JP2002117865A - ポリマー電解質−燃料電池用のガス分配構造体、この種の電池用の膜−電極ユニット、ポリマー電解質−燃料電池、及びガス分配構造体の製造方法 - Google Patents

ポリマー電解質−燃料電池用のガス分配構造体、この種の電池用の膜−電極ユニット、ポリマー電解質−燃料電池、及びガス分配構造体の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 先行技術の前記の欠点を回避する、ポリマー
電解質−燃料電池用の改善されたガス分配構造体及びガ
ス拡散電極並びにその製造方法を提供すること 【解決手段】 ２つの表面が境界をなしている疎水化さ
れた薄層状の炭素担体、並びに炭素担体の２つの表面の
一方に、少なくとも１種の疎水性ポリマーと微細粒の炭
素粒子とからなる完全な混合物からなる接触層とを有す
るポリマー電解質−燃料電池用のガス分配構造体におい
て、炭素担体の疎水化は少なくとも１種の疎水性ポリマ
ーによって生じかつ２つの層に限定されており、前記の
２つの層はそれぞれ炭素担体の２つの表面から５〜４０
μｍの深さにまで達し、疎水性層の領域内の炭素担体の
細孔容量を２０〜６０％まで充填していることを特徴と
するポリマー電解質−燃料電池用のガス分配構造体

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池用の、特に
固体ポリマーを電解質として使用するＰＥＭ−燃料電池
用のガス分配構造体及びガス分配電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、燃料及び酸化剤を位置的に
相互に別個に２つの電極で電流、熱及び水に変換する。
燃料として水素又は水素濃度の高いガスを用い、酸化剤
として酸素又は空気を用いる。燃料電池中でのエネルギ
ー変換プロセスは、特に高い効率の点で優れている。こ
の理由から従来の内燃機関に代わるものとして電気モー
タと組み合わせた燃料電池が次第に重要性を増してい
る。
【０００３】いわゆるポリマー電解質−燃料電池（ＰＥ
Ｍ−燃料電池）はこのコンパクトな構造、その出力密度
並びにその高い効率から電気自動車中のエネルギー変換
器としての使用に適している。
【０００４】ＰＥＭ−燃料電池は膜−電極ユニット（Ｍ
ＥＡ）のスタック型の配置（Stack）からなり、そのユ
ニット間に双極性のプレートがガス供給及び電流路のた
めに配置されている。膜−電極ユニットはポリマー電解
質−膜からなり、このポリマー電解質−膜は両方の側面
に反応層、つまり電極を備えている。反応層の一方は水
素の酸化のためのアノードとして、第２の反応層は酸素
の還元のためのカソードとして構成されている。これら
の電極上には、炭素繊維紙又は炭素繊維織物からなるい
わゆるガス分配構造体が設置されており、この構造体は
反応ガスの電極への良好な接近及びセル電流の良好な導
出を可能にする。アノード及びカソードはいわゆる電気
触媒を有し、この電気触媒はそれぞれの接触反応（水素
の酸化もしくは酸素の還元）を促進する。触媒活性成分
として元素の周期表の白金族の金属を使用するのが有利
である。多数の中でいわゆる触媒活性白金族金属は高分
散形で導電性担体材料の表面上に設置された担体触媒が
使用さる。白金族金属の平均クリスタリットサイズはこ
の場合約１〜１０ｎｍである。担体材料として微細粒の
カーボンブラックが有利である。
【０００５】ポリマー電解質−膜はプロトン伝導性ポリ
マー材料からなる。この材料は以後省略してイオノマー
と表す。酸官能基を有する、特にスルホン酸基を有する
テトラフルオロエチレン−フルオロビニルエーテル−コ
ポリマーを使用するのが有利である。このような材料は
例えばE.I. DuPont社の商品名Nafion（Ｒ）として市販
されている。しかしながら他の、特にフッ素不含のイオ
ノマー材料、例えばスルホン化されたポリエーテルケト
ン又はアリールケトン又はポリベンゾイミダゾールも使
用可能である。
【０００６】自動車中のＰＥＭ−燃料電池の広範囲な商
業的使用のためには、電気化学的セル効率をさらに改善
し、かつシステムコストを著しく低減させる必要があ
る。
【０００７】セル効率の向上のための主要な前提条件は
それぞれの反応混合物を触媒層の触媒活性中心へ最適に
供給すること及びその触媒活性中心から最適に搬出する
ことである。水素をアノードに供給する他に、アノード
のイオノマー材料は最適なプロトン伝導性を保障するた
めに常に水蒸気（湿し水）により濡らされていなければ
ならない。カソードの気孔系の充水及びそれにより酸素
の供給の阻害を回避するために、カソードに生成される
水（反応水）は連続的に搬出しなければならない。
【０００８】米国特許第４２９３３９６号明細書はガス
拡散電極を記載しており、この電極は連続気孔の導電性
の炭素繊維織物からなる。触媒付与した炭素粒子及び結
合剤の疎水性粒子からなる均質な混合物を前記の炭素繊
維織物上に分配し、この中に連続気孔を導入する。疎水
性結合剤としてテフロン（登録商標）（Teflon（Ｒ））
（ＰＴＦＥ）が使用される。Wilson, Valerio及びGotte
sfeld（Electrochimica Acta Vol.40, No 3., pp. 355
- 363, 1995）の文献によると、炭素繊維にカーボンブ
ラック／テフロン−混合物を含浸させて、主に約１０ｎ
ｍのカーボン粒子サイズの孔を有する多孔性成形体を作
成する。この米国特許第４２９３３９６号明細書のガス
拡散電極はミクロ孔を有する材料で充填されている。
【０００９】米国特許第４５６４４２７号明細書は電気
化学的セル用のバリア層を備えたカソードを記載してい
る。このカソードは炭素繊維支持体からなり、この支持
体の表面にはバリア層が設けられており、このバリア層
はカーボンブラック及びＰＴＦＥの混合物からなる。こ
の層の気孔サイズは０．２〜０．５μｍである。このバ
リア層は従って同様にミクロ孔を有している。この層は
カソード層用の基材として用いられる。
【００１０】ドイツ国特許出願公開第１９５４４３２３
号明細書は、ポリマー電解質−燃料電池用のガス拡散電
極を記載しており、この電極は炭素繊維フリースを含有
し、このフリースはカーボンブラック懸濁液及びポリテ
トラフルオロエチレン懸濁液からなる混合物で被覆さ
れ、引き続き焼結されている。
【００１１】欧州特許第０８６９５６８号明細書中には
ガス分配構造体が記載されており、この構造体は炭素繊
