方式的燃料电池10为包含多个堆叠的图1中示出的单电池15的聚合物电解质燃料电池，各个单电池15由相对的隔膜25和26夹在中间。
单电池15在电解质膜20的两侧上包含两个电极，即负极21和正极22。电解质膜20为用固体聚合物材料例如氟树脂形成的质子传导性离子交换膜且在湿润条件下显示良好的电子传导性。负极21和正极22为通过用具有质子传导性的离聚物对导电载体例如负载催化剂如钯或钯合金的碳粒子(下文中称为负载催化剂的碳粒子)进行涂布而形成的电极催化剂层，并且被接合到电解质膜20的两侧从而与电解质膜20一起形成MEA。所述离聚物通常为聚合物电解质树脂(例如氟树脂)，其为与电解质膜20相同类型的固体聚合物材料并且由于其离子交换基而具有质子传导性。
单电池15还含有夹住并保持电解质膜20的负极侧GDL23和正极侧GDL24以及隔膜25和26，所述电解质膜20含有在其上形成的电极，且两个GDL接合至相应的电极(负极21或正极22)。负极侧GDL23和正极侧GDL24各自含有扩散层基材并且通过将如下文所述的扩散层形成用糊料(下文中称为“MPL糊料”)施涂至扩散层基材并且进行干燥而形成，所述扩散层基材为具有透气性的导电材料，例如碳多孔材料如碳纸和碳布或金属多孔材料如金属网或泡沫金属。在本实施方式中，制造含有由负极侧GDL23和正极侧GDL24夹在中间的MEA的MEGA，其用作单电池15的核心部。下文中可以将负极侧GDL23和正极侧GDL24两者适当地称为GDL。
隔膜25在负极侧GDL23的一侧上具有供含有氢气的燃料气体通过的电池内燃料气体通道47。隔膜26在正极侧GDL24的一侧上具有供含有氧气的氧化气体(在本实施方式中为空气)通过的电池内氧化气体通道48。
尽管在图中未示出，但例如在相邻的单电池15之间可以形成供制冷剂通过的电池间制冷剂通道。隔膜25和26用不透气的导电材料形成，所述材料例如为通过对碳进行压缩而使得不透气的致密碳，玻璃碳或金属材料如不锈钢。
尽管图1中未示出，但隔膜25和26含有在其外周附近形成的多个孔。当将隔膜25和26与用于燃料电池10的组件的其它部件一起进行堆叠时，所述孔彼此重叠形成沿堆叠方向穿透燃料电池10的通道。即形成向电池内燃料气体通道47、电池内氧化气体通道48或电池间制冷剂通道供应或从其移除燃料气体、氧化气体或制冷剂的歧管(manifold)。
在本实施方式的燃料电池10中，来自隔膜25中的电池内燃料气体通道47的氢气扩散通过负极侧GDL23并且被供应至负极21。来自隔膜26中的氧化气体通道48的空气扩散通过正极侧GDL24并且被供应至正极22。作为气体供应的结果，燃料电池10生成电力并且将生成的电力供应至外部负荷。
下文对制造燃料电池10的方法进行说明。图2为示出燃料电池10的制造工序的说明图。如在图中所示，为了制造燃料电池10，首先制备构成单元即单电池15。
为了制备单电池15，提供其部件即MEA、GDL即负极侧GDL23和正极侧GDL24、隔膜25和隔膜26(步骤S100)。通过GDL的形成而制备GDL，其工序在下文中更详细地进行说明。在准备单电池15的部件后，通过用负极侧GDL23和正极侧GDL24将MEA夹在中间而形成MEGA(步骤S200)。可以如下形成MEGA，例如：
(a)在片状MEA的两侧上，通过由按压所代表的步骤将负极侧GDL23和正极侧GDL24接合。
(b)将接合了GDL的片状MEA切割成矩形片。
(c)用负极侧GDL23和正极侧GDL24从两侧将MEA夹在中间以产生矩形MEGA。
片状MEA可以首先被切割成矩形片，然后可以接合至两个GDL。可以将切割或未切割的MEGA运送至燃料电池生产线(步骤S250)。
然后使MEGA夹住并保持在隔膜25和26之间以形成单电池15(步骤S300)且将一定量的单电池15沿堆叠方向进行堆叠、组装和固定(步骤S400)。
由此可以获得图1中示出的燃料电池10。
现在对GDL的形成进行说明。图3为示出GDL的形成工序以及单电池15的部件的制作的说明图。如在图3中所示，在图2中示出的步骤S100中的部件的制备包括：通过MEA的制备或购买来形成MEA(步骤S110)、通过形成最终用作负极侧GDL23和正极侧GDL24的GDL来制备GDL(步骤S120)和通过隔膜25和26的制备或购买来制作隔膜(步骤S150)。所述步骤可以依次或同时并行进行。
