JP2000299113A - Conductive sheet and electrode base material for fuel cell using it - Google Patents
Conductive sheet and electrode base material for fuel cell using itInfo
- Publication number
- JP2000299113A JP2000299113A JP2000033473A JP2000033473A JP2000299113A JP 2000299113 A JP2000299113 A JP 2000299113A JP 2000033473 A JP2000033473 A JP 2000033473A JP 2000033473 A JP2000033473 A JP 2000033473A JP 2000299113 A JP2000299113 A JP 2000299113A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductive
- dense
- sheet
- conductive sheet
- porous structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Non-Insulated Conductors (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、流体の透過性と導
電性が要求される用途、例えば電極用途に用いられる。
なかでも固体高分子型燃料電池において電極基材(集電
体)として用いられる多孔質構造導電性シートに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used for applications requiring fluid permeability and conductivity, for example, electrodes.
In particular, the present invention relates to a porous conductive sheet used as an electrode substrate (current collector) in a polymer electrolyte fuel cell.
【0002】[0002]
【従来の技術】燃料電池の電極基材(集電体とも云う)
には、集電機能に加えて電極反応に関与する物質の拡散
・透過性が要求される。また、電極基材を構成する材料
には、導電性、ガス拡散・透過性、ハンドリングに耐え
るための強度等が必要とされる。2. Description of the Related Art Electrode substrates for fuel cells (also called current collectors)
In addition, the diffusion and permeability of substances involved in the electrode reaction are required in addition to the current collecting function. In addition, the material forming the electrode base material needs to have conductivity, gas diffusion / permeability, strength enough to withstand handling, and the like.
【0003】このような燃料電池の電極基材としては、
たとえば特開平6−20710号公報、特開平7−32
6362号公報、特開平7−220735号公報に記載
されるような、炭素短繊維を炭素で結着してなる多孔質
炭素板を用いたものが知られている。しかしながら、こ
のような電極基材は、まず炭素繊維またはその前駆体繊
維からなる短繊維の集合体を作り、これに樹脂を含浸ま
たは混合し、さらに焼成することによって作ることから
製造コストが高い。また、密度が低い場合には、電極製
造時や電池に組んだときの加圧により結着した炭素が崩
壊しやすいという問題もある。[0003] As an electrode substrate of such a fuel cell,
For example, JP-A-6-20710 and JP-A-7-32
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6362/1995 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-220735 discloses a device using a porous carbon plate formed by binding short carbon fibers with carbon. However, such an electrode substrate is produced by first forming an aggregate of short fibers made of carbon fibers or precursor fibers thereof, impregnating or mixing the resin with the aggregates, and then firing the aggregates. Further, when the density is low, there is also a problem that the bound carbon is apt to collapse due to the pressure during the production of the electrode or when assembled in a battery.
【0004】また、製造コストの問題を解決する方法と
して、特開平7−105957号公報や特開平8−78
97号公報は、紙状の炭素短繊維集合体を電極基材とし
て用いることを提案している。このような電極基材は、
厚さ方向の電気抵抗が高いことが課題である。As a method for solving the problem of the manufacturing cost, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-105957 and 8-78
No. 97 proposes using a paper-like carbon short fiber aggregate as an electrode substrate. Such an electrode substrate,
The problem is that the electrical resistance in the thickness direction is high.
【0005】一方、燃料電池用電極基材は、燃料電池の
構造として、片面がガス流路セパレーターと接し、反対
面が触媒層と接している構造になっている。このため、
燃料電池用電極基材の要求特性には、上述した導電性や
ガス透過・拡散性に加えて、触媒層との接合が良好であ
ることも求められる。触媒層との接合に関しては、電極
基材と触媒層との間においても、電気抵抗が低く、ガス
透過性が良好であることで、良好な接合となる。ところ
が、従来の電極基材では、ガス透過性を向上させる場
合、電極基材の空孔率を高めた粗な構造となり、触媒層
との接合が不良になるという課題があった。On the other hand, the fuel cell electrode substrate has a structure in which one surface is in contact with the gas flow path separator and the other surface is in contact with the catalyst layer as a structure of the fuel cell. For this reason,
The required characteristics of the fuel cell electrode base material require not only the above-described conductivity and gas permeation / diffusion properties but also good bonding with the catalyst layer. Regarding the joining with the catalyst layer, good joining is also achieved between the electrode base material and the catalyst layer because the electric resistance is low and the gas permeability is good. However, the conventional electrode substrate has a problem that, when gas permeability is improved, the electrode substrate has a rough structure in which the porosity is increased, and bonding with the catalyst layer becomes poor.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】この発明は、従来の技
術における上述した問題点に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、電気抵抗が低く、ガス透過性が
良好であり、しかも燃料電池電極基材として用いた場合
には触媒層との接合が良好となる、粗密非対称な構造を
有した多孔質導電性シートを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the prior art, and has as its object to provide low electric resistance, good gas permeability, and It is an object of the present invention to provide a porous conductive sheet having an asymmetrical structure with a dense and dense structure, which can be bonded well to a catalyst layer when used as a fuel cell electrode base material.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、導電性物質を
主たる構成材とし、多孔質の構造を有するシート状物で
あって、一方の面の層の多孔質構造が粗であり、他方の
面の層の多孔質構造が密であることを特徴とする導電シ
ート、およびその利用に関するものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a sheet-like material having a porous structure using a conductive material as a main constituent material, wherein a porous structure of a layer on one surface is rough, and The present invention relates to a conductive sheet characterized by having a dense porous structure of a layer on the surface of (1), and its use.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】本発明の導電シートは、一方の面
が粗な多孔質構造で、他方の面が密な多孔質構造である
ことを特徴とするものであり、構成材である導電性物質
の嵩密度を異なるものとすることなどによって非対称な
多孔質構造を有することを特徴とする。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The conductive sheet of the present invention is characterized in that one surface has a rough porous structure and the other surface has a dense porous structure. It is characterized by having an asymmetric porous structure by making the bulk density of the conductive material different.
【0009】したがって、導電性の物質の形態により、
粗密非対称構造とする方法は特に制限されるものではな
い。Therefore, depending on the form of the conductive substance,
The method of forming the dense-dense asymmetric structure is not particularly limited.
【0010】本発明の導電シートにおいて、粗な構造の
面の層と密な構造の面の層は、上述のようにその製造方
法は特に限定されるものではないが、それぞれの層の物
理的性質を表すパラメーターは、空孔率、嵩密度、ガス
透過抵抗などを用いて規定することができる。In the conductive sheet of the present invention, the method of manufacturing the layer having the rough structure and the layer having the dense structure are not particularly limited as described above. The parameters representing the properties can be defined using porosity, bulk density, gas permeation resistance and the like.
【0011】空孔率は、シート全体積から導電性物質の
占める体積を減じたものをシート全体積で除した百分率
(%)である。この空孔率は、粗な構造では大きく、密
な構造では小さくなる。特に、粗である面の層の多孔質
構造の空孔率をVA(%)とし、密である面の層の多孔
質構造の空孔率をVB(%)とするとき、5≦VA−V
B≦90であることが、本発明の粗密構造としては好ま
しい。特に本発明の導電シートを固体高分子型燃料電池
用電極電極基材として用いる際には、空孔率の値として
は、VA≧90で、VB≦80であることが好ましい。The porosity is a percentage (%) obtained by subtracting the volume occupied by the conductive material from the total sheet volume and dividing by the total sheet volume. The porosity is large in a rough structure and small in a dense structure. In particular, when the porosity of the porous structure of the layer on the rough surface is VA (%) and the porosity of the porous structure on the layer of the dense surface is VB (%), 5 ≦ VA− V
It is preferable that B ≦ 90 as the dense structure of the present invention. In particular, when the conductive sheet of the present invention is used as an electrode base material for a polymer electrolyte fuel cell, the porosity preferably satisfies VA ≧ 90 and VB ≦ 80.
【0012】嵩密度は、シート全重量をシート全体積で
除したものであり、ここでは単位はg/cm3である。
この嵩密度は、粗な構造では小さく、密な構造では大き
くなる。特に、粗である面の層の多孔質構造の嵩密度を
DA(g/cm3)とし、密である面の層の多孔質構造
の嵩密度をDB(g/cm3)とするとき、1≦DB/
DA≦100であることが、本発明の粗密構造としては
好ましい。1.1≦DB/DA≦20がより好ましい。The bulk density is obtained by dividing the total weight of the sheet by the total volume of the sheet. Here, the unit is g / cm 3 .
This bulk density is small in a rough structure and large in a dense structure. In particular, when the bulk density of the porous structure of the layer having a rough surface is DA (g / cm 3 ) and the bulk density of the porous structure of the layer having a dense surface is DB (g / cm 3 ), 1 ≦ DB /
It is preferable that DA ≦ 100 as the dense structure of the present invention. More preferably, 1.1 ≦ DB / DA ≦ 20.
【0013】上記の空孔率や嵩密度を求める際に、シー
ト全体積を求める必要があるが、導電シートの厚みが加
圧により変化する場合には、圧力12.7kPaにおけ
る厚みをシートと厚みとする。When calculating the above porosity and bulk density, it is necessary to obtain the total volume of the sheet. However, when the thickness of the conductive sheet changes due to pressure, the thickness at a pressure of 12.7 kPa is set to the sheet thickness. And
【0014】ガス透過抵抗は、厚み方向への面圧による
シートへの加圧を行わない状態で、厚み方向に14cm
/秒の空気を透過させたときの圧力損失である。ここで
は、単位はPaである。このガス透過抵抗は、粗な構造
では小さく、密な構造では大きい。特に、粗である面の
層の多孔質構造のガス透過抵抗をPA(Pa)とし、密
である面の層の多孔質構造のガス透過抵抗をPB(P
a)とするとき、1≦PB/PA≦100であること
が、本発明の粗密非対称多孔質構造としては好ましい。
1.1≦PB/PA≦20がより好ましい。The gas permeation resistance is 14 cm in the thickness direction when the sheet is not pressurized by the surface pressure in the thickness direction.
Pressure loss when permeating air per second. Here, the unit is Pa. This gas permeation resistance is small in a rough structure and large in a dense structure. In particular, the gas permeation resistance of the porous structure of the layer having the rough surface is PA (Pa), and the gas permeation resistance of the porous structure of the layer having the dense surface is PB (P).
In the case of a), it is preferable that 1 ≦ PB / PA ≦ 100 as the dense / dense asymmetric porous structure of the present invention.
More preferably, 1.1 ≦ PB / PA ≦ 20.
【0015】尚、多孔質構造が粗である層と密である層
は、それぞれ厚さが1μm〜1mmであることが好まし
い(5μm〜500μmがより好ましい)。また、両者
の厚さの比(粗な層の厚さ(TA)/密な層の厚さ(T
B))は0.1〜1000が好ましい(0.5〜100
がより好ましく、1〜20が更に好ましい)。また、両
層の界面にて混合していて、境界が不分明の場合は、そ
れぞれの表面から領域がはっきりしているところまでの
深さ(乃至は境界が不分明な範囲の中心までの深さ)を
それぞれの層の厚さとする。The layer having a coarse porous structure and the layer having a dense porous structure preferably have a thickness of 1 μm to 1 mm (more preferably 5 μm to 500 μm). Also, the ratio of the thicknesses of the two (rough layer thickness (TA) / dense layer thickness (T
B)) is preferably 0.1 to 1000 (0.5 to 100).
Are more preferable, and 1-20 are still more preferable.). In addition, when mixing occurs at the interface between the two layers and the boundary is unclear, the depth from each surface to the point where the region is clear (or the depth from the center to the center of the range where the boundary is not clear). ) Is the thickness of each layer.
【0016】導電性物質としては繊維状物質が好まし
い。繊維状の形態を有する物質であれば、異なる繊維長
の物質を用いて粗密非対称構造とすることが可能にな
る。たとえば、短い繊維を多く含む面を密な構造とし、
長い繊維を多く含む面を粗な構造とすることができる。
具体的な繊維長は、繊維状物質の直径や弾性率、あるい
は導電シートが用いられる用途や要求性能などによって
適宜決められるべきものである。このような場合に用い
られる、繊維状の導電性物質としては、下記に述べるよ
うに炭素繊維が好ましく、特にPAN系炭素繊維が好ま
しい。The conductive substance is preferably a fibrous substance. As long as the substance has a fibrous form, it is possible to form a dense-dense asymmetric structure using substances having different fiber lengths. For example, make the surface containing many short fibers a dense structure,
The surface containing many long fibers can have a rough structure.
The specific fiber length should be appropriately determined according to the diameter and elastic modulus of the fibrous substance, the application in which the conductive sheet is used, the required performance, and the like. As a fibrous conductive substance used in such a case, a carbon fiber is preferable as described below, and a PAN-based carbon fiber is particularly preferable.
【0017】また、直径5〜10μm、繊維長1mm以
上の繊維状導電性物質と、直径5〜10μm、繊維長1
mm未満の繊維状導電性物質とを組み合わせて粗密構造
とする場合には、粗な多孔質構造面を繊維長1mm以上
の繊維状導電性物質で作成し、密な多孔質構造面を繊維
長1mm未満の繊維状導電性物質で作成することにより
粗密構造の導電シートを作成することができる。このよ
うな場合では、繊維状導電性物質を炭素繊維とすること
が好ましい実施態様となる。この場合なんら限定はされ
ないが、粗な多孔質構造面は繊維長1〜30mmの炭素
繊維を用いた不織布構造シートを用い、密な多孔質構造
面を繊維長1mm未満の炭素繊維を用いて粗密構造導電
シートを作成することも好ましい。また、粗な多孔質構
造面は炭素繊維を用いた織物構造シートを用い、密な多
孔質構造面を繊維長1mm未満の炭素繊維を用いて粗密
構造導電シートを作成することも好ましい。繊維長5〜
30mmのものにより粗な構造を得て、繊維長10μm
〜1mmのものにより密な構造を得てシートを作成する
ことがより好ましい。Further, a fibrous conductive material having a diameter of 5 to 10 μm and a fiber length of 1 mm or more, a diameter of 5 to 10 μm and a fiber length of 1 mm
When a dense porous structure is formed by combining a fibrous conductive material having a fiber length of 1 mm or more with a fibrous conductive material having a fiber length of less than 1 mm, a coarse porous structure surface is formed with a fibrous conductive material having a fiber length of 1 mm or more. By forming the conductive sheet with a fibrous conductive substance having a size of less than 1 mm, a conductive sheet having a dense and dense structure can be formed. In such a case, it is a preferred embodiment that the fibrous conductive material is carbon fiber. In this case, there is no limitation, but the coarse porous structure surface uses a nonwoven fabric structure sheet using carbon fibers having a fiber length of 1 to 30 mm, and the dense porous structure surface uses a carbon fiber having a fiber length of less than 1 mm. It is also preferred to make a structural conductive sheet. It is also preferable to use a woven structure sheet using carbon fibers for the rough porous structure surface and to prepare a conductive sheet having a dense and dense structure using carbon fibers having a fiber length of less than 1 mm for the dense porous structure surface. Fiber length 5
A coarse structure was obtained with a 30 mm length, and the fiber length was 10 μm
It is more preferable to obtain a denser structure with a sheet having a thickness of about 1 mm to form a sheet.
【0018】密である面の層に含まれる導電性繊維状物
質の繊維長が1mmよりも長い場合、粗である面に含ま
れる導電性繊維状物質と密である面に含まれる導電性繊
維状物質の繊維長が近すぎて実質的に粗密構造が得られ
ず好ましくない。When the fiber length of the conductive fibrous substance contained in the layer on the dense surface is longer than 1 mm, the conductive fiber contained in the dense surface and the conductive fiber contained in the dense surface are provided. It is not preferable because the fiber length of the particulate material is too close to obtain a substantially dense structure.
【0019】また、本発明の導電性シートにおいて、導
電性繊維状物質が含まれる場合は、物理的性質を表すパ
ラメーターは、導電性繊維状物質の繊維長(特に繊維長
の比)を用いて規定することができる。一方の面(A
面)に含まれる導電性繊維状物質の繊維長が他方の面
(B面)に含まれる導電性繊維状物質の繊維長よりも長
い場合、A面はB面よりも粗な構造となる。特に、粗で
ある面の層に含まれる導電性繊維状物質の繊維長をLA
(μm)とし、密である面の層に含まれる導電性繊維状
物質の繊維長をLB(μm)とするとき、2≦LA/L
B≦10000であることが、本発明の粗密構造として
は好ましい。LA/LBが2よりも小さい場合、粗であ
る面に含まれる導電性繊維状物質と密である面に含まれ
る導電性繊維状物質の繊維長が近すぎて実質的に粗密構
造が得られず好ましくなく、LA/LBが10000よ
りも大きい場合、密である面の構造が密になりすぎてガ
ス透過抵抗が大きくなり、燃料電池の電極基材として用
いたときに面方向への気体透過性が低くなり好ましくな
い。2≦LA/LB≦1000がより好ましい。When the conductive sheet of the present invention contains a conductive fibrous substance, the parameter representing the physical property is determined by using the fiber length of the conductive fibrous substance (particularly, the ratio of the fiber length). Can be specified. One side (A
When the fiber length of the conductive fibrous substance included in the (side) is longer than the fiber length of the conductive fibrous substance included in the other side (side (B)), the side A has a coarser structure than the side B. In particular, the fiber length of the conductive fibrous substance contained in the layer having a rough surface is set to LA.
(Μm) and the fiber length of the conductive fibrous substance contained in the dense layer is LB (μm), 2 ≦ LA / L
It is preferable that B ≦ 10000 as the dense structure of the present invention. When LA / LB is less than 2, the fiber length of the conductive fibrous material contained in the rough surface and the conductive fibrous material contained in the dense surface is too close to obtain a substantially dense structure. When LA / LB is greater than 10000, the structure of the dense surface becomes too dense and the gas permeation resistance becomes large, and the gas permeation in the surface direction when used as an electrode substrate of a fuel cell. It is not preferable because the property is lowered. More preferably, 2 ≦ LA / LB ≦ 1000.
【0020】また、繊維状導電性物質から構成される導
電性シートが、織物構造、編み物構造、不織布構造など
の場合には、粗な構造のシートと密な構造のシートを重
ね合わせたり、一方の面に繊維長の短い導電性物質を添
加して密な多孔質構造とするなどの方法により、粗密構
造導電シートとすることができる。織物、編み物、不織
布などでは、単位面積あたりの繊維数や繊維重量を変化
させることにより、粗密構造を制御することができる。When the conductive sheet made of a fibrous conductive material has a woven structure, a knitted structure, a nonwoven structure, or the like, a sheet having a rough structure and a sheet having a dense structure are overlapped. A dense and dense structure conductive sheet can be obtained by a method such as adding a conductive substance having a short fiber length to the surface to form a dense porous structure. In a woven fabric, a knitted fabric, a nonwoven fabric, or the like, the density structure can be controlled by changing the number of fibers per unit area or the weight of fibers.
【0021】上記の不織布構造シートには、実質的に二
次元平面内において無作為な方向に配向された導電性繊
維を高分子物質で結着してなる紙状シートを含み、導電
性繊維の長さが、少なくとも3mmで、かつ、シートの
厚みの少なくとも5倍である多孔質導電シートを用いる
こともできる。ここで、シートの厚みはJIS P81
18に準じて測定する。測定時の面圧は13kPaとす
る。導電性繊維が実質的に二次元平面内において配向さ
れているということの意味は、導電性繊維がおおむね一
つの面を形成するように横たわっているという意味であ
る。このことにより導電性繊維による対極との短絡や導
電性繊維の折損を防止することができる。The above-mentioned nonwoven fabric sheet includes a paper-like sheet obtained by binding conductive fibers oriented in a random direction in a substantially two-dimensional plane with a polymer substance. A porous conductive sheet having a length of at least 3 mm and at least 5 times the thickness of the sheet can also be used. Here, the thickness of the sheet is JIS P81
Measure according to 18. The surface pressure during the measurement is 13 kPa. The meaning that the conductive fibers are oriented substantially in a two-dimensional plane means that the conductive fibers lie substantially to form one surface. This can prevent a short circuit between the conductive fiber and the counter electrode and breakage of the conductive fiber.
【0022】導電シートの強度やハンドリング性を高く
し、導電性繊維を実質的に二次元平面内において配向さ
せるために、導電性繊維の長さは少なくとも3mm以上
であるが、好ましくは4.5mm以上、さらに好ましく
は6mm以上である。3mm未満では、強度、ハンドリ
ング性を保つのが難しくなる。また、導電性繊維を実質
的に二次元平面内において無作為な方向に配向させるた
めに、導電性繊維の長さは導電シートの厚みの5倍以
上、好ましくは8倍以上、さらに好ましくは12倍以上
とする。5倍未満では、二次元への配向の確保が難しく
なる。導電性繊維の長さの上限は、実質的に二次元平面
内において無作為な方向に配向させるためには30mm
以下が好ましく、15mm以下がより好ましく、8mm
以下がさらに好ましい。導電性繊維が長すぎると分散不
良を発生しやすく、多数の繊維が束状のまま残る場合が
ある。その場合、束状の部分は空隙率が低く、加圧時の
厚みが厚くなるために加圧時に高い圧力がかかり、導電
シートの破壊や、高分子電解質膜や電極触媒層の局部的
な薄層化等の問題が起こりやすくなる。In order to increase the strength and handleability of the conductive sheet and to orient the conductive fibers in a substantially two-dimensional plane, the length of the conductive fibers is at least 3 mm, preferably 4.5 mm. More preferably, it is 6 mm or more. If it is less than 3 mm, it is difficult to maintain strength and handleability. Further, in order to orient the conductive fibers in a random direction in a substantially two-dimensional plane, the length of the conductive fibers is 5 times or more, preferably 8 times or more, more preferably 12 times or more the thickness of the conductive sheet. More than double. If it is less than 5 times, it is difficult to secure the orientation in two dimensions. The upper limit of the length of the conductive fiber is 30 mm in order to be oriented in a random direction in a substantially two-dimensional plane.
Or less, more preferably 15 mm or less, and 8 mm
The following are more preferred. If the conductive fibers are too long, poor dispersion is likely to occur, and many fibers may remain in a bundle. In such a case, the porosity of the bundle-shaped portion is low, and the thickness at the time of pressurization is large, so that high pressure is applied at the time of pressurization. Problems such as layering are likely to occur.
【0023】また、導電性繊維の形態は、繊維による対
極との短絡をより完全に防止できるため、直線状である
のが好ましい。ここで、直線状の導電性繊維とは、導電
性繊維を曲げる外力を取り除いた状態で繊維の長さ方向
にある長さL(mm)をとったときに、長さLに対する
直線性からのずれΔ(mm)を測定し、Δ/Lがおおむ
ね0.1以下であるものをいう。一方、非直線状の繊維
は、実質的に二次元平面内において無作為な方向に配向
させるときに三次元方向を向きやすいという欠点があ
る。Further, the form of the conductive fiber is preferably a straight line in order to more completely prevent a short circuit with the counter electrode by the fiber. Here, the linear conductive fiber means that when a length L (mm) in the fiber length direction is taken in a state where the external force for bending the conductive fiber is removed, the linearity with respect to the length L The deviation Δ (mm) is measured, and Δ / L is about 0.1 or less. On the other hand, non-linear fibers have the disadvantage that they tend to be oriented in a three-dimensional direction when oriented in a random direction in a substantially two-dimensional plane.
【0024】導電シートの作成において、導電繊維を実
質的に二次元平面内において無作為な方向に配向させる
方法としては、液体の媒体中に導電性繊維を分散させて
抄造する湿式法や、空気中で導電性繊維を分散させて降
り積もらせる乾式法がある。導電性繊維を確実に実質的
に二次元平面内において配向させるため、また、導電性
繊維の強度を高くするためには、湿式法、特にいわゆる
抄紙法が好ましい。In the preparation of the conductive sheet, the conductive fibers can be oriented in a random direction in a substantially two-dimensional plane by a wet method in which the conductive fibers are dispersed in a liquid medium to form a paper, or by air. There is a dry method in which conductive fibers are dispersed and accumulated on the inside. In order to reliably orient the conductive fibers substantially in a two-dimensional plane and to increase the strength of the conductive fibers, a wet method, particularly a so-called papermaking method, is preferable.
【0025】導電シートにおいて、加圧時の導電性物質
の折損を防止し、導電シートの重量減少率を3%以下と
するために、使用する繊維は、炭素繊維をカットした炭
素短繊維が好ましく、熱処理時に張力をかけたものがよ
り好ましく、熱処理時に延伸したものがさらに好まし
い。In the conductive sheet, in order to prevent breakage of the conductive material when pressurized and to reduce the weight loss of the conductive sheet to 3% or less, the fibers used are preferably short carbon fibers obtained by cutting carbon fibers. It is more preferable to apply tension during heat treatment, and it is more preferable to apply tension during heat treatment.
【0026】炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル
(PAN)系炭素繊維、フェノール系炭素繊維、ピッチ
系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などが例示される。な
かでも、PAN系炭素繊維が好ましい。PAN系炭素繊
維はピッチ系炭素繊維にくらべて圧縮強さ、引張破断伸
度が大きく、折れにくい。このことは、炭素繊維を構成
する炭素の結晶化の相異によると考えられる。折れにく
い炭素繊維を得るためには、炭素繊維の熱処理温度は
2,500℃以下が好ましく、2,000℃以下がより
好ましい。Examples of the carbon fiber include polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fiber, phenol-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, rayon-based carbon fiber and the like. Among them, PAN-based carbon fibers are preferred. PAN-based carbon fibers have higher compressive strength and tensile breaking elongation than pitch-based carbon fibers, and are less likely to break. This is considered to be due to a difference in crystallization of carbon constituting carbon fibers. In order to obtain a carbon fiber that is difficult to break, the heat treatment temperature of the carbon fiber is preferably 2,500 ° C. or less, more preferably 2,000 ° C. or less.
【0027】本発明の導電シート中に用いられる炭素繊
維、好ましくは炭素短繊維は、直径D(μm)と、引張
強さσ(MPa)と、引張弾性率E(MPa)との関係
が次式を満足しているのがよい。そのような炭素短繊維
からなる導電シートは、壊れにくいためである。すなわ
ち、炭素短繊維の直径が細く、引張強さが強く、引張弾
性率が低いほうが炭素短繊維は折れにくく、加圧時に導
電シートが壊れにくくなる。The carbon fibers, preferably short carbon fibers, used in the conductive sheet of the present invention have the following relationships among the diameter D (μm), the tensile strength σ (MPa), and the tensile modulus E (MPa). It is good to satisfy the formula. This is because the conductive sheet made of such short carbon fibers is hard to break. That is, the shorter carbon fibers have a smaller diameter, a higher tensile strength, and a lower tensile modulus, the harder the carbon short fibers are to be broken, and the more difficult the conductive sheet is to be broken when pressurized.