維織物からなり、この織物は触媒層に向かう側にカーボ
ン及びフッ素ポリマーからなる被覆が設けられている。
【００１２】米国特許第４２９３３９６号明細書、ドイ
ツ国特許出願公開第１９５４４３２３号明細書及び欧州
特許第０８６９５６８号明細書に記載されたガス拡散電
極及びガス分配構造体は、著しく疎水性であり湿し水及
び反応水により充水されない。もちろん全体の層のマク
ロ孔をカーボンブラック及びポリテトラフルオロエチレ
ン（ＰＴＦＥ）からなるミクロ孔材料で充填することに
より、反応ガス混合物の触媒層への自在の侵入は明らか
に妨げられる。このことは希釈されたガス、例えば空気
及び改質ガスを用いた運転の場合に、特に低化学量論、
つまり高いガス利用の際に出力値が低くなる。
【００１３】カナダ国特許第２０５２２２１号明細書に
は疎水性で、多孔性でかつ同時に導電性の材料が記載さ
れており、この材料は多孔性で、導電性で、薄層状の材
料と疎水性ポリマーとからなり、このポリマーは薄層状
材料中へ含浸により導入される。ポリマーの割合は２〜
１４質量％である。
【００１４】国際公開第９７／１３２８７号パンフレッ
トには、２枚の層からなるガス分配構造体を含む電気化
学セルが記載されており、その際、第１の層の気孔は第
２の層の気孔よりも小さく、第２の層は少なくとも８２
％の気孔率を有し、少なくとも１０μｍの平均細孔直径
を有する。同様に、不織のガス分配構造体が記載されて
おり、その第２の層は少なくとも５０％の気孔率を有
し、３５μｍの平均細孔幅を有する。微細孔、つまりミ
クロ孔を有する層の細孔サイズは０．１〜１０μｍであ
り、少なくとも１０％の気孔率を示す。
【００１５】国際公開第９７／１３２８７号パンフレッ
トに記載されたガス分配構造体は特に高い電流密度で、
低い反応ガス圧でかつ低い化学量論で、湿った反応ガス
を用いた運転時に、反応水又は湿し水でガス分配構造体
が充水されることにより出力崩落が生じる。
【００１６】欧州特許出願公開第０９２８０３６号明細
書は、炭素繊維織物をベースとする電極触媒作用性のガ
ス拡散電極を記載しており、この織物の一方の表面又は
両方の表面に、カーボンブラック及びＰＴＦＥの多様な
混合物からなる１以上のミクロ孔を有する層を有する。
【００１７】国際公開第９９／５６３３５号パンフレッ
トには、同時にガスと液体との輸送を達成する支持層が
記載されている。この層は多孔性の炭素繊維支持体から
なり、この支持体は疎水性細孔容量７５〜９５％及び親
水性細孔５〜２５％を有する。この双方の割合は層中で
混ざり合って存在し、直接接触している。ここでも数１
０μｍの大きさの細孔幅を有する細孔が存在し、この細
孔は生成水が大量に生成された場合又は濡れが著しい場
合に充水される。この充水は特に高い電流密度の場合に
ガス輸送の問題を引き起こす。
【００１８】米国特許第４９２７５１４号明細書及び米
国特許第５４４１８２３号明細書には空気−カソード及
びその製造方法が記載されている。このカソードは、炭
素及び疎水性ポリマーからの多孔性担体層からなり、こ
の層は活性層と接触している。この層は薄い金属ネット
からの支持構造体と結合及び焼結されている。米国特許
第４９２７５１４号明細書中には活性層と担体層とが付
加的にポリマーで結合されている。前記の電極の欠点は
ここでも担体層中の開放細孔容量の割合が少ないことで
ある。このことは希薄なガス、例えば空気及び改質ガス
を用いて運転する際に、特に低い化学量論の場合に、つ
まり高いガス利用の際に低い出力値を生じさせる。使用
した金属ネット構造体はさらにＰＥＭ−燃料電池の運転
条件で腐食にさらされる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、先行技術の前記の欠点を回避する、ポリマー電解質
−燃料電池用の改善されたガス分配構造体及びガス拡散
電極並びにその製造方法を提供することであった。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明の課題は、２つの
表面が境界をなしている疎水化された薄層状の炭素担体
を有するポリマー電解質−燃料電池用ガス分配構造体に
より解決される。このガス分配構造体は炭素担体の２つ
の表面の一方に、少なくとも１種の疎水性ポリマーと微
細粒の炭素粒子とからの完全な混合物からなる接触層を
有し、その際、接触層の総質量に関する炭素粒子の割合
は４０〜９０質量％であり、疎水性ポリマーはポリエチ
レン、ポリプロピレン及びポリテトラフルオロエチレン
から選択される。このガス分配構造体は、炭素担体の疎
水化が少なくとも１種の疎水性ポリマーからなりかつ２
つの層に限定されており、前記の２つの層はそれぞれ炭
素担体の２つの表面から５〜４０μｍの深さにまで達
し、疎水性層の領域内の炭素担体の細孔容量を２０〜６
０％まで充填していることを特徴とする。
【００２１】本発明によるガス分配構造体はつまり４層
から構成されている。炭素担体の内側領域は第１の層を
形成し、疎水性ポリマーを有していない。この第１の層
の両側はそれぞれ１つの疎水性層が境界をなしている。
この両方の疎水性層は炭素担体の一体の部分を形成す
る。この層は炭素担体の両方の表面から担体の一定の深
さにまで広がっている。接触層はガス分配構造体の第４
の層であり、２つの疎水性層の一方の上に存在する。
【００２２】炭素担体は有利に１００〜４００μｍの層
厚を有するマクロ孔を有する炭素繊維支持体から形成さ
れ、この支持体は不規則な構造を有するか又は織布であ
ってもよい。炭素繊維紙又は炭素繊維織物を使用するの
が有利である。この材料は６０〜９０％の気孔率を有
し、かつ２０〜５０μｍの平均細孔直径を有する。本発
明の範囲内で１０μｍを上回る平均細孔直径を有する多
孔性材料は粗大孔又はマクロ孔を有する材料として表
し、１０μｍを下回る平均細孔直径を有する材料は微細
孔又はミクロ孔を有する材料として表す。
【００２３】両方の疎水性層は、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン及びポリテトラフルオロエチレンのグループか
ら選択された少なくとも１種の疎水性ポリマーを含有す
る。前記の疎水性ポリマーの他に、他の有機又は無機の
疎水性材料を使用することもできる。疎水性層の厚さは
５〜４０μｍ、有利に１０〜２０μｍである。特定の適
用の場合に、疎水性層の層厚はアノード側とカソード側
とが異なっていてもよい。燃料電池システムの運転のた
めに大気圧付近ではカソード側では１０〜２５μｍの層
