JP2003208904A - Carbonaceous material for fuel cell having electroconductivity and water repellency in combination - Google Patents

Carbonaceous material for fuel cell having electroconductivity and water repellency in combination

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JP2003208904A
JP2003208904A JP2002005370A JP2002005370A JP2003208904A JP 2003208904 A JP2003208904 A JP 2003208904A JP 2002005370 A JP2002005370 A JP 2002005370A JP 2002005370 A JP2002005370 A JP 2002005370A JP 2003208904 A JP2003208904 A JP 2003208904A
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water
fuel cell
carbonaceous material
carbon black
repellent
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Japanese (ja)
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Hideyuki Hisa
英之 久
Junichi Takahama
順一 高濱
Tetsuharu Kadowaki
徹治 門脇
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Mikuni Color Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a carbonaceous material having required characteristics of water repellency and electroconductivity in combination as a material for a fuel cell material. <P>SOLUTION: This is the carbonaceous material for the fuel cell comprised that carbon black whose adsorbed water amount in relative pressure (P/Po) 0.4 per unit specific surface area is 3.0×10<SP>-3</SP>to 9.0×10<SP>-3</SP>mg/m<SP>2</SP>is surface treated by a water-repellent substance. The water-repellent substance is one kind or more among fluororesin, silicone resin, silane coupling agent, and wax, and the surface treatment is carried out by a wet-type method. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は導電性と撥水性を兼
ね備えた炭素質材料、並びにこれを用いた固体高分子
型、リン酸型などの燃料電池用電極のガス拡散層、触媒
層、セパレーター及びその製造に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbonaceous material having both conductivity and water repellency, and a gas diffusion layer, a catalyst layer, and a separator of a solid polymer type or phosphoric acid type fuel cell electrode using the same. And its manufacture.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、燃料の有する化学エネルギー
を直接電気エネルギーに変換する装置として、燃料電池
が知られている。この燃料電池は、一般的に、多孔質材
料を使用した一対の電極、すなわち燃料極(アノード
極)と酸化剤極(カソード極)との間に、電解質を保持
する電解質層を挟み、燃料極の背面に反応ガスとして燃
料ガスを接触させることにより、このときに生じる電気
化学的反応を利用して、上記各電極間から電気エネルギ
ーを取り出すように構成した装置である。
2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell has been known as an apparatus for directly converting chemical energy of fuel into electric energy. This fuel cell generally includes a pair of electrodes using a porous material, that is, a fuel electrode (anode electrode) and an oxidant electrode (cathode electrode), and an electrolyte layer for holding an electrolyte interposed between the electrodes. By bringing a fuel gas as a reaction gas into contact with the back surface of the device, the electrochemical reaction generated at this time is utilized to take out electric energy from between the electrodes.

【0003】燃料極は、水素から電子を引き抜く触媒
と、燃料である水素のガス拡散層と、集電体としてのセ
パレータが積層された構造である。また酸化剤極は、プ
ロトンと酸素の反応触媒と、空気のガス拡散層と、セパ
レータが積層された構造である。電解質としてスルホン
酸系のプロトン伝導性の固体高分子膜(電解質膜)を用
いた固体高分子型の燃料電池が、低温での使用について
実用化が有望視されている。
The fuel electrode has a structure in which a catalyst for extracting electrons from hydrogen, a gas diffusion layer for hydrogen as a fuel, and a separator as a current collector are laminated. The oxidant electrode has a structure in which a reaction catalyst of protons and oxygen, a gas diffusion layer of air, and a separator are laminated. A solid polymer type fuel cell using a sulfonic acid-based proton conductive solid polymer membrane (electrolyte membrane) as an electrolyte is expected to be put to practical use at low temperatures.

【0004】ここで、カソード極での、1/2O+2H
+2e→HO の反応で発生した水分を速やかに
除去するために、電極部材には導電性のみならず撥水性
をも付与する必要がある。例えばガス拡散層の製法とし
ては、カーボンペーパーまたはカーボン繊維体から成る
多孔質の材料に、カーボンブラックや黒鉛などの導電材
料と、バインダー兼撥水剤としてのフッ素樹脂とを混合
して塗布することで導電性と撥水性を両立させた層を形
成する方法が知られている(特開平10−261,42
1号公報、特開2001−43,865号公報等)。触
媒層は、カーボン粒子等の炭素質材料に白金、ルテニウ
ム等の触媒物質を担持し、バインダー樹脂と混合して電
解質膜上に塗布して形成するか、ガス拡散層上に形成し
た後に電解質膜とホットプレスする等の方法で形成され
る(特開平7−211,324号公報、特開平8−13
8,683号公報等)。
Here, 1 / 2O 2 + 2H at the cathode electrode
In order to quickly remove the water generated by the reaction of + + 2e → H 2 O, it is necessary to impart not only conductivity but also water repellency to the electrode member. For example, as a method of manufacturing the gas diffusion layer, a conductive material such as carbon black or graphite and a fluororesin serving as a binder and a water repellent are mixed and applied to a porous material made of carbon paper or a carbon fiber body. A method of forming a layer having both conductivity and water repellency is known (Japanese Patent Laid-Open No. 10-261,42).
No. 1, JP 2001-43,865, etc.). The catalyst layer is formed by supporting a catalyst substance such as platinum or ruthenium on a carbonaceous material such as carbon particles and mixing it with a binder resin and coating it on the electrolyte membrane, or after forming it on the gas diffusion layer and then forming the electrolyte membrane. And hot pressing, etc. (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-211,324 and 8-13
No. 8,683).

【0005】また、導電性粒子と、テトラフルオロエチ
レンのような撥水性の材料とから成る層上に触媒担持カ
ーボンブラックからなる層を形成しこれと高分子固体電
解質とで接合体を形成する方法も知られている(特開平
7−296,818号公報等)。セパレータとしては黒
鉛シートのプレス成形によるもの、炭素焼結体に樹脂を
含浸させた樹脂含浸材、ガラス状カーボン、エポキシ樹
脂等の熱硬化性樹脂に、カーボンブラックや黒鉛等の炭
素質材料を配合してなるもの等が知られている(特開昭
58−53,167号公報、特開昭60−37,670
号公報、特開昭60−246,568号公報、特開20
00−239,488号公報等)。
A method of forming a layer of catalyst-supporting carbon black on a layer of conductive particles and a water-repellent material such as tetrafluoroethylene, and forming a bonded body with the solid polymer electrolyte Is also known (Japanese Patent Laid-Open No. 7-296,818, etc.). The separator is made by press molding of a graphite sheet, resin impregnated material in which a carbon sintered body is impregnated with resin, glassy carbon, thermosetting resin such as epoxy resin, and carbonaceous material such as carbon black or graphite is blended. And the like are known (Japanese Patent Laid-Open No. 58-53,167 and Japanese Patent Laid-Open No. 60-37,670).
JP, JP-A-60-246,568, JP, 20
No. 00-239,488).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような公知の方法でガス拡散層を形成した場合、撥水剤
量が多いと電気的な抵抗値が上がり充分な導電性を保て
ない。逆に、撥水剤量が少ないと、十分な撥水性を得る
事ができずに、ガスの透過の妨げとなり、結果として電
池性能の低下を引き起こしていた。
However, when the gas diffusion layer is formed by the known method as described above, if the amount of the water repellent is large, the electrical resistance value increases and sufficient conductivity cannot be maintained. On the contrary, when the amount of the water repellent is small, sufficient water repellency cannot be obtained, which hinders gas permeation, resulting in deterioration of battery performance.

