CN107534156B - 气体扩散电极基材及其制造方法 - Google Patents

气体扩散电极基材及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供能够抑制由细孔堵塞所引起的气体扩散性的降低、抑制发电性能的降低、而且水向系统外的排出性优异的气体扩散电极基材。本发明为一种气体扩散电极基材，其是在电极基材的一个表面配置有微多孔层(以下称为MPL)的气体扩散电极基材，厚度为110μm以上240μm以下，在将气体扩散电极基材的截面分为具有MPL的部分和不具有MPL的部分，而且将不具有MPL的部分二等分为与MPL接触的部分(以下称为CP1截面)和不与MPL接触的部分(以下称为CP2截面)时，CP1截面的F/C比为0.03以上0.10以下，CP2截面的F/C比小于0.03。在此，“F”表示氟原子的质量，“C”表示碳原子的质量。

Description

气体扩散电极基材及其制造方法
技术领域
燃料电池是以电的形式获取在使氢和氧反应生成水时产生的能量的机构，由于能量效率高，排出物只有水，因此被期待着作为清洁能源。本发明涉及在燃料电池中使用的气体扩散电极基材及其制造方法，特别是涉及燃料电池之中的、作为燃料电池车等的电源使用的固体高分子型燃料电池所使用的气体扩散电极基材及其制造方法。
背景技术
固体高分子型燃料电池所使用的电极，在高分子电解质膜的两面具有由形成于高分子电解质膜表面的催化剂层、和在该催化剂层的外侧形成的气体扩散层构成的结构。作为用于形成电极中的气体扩散层的独立的构件，电极基材广泛通用。而且，作为对该电极基材要求的性能，例如可举出气体扩散性、用于将在催化剂层中产生的电集电的导电性、和将在催化剂层表面产生的水分效率好地除去的排水性等。为了得到这样的电极基材，一般地使用具备气体扩散能力和导电性的导电性多孔质基材。
作为导电性多孔质基材，具体而言，可使用由碳纤维构成的碳毡、碳纸和碳布等，其中，从机械强度等方面出发，最优选碳纸。
另外，燃料电池是以电的形式获取在氢和氧反应生成水时产生的能量的系统，因此当电负载变大时，即，当增大向电池外部获取的电流时，会产生大量的水(水蒸气)，该水蒸气在低温下凝结而变为水滴，如果堵塞气体扩散层的细孔，则气体(氧或氢)向催化剂层的供给量降低，如果最终全部的细孔被堵塞，则发电会停止。将该现象称为水淹。
为了尽可能避免发生该水淹，反过来说，为了尽可能增大引起水淹的电流值，对气体扩散层要求排水性。作为提高该排水性的手段，通常使用对导电性多孔质基材实施了憎水处理的电极基材来提高憎水性。
另外，曾提出了通过电极基材内的憎水材料的量从催化剂层侧朝向另一侧连续性地减少，来使排水性进一步提高的技术。(专利文献1、2)
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第5079195号公报
专利文献2:特开2014－63730号公报
发明内容
在专利文献1中，为了仅抑制憎水液向导电性多孔质基材的渗入，提出了一边将导电性多孔质基材加热一边涂敷憎水液的方法。但是，如果一边将导电性多孔质基材加热一边涂敷憎水液，则导电性多孔质基材的催化剂层侧的憎水材料的量变得不充分，在憎水性缺乏的部位水凝聚，阻碍水向系统外的排出。
在专利文献2中，提出了从导电性多孔质基材的一面涂敷由碳粉和憎水材料构成的涂敷液，使涂敷液中的憎水材料渗入到导电性多孔质基材的方法。提出了：对导电性多孔质基材不进行任何处理的情况、和作为基底处理使表面活性剂溶液浸渗导电性多孔质基材，使涂敷液更容易渗入到导电性多孔质基材中的情况。但是，不仅涂敷液中的憎水材料，碳粉也渗入到导电性多孔质基材中，由此，细孔被堵塞，气体扩散性降低，发电性能降低。另外，特别是使用表面活性剂进行了基底处理的情况下，存在憎水材料和碳粉到达涂敷了涂敷液的那侧的相反侧，阻碍水向系统外的排出的问题。