厚、カソード側では５〜１５μｍの層厚を有するのが有
利である。
【００２４】両方の疎水性層の疎水化は疎水性ポリマー
又はポリマー混合物からなり、炭素担体の表面から所望
の深さにまで担体の細孔内に侵入しており、その際、疎
水性ポリマーは疎水性層の範囲内で炭素担体の細孔容量
を２０〜６０％、有利に４０〜６０％まで充填してい
る。この場合、疎水性ポリマーに炭素繊維又は炭素粒子
を添加する必要ではない、それというのも導電性は炭素
担体の繊維により担われているためである。この疎水化
により両方の疎水性層の気孔率は未処理の炭素担体と比
べて減少されるが、残留する細孔の平均細孔サイズはほ
ぼ維持される。
【００２５】接触層とは、本発明の範囲内で、燃料電池
内で電極層と接触するガス分配構造体の層であると解釈
される。この接触層は少なくとも１種の疎水性ポリマー
と微細粒の炭素粒子とからの完全な混合物を含有し、そ
の際、接触層の総質量に対する炭素粒子の割合は４０〜
９０質量％である。接触層についての疎水性材料とし
て、疎水性層についてと同じ材料を使用することができ
る。接触層の厚さは５〜１００μｍの間である。
【００２６】記載されたガス分配構造体は、ガス拡散電
極及び完全な膜−電極ユニットの製造のために使用する
ことができる。ガス拡散電極の製造のために、ガス分配
構造体の接触層上に、電極触媒を含有する電極層が設置
される。このような電極層は例えばドイツ国特許出願公
開第１９６１１５１０号明細書、ドイツ国特許出願公開
第１９８１２５９２号明細書及びドイツ国特許出願公開
１９８３７６６９号明細書に記載されている。この電極
層はたいていはイオノマー及びその中に分散された電極
触媒からなる。アノードを製造するか又はカソードを製
造するかに応じて、対応する触媒を使用しなければなら
ない。前記の特許明細書に記載された電極層はいずれも
４０〜７０％の気孔率を有して多孔性である。その厚さ
は５〜１００μｍの間にある。
【００２７】燃料電池の完全な膜−電極ユニットは、両
面にガス拡散電極が設置されたポリマー電解質−膜を含
有する。
【００２８】本発明によるガス拡散構造体及び前記構造
体から構築されるガス拡散電極及び膜−電極ユニット
は、膜電極ユニットの触媒活性中心への反応性ガスの良
好な到達、触媒層中のイオノマー及び膜の有効な濡れ及
び膜−電極ユニットのカソード側からの反応生成物の水
の問題のない搬出を可能にする。
【００２９】接触層は１０μｍを下回る細孔直径を有す
る微細な細孔構造を有する。それにより反応ガスの最適
な輸送が保障される。微細な細孔はその疎水性の性質及
び小さい細孔直径に基づき、ガス輸送を妨害する縮合水
で充水されない。
【００３０】ガス分配構造体の両方の疎水性層は特に重
要である。この層は液状の水が粗大孔を有する炭素支持
体中へ侵入すること及び細孔系を充水することを妨げ
る。
【００３１】本発明によるガス拡散構造体の製造のため
に、市販の粗大孔を有する炭素繊維支持体を使用するこ
とができる。構造、製造方法及び特性が異なる多様な支
持体材料が存在する。このような材料の例は、Toray-ペ
ーパー、又はTextron Inc社の織られた炭素繊維フリー
スAvCarb 1071 HCBである。
【００３２】本発明によるガス分配構造体の製造のため
に、粗大孔を有する炭素繊維支持体は最初の作業工程で
前面及び背面に疎水性層が設けられる。この層は多様な
方法で設けることができる。
【００３３】疎水性層を炭素担体中に導入するために、
例えば各側面を順番に粉末状の疎水性ポリマーと液相と
からなるペーストで被覆し、乾燥させた。液相は水又は
有機液体又はこれらの混合物である。最終的な乾燥工程
の後に３層構造体が存在し、これを焼結し、炭素担体中
の所望の深さにまでポリマーを導入するためにか焼し、
つまりこの構造体は選択されたポリマーの融点を上回る
まで加熱した。これは例えばＰＴＦＥの使用の場合に３
３０℃上回るまでの加熱により達成することができる。
【００３４】炭素担体をペーストで被覆するためには例
えばナイフ塗布法又は他の塗布技術が適している。ポリ
マーの焼結後に、引き続き両方の疎水性層の一方にコン
タクト層を、疎水性ポリマー及び微細な炭素粒子を含有
するインキの使用下に設置し、乾燥させ、新たにか焼さ
せた。また、接触層の設置の前に中間か焼を行わなくて
もよい。この場合には、接触層の設置の後に１回だけか
焼が行われる。しかしながら２回のか焼を実施するのが
有利である、それというのもガス分配構造体の４つの層
の良好な構築が保障されるためである。
【００３５】疎水性層を設置するためのもう一つの方法
は、炭素担体の表面を、疎水性ポリマーからなる粗大孔
を有するフリース又は薄いシートと結合させることであ
る。このシートを炭素担体の両側に設置し、次いで圧力
及び熱の適用により炭素担体溶け都合させる。この場
合、適当なパラメータを選択することにより、所望の気
孔率を有する十分に疎水性の層が製造される。ＰＴＦＥ
の使用の際に、これは３３０℃を上回まで短時間加熱す
ることにより達成される。この場合、このプロセス工程
の間に設置したシートを固定するのが好ましい。
【００３６】さらに、疎水性ポリマーの溶液又は分散液
を用いて目標を定めた表面含浸を実施することができ
る。含浸された炭素担体は、その両方の表面に自在に空
気を通しながらかつ２５０℃での温度で著しい空気交換
をしながら乾燥させる。６０〜２２０℃で、特に８０〜
１４０℃で循環空気乾燥器中で乾燥させるのが特に有利
である。炭素繊維支持体の両方の表面はこの場合循環空
気により到達可能でなければならない。それにより炭素
繊維支持体の両方の表面付近、特に支持体の両面に約２
０μｍ以内で疎水性ポリマーが定着する。
【００３７】前記の方法を用いて製造可能な疎水性層
は、炭素担体の各表面から担体中の一定の深さにまで到
達し、この場合、その細孔の一部を充填する。方法パラ
メータ（使用したポリマー材料、塗布されたポリマー材
料の量、か焼温度及びか焼時間）の適当な選択により、
この層の侵入深さは５〜４０μｍの値に規定される。１
０〜２０μｍの間の層厚を選択するのが有利である。方
法に応じて、疎水性層の範囲内の炭素担体の細孔は前記
方法により２０〜６０％までポリマーで充填される。
【００３８】接触層の製造のために、疎水性ポリマーを
有する導電性カーボンブラック又は黒鉛の塗布可能な分
散液を製造する。この分散液の液相は例えば有機溶剤と
水とからの混合物であることができる。この目的のため