【0028】σ/(E×D)≧0.5×10-3 ここで、炭素繊維の引張強さ、引張弾性率はJIS R
7601に準じて測定する。偏平な断面の炭素繊維の場
合、長径と短径の平均値を直径とする。種類の異なる炭
素短繊維が混合されている場合、D、σ、Eについてそ
れぞれ重量平均した値を用いる。好ましくはσ/(E×
D)≧1.1×10-3であり、より好ましくはσ/(E
×D)≧2.4×10-3である。Σ / (E × D) ≧ 0.5 × 10 -3 where the tensile strength and tensile modulus of the carbon fiber are JIS R
It is measured according to 7601. In the case of a carbon fiber having a flat cross section, the average value of the major axis and minor axis is defined as the diameter. When different types of short carbon fibers are mixed, values obtained by weighting D, σ, and E are used. Preferably, σ / (E ×
D) ≧ 1.1 × 10 −3 , and more preferably σ / (E
× D) ≧ 2.4 × 10 −3 .
【0029】炭素短繊維の引張破断伸度は、導電シート
の強度のため、0.7%以上であるのが好ましく、より
好ましくは1.2%以上であり、さらに好ましくは1.
8%以上である。引張破断伸度は引張強さ(σ)を引張
弾性率(E)で除した値である。The tensile elongation at break of short carbon fibers is preferably 0.7% or more, more preferably 1.2% or more, and further preferably 1.%, because of the strength of the conductive sheet.
8% or more. The tensile elongation at break is a value obtained by dividing the tensile strength (σ) by the tensile modulus (E).
【0030】また、炭素短繊維の折損は様々な状況で発
生するため、炭素短繊維の引張強さは500MPa以上
であるのが好ましく、1,000MPa以上であるのが
より好ましく、2,000MPa以上であるのがさらに
好ましい。Since breakage of the short carbon fiber occurs in various situations, the tensile strength of the short carbon fiber is preferably 500 MPa or more, more preferably 1,000 MPa or more, and more preferably 2,000 MPa or more. Is more preferred.
【0031】導電性物質は粒子状物質であってもよい。
粒子状の形態を有する物質であれば、異なる粒子径の物
質を用いて、粗密非対称構造とすることが可能になる。
例えば、径の小さい粒子を多く含む面を密な構造とし、
径の大きな粒子を多く含む面を粗な構造とすることがで
きる。The conductive material may be a particulate material.
If it is a substance having a particulate form, it is possible to use a substance having a different particle diameter to form a dense-dense asymmetric structure.
For example, a surface containing many particles with small diameters has a dense structure,
A surface including many particles having a large diameter can have a rough structure.
【0032】導電性物質はまた、繊維状の形態を有する
物質と粒子状の形態を有する物質の混合体であってもよ
い。その場合には、繊維状及び粒子状の物質の両者の比
率を変化させることによって粗密非対称な構造とするこ
とが可能となる。具体的な比率に関しては、繊維状物質
の繊維長、繊維直径、弾性率と粒子状物質の粒子径やア
スペクト比、あるいは導電シートが用いられる用途や要
求性能などによって適宜決められるべきものであるが、
例えば、直径5〜10μm、繊維長1mm以上の繊維状
導電性物質と、粒子径10nm〜10μmの粒子状導電
性物質とを組み合わせて粗密構造とする場合には、粗な
多孔質構造面を繊維状導電性物質で作成し、密な多孔質
構造面を粒子状導電性物質で作成することにより粗密構
造の導電シートを作成することができる。このような場
合では、繊維状導電性物質を炭素繊維とし、粒子状導電
性物質を炭素粉末とすることが好ましい実施態様とな
る。この場合なんら限定はされないが、粗な多孔質構造
面は繊維長1〜30mmの炭素繊維を用いた不織布構造
シートを用い、密な多孔質構造面をカーボン粒子あるい
はカーボンブラックを用いて粗密構造導電シートを作成
することも好ましい。また、粗な多孔質構造面は炭素繊
維を用いた織物構造シートを用い、密な多孔質構造面を
カーボン粒子あるいはカーボンブラックを用いて粗密構
造導電シートを作成することも好ましい。The conductive substance may also be a mixture of a substance having a fibrous form and a substance having a particulate form. In that case, it is possible to obtain a dense and dense asymmetric structure by changing the ratio of both the fibrous material and the particulate material. The specific ratio should be appropriately determined according to the fiber length of the fibrous substance, the fiber diameter, the elastic modulus and the particle diameter and aspect ratio of the particulate matter, or the use or required performance of the conductive sheet. ,
For example, when a fibrous conductive material having a diameter of 5 to 10 μm and a fiber length of 1 mm or more is combined with a particulate conductive material having a particle diameter of 10 nm to 10 μm to form a coarse-dense structure, the coarse porous structure surface is formed by a fiber. A conductive sheet having a sparse-dense structure can be prepared by forming a dense porous structure surface with a particulate conductive material by using a conductive material having a dense structure. In such a case, it is a preferred embodiment that the fibrous conductive material is carbon fiber and the particulate conductive material is carbon powder. In this case, the rough porous structure surface is not limited, but the nonwoven fabric structure sheet using carbon fiber having a fiber length of 1 to 30 mm is used, and the dense porous structure surface is formed of carbon particles or carbon black. It is also preferred to make a sheet. It is also preferable to use a woven structure sheet using carbon fibers for the rough porous structure surface and to prepare a conductive sheet having a dense and dense structure using carbon particles or carbon black for the dense porous structure surface.
【0033】また、本発明の構造導電性シートにおい
て、粗である面の層の多孔質構造が、繊維直径5μm〜
10μmでかつ繊維長が1mm以上である導電性繊維状
物質の織布あるいは不織布構造からなる場合には、密で
ある面の層に含まれる導電性粒子状物質の粒径が10n
m〜10μmであることが好ましい。密である面の層に
含まれる導電性粒子状物質の粒径が10μmよりも大き
い場合、粗である面に含まれる導電性繊維状物質の繊維
直径と密である面に含まれる導電性粒子状物質の粒径が
近すぎて実質的に粗密構造が得られず好ましくなく、1
0nmよりも小さい場合、密である面の構造が密になり
すぎてガス透過抵抗が大きくなり、燃料電池の電極基材
として用いたときに面方向への気体透過性が低くなり好
ましくない。In the structural conductive sheet of the present invention, the porous structure of the layer having a rough surface has a fiber diameter of 5 μm to 5 μm.
In the case of a woven or nonwoven structure of a conductive fibrous material having a fiber length of 10 μm and a fiber length of 1 mm or more, the particle size of the conductive particulate material contained in the dense layer is 10 n.
m to 10 μm. When the particle size of the conductive particulate matter contained in the layer on the dense surface is larger than 10 μm, the conductive particles contained on the surface dense with the fiber diameter of the conductive fibrous material contained on the coarse surface It is not preferable because the particle size of the particulate matter is too close to obtain a substantially dense structure.
If it is smaller than 0 nm, the structure of the dense surface becomes too dense and the gas permeation resistance increases, and when used as an electrode base material for a fuel cell, the gas permeability in the surface direction is undesirably low.
【0034】また、繊維状導電性物質と粒子状導電性物
質との混合体であっても、異なる繊維長により粗密構造
が形成され、粒子状導電性物質はシート内に均一に存在
しているシートも好ましい実施態様である。この際の粒
子状物質は、シートの導電性向上などに寄与するもので
ある。Further, even in the case of a mixture of a fibrous conductive substance and a particulate conductive substance, a dense structure is formed by different fiber lengths, and the particulate conductive substance is uniformly present in the sheet. Sheets are also a preferred embodiment. The particulate matter at this time contributes to the improvement of the conductivity of the sheet.
【0035】本発明の構造導電シートは導電性物質の他
に高分子物質を添加することも可能である。これにより
圧縮や引張りに強くなり、強度、ハンドリング性を高
め、導電性物質が導電シートから外れたり、導電シート
の厚み方向を向くのを防止できる。特に、導電性短繊維
を抄紙して多孔質導電シートを作成する際には、高分子
物質を結着剤として用いる。高分子物質を結着させる方
法としては、導電性物質を実質的に二次元平面内におい
て無作為な方向に配向させるときに繊維状、粒状、液状
の高分子物質を混合する方法と、導電性物質が実質的に
二次元平面内において無作為な方向に配向された集合体
に繊維状、液状の高分子物質を付着させる方法等があ
る。液状の概念には、エマルジョン、ディスパージョン
やラテックス等、液体中に高分子物質の微粒子が分散し
て実質的に液体として取り扱うことができるものも含ま
れる。導電性物質の結着を強くしたり、導電シートの電
気抵抗を低くしたりするためには、結着する高分子物質
は繊維状、エマルジョン、ディスパージョン、ラテック
スであるのが好ましい。繊維状の高分子物質の場合、含
有率を低くするため、フィラメント糸を使用することが
好ましい。In the structural conductive sheet of the present invention, a polymer material can be added in addition to the conductive material. As a result, the conductive sheet is resistant to compression and tension, and the strength and handleability are enhanced, and the conductive substance can be prevented from coming off the conductive sheet and being prevented from being oriented in the thickness direction of the conductive sheet. Particularly, when a porous conductive sheet is prepared by making conductive short fibers, a polymer substance is used as a binder. As a method of binding a polymer substance, a method of mixing a fibrous, granular, or liquid polymer substance when a conductive substance is oriented in a random direction in a substantially two-dimensional plane, There is a method of attaching a fibrous or liquid polymer substance to an aggregate in which the substance is oriented in a random direction in a substantially two-dimensional plane. The concept of a liquid includes an emulsion, a dispersion, a latex, and the like, in which fine particles of a polymer substance are dispersed in a liquid and can be handled substantially as a liquid. In order to strengthen the binding of the conductive material or lower the electric resistance of the conductive sheet, the polymer material to be bound is preferably fibrous, emulsion, dispersion or latex. In the case of a fibrous polymer substance, it is preferable to use a filament yarn to reduce the content.
【0036】さらには、導電性物質を結着する高分子物
質の量比を変えることで、粗密非対称構造とすることが
可能になる。例えば、高分子物質を多く含む面を密な構
造とし、高分子物質を少なく含む面を粗な構造とするこ
とができる。この場合の導電性物質の形態は特に限定さ
れることなく用いることができ、繊維状導電性物質であ
っても、粒子状導電性物質であっても、またその混合体
であってもかまわない。Further, by changing the amount ratio of the high molecular substance binding the conductive substance, it is possible to obtain a dense and dense asymmetric structure. For example, a surface containing a large amount of a polymer substance can have a dense structure, and a surface containing a small amount of a polymer substance can have a rough structure. The form of the conductive substance in this case can be used without any particular limitation, and it may be a fibrous conductive substance, a particulate conductive substance, or a mixture thereof. .
【0037】導電性物質を結着する高分子物質として
は、炭素またはケイ素を主鎖に持つ高分子物質が好まし
く、たとえば、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ
酢酸ビニル(酢ビ)、ポリエチレンテレフタレート(P
ET)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン、ポリ
スチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、アク
リル樹脂、ポリウレタン等の熱可塑性樹脂や、フェノー
ル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アル
キド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポ
リウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂のほか、熱可塑性エラ
ストマー、ブタジエン・スチレン共重合体(SBR)、
ブタジエン・アクリロニトリル共重合体(NBR)等の
エラストマー、ゴム、セルロース、パルプ等を用いるこ
とができる。フッ素樹脂等の撥水性の樹脂を用い、導電
性物質の結着と同時に導電シートの撥水化処理を行って
もよい。As the high molecular substance binding the conductive substance, a high molecular substance having carbon or silicon in its main chain is preferable. For example, polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl acetate (vinyl acetate), polyethylene terephthalate (P
ET), polypropylene (PP), polyethylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, acrylic resin, polyurethane and other thermoplastic resins, phenolic resin, epoxy resin, melamine resin, urea resin, alkyd resin, unsaturated polyester resin , Acrylic resin, thermosetting resin such as polyurethane resin, thermoplastic elastomer, butadiene-styrene copolymer (SBR),
Elastomers such as butadiene-acrylonitrile copolymer (NBR), rubber, cellulose, pulp and the like can be used. Using a water-repellent resin such as a fluororesin, the conductive sheet may be subjected to a water-repellent treatment simultaneously with the binding of the conductive substance.
【0038】導電シートが加圧時に壊れにくくするため
には、導電性物質を結着する高分子物質は軟らかいほう
がよく、高分子物質の形態が繊維状や粒状である場合に
は、高分子物質は熱可塑性樹脂、エラストマー、ゴム、
セルロース、パルプなどが好ましい。また、高分子物質
を液状の形態で用いる場合には、高分子物質は、熱可塑
性樹脂、エラストマー、ゴム、あるいは熱可塑性樹脂、
エラストマー、ゴム等の軟質材料で変性した熱硬化性樹
脂が好ましく、特に熱可塑性樹脂、エラストマー、ゴム
を用いると導電シートが加圧時に壊れにくくなりより好
ましい。In order to make the conductive sheet less likely to break when pressed, the polymer material binding the conductive material should be soft, and if the polymer material is in the form of fibers or particles, Is thermoplastic resin, elastomer, rubber,
Cellulose, pulp and the like are preferred. When the polymer substance is used in a liquid form, the polymer substance is a thermoplastic resin, an elastomer, a rubber, or a thermoplastic resin,
A thermosetting resin modified with a soft material such as an elastomer or a rubber is preferable. In particular, when a thermoplastic resin, an elastomer or a rubber is used, the conductive sheet is less likely to break when pressed, and is more preferable.
【0039】高分子物質は、23℃における圧縮弾性率
が4,000MPa以下であることが好ましく、2,00
0MPa以下であるのがより好ましく、1,000MP
a以下であるのがさらに好ましい。圧縮弾性率の低い高
分子物質は結着部にかかる応力を緩和して結着を外れに
くくし、また、導電性物質にかかる応力を緩和して壊れ
にくくするためである。The high-molecular substance preferably has a compression modulus at 23 ° C. of 4,000 MPa or less, preferably 2,000 MPa.
More preferably 0 MPa or less, 1,000 MPa
It is more preferable that it is not more than a. The reason is that the high-molecular substance having a low compression modulus relieves the stress applied to the binding portion and makes it difficult to release the binding, and also relaxes the stress applied to the conductive substance to make it hard to break.
【0040】固体高分子型燃料電池は、カソード(空気
極、酸素極)において、電極反応生成物としての水や、
電解質を浸透した水が発生する。また、アノード(燃料
極)においては、高分子電解質膜の乾燥防止のために燃
料を加湿して供給する。これらの水の結露と滞留、水に
よる高分子物質の膨潤が電極反応物を供給する際の妨げ
になるので、高分子物質の吸水率は低いほうがよい。好
ましくは20%以下、より好ましくは7%以下である。In the polymer electrolyte fuel cell, at the cathode (air electrode, oxygen electrode), water as an electrode reaction product,
Water permeates the electrolyte. At the anode (fuel electrode), the fuel is supplied humidified to prevent the polymer electrolyte membrane from drying. Since the condensation and stagnation of water and the swelling of the polymer substance due to water hinder the supply of the electrode reactant, the lower the water absorption of the polymer substance, the better. It is preferably at most 20%, more preferably at most 7%.
【0041】このような点から、導電シートを電極に適
用する際には撥水性の高分子を含むことも好ましい実施
態様である。特にポリテトラフルオロエチレン(PTF
E)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピ
レン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パ
ーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)
などのフッ素樹脂が高い撥水性を有するため好ましく用
いられる。導電シートを燃料電池用の集(給)電体とし
て用いる場合は、撥水処理が必須であり、その際の撥水
性の高分子は、導電シートを構成する導電性物質間の接
着効果ももたらす。このことは、導電シートの強度、電
気抵抗の点から有用である。PTFE、FEP、PFA
は、燃料電池集電体に求められる撥水性や耐酸化性が高
く、PTFEとPFAは、電気抵抗が低い効果をもたら
すためさらに好ましい。From such a point, when the conductive sheet is applied to the electrode, it is also a preferable embodiment to include a water-repellent polymer. In particular, polytetrafluoroethylene (PTF
E), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer (PFA)
Fluororesins such as are preferred because they have high water repellency. When the conductive sheet is used as a current collector (supply) for a fuel cell, a water-repellent treatment is indispensable, and the water-repellent polymer at that time also provides an adhesive effect between the conductive substances constituting the conductive sheet. . This is useful from the viewpoint of strength and electric resistance of the conductive sheet. PTFE, FEP, PFA
Is high in water repellency and oxidation resistance required for a fuel cell current collector, and PTFE and PFA are more preferable because they provide an effect of lowering electric resistance.
【0042】上記のような高分子物質の導電シートに対
する含有率は、0.1〜50重量%の範囲にあるのが好
ましい。導電シートの電気抵抗を低くするためには、高
分子物質の含有率は少ないほうがよいが、0.1重量%
未満ではハンドリングに耐える強度が不足し、導電性物
質の脱落も多くなる。逆に、40重量%を超えると導電
シートの電気抵抗が増えてくるという問題が生じる。よ
り好ましくは、1〜30重量%の範囲である。It is preferable that the content of the above-mentioned polymer substance in the conductive sheet is in the range of 0.1 to 50% by weight. In order to reduce the electric resistance of the conductive sheet, it is better that the content of the high molecular substance is small, but 0.1% by weight.
If the amount is less than the above range, the strength for handling is insufficient, and the amount of the conductive substance falling off increases. Conversely, if it exceeds 40% by weight, a problem arises in that the electric resistance of the conductive sheet increases. More preferably, it is in the range of 1 to 30% by weight.
【0043】導電シートに添加した高分子物質は、20
0℃以上で焼成することも好ましい実施態様である。撥
水処理に用いられる上記のフッ素樹脂は、融点以上に加
熱することで、撥水性と結着性が向上する。また、フッ
素樹脂以外の高分子物質においても、焼成により結着力
が向上するほか、電気抵抗の低下、耐食性の向上が見ら
れる。特にフッ素樹脂以外の高分子物質においては、燃
料電池などの電気化学装置用電極として用いる際には、
耐酸化性が乏しい場合があり、使用中に電極性能の低下
をもたらす可能性がある。このため、電極作成時には結
着剤として高分子物質を用い、電極として使用する前に
焼成しておくことが好ましい。The polymer substance added to the conductive sheet is 20
Firing at 0 ° C. or higher is also a preferred embodiment. The above-mentioned fluororesin used for the water-repellent treatment is improved in water-repellency and binding property by being heated to a melting point or higher. In addition, in the case of a polymer substance other than the fluororesin, in addition to the improvement of the binding force by firing, a decrease in electric resistance and an improvement in corrosion resistance are observed. Especially in the case of polymer materials other than fluororesin, when used as electrodes for electrochemical devices such as fuel cells,
Oxidation resistance may be poor, which may lead to a decrease in electrode performance during use. For this reason, it is preferable to use a polymer substance as a binder at the time of forming an electrode, and to bake it before using it as an electrode.
【0044】本発明の導電シートは、導電性の物質を主
たる構成材とするものであり、特に限定されるわけでは
ないが、導電シート中に占める導電性の物質の割合は、
好ましくは10〜100重量%(より好ましくは50〜
100重量%)である。粗密な非対称構造多孔性導電シ
ートを形成しうる導電性の物質であれば特に限定なく用
いることができる。具体的な導電性物質としては、炭
素、金属、セラミクスなどがあるが、導電性の点から炭
素材料や金属材料が好ましく、さらに耐溶出性の点から
炭素材料が好ましいものとなる。The conductive sheet of the present invention has a conductive material as a main constituent material, and is not particularly limited. The ratio of the conductive material in the conductive sheet is as follows.
Preferably 10 to 100% by weight (more preferably 50 to 100% by weight)
100% by weight). Any conductive substance capable of forming a dense and asymmetric porous conductive sheet can be used without particular limitation. Specific examples of the conductive substance include carbon, metal, and ceramics. A carbon material and a metal material are preferable in terms of conductivity, and a carbon material is preferable in view of elution resistance.
【0045】本発明に用いられる導電性物質としては炭
素材料が好ましく用いられるが、特に限定されるもので
はなく、有機物を焼成した炭素体や、天然に存在する炭
素体が用いられる。具体的には、ポリアクリロニトリル
(PAN)及びその共重合体から得られるPAN系炭素
体、石炭もしくは石油などのピッチから得られるピッチ
系炭素体、セルロースから得られるセルロース系炭素
体、低分子量有機物の気体から得られる気相成長炭素体
などが挙げられるが、そのほかに、ポリビニルアルコー
ル、リグニン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリイミ
ド、フェノール樹脂、フルフリルアルコールなどを焼成
して得られる炭素体でも構わない。また、天然に産出す
る天然黒鉛やその他の炭素体も例として挙げられる。こ
れらの中で、炭素体が用いられる導電シートの特性に応
じて、その特性を満たす炭素体が適宜選択され、それら
は一種または2種以上の混合でも構わない。上記炭素体
の中で、本発明の非対称粗密構造導電シートに対して
は、PAN系炭素体、ピッチ系炭素体、気相成長炭素
体、あるいは天然産出の炭素体が好ましい。As the conductive substance used in the present invention, a carbon material is preferably used, but it is not particularly limited, and a carbon body obtained by firing an organic substance or a naturally occurring carbon body is used. Specifically, PAN-based carbon obtained from polyacrylonitrile (PAN) and its copolymer, pitch-based carbon obtained from pitch such as coal or petroleum, cellulose-based carbon obtained from cellulose, and low-molecular-weight organic substances Examples include a vapor-grown carbon body obtained from a gas. In addition, a carbon body obtained by firing polyvinyl alcohol, lignin, polyvinyl chloride, polyamide, polyimide, phenol resin, furfuryl alcohol, or the like may be used. In addition, naturally occurring natural graphite and other carbon bodies are also examples. Among these, carbon bodies satisfying the properties are appropriately selected according to the properties of the conductive sheet in which the carbon bodies are used, and they may be one kind or a mixture of two or more kinds. Among the above-mentioned carbon bodies, a PAN-based carbon body, a pitch-based carbon body, a vapor-grown carbon body, or a naturally-produced carbon body is preferable for the asymmetric dense-dense conductive sheet of the present invention.
【0046】PAN系炭素体としては、特公昭37−4
405号公報、特公昭44−21175号公報、特公昭
47−24185号公報、特公昭51−6244号公
報、その他数多くの公知の方法により製造することがで
きる。これらの方法において一般に、PAN系重合体を
大気中150〜300℃で仮焼成した後、不活性気体雰
囲気中900〜2000℃、到達温度での保持時間とし
て、およそ5分程度で焼成することによりPAN系炭素
体が得られる。ここでの不活性気体とは例示した焼成温
度において炭素材料と反応しない気体であり、窒素、ア
ルゴン、またはそれらの混合気体などが例として挙げら
れる。ピッチ系炭素、セルロースなどについても、公知
の方法などを用いることにより製造することができ、例
えば、「炭素繊維」(大谷杉郎著、近代編集社)等に記
載されている。これら製造条件を制御することにより、
適当な構造を有する炭素材料を得ることができる。本発
明の炭素体を用いた非対称構造導電シートを燃料電池電
極基材に用いる際には、焼成温度1000〜1500℃
で得られる非晶性のPAN系炭素体を用いて製造される
非対称構造導電性シートは、燃料電池の高出力容量、寿
命やその他の特性が良好である点から好ましく用いられ
る。As the PAN-based carbon material, Japanese Patent Publication No. 37-4
No. 405, JP-B-44-21175, JP-B-47-24185, JP-B-51-6244, and many other known methods. In general, in these methods, a PAN-based polymer is calcined in air at 150 to 300 ° C., and then calcined in an inert gas atmosphere at 900 to 2000 ° C. for about 5 minutes as a holding time at the ultimate temperature. A PAN-based carbon body is obtained. Here, the inert gas is a gas that does not react with the carbon material at the exemplified firing temperature, and examples thereof include nitrogen, argon, and a mixed gas thereof. Pitch-based carbon, cellulose, and the like can also be produced by using a known method and the like, and are described in, for example, "Carbon Fiber" (by Sugio Otani, Modern Editing Company). By controlling these manufacturing conditions,
A carbon material having an appropriate structure can be obtained. When the asymmetric structure conductive sheet using the carbon body of the present invention is used for a fuel cell electrode substrate, the firing temperature is from 1000 to 1500 ° C.
The asymmetric structure conductive sheet manufactured using the amorphous PAN-based carbon material obtained in the above is preferably used because the fuel cell has a high output capacity, a good life and other characteristics.
【0047】本発明の導電性物質に用いる炭素材には、
上記のPAN系非晶性炭素体のほか、結晶性の炭素材と
して黒鉛も用いることができる。このような黒鉛として
は、石油あるいは石炭のピッチやコークス、高分子化合
物、低分子量の有機化合物などを高温処理することによ
って得られる人造黒鉛と天然に産する天然黒鉛が例とし
て挙げられ、特に限定なく用いることができる。天然黒
鉛には、おもにマダガスカルや中国で産する鱗片状黒
鉛、主にスリランカで産する鱗状黒鉛、主にメキシコや
ロシアで産する土状黒鉛などが例として挙げられる。こ
のような黒鉛の中で、価格の点からは天然黒鉛が好まし
く用いられる。また、このような人造あるいは天然黒鉛
に後処理を行った黒鉛も用いることができる。このよう
な黒鉛としては、膨張黒鉛などを例として挙げることが
できる。The carbon material used for the conductive material of the present invention includes
In addition to the above-mentioned PAN-based amorphous carbon material, graphite can also be used as a crystalline carbon material. Examples of such graphite include artificial graphite obtained by subjecting pitch or coke of petroleum or coal, a high-molecular compound, a low-molecular-weight organic compound, and the like to high-temperature treatment, and natural graphite produced naturally, and are particularly limited. It can be used without. Examples of the natural graphite include flaky graphite mainly produced in Madagascar and China, flaky graphite mainly produced in Sri Lanka, and earthy graphite mainly produced in Mexico and Russia. Among these graphites, natural graphite is preferably used in terms of price. Further, graphite obtained by post-processing such artificial or natural graphite can also be used. Examples of such graphite include expanded graphite.
【0048】本発明の導電シートは、上述のように導電
性繊維からなる多孔質導電シートを用いる場合、さらに
導電性粒子を含むことは、圧縮時の厚み低下抑制、密度
の向上、電気抵抗の低減などの点からも好ましい実施態
様である。このような導電性粒子としては、電気抵抗や
耐食性の点から炭素粒子が好ましい。When the conductive sheet of the present invention uses a porous conductive sheet made of conductive fibers as described above, it further contains conductive particles to suppress the reduction in thickness at the time of compression, improve the density, and improve the electric resistance. This is a preferred embodiment also from the viewpoint of reduction. As such conductive particles, carbon particles are preferable in terms of electric resistance and corrosion resistance.
【0049】特に、柔軟性を有する導電粒子がシート状
に配列されてなる多孔質導電シートを導電シートに用い
ることも好ましい。これにより構成成分の脱落が少な
い、あるいは、機械的力が作用しても壊れ難く、電気抵
抗が低く、かつ、安価な導電シートを提供するという目
的が可能となる。特に、柔軟性を有する導電粒子とし
て、膨張黒鉛粒子を用いることで上記目的が達成可能で
ある。In particular, it is also preferable to use a porous conductive sheet in which conductive particles having flexibility are arranged in a sheet shape as the conductive sheet. This makes it possible to provide an inexpensive conductive sheet in which components are less likely to fall off or hard to break even when a mechanical force acts thereon, have low electric resistance, and are inexpensive. In particular, the above object can be achieved by using expanded graphite particles as the conductive particles having flexibility.