本发明为了解决上述的课题，采用了如下方案。
一种气体扩散电极基材，是在电极基材的一个表面配置有微多孔层(以下称为MPL)的气体扩散电极基材，
厚度为110μm以上240μm以下，
在将气体扩散电极基材的截面分为具有MPL的部分和不具有MPL的部分，而且将不具有MPL的部分二等分为与MPL接触的部分(以下称为CP1截面)和不与MPL接触的部分(以下称为CP2截面)时，CP1截面的F/C比为0.03以上0.10以下，CP2截面的F/C比小于0.03，
其中，F表示氟原子的质量，C表示碳原子的质量。
采用本发明的气体扩散电极基材构成了气体扩散层的燃料电池，在燃料电池的低温条件、即在燃料电池内部水蒸气凝结产生水滴的条件下的高电流密度下的发电性能良好。
附图说明
图1是本发明的气体扩散电极基材的模式截面图。
图2是本发明的气体扩散电极基材的具有MPL的部分和不具有MPL的部分的边界说明图。
具体实施方式
本发明的气体扩散电极基材，在电极基材的一个表面配置有微多孔层(以下称为MPL)。
再者，在本发明中，将在电极基材的一个表面配置有MPL的基材称为“气体扩散电极基材”。“气体扩散电极基材”是与燃料电池电极中的气体扩散层相当的独立构件。而且，“电极基材”意指含有氟原子的“导电性多孔质基材”。
在本发明中，气体扩散层需要：用于将从隔板供给的气体向催化剂扩散的高的气体扩散性、用于将伴随着电化学反应而生成的水向隔板排出的高的排水性、和用于获取产生的电流的高的导电性。因此，作为用于构成气体扩散层的气体扩散电极基材所使用的电极基材，使用具有导电性、且平均细孔直径通常为10～100μm的多孔体所构成的导电性多孔质基材。
在此，作为导电性多孔质基材，具体而言，优选使用例如碳纤维织物、碳纤维抄纸体、碳纤维无纺布、碳毡、碳纸、碳布等的含有碳纤维的多孔质基材、泡沫烧结金属、金属网、多孔金属网等的金属多孔质基材。其中，从耐腐蚀性优异出发，作为导电性多孔质基材，优选使用含有碳纤维的多孔质基材，进而，从吸收电解质膜的厚度方向的尺寸变化的特性、即“弹性”优异出发，优选使用作为将碳纤维抄纸体用碳化物粘结而成的基材的碳纸。在本发明中，碳纸可通过向碳纤维抄纸体浸渗树脂并进行碳化来得到。
作为碳纤维，可举出聚丙烯腈(PAN)系、沥青系、人造丝系等的碳纤维。其中，从机械强度优异出发，在本发明中优选使用PAN系、沥青系碳纤维。
在本发明中，导电性多孔质基材、电极基材的厚度优选为210μm以下。另外，导电性多孔质基材、电极基材的厚度优选为90μm以上。当导电性多孔质基材、电极基材的厚度为210μm以下时，在使用它作为气体扩散电极基材的情况下，厚度方向的气体的扩散距离变短，气体扩散性提高，另外，由于排水的路径变短，因此排水性提高，能够抑制水淹，而且，导电的路径变短，导电性提高，不论在高温和低温的哪种情况下发电性能都提高。
另一方面，当导电性多孔质基材、电极基材的厚度为90μm以上时，在从导电性多孔质基材的一个表面进行憎水处理时，在另一个面憎水材料没有渗出，CP2截面的F/C比变为0.01以下，从而将水滴顺畅地排出到系统外，因此排水性提高，能够抑制水淹，因此在低温下的发电性能提高。另外，当导电性多孔质基材、电极基材的厚度为90μm以上时，在使用它作为气体扩散电极基材的情况下，面内方向的气体扩散性提高，气体向在隔板的肋筋下的催化剂的供给也能够更容易地进行，因此不论在高温和低温的哪种情况下发电性能都提高。另外，当导电性多孔质基材、电极基材的厚度为90μm以上时，导电性多孔质基材的机械强度更加提高，在使用它作为气体扩散电极基材的情况下，容易支承电解质膜、催化剂层。