の適当なカーボンブラック又は黒鉛は例えばCarbotのVu
lcan XC72又はTimcalのHSAG 300である。疎水性ポリマ
ーとしてここではポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
テトラフルオロエチレン又は他の有機又は無機の疎水性
材料が適している。ポリテトラフルオロエチレン又はポ
リプロピレンが適している。インキ中の炭素割合は適用
に応じて、炭素及びポリマーからの総質量に対して４０
〜９０質量％である。インキの流動特性は適当な添加物
によりそれぞれの適用方法に適合させることができる。
【００３９】成分の混合の後にこのインキは均質化され
る。その際、公知の手段、例えば高速撹拌機、超音波浴
又は３本ローラ装置を使用することができる。
【００４０】均質化された混合物は前記した３層構造体
上に多様な技術を用いて適用することができる。これに
ついては例えばスプレー、筆塗り、刷毛塗り又は印刷が
所属する。
【００４１】適用された層は６０〜１４０℃、有利に８
０〜１２０℃の温度で乾燥させる。層中に含まれる疎水
性ポリマーを焼結しかつ流動性添加物及び細孔形成剤を
焼きとばすために、別の熱処理工程においてこの層はか
焼される。ポリテトラフルオロエチレンの場合に、焼結
温度は３３０℃を上回る。他の疎水性ポリマーを使用す
る場合に処理温度は相応して適合される。
【００４２】接触層は５〜１００、有利に１０〜３０μ
ｍの層厚を有する。５μｍの厚さを下回るとこの層は多
孔性構造のために不均一になる。それにより導電性は減
少する。６０μｍを上回ると、長い拡散経路によりガス
輸送が緩慢になる。最も頻繁な適用の場合に、層厚は１
０〜３０μｍが特に有利である。
【００４３】次の実施例及び図面は本発明の特徴を明ら
かにしている。
【００４４】
【実施例】例１及び２は本発明によるガス拡散構造体の
製造及びそれにより製造された膜−電極ユニットを記載
する。
【００４５】図１は本発明によるガス拡散構造体の断面
図を表す。（１）は薄層状の、粗大孔を有する炭素担体
を表す。この炭素担体は両面に疎水性層（２）を有す
る。この層（２）は両方の表面から出発し炭素担体の所
望な深さにまで達している。両方の疎水性層の一方に接
触層（３）が設けられている。
【００４６】比較例１（ＶＢ１）：燃料電池セルをカナ
ダ国特許第２０５２２２１号明細書に従って製造した。
【００４７】気孔率７４．１％及び厚さ２００μｍの炭
素繊維紙（Toray Inc.社のTGP-H-060, Japan）をＰＴＦ
Ｅ水性分散液（Dyneon社のHostaflon TF 5032, Gendor
f）中に浸漬した。１０分後に材料を取り出した。表面
に付着する分散液を排除した後、この炭素繊維紙を１０
〜１５分間空気中で乾燥させた。この構造中に導入され
たＰＴＦＥを融解させるために、含浸された炭素繊維紙
を１０から１５秒間熱い鋼板上で焼結させた。この板の
温度は３５０〜４１０℃の範囲内であった。
【００４８】分散液中のＰＴＦＥ濃度を適合させること
により、燃料電池のアノード用に９．３質量％のＰＴＦ
Ｅ含有量を有する炭素繊維紙及びカソード用に４．５質
量％のＰＴＦＥ含有量を有する炭素繊維紙を製造した。
【００４９】例１：本発明によるアノード用ガス分配構
造体及びカソード用ガス分配構造体が製造され、完全な
膜−電極ユニットに加工した。
【００５０】ガス分配構造体用のベースとして、比較例
１と同様に、孔率７４．１％及び厚さ２００μｍの炭素
繊維紙（Toray Inc.社のTGP-H-060, Japan）を使用し
た。疎水性層の塗布のために、平均粒度２５μｍのＰＴ
ＦＥ粉末（Hostaflon TF1740 (Dyneon Gendorf)）５ｇ
をShellsol D70 (Fa. Shell社）１ｇを用いてペースト
にした。この混合物を撹拌しながら塗工可能な材料に加
工し、ブレードを用いて炭素繊維紙の一方の表面に塗布
した。次いで、被覆された炭素繊維紙を循環空気乾燥器
中で１００℃で乾燥した。引き続き背面を同じ方法で被
覆した。
【００５１】塗布されたＰＴＦＥの融解のために、炭素
繊維紙を３４０〜３５０℃で約１５分間焼結させる。こ
の場合得られた炭素繊維紙は処理後に２１．１５ｇＰＴ
ＦＥ／ｍ２の面積負荷量を有する。こうして被覆された
炭素繊維紙はさらにアノード−ガス分配構造体用の支持
体として利用した。
【００５２】カソード−ガス分配構造体用の支持体の製
造のために、Shellsol D70の量を２ｇに倍増させた。そ
れにより１０．６３ｇＰＴＦＥ／ｍ２の面積負荷量を有
する炭素繊維紙が得られた。
【００５３】接触層の塗布のために、次の配合によるイ
ンキを製造した： 表１： アノードガス分配構造体の接触層用のインキ１
【００５４】
【表１】
【００５５】表２： カソードガス分配構造体の接触層
用のインキ２
【００５６】
【表２】
【００５７】前記の配合によるそれぞれのインキの成分
は、磁器製のシャーレ中に秤量し、はねつき撹拌機で予
備分散させた。均質化は３本ロール装置を用いて行っ
た。インキの粘度はHaake-Rotations粘度計ＲＶ２０を
用いて１００ｓ- １で測定した。
【００５８】表３： 製造したインキの特性
【００５９】
【表３】
【００６０】アノードガス分配構造体及びカソードガス
分配構造体用の上記のインキは炭素繊維紙の両面の疎水
性層の一方にスクリーン印刷法で塗布し、引き続き１０
０℃で乾燥した。被覆された面は５０ｃｍ２であった。
この工程を、炭素繊維紙の構造が覆われるまで繰り返し
た。
【００６１】引き続き、ガス分配構造体を１時間マッフ
ル炉中で３８０℃で処理した。その際、被覆した接触層
の質量は、アノードガス分配構造体の場合に１８．５％
減少し、カソードガス分配構造体の場合に１８．５％減
少した。支持体のか焼した接触層での負荷量は２．５ｍ
ｇ／ｃｍ２であった。層厚は１５〜２０μｍであった。
【００６２】ガス分配構造体の顕微鏡写真は、粗大孔を
有する層の両面に疎水性層が存在し、この疎水性層は主
成分としてＰＴＦＥを含有することを示した。この層の
厚さはアノードガス分配構造体の場合に１２〜１５μｍ
であり、カソードガス分配構造体の場合に５〜１０μｍ
であった。この層厚に応じて疎水性層中でのＰＴＦＥの
割合は面積質量及び炭素繊維支持体のＰＴＦＥ負荷量を
用いて５４〜５８質量％と算定された。疎水性層中での
電流路は、炭素繊維紙の繊維状の炭素を通して保障され