【0007】触媒層、セパレーターにしても同様の事が
いえる。触媒層は多量の水分が触媒の周りを覆う事によ
り、触媒機能が低下する。また、セパレーターは通常は
ガスを通過させるための溝を形成させるが、セパレータ
ー溝の撥水性が悪いと、水が付着してガス流路が閉鎖す
るとともに、空気極と電解質との境界にできる水分を除
去しなければ、この水分が邪魔をした部分で空気極の反
応が進まなくなり、結果として電池性能の低下を引き起
こしていた。
The same applies to the catalyst layer and the separator. In the catalyst layer, a large amount of water covers the periphery of the catalyst, so that the catalytic function is deteriorated. Further, the separator usually forms a groove for passing gas, but when the water repellency of the separator groove is poor, water adheres and the gas flow path is closed, and moisture formed at the boundary between the air electrode and the electrolyte is formed. If the water was not removed, the reaction of the air electrode did not proceed at the portion where this water interfered, resulting in a decrease in battery performance.

【0008】燃料電池用の導電材料として用いるため
に、炭素質材料のような導電性の材料に撥水化処理を施
す試みは従来より行われている。例えば、特開2000
−239,704号公報には、カーボンブラック、カー
ボンペーパー、グラファイト、ニッケル粉末、スポンジ
状チタンといった導電性の材料を、エタノールの存在下
に、各種のシランカップリング剤と混合したり、環状シ
リコーンオイルに分散した上で各種のシランカップリン
グ剤と混合し、撥水化処理を行っている。そして、得ら
れた被処理物の重量変化、拡散反射法による赤外吸収ス
ペクトルから撥水膜が微粒子表面に化学結合した化学吸
着単分子膜である、としている。
[0008] For use as a conductive material for fuel cells, attempts have been made so far to subject a conductive material such as a carbonaceous material to a water repellent treatment. For example, JP 2000
-239,704, conductive materials such as carbon black, carbon paper, graphite, nickel powder, and titanium sponge are mixed with various silane coupling agents in the presence of ethanol, or cyclic silicone oil is used. And then mixed with various silane coupling agents for water repellent treatment. Then, from the obtained weight change of the object to be treated and the infrared absorption spectrum by the diffuse reflection method, the water repellent film is a chemical adsorption monomolecular film chemically bonded to the surface of the fine particles.

【0009】また、特開平6−256,008号公報で
は、カーボン粒子を350〜600℃で1分〜6時間フ
ッ素と反応させることによりフッ化カーボン粒子を得る
こと、これを燃料電池等の電池材料として用いることが
記載されている。しかしながら、これら従来の方法で得
られた撥水化炭素材料はいずれも、撥水化処理を進める
ことにより導電性が損なわれ、要求性能を満足できるも
のではなかった。
Further, in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 6-256,008, carbon particles are reacted with fluorine at 350 to 600 ° C. for 1 minute to 6 hours to obtain fluorinated carbon particles, which are used in a battery such as a fuel cell. It is described to be used as a material. However, none of the water-repellent carbon materials obtained by these conventional methods impairs the conductivity due to the progress of the water-repellent treatment and cannot satisfy the required performance.

【0010】本発明は、できる限り少量の撥水剤量にて
十分でかつ長期間にわたる撥水性能と導電性能を両立さ
せる燃料電池用導電材料を提供することを目的とするも
のである。
It is an object of the present invention to provide a conductive material for a fuel cell, in which the water repellent amount is as small as possible and the water repellent performance and the conductive performance are compatible for a long period of time.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の課題
に鑑みて鋭意検討を行った。その結果、特定の炭素質材
料を撥水化処理して得られた材料は、燃料電池用材料と
して撥水性、導電性の要求特性を兼ね備えるという優れ
た性能を有することを見出して本発明に到達した。すな
わち、本発明は、
Means for Solving the Problems The present inventors have made extensive studies in view of the above problems. As a result, the present inventors have found that the material obtained by subjecting a specific carbonaceous material to water repellency treatment has excellent performance as a material for fuel cells, which has both required properties of water repellency and conductivity. did. That is, the present invention is

【0012】(1)単位比表面積当たりの相対圧(P/
Po)0.4における吸着水分量が、3.0×10−3
〜9.0×10−3mg/mであるカーボンブラック
を撥水性物質で表面処理して成る燃料電池用炭素質材
料、(2)撥水性物質での表面処理が、湿式方法により
行われる上記(1)記載の燃料電池用炭素質材料、
(3)撥水性物質がフッ素樹脂、ケイ素樹脂、シランカ
ップリング剤、及びワックスのうち一種以上である上記
(1)又は(2)に記載の燃料電池用炭素質材料、
(1) Relative pressure per unit specific surface area (P /
Po), the amount of adsorbed water at 0.4 is 3.0 × 10 −3
A carbonaceous material for fuel cells, which is obtained by surface-treating carbon black having a content of ˜9.0 × 10 −3 mg / m 2 with a water-repellent substance, and (2) surface treatment with a water-repellent substance is carried out by a wet method. A carbonaceous material for a fuel cell according to the above (1),
(3) The carbonaceous material for a fuel cell according to (1) or (2) above, wherein the water-repellent substance is one or more of fluororesin, silicon resin, silane coupling agent, and wax.

【0013】(4)上記(1)〜(3)のいずれかに記
載の燃料電池用炭素質材料を含有する分散液、(5)上
記(1)〜(3)のいずれかに記載の燃料電池用炭素質
材料に触媒物質を担持してなる燃料電池用電極用材料、
(6)上記(5)記載の燃料電池用電極用材料を含有す
る燃料電池用電極、(7)上記(1)〜(3)のいずれ
かに記載の燃料電池用炭素質材料をバインダー樹脂と配
合して多孔質材料に含浸してなる燃料電池用ガス拡散
層、
(4) A dispersion containing the carbonaceous material for a fuel cell according to any one of (1) to (3) above, (5) a fuel according to any one of (1) to (3) above. A material for a fuel cell electrode, which comprises a carbonaceous material for a cell and a catalyst substance supported thereon,
(6) A fuel cell electrode containing the fuel cell electrode material according to (5) above, (7) the fuel cell carbonaceous material according to any one of (1) to (3) above as a binder resin. A gas diffusion layer for a fuel cell, which is prepared by impregnating a porous material