【0050】ここで、膨張黒鉛粒子とは、黒鉛粒子が、
硫酸、硝酸などにより層間化合物化された後、急速に加
熱することにより膨張せしめられて得られる黒鉛粒子を
いう。通常、膨張黒鉛粒子の結晶構造における層間距離
は、原料黒鉛粒子のそれの約50〜500倍である。Here, the expanded graphite particles are defined as graphite particles,
Graphite particles obtained by being intercalated with sulfuric acid, nitric acid, etc., and then expanded by rapid heating. Usually, the interlayer distance in the crystal structure of the expanded graphite particles is about 50 to 500 times that of the raw graphite particles.
【0051】膨張黒鉛粒子は、それ自体、形状の変形性
に富む。この性質は、柔軟性と云う言葉で表現される。
この柔軟性は、膨張黒鉛粒子とそれに隣接する他の物体
に対する膨張黒鉛粒子の形態的融和性により観察され
る。この形態的融和性は、膨張黒鉛粒子同士が、少なく
とも一部が重なり合った状態で加圧作用を受けると、加
圧状態に応じて、互いに変形し、粒子同士が少なくとも
部分的に接合することにより観察される。また、この形
態的融和性は、膨張黒鉛粒子と、気体透過性が確保され
る状態でそれらがシート状に配列せしめられる場合に用
いられる補助材(例えば、カーボンブラックなどの従来
用いられている柔軟性を有しない導電粒子、あるいは、
炭素繊維などの従来用いられている導電繊維)とが、共
に加圧された場合、膨張黒鉛粒子が、補助材の外形状に
沿って、変形され、この補助材に接合されることにより
観察される。The expanded graphite particles themselves are rich in shape deformability. This property is expressed in terms of flexibility.
This flexibility is observed due to the morphological compatibility of the expanded graphite particles with the other objects adjacent thereto. This morphological compatibility is that, when expanded graphite particles are subjected to a pressurizing action in a state where at least a part thereof overlaps, they are deformed with each other according to the pressurized state, and the particles are at least partially bonded to each other. To be observed. In addition, the morphological compatibility is based on expanded graphite particles and auxiliary materials used when they are arranged in a sheet shape while ensuring gas permeability (for example, a conventionally used flexible material such as carbon black). Non-conductive particles, or
When pressurized together with a conventionally used conductive fiber such as carbon fiber, the expanded graphite particles are observed to be deformed along the outer shape of the auxiliary material and joined to this auxiliary material. You.
【0052】本発明の導電シートは、柔軟性を有する導
電性微粒子に加えて、他の導電性粒子や導電性繊維を含
むことも好ましい実施態様であるが、この導電性繊維と
導電性粒子の双方が、無機材料からなることにより、耐
熱性、耐酸化性、耐溶出性に優れた導電シートが得られ
る。柔軟性を有しない導電性粒子としては、例えば、カ
ーボンブラック粉末、黒鉛粉末、金属粉末、セラミック
ス粉末などを含んでも良いが、電子電導性と耐触性の点
から、カーボンブラック、黒鉛質や炭素質の炭素材が好
ましく挙げられる。このような炭素材としては、オイル
ファーネスブラック、チャネルブラック、ランプブラッ
ク、サーマルブラック、アセチレンブラックなどのカー
ボンブラックが、電子電導性と比表面積の大きさから好
ましいものである。オイルファーネスブラックとして
は、キャボット社製バルカンXC−72、バルカンP、
ブラックパールズ880、ブラックパールズ1100、
ブラックパールズ1300、ブラックパールズ200
0、リーガル400、ライオン社製ケッチェンブラック
EC、三菱化学社製#3150、#3250などが挙げ
られ、アセチレンブラックとしては電気化学工業社製デ
ンカブラックなどが挙げられる。またカーボンブラック
のほか、天然の黒鉛、ピッチ、コークス、ポリアクリロ
ニトリル、フェノール樹脂、フラン樹脂などの有機化合
物から得られる人工黒鉛や炭素などがある。また、これ
ら炭素材を後処理加工した炭素材も用いることが可能で
ある。このような炭素材の中でも、特に、キャボット社
製のバルカンXC−72、電気化学工業社製のデンカブ
ラック、ライオン社製のケッチェンブラックなどが電子
電導性の点から好ましく用いられる。In a preferred embodiment, the conductive sheet of the present invention contains other conductive particles and conductive fibers in addition to the conductive fine particles having flexibility. Since both are made of an inorganic material, a conductive sheet excellent in heat resistance, oxidation resistance, and elution resistance can be obtained. The non-flexible conductive particles may include, for example, carbon black powder, graphite powder, metal powder, ceramic powder, and the like.However, from the viewpoint of electronic conductivity and contact resistance, carbon black, graphite, and carbon Quality carbon materials are preferred. As such a carbon material, carbon black such as oil furnace black, channel black, lamp black, thermal black, and acetylene black is preferable from the viewpoint of electron conductivity and specific surface area. As the oil furnace black, Vulcan XC-72, Vulcan P, manufactured by Cabot Corporation,
Black Pearls 880, Black Pearls 1100,
Black Pearls 1300, Black Pearls 200
0, Regal 400, Ketjen Black EC manufactured by Lion Corporation, # 3150, # 3250 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, and acetylene black includes Denka Black manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK. In addition to carbon black, there are artificial graphite and carbon obtained from organic compounds such as natural graphite, pitch, coke, polyacrylonitrile, phenol resin, and furan resin. It is also possible to use carbon materials obtained by post-processing these carbon materials. Among such carbon materials, in particular, Vulcan XC-72 manufactured by Cabot Corporation, Denka Black manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., and Ketjen Black manufactured by Lion Corporation are preferably used from the viewpoint of electronic conductivity.
【0053】本発明に用いられる導電性物質の粒径、繊
維径、及び繊維長は、それぞれ平均粒径、平均繊維径お
よび平均繊維長であるが、これらは、たとえば、SEM
等の顕微鏡観察によって、20個以上、好ましくは10
0個の炭素体について測定を行うことにより求めること
ができる。The particle diameter, fiber diameter, and fiber length of the conductive material used in the present invention are an average particle diameter, an average fiber diameter, and an average fiber length, respectively.
And more, 20 or more, preferably 10
It can be obtained by performing measurement on zero carbon bodies.
【0054】本発明に用いられる導電性物質の電気抵抗
は、用途や要求性能により適宜必要とされるが、一般的
には低い方が好ましいものである。繊維状導電性物質の
場合は、0.1Ω・cm以下が好ましく、0.01Ω・
cm以下がさらに好ましい。粒子状の導電性物質の場合
は、1Ω・cm以下が好ましく、0.1Ω・cm以下が
より好ましいものである。The electrical resistance of the conductive substance used in the present invention is appropriately required depending on the application and required performance, but generally, a lower one is preferable. In the case of a fibrous conductive material, the resistance is preferably 0.1 Ω · cm or less, and 0.01 Ω · cm or less.
cm or less is more preferable. In the case of a particulate conductive substance, it is preferably 1 Ω · cm or less, more preferably 0.1 Ω · cm or less.
【0055】本発明の構造導電シートでの電気抵抗は、
多孔質導電シートを2枚のガラス状炭素板の間に挟んで
0.98MPaの一様な面圧を加えたときの抵抗は10
0mΩ・cm2以下であることが好ましく、50mΩ・
cm2以下がより好ましく、15mΩ・cm2以下がさ
らに好ましい。The electric resistance of the conductive sheet according to the present invention is as follows.
When the porous conductive sheet is sandwiched between two glassy carbon sheets and a uniform surface pressure of 0.98 MPa is applied, the resistance is 10
0 mΩ · cm 2 or less, preferably 50 mΩ · cm 2
cm 2 or less, more preferably 15 mΩ · cm 2 or less.
【0056】抵抗の測定においては、幅50mm、長さ
200mm、厚み1.5mmの平滑表面を有するガラス
状炭素板に幅50mm、長さ200mm、厚み0.1m
mの銅箔を重ねたものを2枚用意する。これを試験電極
と呼ぶ。2枚の試験電極をガラス状炭素板同士を向かい
合わせて中央部で直交するように重ねる。多孔質導電性
シートを直径46mmの円形にカットし、ガラス状炭素
板の重なった部分に挟み、多孔質導電性シートの面積に
対して0.98MPaの圧力となるよう加圧する。2枚
の試験電極の1端に電流用の端子を設け、他端に電圧用
の端子を設ける。電流用の端子を用いて2枚の試験電極
の間に1Aの電流を流す。電圧用端子間の電圧V(V)
を測定し次式により抵抗R(mΩ・cm2)を算出す
る。ここでπは円周率である。In the measurement of the resistance, a glassy carbon plate having a smooth surface of 50 mm in width, 200 mm in length and 1.5 mm in thickness was mounted on a glassy carbon plate having a width of 50 mm, a length of 200 mm and a thickness of 0.1 m.
Two sheets of copper foil of m are stacked. This is called a test electrode. Two test electrodes are overlapped so that the glassy carbon plates face each other and are orthogonal at the center. The porous conductive sheet is cut into a circle having a diameter of 46 mm, sandwiched between overlapping portions of a glassy carbon plate, and pressed so as to have a pressure of 0.98 MPa with respect to the area of the porous conductive sheet. A terminal for current is provided at one end of the two test electrodes, and a terminal for voltage is provided at the other end. A current of 1 A flows between the two test electrodes using a current terminal. Voltage V (V) between terminals for voltage
Is measured, and the resistance R (mΩ · cm 2 ) is calculated by the following equation. Here, π is a circle ratio.
【0057】R=V×2.3×2.3×π×1000 導電性シートの厚み方向に0.98MPaの一様な面圧
を加えたときの厚みは0.03〜0.3mmが好まし
い。より好ましくは0.05〜0.25mm、さらに好
ましくは0.07〜0.2mmである。厚みが薄いと強
度が低くなる。また燃料電池の電極基材として用いたと
きに面方向への気体透過性が低くなる。厚みが厚いと電
気抵抗が高くなる。なお、厚みは、電極基材を均一な厚
みで平滑な表面を有する2枚のガラス状炭素板で挟み、
0.98MPaの一様な面圧で加圧し、電極基材を挟ま
ないときと挟んだときの上下の圧子の間隔の差から求め
る。圧子の間隔の測定においては、圧子の中心点を挟む
両端で微小変位検出装置により圧子の間隔を測定し、両
端の間隔の平均値として圧子の間隔を算出する。一様な
面圧とするために、一方の圧子は球座で受けて上下の圧
子の加圧面のなす角度を可変にする。R = V × 2.3 × 2.3 × π × 1000 The thickness of the conductive sheet when a uniform surface pressure of 0.98 MPa is applied in the thickness direction is preferably 0.03 to 0.3 mm. . More preferably, it is 0.05 to 0.25 mm, and still more preferably 0.07 to 0.2 mm. When the thickness is small, the strength is low. Also, when used as an electrode substrate for a fuel cell, the gas permeability in the plane direction decreases. The thicker the thickness, the higher the electrical resistance. In addition, the thickness is sandwiched between two glassy carbon plates having a uniform thickness and a smooth surface of the electrode substrate,
The pressure is applied at a uniform surface pressure of 0.98 MPa, and the pressure is determined from the difference between the upper and lower indenters when the electrode substrate is not sandwiched and when the electrode substrate is sandwiched. In measuring the interval between the indenters, the interval between the indenters is measured by a minute displacement detection device at both ends of the center point of the indenter, and the interval between the indenters is calculated as an average value of the intervals between both ends. In order to make the surface pressure uniform, one of the indenters is received by a ball seat, and the angle between the pressing surfaces of the upper and lower indenters is made variable.
【0058】本発明の構造導電性シートの目付は10〜
100g/m2が好ましく、20〜80g/m2がより好ま
しく、30〜60g/m2がさらに好ましい。目付が軽い
と強度が低くなる。また燃料電池の電極基材として用い
たときに面方向への気体透過性が低くなる。目付が重い
と電気抵抗が高くなる。The basis weight of the structural conductive sheet of the present invention is 10 to
Preferably 100 g / m 2, more preferably 20 to 80 g / m 2, more preferably 30 to 60 g / m 2. The lighter the weight, the lower the strength. Also, when used as an electrode substrate for a fuel cell, the gas permeability in the plane direction decreases. If the basis weight is heavy, the electric resistance increases.
【0059】本発明の粗密構造導電性シートを製造する
方法は、一方の面が粗な多孔質構造で、他方の面が密な
多孔質構造を有する導電性シートが得られるのであれば
特に限定されるものではないが、紙すきのような抄紙法
が好ましい。この抄紙法は、導電性物質が繊維状あるい
は粒子状の場合に好ましく、炭素繊維や炭素粒子の場合
にはより好ましいものである。炭素繊維を用いて抄紙法
により導電シートを作成する場合には、炭素繊維を10
μm〜5cm程度に切断し、これを分散剤などを含んだ
溶媒に分散させて、紙すきの原理で抄紙する。この方法
で、粗密構造とするには、予め長い繊維長の炭素繊維を
抄紙して粗な構造のシートを作成し、引き続きより短い
繊維長の炭素繊維を抄紙して密な構造のシートとするこ
とにより、粗密構造とすることが可能になる。場合によ
っては、初めに短い炭素繊維を抄紙した後、長い炭素繊
維を抄紙してもかまわない。The method for producing a conductive sheet having a dense / dense structure of the present invention is not particularly limited as long as a conductive sheet having a porous structure on one side and a porous structure on the other side can be obtained. Although not required, a papermaking method such as papermaking is preferred. This papermaking method is preferable when the conductive substance is fibrous or particulate, and more preferable when the conductive substance is carbon fiber or carbon particles. When a conductive sheet is prepared by a papermaking method using carbon fiber, the carbon fiber is
It is cut into a size of about 5 μm to 5 cm, dispersed in a solvent containing a dispersant or the like, and paper is made according to the papermaking principle. In this method, in order to obtain a dense structure, a carbon fiber having a long fiber length is made in advance to prepare a sheet having a coarse structure, and a carbon fiber having a shorter fiber length is subsequently formed into a sheet having a dense structure. This enables a dense structure. In some cases, short carbon fibers may be formed first, and then long carbon fibers may be formed.
【0060】また、予め長い繊維長の炭素繊維を抄紙し
て粗な構造のシートを作成し、引き続きより短い繊維長
の炭素繊維−高分子物質液状組成物あるいは炭素粒子−
高分子物質液状組成物を粗な構造のシート上に塗布して
密な構造のシートとすることにより、粗密構造とするこ
とが可能になる。ここで液状の概念には、上述の通り、
エマルジョン、ディスパージョンやラテックス等、液体
中に高分子物質の微粒子が分散して実質的に液体として
取り扱うことができるものも含まれる。高分子物質とし
ては、上述の通り、炭素またはケイ素を主鎖に持つ高分
子物質が好ましく、たとえば、ポリビニルアルコール
(PVA)、ポリ酢酸ビニル(酢ビ)、ポリエチレンテ
レフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポ
リエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化
ビニリデン、アクリル樹脂、ポリウレタン等の熱可塑性
樹脂や、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹
脂、尿素樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂
のほか、熱可塑性エラストマー、ブタジエン・スチレン
共重合体(SBR)、ブタジエン・アクリロニトリル共
重合体(NBR)等のエラストマー、ゴム、セルロー
ス、パルプ等を用いることができる。フッ素樹脂等の撥
水性の樹脂を用い、導電性物質の結着と同時に導電シー
トの撥水化処理を行ってもよい。Further, a carbon fiber having a long fiber length is made in advance to form a sheet having a rough structure, and subsequently, a carbon fiber having a shorter fiber length—the polymer material liquid composition or the carbon particles—
By coating the polymer composition liquid composition on a sheet having a rough structure to form a sheet having a dense structure, a dense structure can be obtained. Here, the concept of liquid is as described above.
Emulsions, dispersions, latexes, and the like include those in which fine particles of a polymer substance are dispersed in a liquid and can be handled substantially as a liquid. As described above, the polymer substance is preferably a polymer substance having carbon or silicon in its main chain, such as polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl acetate (vinyl acetate), polyethylene terephthalate (PET), and polypropylene (PP). Thermoplastic resin such as polyethylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, acrylic resin, polyurethane, phenol resin, epoxy resin, melamine resin, urea resin, alkyd resin, unsaturated polyester resin, acrylic resin, polyurethane resin, etc. In addition to the above thermosetting resins, thermoplastic elastomers, elastomers such as butadiene / styrene copolymer (SBR) and butadiene / acrylonitrile copolymer (NBR), rubber, cellulose, pulp and the like can be used. Using a water-repellent resin such as a fluororesin, the conductive sheet may be subjected to a water-repellent treatment simultaneously with the binding of the conductive substance.
【0061】炭素繊維−高分子物質液状組成物あるいは
炭素粒子−高分子物質液状組成物の塗布方法について
は、粘度や固形分などに応じた塗布方法が選択され、特
に限定されるべきものではないが、ナイフコーター、バ
ーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコー
ター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコータ
ー、スクリーン印刷などの一般的な塗布方法が用いられ
る。The method of applying the carbon fiber-polymer liquid composition or the carbon particle-polymer liquid composition is selected according to the viscosity and solid content, and is not particularly limited. However, a general coating method such as a knife coater, a bar coater, a spray, a dip coater, a spin coater, a roll coater, a die coater, a curtain coater, and screen printing is used.
【0062】さらには、予め長い繊維長の炭素繊維を抄
紙して粗な構造のシートを作成し、引き続きより短い繊
維長の炭素繊維分散液あるいは炭素粒子分散液を粗な構
造のシートに含浸して密な構造のシートとすることによ
り、粗密構造とすることが可能になる。分散液の濃度や
粘度は、粗な構造のシートへの短い繊維長の炭素繊維あ
るいは炭素粒子の含浸性に応じて適宜選択され、特に限
定されるものではない。また、この分散液に同時に上述
の高分子物質を溶解あるいは実質的に液体として取り扱
うことのできる状態で含むことも、密な構造のシートの
結着性を高める上で、好ましい実施態様である。Further, a carbon fiber having a long fiber length is made in advance to form a sheet having a coarse structure, and then a carbon fiber dispersion liquid or a carbon particle dispersion liquid having a shorter fiber length is impregnated into the sheet having a coarse structure. By forming a sheet having a dense structure, a dense structure can be obtained. The concentration and viscosity of the dispersion liquid are appropriately selected according to the impregnating property of the carbon fiber having a short fiber length or the carbon particles into the sheet having the rough structure, and are not particularly limited. It is also a preferred embodiment that the above-mentioned polymer substance is simultaneously contained in the dispersion liquid in a state where it can be dissolved or substantially handled as a liquid in order to enhance the binding property of a sheet having a dense structure.
【0063】また、粗な構造のシートと密な構造のシー
トを積層して、粗密連続非対称構造とすることもでき、
さらには、繊維長を変えなくても、初めに粗な構造とし
て、次第に密な構造にすることも可能である。例えば、
限定されるものではないが、初めに粗な構造のシートを
作成した後、プレスして密な構造のシートにした上に、
粗な構造のシートを作成したり、炭素繊維を抄紙する際
に、分散液の粘度を徐々に高くすることで可能である。Further, a sheet having a rough structure and a sheet having a dense structure can be laminated to form a dense and dense continuous asymmetric structure.
Furthermore, even if the fiber length is not changed, it is also possible to make the structure coarser at first and then gradually increase the structure. For example,
Although it is not limited, after first creating a sheet with a rough structure, pressing it into a sheet with a dense structure,
This can be achieved by gradually increasing the viscosity of the dispersion when preparing a sheet having a rough structure or when making carbon fibers.
【0064】尚、前出の粗密連続非対称構造のように、
粗な層や密な層の区分けが困難な場合、それぞれ、表面
から導電シート全厚の10%の深さまでの間の領域を粗
な層または密な層として、前述のパラメータを定義すれ
ばよい。Incidentally, as in the above-mentioned dense / dense continuous asymmetric structure,
When it is difficult to distinguish between a coarse layer and a dense layer, the above-described parameters may be defined as a region between the surface and a depth of 10% of the total thickness of the conductive sheet as a coarse layer or a dense layer, respectively. .
【0065】本発明の粗密導電性シートは、粗密2層構
造に限らず、粗密構造が3層以上の連続的に変化してい
る粗密連続構造でもかまわない。この粗密連続構造の作
成方法は、特に限定されるものではないが、例えば、あ
らかじめ上述のように繊維状導電性物質の繊維長や、粒
子状導電性物質の粒子径や、これらの混合比などを変え
て作成した粗密導電性シートの、密な側にさらに密な多
孔質構造を、あるいは粗な側にさらに粗な多孔質構造を
形成することで、作成することができる。この多孔質構
造の作成方法は、特に限定されず、上述の多孔質構造の
作成方法を用いることができる。また、この多孔質構造
の形成を繰り返すことで、さらに多層の粗密導電性シー
トを作成することも可能である。The dense / dense conductive sheet of the present invention is not limited to a dense / dense two-layer structure, but may have a dense / dense continuous structure in which the dense / dense structure is continuously changed into three or more layers. The method of forming the dense-dense continuous structure is not particularly limited, but, for example, the fiber length of the fibrous conductive substance, the particle diameter of the particulate conductive substance, the mixing ratio thereof, etc. It can be produced by forming a denser porous structure on the denser side or a coarser porous structure on the coarser side of the dense and dense conductive sheet created by changing the above. The method for forming the porous structure is not particularly limited, and the above-described method for forming a porous structure can be used. Further, by repeating the formation of the porous structure, it is possible to produce a multilayer dense and dense conductive sheet.
【0066】本発明の粗密導電性シートは、密な多孔質
構造を形成する導電性繊維状物質−ポリマ複合体あるい
は導電性粒子状物質−ポリマ複合体が三次元網目微多孔
質構造を有することも好ましい実施態様である。導電性
繊維状物質−ポリマ複合体とは、導電性繊維状物質を含
んだポリマ複合体のことであり、導電性粒子状物質−ポ
リマ複合体とは、導電性粒子状物質を含んだポリマ複合
体であって、これらの複合体が三次元網目微多孔質構造
となっていることが特徴である。なお、「三次元網目微
多孔構造」とは、これらの複合体が立体的に繋がった三
次元状の網目構造をしている状態をいう。The dense and dense conductive sheet of the present invention is characterized in that the conductive fibrous substance-polymer composite or the conductive particulate substance-polymer composite forming a dense porous structure has a three-dimensional network microporous structure. Is also a preferred embodiment. The conductive fibrous substance-polymer composite is a polymer composite containing a conductive fibrous substance, and the conductive particulate matter-polymer composite is a polymer composite containing a conductive particulate matter. It is a feature that these composites have a three-dimensional network microporous structure. The “three-dimensional network microporous structure” refers to a state in which these complexes have a three-dimensional network structure that is three-dimensionally connected.
【0067】密な多孔質構造が三次元網目微多孔質構造
を有している場合、その微多孔径が0.5〜50μmで
あることが特徴である。好ましくは、1〜10μmであ
る。微多孔径は、走査型電子顕微鏡(SEM)などで、
表面を撮影した写真から、20個以上好ましくは100
個以上の平均から求めることができ、通常は100個で
測定できる。湿式凝固法によって製造された場合の本発
明の密な多孔質構造は、微多孔径の分布が広いのででき
るだけ多くの孔径の平均をとることが好ましい。When the dense porous structure has a three-dimensional network microporous structure, the microporous diameter is 0.5 to 50 μm. Preferably, it is 1 to 10 μm. The microporous diameter can be measured with a scanning electron microscope (SEM), etc.
From the photograph of the surface, 20 or more, preferably 100
It can be obtained from an average of more than 100 pieces, and can usually be measured with 100 pieces. Since the dense porous structure of the present invention when manufactured by the wet solidification method has a wide distribution of microporous diameters, it is preferable to average as many pore diameters as possible.
【0068】三次元網目微多孔質構造の空隙率は、10
〜95%であることが好ましい。より好ましくは50〜
90%である。空隙率は、密な多孔質構造全体積から導
電性繊維状物質−ポリマ複合体あるいは導電性粒子状物
質−ポリマ複合体の占める体積を減じたものを密な多孔
質構造全体積で除した百分率(%)である。密な多孔質
構造は、粗な多孔質シートあるいはそれ以外の基材に塗
布した後に湿式凝固を行うが、密な多孔質構造を単独で
空隙率を求めることが困難な場合には、粗な多孔質シー
トあるいはそれ以外の基材の空隙率を予め求めておき、
これら基材と密な多孔質構造とを含む空隙率を求めた後
に、密な多孔質構造単独での空隙率を求めることも可能
である。The porosity of the three-dimensional network microporous structure is 10
It is preferably about 95%. More preferably 50 to
90%. The porosity is a percentage obtained by subtracting the volume occupied by the conductive fibrous substance-polymer composite or the conductive particulate matter-polymer composite from the total volume of the dense porous structure, and dividing by the total volume of the dense porous structure. (%). The dense porous structure is subjected to wet solidification after being applied to a coarse porous sheet or other base material, but if it is difficult to obtain the porosity of the dense porous structure alone, The porosity of the porous sheet or other base material is determined in advance,
After determining the porosity including these substrates and the dense porous structure, it is also possible to determine the porosity of the dense porous structure alone.
【0069】密な多孔質構造が三次元微多孔質構造を有
している場合においても、導電性物質やポリマは上記と
同様の物を用いることが可能である。ただし、三次元網
目微多孔質構造を有する密な多孔質構造を作成する際に
湿式凝固法によることが好ましく、この湿式凝固法に適
しており、導電性物質を良く分散し、燃料電池内の酸化
−還元雰囲気で劣化しないポリマが好ましい。このよう
なポリマとしては、フッ素原子を含むポリマが挙げら
れ、特に限定されるものではないが、たとえば、ポリフ
ッ化ビニル(PVF)、ポリフッ化ビニリデン(PVD
F)、ポリヘキサフルオロプロピレン(FEP)、ポリ
パーフルオロアルキルビニルエーテル(PFA)など、
あるいはこれらの共重合体、これらモノマ単位とエチレ
ンやスチレンなどの他のモノマとの共重合体(ヘキサフ
ルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体等)、さ
らには、ブレンドなども用いることができる。Even when the dense porous structure has a three-dimensional microporous structure, the same conductive material and polymer can be used as described above. However, when creating a dense porous structure having a three-dimensional network microporous structure, it is preferable to use a wet coagulation method, which is suitable for this wet coagulation method, disperses conductive materials well, Polymers that do not degrade in an oxidizing-reducing atmosphere are preferred. Examples of such a polymer include a polymer containing a fluorine atom, and are not particularly limited. For example, polyvinyl fluoride (PVF), polyvinylidene fluoride (PVD)
F), polyhexafluoropropylene (FEP), polyperfluoroalkyl vinyl ether (PFA), etc.
Alternatively, these copolymers, copolymers of these monomer units with other monomers such as ethylene and styrene (hexafluoropropylene-vinylidene fluoride copolymer and the like), and further, blends and the like can be used.