通过GDL的形成来形成GDL的步骤S120包括：通过扩散层基材如如上所述的碳纸或碳布的制备或购买而制备扩散层基材(步骤S122)，以及制备MPL(步骤S124)。为了制备MPL，通过购买获得两种表面活性剂即表面活性剂X和表面活性剂Y(步骤S126)。表面活性剂X和表面活性剂Y两者均具有使导电碳粒子分散在下文所述的有机溶剂中的性质，且表面活性剂X在比表面活性剂Y的分解温度高的分解温度下分解。
为了彼此区分，下文中将表面活性剂X命名为“高温分解的表面活性剂X”且将表面活性剂Y命名为“低温分解的表面活性剂Y”。在本实施方式中，高温分解的表面活性剂X具有288℃的分解温度，且低温分解的表面活性剂Y具有258℃的分解温度。当获得两种表面活性剂时，对高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y进行称重，使得重量比在范围(1:6～1:8)内，其中高温分解的表面活性剂X的重量较少。换而言之，重量比B:A在6:1～8:1的范围内，其中A为高温分解的表面活性剂X的重量且B为低温分解的表面活性剂Y的重量。在获得表面活性剂后，将碳粒子、分散有机溶剂即聚四氟乙烯(PTFE)和两种表面活性剂添加并分散在水中以制备MPL糊料(步骤S128)。在制备MPL糊料时，以8:2:1:40的重量比称量碳粒子、PTFE、两种表面活性剂和水，其中将表面活性剂的重量表示为高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y的总重量。因此表面活性剂(在本实施方式中高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y的总重量)相对于碳粒子的重量比与常规MPL糊料的重量比相同。
使用涂布模具等将由此获得的MPL糊料施涂在已经在步骤S122中制备的扩散层基材上(步骤S130)。然后将其上已经施涂了MPL糊料的扩散层基材转移至加热炉进行热处理(步骤S140)。热处理分解并清除高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y，但一些高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y残留在扩散层基材上。然后获得了GDL即负极侧GDL23和正极侧GDL24并且由于碳粒子而具有导电性。在图2中示出的步骤S200中，将获得的GDL用于MEGA的制备。在本实施方式中，在比高温分解的表面活性剂X的分解温度高40℃且比低温分解的表面活性剂Y的分解温度高70℃的328℃下对其上已经施涂了MPL糊料的扩散层基材进行加热。
现在对在MPL糊料中的高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y的分解和清除进行说明。图4为示出当将以一定重量比含有高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y的MPL糊料在用于GDL形成的加热温度(328℃)下进行加热时残余表面活性剂的状态的说明图。图4中的图表示意性地显示在MPL糊料中的残余表面活性剂的行为，所述MPL糊料含有分散在PTFE中的碳粒子和所示重量比(例如B:A＝6:1)的高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y。
图4的上段显示以上述重量比含有的低温分解的表面活性剂Y的残存行为。由于低温分解的表面活性剂Y显示低的分解温度，所以与加热温度的温差ΔΤ变得高达70℃。因此如在图4的上段中所示，低温分解的表面活性剂Y在短时间内快速分解并清除，且因此将可以导致如下的残余量(适当残余量)的焙烤时间tb限制为短的时间，所述残余量产生具有GDL所需要的斥水性和粘结能力两者的GDL。因此对于仅含有低温分解的表面活性剂Y的MPL糊料而言，可以导致适当的表面活性剂残余量的适用条件范围为作为有限的短时间的焙烤时间tb，因为加热温度与低温分解的表面活性剂Y的分解温度之间的温差是高的。图4的中间段显示以上述重量比含有的高温分解的表面活性剂X的残存行为。高温分解的表面活性剂X具有高的分解温度，导致与加热温度的40℃的低温差ΔΤ。因此如在图4的中间段中所示，在MPL中高温分解的表面活性剂X的量低，从加热开始就在适当的残余量内，且如下烘烤时间ta比低温分解的表面活性剂Y的烘烤时间tb长，在所述烘烤时间ta期间高温分解的表面活性剂X的量在适当的残余量内。图4的下段显示以上述重量比含有的低温分解的表面活性剂Y和高温分解的表面活性剂X的残存行为。