【0014】(8)上記(1)〜(3)のいずれかに記
載の燃料電池用炭素質材料を、熱硬化性樹脂と配合して
成形してなる燃料電池用セパレーター、(9)上記
(4)記載の分散液をバインダー樹脂と配合し、多孔質
材料に含浸することを特徴とする燃料電池用ガス拡散層
の製造方法、(10)上記(4)記載の分散液を熱硬化
性樹脂と配合して成形することを特徴とする燃料電池用
セパレーター、(11)単位比表面積当たりの相対圧
(P/Po)0.4における吸着水分量が3.0×10
−3〜9.0×10−3mg/mであるカーボンブラ
ックを、撥水性物質で表面処理して成る炭素質材料、に
存する。
(8) A fuel cell separator formed by blending the carbonaceous material for fuel cell according to any one of (1) to (3) above with a thermosetting resin, and molding (9) above ( 4) A method for producing a gas diffusion layer for a fuel cell, which comprises blending the dispersion according to 4) with a binder resin, and impregnating the porous material with the binder resin. (10) The dispersion according to (4) above is a thermosetting resin. (11) Adsorbed water content at relative pressure (P / Po) 0.4 per unit specific surface area of 3.0 × 10
-3 to 9.0 × 10 -3 mg / m 2 of carbon black, which is a carbonaceous material obtained by surface-treating a carbon black with a water-repellent substance.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。 〔カーボンブラック〕本発明では、炭素材料として、以
下のものを使用する。すなわち、単位比表面積当たりの
相対圧(P/Po)0.4における吸着水分量が、3.
0×10−3〜9.0×10−3mg/mであるカー
ボンブラックである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below. [Carbon Black] In the present invention, the following carbon materials are used. That is, the amount of adsorbed water at a relative pressure (P / Po) of 0.4 per unit specific surface area is 3.
It is a carbon black of 0 × 10 −3 to 9.0 × 10 −3 mg / m 2 .

【0016】カーボンブラックとしては特に限定され
ず、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチ
レンブラックが代表的に挙げられる。粒子径やストラク
チャー、表面性状等を問わず単独種類または複数種類の
カーボンブラックを混合して用いることができる。カー
ボンブラックの形状も問わず、ビーズ状、ペレット状、
粉状、フレーク状等が挙げられるが、粉状が好ましく、
さらに好適にはカーボンブラック−水スラリー状態で測
定した5μmフィルター残が200ppm以下のカーボ
ンブラックである。
The carbon black is not particularly limited, and typical examples include furnace black, Ketjen black, and acetylene black. A single type or a plurality of types of carbon black may be mixed and used regardless of the particle size, structure, surface properties and the like. Regardless of the shape of carbon black, beads, pellets,
Examples include powder and flakes, but powder is preferable,
More preferably, the carbon black having a 5 μm filter residue measured in the state of carbon black-water slurry is 200 ppm or less.

【0017】ここで、吸着水分量として、相対圧(P/
Po)0.4の値を用いたのは、各相対圧毎の吸着容量
をプロットした吸着等温線を詳細に解析した結果、(P
/Po)0〜0.4までの吸着容量が、カーボンブラッ
ク表面の結晶構造や官能基の種類や量等カーボンブラッ
ク表面のミクロ状態を反映していることが判明したこと
と、カーボンブラックそれ自体の撥水性と耐熱性が向上
すること更に、低レベルの撥水処理においても充分な撥
水効果が得られる等の特性がカーボンブラックのミクロ
状態と極めて関係していることを究明した事実に基づく
ものである。
Here, the relative pressure (P /
The value of Po) 0.4 is used because the adsorption isotherm in which the adsorption capacity is plotted for each relative pressure is analyzed in detail,
/ Po) It was found that the adsorption capacity of 0 to 0.4 reflects the microstructure of the carbon black surface such as the crystal structure of the carbon black surface and the type and amount of functional groups, and the carbon black itself. Based on the fact that the properties such as the improvement of the water repellency and heat resistance of the carbon black and the sufficient water repellency even at a low level of water repellency treatment are extremely related to the micro state of carbon black. It is a thing.

【0018】また、吸着水分量の増減に関係する結晶構
造(結晶子)の発達程度は、比表面積や粒子径により変
化することから、カーボンブラックの特定を正しく評価
するには、吸着水分量を比表面積で割った値で判断する
のが好ましい。さらに好ましくは、これらの特性に加え
て1500℃で脱離したガス中のH量が0.5mg/
g以下のカーボンブラックである。
Further, the degree of development of the crystal structure (crystallite) related to the increase or decrease of the adsorbed water content changes depending on the specific surface area or the particle size. It is preferable to judge by the value divided by the specific surface area. More preferably, in addition to these characteristics, the amount of H 2 in the gas desorbed at 1500 ° C. is 0.5 mg /
It is carbon black of g or less.

【0019】粉状のカーボンブラックとしては、例えば
ファーネスブラック製造プラントにおける造粒前のもの
が好適であるが、造粒した粒状品をジェットミル等で粉
砕したものも使用可能である。さらに5μmフィルター
残粗粒分は、ファーネスブラック製造プラントから製出
したものが上記範囲内であればそのまま使用可能である
が、上限側に外れているカーボンブラックに関しては、
超音波濾過機(例えば特開昭61−89262号公報に
記載の方法)や「エアーファイネックス」(フジパウダ
ル社製)等で粗粒分を除去した後使用してもよい。
As the powdery carbon black, for example, one which has not been granulated in a furnace black manufacturing plant is suitable, but granulated granular products pulverized by a jet mill or the like can also be used. Further, the 5 μm filter residual coarse particles can be used as they are if they are produced from the furnace black manufacturing plant within the above range, but regarding the carbon black deviated to the upper limit side,
It may be used after removing coarse particles with an ultrasonic filter (for example, the method described in JP-A-61-89262) or "Air Finex" (manufactured by Fuji Paudal).

【0020】単位比表面積当たりの相対圧(P/Po)
0.4における吸着水分量が3.0×10−3〜9.0
×10−3mg/mのカーボンブラックは、例えばフ
ァーネス法、コンタクト法、アセチレン法、サーマル法
等による製造プラントから製出したカーボンブラックを
酸素を断った雰囲気下例えばN気流中、真空中または
炭素粉(つめ粉と呼び一般にコークス粉が使用され
る。)中で熱処理することにより得られる。雰囲気の酸
素濃度としては、1体積%以下が好ましくこれを超える
とカーボンブラックの収率が減少するので好ましくな
い。
Relative pressure per unit specific surface area (P / Po)
The amount of adsorbed water at 0.4 is 3.0 × 10 −3 to 9.0.
The carbon black of × 10 −3 mg / m 2 is, for example, in a vacuum, for example, in a N 2 gas flow, in a vacuum, in a carbon black produced from a manufacturing plant by a furnace method, a contact method, an acetylene method, a thermal method, or the like in an oxygen-free atmosphere. Alternatively, it can be obtained by heat-treating in carbon powder (which is generally called coke powder, which is referred to as claw powder). The oxygen concentration in the atmosphere is preferably 1% by volume or less, and if it exceeds this, the yield of carbon black decreases, which is not preferable.

