JP2006156001A - 燃料電池用ガス拡散層及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス拡散層の細孔が過剰に潰れたり、ガス配流板のガス流路の流路断面積が過剰に小さくなることを抑制するのに有利な燃料電池用ガス拡散層及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ガス拡散層は、ガス配流板に対向する第１対向面と触媒層に対面する第２対向面とを有すると共に、ガス拡散性を有する。ガス拡散層の厚さの潰れを抑制する厚さ保持材（例えばジルコニア粒子、ガラス粒子）を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池用ガス拡散層及びその製造方法に関する。

燃料電池用のガス拡散層として、カーボンペーパやカーボンクロスなどのカーボン繊維を基材としてシート状に形成したものが広く使用されている。そしてガス拡散層としての性能を得るために、これらの基材に導電性を高めるための導電処理や撥水性を施すための撥水処理がなされている。しかしながらこれらの基材は、高コストであるため、燃料電池用のガス拡散層として用いた場合に、燃料電池は高価格となり、実用化に障害となる問題があった。

この問題を解決する手段として、特許文献１に開示されているように、カ一ボン繊維及びパルプを主要成分とする液状物であるスラリーを形成し、スラリーに含まれている固形分を堆積させることによりシートを成形し、その後、撥水性を有する高分子材料（ＰＴＦＥ等）をシートの内部に含浸させ、その後、シートを加熱保持することにより、シートに含有されているパルプを消失させてパルプ跡を細孔とし、これにより多孔質のカーボンシートを形成する方法が近年提案されている。このカーボンシートは、撥水性を有する高分子材料（ＰＴＦＥ等）により、カーボン繊維を結合するため、カーボン繊維の結合に柔軟性を有する。従ってこのカーボンシートは、ロール状に巻き取れる柔軟性を有する利点をもち、このためロール搬送性を有し、生産性に優れている。
特開2000−136493号公報

上記したカーボンシートによれば、カーボン繊維の結合に柔軟性があり、カーボンシートをロール状に巻き取れる柔軟性を有する反面、カーボンシートをガス拡散層としてガス配流板と共に燃料電池として組み込んだとき、カーボンシートで形成されたガス拡散層の内部に存在する細孔が圧潰されることがある。

更に説明を加える。図７は、このカーボンシートをガス拡散層として使用する形態を模擬的に示す。図７に示すように、燃料電池として組みこんだとき、上記したカーボンシートからなるガス拡散層１００Ｘをガス配流板２００Ｘにより圧力を加えて挟む。このため、ガス配流板２００Ｘのガス流路２１０Ｘを形成する凸部２２０Ｘにより、ガス拡散層１００Ｘは加圧される。故に、ガス拡散層１００Ｘのうち、ガス配流板２００Ｘの凸部２２０Ｘに対面する領域１１０Ｘにおいて、内部の細孔１１１Ｘが潰れる頻度が高くなるおそれがある。

ここで、ガス拡散層１００Ｘの内部に形成されている細孔１１１Ｘは、燃料ガスまたは酸化剤ガスといった反応ガスを供給する機能と、発電反応により発生した水を排出させる機能とを有する。このため細孔１１１Ｘが潰れる頻度が高いと、上記した機能が低下し、燃料電池の目標とする発電性能が得られにくいという不具合がある。

更に、上記したカーボンシートで形成されたガス拡散層１００Ｘは前述したように厚さ方向に柔軟性があるため、ガス配流板２００Ｘによりガス拡散層１００Ｘが挟圧されると、図７に模擬的に示すように、ガス拡散層１００Ｘの一部１０２Ｘがガス配流板２００Ｘのガス流路２１０Ｘ内に膨出し、ガス配流板２００Ｘのガス流路２１０Ｘの流路断面積を目標流路断面積よりも過剰に小さくするおそれがある。この場合、ガス配流板２００Ｘのガス流路２１０Ｘを介してのガス供給性が充分でなくなるおそれがある。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、ガス拡散層の細孔が過剰に潰れたり、ガス配流板のガス流路の流路断面積が過剰に小さくなることを抑制するのに有利な燃料電池用ガス拡散層及びその製造方法を提供することを課題とする。