含有两种表面活性剂的MPL糊料可以实现能够提供适当残余量的约0.75分钟(45秒)的烘烤时间tab。烘烤时间tab比低温分解的表面活性剂Y的烘烤时间tb长3～4倍。这一现象可以由以下事实解释：在图4的中间段中由阴影区指示的高温分解的表面活性剂X的残余量被追加至在上段中示出的低温分解的表面活性剂Y的量。即本实施方式的MPL糊料含有高温分解的表面活性剂X，在与仅含有低温分解的表面活性剂Y的糊料的适用条件范围相对应的加热条件下加热温度与高温分解的表面活性剂X的分解温度之间的温差降低，且因此如在图4的下段中所示，可以将仅含有低温分解的表面活性剂Y的糊料的烘烤时间tb延长。
图5为示出当将以一定重量比含有高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y的MPL糊料在用于GDL形成的加热温度下加热时GDL的性状转变的说明图。图6为示出当将仅含有作为低温分解表面活性剂Y的表面活性剂的MPL糊料在用于GDL形成的加热温度下加热时GDL的性状转变的说明图。在图5和6中，加热温度为328℃，高温分解的表面活性剂X的分解温度为282℃(温差ΔΤ＝40℃)且低温分解的表面活性剂Y的分解温度为252℃(温差ΔΤ＝70℃)。在图5和6中，当水滴在GDL上的接触角为140°以上时，将GDL的斥水性判断为α(适当的)，当所述接触角在130°～140°的范围内时为β(良好的)，当所述接触角在125°～130°的范围内时为χ(可接受的)以及当所述接触角小于125°时为δ(不可接受的)。当在特定的剥离试验(90°：9N/m以上)中获得的剥离强度为15N以上时将粘结能力判断为α(适当的)，当所述剥离强度在12N～15N的范围内时为β(良好的)，当所述剥离强度在9N～12N的范围内时为χ(可接受的)以及当所述剥离强度小于9N时为δ(不可接受的)。将对于斥水性和粘结能力两者均导致χ、β或α的糊料指定为良好产品且将产生良好产品的烘烤时间指定为良好产品的条件。
当本实施方式的MPL糊料在用于GDL形成的加热温度下加热时，因为加热温度为恒定(328℃)的，所以良好产品的条件限定适用条件范围(烘烤时间的范围)。如在图6中所示，仅含有低温分解的表面活性剂Y的MPL糊料具有落在良好产品的条件内的60秒有限烘烤时间范围。另一方面，如在图5中所示，以6:1～8:1的重量比含有高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y的实施方式的MPL糊料可以具有在45～90秒的宽范围内的烘烤时间范围。图5还显示在45秒的尽可能短时间的热处理的情况下，本实施方式的任何MPL糊料都可以提供具有斥水性和粘结能力两者的GDL。从图5中示出的结果可以预期，以低于6:1的重量比含有高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y的糊料可具有更短范围的落在良好产品条件内的烘烤时间，因为高温分解的表面活性剂X的重量增加，因此高温分解的表面活性剂X的残余量增加，导致斥水性的劣化。预期以高于8:1的重量比含有高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y的糊料可具有更短范围的落在良好产品条件内的烘烤时间，因为高温分解的表面活性剂X的重量降低，且高温分解的表面活性剂X的残余量像低温分解的表面活性剂Y的量那样降低，导致粘结能力的劣化。
为了扩大图6中所示的适用条件的范围(烘烤时间的范围)，需要减少加热时间。另一方面，即使当加热温度升高时，也可以扩大图5中示出的实施方式的MPL糊料的适用条件的范围(烘烤时间的范围)。
图7为示出高温分解的表面活性剂X与低温分解的表面活性剂Y之间的重量比与分解温度的差值之间的相关性的说明图。图7显示当高温分解的表面活性剂X与低温分解的表面活性剂Y之间分解温度的差值变化时，具有设想的重量比的GDL的性状评价。将产生具有斥水性和粘结能力两者的GDL的45秒以上的适用条件(烘烤时间)的范围判断为β(良好的)，这是条件的充足范围；将30～45秒的范围判断为χ(不可接受的)，这是相对窄的；且将0～30秒的范围判断为δ(差)，这是太窄的。从图7中得出结论，以其中高温分解的表面活性剂X的重量较少的重量比含有高温分解的表面活性剂X与低温分解的表面活性剂Y的糊料可以在各分解温度差值下确保令人满意的适用条件的范围。还得出结论，即使在其中高温分解的表面活性剂X的重量降低的重量比下，含有具有增大的分解温度差值的表面活性剂的糊料也可以确保令人满意的适用条件的范围。