【0021】上記熱処理を大規模に行う場合は、アチソ
ン式電気炉をまた小規模の場合は、黒鉛パイプ中にカー
ボンブラックを充填し、これを炭素粉中に埋設した後、
パイプの両端に交流電流を通す方式が有利である。この
ような方式において、熱処理温度を高くするほどカーボ
ンブラック内部の結晶子が再配列し、結晶子Lc(c軸
方向の結晶子の大きさ)は、大きくなるが、熱処理温度
2300℃以上になると粒子が融着したストラクチャー
やこのストラクチャーが凝集したアグロメレートの結合
が強くなることまたは、単位比表面積当たりの(P/P
o)0.4における吸着水分量が、3.0×10−3
g/m未満となり、水、アルコールなどの溶媒に対す
る分散性が極端に悪くなる。
When the heat treatment is carried out on a large scale, an Acheson type electric furnace is used, and when the heat treatment is carried out on a small scale, a graphite pipe is filled with carbon black and embedded in carbon powder.
A method in which an alternating current is passed through both ends of the pipe is advantageous. In such a method, as the heat treatment temperature is increased, the crystallites inside the carbon black are rearranged, and the crystallite Lc (size of the crystallite in the c-axis direction) is increased, but when the heat treatment temperature is 2300 ° C. or higher. The structure in which the particles are fused and the agglomerates formed by agglomeration of the structure are strengthened, or (P / P per unit specific surface area)
o) The amount of adsorbed water at 0.4 is 3.0 × 10 −3 m
It becomes less than g / m 2, and the dispersibility in a solvent such as water or alcohol becomes extremely poor.

【0022】一方、1700℃以下であると、結晶子が
ほとんど発達しないだけでなく、耐熱性に影響する単位
比表面積当たりの(P/Po)0.4における吸着水分
量が、9.0×10−3mg/mを超えるだけでなく
灰分や揮発分中のH成分が除去されず結果的には、
に優れた撥水性カーボンブラックとなり得ない。熱
処理時間は、特に限定されるものではないが、好ましく
は、0.5〜10時間の範囲で決められる。
On the other hand, when the temperature is 1700 ° C. or lower, not only crystallites hardly develop, but also the amount of adsorbed water at (P / Po) 0.4 per unit specific surface area, which affects heat resistance, is 9.0 ×. In addition to exceeding 10 −3 mg / m 2 , H 2 components in ash and volatile components were not removed, and as a result,
It cannot be an excellent water-repellent carbon black. The heat treatment time is not particularly limited, but is preferably set in the range of 0.5 to 10 hours.

【0023】なお、カーボンブラックの粒子径は前述し
たように、特に制限されるものではないが、後述するよ
うに本発明の撥水性が付与された炭素質材料に触媒を担
持して電極材料として用いる場合には、粒子径が小さく
比表面積が大きいカーボンブラックを用いるのが好まし
い。より具体的には、平均一次粒子径(電子顕微鏡によ
る算術平均径)が100nm以下、好ましくは60nm
以下、さらに好ましくは20nm以下のものである。比
表面積(低温窒素吸着法による(JIS K621
7))は、好ましくは20m/g以上、特に好ましく
は30m/g以上、さらに好ましくは200m/g
以上である。このような小粒子径・高比表面積のカーボ
ンブラックを用いることにより、単位重量当たりのカー
ボンブラックに担持できる触媒量が多くなり、高い触媒
効率が発揮できる。
The particle size of carbon black is not particularly limited as described above, but as will be described later, a catalyst is supported on the water-repellent carbonaceous material of the present invention as an electrode material. When used, it is preferable to use carbon black having a small particle size and a large specific surface area. More specifically, the average primary particle diameter (arithmetic average diameter by an electron microscope) is 100 nm or less, preferably 60 nm.
Hereafter, it is more preferably 20 nm or less. Specific surface area (by low temperature nitrogen adsorption method (JIS K621
7)) is preferably 20 m 2 / g or more, particularly preferably 30 m 2 / g or more, more preferably 200 m 2 / g.
That is all. By using carbon black having such a small particle diameter and a high specific surface area, the amount of catalyst that can be supported on the carbon black per unit weight increases, and high catalyst efficiency can be exhibited.

【0024】〔撥水化処理〕上述したカーボンブラック
を、撥水性物質で撥水処理する。撥水処理の方法は限定
されず、乾式方法、湿式方法のいずれでもよい。乾式方
法による場合、例えば、カーボンブラックと撥水性物質
とを対流型粉体混合機、回転型粉体混合機、具体的に
は、ボールミル、ジェットミル、ハイブリダイザー、ヘ
ンシェルミキサーなどに仕込んで混合する方法が挙げら
れる。
[Water repellent treatment] The above carbon black is subjected to a water repellent treatment with a water repellent substance. The method of water repellent treatment is not limited, and either a dry method or a wet method may be used. In the case of the dry method, for example, carbon black and a water-repellent substance are charged into a convection type powder mixer, a rotary type powder mixer, specifically, a ball mill, a jet mill, a hybridizer, a Henschel mixer or the like and mixed. There is a method.

【0025】湿式方法による場合、カーボンブラックと
撥水性物質とを溶剤中、あるいは水性媒体中で混合する
方法、カーボンブラックを撥水性物質の溶液に分散して
溶液を留去する方法、カーボンブラックと、カーボンブ
ラックの有するカルボキシ基、水酸基と反応し得る官能
基を有する撥水性物質を選択して反応させる方法等が挙
げられる他、カーボンブラックを予め水性分散液として
おき、撥水性物質の有機溶媒溶液をここに滴下してカー
ボンブラックを有機溶媒相に移行させる、いわゆるフラ
ッシングを利用する方法が挙げられる。この方法によれ
ば、微細な分散が困難なカーボンブラックを予め水中で
微分散しているため撥水性物質での処理が均一に行える
ため好都合である。
In the case of the wet method, carbon black and a water-repellent substance are mixed in a solvent or an aqueous medium, carbon black is dispersed in a solution of the water-repellent substance and the solution is distilled off. , A method of selecting and reacting a water-repellent substance having a functional group capable of reacting with a carboxy group and a hydroxyl group of carbon black, and the like, and carbon black is previously prepared as an aqueous dispersion to obtain a solution of the water-repellent substance in an organic solvent. There is a method of utilizing so-called flushing in which carbon black is transferred to the organic solvent phase by dropping. According to this method, carbon black, which is difficult to be finely dispersed, is finely dispersed in water in advance, which is advantageous because the treatment with the water-repellent substance can be performed uniformly.