る。さらに、炭素繊維紙はガス輸送のための疎水性層中
の十分な気孔率を保障する。ＰＴＦＥの面積負荷量、測
定された層厚及びＰＴＦＥの密度（２．０ｇ／ｃｍ３）
に応じて疎水性層は当初の細孔容量の約５３％の残留細
孔を有する。
【００６３】例２：第２の試験において、疎水性層を別
の方法で炭素担体中へ導入した。炭素担体を疎水性ポリ
マーのペーストで被覆する代わりに、炭素担体の表面上
にＰＴＦＥを設置した。
【００６４】炭素担体として、既に例１に使用した、気
孔率７４．５％及び厚さ２００μｍを有する炭素繊維紙
（TGP-H-060, Toray Inc., Japan）を再度利用した。各
側面を多孔性ｅＰＴＦＥ（密度：０．３８ｇ／ｃｍ３、
TETRATEX, W.L. Gore & Associates）からなる０．０３
０ｍｍの厚さのシートと合わせ、全ての多層構造物を２
枚の鋼板（厚さ１ｍｍ）の間に固定した。こうして準備
されたパケットを室炉中で３４０〜３５０℃で約１５分
間焼結させた。引き続きこの鋼板を取り除いた。その際
に得られた炭素繊維紙は処理後に１７ｇＰＴＦＥ／ｍ２
の面積負荷を示した。この炭素繊維紙はアノードガス分
配構造体用の支持体としてさらに使用した。
【００６５】同様の試験を０．０１５ｍｍの厚さの２枚
のｅＰＴＦＥシート（密度：０．３８ｇ／ｃｍ３、TETR
ATEX, W.L. Gore & Associates）を用いて繰り返した。
この場合、９．３ｇＰＴＦＥ／ｍ２の面積負荷量を有す
る炭素繊維紙が得られた。この炭素繊維紙はさらにカソ
ードガス分配構造体用の支持体として使用した。
【００６６】例１に記載したアノード−及びカソード−
ガス分配構造体用のインキを、疎水性層を備えた炭素繊
維紙上にスクリーン印刷法で塗布し、引き続き１００℃
で乾燥させた。被覆された面積は５０ｃｍ２であった。
この工程を炭素繊維紙の構造が覆われるまで繰り返し
た。
【００６７】引き続き、ガス分配構造体を１時間マッフ
ル炉中で３９０℃で処理した。その際、塗布された接触
層の質量はアノードガス分配構造体の場合には１８．５
％減少し、カソードガス分配構造体の場合には２８．５
％減少した。支持体のか焼された接触層での負荷量は
２．５ｍｇ／ｃｍ２であった。層厚は１５〜２０μｍで
あった。
【００６８】ガス分配構造体の顕微鏡写真は、粗大孔を
有する層の２つの側面上に主成分としてＰＴＦＥを含有
する疎水性層が存在することを示した。この層の厚さは
アノードガス分配構造体の場合には１０〜１５μｍであ
り、カソードガス分配構造体の場合には５〜８μｍであ
った。この層厚に応じて、疎水性層中でのＰＴＦＥの割
合は、面積質量及び炭素支持体のＰＴＦＥ負荷を用いて
５８質量％に算定することができる。疎水性層中での電
流路は炭素繊維紙の繊維状炭素によって保障される。さ
らに、この炭素繊維紙はガス輸送のための疎水性層中で
の十分な気孔率を保障する。ＰＴＦＥの面積負荷、測定
された層厚及びＰＴＦＥの密度（２．０ｇ／ｃｍ３）に
応じて疎水性層は当初の細孔容量の約５４〜５８％の残
留気孔率を有する。
【００６９】電気化学的試験 比較例１及び例１及び例２により製造されたアノード−
及びカソード−ガス分配構造体を、米国特許第５８６１
２２２号明細書の比較例１からの手法に応じて製造され
た触媒で被覆された膜と一緒に、５０ｃｍ２の活性セル
面積を有する燃料電池セル−試験セル中に取り付けた。
膜−電極ユニットの触媒負荷及び他の技術的データを次
の表に記載する：
【００７０】
【表４】
【００７１】出力試験においてアノードガスとしてＨ２
４５体積％、Ｎ２ ３１体積％、ＣＯ２ ２１体積
％、ＣＯ ５０ｐｐｍからなる燃料ガス混合物を空気３
体積％の空気ブリードで使用した。この燃料ガス混合物
は、蒸気改質及び引き続き一酸化炭素含有量を減少させ
るための清浄化工程を用いた炭化水素の改質により得る
ことができる改質ガスをシュミレートする。カソードガ
スとして空気を使用した。セル温度は７５℃であった。
作業ガスの圧力は１ｂａｒ（絶対）であった。ガスの化
学量論は１．１（アノードガス）及び２．０（カソード
ガス）であった。
【００７２】電流密度に依存する空気運転での測定され
たセル電圧を、比較例１及び例１及び例２のセルについ
て図２に図示した。
【００７３】本発明によるガス拡散構造体を有する膜−
電極ユニットは、先行技術（ＶＢ１）と比較して明らか
に改善された電気的出力を供給することが解る。
【００７４】表５は６００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度でセ
ルを負荷する場合に測定されたセル電圧を示す。
【００７５】表５： ６００ｍＡ／ｃｍ２での改質／空
気運転でのセル電圧
【００７６】
【表５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガス拡散構造体の略図
【図２】例１、例２及び比較例１（ＶＢ１）のＭＥＡに
ついて、空気運転の場合に電流密度によるセル電圧の依
存性をグラフで示す図
【符号の説明】
１ 炭素担体、 ２ 疎水性層、 ３ 接触層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラルフ ツーバー ドイツ連邦共和国 グロースオストハイム ヴァーレンティーン−ホック−シュトラ ーセ 11 (72)発明者 アルミーン バイヤー ドイツ連邦共和国 フライゲリヒト フラ イゲリヒター シュトラーセ ２ (72)発明者 クヌート フェール ドイツ連邦共和国 シュリュヒテルン−ラ ムホルツ アム グレーザーベルク ８ (72)発明者 フォルカー ベーニッシュ ドイツ連邦共和国 エルレンゼー カステ ルシュトラーセ 10 (72)発明者 トーマス レーマン ドイツ連邦共和国 ランゲンゼルボルト シュペサルトシュトラーセ 47 Ｆターム(参考） 5H018 AA06 AS01 BB01 BB03 BB06 BB08 BB12 DD05 DD08 EE03 EE05 EE06 EE08 EE19 HH03 HH04 HH05 5H026 AA06 BB01 BB02 BB03 BB04 BB08 CC01 CX03 CX04 CX05 CX07 EE02 EE05 EE06 HH03 HH04 HH05

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２つの表面が境界をなしている疎水化さ
    れた薄層状の炭素担体、並びに炭素担体の２つの表面の