现在对关于在图7中示出的各分解温度差值下的高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y的种类之间的重量比的适用范围与GDL的性状转变之间的关系进行说明。图8为示出当使用具有20℃的分解温度差值的高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y时在所述种类之间的重量比的适用范围和GDL的性状转变的说明图。图9为示出当使用具有40℃的分解温度差值的高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y时在所述种类之间的重量比的适用范围和GDL的性状转变的说明图。图10为示出当使用具有50℃的分解温度差值的高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y时在所述种类之间的重量比的适用范围和GDL的性状转变的说明图。在如上所述的328℃的加热温度下对糊料进行加热以获得图8～10中示出的结果，且用于选择良好产品条件的标准如图5进行解释。
如在这些图中所示，当高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y之间的分解温度的差值为20℃时，在重量比B:A在5:1～6:1的范围内的情况下，可以获得良好产品的条件，导致具有上述的效果。对于其它分解温度同样如此，因此当分解温度的差值为40℃时，在重量比B:A在7:1～10:1的范围内的情况下，可以获得良好产品的条件，且当分解温度的差值为50℃时，在重量比B:A在7:1～11:1的范围内的情况下，可以获得良好产品的条件，两者都导致具有上述的效果。
如上所述，本实施方式的MPL糊料含有作为用于将碳粒子分散在PTFE中的表面活性剂的高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y，碳粒子对负极侧GDL23和正极侧GDL24的GDL赋予导电性。本实施方式的MPL糊料含有以其中高温分解的表面活性剂X的重量较少的重量比分散在PTFE中的高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y。当将本实施方式的MPL糊料施涂在之后进行热处理的扩散层基材上时，加热温度比高温分解的表面活性剂X的分解温度高且因此加热温度与低温分解的表面活性剂Y的分解温度之间的温差增大。由于所述热处理，高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y两者都被分解并且清除。因为本实施方式的MPL糊料以上述的重量比含有高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y，所以如图4中所示的，所述糊料可以具有比用仅含有低温分解的表面活性剂Y的MPL糊料所能实现的适用条件范围更宽的提供允许斥水性和粘结能力两者的表面活性剂残余量(适当残余量)的适用条件(烘烤时间)范围。由于限定如上所述的重量比，所以本实施方式的MPL糊料使得能制造如下GDL，所述GDL由于确保的表面活性剂的残余量而具有粘结能力，且由于防止高温分解的表面活性剂X的过量残留而具有斥水性。结果，本实施方式的MPL糊料通过在GDL的形成期间增加加热温度而使得减少了加热时长，因此形成GDL所需的时间减少且成本减少。加热时长的减少可以有助于在加热炉中的移动距离减少，其中含有施涂在其上的糊料的扩散层基材在所述加热炉中移动，且因此本实施方式的MPL糊料还使得加热炉设备的小型化和设备成本的减少。因为扩张了适用条件(烘烤时间)的范围，所以即使当制造的GDL或加热温度有变化时，本实施方式的MPL糊料也还可以提供具有斥水性和粘结能力两者的GDL。
本实施方式的MPL糊料以使得高温分解的表面活性剂X的重量随着表面活性剂之间的分解温度的差值的增大而降低的重量比含有高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y(参见图7)。这可给予表面活性剂以及它们的组合增多的选择，同时，由于与仅含有低温分解的表面活性剂Y的糊料相比有确保的表面活性剂残余量而使GDL具有粘结能力，且由于防止高温分解的表面活性剂X的过量残留而使GDL具有斥水性。