【0070】この中でも、ポリフッ化ビニリデン(PV
DF)やヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン
共重合体は、非プロトン性極性溶媒を用い、プロトン性
極性溶媒などを凝固溶媒とする湿式凝固法により、三次
元網目微多孔質構造を有する導電性繊維状物質−ポリマ
複合体あるいは導電性粒子状物質−ポリマ複合体が得ら
れる点で、特に好ましいポリマである。これらポリマの
溶媒としてはN−メチルピロリドン(NMP)、ジメチ
ルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(D
MAC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチル
イミダゾリジノン(DMI)などが挙げられ、凝固溶媒
としては水や、メタノール、エタノール、イソプロパノ
ールなどの低級アルコール類などのほか、酢酸エチルや
酢酸ブチルなどのエステル類、芳香族系あるいはハロゲ
ン系の種々の有機溶剤が用いられる。Among them, polyvinylidene fluoride (PV
DF) or hexafluoropropylene-vinylidene fluoride copolymer is a conductive fiber having a three-dimensional network microporous structure by a wet coagulation method using an aprotic polar solvent and a coagulating solvent such as a protic polar solvent. It is a particularly preferred polymer in that a particulate matter-polymer composite or a conductive particulate matter-polymer composite can be obtained. Solvents for these polymers include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (D
MAC), propylene carbonate (PC), dimethylimidazolidinone (DMI), and the like. Examples of the coagulating solvent include water, lower alcohols such as methanol, ethanol, and isopropanol, and esters such as ethyl acetate and butyl acetate. , Aromatic or halogenous organic solvents are used.
【0071】導電性物質として炭素繊維を用いる場合に
は、上記の抄紙法のほか、織物、編み物、不織布なども
導電性シートの好ましい作成方法である。このような場
合には、炭素繊維前駆体の状態で、織物、編み物、不織
布などの構造にした後、焼成して炭素繊維とすることも
好ましい作成方法である。炭素繊維前駆体とは、PAN
系炭素繊維ではポリアクリロニトリル(PAN)や、こ
れを耐炎化処理したもの、ピッチ系炭素繊維では溶融ピ
ッチなどである。In the case where carbon fibers are used as the conductive material, woven fabric, knitted fabric, nonwoven fabric, etc. are preferred methods of forming the conductive sheet in addition to the above-described paper making method. In such a case, it is also a preferable production method to form a structure such as a woven fabric, a knitted fabric, or a non-woven fabric in the state of the carbon fiber precursor, and then calcinate the carbon fiber. The carbon fiber precursor is PAN
For example, polyacrylonitrile (PAN) or a flame-treated polyacrylonitrile (PAN) is used as the carbon fiber, and a molten pitch is used as the pitch carbon fiber.
【0072】本発明の構造導電性シートの製造におい
て、導電性物質以外の成分を含み、その成分を除去する
工程を含む方法は、多孔質導電性シートに含まれる導電
性物質以外の成分を少なくし、その結果、多孔質導電性
シートの電気抵抗を低く、耐熱性、耐酸化性を高めるた
めに有効である。In the production of the structured conductive sheet of the present invention, the method including the step of removing components other than the conductive substance in the porous conductive sheet includes a step of reducing the components other than the conductive substance contained in the porous conductive sheet. As a result, the porous conductive sheet is effective for lowering the electrical resistance and increasing heat resistance and oxidation resistance.
【0073】本発明の粗密構造導電シートは、固体高分
子(PEM)型燃料電池の電極基材に用いると優れた性
能を発現する。PEM型燃料電池は、ガス流路の刻まれ
たセパレーター/電極基材/触媒層/プロトン交換膜
(高分子電解質)が配置された積層構造を有する。この
電極基材には、ガスを効率よく触媒層に供給するために
ガス透過抵抗が低いこと、電極基材の電気抵抗が低いこ
と、触媒層との電子伝導が良好である接合性がそれぞれ
求められている。ガス透過抵抗を低くするためには、電
極基材は高空孔率である粗な構造が要求され、触媒層と
の電子伝導性を良好にするために電子抵抗が低い密な構
造が要求される。本発明の粗密構造は、これらの相反す
る要求を両立する手段であり、これによりPEM型燃料
電池の電極基材として好適な構造の導電性シートを供給
するものである。つまり、ガスセパレーター側を粗な多
孔質構造として、ガスセパレーターからのガスを効率よ
く触媒層に供給し、触媒層側を密な多孔質構造として、
触媒層と電極基材との電子伝導性が良好に接合されるも
のである。The dense / dense structure conductive sheet of the present invention exhibits excellent performance when used for an electrode substrate of a solid polymer (PEM) type fuel cell. The PEM fuel cell has a laminated structure in which a separator having a gas flow path, an electrode substrate, a catalyst layer, and a proton exchange membrane (polymer electrolyte) are arranged. The electrode base material is required to have a low gas permeation resistance in order to efficiently supply gas to the catalyst layer, a low electric resistance of the electrode base material, and a good bondability with good electron conduction with the catalyst layer. Have been. In order to lower the gas permeation resistance, a rough structure having a high porosity is required for the electrode substrate, and a dense structure having a low electronic resistance is required in order to improve the electron conductivity with the catalyst layer. . The dense structure of the present invention is a means for satisfying these conflicting requirements, and thereby supplies a conductive sheet having a structure suitable as an electrode substrate of a PEM fuel cell. In other words, the gas separator side has a rough porous structure, the gas from the gas separator is efficiently supplied to the catalyst layer, and the catalyst layer side has a dense porous structure.
Electron conductivity between the catalyst layer and the electrode substrate is favorably joined.
【0074】上記のPEM型燃料電池の製造において
は、電極基材/アノード触媒層/プロトン交換膜/カソ
ード触媒層/電極基材を一体とした膜−電極複合体(M
EA:Membrane Electrode Assembly)を作成し、これ
を両側からガスセパレーターで挟むことにより単セルを
作成し、この単セルを積層してスタックを作成すること
が一般的である。MEAの作成法には、電極基材に触媒
層を塗布して電極を作成し、プロトン交換膜と圧着など
により接合する場合と、プロトン交換膜に触媒層を塗布
し、電極基材と接合する場合等が公知である。本発明の
粗密構造導電シートをPEM型燃料電池電極基材として
用い、この電極基材の密な多孔質構造面に触媒層を塗布
して電極を作成する場合には、触媒層塗布性能がきわめ
て良好となる。触媒層の塗布には、種々のコーティング
方法を適用できるが、いずれの場合でも触媒層の厚さ分
布が少なく均一な塗布が可能となることが期待できる。
特に従来の多孔質導電シートに比べて触媒層塗布液の浸
み込みが少なくなるために、無駄な塗布液が減少してコ
ストの低減につながるものである。さらには、触媒層と
の電子伝導性も良好な接合となり、優れた燃料電池性能
の発現につながる。一方、プロトン交換膜に触媒層を塗
布し、これを集電体と接合する場合においても、触媒層
との接合面が密な多孔質構造なために、良好な電子伝導
性を有した接合が可能となる。In the production of the above-mentioned PEM type fuel cell, a membrane-electrode composite (M) comprising an electrode substrate / anode catalyst layer / proton exchange membrane / cathode catalyst layer / electrode substrate integrated with each other is used.
In general, an EA (Membrane Electrode Assembly) is created, and a single cell is created by sandwiching the EA with gas separators from both sides, and a stack is created by stacking the single cells. MEA is prepared by applying a catalyst layer to an electrode substrate to form an electrode and bonding the electrode layer to a proton exchange membrane by pressure bonding, or applying a catalyst layer to the proton exchange membrane and bonding the electrode layer to the electrode substrate. Cases and the like are known. When the dense / dense structure conductive sheet of the present invention is used as a PEM fuel cell electrode base material and a catalyst layer is applied to a dense porous structure surface of the electrode base material to form an electrode, the catalyst layer coating performance is extremely high. It will be good. Various coating methods can be applied to the application of the catalyst layer, but in any case, it can be expected that the thickness distribution of the catalyst layer is small and uniform application is possible.
In particular, since the penetration of the catalyst layer coating liquid is reduced as compared with the conventional porous conductive sheet, useless coating liquid is reduced, leading to cost reduction. Further, the electron conductivity with the catalyst layer is also good, leading to excellent fuel cell performance. On the other hand, even when a catalyst layer is applied to a proton exchange membrane and bonded to a current collector, the bonding surface with the catalyst layer has a dense porous structure. It becomes possible.
【0075】上記の触媒層は、少なくとも触媒または触
媒坦持媒体(例えば触媒坦持カーボンが好適、以下、触
媒坦持カーボンを例に挙げて説明するが何らこれに限定
されるものではない。)を有してなる。特に限定される
ものではないが、例えば、上記の触媒層は、触媒担持カ
ーボンと、触媒担持カーボン同士あるいは触媒担持カー
ボンと電極基材あるいは触媒担持カーボンとプロトン交
換膜とを結着し、触媒層を形成するポリマからなるもの
である。触媒担持カーボンに含まれる触媒は特に限定さ
れるものではないが、触媒反応における活性化過電圧が
小さいことから白金、金、パラジウム、ルテニウム、イ
リジウムなどの貴金属触媒が好ましく用いられる。ま
た、これらの貴金属触媒の合金、混合物など、2種以上
の元素が含まれていても構わない。触媒担持カーボンに
含まれるカーボンは特に限定されるものではないが、オ
イルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプ
ブラック、サーマルブラック、アセチレンブラックなど
のカーボンブラックが、電子伝導性と比表面積の大きさ
から好ましいものである。オイルファーネスブラックと
しては、キャボット社製バルカンXC−72、バルカン
P、ブラックパールズ880、ブラックパールズ110
0、ブラックパールズ1300、ブラックパールズ20
00、リーガル400、ライオン社製ケッチェンブラッ
クEC、三菱化学社製#3150、#3250などが挙
げられ、アセチレンブラックとしては電気化学工業社製
デンカブラックなどが挙げられる。特に、キャボット社
製のバルカンXC−72が好ましく用いられる。触媒層
に含まれるポリマは特に限定されるものではないが、燃
料電池内の酸化−還元雰囲気で劣化しないポリマが好ま
しい。このようなポリマとしては、フッ素原子を含むポ
リマが挙げられ、特に限定されるものではないが、たと
えば、ポリフッ化ビニル(PVF)、ポリフッ化ビニリ
デン(PVDF)、ポリヘキサフルオロプロピレン(F
EP)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリパーフルオ
ロアルキルビニルエーテル(PFA)など、あるいはこ
れらの共重合体、これらモノマ単位とエチレンやスチレ
ンなどの他のモノマとの共重合体、さらには、ブレンド
なども用いることができる。触媒層に含まれるポリマ
は、触媒層内のプロトン伝導性を向上させるためにプロ
トン交換基を有するポリマも好ましいものである。この
ようなポリマに含まれるプロトン交換基としては、スル
ホン酸基、カルボン酸基、リン酸基などがあるが特に限
定されるものではない。また、このようなプロトン交換
基を有するポリマも、特に限定されることなく選ばれる
が、プロトン交換基の付いたフルオロアルキルエーテル
側鎖を有するフルオロアルキル共重合体が好ましく用い
られる。たとえば、DuPont社製のNafionなども好ましい
ものである。また、プロトン交換基を有する上述のフッ
素原子を含むポリマや、エチレンやスチレンなどの他の
ポリマ、これらの共重合体やブレンドであっても構わな
い。The above-mentioned catalyst layer is formed of at least a catalyst or a catalyst-supporting medium (for example, a catalyst-supporting carbon is preferable. Hereinafter, the catalyst-supporting carbon will be described as an example, but the present invention is not limited to this). Having. Although not particularly limited, for example, the above-mentioned catalyst layer binds the catalyst-supporting carbon and the catalyst-supporting carbon to each other or the catalyst-supporting carbon and the electrode substrate or the catalyst-supporting carbon and the proton exchange membrane, and forms the catalyst layer. Is formed of a polymer. The catalyst contained in the catalyst-supporting carbon is not particularly limited, but a noble metal catalyst such as platinum, gold, palladium, ruthenium, and iridium is preferably used because activation overvoltage in the catalytic reaction is small. Further, two or more elements such as alloys and mixtures of these noble metal catalysts may be contained. The carbon contained in the catalyst-supporting carbon is not particularly limited, but carbon blacks such as oil furnace black, channel black, lamp black, thermal black, and acetylene black are preferable in terms of electron conductivity and the specific surface area. It is. Examples of oil furnace black include Vulcan XC-72, Vulcan P, Black Pearls 880, and Black Pearls 110 manufactured by Cabot Corporation.
0, Black Pearls 1300, Black Pearls 20
00, Regal 400, Ketchen Black EC manufactured by Lion Corporation, # 3150, # 3250 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, and acetylene black includes Denka Black manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK. Particularly, Vulcan XC-72 manufactured by Cabot Corporation is preferably used. The polymer contained in the catalyst layer is not particularly limited, but is preferably a polymer that does not deteriorate in an oxidation-reduction atmosphere in the fuel cell. Such a polymer includes a polymer containing a fluorine atom, and is not particularly limited. For example, polyvinyl fluoride (PVF), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyhexafluoropropylene (F
EP), polytetrafluoroethylene, polyperfluoroalkyl vinyl ether (PFA) or the like, or a copolymer thereof, a copolymer of these monomer units with another monomer such as ethylene or styrene, or a blend is also used. be able to. As the polymer contained in the catalyst layer, a polymer having a proton exchange group is also preferable in order to improve proton conductivity in the catalyst layer. Examples of the proton exchange group contained in such a polymer include a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, and a phosphoric acid group, but are not particularly limited. Further, such a polymer having a proton exchange group is also selected without particular limitation, but a fluoroalkyl copolymer having a fluoroalkyl ether side chain with a proton exchange group is preferably used. For example, Nafion manufactured by DuPont is also preferable. Further, a polymer containing the above-described fluorine atom having a proton exchange group, another polymer such as ethylene or styrene, a copolymer or a blend thereof may be used.
【0076】触媒層に含まれるポリマは、上記のフッ素
原子を含むポリマやプロトン交換基を含むポリマを共重
合あるいはブレンドして用いることも好ましいものであ
る。特にポリフッ化ビニリデン、ポリ(ヘキサフルオロ
プロピレン−フッ化ビニリデン)共重合体などと、プロ
トン交換基にフルオロアルキルエーテル側鎖とフルオロ
アルキル主鎖を有するNafionなどのポリマを、ブレンド
することは電極性能の点から好ましいものである。As the polymer contained in the catalyst layer, it is also preferable to use a polymer containing a fluorine atom or a polymer containing a proton exchange group by copolymerization or blending. In particular, blending polyvinylidene fluoride, poly (hexafluoropropylene-vinylidene fluoride) copolymer, and a polymer such as Nafion, which has a fluoroalkyl ether side chain and a fluoroalkyl main chain in the proton exchange group, can improve electrode performance. It is preferable from the point.
【0077】触媒層の主たる成分は、好適には触媒担持
カーボンとポリマであり、それらの比率は必要とされる
電極特性に応じて適宜決められるべきもので特に限定さ
れるものではないが、触媒担持カーボン/ポリマの重量
比率で5/95〜95/5が好ましく用いられる。特に
固体高分子型燃料電池用触媒層として用いる場合には、
触媒担持カーボン/ポリマ重量比率で40/60〜85
/15が好ましいものである。The main components of the catalyst layer are preferably a catalyst-carrying carbon and a polymer, and their ratio should be appropriately determined according to the required electrode characteristics, and is not particularly limited. 5/95 to 95/5 by weight ratio of supported carbon / polymer is preferably used. Particularly when used as a catalyst layer for a polymer electrolyte fuel cell,
40 / 60-85 by weight of catalyst-supporting carbon / polymer
/ 15 is preferred.
【0078】触媒層には、触媒担持カーボンに担持して
いる前述のカーボンのほか、電子伝導性向上のために種
々の導電剤を添加することも好ましい実施態様となる。
このような導電剤としては、前述の触媒担持カーボンに
用いられるカーボンと同種のカーボンブラックに加え
て、種々の黒鉛質や炭素質の炭素材、あるいは金属や半
金属が挙げられるが特に限定されるものではない。この
ような炭素材としては、前述のカーボンブラックのほ
か、天然の黒鉛、ピッチ、コークス、ポリアクリロニト
リル、フェノール樹脂、フラン樹脂などの有機化合物か
ら得られる人工黒鉛や炭素などがある。これらの炭素材
の形態としては、粒子状のほか繊維状も用いることがで
きる。また、これら炭素材を後処理加工した炭素材も用
いることが可能である。これら導電材の添加量として
は、触媒層に対する重量比率として1〜80%が好まし
く、5〜50%がさらに好ましい。In a preferred embodiment, in addition to the above-described carbon supported on the catalyst-supporting carbon, various conductive agents are added to the catalyst layer to improve electron conductivity.
Examples of such a conductive agent include, in addition to carbon black of the same type as the carbon used for the catalyst-supporting carbon, various graphite or carbonaceous carbon materials, or metals and metalloids, but are particularly limited. Not something. Examples of such a carbon material include artificial graphite and carbon obtained from organic compounds such as natural graphite, pitch, coke, polyacrylonitrile, phenol resin, and furan resin, in addition to the above-described carbon black. These carbon materials may be in the form of fibers in addition to particles. It is also possible to use carbon materials obtained by post-processing these carbon materials. The amount of the conductive material to be added is preferably 1 to 80%, more preferably 5 to 50%, as a weight ratio to the catalyst layer.
【0079】上記の触媒層の電極基材またはプロトン交
換膜への付加・形成方法は特に限定されるものではな
い。触媒担持カーボンと触媒層に含まれるポリマとをペ
ースト状に混練し、刷毛塗り、筆塗り、バーコーター塗
布、ナイフコーター塗布、スクリーン印刷、スプレー塗
布などの方法で、触媒層を電極基材またはプロトン交換
膜に直接付加・形成してもよいし、他の基材(転写基
材)上に触媒層をいったん形成した後、電極基材または
プロトン交換膜に転写しても良い。この場合の転写基材
としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の
シート、あるいは表面をフッ素やシリコーン系の離型剤
処理したガラス板や金属板なども用いられる。The method of adding and forming the above-mentioned catalyst layer on the electrode substrate or the proton exchange membrane is not particularly limited. The catalyst-supporting carbon and the polymer contained in the catalyst layer are kneaded into a paste, and the catalyst layer is formed on the electrode substrate or proton by a method such as brush coating, brush coating, bar coater coating, knife coater coating, screen printing, or spray coating. The catalyst layer may be directly added to or formed on an exchange membrane, or may be once formed on another substrate (transfer substrate) and then transferred to an electrode substrate or a proton exchange membrane. In this case, as a transfer substrate, a polytetrafluoroethylene (PTFE) sheet, a glass plate or a metal plate whose surface is treated with a fluorine or silicone release agent, or the like is used.
【0080】電極触媒層は、触媒−ポリマ複合体が三次
元網目微多孔質構造を有することも好ましい実施態様で
ある。触媒−ポリマ複合体は、触媒粒子を含んだポリマ
複合体であって、この複合体が三次元網目微多孔質構造
となっていることが特徴である。なお、「三次元網目微
多孔構造」とは、触媒−ポリマ複合体が立体的に繋がっ
た三次元状の網目構造をしている状態をいう。The electrode catalyst layer is also a preferred embodiment in which the catalyst-polymer composite has a three-dimensional network microporous structure. The catalyst-polymer composite is a polymer composite containing catalyst particles, and is characterized in that the composite has a three-dimensional network microporous structure. The “three-dimensional network microporous structure” refers to a state in which the catalyst-polymer composite has a three-dimensional network structure connected three-dimensionally.
【0081】電極触媒層が三次元網目微多孔質構造を有
している場合、その微多孔径が0.05〜5μmである
ことが特徴である。好ましくは、0.1〜1μmであ
る。微多孔径は、走査型電子顕微鏡(SEM)などで、
表面を撮影した写真から、20個以上好ましくは100
個以上の平均から求めることができ、通常は100個で
測定できる。湿式凝固法によって製造された場合の本発
明の微多孔質構造の触媒層は、微多孔径の分布が広いの
でできるだけ多くの孔径の平均をとることが好ましい。When the electrode catalyst layer has a three-dimensional mesh microporous structure, the microporous diameter is 0.05 to 5 μm. Preferably, it is 0.1 to 1 μm. The microporous diameter can be measured with a scanning electron microscope (SEM), etc.
From the photograph of the surface, 20 or more, preferably 100
It can be obtained from an average of more than 100 pieces, and can usually be measured with 100 pieces. Since the catalyst layer having a microporous structure of the present invention when produced by a wet coagulation method has a wide distribution of microporous diameters, it is preferable to average as many pore diameters as possible.
【0082】三次元網目微多孔質構造の空隙率は、10
〜95%であることが好ましい。より好ましくは50〜
90%である。空隙率は、触媒層全体積から触媒−ポリ
マ複合体の占める体積を減じたものを触媒層全体積で除
した百分率(%)である。触媒層は、電極基材、プロト
ン交換膜、それ以外の基材に塗布した後に湿式凝固を行
うが、触媒層を単独で空隙率を求めることが困難な場合
には、電極基材、プロトン交換膜、それ以外の基材の空
隙率を予め求めておき、これら基材と触媒層とを含む空
隙率を求めた後に、触媒層単独での空隙率を求めること
も可能である。The porosity of the three-dimensional network microporous structure is 10
It is preferably about 95%. More preferably 50 to
90%. The porosity is a percentage (%) obtained by subtracting the volume occupied by the catalyst-polymer composite from the total volume of the catalyst layer and dividing it by the total volume of the catalyst layer. The catalyst layer is subjected to wet coagulation after being applied to the electrode substrate, the proton exchange membrane, and other substrates, but if it is difficult to determine the porosity of the catalyst layer alone, the electrode substrate, the proton exchange membrane It is also possible to determine the porosity of the film and the other base material in advance, determine the porosity including the base material and the catalyst layer, and then determine the porosity of the catalyst layer alone.
【0083】電極触媒層には、空隙率が大きくガス拡散
性や生成水の排出が良好であり、かつ電子伝導性やプロ
トン伝導性も良好であることが求められる。従来の多孔
化では、触媒粒子径や添加ポリマの粒子径を増大させた
り、造孔剤を用いて空隙を形成するなどが行われている
が、このような多孔化方式では触媒担持カーボン間やプ
ロトン交換樹脂間の接触抵抗が電極触媒層に比べて大き
くなってしまう。それに対して、湿式凝固法による三次
元網目微多孔質構造では、触媒担持カーボンを含んだポ
リマ複合体が三次元網目状になっているので、このポリ
マ複合体を電子やプロトンが伝導しやすく、さらに微多
孔質構造のためガス拡散性や生成水の排出も良好な構造
となっている。The electrode catalyst layer is required to have a large porosity, good gas diffusivity and good discharge of generated water, and good electron conductivity and proton conductivity. In the conventional porous method, the catalyst particle diameter and the particle size of the added polymer are increased, and a void is formed by using a pore-forming agent. The contact resistance between the proton exchange resins is larger than that of the electrode catalyst layer. On the other hand, in the three-dimensional network microporous structure by the wet coagulation method, since the polymer composite containing the catalyst-supporting carbon is in a three-dimensional network, electrons and protons are easily conducted through this polymer composite, Furthermore, because of the microporous structure, gas diffusibility and generated water discharge are also good.
【0084】電極触媒層が三次元微多孔質構造を有して
いる場合においても、触媒や電子伝導体、イオン伝導体
に用いられる物質は従来と同様の物質を用いることが可
能である。ただし、三次元網目微多孔質構造を有する電
極触媒層を作成する際に湿式凝固法によることが好まし
く、この湿式凝固法に適しており、触媒粒子を良く分散
し、燃料電池内の酸化−還元雰囲気で劣化しないポリマ
が好ましい。このようなポリマとしては、フッ素原子を
含むポリマが挙げられ、特に限定されるものではない
が、たとえば、ポリフッ化ビニル(PVF)、ポリフッ
化ビニリデン(PVDF)、ポリヘキサフルオロプロピ
レン(FEP)、ポリパーフルオロアルキルビニルエー
テル(PFA)など、あるいはこれらの共重合体、これ
らモノマ単位とエチレンやスチレンなどの他のモノマと
の共重合体(ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリ
デン共重合体等)、さらには、ブレンドなども用いるこ
とができる。Even when the electrode catalyst layer has a three-dimensional microporous structure, the same materials as those used in the related art can be used for the catalyst, the electron conductor, and the ion conductor. However, when preparing an electrode catalyst layer having a three-dimensional network microporous structure, it is preferable to use a wet coagulation method, which is suitable for this wet coagulation method, disperses catalyst particles well, and performs oxidation-reduction in a fuel cell. Polymers that do not degrade in the atmosphere are preferred. Examples of such a polymer include a polymer containing a fluorine atom, and are not particularly limited. For example, polyvinyl fluoride (PVF), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyhexafluoropropylene (FEP), Perfluoroalkyl vinyl ether (PFA) or the like, or a copolymer thereof, a copolymer of these monomer units with another monomer such as ethylene or styrene (a hexafluoropropylene-vinylidene fluoride copolymer or the like), and further, Blends and the like can also be used.
【0085】この中でも、ポリフッ化ビニリデン(PV
DF)やヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン
共重合体は、非プロトン性極性溶媒を用い、プロトン性
極性溶媒などを凝固溶媒とする湿式凝固法により、三次
元網目微多孔質構造を有する触媒−ポリマ複合体が得ら
れる点で、特に好ましいポリマである。これらポリマの
溶媒としてはN−メチルピロリドン(NMP)、ジメチ
ルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(D
MAC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチル
イミダゾリジノン(DMI)などが挙げられ、凝固溶媒
としては水や、メタノール、エタノール、イソプロパノ
ールなどの低級アルコール類などのほか、酢酸エチルや
酢酸ブチルなどのエステル類、芳香族系あるいはハロゲ
ン系の種々の有機溶剤が用いられる。Among them, polyvinylidene fluoride (PV
DF) and hexafluoropropylene-vinylidene fluoride copolymer are prepared by using a non-protonic polar solvent and a wet coagulation method using a protic polar solvent as a coagulation solvent to form a catalyst-polymer having a three-dimensional network microporous structure. It is a particularly preferred polymer in that a composite is obtained. Solvents for these polymers include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (D
MAC), propylene carbonate (PC), dimethylimidazolidinone (DMI), and the like. Examples of the coagulating solvent include water, lower alcohols such as methanol, ethanol, and isopropanol, and esters such as ethyl acetate and butyl acetate. , Aromatic or halogenous organic solvents are used.
【0086】触媒−ポリマ複合体のポリマとしては、上
記のポリマに加えて、プロトン伝導性を向上させるため
にプロトン交換基を有するポリマも好ましいものであ
る。このようなポリマに含まれるプロトン交換基として
は、スルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基などがある
が特に限定されるものではない。また、このようなプロ
トン交換基を有するポリマも、特に限定されることなく
選ばれるが、フルオロアルキルエーテル側鎖とフルオロ
アルキル主鎖とから構成されるプロトン交換基を有する
ポリマが好ましく用いられる。たとえば、DuPont社製の
Nafionなども好ましいものである。また、プロトン交換
基を有する上述のフッ素原子を含むポリマや、エチレン
やスチレンなどの他のポリマ、これらの共重合体やブレ
ンドであっても構わない。As the polymer of the catalyst-polymer composite, in addition to the above-mentioned polymers, a polymer having a proton exchange group for improving proton conductivity is also preferable. Examples of the proton exchange group contained in such a polymer include a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, and a phosphoric acid group, but are not particularly limited. Further, such a polymer having a proton exchange group is also selected without particular limitation, but a polymer having a proton exchange group composed of a fluoroalkyl ether side chain and a fluoroalkyl main chain is preferably used. For example, DuPont's
Nafion and the like are also preferable. Further, a polymer containing the above-described fluorine atom having a proton exchange group, another polymer such as ethylene or styrene, a copolymer or a blend thereof may be used.