    一方に、少なくとも１種の疎水性ポリマーと微細粒の炭
    素粒子とからなる完全な混合物からなる接触層とを有
    し、その際、接触層の総質量に対する炭素粒子の割合は
    ４０〜９０質量％であり、前記の疎水性ポリマーはポリ
    エチレン、ポリプロピレン及びポリテトラフルオロエチ
    レンのグループから選択されるポリマー電解質−燃料電
    池用のガス分配構造体において、炭素担体の疎水化は少
    なくとも１種の疎水性ポリマーによって生じかつ前記の
    疎水化は２つの層に限定されており、前記の２つの層は
    それぞれ炭素担体の２つの表面から５〜４０μｍの深さ
    にまで達しかつ疎水性層の領域内の炭素担体の細孔容量
    を２０〜６０％まで充填していることを特徴とするポリ
    マー電解質−燃料電池用のガス分配構造体。
  2. 【請求項２】 ２つの疎水性層は、ポリエチレン、ポリ
    プロピレン及びポリテトラフルオロエチレンから選択さ
    れる少なくとも１種の疎水性ポリマーを含有する、請求
    項１記載のガス分配構造体。
  3. 【請求項３】 接触層は５〜１００μｍの厚さを有し、
    炭素担体は１００〜４００μｍの厚さを有する、請求項
    １又は２記載のガス分配構造体。
  4. 【請求項４】 請求項１から３までのいずれか１項記載
    のガス分配構造体を有し、かつガス分配構造体の接触層
    上に電極層が設置されていることを特徴とする、ガス分
    配構造体及び電極層からなる燃料電池用のガス拡散電
    極。
  5. 【請求項５】 膜−電極ユニットが請求項４記載の少な
    くとも１つのガス拡散電極を有する、ポリマー電解質−
    膜及び両面に設置されたガス拡散電極とからなる燃料電
    池用の膜−電極ユニット。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の膜−電極ユニットを有す
    ることを特徴とする、ポリマー電解質−燃料電池。
  7. 【請求項７】 炭素担体の各側面を、粉末状の、疎水性
    ポリマー及び液相からなるペーストで被覆し、乾燥さ
    せ、こうして形成された３層構造体を引き続き疎水性ポ
    リマーの焼結のためにか焼し、その後に２つの疎水性層
    の一方に、疎水性ポリマー及び微細な炭素粒子を含有す
    るインキを使用しながら接触層を設置し、乾燥させ、新
    たにか焼し、その際、ペーストの液相は水又は有機液体
    又はこれらの混合物であることを特徴とする、請求項１
    記載のガス分配構造体の製造方法。
  8. 【請求項８】 炭素担体の２つの側面に疎水性ポリマー
    からなる薄いシートを載置し、圧力及び熱の適用により
    炭素担体と結合させ、その後に２つの疎水性層の一方
    に、疎水性ポリマー及び微細な炭素粒子を含有するイン
    キを使用しながら接触層を設置し、乾燥させかつ新たに
    か焼することを特徴とする、請求項１記載のガス分配構
    造体の製造方法。
  9. 【請求項９】 炭素担体に疎水性ポリマーを含有する分
    散液を含浸させ、その後に、炭素担体の２つの表面に自
    在に空気を通しながら乾燥させ、引き続きポリマーの焼
    結のためにか焼し、その後に２つの疎水性層の一方に、
    疎水性ポリマー及び微細な炭素粒子を含有するインキを
    使用しながら接触層を設置し、乾燥させかつ新たにか焼
    することを特徴とする、請求項１記載のガス分配構造体
    の製造方法。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007500424A (ja) * 2003-07-28 2007-01-11 ゼネラル・モーターズ・コーポレーション 様々な動作湿度に最適化されたガス拡散層および対応する燃料電池
JP2007500423A (ja) * 2003-07-28 2007-01-11 ゼネラル・モーターズ・コーポレーション 空間的に特性が変化する拡散媒体及び該媒体を組み込んだ装置
JP2009524902A (ja) * 2006-01-25 2009-07-02 オングストローム パワー インク． パッシブ型反応物供給による燃料電池の操作方法
JP5794404B1 (ja) * 2014-09-25 2015-10-14 大日本印刷株式会社 電池用ガス拡散層、該電池用ガス拡散層を用いた電池用膜−電極接合体、電池用部材、電池及びこれらの製造方法
WO2016047642A1 (ja) * 2014-09-25 2016-03-31 大日本印刷株式会社 電池用ガス拡散層、該電池用ガス拡散層を用いた電池用膜－電極接合体、電池用部材、電池及びこれらの製造方法
CN112582634A (zh) * 2020-11-18 2021-03-30 上海治臻新能源装备有限公司 一种高耐蚀的燃料电池双极板的多层复合碳涂层

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6716551B2 (en) * 2001-05-02 2004-04-06 Ballard Power Systems Inc. Abraded fluid diffusion layer for an electrochemical fuel cell
US20030098237A1 (en) * 2001-11-28 2003-05-29 3M Innovative Properties Company Fuel cell gas diffusion layer coating process and treated article
US6733915B2 (en) * 2001-12-27 2004-05-11 E. I. Du Pont De Nemours And Company Gas diffusion backing for fuel cells
US7232627B2 (en) * 2002-11-08 2007-06-19 Honda Motor Co., Ltd. Electrode for solid polymer fuel cell
EP1435672A1 (de) * 2002-12-30 2004-07-07 Umicore AG & Co. KG Katalysatorhaltiges Gasverteilersubstrat für Brennstoffzellen sowie Verfahren zu dessen Herstellung