【0026】〔撥水性物質〕撥水性物質としては、撥水
性の高い材料、例えばPTFE(ポリテトラフルオロエ
チレン)、FEP(フッ化エチレンポリプロピレンコポ
リマー)、PFA(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コポリマー)、ETFE
(エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体)、PC
TFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)、PVDF
(ポリフッ化ビニリデン)、E−CTFE(三フッ化塩
化エチレン−エチレンコポリマー)などのフッ素樹脂、
ケイ素樹脂、シランカップリング剤、ワックスが挙げら
れるが、特に撥水効果が高いPTFEが好ましい。
[Water-repellent substance] As the water-repellent substance, a highly water-repellent material such as PTFE (polytetrafluoroethylene), FEP (fluorinated ethylene polypropylene copolymer), PFA (tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer) , ETFE
(Ethylene / tetrafluoroethylene copolymer), PC
TFE (polychlorotrifluoroethylene), PVDF
(Polyvinylidene fluoride), E-CTFE (trifluorochloroethylene-ethylene copolymer) and other fluororesins,
Silicon resin, a silane coupling agent, and a wax may be mentioned, and PTFE having a particularly high water repellency is particularly preferable.

【0027】また、上述したフラッシングを利用する方
法では処理後に除去が容易な有機溶媒を用い、ここに溶
解又は均一に分散可能な撥水性物質を選択すれば良い。
有機溶媒としては例えば、トルエン、キシレン、テトラ
ハイドロフラン、n−ヘキサノンなど、水に難可溶なも
のが挙げられる。また、これらの有機溶媒に溶解又は均
一に分散可能な撥水性物質としては、フッ素樹脂、シリ
コン樹脂等が挙げられる。
Further, in the above-mentioned method utilizing flushing, an organic solvent which can be easily removed after the treatment is used, and a water-repellent substance which can be dissolved or uniformly dispersed therein may be selected.
Examples of the organic solvent include those which are hardly soluble in water, such as toluene, xylene, tetrahydrofuran, and n-hexanone. Further, examples of the water-repellent substance which can be dissolved or uniformly dispersed in these organic solvents include fluororesins and silicone resins.

【0028】カーボンブラックと撥水性物質との量比
は、所望する撥水性の程度に応じて適宜選択すれば良い
が、一般には、ファーネスブラック100重量部に対し
て撥水性物質0.5重量部〜15重量部の範囲、特に好
ましくはファーネスブラック100重量部に対して撥水
性物質1重量部〜10重量部の範囲である。この範囲で
特に撥水性と導電性のバランスに優れている。ファーネ
スブラック100重量部に対して撥水性物質が0.5部
未満では撥水性が十分でない傾向にある。一方、15重
量部を超えると導電性が十分でないことがある。
The amount ratio of carbon black and water repellent substance may be appropriately selected depending on the desired degree of water repellency, but generally 0.5 part by weight of water repellent substance to 100 parts by weight of furnace black. To 15 parts by weight, particularly preferably 1 part by weight to 10 parts by weight of the water-repellent substance with respect to 100 parts by weight of furnace black. Within this range, the balance between water repellency and conductivity is excellent. If the water-repellent substance is less than 0.5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the furnace black, the water repellency tends to be insufficient. On the other hand, if it exceeds 15 parts by weight, the conductivity may be insufficient.

【0029】以上説明したように特定のファーネスブラ
ックを撥水性物質で処理して撥水性を付与することによ
り、導電性と撥水性のバランスの取れた導電性炭素材料
を得ることができる。この、本発明の炭素質材料に、バ
インダー的役割を持たせるための撥水剤、水又は有機溶
剤と任意の割合で混合し、カーボンペーパー、カーボン
繊維体等から成る多孔質材料に含浸する事で燃料電池用
電極のガス拡散層を得る事ができる。
As described above, by treating a specific furnace black with a water repellent substance to impart water repellency, it is possible to obtain a conductive carbon material having a good balance of conductivity and water repellency. The carbonaceous material of the present invention may be mixed with a water repellent agent for having a role of a binder, water or an organic solvent at an arbitrary ratio, and then impregnated into a porous material such as carbon paper or carbon fiber body. Thus, the gas diffusion layer of the fuel cell electrode can be obtained.

【0030】ここで用いることのできる有機溶剤、撥水
剤は特に限定されず、従来より燃料電池用ガス拡散層を
形成する際に用いられているものを適宜、使用すれば良
い。具体的には、バインダー的役割を持たせるための撥
水剤としては例えば、その撥水性、結着性の優れている
点からフッ素樹脂が好ましく、より具体的にはFEP、
PTFE、ETFE、パーフルオロスルホン酸樹脂の
他、カルボキシル基や水酸基を付与したりグラフト処理
して有機溶剤への溶解性を付与した溶剤可溶型フッ素樹
脂(旭硝子(株)製「ルミフロンLF100」、「ルミ
フロンLF200」、「ルミフロンLF302」、「ル
ミフロンLF400」、「ルミフロンLF554」、
「ルミフロンLF600」、セントラル硝子(株)製
「セフラルコートA101E」、「セフラルコートA2
02B」、「セフラルコートA402B」、「セフラル
コートA610X」、「セフラルコートA670X」、
「セフラルコートA680XS」、「セフラルコートW
S250」(水系)、「セフラルコートFG700X」
(グラフト処理品))等の溶剤可溶型フッ素樹脂等が挙
げられる。また、本発明の炭素質材料、撥水剤、水又は
有機溶剤の割合も特に限定されず、含浸作業に適した物
性に調整すれば良い。
The organic solvent and water repellent that can be used here are not particularly limited, and those conventionally used when forming the gas diffusion layer for a fuel cell may be appropriately used. Specifically, as the water repellent for giving a role as a binder, for example, a fluororesin is preferable from the viewpoint of its excellent water repellency and binding property, and more specifically, FEP,
In addition to PTFE, ETFE, and perfluorosulfonic acid resins, solvent-soluble fluororesins (“Lumiflon LF100” manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) to which a carboxyl group or a hydroxyl group has been added or graft treatment has been performed to impart solubility to organic solvents. "Lumiflon LF200", "Lumiflon LF302", "Lumiflon LF400", "Lumiflon LF554",
"Lumiflon LF600", "Cefural Coat A101E" manufactured by Central Glass Co., Ltd., "Cefural Coat A2"
02B ”,“ Sephralcoat A402B ”,“ Sephralcoat A610X ”,“ Sephralcoat A670X ”,
"Cefural coat A680XS", "Cefural coat W
S250 "(water system)," Sephral coat FG700X "
(Graft-treated product) and the like. Solvent-soluble fluororesins and the like. Further, the proportions of the carbonaceous material, the water repellent, the water or the organic solvent of the present invention are not particularly limited, and may be adjusted to physical properties suitable for the impregnation work.