【0087】Nafionのポリマ溶液は、市販のNafion膜を
非プロトン性極性溶媒に溶かしても良いし、Aldrich社
製の水−メタノール−イソプロパノール混合溶媒のNafi
on溶液、あるいはこのNafion溶液を溶媒置換したもの用
いても良い。この場合、湿式凝固の際の凝固溶媒は、Na
fion溶液の溶媒により適宜決められるべきものである
が、Nafion溶液の溶媒が非プロトン性極性溶媒である場
合には、凝固溶媒としては水やアルコール類、エステル
類のほか、種々の有機溶媒などが好ましく、水−メタノ
ール−イソプロパノール混合溶媒などの場合には、酢酸
ブチルなどのエステル類、種々の有機溶媒が好ましく用
いられる。The Nafion polymer solution may be obtained by dissolving a commercially available Nafion membrane in an aprotic polar solvent, or using Nafion, a mixed solvent of water-methanol-isopropanol manufactured by Aldrich.
An on solution or a solution obtained by replacing the Nafion solution with a solvent may be used. In this case, the coagulation solvent during wet coagulation is Na
Although it should be appropriately determined depending on the solvent of the fion solution, when the solvent of the Nafion solution is an aprotic polar solvent, as the coagulating solvent, other than water, alcohols, and esters, various organic solvents and the like are used. Preferably, in the case of a mixed solvent of water-methanol-isopropanol, esters such as butyl acetate and various organic solvents are preferably used.
【0088】触媒−ポリマ複合体に用いられるポリマ
は、上記のフッ素原子を含むポリマやプロトン交換基を
含むポリマを共重合あるいはブレンドして用いることも
好ましいものである。特にポリフッ化ビニリデン、ポリ
(ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン)共重
合体などと、プロトン交換基にフルオロアルキルエーテ
ル側鎖とフルオロアルキル主鎖を有するNafionなどのポ
リマをブレンドすることは電極性能の点から好ましいも
のである。As the polymer used in the catalyst-polymer composite, it is also preferable to use a polymer containing a fluorine atom or a polymer containing a proton exchange group by copolymerization or blending. In particular, blending polyvinylidene fluoride, poly (hexafluoropropylene-vinylidene fluoride) copolymer, etc. with polymers such as Nafion, which has a fluoroalkyl ether side chain and a fluoroalkyl main chain in the proton exchange group, is a point of electrode performance. Is preferred.
【0089】触媒−ポリマ複合体の主たる成分は、好適
には触媒担持カーボンとポリマであり、それらの比率は
必要とされる電極特性に応じて適宜決められるべきもの
で特に限定されるものではないが、触媒担持カーボン/
ポリマの重量比率で5/95〜95/5が好ましく用い
られる。特に固体高分子型燃料電池用電極触媒層として
用いる場合には、触媒担持カーボン/ポリマ重量比率で
40/60〜85/15が好ましいものである。The main components of the catalyst-polymer composite are preferably a catalyst-supporting carbon and a polymer, and the ratio thereof is not particularly limited and should be appropriately determined according to the required electrode characteristics. Is the catalyst-supporting carbon /
A ratio of 5/95 to 95/5 by weight of the polymer is preferably used. In particular, when used as an electrode catalyst layer for a polymer electrolyte fuel cell, the weight ratio of the catalyst-supporting carbon / polymer is preferably 40/60 to 85/15.
【0090】触媒−ポリマ複合体には、種々の添加物を
加えることも好ましい実施態様である。たとえば、電子
伝導性向上のための炭素などの導電剤や、結着性向上の
ためのポリマ、三次元網目微多孔質構造の孔径を制御す
る添加物などがあるが、特に限定されることなく用いる
ことができる。これら添加物の添加量としては、触媒−
ポリマ複合体に対する重量比率として0.1〜50%が
好ましく、1〜20%がさらに好ましい。It is also a preferred embodiment to add various additives to the catalyst-polymer composite. For example, a conductive agent such as carbon for improving the electron conductivity, a polymer for improving the binding property, an additive for controlling the pore size of the three-dimensional network microporous structure, and the like, but are not particularly limited. Can be used. The addition amount of these additives is as follows:
The weight ratio to the polymer composite is preferably from 0.1 to 50%, more preferably from 1 to 20%.
【0091】三次元網目微多孔質構造を有する触媒−ポ
リマ複合体の製造方法としては、湿式凝固法によるもの
が好ましい。この湿式凝固法は、触媒−ポリマ溶液組成
物を塗布した後に、この塗布層をポリマに対する凝固溶
媒と接触させて、触媒−ポリマ溶液組成物の凝固析出と
溶媒抽出とが同時に行なわれる。As a method for producing a catalyst-polymer composite having a three-dimensional network microporous structure, a method based on a wet coagulation method is preferable. In the wet coagulation method, after the catalyst-polymer solution composition is applied, the coating layer is brought into contact with a coagulation solvent for the polymer, and coagulation precipitation of the catalyst-polymer solution composition and solvent extraction are simultaneously performed.
【0092】この触媒−ポリマ溶液組成物は、ポリマ溶
液中に触媒担持カーボンが均一に分散したものである。
触媒担持カーボンとポリマは前述のものが好ましく用い
られる。ポリマを溶かす溶媒については、用いられるポ
リマに応じて適宜決められるべきもので、特に限定され
るものではない。ポリマ溶液は触媒担持カーボンを良く
分散していることが重要である。分散状態が悪い場合に
は、湿式凝固の際に、触媒担持カーボンとポリマとが複
合体を形成することができず好ましくない。This catalyst-polymer solution composition is obtained by uniformly dispersing the catalyst-supporting carbon in the polymer solution.
The above-mentioned catalyst-supporting carbon and polymer are preferably used. The solvent for dissolving the polymer should be appropriately determined according to the polymer used, and is not particularly limited. It is important that the polymer solution disperse the catalyst-supporting carbon well. If the dispersion state is poor, it is not preferable because the catalyst-supporting carbon and the polymer cannot form a composite during wet coagulation.
【0093】塗布方法については、触媒−ポリマ溶液組
成物の粘度や固形分などに応じた塗布方法が選択され、
特に限定されるべきものではないが、ナイフコーター、
バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコ
ーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコー
ターなどの一般的な塗布方法が用いられる。Regarding the coating method, a coating method is selected according to the viscosity and the solid content of the catalyst-polymer solution composition.
Although not particularly limited, a knife coater,
General coating methods such as a bar coater, a spray, a dip coater, a spin coater, a roll coater, a die coater and a curtain coater are used.
【0094】一方、ポリマを湿式凝固させる凝固溶媒に
ついても特に限定されるものではないが、用いられるポ
リマを凝固析出しやすく、かつポリマ溶液の溶媒と相溶
性がある溶媒が好ましい。湿式凝固が実際に行われる凝
固溶媒との接触方法についても、特に限定されるもので
はないが、凝固溶媒に基材ごと浸漬する、塗布層のみを
凝固溶媒の液面に接触させる、凝固溶媒を塗布層にシャ
ワリングあるいはスプレーする、など特に限定されるも
のではない。On the other hand, the coagulation solvent for wet coagulation of the polymer is not particularly limited, but a solvent which is easy to coagulate and precipitate the polymer to be used and which is compatible with the solvent of the polymer solution is preferable. The method of contact with the coagulation solvent in which wet coagulation is actually performed is not particularly limited, but the base material is immersed in the coagulation solvent, only the coating layer is brought into contact with the liquid surface of the coagulation solvent, There is no particular limitation such as showering or spraying the coating layer.
【0095】この触媒−ポリマ溶液組成物が塗布される
基材については、電極基材あるいは固体電解質の何れに
おいても塗布、その後に湿式凝固を行うことが可能であ
るが、電極基材に塗布の直後に湿式凝固を行うことで電
極基材への触媒層の浸み込みを抑制することが可能とな
り、電極性能向上の点から好ましい実施態様となる。ま
た、電極基材や固体電解質以外の基材(転写基材)に塗
布し、その後に湿式凝固を行い、三次元網目微多孔質構
造を作成した後に、この触媒層を電極基材や固体電解質
に転写あるいは狭持させても良い。この場合の転写基材
としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の
シート、あるいは表面をフッ素やシリコーン系の離型剤
処理したガラス板や金属板なども用いられる。上記のプ
ロトン交換膜としては特に限定されるものではないが、
プロトン交換基として、スルホン酸基、カルボン酸基、
リン酸基などを有するものが、燃料電池性能を発現する
上で、好ましく用いられる。The substrate on which the catalyst-polymer solution composition is applied can be applied to either the electrode substrate or the solid electrolyte and then wet-solidified. Immediately after the wet solidification, it is possible to prevent the catalyst layer from seeping into the electrode substrate, and this is a preferred embodiment from the viewpoint of improving electrode performance. In addition, after applying to a substrate (transfer substrate) other than the electrode substrate and the solid electrolyte, and then performing wet solidification to create a three-dimensional network microporous structure, the catalyst layer is applied to the electrode substrate or the solid electrolyte. May be transferred or pinched. In this case, as a transfer substrate, a polytetrafluoroethylene (PTFE) sheet, a glass plate or a metal plate whose surface is treated with a fluorine or silicone release agent, or the like is used. The above proton exchange membrane is not particularly limited,
As proton exchange groups, sulfonic acid groups, carboxylic acid groups,
Those having a phosphoric acid group or the like are preferably used for exhibiting fuel cell performance.
【0096】このプロトン交換膜は、スチレン−ジビニ
ルベンゼン共重合体などの炭化水素系と、フルオロアル
キルエーテル側鎖を有するフルオロアルキル共重合体の
パーフルオロ系に大別され、燃料電池が用いられる用途
や環境に応じて適宜選択されるべきものであるが、パー
フルオロ系が燃料電池寿命の点から好ましいものであ
る。また、部分的にフッ素原子置換した部分フッ素膜も
好ましく用いられる。パーフルオロ膜では、DuPont社製
Nafion、旭化成製Aciplex、旭硝子製Flemion、ジャパン
ゴアテックス社製Gore-Selectなどが例示され、部分フ
ッ素膜では、トリフルオロスチレンスルホン酸の重合体
やポリフッ化ビニリデンにスルホン酸基を導入したもの
などがある。The proton exchange membrane is roughly classified into a hydrocarbon type such as a styrene-divinylbenzene copolymer and a perfluoro type such as a fluoroalkyl copolymer having a fluoroalkyl ether side chain. Although it should be appropriately selected according to the fuel cell and environment, a perfluoro-based resin is preferable from the viewpoint of fuel cell life. Further, a partial fluorine film partially substituted with fluorine atoms is also preferably used. For perfluoro membrane, DuPont
Examples include Nafion, Aciplex manufactured by Asahi Kasei, Flemion manufactured by Asahi Glass, and Gore-Select manufactured by Japan Gore-Tex Co., Ltd. is there.
【0097】プロトン交換膜は1種のポリマばかりでな
く、2種以上のポリマの共重合体やブレンドポリマ、2
種以上の膜を貼り合わせた複合膜、プロトン交換膜を不
織布や多孔フィルムなどで補強した膜なども用いること
ができる。The proton exchange membrane is not limited to one kind of polymer, but may be a copolymer or blend polymer of two or more kinds of polymers.
A composite membrane obtained by laminating more than two kinds of membranes, a membrane obtained by reinforcing a proton exchange membrane with a nonwoven fabric, a porous film, or the like can also be used.
【0098】さて、本発明の導電性シートは300℃以
下の温度で使用する低温型燃料電池用材料、なかでも固
体高分子型燃料電池用電極基材の安価で電気抵抗が低く
加圧により壊れにくい材料として好適に用いることがで
きる。多孔質導電性シートを用いた電極基材と触媒層、
高分子電解質膜とを層状に配置して燃料電池用ユニット
を構成し、上述の効果により良好な特性を発揮するとと
もに、安価な燃料電池となり、自動車、船舶等の移動体
の駆動用に好適である。特に安価さを求められる自動車
を駆動する燃料電池として好適である。The conductive sheet of the present invention is a low-temperature fuel cell material used at a temperature of 300 ° C. or lower, in particular, an electrode substrate for a polymer electrolyte fuel cell which is inexpensive, has low electric resistance, and is broken by pressure. It can be suitably used as a difficult material. An electrode substrate and a catalyst layer using a porous conductive sheet,
The polymer electrolyte membrane and the polymer electrolyte membrane are arranged in layers to constitute a unit for a fuel cell, exhibiting good characteristics due to the above-described effects, and become an inexpensive fuel cell, suitable for driving a moving body such as an automobile or a ship. is there. In particular, it is suitable as a fuel cell for driving an automobile requiring low cost.
【0099】[0099]
【実施例】以下本発明の詳細を実施例を用いてさらに説
明する。EXAMPLES The details of the present invention will be further described below using examples.
【0100】実施例1 (1)粗な多孔質構造を有する導電性シートの作成 長さ12mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維を
水中で分散、金網上に抄造し、炭素短繊維を結着する高
分子物質であるポリビニルアルコール(PVA)とポリ
酢酸ビニル(酢ビ)の混合物(混合比1:3)からなる
エマルジョンを付着させて乾燥し、粗な多孔質構造を有
する導電性シートAを得た。得られたシートの目付は2
4g/m2、PVAと酢ビ混合物の含有率は22%であ
り、シートの空孔率は95%、嵩密度は0.07g/c
m3、ガス透過抵抗は4Paであった。 (2)密な多孔質構造を有する導電性シートの作成 長さ0.1mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維
を水中で分散、金網上に抄造し、炭素短繊維を結着する
高分子物質であるポリビニルアルコール(PVA)とポ
リ酢酸ビニル(酢ビ)の混合物(混合比1:3)からな
るエマルジョンを付着させて乾燥し、密な多孔質構造を
有する導電性シートBを得た。得られたシートの目付
は、6g/m2、PVAと酢ビ混合物の含有率は22%
であり、シートの空孔率は80%、嵩密度は0.2g/
cm3、ガス透過抵抗は100Paであった。 (3)粗密構造導電性シートの作成 上記シートAとシートBを重ねてホットプレス(温度:
120℃、圧力:1.96MPa)して、粗密構造導電
性シートを得た。得られたシートの目付は、30g/m
2、PVAと酢ビ混合物の含有率は22%であった。粗
な多孔質構造がA面となり密な多孔質構造がB面となる
粗密非対称多孔質構造であった。 (4)シートの電気抵抗、ガス透過抵抗の測定 得られたシートの電気抵抗とガス透過抵抗は、先に示し
た方法によって行った。電気抵抗は170mΩ・c
m2、ガス透過抵抗は100Paであった。 (5)触媒層塗布性能評価 得られたシートのB面である表面上に、白金担持カーボ
ンとNafion溶液(Aldrich社製)との混合液(固形分重
量比1:1)を塗布量1mg/cm2となるようにスプ
レー塗布した。均一で、シートへの浸み込みも少ない触
媒層が形成できた。Example 1 (1) Preparation of Conductive Sheet Having Coarse Porous Structure Short fibers of PAN-based carbon fibers cut to a length of 12 mm were dispersed in water, paper-formed on a wire mesh, and bonded with short carbon fibers. A conductive sheet A having a coarse porous structure is coated with an emulsion composed of a mixture of polyvinyl alcohol (PVA), which is a polymer substance to be attached, and polyvinyl acetate (vinyl acetate) (mixing ratio 1: 3), and dried. I got The basis weight of the obtained sheet is 2
4 g / m 2 , the content of the mixture of PVA and vinyl acetate was 22%, the porosity of the sheet was 95%, and the bulk density was 0.07 g / c.
m 3 and gas permeation resistance were 4 Pa. (2) Preparation of a conductive sheet having a dense porous structure A polymer that disperses short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 0.1 mm in water, forms a paper on a wire mesh, and binds the short carbon fibers. An emulsion composed of a mixture of a substance, polyvinyl alcohol (PVA) and polyvinyl acetate (vinyl acetate) (mixing ratio 1: 3) was adhered and dried to obtain a conductive sheet B having a dense porous structure. The basis weight of the obtained sheet was 6 g / m 2 , and the content of the mixture of PVA and vinyl acetate was 22%.
The porosity of the sheet is 80%, and the bulk density is 0.2 g /
cm 3 , and gas permeation resistance was 100 Pa. (3) Preparation of conductive sheet with dense and dense structure The above sheet A and sheet B are stacked and hot pressed (temperature:
120 ° C., pressure: 1.96 MPa) to obtain a conductive sheet having a dense / dense structure. The basis weight of the obtained sheet is 30 g / m
2. The content of the mixture of PVA and vinyl acetate was 22%. A coarse-dense asymmetric porous structure in which the coarse porous structure became the A surface and the dense porous structure became the B surface. (4) Measurement of Electric Resistance and Gas Permeation Resistance of Sheet The electric resistance and gas permeation resistance of the obtained sheet were measured by the methods described above. Electric resistance is 170mΩ · c
m 2 , and the gas permeation resistance was 100 Pa. (5) Evaluation of coating performance of catalyst layer A mixture of platinum-supporting carbon and a Nafion solution (manufactured by Aldrich) (solid content weight ratio: 1: 1) was coated on the surface of the obtained sheet, which is the B side, at a coating amount of 1 mg / The composition was spray-coated so as to be cm 2 . The catalyst layer was uniform and had little penetration into the sheet.
【0101】実施例2 実施例1において得られた粗密非対称構造の導電性シー
トを窒素ガス雰囲気下800℃に加熱して、PVAと酢
ビの混合物を除去した。電気抵抗は25mΩ・cm2、
ガス透過抵抗は40Paであった。触媒層塗布性能も良
好であった。Example 2 The conductive sheet having a dense / dense asymmetric structure obtained in Example 1 was heated to 800 ° C. in a nitrogen gas atmosphere to remove a mixture of PVA and vinyl acetate. The electric resistance is 25mΩ · cm 2 ,
The gas permeation resistance was 40 Pa. The coating performance of the catalyst layer was also good.
【0102】実施例3 実施例1にて作成した粗密構造の導電シートにフェノー
ル樹脂モノマー溶液を含浸してプレプリグとし、成型、
焼成してカーボンカーボンコンポジット(C/C)を作
成した。このC/Cは、A面側が粗な多孔質構造であり
B面側が密な多孔質構造の導電シートであった。このC
/Cの電気抵抗は10mΩ・cm2、ガス透過抵抗は1
00Paであった。触媒層塗布性能も良好であった。Example 3 A phenol resin monomer solution was impregnated into the conductive sheet having a dense structure formed in Example 1 to form a prepreg, which was then molded,
By firing, a carbon-carbon composite (C / C) was prepared. This C / C was a conductive sheet having a porous structure having a coarse porous structure on the A side and a dense porous structure on the B side. This C
/ C has an electric resistance of 10 mΩ · cm 2 and a gas permeation resistance of 1
It was 00 Pa. The coating performance of the catalyst layer was also good.
【0103】実施例4 (1)粗な多孔質構造を有する導電性シートの作成 長さ12mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維を
カルボキシメチルセルロース(CMC)水溶液中で分
散、金網上に抄造し、粗な多孔質構造を有する導電性シ
ートAを得た。得られたシートの目付は24g/m2、
CMCの含有率は0.5%であり、シートの空孔率は9
5%、嵩密度は0.07g/cm3、ガス透過抵抗は4
Paであった。 (2)密な多孔質構造を有する導電性シートの作成長さ
0.1mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維をC
MC水溶液中で分散し、金網上に抄造し、密な多孔質構
造を有する導電性シートBを得た。得られたシートの目
付は6g/m2、CMCの含有率は0.5%であり、シ
ートの空孔率は80%、嵩密度は0.2g/cm3、ガ
ス透過抵抗は100Paであった。 (3)粗密構造導電性シートの作成 上記シートAとシートBを重ねてプレス(温度:室温、
圧力:1.96MPa)して、粗密構造導電性シートを
得た。 (4)シートの性能 得られたシートは、目付が30g/m2、CMCの含有
率が0.5%であり、粗な多孔質構造を有するA面と密
な多孔質構造を有するB面からなる導電シートであっ
た。このシートの電気抵抗は50mΩ・cm2、ガス透
過抵抗は100Paであった。このシートの密な多孔質
構造のB面に実施例1の触媒層塗布液と同じものをスク
リーン印刷法により塗布したが、均一な触媒層が得られ
浸み込みも少なく良好な塗布性能であった。Example 4 (1) Preparation of Conductive Sheet Having Rough Porous Structure Short fibers of PAN-based carbon fibers cut to a length of 12 mm were dispersed in an aqueous solution of carboxymethyl cellulose (CMC) and formed on a wire mesh. Thus, a conductive sheet A having a coarse porous structure was obtained. The basis weight of the obtained sheet was 24 g / m 2 ,
The content of CMC is 0.5%, and the porosity of the sheet is 9%.
5%, bulk density 0.07 g / cm 3 , gas permeation resistance 4
Pa. (2) Preparation of conductive sheet having dense porous structure Short fibers of PAN-based carbon fibers cut to a length of 0.1 mm
The resultant was dispersed in an aqueous MC solution and formed on a wire mesh to obtain a conductive sheet B having a dense porous structure. The obtained sheet had a basis weight of 6 g / m 2 , a CMC content of 0.5%, a porosity of the sheet of 80%, a bulk density of 0.2 g / cm 3 , and a gas permeation resistance of 100 Pa. Was. (3) Preparation of conductive sheet with dense and dense structure The sheet A and the sheet B are stacked and pressed (temperature: room temperature,
Pressure: 1.96 MPa) to obtain a dense / dense structure conductive sheet. (4) Performance of Sheet The obtained sheet has a basis weight of 30 g / m 2 , a CMC content of 0.5%, and a side A having a coarse porous structure and a side B having a dense porous structure. The conductive sheet was composed of The electric resistance of this sheet was 50 mΩ · cm 2 , and the gas permeation resistance was 100 Pa. The same coating solution as the catalyst layer coating solution of Example 1 was applied to the B side of the dense porous structure of the sheet by the screen printing method. However, a uniform catalyst layer was obtained, the penetration was small, and the coating performance was good. Was.
【0104】実施例5 (1)粗な多孔質構造を有する導電性シートの作成 実施例4の(1)と同様にして、粗な多孔質構造を有す
る導電性シートAを得た。 (2)粗なシート上への密な多孔質構造を有する導電性
シートの連続的作成 長さ0.1mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維
をCMC水溶液中で分散し、上記(1)の導電性シート
Aをのせた金網上に抄造、乾燥し、粗な多孔質構造のシ
ートAと密な多孔質構造のシートBの一体となった導電
シートを作成した。 (3)シートの性能 得られたシートは、目付が30g/m2、CMCの含有
率が0.5%であり、粗な多孔質構造を有するA面と密
な多孔質構造を有するB面からなる導電シートであっ
た。このシートの電気抵抗は50mΩ・cm2、ガス透
過抵抗は100Paであった。このシートの密な多孔質
構造のB面に実施例1の触媒層塗布液と同じものをスク
リーン印刷法により塗布したが、均一な触媒層が得られ
浸み込みも少なく良好な塗布性能であった。 比較例1 長さ12mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維を
カルボキシメチルセルロース(CMC)水溶液中で分
散、金網上に抄造し、粗な多孔質構造を有する導電性シ
ートAを得た。得られたシートは、目付が30g/
m2、CMCの含有率が0.5%、空孔率が95%、嵩
密度が0.07g/m2であり、粗な多孔質構造を有す
る導電シートであった。このシートの電気抵抗は50m
Ω・cm2、ガス透過抵抗は5Paであった。このシー
トに触媒層をスクリーン印刷法により塗布したが、均一
な層が形成できず、浸み込みも多く、実施例5に比べて
塗布性能は不良であった。Example 5 (1) Preparation of Conductive Sheet Having Rough Porous Structure In the same manner as (1) of Example 4, a conductive sheet A having a coarse porous structure was obtained. (2) Continuous preparation of a conductive sheet having a dense porous structure on a coarse sheet Short fibers of PAN-based carbon fibers cut to a length of 0.1 mm are dispersed in a CMC aqueous solution, and the above (1) Was formed on a wire mesh on which the conductive sheet A was placed and dried to prepare a conductive sheet in which a sheet A having a coarse porous structure and a sheet B having a dense porous structure were integrated. (3) Performance of Sheet The obtained sheet has a basis weight of 30 g / m 2 and a CMC content of 0.5%, and has a coarse porous structure A surface and a dense porous structure B surface. The conductive sheet was composed of The electric resistance of this sheet was 50 mΩ · cm 2 , and the gas permeation resistance was 100 Pa. The same coating solution as the catalyst layer coating solution of Example 1 was applied to the B side of the dense porous structure of the sheet by the screen printing method. However, a uniform catalyst layer was obtained, the penetration was small, and the coating performance was good. Was. Comparative Example 1 Short fibers of PAN-based carbon fibers cut to a length of 12 mm were dispersed in an aqueous solution of carboxymethylcellulose (CMC) and paper-made on a wire mesh to obtain a conductive sheet A having a coarse porous structure. The obtained sheet has a basis weight of 30 g /
m 2 , the content of CMC was 0.5%, the porosity was 95%, the bulk density was 0.07 g / m 2 , and the conductive sheet had a rough porous structure. The electric resistance of this sheet is 50m
Ω · cm 2 , and gas permeation resistance was 5 Pa. The catalyst layer was applied to this sheet by a screen printing method. However, a uniform layer could not be formed, the penetration was large, and the application performance was poor as compared with Example 5.
【0105】比較例2 長さ0.1mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維
をカルボキシメチルセルロース(CMC)水溶液中で分
散、金網上に抄造し、密な多孔質構造を有する導電性シ
ートBを得た。得られたシートは、目付が30g/
m2、CMCの含有率が0.5%、空孔率が80%、嵩
密度が0.2g/m2であり、密な多孔質構造を有する
導電シートであった。このシートの電気抵抗は40mΩ
・cm2、ガス透過抵抗は500Paであり、実施例5
に比べて気体透過性能は不良であった。Comparative Example 2 Short fibers of PAN-based carbon fibers cut to a length of 0.1 mm were dispersed in an aqueous solution of carboxymethyl cellulose (CMC) and paper-made on a wire mesh to obtain a conductive sheet B having a dense porous structure. Obtained. The obtained sheet has a basis weight of 30 g /
m 2 , the content of CMC was 0.5%, the porosity was 80%, the bulk density was 0.2 g / m 2 , and the conductive sheet had a dense porous structure. The electric resistance of this sheet is 40mΩ
Example 5: cm 2 , gas permeation resistance: 500 Pa
The gas permeation performance was poorer than that of.