在此，导电性多孔质基材、电极基材的厚度，可在以面压力0.15MPa加压了的状态下使用测微计来求得。将对10个部位的各测定值进行平均而得到的值作为导电性多孔质基材或电极基材的厚度。
在本发明中，按照前述的那样，含有氟原子的导电性多孔质基材为电极基材。因此，例如通过对导电性多孔质基材赋予氟树脂，能够形成作为含有氟原子的导电性多孔质基材的电极基材。在此，氟树脂等的氟原子作为憎水材料发挥作用。再者，导电性多孔质基材是否含有氟原子，也就是说，某个基材是否相当于电极基材，通过后述的CP1截面的F/C比、CP2截面的F/C比、与配置了MPL的那侧相反侧的表面的F/C比之中的至少任一项是否大于0来进行判断。
为了得到电极基材，适合于对导电性多孔质基材赋予的氟树脂，可举出PTFE(聚四氟乙烯)(例如“テフロン”(注册商标))、FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)、PFA(全氟烷氧基氟化树脂)、ETFA(乙烯-四氟乙烯共聚物)、PVDF(聚偏二氟乙烯)、PVF(聚氟乙烯)等。其中，优选使用熔点为200℃以上320℃以下的氟树脂。如果使用这样的氟树脂，则氟树脂在溶融时变为低粘度，氟树脂的偏集、即氟原子的偏集变少，使用了这样的电极基材的气体扩散电极基材的发电性能提高。作为熔点为200℃以上320℃以下的氟树脂，可举出FEP或PFA，特别优选为FEP。
本发明的气体扩散电极基材中的电极基材，憎水材料的量、即氟原子的量，从催化剂层侧朝向另一侧连续性地减少。也就是说，本发明的气体扩散电极基材，按照图1所示的那样，在将气体扩散电极基材1的截面分为具有MPL的部分(MPL2)和不具有MPL的部分(电极基材3)，而且，将不具有MPL的部分二等分为与MPL接触的部分(CP1截面4)和不与MPL接触的部分(CP2截面5)时，CP1截面的F/C比为0.03以上0.10以下，CP2截面的F/C比小于0.03，优选CP2截面的F/C比为0.01以下。在此，“F”表示氟原子的质量，“C”表示碳原子的质量。CP2截面的F/C比的下限为0。
另外，用于使CP2截面的F/C比小于0.03的方法没有特别的限定。例如，通过从厚度为90μm以上的导电性多孔质基材的一侧涂敷憎水材料，能够使CP2截面的F/C比小于0.03。
使CP1截面的F/C比为0.03以上0.10以下的方法没有特别的限定。例如，通过将作为憎水材料使用的氟树脂的涂敷量相对于导电性多孔质基材100质量份设为1～5质量份，能够使CP1截面的F/C比为0.03以上0.10以下。
F/C比是表示作为带来憎水性的憎水材料的氟树脂的存在量的指标。F/C比大时憎水性高。如果CP1截面的F/C比为0.03以上，则具有充分的憎水性，可防止水滴滞留于CP1。另外，如果CP1截面的F/C比为0.10以下，则不会将在催化剂层表面发生且通过MPL朝向CP1而来的水滴推回，在进入电极基材中后排出到系统外。如果CP2截面的F/C比小于0.03，则能将从CP1朝向CP2而来的水滴排出到系统外。当为0.03以上时，憎水材料会阻碍水滴向系统外排出，排水性降低。
在此，在将气体扩散电极基材的截面分为具有MPL的部分和不具有MPL的部分时，可如图2所示那样，以包含MPL最渗入到电极基材中的部分的前端的方式，与基材的表面平行地划线来确定。详细情况在后面叙述。
如果本发明的气体扩散电极基材的、与配置了MPL的那侧相反侧的表面的F/C比为0.01以下，则能将从CP1朝向CP2而来的水滴排出到系统外，因此优选。与配置了MPL的那侧相反侧的表面的F/C比的下限为0。