US20080233436A1 (en) * 2003-07-28 2008-09-25 General Motors Corporation Diffusion media tailored to account for variations in operating humidity and devices incorporating the same
DE102004035305A1 (de) * 2004-07-21 2006-02-16 Pemeas Gmbh Verbesserte Membran-Elektrodeneinheiten und Brennstoffzellen mit hoher Lebensdauer
KR100578970B1 (ko) * 2004-08-25 2006-05-12 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지용 전극 및 이를 포함하는 연료 전지
JP4797364B2 (ja) * 2004-11-18 2011-10-19 三菱マテリアル株式会社 複合金属多孔体およびその製造方法
JP4835071B2 (ja) * 2005-08-31 2011-12-14 トヨタ自動車株式会社 撥水層形成用テープ
KR100846072B1 (ko) * 2006-01-04 2008-07-14 주식회사 엘지화학 촉매 트래핑 층을 포함하고 있는 막-전극 접합체 및그것으로 구성된 연료전지
KR100761524B1 (ko) * 2006-02-02 2007-10-04 주식회사 협진아이엔씨 연료전지용 기체확산층의 제조 방법
JP2007234359A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Honda Motor Co Ltd 固体高分子型燃料電池用膜電極構造体
US8329356B2 (en) * 2006-09-07 2012-12-11 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell microporous layer including particles with a controlled pore size distribution
US20080076005A1 (en) * 2006-09-22 2008-03-27 Michel Bitton Fuel cell fluid distribution system
DE102007025207A1 (de) * 2007-05-30 2008-12-04 Volkswagen Ag Gasdiffusionselektrode und diese enthaltende Membran-Elektroden-Einheit für eine Brennstoffzelle
US8702973B2 (en) * 2011-03-15 2014-04-22 Uop Llc Process for upgrading one or more hydrocarbons boiling in a naphtha range
CN104981929B (zh) * 2013-02-13 2017-07-04 东丽株式会社 燃料电池用气体扩散层、及其制造方法
KR20210074896A (ko) * 2019-12-12 2021-06-22 현대자동차주식회사 연료전지용 기체확산층 및 그 제조방법
CN114725398B (zh) * 2022-04-28 2023-10-13 一汽解放汽车有限公司 一种耐高压长寿命气体扩散层及制备方法和燃料电池

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61157691A (ja) * 1984-12-24 1986-07-17 ユナイテツド・テクノロジーズ・コーポレイシヨン 電気化学的槽、ガス減極された陰極の製造方法及び電気分解方法
JPH1092440A (ja) * 1996-08-27 1998-04-10 Univ New York State ポリ（ビニリデンフルオライド）カーボンブレンドを基礎としたガス拡散電極
JPH10261421A (ja) * 1997-03-17 1998-09-29 Japan Gore Tex Inc 高分子固体電解質燃料電池用ガス拡散層材料及びその接合体
JPH11273688A (ja) * 1998-01-02 1999-10-08 De Nora Spa ガス拡散電極用の改良された構造体および製造方法ならびに電極部品
JP2000500910A (ja) * 1995-11-28 2000-01-25 マグネート―モートア、ゲゼルシャフト、フュール、マグネートモートリシェ、テヒニク、ミット、ベシュレンクテル、ハフツング 重合体電解質メンブラン燃料電池用のガス拡散電極
JP2001513940A (ja) * 1998-03-06 2001-09-04 マグネート−モートア、ゲゼルシャフト、フュール、マグネートモートリシェ、テヒニク、ミット、ベシュレンクテル、ハフツング 水に対する拡散能力が低いガス拡散電極およびポリマー電解膜燃料電池

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4293396A (en) 1979-09-27 1981-10-06 Prototech Company Thin carbon-cloth-based electrocatalytic gas diffusion electrodes, and electrochemical cells comprising the same
US4636274A (en) 1984-12-24 1987-01-13 United Technologies Corporation Method of making circulating electrolyte electrochemical cell having gas depolarized cathode with hydrophobic barrier layer