【0106】実施例6 (1)粗な多孔質構造を有する導電性シートの作成 長さ12mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
膨張黒鉛粉末(PFパウダー4,東洋炭素(株)製,か
さ密度0.039g/cm3,平均粒径300〜500
μm)(重量比1:1)をカルボキシメチルセルロース
(CMC)水溶液中で分散、金網上に抄造し、粗な多孔
質構造を有する導電性シートAを得た。 (2)粗なシート上への密な多孔質構造を有する導電性
シートの連続的作成 長さ0.1mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維
と膨張黒鉛粉末(PFパウダー4,東洋炭素(株)製,
かさ密度0.039g/cm3,平均粒径300〜50
0μm)(重量比1:1)をCMC水溶液中で分散し、
金網上にのせた上記(1)の導電性シートAに抄造、乾
燥し、粗な多孔質構造のシートAと密な多孔質構造のシ
ートBの一体となった構造導電シートを作成した。 (3)シートの性能 得られたシートは、目付が70g/m2(粗な層と密な
層の重量比は6:1)、CMCの含有率が1.5%であ
り、粗な多孔質構造を有するA面と密な多孔質構造を有
するB面からなる導電シートであった。このシートの電
気抵抗は20mΩ・cm2、ガス透過抵抗は100Pa
であった。このシートの密な多孔質構造のB面に触媒層
をスクリーン印刷法により塗布したが、均一は触媒層が
得られ浸み込みも少なく良好な塗布性能であった。Example 6 (1) Preparation of Conductive Sheet Having Rough Porous Structure Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 12 mm and expanded graphite powder (PF Powder 4, manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.) Bulk density 0.039 g / cm 3 , average particle size 300-500
μm) (weight ratio 1: 1) was dispersed in an aqueous solution of carboxymethylcellulose (CMC) and paper-made on a wire mesh to obtain a conductive sheet A having a coarse porous structure. (2) Continuous preparation of a conductive sheet having a dense porous structure on a coarse sheet Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 0.1 mm and expanded graphite powder (PF powder 4, Toyo Carbon ( Co., Ltd.
Bulk density 0.039 g / cm 3 , average particle size 300-50
0 μm) (weight ratio 1: 1) in an aqueous CMC solution,
Paper was formed on the conductive sheet A of the above (1) placed on a wire mesh and dried to prepare a structural conductive sheet in which a sheet A having a coarse porous structure and a sheet B having a dense porous structure were integrated. (3) Performance of the sheet The obtained sheet had a basis weight of 70 g / m 2 (weight ratio of the coarse layer to the dense layer was 6: 1), a CMC content of 1.5%, and a coarse porosity. The conductive sheet was composed of surface A having a porous structure and surface B having a dense porous structure. The electric resistance of this sheet is 20 mΩ · cm 2 , and the gas permeation resistance is 100 Pa
Met. A catalyst layer was applied to the dense porous structure B side of the sheet by screen printing, but the catalyst layer was obtained uniformly, with little penetration and good application performance.
【0107】実施例7 (1)粗な多孔質構造を有する導電性シートの作成 長さ12mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
膨張黒鉛粉末(PFパウダー4、東洋炭素(株)製、か
さ密度0.039g/cm3、平均粒径300〜500
μm)(重量比1:1)をカルボキシメチルセルロース
(CMC)水溶液中で分散、金網上に抄造し、粗な多孔
質構造を有する導電性シートAを得た。 (2)粗なシート上への密な多孔質構造を有する導電性
シートの作成 長さ30μmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
アセチレンブラック(DENKA BLACK、電気化
学工業(株)製、粒径42nm)とPFA水分散液(ネ
オフロンPFA、ダイキン工業(株)製)との混合液
(固形分重量比3:1:1)を、シートAの表面にスク
リーン印刷法により塗布した。このシートを400℃で
焼成し、粗な多孔質構造のシートAと密な多孔質構造の
シートBの一体となった粗密構造導電性シートCを作成
した。 (3)シートの性能 得られたシートCは、目付けが70g/m2(粗な層と
密な層の重量比は6:1)、CMCの含有率が1.3
%、PFAの含有率が2.9%であり、粗な多孔質構造
を有するA面と密な多孔質構造を有するB面からなる粗
密構造導電性シートであった。このシートCの電気抵抗
は20mΩ・cm2、ガス透過抵抗は100Paであっ
た。このシートCの密な多孔質構造のB面の表面を走査
型電子顕微鏡(SEM)観察した結果を図1に示す。ま
た、このシートCの密な多孔質構造のB面に実施例1の
触媒層塗布液と同じ物をスクリーン印刷法により塗布し
た。塗布量は1mg/cm2であった。この触媒層表面
をSEM観察した結果を図2に示す。均一な触媒層が得
られ浸み込みも少なく良好な塗布性能であった。この触
媒層付き電極基材とプロトン交換膜としてDuPont
社製“Nafion”112を用いてMEAを作成し
た。このMEAの燃料電池性能を電流−電圧(I−V)
測定により行った。セル温度は60℃、ガス圧力は常圧
において、限界電流(燃料電池端電圧が0Vになる時点
の電流値)は2A/cm2であり、優れた高出力特性を
示した。Example 7 (1) Preparation of Conductive Sheet Having Coarse Porous Structure Short fibers of PAN-based carbon fibers cut to a length of 12 mm and expanded graphite powder (PF Powder 4, manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.) Bulk density 0.039 g / cm 3 , average particle size 300-500
μm) (weight ratio 1: 1) was dispersed in an aqueous solution of carboxymethylcellulose (CMC) and paper-made on a wire mesh to obtain a conductive sheet A having a coarse porous structure. (2) Preparation of Conductive Sheet Having Dense Porous Structure on Rough Sheet Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 30 μm and acetylene black (DENKA BLACK, manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK) A mixture (diameter: 42 nm) of an aqueous dispersion of PFA (neoflon PFA, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) (solids ratio by weight: 3: 1: 1) was applied to the surface of the sheet A by a screen printing method. This sheet was fired at 400 ° C. to prepare a dense / dense conductive sheet C in which a coarse porous sheet A and a dense porous structure sheet B were integrated. (3) Performance of Sheet The obtained sheet C has a basis weight of 70 g / m 2 (weight ratio between the coarse layer and the dense layer is 6: 1) and a CMC content of 1.3.
%, The content of PFA was 2.9%, and the conductive sheet was a dense / dense structure conductive sheet composed of a surface A having a coarse porous structure and a surface B having a dense porous structure. The electric resistance of this sheet C was 20 mΩ · cm 2 , and the gas permeation resistance was 100 Pa. FIG. 1 shows the result of observing the surface of the side B of the dense porous structure of the sheet C with a scanning electron microscope (SEM). The same material as the coating solution for the catalyst layer of Example 1 was applied to the B side of the dense porous structure of the sheet C by a screen printing method. The applied amount was 1 mg / cm 2 . FIG. 2 shows the result of SEM observation of the surface of the catalyst layer. A uniform catalyst layer was obtained, with little penetration and good coating performance. DuPont as a proton exchange membrane with this electrode substrate with a catalyst layer
An MEA was prepared using “Nafion” 112 manufactured by KK. The fuel cell performance of this MEA is determined by measuring the current-voltage (IV).
It was performed by measurement. At a cell temperature of 60 ° C. and a gas pressure of normal pressure, the limiting current (current value at the time when the fuel cell terminal voltage becomes 0 V) was 2 A / cm 2 , showing excellent high-output characteristics.
【0108】比較例3 実施例7の(1)と同様にして粗な多孔質構造を有する
シートAを得た。得られたシートAは、目付けが60g
/cm2、CMCの含有率が1.5%であった。このシ
ートAの電気抵抗は20mΩ・cm2、ガス透過抵抗は
20Paであった。このシートAの表面を走査型電子顕
微鏡(SEM)観察した結果を図3に示す。また、この
シートAの表面に実施例7と同じように触媒層をスクリ
ーン印刷法により塗布した。塗布量は3mg/cm2で
あった。この触媒層表面をSEM観察した結果を図4に
示す。均一な触媒層が形成できず、浸み込みも多く、塗
布性能は不良であった。この触媒層付き電極基材を実施
例7と同様にMEA作成し、燃料電池においてI−V測
定を行った。限界電流は0.5A/cm2であり、実施
例7に比べて高出力特性は不良であった。Comparative Example 3 A sheet A having a rough porous structure was obtained in the same manner as in Example 7 (1). The obtained sheet A has a basis weight of 60 g.
/ Cm 2 , and the content of CMC was 1.5%. The electric resistance of this sheet A was 20 mΩ · cm 2 , and the gas permeation resistance was 20 Pa. FIG. 3 shows the result of observing the surface of the sheet A with a scanning electron microscope (SEM). Further, a catalyst layer was applied to the surface of the sheet A in the same manner as in Example 7 by a screen printing method. The application amount was 3 mg / cm 2 . FIG. 4 shows the result of SEM observation of the surface of the catalyst layer. A uniform catalyst layer could not be formed, the penetration was large, and the coating performance was poor. This electrode substrate with a catalyst layer was prepared by MEA in the same manner as in Example 7, and the IV measurement was performed in a fuel cell. The limiting current was 0.5 A / cm 2 , and the high output characteristics were poor compared to Example 7.
【0109】比較例4 (1)粗な多孔質構造を有する導電性シートの作成 長さ12mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
膨張黒鉛粉末(PFパウダー4、東洋炭素(株)製、か
さ密度0.039g/cm3、平均粒径300〜500
μm)(重量比1:1)をカルボキシメチルセルロース
(CMC)水溶液中で分散、金網上に抄造し、粗な多孔
質構造を有する導電性シートAを得た。 (2)粗なシート上への密な多孔質構造を有する導電性
シートの作成 アセチレンブラック(DENKA BLACK、電気化
学工業(株)製、粒径42nm)とPFA水分散液(ネ
オフロンPFA、ダイキン工業(株)製)との混合液
(固形分重量比4:1)を、シートAの表面にスクリー
ン印刷法により塗布し、粗な多孔質構造のシートAと密
な多孔質構造のシートBの一体となった粗密構造導電性
シートCを作成した。 (3)シートの性能 得られたシートCは、目付けが70g/m2(粗な層と
密な層の重量比は6:1)、CMCの含有率が1.3
%、PFAの含有率が2.9%であり、粗な多孔質構造
を有するA面と密な多孔質構造を有するB面からなる粗
密構造導電性シートであった。このシートCの電気抵抗
は20mΩ・cm2、ガス透過抵抗は500Paであ
り、実施例7に比べて気体透過性能は不良であった。Comparative Example 4 (1) Preparation of Conductive Sheet Having Coarse Porous Structure Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 12 mm and expanded graphite powder (PF Powder 4, manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.) Bulk density 0.039 g / cm 3 , average particle size 300-500
μm) (weight ratio 1: 1) was dispersed in an aqueous solution of carboxymethylcellulose (CMC) and paper-made on a wire mesh to obtain a conductive sheet A having a coarse porous structure. (2) Preparation of conductive sheet having dense porous structure on coarse sheet Acetylene black (DENKA BLACK, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., particle size 42 nm) and PFA aqueous dispersion (Neoflon PFA, Daikin Industries, Ltd.) (Manufactured by Co., Ltd.) (solid content ratio by weight: 4: 1) is applied to the surface of the sheet A by a screen printing method to form a rough porous sheet A and a dense porous structure sheet B. An integrated dense and dense structure conductive sheet C was produced. (3) Performance of Sheet The obtained sheet C has a basis weight of 70 g / m 2 (weight ratio between the coarse layer and the dense layer is 6: 1) and a CMC content of 1.3.
%, The content of PFA was 2.9%, and the conductive sheet was a dense / dense structure conductive sheet composed of a surface A having a coarse porous structure and a surface B having a dense porous structure. The electric resistance of this sheet C was 20 mΩ · cm 2 , and the gas permeation resistance was 500 Pa. As compared with Example 7, the gas permeation performance was poor.
【0110】実施例8 (1)粗な多孔質構造を有する導電性シートの作成 長さ12mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
膨張黒鉛粉末(PFパウダー4、東洋炭素(株)製、か
さ密度0.039g/cm3、平均粒径300〜500
μm)(重量比1:1)をカルボキシメチルセルロース
(CMC)水溶液中で分散、金網上に抄造し、粗な多孔
質構造を有する導電性シートAを得た。 (2)粗なシート上への密な多孔質構造を有する導電性
シートの作成 長さ30μmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
アセチレンブラック(DENKA BLACK、電気化
学工業(株)製、粒径42nm)とPTFE水分散液
(ポリフロンPTFE、ダイキン工業(株)製)との混
合液(固形分重量比3:1:1)を、シートAの表面に
スクリーン印刷法により塗布した。このシートを380
℃で焼成し、粗な多孔質構造のシートAと密な多孔質構
造のシートBの一体となった粗密構造導電性シートCを
作成した。 (3)シートの性能 得られたシートCは、目付けが70g/m2(粗な層と
密な層の重量比は6:1)、CMCの含有率が1.3
%、PTFEの含有率が2.9%であり、粗な多孔質構
造を有するA面と密な多孔質構造を有するB面からなる
粗密構造導電性シートであった。このシートCの電気抵
抗は20mΩ・cm2、ガス透過抵抗は100Paであ
った。このシートの密な多孔質構造のB面に触媒層をス
クリーン印刷法により塗布したが、均一は触媒層が得ら
れ浸み込みも少なく良好な塗布性能であった。Example 8 (1) Preparation of a Conductive Sheet Having a Rough Porous Structure Short fibers of PAN-based carbon fibers cut to a length of 12 mm and expanded graphite powder (PF Powder 4, manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.) Bulk density 0.039 g / cm 3 , average particle size 300-500
μm) (weight ratio 1: 1) was dispersed in an aqueous solution of carboxymethylcellulose (CMC) and paper-made on a wire mesh to obtain a conductive sheet A having a coarse porous structure. (2) Preparation of Conductive Sheet Having Dense Porous Structure on Rough Sheet Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 30 μm and acetylene black (DENKA BLACK, manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK) A mixture (diameter: 42 nm) of an aqueous dispersion of PTFE (polyfluorocarbon PTFE, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) (solid content weight ratio: 3: 1: 1) was applied to the surface of the sheet A by a screen printing method. 380 of this sheet
The resultant was baked at a temperature of ° C. to prepare a dense / dense structure conductive sheet C in which a coarse porous structure sheet A and a dense porous structure sheet B were integrated. (3) Performance of Sheet The obtained sheet C has a basis weight of 70 g / m 2 (weight ratio between the coarse layer and the dense layer is 6: 1) and a CMC content of 1.3.
%, The content of PTFE was 2.9%, and the conductive sheet was a dense / dense structure conductive sheet composed of a surface A having a coarse porous structure and a surface B having a dense porous structure. The electric resistance of this sheet C was 20 mΩ · cm 2 , and the gas permeation resistance was 100 Pa. A catalyst layer was applied to the dense porous structure B side of the sheet by screen printing, but the catalyst layer was obtained uniformly, with little penetration and good application performance.
【0111】実施例9 (1)粗な多孔質構造を有する導電性シートの作成 長さ12mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
膨張黒鉛粉末(PFパウダー4、東洋炭素(株)製、か
さ密度0.039g/cm3、平均粒径300〜500
μm)(重量比1:1)をカルボキシメチルセルロース
(CMC)水溶液中で分散、金網上に抄造し、粗な多孔
質構造を有する導電性シートAを得た。 (2)粗なシート上への密な多孔質構造を有する導電性
シートの作成 長さ30μmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
アセチレンブラック(DENKA BLACK、電気化
学工業(株)製、粒径42nm)とFEP水分散液(ネ
オフロンFEP、ダイキン工業(株)製)との混合液
(固形分重量比3:1:1)を、シートAの表面にスク
リーン印刷法により塗布した。このシートを270℃で
焼成し、粗な多孔質構造のシートAと密な多孔質構造の
シートBの一体となった粗密構造導電性シートCを作成
した。 (3)シートの性能 得られたシートCは、目付けが70g/m2(粗な層と
密な層の重量比は6:1)、CMCの含有率が1.3
%、FEPの含有率が2.9%であり、粗な多孔質構造
を有するA面と密な多孔質構造を有するB面からなる粗
密構造導電性シートであった。このシートCの電気抵抗
は20mΩ・cm2、ガス透過抵抗は100Paであっ
た。このシートの密な多孔質構造のB面に触媒層をスク
リーン印刷法により塗布したが、均一は触媒層が得られ
浸み込みも少なく良好な塗布性能であった。Example 9 (1) Preparation of Conductive Sheet Having Coarse Porous Structure Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 12 mm and expanded graphite powder (PF Powder 4, manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.) Bulk density 0.039 g / cm 3 , average particle size 300-500
μm) (weight ratio 1: 1) was dispersed in an aqueous solution of carboxymethylcellulose (CMC) and paper-made on a wire mesh to obtain a conductive sheet A having a coarse porous structure. (2) Preparation of Conductive Sheet Having Dense Porous Structure on Rough Sheet Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 30 μm and acetylene black (DENKA BLACK, manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK) A mixture (diameter: 42 nm) of an aqueous dispersion of FEP (neoflon FEP, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) (solids ratio by weight: 3: 1: 1) was applied to the surface of the sheet A by a screen printing method. This sheet was fired at 270 ° C. to prepare a dense / dense structure conductive sheet C in which a coarse porous sheet A and a dense porous sheet B were integrated. (3) Performance of Sheet The obtained sheet C has a basis weight of 70 g / m 2 (weight ratio between the coarse layer and the dense layer is 6: 1) and a CMC content of 1.3.
%, The FEP content was 2.9%, and the conductive sheet was a dense / dense structure conductive sheet composed of a surface A having a coarse porous structure and a surface B having a dense porous structure. The electric resistance of this sheet C was 20 mΩ · cm 2 , and the gas permeation resistance was 100 Pa. A catalyst layer was applied to the dense porous structure B side of the sheet by screen printing, but the catalyst layer was obtained uniformly, with little penetration and good application performance.
【0112】実施例10 (1)粗な多孔質構造を有する導電性シートの作成 長さ12mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
膨張黒鉛粉末(PFパウダー4、東洋炭素(株)製、か
さ密度0.039g/cm3、平均粒径300〜500
μm)(重量比1:1)をカルボキシメチルセルロース
(CMC)水溶液中で分散、金網上に抄造し、粗な多孔
質構造を有する導電性シートAを得た。 (2)粗なシート上への密な多孔質構造を有する導電性
シートの作成 長さ30μmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
アセチレンブラック(DENKA BLACK、電気化
学工業(株)製、粒径42nm)とPVDFのNMP溶
液との混合液(固形分重量比3:1:1)を、シートA
の表面にスクリーン印刷法により塗布し、粗な多孔質構
造のシートAと密な多孔質構造のシートBの一体となっ
た粗密構造導電性シートCを作成した。 (3)シートの性能 得られたシートCは、目付けが70g/m2(粗な層と
密な層の重量比は6:1)、CMCの含有率が1.3
%、PVDFの含有率が2.9%であり、粗な多孔質構
造を有するA面と密な多孔質構造を有するB面からなる
粗密構造導電性シートであった。このシートCの電気抵
抗は20mΩ・cm2、ガス透過抵抗は100Paであ
った。このシートCの密な多孔質構造のB面の表面を走
査型電子顕微鏡(SEM)観察した結果を図5に示す。
また、このシートCの密な多孔質構造のB面に実施例7
と同じように触媒層をスクリーン印刷法により塗布し
た。塗布量は1mg/cm2であった。この触媒層表面
をSEM観察した結果を図6に示す。均一な触媒層が得
られ浸み込みも少なく良好な塗布性能であった。この触
媒層付き電極基材を実施例7と同様にMEA作成し、燃
料電池においてI−V測定を行った。限界電流は2A/
cm2であり、優れた高出力特性を示した。Example 10 (1) Preparation of Conductive Sheet Having Rough Porous Structure Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 12 mm and expanded graphite powder (PF Powder 4, manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.) Bulk density 0.039 g / cm 3 , average particle size 300-500
μm) (weight ratio 1: 1) was dispersed in an aqueous solution of carboxymethylcellulose (CMC) and paper-made on a wire mesh to obtain a conductive sheet A having a coarse porous structure. (2) Preparation of Conductive Sheet Having Dense Porous Structure on Rough Sheet Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 30 μm and acetylene black (DENKA BLACK, manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK) A mixture of PVDF NMP solution (solid diameter ratio: 3: 1: 1) with a sheet A
The surface was coated by a screen printing method to prepare a dense / dense structure conductive sheet C in which a coarse porous sheet A and a dense porous structure sheet B were integrated. (3) Performance of Sheet The obtained sheet C has a basis weight of 70 g / m 2 (weight ratio between the coarse layer and the dense layer is 6: 1) and a CMC content of 1.3.
%, The PVDF content was 2.9%, and the conductive sheet was a coarse-dense structure conductive sheet composed of surface A having a coarse porous structure and surface B having a dense porous structure. The electric resistance of this sheet C was 20 mΩ · cm 2 , and the gas permeation resistance was 100 Pa. FIG. 5 shows the result of observing the surface of the side B of the dense porous structure of the sheet C with a scanning electron microscope (SEM).
In addition, Example 7 was applied to the B side of the dense porous structure of the sheet C.
The catalyst layer was applied by the screen printing method in the same manner as in the above. The applied amount was 1 mg / cm 2 . FIG. 6 shows the result of SEM observation of the surface of the catalyst layer. A uniform catalyst layer was obtained, with little penetration and good coating performance. This electrode substrate with a catalyst layer was prepared by MEA in the same manner as in Example 7, and the IV measurement was performed in a fuel cell. The limit current is 2A /
cm 2 , showing excellent high-output characteristics.
【0113】実施例11 (1)粗な多孔質構造を有する導電性シートの作成 長さ12mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
膨張黒鉛粉末(PFパウダー4、東洋炭素(株)製、か
さ密度0.039g/cm3、平均粒径300〜500
μm)(重量比1:1)をカルボキシメチルセルロース
(CMC)水溶液中で分散、金網上に抄造し、粗な多孔
質構造を有する導電性シートAを得た。 (2)粗なシート上への密な多孔質構造を有する導電性
シートの作成 粒径6μmの黒鉛粒子(MCMB−6−28、大阪ガス
(株)製)とアセチレンブラック(DENKA BLA
CK、電気化学工業(株)製、粒径42nm)とPFA
水分散液(ネオフロンPFA、ダイキン工業(株)製)
との混合液(固形分重量比3:1:1)を、シートAの
表面にスクリーン印刷法により塗布し、粗な多孔質構造
のシートAと密な多孔質構造のシートBの一体となった
粗密構造導電性シートCを作成した。 (3)シートの性能 得られたシートCは、目付けが70g/m2(粗な層と
密な層の重量比は6:1)、CMCの含有率が1.3
%、PFAの含有率が2.9%であり、粗な多孔質構造
を有するA面と密な多孔質構造を有するB面からなる粗
密構造導電性シートであった。このシートCの電気抵抗
は20mΩ・cm2、ガス透過抵抗は150Paであっ
た。このシートの密な多孔質構造のB面に触媒層をスク
リーン印刷法により塗布したが、均一は触媒層が得られ
浸み込みも少なく良好な塗布性能であった。Example 11 (1) Preparation of Conductive Sheet Having Rough Porous Structure Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 12 mm and expanded graphite powder (PF Powder 4, manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.) Bulk density 0.039 g / cm 3 , average particle size 300-500
μm) (weight ratio 1: 1) was dispersed in an aqueous solution of carboxymethylcellulose (CMC) and paper-made on a wire mesh to obtain a conductive sheet A having a coarse porous structure. (2) Preparation of a conductive sheet having a dense porous structure on a coarse sheet Graphite particles (MCMB-6-28, manufactured by Osaka Gas Co., Ltd.) having a particle size of 6 μm and acetylene black (DENKA BLA)
CK, manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK, particle size 42 nm) and PFA
Aqueous dispersion (Neoflon PFA, manufactured by Daikin Industries, Ltd.)
(A solid content weight ratio of 3: 1: 1) is applied to the surface of the sheet A by a screen printing method to form a sheet A having a coarse porous structure and a sheet B having a dense porous structure. A dense and dense structure conductive sheet C was produced. (3) Performance of Sheet The obtained sheet C has a basis weight of 70 g / m 2 (weight ratio between the coarse layer and the dense layer is 6: 1) and a CMC content of 1.3.
%, The content of PFA was 2.9%, and the conductive sheet was a dense / dense structure conductive sheet composed of a surface A having a coarse porous structure and a surface B having a dense porous structure. The electric resistance of this sheet C was 20 mΩ · cm 2 , and the gas permeation resistance was 150 Pa. A catalyst layer was applied to the dense porous structure B side of the sheet by screen printing, but the catalyst layer was obtained uniformly, with little penetration and good application performance.
【0114】実施例12 (1)粗な多孔質構造を有する導電性シートの作成 長さ12mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
膨張黒鉛粉末(PFパウダー4、東洋炭素(株)製、か
さ密度0.039g/cm3、平均粒径300〜500
μm)を含む(重量比1:1)カルボキシメチルセルロ
ース(CMC)水溶液中で分散、金網上に抄造し、粗な
多孔質構造を有する導電性シートAを得た。 (2)粗なシート上への密な多孔質構造を有する導電性
シートの作成 粒径10μmの黒鉛粒子(MCMB−10−28、大阪
ガス(株)製)とアセチレンブラック(DENKA B
LACK、電気化学工業(株)製、粒径42nm)とP
FA水分散液(ネオフロンPFA、ダイキン工業(株)
製)との混合液(固形分重量比3:1:1)を、シート
Aの表面にスクリーン印刷法により塗布し、粗な多孔質
構造のシートAと密な多孔質構造のシートBの一体とな
った粗密構造導電性シートCを作成した。 (3)シートの性能 得られたシートCは、目付けが70g/m2(粗な層と
密な層の重量比は6:1)、CMCの含有率が1.3
%、PFAの含有率が2.9%であり、粗な多孔質構造
を有するA面と密な多孔質構造を有するB面からなる粗
密構造導電性シートであった。このシートCの電気抵抗
は20mΩ・cm2、ガス透過抵抗は100Paであっ
た。このシートの密な多孔質構造のB面に触媒層をスク
リーン印刷法により塗布したが、均一は触媒層が得られ
浸み込みも少なく良好な塗布性能であった。Example 12 (1) Preparation of Conductive Sheet Having Coarse Porous Structure Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 12 mm and expanded graphite powder (PF Powder 4, manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.) Bulk density 0.039 g / cm 3 , average particle size 300-500
μm) (weight ratio 1: 1) in carboxymethylcellulose (CMC) aqueous solution and paper-made on a wire mesh to obtain conductive sheet A having a coarse porous structure. (2) Preparation of a conductive sheet having a dense porous structure on a coarse sheet Graphite particles (MCMB-10-28, manufactured by Osaka Gas Co., Ltd.) having a particle size of 10 μm and acetylene black (DENKA B)
LACK, manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK, particle size 42 nm) and P
FA aqueous dispersion (Neoflon PFA, Daikin Industries, Ltd.)
(Solid content weight ratio: 3: 1: 1) is applied to the surface of the sheet A by a screen printing method, and the sheet A having a coarse porous structure and the sheet B having a dense porous structure are integrated. A conductive sheet C having a dense and dense structure was prepared. (3) Performance of Sheet The obtained sheet C has a basis weight of 70 g / m 2 (weight ratio between the coarse layer and the dense layer is 6: 1) and a CMC content of 1.3.