用于使与配置了MPL的那侧相反侧的表面的F/C比为0.01以下的方法没有特别的限定。例如，可采用从厚度90μm以上的导电性多孔质基材的一侧涂敷憎水材料的方法。
如果本发明的气体扩散电极基材的配置了MPL的那侧的表面的F/C比为0.10以上，则具有充分的憎水性，能防止水滴滞留于MPL，因此优选。另外，如果配置了MPL的那侧的表面的F/C比为0.40以下，则不会推回从催化剂朝向MPL而来的水滴，能防止水滞留在催化剂层与MPL之间，因此优选。为了使气体扩散电极基材的配置了MPL的那侧的表面的F/C比为0.10以上0.40以下，例如可举出使MPL含有氟树脂的方法。
本发明的气体扩散电极基材，在电极基材的一个表面配置有MPL。
MPL具有：用于将从隔板供给的气体向催化剂扩散的高的垂直于表面的方向的气体扩散性、用于将伴随着电化学反应而生成的液态水向隔板排出的高的排水性、用于获取产生的电流的高的导电性。而且，MPL也具有促进水分向电解质膜的逆扩散，将电解质膜湿润的功能。在本发明中，MPL只配置于电极基材的一个表面是很重要的。如果MPL配置于电极基材的两面，则变为在电极基材与隔板之间也配置憎水性高的MPL，因此会阻碍从电极基材内部排水，在低温下的发电性能降低。
本发明的气体扩散电极基材的制造方法没有特别的限定。特别优选：具有从导电性多孔质基材的一个表面喷雾或涂敷含有氟树脂的分散液，并且，继该工序之后，在该表面配置MPL的制造方法。以下对本发明的气体扩散电极基材的制造方法进行说明。
本发明的电极基材，是含有氟原子的导电性多孔质基材。其可通过实施对导电性多孔质基材赋予憎水材料的所谓的憎水处理来得到。憎水处理，可通过从导电性多孔质基材的一个表面涂敷含有上述氟树脂的分散液，接着进行热处理来进行。作为憎水材料的涂敷，优选采用喷雾器等进行的喷雾、采用模涂机等进行的涂敷。憎水处理时的氟树脂的涂敷量，优选相对于导电性多孔质基材100质量份为1～5质量份。当氟树脂的涂敷量为1质量份以上时，电极基材成为排水性优异的基材，因此优选。另外，当氟树脂的涂敷量为5质量份以下时，电极基材成为导电性优异的基材，因此优选。涂敷氟树脂后，优选在90℃以上且低于200℃的温度下进行干燥。对于本发明的气体扩散电极基材，优选这样地从导电性多孔质基材的一个表面进行了憎水处理之后，在该表面配置MPL的制造方法。
MPL包含炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纤维的短切纤维(chopped fiber)、石墨烯、石墨等的导电性微粒子。作为导电性微粒子，特别优选使用炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯。作为炭黑，从杂质少、难以使催化剂的活性降低的方面出发，优选使用乙炔黑。
另外，MPL要求具有导电性、气体扩散性、水的排水性、或者保湿性、热传导性这样的特性、以及燃料电池内部的阳极侧的耐强酸性、阴极侧的耐氧化性。因此，MPL优选除了含有导电性微粒子以外，还含有以氟树脂为首的憎水性树脂。作为在MPL中使用的氟树脂，与在电极基材中使用的氟树脂同样地优选PTFE、FEP、PFA、ETFA等。从憎水性最高的方面出发，优选PTFE。但是，PTFE的熔点较高，为330℃左右，因此也有必须使后述的烧结温度为350℃以上的缺点。考虑到该点，也推荐使用FEP等熔点为300℃以下的氟树脂。作为熔点的下限，为溶剂的沸点以上，实质上为100℃左右，优选为150℃以上。
为了对电极基材设置MPL，一般是在电极基材的一个表面涂敷MPL形成用的涂液(以下称为MPL涂液)。MPL涂液通常含有上述的导电性微粒子、和水、醇等的溶剂，配合用于将导电性微粒子分散的表面活性剂等的情况较多。另外，为了使MPL含有憎水性树脂，预先向MPL涂液配合憎水性树脂。