本实施方式的MPL糊料以6:1～8:1的重量比含有高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y，其中表面活性剂之间的分解温度的差值为30℃。因此与其中仅含有低温分解的表面活性剂Y的糊料的情况相比可以确保表面活性剂的残余量且防止高温分解的表面活性剂X的过量残留，且由此可以高度有效地确保GDL的斥水性和粘结能力。
如图3中所示，制造本实施方式的MPL糊料的方法采用常规的分散方法，不同之处在于，以受控的重量比含有高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y。因此根据用于制造本实施方式的MPL糊料的方法，可以容易地获得允许制备如下GDL的MPL糊料，所述GDL由于确保的表面活性剂残余量而具有粘结能力且由于防止高温分解的表面活性剂X的过量残留而具有斥水性。
用于制造本实施方式的GDL的方法采用常规制造方法诸如如图3中所示的糊料施涂和随后的热处理，不同之处在于，MPL糊料以上述重量比含有高温分解的表面活性剂X和低温分解的表面活性剂Y。根据用于制造本实施方式的GDL的方法，可以容易地制作能够具有粘结能力和斥水性的负极侧GDL23和正极侧GDL24两种GDL。
本发明不限于以上实施方式且可以在不背离其目的的范围内以各种构造实现。例如，可以对与发明内容中所述方式中的技术特征相对应的实施方式的技术特征进行适当地替换或组合以便解决如上所述的一些或全部问题或以便实现如上所述的一些或全部效果。可以对本文中没有被描述为必要技术特征的技术特征进行适当的省略。

Claims (8)

1.一种用于形成燃料电池用气体扩散层的扩散层形成用糊料，所述糊料包含：
溶剂；
分散在所述溶剂中的导电粒子；
第一表面活性剂，所述第一表面活性剂分散在所述溶剂中并且具有第一分解温度，其中在所述第一分解温度下所述第一表面活性剂分解；和
第二表面活性剂，所述第二表面活性剂分散在所述溶剂中并且具有第二分解温度，其中在所述第二分解温度下所述第二表面活性剂分解，所述第二分解温度低于所述第一分解温度，
其中基于重量，所述扩散层形成用糊料含有比所述第二表面活性剂更少量的所述第一表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的扩散层形成用糊料，其中
随着所述第一分解温度与所述第二分解温度之间的差值增大，所述第一表面活性剂与所述第二表面活性剂之间的重量比降低。
3.根据权利要求1或2所述的扩散层形成用糊料，其中
所述第一分解温度与所述第二分解温度之间的差值为20℃～50℃。
4.根据权利要求3所述的扩散层形成用糊料，其中
所述第一分解温度与所述第二分解温度之间的差值为30℃～40℃且所述第一表面活性剂与所述第二表面活性剂之间的重量比为1:6～1:8。
5.一种制造用于形成燃料电池用气体扩散层的扩散层形成用糊料的方法，所述方法包括：
制备具有第一分解温度的第一表面活性剂和具有第二分解温度的第二表面活性剂的制备步骤，其中在所述第一分解温度下所述第一表面活性剂分解，在所述第二分解温度下所述第二表面活性剂分解，所述第二分解温度低于所述第一分解温度；和
将导电粒子、所述第一表面活性剂和所述第二表面活性剂分散在溶剂中的分散步骤，
其中在所述制备步骤中，基于重量，所述第一表面活性剂的量低于所述第二表面活性剂的量。
6.根据权利要求5所述的方法，其中
随着所述第一分解温度与所述第二分解温度之间的差值增大，所述第一表面活性剂的重量降低。
7.一种制造燃料电池用气体扩散层的方法，所述方法包括：
将扩散层形成用糊料施涂在扩散层基材上的施涂步骤，所述糊料含有全都分散在溶剂中的导电粒子、具有第一分解温度的第一表面活性剂和具有低于所述第一分解温度的第二分解温度的第二表面活性剂；和
对已经施涂有所述糊料的所述扩散层基材进行热处理的干燥步骤，
其中在所述施涂步骤中，将基于重量包含比所述第二表面活性剂更少量的所述第一表面活性剂的所述糊料施涂在所述扩散层基材上，且
所述第一表面活性剂在所述第一分解温度下分解且所述第二表面活性剂在所述第二分解温度下分解。
8.根据权利要求7所述的方法，其中
随着所述第一分解温度与所述第二分解温度之间的差值增大，所述第一表面活性剂的重量降低。
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