%, The content of PFA was 2.9%, and the conductive sheet was a dense / dense structure conductive sheet composed of a surface A having a coarse porous structure and a surface B having a dense porous structure. The electric resistance of this sheet C was 20 mΩ · cm 2 , and the gas permeation resistance was 100 Pa. A catalyst layer was applied to the dense porous structure B side of the sheet by screen printing, but the catalyst layer was obtained uniformly, with little penetration and good application performance.
【0115】実施例13 (1)粗な多孔質構造を有する導電性シートの作成 長さ12mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
膨張黒鉛粉末(PFパウダー4、東洋炭素(株)製、か
さ密度0.039g/cm3、平均粒径300〜500
μm)(重量比1:1)をポリビニルアルコール(PV
A)水溶液中で分散、金網上に抄造し、粗な多孔質構造
を有する導電性シートAを得た。 (2)粗なシート上への密な多孔質構造を有する導電性
シートの作成 長さ30μmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
アセチレンブラック(DENKA BLACK、電気化
学工業(株)製、粒径42nm)とPFA水分散液(ネ
オフロンPFA、ダイキン工業(株)製)との混合液
(固形分重量比3:1:1)を、シートAの表面にスク
リーン印刷法により塗布し、粗な多孔質構造のシートA
と密な多孔質構造のシートBの一体となった粗密構造導
電性シートCを作成した。 (3)シートの性能 得られたシートCは、目付けが70g/m2(粗な層と
密な層の重量比は6:1)、PVAの含有率が4.3
%、PFAの含有率が2.9%であり、粗な多孔質構造
を有するA面と密な多孔質構造を有するB面からなる粗
密構造導電性シートであった。このシートCの電気抵抗
は20mΩ・cm2、ガス透過抵抗は100Paであっ
た。このシートの密な多孔質構造のB面に触媒層をスク
リーン印刷法により塗布したが、均一は触媒層が得られ
浸み込みも少なく良好な塗布性能であった。Example 13 (1) Preparation of Conductive Sheet Having Coarse Porous Structure Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 12 mm and expanded graphite powder (PF Powder 4, manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.) Bulk density 0.039 g / cm 3 , average particle size 300-500
μm) (weight ratio 1: 1) with polyvinyl alcohol (PV
A) Dispersion in an aqueous solution and papermaking on a wire mesh to obtain a conductive sheet A having a coarse porous structure. (2) Preparation of Conductive Sheet Having Dense Porous Structure on Rough Sheet Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 30 μm and acetylene black (DENKA BLACK, manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK) A mixture (diameter: 42 nm) of an aqueous dispersion of PFA (neoflon PFA, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) (solids weight ratio: 3: 1: 1) was applied to the surface of the sheet A by a screen printing method. Sheet A with porous structure
And a dense / dense conductive sheet C integrated with a sheet B having a dense porous structure. (3) Performance of Sheet The obtained sheet C has a basis weight of 70 g / m 2 (weight ratio of the coarse layer to the dense layer is 6: 1) and a PVA content of 4.3.
%, The content of PFA was 2.9%, and the conductive sheet was a dense / dense structure conductive sheet composed of a surface A having a coarse porous structure and a surface B having a dense porous structure. The electric resistance of this sheet C was 20 mΩ · cm 2 , and the gas permeation resistance was 100 Pa. A catalyst layer was applied to the dense porous structure B side of the sheet by screen printing, but the catalyst layer was obtained uniformly, with little penetration and good application performance.
【0116】実施例14 (1)粗な多孔質構造を有する導電性シートの作成 長さ12mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
膨張黒鉛粉末(PFパウダー4、東洋炭素(株)製、か
さ密度0.039g/cm3、平均粒径300〜500
μm)(重量比1:1)をポリビニルアルコール(PV
A)とポリビニル酢酸(PVAc)の混合(PVAとP
VAcの重量比1:3)水溶液中で分散、金網上に抄造
し、粗な多孔質構造を有する導電性シートAを得た。 (2)粗なシート上への密な多孔質構造を有する導電性
シートの作成 長さ30μmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
アセチレンブラック(DENKA BLACK、電気化
学工業(株)製、粒径42nm)とPFA水分散液(ネ
オフロンPFA、ダイキン工業(株)製)との混合液
(固形分重量比3:1:1)を、シートAの表面にスク
リーン印刷法により塗布し、粗な多孔質構造のシートA
と密な多孔質構造のシートBの一体となった粗密構造導
電性シートCを作成した。 (3)シートの性能 得られたシートCは、目付けが70g/m2(粗な層と
密な層の重量比は6:1)、PVAの含有率が1.1
%、PVAcの含有率が3.2%、PFAの含有率が
2.9%であり、粗な多孔質構造を有するA面と密な多
孔質構造を有するB面からなる粗密構造導電性シートで
あった。このシートCの電気抵抗は20mΩ・cm2、
ガス透過抵抗は100Paであった。このシートの密な
多孔質構造のB面に触媒層をスクリーン印刷法により塗
布したが、均一は触媒層が得られ浸み込みも少なく良好
な塗布性能であった。Example 14 (1) Preparation of Conductive Sheet Having Rough Porous Structure Short fibers of PAN-based carbon fibers cut to a length of 12 mm and expanded graphite powder (PF Powder 4, manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.) Bulk density 0.039 g / cm 3 , average particle size 300-500
μm) (weight ratio 1: 1) with polyvinyl alcohol (PV
A) and a mixture of polyvinyl acetic acid (PVAc) (PVA and P
VAc (weight ratio of 1: 3) was dispersed in an aqueous solution and paper-made on a wire mesh to obtain a conductive sheet A having a coarse porous structure. (2) Preparation of Conductive Sheet Having Dense Porous Structure on Rough Sheet Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 30 μm and acetylene black (DENKA BLACK, manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK) A mixture (diameter: 42 nm) of an aqueous dispersion of PFA (neoflon PFA, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) (solids weight ratio: 3: 1: 1) was applied to the surface of the sheet A by a screen printing method. Sheet A with porous structure
And a dense / dense conductive sheet C integrated with a sheet B having a dense porous structure. (3) Performance of Sheet The obtained sheet C has a basis weight of 70 g / m 2 (weight ratio of the coarse layer to the dense layer is 6: 1) and a PVA content of 1.1.
%, The content of PVAc is 3.2%, the content of PFA is 2.9%, and the dense and dense structure conductive sheet is composed of the A surface having a coarse porous structure and the B surface having a dense porous structure. Met. The electric resistance of this sheet C is 20 mΩ · cm 2 ,
The gas permeation resistance was 100 Pa. A catalyst layer was applied to the dense porous structure B side of the sheet by screen printing, but the catalyst layer was obtained uniformly, with little penetration and good application performance.
【0117】実施例15 (1)粗密構造導電性シートの作成 長さ30μmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
アセチレンブラック(DENKA BLACK、電気化
学工業(株)製、粒径42nm)とPFA水分散液(ネ
オフロンPFA、ダイキン工業(株)製)との混合液
(固形分重量比3:1:1)を、炭素繊維織物(E−T
EK製クロス、目付け120g/m2、シートAとす
る)の表面にスクリーン印刷法により塗布し、粗な多孔
質構造のシートAと密な多孔質構造のシートBの一体と
なった粗密構造導電性シートCを作成した。 (3)シートの性能 得られたシートCは、目付けが130g/m2(粗な層
と密な層の重量比は12:1)、PFAの含有率が1.
5%であり、粗な多孔質構造を有するA面と密な多孔質
構造を有するB面からなる粗密構造導電性シートであっ
た。このシートCの電気抵抗は20mΩ・cm2、ガス
透過抵抗は100Paであった。このシートの密な多孔
質構造のB面に触媒層をスクリーン印刷法により塗布し
たが、均一は触媒層が得られ浸み込みも少なく良好な塗
布性能であった。Example 15 (1) Preparation of conductive sheet with coarse and dense structure Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 30 μm, acetylene black (DENKA BLACK, manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK, particle size 42 nm) and PFA A mixed solution (solid weight ratio: 3: 1: 1) with an aqueous dispersion (Neoflon PFA, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) was applied to a carbon fiber fabric (ET).
EK cloth, basis weight 120 g / m 2 , sheet A) is applied by screen printing to the surface of the coarse-porous structure sheet A and the dense porous structure sheet B. A sheet C was prepared. (3) Performance of Sheet The obtained sheet C has a basis weight of 130 g / m 2 (weight ratio of the coarse layer to the dense layer is 12: 1) and a PFA content of 1.
5%, which was a dense / dense structure conductive sheet composed of surface A having a coarse porous structure and surface B having a dense porous structure. The electric resistance of this sheet C was 20 mΩ · cm 2 , and the gas permeation resistance was 100 Pa. A catalyst layer was applied to the dense porous structure B side of the sheet by screen printing, but the catalyst layer was obtained uniformly, with little penetration and good application performance.
【0118】実施例16 (1)粗な多孔質構造を有する導電性シートの作成 長さ12mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
膨張黒鉛粉末(PFパウダー4、東洋炭素(株)製、か
さ密度0.039g/cm3、平均粒径300〜500
μm)(重量比1:1)をカルボキシメチルセルロース
(CMC)水溶液中で分散、金網上に抄造し、粗な多孔
質構造を有する導電性シートAを得た。 (2)粗なシート上への密な多孔質構造を有する導電性
シートの作成 長さ30μmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
ケッチェンブラック(ライオン(株)製、粒径30n
m)とPFA水分散液(ネオフロンPFA、ダイキン工
業(株)製)との混合液(固形分重量比3:1:1)
を、シートAの表面にスクリーン印刷法により塗布し
た。このシートを400℃で焼成し、粗な多孔質構造の
シートAと密な多孔質構造のシートBの一体となった粗
密構造導電性シートCを作成した。 (3)シートの性能 得られたシートCは、目付けが70g/m2(粗な層と
密な層の重量比は6:1)、CMCの含有率が1.3
%、PFAの含有率が2.9%であり、粗な多孔質構造
を有するA面と密な多孔質構造を有するB面からなる粗
密構造導電性シートであった。このシートCの電気抵抗
は20mΩ・cm2、ガス透過抵抗は100Paであっ
た。このシートの密な多孔質構造のB面に触媒層をスク
リーン印刷法により塗布したが、均一は触媒層が得られ
浸み込みも少なく良好な塗布性能であった。Example 16 (1) Preparation of Conductive Sheet Having Coarse Porous Structure Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 12 mm and expanded graphite powder (PF Powder 4, manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.) Bulk density 0.039 g / cm 3 , average particle size 300-500
μm) (weight ratio 1: 1) was dispersed in an aqueous solution of carboxymethylcellulose (CMC) and paper-made on a wire mesh to obtain a conductive sheet A having a coarse porous structure. (2) Preparation of Conductive Sheet Having Dense Porous Structure on Coarse Sheet Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 30 μm and Ketjen Black (Lion Co., Ltd., particle size 30 n
m) and an aqueous dispersion of PFA (neoflon PFA, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) (solids weight ratio 3: 1: 1)
Was applied to the surface of the sheet A by a screen printing method. This sheet was fired at 400 ° C. to prepare a dense / dense conductive sheet C in which a coarse porous sheet A and a dense porous structure sheet B were integrated. (3) Performance of Sheet The obtained sheet C has a basis weight of 70 g / m 2 (weight ratio between the coarse layer and the dense layer is 6: 1) and a CMC content of 1.3.
%, The content of PFA was 2.9%, and the conductive sheet was a dense / dense structure conductive sheet composed of a surface A having a coarse porous structure and a surface B having a dense porous structure. The electric resistance of this sheet C was 20 mΩ · cm 2 , and the gas permeation resistance was 100 Pa. A catalyst layer was applied to the dense porous structure B side of the sheet by screen printing, but the catalyst layer was obtained uniformly, with little penetration and good application performance.
【0119】実施例17 (1)粗な多孔質構造を有する導電性シートの作成 長さ12mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
膨張黒鉛粉末(PFパウダー4、東洋炭素(株)製、か
さ密度0.039g/cm3、平均粒径300〜500
μm)を(重量比1:1)含むカルボキシメチルセルロ
ース(CMC)水溶液中で分散、金網上に抄造し、粗な
多孔質構造を有する導電性シートAを得た。 (2)粗なシート上への密な多孔質構造を有する導電性
シートの作成 長さ30μmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
カーボンブラック(VulcanXC−72、Cabo
t社製、粒径30nm)とPFA水分散液(ネオフロン
PFA、ダイキン工業(株)製)との混合液(固形分重
量比3:1:1)を、シートAの表面にスクリーン印刷
法により塗布した。このシートを400℃で焼成し、粗
な多孔質構造のシートAと密な多孔質構造のシートBの
一体となった粗密構造導電性シートCを作成した。 (3)シートの性能 得られたシートCは、目付けが70g/m2(粗な層と
密な層の重量比は6:1)、CMCの含有率が1.3
%、PFAの含有率が2.9%であり、粗な多孔質構造
を有するA面と密な多孔質構造を有するB面からなる粗
密構造導電性シートであった。このシートCの電気抵抗
は20mΩ・cm2、ガス透過抵抗は100Paであっ
た。このシートの密な多孔質構造のB面に触媒層をスク
リーン印刷法により塗布したが、均一は触媒層が得られ
浸み込みも少なく良好な塗布性能であった。Example 17 (1) Preparation of Conductive Sheet Having Rough Porous Structure Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 12 mm and expanded graphite powder (PF Powder 4, manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.) Bulk density 0.039 g / cm 3 , average particle size 300-500
μm) (weight ratio 1: 1) in an aqueous carboxymethylcellulose (CMC) solution and paper-made on a wire mesh to obtain a conductive sheet A having a coarse porous structure. (2) Preparation of a conductive sheet having a dense porous structure on a coarse sheet Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 30 μm and carbon black (Vulcan XC-72, Cabo)
A liquid mixture of PFA aqueous dispersion (Neoflon PFA, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) (solid content weight ratio: 3: 1: 1) was coated on the surface of sheet A by a screen printing method. Applied. This sheet was fired at 400 ° C. to prepare a dense / dense conductive sheet C in which a coarse porous sheet A and a dense porous structure sheet B were integrated. (3) Performance of Sheet The obtained sheet C has a basis weight of 70 g / m 2 (weight ratio between the coarse layer and the dense layer is 6: 1) and a CMC content of 1.3.
%, The content of PFA was 2.9%, and the conductive sheet was a dense / dense structure conductive sheet composed of a surface A having a coarse porous structure and a surface B having a dense porous structure. The electric resistance of this sheet C was 20 mΩ · cm 2 , and the gas permeation resistance was 100 Pa. A catalyst layer was applied to the dense porous structure B side of the sheet by screen printing, but the catalyst layer was obtained uniformly, with little penetration and good application performance.
【0120】実施例18 (1)粗な多孔質構造を有する導電性シートの作成 長さ12mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
膨張黒鉛粉末(PFパウダー4、東洋炭素(株)製、か
さ密度0.039g/cm3、平均粒径300〜500
μm)(重量比1:1)をカルボキシメチルセルロース
(CMC)水溶液中で分散、金網上に抄造し、粗な多孔
質構造を有する導電性シートAを得た。 (2)粗なシート上への密な多孔質構造を有する導電性
シートの作成 長さ30μmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
アセチレンブラック(DENKA BLACK、電気化
学工業(株)製、粒径42nm)とPVDFのNMP溶
液との混合液(固形分重量比3:1:1)を、シートA
の表面にスクリーン印刷法により塗布後、直ちにメタノ
ールに浸漬し湿式凝固を行った。10分後に取り出し9
0℃にて乾燥し、粗な多孔質構造のシートAと密な多孔
質構造のシートBの一体となった粗密構造導電性シート
Cを作成した。 (3)シートの性能 得られたシートCは、目付けが70g/m2(粗な層と
密な層の重量比は6:1)、CMCの含有率が1.3
%、PVDFの含有率が2.9%であり、粗な多孔質構
造を有するA面と密な多孔質構造を有するB面からなる
粗密構造導電性シートであった。このシートCの電気抵
抗は20mΩ・cm2、ガス透過抵抗は100Paであ
った。このシートCの密な多孔質構造のB面に実施例7
と同じように触媒層をスクリーン印刷法により塗布し
た。塗布量は1mg/cm2であり、均一な触媒層が得
られ浸み込みも少なく良好な塗布性能であった。この触
媒層付き電極基材を実施例7と同様にMEA作成し、燃
料電池においてI−V測定を行った。限界電流は2A/
cm2であり、優れた高出力特性を示した。Example 18 (1) Preparation of Conductive Sheet Having Rough Porous Structure Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 12 mm and expanded graphite powder (PF Powder 4, manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.) Bulk density 0.039 g / cm 3 , average particle size 300-500
μm) (weight ratio 1: 1) was dispersed in an aqueous solution of carboxymethylcellulose (CMC) and paper-made on a wire mesh to obtain a conductive sheet A having a coarse porous structure. (2) Preparation of Conductive Sheet Having Dense Porous Structure on Rough Sheet Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 30 μm and acetylene black (DENKA BLACK, manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK) A mixture of PVDF NMP solution (solid diameter ratio: 3: 1: 1) with a sheet A
Immediately after coating on the surface of the sample by screen printing, it was immersed in methanol to perform wet coagulation. Remove after 10 minutes 9
The resultant was dried at 0 ° C. to prepare a coarse / dense structure conductive sheet C in which a coarse porous structure sheet A and a dense porous structure sheet B were integrated. (3) Performance of Sheet The obtained sheet C has a basis weight of 70 g / m 2 (weight ratio between the coarse layer and the dense layer is 6: 1) and a CMC content of 1.3.
%, The PVDF content was 2.9%, and the conductive sheet was a coarse-dense structure conductive sheet composed of surface A having a coarse porous structure and surface B having a dense porous structure. The electric resistance of this sheet C was 20 mΩ · cm 2 , and the gas permeation resistance was 100 Pa. Example 7 was applied to the B side of the dense porous structure of the sheet C.
The catalyst layer was applied by the screen printing method in the same manner as in the above. The coating amount was 1 mg / cm 2 , a uniform catalyst layer was obtained, the penetration was small, and the coating performance was good. This electrode substrate with a catalyst layer was prepared by MEA in the same manner as in Example 7, and the IV measurement was performed in a fuel cell. The limit current is 2A /
cm 2 , showing excellent high-output characteristics.
【0121】実施例19 (1)粗な多孔質構造を有する導電性シートの作成 長さ12mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
膨張黒鉛粉末(PFパウダー4、東洋炭素(株)製、か
さ密度0.039g/cm3、平均粒径300〜500
μm)(重量比1:1)をカルボキシメチルセルロース
(CMC)水溶液中で分散、金網上に抄造し、粗な多孔
質構造を有する導電性シートAを得た。 (2)粗なシート上への密な多孔質構造を有する導電性
シートの作成 長さ30μmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
アセチレンブラック(DENKA BLACK、電気化
学工業(株)製、粒径42nm)とPFA水分散液(ネ
オフロンPFA、ダイキン工業(株)製)との混合液
(固形分重量比3:1:1)を、シートAの表面にスク
リーン印刷法により塗布した。このシートを400℃で
焼成し、粗な多孔質構造のシートAと密な多孔質構造の
シートBの一体となった粗密構造導電性シートCを作成
した。 (3)シートの性能 得られたシートCは、目付けが70g/m2(粗な層と
密な層の重量比は6:1)、CMCの含有率が1.3
%、PFAの含有率が2.9%であり、粗な多孔質構造
を有するA面と密な多孔質構造を有するB面からなる粗
密構造導電性シートであった。このシートCの電気抵抗
は20mΩ・cm2、ガス透過抵抗は100Paであっ
た。 得られたシートで元々シートB面であった表面上
に、白金担持カーボンとNafion溶液(Aldrich社製)と
の混合液(固形分重量比1:1)をスクリーン印刷法に
より塗布し、直ちにメタノールに浸漬した。10分間浸
漬後90℃で乾燥した。得られた電極触媒層は、白金の
付き量0.5mg/cm2であり、三次元網目状微多孔
構造を有しており、シートへの浸み込みも少ない触媒層
が形成できた。この触媒層付き電極基材を実施例7と同
様にMEA作成し、燃料電池においてI−V測定を行っ
た。限界電流は2A/cm2であり、優れた高出力特性
を示した。Example 19 (1) Preparation of Conductive Sheet Having Coarse Porous Structure Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 12 mm and expanded graphite powder (PF Powder 4, manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.) Bulk density 0.039 g / cm 3 , average particle size 300-500
μm) (weight ratio 1: 1) was dispersed in an aqueous solution of carboxymethylcellulose (CMC) and paper-made on a wire mesh to obtain a conductive sheet A having a coarse porous structure. (2) Preparation of Conductive Sheet Having Dense Porous Structure on Rough Sheet Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 30 μm and acetylene black (DENKA BLACK, manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK) A mixture (diameter: 42 nm) of an aqueous dispersion of PFA (neoflon PFA, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) (solids ratio by weight: 3: 1: 1) was applied to the surface of the sheet A by a screen printing method. This sheet was fired at 400 ° C. to prepare a dense / dense conductive sheet C in which a coarse porous sheet A and a dense porous structure sheet B were integrated. (3) Performance of Sheet The obtained sheet C has a basis weight of 70 g / m 2 (weight ratio between the coarse layer and the dense layer is 6: 1) and a CMC content of 1.3.
%, The content of PFA was 2.9%, and the conductive sheet was a dense / dense structure conductive sheet composed of a surface A having a coarse porous structure and a surface B having a dense porous structure. The electric resistance of this sheet C was 20 mΩ · cm 2 , and the gas permeation resistance was 100 Pa. A mixture of platinum-supported carbon and a Nafion solution (manufactured by Aldrich) (solid content ratio by weight: 1: 1) was applied by screen printing onto the surface of sheet B, which was originally a sheet of the obtained sheet. Immersion. After immersion for 10 minutes, it was dried at 90 ° C. The obtained electrode catalyst layer had a coating amount of platinum of 0.5 mg / cm 2 , had a three-dimensional mesh-like microporous structure, and was able to form a catalyst layer with little penetration into the sheet. This electrode substrate with a catalyst layer was prepared by MEA in the same manner as in Example 7, and the IV measurement was performed in a fuel cell. The limiting current was 2 A / cm 2 , showing excellent high output characteristics.
【0122】実施例20 (1)粗密構造導電性シートの作成 粒径6μmの黒鉛粒子(MCMB−6−28、大阪ガス
(株)製)とアセチレンブラック(DENKA BLA
CK、電気化学工業(株)製、粒径42nm)とPFA
水分散液(ネオフロンPFA、ダイキン工業(株)製)
との混合液(固形分重量比3:1:1)を、炭素繊維織
物(E−TEK製クロス、目付け120g/m2、シー
トAとする)の表面にスクリーン印刷法により塗布し、
粗な多孔質構造のシートAと密な多孔質構造のシートB
の一体となった粗密構造導電性シートCを作成した。 (3)シートの性能 得られたシートCは、目付けが130g/m2(粗な層
と密な層の重量比は12:1)、PFAの含有率が1.
5%であり、粗な多孔質構造を有するA面と密な多孔質
構造を有するB面からなる粗密構造導電性シートであっ
た。このシートCの電気抵抗は20mΩ・cm2、ガス
透過抵抗は100Paであった。このシートの密な多孔
質構造のB面に触媒層をスクリーン印刷法により塗布し
たが、均一は触媒層が得られ浸み込みも少なく良好な塗
布性能であった。Example 20 (1) Preparation of a conductive sheet having a dense / dense structure Graphite particles (MCMB-6-28, manufactured by Osaka Gas Co., Ltd.) having a particle size of 6 μm and acetylene black (DENKA BLA)
CK, manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK, particle size 42 nm) and PFA
Aqueous dispersion (Neoflon PFA, manufactured by Daikin Industries, Ltd.)
(A solid content weight ratio of 3: 1: 1) is applied to the surface of a carbon fiber fabric (E-TEK cloth, basis weight 120 g / m 2 , sheet A) by a screen printing method,
Sheet A with coarse porous structure and Sheet B with dense porous structure
Was prepared as a united structure conductive sheet C. (3) Performance of Sheet The obtained sheet C has a basis weight of 130 g / m 2 (weight ratio of the coarse layer to the dense layer is 12: 1) and a PFA content of 1.
5%, which was a dense / dense structure conductive sheet composed of surface A having a coarse porous structure and surface B having a dense porous structure. The electric resistance of this sheet C was 20 mΩ · cm 2 , and the gas permeation resistance was 100 Pa. A catalyst layer was applied to the dense porous structure B side of the sheet by screen printing, but the catalyst layer was obtained uniformly, with little penetration and good application performance.
【0123】実施例21 (1)粗密非対称構造導電性シートの作成 長さ20mmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
膨張黒鉛粉末(PFパウダー4、東洋炭素(株)製、か
さ密度0.039g/cm3、平均粒径300〜500
μm)(重量比1:1)をカルボキシメチルセルロース
(CMC)水溶液中で分散、金網上に抄造し、導電性シ
ートAを得た。Example 21 (1) Preparation of a conductive sheet having a dense and asymmetrical asymmetric structure Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 20 mm and expanded graphite powder (PF Powder 4, manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd. 039 g / cm 3 , average particle size 300-500
μm) (weight ratio 1: 1) was dispersed in an aqueous solution of carboxymethylcellulose (CMC) and paper-made on a wire mesh to obtain a conductive sheet A.
【0124】別に、長さ12mmにカットしたPAN系
炭素繊維の短繊維と膨張黒鉛粉末(PFパウダー4、東
洋炭素(株)製、かさ密度0.039g/cm3、平均
粒径300〜500μm)(重量比1:1)をカルボキ
シメチルセルロース(CMC)水溶液中で分散、金網上
に抄造し、導電性シートBを得た。Separately, short fibers of PAN-based carbon fibers cut to a length of 12 mm and expanded graphite powder (PF Powder 4, manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd., bulk density 0.039 g / cm 3 , average particle diameter 300 to 500 μm) (Weight ratio: 1: 1) was dispersed in an aqueous solution of carboxymethyl cellulose (CMC) and paper-made on a wire mesh to obtain a conductive sheet B.
【0125】上記シートAとシートBを重ねてホットプ
レス(温度:120℃、圧力:1.96MPa)して、
粗密構造導電性シートCを得た。粗な多孔質構造がA面
となり密な多孔質構造がB面となる粗密構造であった。
得られたシートCは、目付けが60g/m2、粗な層と
密な層の重量比は1:1、CMCの含有率が1.5%で
あった。 (2)粗密非対称構造導電性シート上にさらに密な多孔
質構造を有する導電性シートの作成 長さ30μmにカットしたPAN系炭素繊維の短繊維と
アセチレンブラック(DENKA BLACK、電気化
学工業(株)製、粒径42nm)とPFA水分散液(ネ
オフロンPFA、ダイキン工業(株)製)との混合液
(固形分重量比3:1:1)を、シートCの元がB面の
側にスクリーン印刷法により塗布した。このシートを4
00℃で焼成し、元がA面の側が最も粗である粗密非対
称連続多孔質構造導電性シートDを作成した。 (3)シートの性能 得られたシートDは、目付けが70g/m2、CMCの
含有率が1.3%、PFAの含有率が2.9%であり、
元がA面の側が最も粗である粗密連続非対称多孔質構造
導電性シートであった。このシートDの電気抵抗は20
mΩ・cm2、ガス透過抵抗は100Paであった。こ
のシートDの最も密な多孔質構造の面に触媒層をスクリ
ーン印刷法により塗布したが、均一は触媒層が得られ浸
み込みも少なく良好な塗布性能であった。The sheet A and the sheet B are stacked and hot-pressed (temperature: 120 ° C., pressure: 1.96 MPa),
A conductive sheet C having a dense and dense structure was obtained. The coarse porous structure was the A-plane and the dense porous structure was the B-plane.