MPL涂液向电极基材的涂敷，可使用市售的各种的涂敷装置来进行。作为涂敷方式，可使用网版印刷、旋转式网版印刷、喷雾器喷雾、凹版印刷、照相凹版印刷、模涂机涂敷、棒涂、刮板涂敷等。由于不取决于电极基材的表面粗糙度而能够谋求涂敷量的定量化，因此优选采用模涂机进行的涂敷。以上例示的涂敷方法毕竟是为了例示，并不是一定限于这些涂敷方法。
在涂敷MPL涂液之后，出于除去用于导电性微粒子的分散的表面活性剂的目的和一次熔化氟树脂而使导电性微粒子粘结的目的，进行烧结。关于烧结的温度，在比表面活性剂的沸点或分解温度和氟树脂的熔化温度高的温度下进行。在使用PTFE的情况下，由于其熔点为330℃左右，因此以330℃以上、优选350℃以上的烧结温度、30秒以上的条件进行烧结为好。但是，烧结温度如果过高，则有可能氟树脂发生分解，因此通常400℃左右为上限。另外，关于烧结时间，从生产率的观点出发，通常60分左右为上限。
作为表面活性剂，从杂质少的方面出发，一般使用非离子系的表面活性剂。可使用辛基苯氧基聚乙氧基乙醇(“TRITON(注册商标)”X－100ナカライテスク(株)制等)、聚氧乙烯烷基醚、聚乙烯醇等。
电极基材的两侧的表面之中，优选在截面的F/C比为0.03以上0.10以下的CP1侧设置MPL。也就是说，在本发明的优选的制造方法中，优选：具有从导电性多孔质基材的一个表面涂敷含有上述氟树脂的分散液的工序，并且，继该工序之后，从该表面的那侧涂敷MPL涂液。在燃料电池中，通过反应而生成的水分在催化剂层中产生。即，在气体扩散电极基材中，在设置MPL的那侧产生水分。在产生的水分凝结而成为水滴的情况下，水滴从憎水性高的区域向憎水性低的区域移动。因此，在电极基材的憎水性高的那侧的表面设置MPL时，容易向隔板侧排除产生的水滴，因此优选。
在本发明中，气体扩散电极基材的厚度为240μm以下。另外，气体扩散电极基材的厚度为110μm以上。当气体扩散电极基材的厚度为240μm以下时，厚度方向的气体的扩散距离变短，气体扩散性提高，另外，由于排水的路径变短，因此排水性提高，能够抑制水淹，而且，导电的路径变短，导电性提高，不论在高温和低温的哪种情况下发电性能都提高。另一方面，当气体扩散电极基材的厚度为110μm以上时，面内方向的气体扩散性提高，能够更加容易向处于隔板的肋筋下的催化剂供给气体，因此不论在高温和低温的哪种情况下发电性能都提高。
具有这样的厚度的气体扩散电极基材，可通过控制导电性多孔质基材的厚度和MPL的厚度来得到。在此，气体扩散电极基材的厚度，可在以面压力0.15MPa加压了的状态下使用测微计来求得，将对10个部位的各测定值进行平均所得到的值作为气体扩散电极基材的厚度。
在本发明中，气体扩散电极基材的厚度方向的气体扩散性优选为30％以上。当气体扩散性为30％以上时，不论在高温和低温的哪种情况下都能得到高的发电性能。厚度方向的气体扩散性越高越好。但是，在组入燃料电池时，如果空隙率过高，则在对燃料电池内部施加了压力时，变得不能够维持其结构，因此可以认为气体扩散性的上限值为40％左右。
为了使气体扩散电极基材的厚度方向的气体扩散性为30％以上，例如，可举出将使用的电极基材的厚度设为210μm以下的方法。
本发明的气体扩散电极基材，以催化剂层和气体扩散电极基材的MPL接触的方式压接于在两面设置有催化剂层的电解质膜的两侧，进而将隔板等的构件装入来组装单电池，作为燃料电池使用。
实施例
以下通过实施例来更具体地说明本发明。下面示出在实施例和比较例中使用的材料、各种评价方法。
＜电极基材的制作＞