【0031】この際、必要に応じて適宜、界面活性剤、
樹脂などを分散剤として使用しても良い。カーボンペー
パー、カーボン繊維体は空隙部が多く、面方向の導電性
は高いが厚み方向の導電性は面方向に比べて低いもので
あるため、空隙部に本発明の炭素質材料を充填させるこ
とで、導電性を安定させる目的も達成できる。
At this time, if necessary, a surfactant,
You may use resin etc. as a dispersing agent. Since carbon paper and carbon fiber bodies have many voids and have high conductivity in the plane direction, but conductivity in the thickness direction is lower than that in the plane direction, it is necessary to fill the voids with the carbonaceous material of the present invention. Thus, the purpose of stabilizing the conductivity can also be achieved.

【0032】また、本発明の燃料電池用炭素材料を、予
め有機溶媒あるいは水性媒体(乾燥により除去できるも
のが望ましく、例えば見ず、エタノール、プロピルアル
コールなどのアルコール類、ベンゼン、トルエンなどの
ハイドロカーボン、アセテート、エーテル、ラクトン、
アミン、アミド、ハロゲン化アルキルなどが挙げられ
る)に分散した分散液としておき、これをバインダー樹
脂と配合して多孔質材料に含浸する方法を採ることもで
きる。このようにすれば、炭素質材料のバインダー樹脂
への微分散が比較的容易に可能である。
The carbon material for a fuel cell of the present invention is preferably an organic solvent or an aqueous medium (which can be removed by drying in advance, for example, alcohols such as ethanol, propyl alcohol, etc., hydrocarbons such as benzene, toluene, etc. , Acetate, ether, lactone,
It is also possible to employ a method in which a dispersion liquid is dispersed in an amine, an amide, an alkyl halide or the like), and this is mixed with a binder resin to impregnate the porous material. By doing so, fine dispersion of the carbonaceous material in the binder resin is relatively easy.

【0033】本発明の導電性と撥水性を兼ね備えた燃料
電池用炭素質材料は単独使用しても撥水効果を発揮でき
るため、さらに別個に撥水剤を添加しなくとも良く、本
発明の炭素質材料と、撥水効果を有さないバインダー樹
脂とを、水又は有機溶剤と任意の割合で混合し、カーボ
ンペーパー、カーボン繊維体等の多孔質材料に含浸して
燃料電池用電極のガス拡散層を得る事ができる。
The carbonaceous material for a fuel cell having both conductivity and water repellency of the present invention can exhibit a water repellent effect even when used alone, so that it is not necessary to add a water repellent agent separately. A carbonaceous material and a binder resin having no water repellent effect are mixed with water or an organic solvent at an arbitrary ratio and impregnated into a porous material such as carbon paper or a carbon fiber body to form a gas for a fuel cell electrode. A diffusion layer can be obtained.

【0034】この場合には、バインダー樹脂としては撥
水剤としても用いられるもの以外の、固着力の強いアク
リル系、ウレタン系、エポキシ系、ポリエステル系など
公知のバインダー樹脂を少量使用すれば良いことから、
多孔質材料に強固に固着させる事も可能であり、導電材
料としての炭素質材料の充填率を増加させることが可能
である。この場合も必要に応じて界面活性剤、樹脂など
を分散剤として使用しても良く、カーボンペーパー、カ
ーボン繊維体等の多孔質材料の空隙部に本発明の炭素質
材料を充填させることで、導電性を安定させる目的も達
成できる。
In this case, a small amount of known binder resin such as acrylic, urethane, epoxy, polyester, etc. having a strong fixing force may be used as the binder resin, in addition to the binder resin which is also used as the water repellent. From
It is also possible to firmly adhere to the porous material, and it is possible to increase the filling rate of the carbonaceous material as the conductive material. Also in this case, if necessary, a surfactant, a resin or the like may be used as a dispersant, and carbon paper, by filling the carbonaceous material of the present invention into the voids of a porous material such as a carbon fiber body, The purpose of stabilizing the conductivity can also be achieved.

【0035】本発明の導電性と撥水性を兼ね備えた炭素
質材料を公知の方法にて、白金、ルテニウム等の触媒物
質を担持させることにより撥水性触媒として使用するこ
とができる。白金等の触媒物質を担持させた本発明の燃
料電池用炭素質材料に、バインダー樹脂、水又は有機溶
剤を任意の割合で混合し、カーボンペーパー、カーボン
繊維体等の多孔質材料に含浸塗布する事で燃料電池用触
媒層を得る事ができる。必要に応じて界面活性剤、樹脂
などを分散剤として使用しても良い。本発明の燃料電池
用炭素質材料は単独使用でも撥水効果を有するため、バ
インダー樹脂としては撥水効果を有するもの以外にも、
アクリル系などの公知のバインダー樹脂を使用すること
ができる。
The carbonaceous material of the present invention having both conductivity and water repellency can be used as a water repellent catalyst by supporting a catalyst substance such as platinum or ruthenium by a known method. The carbonaceous material for fuel cells of the present invention supporting a catalyst substance such as platinum is mixed with a binder resin, water or an organic solvent at an arbitrary ratio, and impregnated and applied to a porous material such as carbon paper or carbon fiber body. By doing so, a catalyst layer for a fuel cell can be obtained. If necessary, a surfactant, a resin or the like may be used as a dispersant. The carbonaceous material for a fuel cell of the present invention has a water-repellent effect even when used alone. Therefore, in addition to a binder resin having a water-repellent effect,
A known binder resin such as an acrylic resin can be used.

【0036】本発明の燃料電池用炭素質材料を、例えば
特開2000−239,488公報に記載されているよ
うに、熱硬化性樹脂と配合して成形することにより、撥
水性を備えた燃料電池用セパレーターを得る事ができ
る。
The carbonaceous material for a fuel cell according to the present invention is blended with a thermosetting resin as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-239,488 to form a fuel having water repellency. It is possible to obtain a battery separator.

【0037】[0037]

【実施例】(実施例1)表−1に物性を示す市販のカー
ボンブラックAを用い、以下の撥水化処理を行った。
EXAMPLES Example 1 The following water repellent treatment was performed using a commercially available carbon black A having the physical properties shown in Table 1.

【0038】(撥水化処理)撥水性物質として、溶剤可
溶型フッ素樹脂(「ルミフロンLF200」、旭硝子(株)
製)のトルエン溶液(以下「フッ素樹脂溶液」という)
を用い、カーボンブラック95重量部に対し溶剤可溶型
フッ素樹脂中の固形分換算で5重量部の配合比率で、以
下の操作を行った。カーボンブラックAをイオン交換水
に2.5重量%となるよう添加し、ホモミキサーで90
00rpm、30分間分散した。この液を攪拌しなが
ら、フッ素樹脂溶液を滴下して撥水処理した。フッ素樹
脂溶液を滴下後数分攪拌してから200メッシュでメッ
シュ濾過した。メッシュ濾過後、一晩常温乾燥した後8
0℃の真空乾燥機で乾燥し、撥水化炭素質材料を得た。
(Water repellent treatment) As a water repellent substance, a solvent-soluble fluororesin ("Lumiflon LF200", Asahi Glass Co., Ltd.)
Made in toluene (hereinafter referred to as "fluorine resin solution")
The following operation was carried out with a blending ratio of 5 parts by weight in terms of solid content in the solvent-soluble fluororesin to 95 parts by weight of carbon black. Carbon black A was added to ion-exchanged water so as to be 2.5% by weight, and 90 with a homomixer.
It was dispersed at 00 rpm for 30 minutes. While stirring this solution, a fluororesin solution was added dropwise for water repellent treatment. After the fluororesin solution was added dropwise, the mixture was stirred for several minutes and then filtered with a mesh of 200 mesh. After mesh filtration, dry overnight at room temperature, then 8
It was dried in a vacuum dryer at 0 ° C. to obtain a water repellent carbonaceous material.