The obtained sheet C had a basis weight of 60 g / m 2, a weight ratio of the coarse layer to the dense layer of 1: 1, and a CMC content of 1.5%. (2) Preparation of a conductive sheet having a denser porous structure on a dense / dense asymmetric structure conductive sheet Short fibers of PAN-based carbon fiber cut to a length of 30 μm and acetylene black (DENKA BLACK, Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) A liquid mixture (solid weight ratio: 3: 1: 1) of an aqueous dispersion of PFA (neoflon PFA, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) and a PFA aqueous dispersion (diameter: 42 nm) is screened on the side of the side of the sheet C on the B side. It was applied by a printing method. 4 this sheet
The resultant was fired at 00 ° C. to prepare a dense / dense asymmetric continuous porous structure conductive sheet D having the roughest surface on the side of the surface A. (3) Sheet Performance The obtained sheet D had a basis weight of 70 g / m 2 , a CMC content of 1.3%, and a PFA content of 2.9%.
Originally, it was a dense / dense continuous asymmetric porous structure conductive sheet having the coarsest side on the A side. The electric resistance of this sheet D is 20
mΩ · cm 2 and gas permeation resistance were 100 Pa. A catalyst layer was applied to the surface of the sheet D having the most dense porous structure by a screen printing method. The catalyst layer was uniformly obtained, and the coating was excellent in coating performance with little penetration.
【0126】[0126]
【発明の効果】本発明の構造導電性シートは、気体透過
性が良好であるうえに、電気抵抗が低い。特に固体高分
子型燃料電池電極基材に用いた場合、気体透過性が良好
でありかつ触媒層との接合が良好になるので、優れた燃
料電池性能を発現できる上に、触媒量が低減でき安価に
なる。The structural conductive sheet of the present invention has good gas permeability and low electric resistance. In particular, when used as a polymer electrolyte fuel cell electrode base material, gas permeability is good and bonding with the catalyst layer is good, so that excellent fuel cell performance can be exhibited and the amount of catalyst can be reduced. Become cheap.
【図1】 本発明実施例の密な側表面SEM写真であ
る。FIG. 1 is a SEM photograph of a dense side surface of an example of the present invention.
【図2】 本発明実施例の触媒層表面SEM写真であ
る。FIG. 2 is a SEM photograph of a catalyst layer surface according to an example of the present invention.
【図3】 比較例粗なシート表面SEM写真である。FIG. 3 is a SEM photograph of a rough sheet surface of a comparative example.
【図4】 比較例の触媒層表面SEM写真である。FIG. 4 is a SEM photograph of a catalyst layer surface of a comparative example.
【図5】 本発明他の実施例の密な側表面SEM写真で
ある。FIG. 5 is a SEM photograph of a dense side surface of another embodiment of the present invention.
【図6】 本発明他の実施例の触媒層表面SEM写真で
ある。FIG. 6 is an SEM photograph of a catalyst layer surface according to another example of the present invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 8/02 H01M 8/02 E 8/10 8/10 Fターム(参考) 5G307 AA08 CA01 CB02 5H018 AA06 AS01 DD05 DD06 DD08 DD10 EE02 EE03 EE04 EE05 EE06 EE08 EE10 EE11 EE17 HH00 HH01 HH03 HH04 HH05 HH09 5H026 AA06 CC03 CX02 CX03 CX04 EE02 EE05 EE06 EE08 EE11 EE18 HH01 HH03 HH04 HH05 HH09 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01M 8/02 H01M 8/02 E 8/10 8/10 F term (Reference) 5G307 AA08 CA01 CB02 5H018 AA06 AS01 DD05 DD06 DD08 DD10 EE02 EE03 EE04 EE05 EE06 EE08 EE10 EE11 EE17 HH00 HH01 HH03 HH04 HH05 HH09 5H026 AA06 CC03 CX02 CX03 CX04 EE02 EE05 EE06 EE08 EE11 EE18 HH01 HH03H04
Claims (24)
構造を有するシート状物であって、一方の面の層の多孔
質構造が粗であり、他方の面の層の多孔質構造が密であ
ることを特徴とする導電シート。1. A sheet-like material mainly made of a conductive substance and having a porous structure, wherein a porous structure of a layer on one side is coarse and a porous structure of a layer on the other side is provided. A conductive sheet, characterized by being dense.
A(%)とし、密である面の層の多孔質構造の空孔率を
VB(%)とするとき、5≦VA−VB≦90である請
求項1に記載の導電シート。2. The porosity of the porous structure of the layer having a rough surface is represented by V
2. The conductive sheet according to claim 1, wherein, when A (%) and VB (%) are the porosity of the porous structure of the layer on the dense surface, 5 ≦ VA−VB ≦ 90.
A(g/cm3)とし、密である面の層の多孔質構造の
嵩密度をDB(g/cm3)とするとき、1<DB/D
A≦100である請求項1または2に記載の導電シー
ト。3. The bulk density of the porous structure of the layer having a rough surface
When A (g / cm 3 ) and the bulk density of the porous structure of the dense layer are DB (g / cm 3 ), 1 <DB / D
The conductive sheet according to claim 1, wherein A ≦ 100.
力損失をガス透過抵抗とする場合、粗である面の層の多
孔質構造のガス透過抵抗をPA(Pa)とし、密である
面の層の多孔質構造のガス透過抵抗をPB(Pa)とす
るとき、1<PB/PA≦100である請求項1〜3の
いずれかに記載の導電シート。4. When the pressure loss when air of 14 cm / sec is permeated is defined as gas permeation resistance, the gas permeation resistance of the porous structure of the layer having a rough surface is defined as PA (Pa), and the density is high. The conductive sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein when the gas transmission resistance of the porous structure of the surface layer is PB (Pa), 1 <PB / PA ≤ 100.
〜4のいずれかに記載の導電シート。5. The method according to claim 1, wherein the conductive substance is a fibrous substance.
5. The conductive sheet according to any one of items 4 to 4.
質が組み合わされたものである請求項5に記載の導電シ
ート。6. The conductive sheet according to claim 5, wherein the fibrous substance is a combination of conductive substances having different fiber lengths.
質の繊維長をLA(μm)とし、密である面の層に含ま
れる導電性繊維状物質の繊維長をLB(μm)とすると
き、2≦LA/LB≦10000である請求項5または
6に記載の導電シート。7. The fiber length of the conductive fibrous substance contained in the layer of the rough surface is set to LA (μm), and the fiber length of the conductive fibrous substance contained in the layer of the dense surface is set to LB (μm). The conductive sheet according to claim 5, wherein 2 ≦ LA / LB ≦ 10000.
5〜10μmでかつ繊維長が1mm以上である導電性繊
維状物質の織布あるいは不織布構造からなり、密である
面の層に含まれる導電性繊維状物質の繊維長が1mm未
満である請求項5〜7のいずれかに記載の導電シート。8. The porous structure of the layer having a rough surface comprises a woven or nonwoven structure of a conductive fibrous substance having a fiber diameter of 5 to 10 μm and a fiber length of 1 mm or more. The conductive sheet according to any one of claims 5 to 7, wherein the conductive fibrous substance contained in the layer has a fiber length of less than 1 mm.
〜4のいずれかに記載の導電シート。9. The method according to claim 1, wherein the conductive material is a particulate material.
5. The conductive sheet according to any one of items 4 to 4.
質が組み合わされたものである請求項9記載の導電シー
ト。10. The conductive sheet according to claim 9, wherein the particulate matter is a combination of conductive substances having different particle diameters.
から構成されたものである請求項1〜10のいずれかに
記載の導電シート。11. The conductive sheet according to claim 1, wherein the conductive substance is composed of a mixture of fibrous and particulate.
径5〜10μmでかつ繊維長が1mm以上である導電性
繊維状物質の織布あるいは不織布構造からなり、密であ
る面の層に含まれる導電性粒子状物質の粒径が10nm
〜10μmである請求項11に記載の導電シート。12. The porous structure of the layer having a rough surface is a woven or nonwoven structure of a conductive fibrous substance having a fiber diameter of 5 to 10 μm and a fiber length of 1 mm or more. The particle size of the conductive particulate matter contained in the layer is 10 nm
The conductive sheet according to claim 11, which has a thickness of from 10 to 10 m.
A〜Cのいずれかの差異を有するものである請求項11記
載の導電シート。 A.導電性繊維状物質と導電性粒子状物質との重量比ある
いは体積比の差異 B.繊維の繊維長の差異 C.粒子の粒子径の差異13. The layer on one side and the layer on the other side are as follows:
The conductive sheet according to claim 11, wherein the conductive sheet has a difference of any one of A to C. A. Difference in weight ratio or volume ratio between conductive fibrous substance and conductive particulate matter B. Difference in fiber length of fiber C. Difference in particle diameter of particle
電性物質である請求項1〜13のいずれかに記載の導電
シート。14. The conductive sheet according to claim 1, wherein the conductive substance is a conductive substance containing a carbon body as a main component.
成体、ピッチからの焼成体、カーボンブラック、黒鉛お
よび膨張黒鉛から選ばれる1種以上を必須成分とする請
求項14記載の導電シート。15. The conductive sheet according to claim 14, wherein the carbon body comprises at least one selected from the group consisting of a fired body made of polyacrylonitrile, a fired body made of pitch, carbon black, graphite and expanded graphite.
化合物およびこれらの混合物から選ばれるものを主成分
とする請求項1〜15いずれかに記載の導電シート。16. The conductive sheet according to any one of claims 1 to 15, wherein the conductive material is mainly composed of one selected from a metal, a metalloid, a compound thereof, and a mixture thereof.
クロム、ニッケル、モリブデン、ルテニウム、ロジウ
ム、タンタル、イリジウム、白金、金から選ばれる一種
以上の金属および金属の合金ならびにこれらの化合物か
ら選ばれるものを必須成分とする請求項16記載の導電
シート。17. The method according to claim 17, wherein the metal is stainless steel, titanium,
17. The conductive sheet according to claim 16, wherein one or more metals selected from chromium, nickel, molybdenum, ruthenium, rhodium, tantalum, iridium, platinum, and gold, and alloys of the metals, and those selected from these compounds are essential components.
金属の混合物質である請求項1〜17いずれかに記載の
導電シート。18. The conductive sheet according to claim 1, wherein the conductive material is a mixture of a carbon body and a metal or metalloid.
シートを有してなる電極基材であり、該導電シートの粗
である面が該電極基材のガス流路側に、該導電シートの
密である面が、該電極基材の触媒層側である燃料電池用
電極基材。19. An electrode substrate comprising the conductive sheet according to claim 1, wherein a rough surface of the conductive sheet is provided on a gas flow path side of the electrode substrate. An electrode substrate for a fuel cell, wherein the dense surface of the sheet is the catalyst layer side of the electrode substrate.
からなることを特徴とする電極。20. An electrode comprising the electrode substrate according to claim 19 and an electrode catalyst layer.
と固体電解質膜からなることを特徴とする膜−電極複合
体。21. A membrane-electrode composite comprising the electrode substrate according to claim 19, an electrode catalyst layer, and a solid electrolyte membrane.
を特徴とする燃料電池。22. A fuel cell using the electrode substrate according to claim 19.
を特徴と固体高分子型燃料電池。23. A polymer electrolyte fuel cell using the electrode substrate according to claim 19.
搭載し、燃料電池を電力供給源とするモーターを駆動手
段とする車輌。24. A vehicle equipped with the fuel cell according to claim 22 or 23, and using a motor using the fuel cell as a power supply as a driving means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000033473A JP2000299113A (en) | 1999-02-10 | 2000-02-10 | Conductive sheet and electrode base material for fuel cell using it |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3241399 | 1999-02-10 | ||
JP11-32413 | 1999-02-10 | ||
JP2000033473A JP2000299113A (en) | 1999-02-10 | 2000-02-10 | Conductive sheet and electrode base material for fuel cell using it |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000299113A true JP2000299113A (en) | 2000-10-24 |
Family
ID=26370980
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000033473A Pending JP2000299113A (en) | 1999-02-10 | 2000-02-10 | Conductive sheet and electrode base material for fuel cell using it |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000299113A (en) |
Cited By (33)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002037586A1 (en) * | 2000-10-31 | 2002-05-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | High polymer electrolyte fuel cell |
WO2002056404A1 (en) * | 2001-01-16 | 2002-07-18 | Showa Denko K. K. | Catalyst composition for cell, gas diffusion layer, and fuel cell comprising the same |
JP2002203571A (en) * | 2000-10-31 | 2002-07-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | High polymer electrolyte type fuel cell |
WO2003034519A1 (en) * | 2001-10-16 | 2003-04-24 | Toray Industries, Inc. | Fuel cell-use carbon fiber woven fabric, electrode element, fuel cell, mobile unit, and production method for fuel cell-use carbon fiber woven fabric |
JP2003132900A (en) * | 2001-10-22 | 2003-05-09 | Ube Ind Ltd | Metal dispersed carbon film structure, fuel cell electrode, electrode joint body, and fuel cell |
JP2003227053A (en) * | 2002-02-01 | 2003-08-15 | Toho Tenax Co Ltd | Woven fabric of spun yarn of polyacrylonitrile-based carbon fiber, and method for producing the same |
JP2004127566A (en) * | 2002-09-30 | 2004-04-22 | Mitsubishi Materials Corp | Gas diffusion layer for fuel cell |
JP2004514246A (en) * | 2000-11-07 | 2004-05-13 | ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー | Gas diffusion substrate |
JP2004207231A (en) * | 2002-12-11 | 2004-07-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electrolyte membrane-electrode junction body for fuel cell and fuel cell operating method using it |
JP2004235134A (en) * | 2002-12-02 | 2004-08-19 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Porous electrode substrate for polymer electrolyte fuel cell and its manufacturing method |
WO2004075321A1 (en) * | 2003-02-18 | 2004-09-02 | Nec Corporation | Electrode for fuel cell and fuel cell using same |
JP2004311276A (en) * | 2003-04-09 | 2004-11-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Polymer membrane electrode jointed body and polyelectrolyte fuel cell |
JP2004311431A (en) * | 2003-03-27 | 2004-11-04 | Toray Ind Inc | Porous carbon board and its manufacturing method |
JP2005100665A (en) * | 2003-09-22 | 2005-04-14 | Toyota Motor Corp | Electrode for fuel cell |
JP2005100748A (en) * | 2003-09-24 | 2005-04-14 | Nec Tokin Corp | Electrolyte membrane electrode bonded laminate, its manufacturing method as well as solid polymer fuel cell |
JP2006040885A (en) * | 2004-06-21 | 2006-02-09 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Porous electrode substrate and its manufacturing method |
JP2006219694A (en) * | 2005-02-08 | 2006-08-24 | Permelec Electrode Ltd | Gas diffusion electrode |
JP2006331717A (en) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Tomoegawa Paper Co Ltd | Gas diffusion electrode for polymer electrolyte fuel cell, membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell and its manufacturing method, and polymer electrolyte fuel cell |
JP2007035490A (en) * | 2005-07-28 | 2007-02-08 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | Connection material |
JP2007048495A (en) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Gs Yuasa Corporation:Kk | Gas diffusion layer for solid polymer fuel cell and solid polymer fuel cell using the same |
WO2007037103A1 (en) * | 2005-09-28 | 2007-04-05 | Nissan Motor Co., Ltd. | Material for gas diffusion electrode and process for producing the same |
JP2007123284A (en) * | 2006-12-19 | 2007-05-17 | Ube Ind Ltd | Metal dispersed carbon film structure, electrode for fuel cell, electrode assembly, and fuel cell |
JP2007128908A (en) * | 2007-01-15 | 2007-05-24 | Riken Corp | Cell unit of solid polymer electrolyte fuel cell |
JP2007227008A (en) * | 2006-02-21 | 2007-09-06 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Porous carbon electrode base and fuel cell using same |
JP2007311269A (en) * | 2006-05-22 | 2007-11-29 | Toyota Motor Corp | Diffusion layer for fuel cell, its manufacturing method, membrane-electrode assembly for fuel cell, and fuel cell |
JP2008010173A (en) * | 2006-06-27 | 2008-01-17 | Toyota Motor Corp | Membrane/electrode assembly for fuel cell |
JP2010015908A (en) * | 2008-07-04 | 2010-01-21 | Noritake Co Ltd | Substrate for gas diffusion electrode and method for manufacturing the same, and membrane-electrode assembly |
JP2013218951A (en) * | 2012-04-11 | 2013-10-24 | Toho Tenax Co Ltd | Porous conductive sheet, manufacturing method thereof, electrode material, and fuel battery |
JP2014011163A (en) * | 2012-06-29 | 2014-01-20 | Jntc Co Ltd | Carbon substrate for gas diffusion layer, gas diffusion layer using the same, and electrode for fuel cell including the gas diffusion layer |
JPWO2014185491A1 (en) * | 2013-05-15 | 2017-02-23 | 日本バイリーン株式会社 | Base material for gas diffusion electrode |
JP2018508930A (en) * | 2014-12-24 | 2018-03-29 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Porous adhesive network in electrochemical devices |
JP2021072270A (en) * | 2019-11-01 | 2021-05-06 | 株式会社豊田中央研究所 | Free-standing microporous layer |
WO2023155382A1 (en) * | 2022-02-21 | 2023-08-24 | 深圳市星源材质科技股份有限公司 | Coated separator, preparation method for coated separator, and battery |
-
2000
- 2000-02-10 JP JP2000033473A patent/JP2000299113A/en active Pending
Cited By (40)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002203571A (en) * | 2000-10-31 | 2002-07-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | High polymer electrolyte type fuel cell |
WO2002037586A1 (en) * | 2000-10-31 | 2002-05-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | High polymer electrolyte fuel cell |
JP2004514246A (en) * | 2000-11-07 | 2004-05-13 | ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー | Gas diffusion substrate |
WO2002056404A1 (en) * | 2001-01-16 | 2002-07-18 | Showa Denko K. K. | Catalyst composition for cell, gas diffusion layer, and fuel cell comprising the same |
WO2003034519A1 (en) * | 2001-10-16 | 2003-04-24 | Toray Industries, Inc. | Fuel cell-use carbon fiber woven fabric, electrode element, fuel cell, mobile unit, and production method for fuel cell-use carbon fiber woven fabric |
JP2003132900A (en) * | 2001-10-22 | 2003-05-09 | Ube Ind Ltd | Metal dispersed carbon film structure, fuel cell electrode, electrode joint body, and fuel cell |
JP2003227053A (en) * | 2002-02-01 | 2003-08-15 | Toho Tenax Co Ltd | Woven fabric of spun yarn of polyacrylonitrile-based carbon fiber, and method for producing the same |
JP2004127566A (en) * | 2002-09-30 | 2004-04-22 | Mitsubishi Materials Corp | Gas diffusion layer for fuel cell |
JP2004235134A (en) * | 2002-12-02 | 2004-08-19 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Porous electrode substrate for polymer electrolyte fuel cell and its manufacturing method |
JP2004207231A (en) * | 2002-12-11 | 2004-07-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electrolyte membrane-electrode junction body for fuel cell and fuel cell operating method using it |
WO2004075321A1 (en) * | 2003-02-18 | 2004-09-02 | Nec Corporation | Electrode for fuel cell and fuel cell using same |
JP2004311431A (en) * | 2003-03-27 | 2004-11-04 | Toray Ind Inc | Porous carbon board and its manufacturing method |
JP2004311276A (en) * | 2003-04-09 | 2004-11-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Polymer membrane electrode jointed body and polyelectrolyte fuel cell |
JP2005100665A (en) * | 2003-09-22 | 2005-04-14 | Toyota Motor Corp | Electrode for fuel cell |
JP4686966B2 (en) * | 2003-09-22 | 2011-05-25 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell electrode |
JP2005100748A (en) * | 2003-09-24 | 2005-04-14 | Nec Tokin Corp | Electrolyte membrane electrode bonded laminate, its manufacturing method as well as solid polymer fuel cell |
JP4730888B2 (en) * | 2004-06-21 | 2011-07-20 | 三菱レイヨン株式会社 | Porous electrode substrate and method for producing the same |
JP2006040885A (en) * | 2004-06-21 | 2006-02-09 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Porous electrode substrate and its manufacturing method |
JP2006219694A (en) * | 2005-02-08 | 2006-08-24 | Permelec Electrode Ltd | Gas diffusion electrode |
US7708867B2 (en) | 2005-02-08 | 2010-05-04 | Permelec Electrode Ltd. | Gas diffusion electrode |
JP2006331717A (en) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Tomoegawa Paper Co Ltd | Gas diffusion electrode for polymer electrolyte fuel cell, membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell and its manufacturing method, and polymer electrolyte fuel cell |
JP2007035490A (en) * | 2005-07-28 | 2007-02-08 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | Connection material |
JP4657047B2 (en) * | 2005-07-28 | 2011-03-23 | 旭化成イーマテリアルズ株式会社 | Connecting member |
JP2007048495A (en) * | 2005-08-08 | 2007-02-22 | Gs Yuasa Corporation:Kk | Gas diffusion layer for solid polymer fuel cell and solid polymer fuel cell using the same |
US8293428B2 (en) | 2005-09-28 | 2012-10-23 | Nissan Motor Co., Ltd. | Gas diffusion electrode material and production method thereof |
WO2007037103A1 (en) * | 2005-09-28 | 2007-04-05 | Nissan Motor Co., Ltd. | Material for gas diffusion electrode and process for producing the same |
JP2007227008A (en) * | 2006-02-21 | 2007-09-06 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Porous carbon electrode base and fuel cell using same |
JP2007311269A (en) * | 2006-05-22 | 2007-11-29 | Toyota Motor Corp | Diffusion layer for fuel cell, its manufacturing method, membrane-electrode assembly for fuel cell, and fuel cell |
JP2008010173A (en) * | 2006-06-27 | 2008-01-17 | Toyota Motor Corp | Membrane/electrode assembly for fuel cell |
JP2007123284A (en) * | 2006-12-19 | 2007-05-17 | Ube Ind Ltd | Metal dispersed carbon film structure, electrode for fuel cell, electrode assembly, and fuel cell |
JP2007128908A (en) * | 2007-01-15 | 2007-05-24 | Riken Corp | Cell unit of solid polymer electrolyte fuel cell |
JP2010015908A (en) * | 2008-07-04 | 2010-01-21 | Noritake Co Ltd | Substrate for gas diffusion electrode and method for manufacturing the same, and membrane-electrode assembly |
JP2013218951A (en) * | 2012-04-11 | 2013-10-24 | Toho Tenax Co Ltd | Porous conductive sheet, manufacturing method thereof, electrode material, and fuel battery |
JP2014011163A (en) * | 2012-06-29 | 2014-01-20 | Jntc Co Ltd | Carbon substrate for gas diffusion layer, gas diffusion layer using the same, and electrode for fuel cell including the gas diffusion layer |
US9692070B2 (en) | 2012-06-29 | 2017-06-27 | Jntg Co., Ltd. | Carbon substrate for gas diffusion layer, gas diffusion layer using the same, and electrode for fuel cell, membrane-electrode assembly and fuel cell comprising the gas diffusion layer |
JPWO2014185491A1 (en) * | 2013-05-15 | 2017-02-23 | 日本バイリーン株式会社 | Base material for gas diffusion electrode |
JP2018508930A (en) * | 2014-12-24 | 2018-03-29 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Porous adhesive network in electrochemical devices |
JP2021072270A (en) * | 2019-11-01 | 2021-05-06 | 株式会社豊田中央研究所 | Free-standing microporous layer |
JP7234902B2 (en) | 2019-11-01 | 2023-03-08 | 株式会社豊田中央研究所 | Self-supporting microporous layer |
WO2023155382A1 (en) * | 2022-02-21 | 2023-08-24 | 深圳市星源材质科技股份有限公司 | Coated separator, preparation method for coated separator, and battery |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2000299113A (en) | Conductive sheet and electrode base material for fuel cell using it | |
JP5140898B2 (en) | Method for producing membrane-electrode assembly | |
KR102121822B1 (en) | Gas-diffusion electrode base material for fuel cell | |
JP6527936B2 (en) | Membrane electrode assembly | |
EP2680352A2 (en) | Carbon Substrate for Gas Diffusion Layer, Gas Diffusion Layer using the same, and Electrode for Fuel Cell comprising the Gas Diffusion Layer | |
JP4819981B2 (en) | Gas diffusion layer for fuel cells | |
JP5987440B2 (en) | Fine porous layer sheet for fuel cell and method for producing the same | |
JP2001216973A (en) | Electrode and its production as well as fuel cell using the same | |
TWI648162B (en) | Gas diffusion electrode substrate, membrane electrode assembly having the same, and fuel cell | |
EP1624514B1 (en) | Membrane electrode complex and solid polymer type fuel cell using it | |
JP2000353528A (en) | Electrode catalyst layer and manufacture thereof and fuel cell using electrode catalyst layer | |
EP3902039A1 (en) | Graphitized carbon substrate and gas diffusion layer employing same | |
JP2001283865A (en) | Electrode catalyst layer, film-electrode complex and their manufacturing method and battery using same | |
JP6717748B2 (en) | Gas diffusion base material | |
WO2012172993A1 (en) | Gas diffusion layer for fuel cell and method for producing same | |
JP2001283878A (en) | Conductive sheet and fuel cell electrode equipped with the sheet | |
JP6131696B2 (en) | GAS DIFFUSION LAYER, METHOD FOR PRODUCING SAME, MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY FOR FUEL CELL USING THE SAME, AND FUEL CELL | |
EP1139471A1 (en) | Porous, electrically conductive sheet and method for production thereof | |
JP5915283B2 (en) | Gas diffusion layer and fuel cell using the same | |
US11283082B2 (en) | Gas diffusion electrode and production method therefor | |
WO2007136135A1 (en) | Fuel cell electrode and method for producing fuel cell electrode, membrane-electrode assembly and method for producing membrane-electrode assembly, and solid polymer fuel cell | |
JP2006339018A (en) | Gas diffusion layer for fuel cell and its manufacturing method | |
JP4734688B2 (en) | ELECTRODE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, MEMBRANE-ELECTRODE COMPOSITION AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND ELECTROCHEMICAL DEVICE, WATER ELECTROLYTIC DEVICE, FUEL CELL, MOBILE BODY USING THE SAME, AND AUTOMOBILE | |
JP2010153222A (en) | Flexible type gas diffusion electrode substrate and membrane-electrode assembly | |
JP4409211B2 (en) | Method for producing porous electrode substrate for polymer electrolyte fuel cell |