US4927514A (en) 1988-09-01 1990-05-22 Eltech Systems Corporation Platinum black air cathode, method of operating same, and layered gas diffusion electrode of improved inter-layer bonding
CA2052221C (en) 1990-11-19 2000-04-11 David S. Watkins Fuel cell electrode assembly with hydrophobic polymer loading
US5441823A (en) 1994-07-01 1995-08-15 Electric Fuel (E.F.L.) Ltd. Process for the preparation of gas diffusion electrodes
KR19990064016A (ko) 1995-10-06 1999-07-26 그레이스 스티븐 에스. 연료 전지의 막 전극 조립체용 유동 장 구조물
DE19611510A1 (de) 1996-03-23 1997-09-25 Degussa Gasdiffusionselektrode für Membranbrennstoffzellen und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE19709199A1 (de) * 1997-03-06 1998-09-17 Magnet Motor Gmbh Gasdiffusionselektrode mit verringertem Diffusionsvermögen für Wasser und Verfahren zum Betreiben einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle ohne Zuführung von Membranbefeuchtungswasser
DE19812592B4 (de) 1998-03-23 2004-05-13 Umicore Ag & Co.Kg Membran-Elektroden-Einheit für Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie Tinte
US5998058A (en) 1998-04-29 1999-12-07 International Fuel Cells Corporation Porous support layer for an electrochemical cell
DE19837669A1 (de) 1998-08-20 2000-03-09 Degussa Katalysatorschicht für Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61157691A (ja) * 1984-12-24 1986-07-17 ユナイテツド・テクノロジーズ・コーポレイシヨン 電気化学的槽、ガス減極された陰極の製造方法及び電気分解方法
JP2000500910A (ja) * 1995-11-28 2000-01-25 マグネート―モートア、ゲゼルシャフト、フュール、マグネートモートリシェ、テヒニク、ミット、ベシュレンクテル、ハフツング 重合体電解質メンブラン燃料電池用のガス拡散電極
JP2000513480A (ja) * 1995-11-28 2000-10-10 ヘキスト・リサーチ・アンド・テクノロジー・ドイチュラント・ゲーエムベーハー・ウント・コンパニー・カーゲー 高分子電解質膜型燃料電池用ガス拡散電極
JPH1092440A (ja) * 1996-08-27 1998-04-10 Univ New York State ポリ（ビニリデンフルオライド）カーボンブレンドを基礎としたガス拡散電極
JPH10261421A (ja) * 1997-03-17 1998-09-29 Japan Gore Tex Inc 高分子固体電解質燃料電池用ガス拡散層材料及びその接合体
JPH11273688A (ja) * 1998-01-02 1999-10-08 De Nora Spa ガス拡散電極用の改良された構造体および製造方法ならびに電極部品
JP2001513940A (ja) * 1998-03-06 2001-09-04 マグネート−モートア、ゲゼルシャフト、フュール、マグネートモートリシェ、テヒニク、ミット、ベシュレンクテル、ハフツング 水に対する拡散能力が低いガス拡散電極およびポリマー電解膜燃料電池

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007500424A (ja) * 2003-07-28 2007-01-11 ゼネラル・モーターズ・コーポレーション 様々な動作湿度に最適化されたガス拡散層および対応する燃料電池
JP2007500423A (ja) * 2003-07-28 2007-01-11 ゼネラル・モーターズ・コーポレーション 空間的に特性が変化する拡散媒体及び該媒体を組み込んだ装置
JP4695079B2 (ja) * 2003-07-28 2011-06-08 ゼネラル・モーターズ・コーポレーション 空間的に特性が変化する拡散媒体及び該媒体を組み込んだ装置
JP2009524902A (ja) * 2006-01-25 2009-07-02 オングストローム パワー インク． パッシブ型反応物供給による燃料電池の操作方法
US8835024B2 (en) 2006-01-25 2014-09-16 Societe Bic Method for operating fuel cells with passive reactant supply
JP5794404B1 (ja) * 2014-09-25 2015-10-14 大日本印刷株式会社 電池用ガス拡散層、該電池用ガス拡散層を用いた電池用膜−電極接合体、電池用部材、電池及びこれらの製造方法
WO2016047642A1 (ja) * 2014-09-25 2016-03-31 大日本印刷株式会社 電池用ガス拡散層、該電池用ガス拡散層を用いた電池用膜－電極接合体、電池用部材、電池及びこれらの製造方法
CN112582634A (zh) * 2020-11-18 2021-03-30 上海治臻新能源装备有限公司 一种高耐蚀的燃料电池双极板的多层复合碳涂层

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