【0039】(カーボンブラックA〜Cの物性)(Physical properties of carbon blacks A to C)

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】表−1中、5μm以上粗粒分(5μmフィ
ルター残)は、ノニオン系分散剤(例えば、ニッサン
(株)製「NS220」)を5%溶解した純水400m
l中にカーボンブラック20gをホモジナイザー400
0rpmで30分間分散させる。この分散液をまず、孔
径5μmのナイロン製フィルターで同様に濾過し、フィ
ルター上の残渣を秤量して算出した。
In Table 1, 5 μm or more of coarse particles (5 μm filter residue) is 400 m of pure water in which 5% of a nonionic dispersant (for example, “NS220” manufactured by Nissan Co., Ltd.) is dissolved.
20 g of carbon black in 1 l of homogenizer 400
Disperse for 30 minutes at 0 rpm. This dispersion was first filtered with a nylon filter having a pore size of 5 μm in the same manner, and the residue on the filter was weighed and calculated.

【0042】1500℃のH量は、105℃で1時間
乾燥したカーボンブラック0.1〜0.5gを耐熱製の
磁製サンプル管に入れ、10−5トール以下まで減圧し
た後、1500℃に昇温してある電気炉で30分間加熱
し、脱離してきたガスをクロマトグラフィーで分析して
量を定量した。
The amount of H 2 at 1500 ° C. is such that 0.1 to 0.5 g of carbon black dried at 105 ° C. for 1 hour is put into a heat-resistant porcelain sample tube and the pressure is reduced to 10 −5 Torr or less, then 1500 ° C. After heating for 30 minutes in an electric furnace whose temperature was raised to 1, the desorbed gas was analyzed by chromatography to determine the amount of H 2 .

【0043】相対圧における吸着水分量は、コールター
・クォリティー・カウンター社製の「オムニソープ10
0CX」を用い「コールター・オムニソープ・オペレー
ターズ・ガイド(1991年2月発行)」に記載されて
いる条件で測定した。ただし、カーボンブラックの前処
理は、10−5トール以下の真空状態で300℃で3時
間実施した。平均粒子径は電子顕微鏡による算術平均
径、比表面積は低温窒素吸着法(JISK6217によ
る)による値、DBP吸油量はASTM D−3493
−88による値である。
The amount of adsorbed water at the relative pressure is "Omni soap 10" manufactured by Coulter Quality Counter.
0CX "and the conditions described in" Coulter Omnithorpe Operators Guide (published February 1991) ". However, the pretreatment of carbon black was performed at 300 ° C. for 3 hours in a vacuum state of 10 −5 Torr or less. The average particle diameter is an arithmetic average diameter by an electron microscope, the specific surface area is a value by a low temperature nitrogen adsorption method (according to JISK6217), and the DBP oil absorption is ASTM D-3493.
It is a value according to -88.

【0044】得られた撥水化ファーネスブラックについ
て、以下の評価試験を行った。 (撥水性試験)試料0.1gとイオン交換水10gをサ
ンプル瓶に入れ、ふたをして良く振った後の状態を、以
下の基準により目視で判断して評価する。
The water-repellent furnace black thus obtained was subjected to the following evaluation tests. (Water repellency test) 0.1 g of the sample and 10 g of ion-exchanged water are put in a sample bottle, and the state after the lid is shaken well is evaluated visually by the following criteria.

【0045】<撥水性の基準> 第1段階:試料の浮遊状態…大部分浮遊しているもの
を、撥水性が高いものと判断する。 第2段階:液のにごり…にごりなしのものを、撥水性が
高いものと判断する。この2点で撥水性を○△×で評価
する。結果を表−2に示す。
<Water Repellent Criteria> First Step: Floating State of Sample ... Most floating samples are judged to have high water repellency. Second stage: Liquid turbidity: No turbidity is judged to have high water repellency. Water repellency is evaluated by ◯ Δx at these two points. The results are shown in Table-2.

【0046】(導電性試験)試料の粉体抵抗を三菱化学
(株)製「ロレスタPA」を用いて測定した。温度は常
温、加重16kg/cmで行った。結果を表−2に示
す。フッ素樹脂で撥水処理しても粉体抵抗は処理前と同
じオーダーの数値にとどまっていることがわかる。
(Conductivity test) The powder resistance of the sample was measured using "Loresta PA" manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. The temperature was room temperature and the load was 16 kg / cm 2 . The results are shown in Table-2. It can be seen that even if the water repellent treatment is performed with the fluororesin, the powder resistance remains on the same order as before the treatment.

【0047】(比較例1)撥水化処理を行わないカーボ
ンブラックAについて、実施例1と同様の方法で評価試
験を行った。結果を表−2に示す。
Comparative Example 1 An evaluation test was conducted on carbon black A not subjected to the water repellent treatment in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table-2.

【0048】(比較例2)カーボンブラックAに替えて
カーボンブラックB(物性を表−1に示す)を用いた以
外は実施例1同様の撥水処理を行った。得られた撥水処
理カーボンブラックの評価試験を実施例1と同様に行っ
た。結果を表−2に示す。
Comparative Example 2 The same water repellent treatment as in Example 1 was carried out except that carbon black B (physical properties shown in Table 1) was used in place of carbon black A. The evaluation test of the obtained water-repellent carbon black was conducted in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table-2.

【0049】(比較例3)カーボンブラックAに替えて
カーボンブラックC(物性を表−1に示す)を用いた以
外は実施例1同様の撥水処理を行った。得られた撥水処
理カーボンブラックの評価試験を実施例1と同様に行っ
た。結果を表−2に示す。
(Comparative Example 3) The same water repellent treatment as in Example 1 was carried out except that carbon black C (physical properties shown in Table 1) was used in place of carbon black A. The evaluation test of the obtained water-repellent carbon black was conducted in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table-2.

【0050】[0050]

【表2】 [Table 2]

【0051】表−2の結果を考察すると、水分吸着量が
特定範囲内のカーボンブラックを用いて撥水化処理して
得た撥水化処理カーボンブラックは、撥水化処理後も粉
体抵抗が処理前と同オーダーにとどまっており、高い導
電性を維持しつつ、充分な撥水性が得られていることが
わかる。
Considering the results in Table 2, the water-repellent treated carbon black obtained by the water-repellent treatment using carbon black having a water adsorption amount within a specific range shows a powder resistance after the water-repellent treatment. Is in the same order as before treatment, and it can be seen that sufficient water repellency is obtained while maintaining high conductivity.