将东丽(株)制的聚丙烯腈系碳纤维“トレカ”(注册商标)T300(平均碳纤维直径：7μm)切成平均长度12mm，使其分散于水中，采用湿式抄纸法来连续地抄纸。进而，将作为粘合剂的聚乙烯醇的10质量％水溶液涂敷于该抄纸，进行干燥，制作出抄纸体。聚乙烯醇的涂敷量，相对于抄纸体100质量份为22质量份。
作为热固性树脂使用将可溶酚醛(resol)型苯酚树脂和酚醛清漆
(novolac)型苯酚树脂以1：1的质量比混合而成的树脂，作为碳系填料使用鳞片状石墨(平均粒径5μm)，作为溶剂使用甲醇，以热固性树脂/碳系填料/溶剂＝10质量份/5质量份/85质量份的配合比将它们混合，使用超声波分散装置进行1分钟的搅拌，得到了均匀地分散的树脂组合物。
将切成15cm×12.5cm的抄纸体浸渍于铝桶中装满的树脂组合物中，进行浸渗以使得相对于碳纤维100质量份，树脂成分(热固性树脂+碳系填料)成为130质量份，然后，在100℃下加热5分钟来进行干燥，制作出预浸渗体。其次，一边使用平板压力机进行加压，一边在180℃下进行了5分钟的热处理。再者，在加压时，对平板压力机配置间隔件(spacer)来调整了上下压制面板的间隔。
将对预浸渗体进行热处理而得到的基材导入到加热炉中保持成氮气气氛的最高温度为2400℃的加热炉中，得到导电性多孔质基材。
利用喷雾器从导电性多孔质基材的一个面以雾状喷涂相对于导电性多孔质基材99质量份为1质量份的FEP(ダイキン工业株式会社制的“ネオフロン”(注册商标)ND－110)，在100℃下加热5分钟来进行热处理，制作出厚度160μm的电极基材。
＜MPL的形成＞
使用缝模涂机，在电极基材的涂敷了FEP的面上形成了MPL。对于在此使用的MPL涂液，作为导电性微粒子使用作为炭黑的一种的乙炔黑(电化学工业株式会社制的“デンカブラック”(注册商标))，作为氟树脂使用PTFE(ダイキン工业株式会社制的“ポリフロン”(注册商标)D－1E)，作为表面活性剂使用ナカライテスク株式会社制的“TRITON”(注册商标)X－100，作为分散介质使用了净化水。进行调整、配合以使得成为导电性微粒子7.7质量份、氟树脂4质量份、表面活性剂14质量份、分散介质74.3质量份。使用模涂机对电极基材涂敷MPL涂液之后，在100℃加热5分钟、在380℃下加热(烧结)10分钟，制作出厚度194μm的气体扩散电极基材。
＜气体扩散电极基材的F/C比测定＞
如以下那样测定了气体扩散电极基材的配置了MPL的那侧的表面和与配置了MPL的那侧相反的一侧的表面的F/C比。
将气体扩散电极基材切成5×5mm。使用SEM－EDX(能量色散型荧光X线)，将切成5×5mm的气体扩散电极基材的一部分放大至200倍。在加速电压5KeV、扫描宽度20μm、线扫描间隔50μm下进行了想要测定的表面的元素分析。将与氟和碳对应的X线量(计数数量)定量，求出F/C比。
另外，如以下那样测定了气体扩散电极基材的截面的F/C比。
将气体扩散电极基材水平放置，使用单刃刀具相对于水平面垂直地进行切片，露出了截面。使用SEM－EDX(能量色散型荧光X线)，并调整了放大倍率以使得从接近于一个表面的部分到接近于另一个表面的部分的视场(整体视场)处于监视器画面中。在加速电压5KeV、扫描宽度20μm、线扫描间隔50μm下进行了气体扩散电极基材的截面的元素分析。将与氟和碳对应的X线量(计数数量)定量，求出F/C比。
再者，关于截面的F/C比的测定，对气体扩散电极基材的截面之中的不具有MPL的部分即CP1截面和CP2截面分别进行。在此，如图2所示那样，具有MPL的部分与不具有MPL的部分的边界6设为：以包含MPL最渗入到电极基材中的部分的前端的方式与基材的表面平行地划出的线。