【発明の効果】【The invention's effect】

【0052】本発明の撥水化処理した炭素質材料は、極
微細な粒子状態であるファーネスブラックの表面に撥水
処理を施していることから、撥水性物質の寄与する表面
積が大きく、少量で撥水効果を発揮していると考えられ
る。と同時に特定の吸着水分量の範囲で示される程度に
結晶子が発達していることから高い導電性を保つことが
可能であるものと考えられる。本発明の導電性と撥水性
を兼ね備えた炭素質材料を燃料電池用ガス拡散層に使用
した場合には、バインダー兼撥水剤として使用していた
撥水剤の使用量を大幅に低減させることが可能である。
このためにガス拡散層の電気的な抵抗値を大幅に下げる
事が可能となり、電池性能を向上させることが期待でき
る。
In the water-repellent carbonaceous material of the present invention, the surface of the furnace black, which is in the form of extremely fine particles, is subjected to the water-repellent treatment, so that the surface area contributed by the water-repellent substance is large and a small amount can be obtained. It is considered to have a water repellent effect. At the same time, it is considered that it is possible to maintain high conductivity because the crystallites are developed to the extent shown in the range of the specific adsorbed water content. When the carbonaceous material having both conductivity and water repellency of the present invention is used in the gas diffusion layer for a fuel cell, the amount of the water repellent agent used as the binder and water repellent agent should be significantly reduced. Is possible.
For this reason, the electrical resistance of the gas diffusion layer can be significantly reduced, and battery performance can be expected to improve.

【0053】また、本発明の導電性と撥水性を兼ね備え
た炭素質材料に白金等の触媒物質を担持させて触媒成分
として使用した場合、バインダー兼撥水剤として使用し
ていた撥水剤の使用量を大幅に低減させる事が可能とな
り、電気的な抵抗値を大幅に下げる事が可能となり、電
池性能を向上させることが期待できる。
When a carbonaceous material having both conductivity and water repellency according to the present invention is used as a catalyst component by supporting a catalyst substance such as platinum, the water repellent used as a binder and a water repellent is the same. It is possible to greatly reduce the amount used, it is possible to greatly reduce the electrical resistance value, and it can be expected that the battery performance will be improved.

【0054】また、本発明の導電性と撥水性を兼ね備え
た炭素質材料は単独使用においても撥水性を持ち合わせ
ていることより、撥水剤以外のバインダー樹脂で固着さ
せてガス拡散層を得ることができる。
Since the carbonaceous material of the present invention having both conductivity and water repellency has water repellency even when used alone, a gas diffusion layer can be obtained by fixing it with a binder resin other than a water repellent. You can

【0055】また、セパレーター用途に使用した場合、
熱硬化性樹脂等のセパレーター材料樹脂と混合し、導電
性と撥水性とを両立して発揮させる事が可能である。
When used for a separator application,
It is possible to achieve both conductivity and water repellency by mixing with a separator material resin such as a thermosetting resin.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H018 AA06 AS01 BB01 BB05 BB16 EE08 EE17 EE18 HH00 5H026 AA06 BB01 BB02 BB03 BB08 BB10 EE05 EE18 EE19    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 5H018 AA06 AS01 BB01 BB05 BB16                       EE08 EE17 EE18 HH00                 5H026 AA06 BB01 BB02 BB03 BB08                       BB10 EE05 EE18 EE19

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】単位比表面積当たりの相対圧(P/Po)
0.4における吸着水分量が3.0×10−3〜9.0
×10−3mg/mであるカーボンブラックを、撥水
性物質で表面処理して成る燃料電池用炭素質材料。
1. Relative pressure per specific surface area (P / Po)
The amount of adsorbed water at 0.4 is 3.0 × 10 −3 to 9.0.
A carbonaceous material for a fuel cell obtained by surface-treating carbon black having a density of × 10 -3 mg / m 2 with a water-repellent substance.
【請求項2】撥水性物質での表面処理が、湿式方法によ
り行われる請求項1記載の燃料電池用炭素質材料。
2. The carbonaceous material for a fuel cell according to claim 1, wherein the surface treatment with the water-repellent substance is performed by a wet method.
【請求項3】撥水性物質がフッ素樹脂、ケイ素樹脂、シ
ランカップリング剤、及びワックスのうち一種以上であ
る請求項1又は2に記載の燃料電池用炭素質材料。
3. The carbonaceous material for a fuel cell according to claim 1, wherein the water-repellent substance is one or more of a fluororesin, a silicon resin, a silane coupling agent, and a wax.
【請求項4】請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池
用炭素質材料を含有する分散液。
4. A dispersion liquid containing the carbonaceous material for a fuel cell according to claim 1.
【請求項5】請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池
用炭素質材料に触媒物質を担持してなる燃料電池用電極
用材料。
5. A material for a fuel cell electrode, which comprises a carbonaceous material for a fuel cell according to claim 1 and a catalyst substance supported on the carbonaceous material.
【請求項6】請求項5記載の燃料電池用電極用材料を含
有する燃料電池用電極。
6. A fuel cell electrode containing the fuel cell electrode material according to claim 5.
【請求項7】請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池
用炭素質材料をバインダー樹脂と配合して多孔質材料に
含浸してなる燃料電池用ガス拡散層。
7. A gas diffusion layer for a fuel cell, which is obtained by blending the carbonaceous material for a fuel cell according to claim 1 with a binder resin and impregnating the porous material.
【請求項8】請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池
用炭素質材料を、熱硬化性樹脂と配合して成形してなる
燃料電池用セパレーター。
8. A fuel cell separator formed by blending the carbonaceous material for a fuel cell according to claim 1 with a thermosetting resin and molding.
【請求項9】請求項4記載の分散液をバインダー樹脂と
配合し、多孔質材料に含浸することを特徴とする燃料電
池用ガス拡散層の製造方法。
9. A method for producing a gas diffusion layer for a fuel cell, which comprises blending the dispersion according to claim 4 with a binder resin and impregnating the porous material.
【請求項10】請求項4記載の分散液を熱硬化性樹脂と
配合して成形することを特徴とする燃料電池用セパレー
ター。
10. A separator for a fuel cell, which is obtained by blending the dispersion according to claim 4 with a thermosetting resin and molding the mixture.
【請求項11】単位比表面積当たりの相対圧(P/P
o)0.4における吸着水分量が3.0×10−3
9.0×10−3mg/mであるカーボンブラック
を、撥水性物質で表面処理して成る炭素質材料。
11. Relative pressure per unit specific surface area (P / P
o) The amount of adsorbed water at 0.4 is 3.0 × 10 −3
A carbonaceous material obtained by surface-treating carbon black of 9.0 × 10 −3 mg / m 2 with a water-repellent substance.
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