再者，作为SEM－EDX，使用了在日立制的SEM H－3000中附加了能量色散型荧光X线分析装置SEMEDEX Type－H的装置。
＜厚度方向的气体扩散性评价＞
使用了西华产业制的气体水蒸气透过扩散评价装置(MVDP－200C)。向气体扩散电极基材的一侧(1次侧)流通想要测定扩散性的气体，向另一侧(2次侧)流通了氮气。将1次侧和2次侧的压差控制在0Pa附近(0±3Pa)。即，预先设成为：几乎没有由压力差引起的气体的流动，只通过分子扩散来引起气体的移动现象的状态。利用2次侧的气体浓度计来测定达到平衡时的气体浓度，将所得到的值(％)作为厚度方向的气体扩散性。
＜发电性能评价＞
使所得到的气体扩散电极基材，以催化剂层和MPL接触的方式夹持电解质膜-催化剂层一体化品(在日本ゴア制的电解质膜“ゴアセレクト(注册商标)”的两面形成日本ゴア制的催化剂层“PRIMEA(注册商标)”从而得到的产品)的两侧，并进行热压，由此制作出膜电极接合体(MEA)。将该膜电极接合体组入到燃料电池用单体单元中，使电池温度为57℃、燃料利用效率为70％、空气利用效率为40％、并使阳极侧的氢、阴极侧的空气各自露点成为57℃、57℃来进行加湿从而进行了发电。将电流密度为1.9A/cm2时的输出电压作为耐水淹性的指标。
(实施例1)
按照＜电极基材的制作＞和＜MPL的形成＞中记载的方法，得到了气体扩散电极基材。评价了该气体扩散电极基材的发电性能，结果如表1中记载的那样，输出电压为0.40V(运行温度57℃、加湿温度57℃、电流密度1.9A/cm2)，耐水淹性也良好。其他的测定结果请见表1中的记载。
(实施例2)
在＜电极基材的制作＞中，利用喷雾器从导电性多孔质基材的一个面以雾状喷涂相对于导电性多孔质基材95质量份为5质量份的FEP，在100℃下加热5分钟来进行热处理，从而制作出电极基材，除此以外，按照＜电极基材的制作＞和＜MPL的形成＞中记载的方法，得到了气体扩散电极基材。评价了该气体扩散电极基材的发电性能，结果如表1中记载的那样，输出电压为0.42V(运行温度57℃、加湿温度57℃、电流密度1.9A/cm2)，耐水淹性也良好。其他的测定结果请见表1中的记载。
(实施例3)
在＜电极基材的制作＞中，利用模涂机从导电性多孔质基材的一个面涂敷相对于导电性多孔质基材95质量份为5质量份的FEP，在100℃下热处理5分钟，从而制作出电极基材，除此以外，按照＜电极基材的制作＞和＜MPL的形成＞中记载的方法，得到了气体扩散电极基材。评价了该气体扩散电极基材的发电性能，结果如表1中记载的那样，输出电压为0.41V(运行温度57℃、加湿温度57℃、电流密度1.9A/cm2)，耐水淹性也良好。其他的测定结果请见表1中的记载。
(实施例4)
在＜电极基材的制作＞中，利用模涂机从导电性多孔质基材的一个面涂敷相对于导电性多孔质基材93质量份为7质量份的FEP，在100℃下热处理5分钟，从而制作出电极基材，除此以外，按照＜电极基材的制作＞和＜MPL的形成＞中记载的方法，得到了气体扩散电极基材。评价了该气体扩散电极基材的发电性能，结果如表1中记载的那样，输出电压为0.40V(运行温度57℃、加湿温度57℃、电流密度1.9A/cm2)，耐水淹性也良好。其他的测定结果请见表1中的记载。
(比较例1)
在＜电极基材的制作＞中，不进行憎水加工，在＜MPL的形成＞中，不是在电极基材的一个面，而是在导电性多孔质基材的一个面形成了MPL，除此以外，按照＜电极基材的制作＞和＜MPL的形成＞中记载的方法，得到了气体扩散电极基材。评价了该气体扩散电极基材的发电性能，结果如表1中记载的那样，是输出电压为0.38V(运行温度57℃、加湿温度57℃、电流密度1.9A/cm2)，耐水淹性稍差的结果。其他的测定结果请见表1中的记载。
(比较例2)
在＜电极基材的制作＞中，以FEP相对于导电性多孔质基材99质量份为1质量份的方式实施浸渗憎水，在100℃下加热5分钟来进行干燥，从而制作出电极基材，除此以外，按照＜电极基材的制作＞和＜MPL的形成＞中记载的方法，得到了气体扩散电极基材。评价了该气体扩散电极基材的发电性能，结果如表1中记载的那样，是输出电压为0.35V(运行温度57℃、加湿温度57℃、电流密度1.9A/cm2)，耐水淹性稍差的结果。其他的测定结果请见表1中的记载。
(比较例3)
在＜电极基材的制作＞中，对平板压力机配置间隔件，调整了上下压制面板的间隔，使得电极基材的厚度成为70μm，除此以外，按照＜电极基材的制作＞和＜MPL的形成＞中记载的方法，得到了气体扩散电极基材。评价了该气体扩散电极基材的发电性能，结果如表1中记载的那样，是输出电压为0.30V(运行温度57℃、加湿温度57℃、电流密度1.9A/cm2)，耐水淹性稍差的结果。其他的测定结果请见表1中的记载。
(比较例4)
在＜电极基材的制作＞中，对平板压力机配置间隔件，调整了上下压制面板的间隔，使得电极基材的厚度成为230μm，除此以外，按照＜电极基材的制作＞和＜MPL的形成＞中记载的方法，得到了气体扩散电极基材。评价了该气体扩散电极基材的发电性能，结果如表1中记载的那样，是输出电压为0.25V(运行温度57℃、加湿温度57℃、电流密度1.9A/cm2)，耐水淹性稍差的结果。其他的测定结果请见表1中的记载。
Figure BDA0001439065090000151
在表中，“CP1F/C比”表示CP1截面的F/C比，“CP2F/C比”表示CP2截面的F/C比，“MPL表面F/C比”表示“配置了MPL的那侧的表面的F/C比，“MPL相反面F/C比”表示与配置了MPL的那侧相反侧的表面的F/C比。
附图标记说明
1 气体扩散电极基材
2 MPL
3 电极基材
4 CP1截面
5 CP2截面
6 具有MPL的部分和不具有MPL的部分的边界

Claims (7)

1.一种气体扩散电极基材，是在电极基材的一个表面配置有微多孔层即MPL的气体扩散电极基材，
厚度为110μm以上240μm以下，
在将气体扩散电极基材的截面分为具有MPL的部分和不具有MPL的部分，而且将不具有MPL的部分二等分为与MPL接触的部分即CP1截面和不与MPL接触的部分即CP2截面时，CP1截面的F/C比为0.03以上0.10以下，CP2截面的F/C比小于0.03，
其中，F表示氟原子的质量，C表示碳原子的质量。
2.根据权利要求1所述的气体扩散电极基材，所述CP2截面的F/C比为0.01以下。
3.根据权利要求1所述的气体扩散电极基材，所述气体扩散电极基材的、与配置MPL的那侧相反的一侧的表面的F/C比为0.01以下。
4.根据权利要求1或2所述的气体扩散电极基材，所述气体扩散电极基材的、配置MPL的那侧的表面的F/C比为0.10以上0.40以下。
5.根据权利要求1～3的任一项所述的气体扩散电极基材，厚度方向的气体扩散性为30％以上。
6.一种气体扩散电极基材的制造方法，是制造权利要求1～5的任一项所述的气体扩散电极基材的方法，其特征在于，
包括从导电性多孔质基材的一个表面以雾状喷涂含有氟树脂的分散液的工序，
并且，继该工序之后，在该表面配置MPL。
7.一种气体扩散电极基材的制造方法，是制造权利要求1～5的任一项所述的气体扩散电极基材的方法，其特征在于，
包括从导电性多孔质基材的一个表面涂敷含有氟树脂的分散液的工序，
并且，继该工序之后，在该表面配置MPL。
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