様相１の本発明に係る燃料電池用ガス拡散層は、ガス配流板に対向する第１対向面と触媒層に対面する第２対向面とを有すると共に、ガス拡散性を有する燃料電池用ガス拡散層において、厚さの潰れを抑制する厚さ保持材を備えていることを特徴とするものである。ガス拡散層は、これの厚さの潰れを抑制する厚さ保持材を備えている。このためガス拡散層の過剰の圧縮は抑制される。

様相２の本発明に係る燃料電池用ガス拡散層の製造方法は、導電性を有する導電物質と消失可能な消失物質とを主要成分とする液状物を用意する工程と、液状物から固形分を分離して堆積させることにより、導電物質および消失物質を主要成分とするシートを形成するシート形成工程と、シートに含まれている消失物質を消失させてシートの内部に細孔を形成してガス拡散性を有するガス拡散層を形成する細孔形成工程とを順に実施する燃料電池用ガス拡散層の製造方法において、
液状物は、ガス拡散層の厚さの潰れを抑制する厚さ保持材を含み、液状物に含まれている厚さ保持材をガス拡散層に担持させることを特徴とするものである。

液状物に含まれている厚さ保持材はガス拡散層に担持される。このようなガス拡散層は適度な柔軟性を有しつつも、使用時においてガス配流板で厚さ方向に挟圧されるとき、ガス拡散層の厚さが確保される。更にガス拡散層がガス配流板で挟圧されるとき、ガス拡散層の細孔が潰れにくくなり、ガス拡散層のガス拡散性が確保される。

本発明に係るガス拡散層は、これの厚さの潰れを抑制する厚さ保持材を備えている。このためガス拡散層の過剰の圧縮は抑制される。このためガス拡散層をガス配流板で挟圧するときであっても、ガス拡散層の内部に形成されている細孔が過剰に潰れることを抑制することができる。更に、ガス拡散層をガス配流板で挟圧するときであっても、ガス配流板の形成されているガス流路の流路にガス拡散層の一部が膨出することを抑制することができる。ひいてはガス流路が過剰に小さくなることを抑制することができる。

また、本発明に係るガス拡散層の製造方法によれば、液状物に含まれている厚さ保持材は、シート、つまりガス拡散層に担持される。厚さ保持材を担持したガス拡散層は、厚さ方向において過剰に圧縮されることが抑制される。このためガス拡散層をガス配流板で挟圧するときであっても、ガス拡散層の内部に形成されている細孔が過剰に潰れることを抑制することができる。更に、ガス拡散層をガス配流板で挟圧するときであっても、ガス配流板の形成されているガス流路の流路にガス拡散層の一部が膨出することを抑制することができる。ひいてはガス流路が過剰に小さくなることを抑制することができる。

本発明によれば、ガス拡散層は、これの厚さの潰れを抑制する厚さ保持材を備えている。このためガス拡散層の過剰の圧縮は抑制される。厚さ保持材の厚さまたは直径をＡとし、ガス拡散層を燃料電池に組み付けた使用時におけるガス拡散層の厚さをＢとすると、Ａ／Ｂの値が過剰に大きいと、厚さ保持材の厚さまたは直径がガス拡散層の厚さよりも大き過ぎ、ガス配流板や触媒層の損傷を招くおそれがある。また、Ａ／Ｂの値が過剰に小さいと、厚さ保持材の厚さまたは径がガス拡散層の厚さよりも小さ過ぎ、厚さ保持材の機能が充分に発揮されず、ガス拡散層がこれの厚さ方向に過剰に圧縮されてしまうおそれがある。

かかる事情を考慮し、Ａ／Ｂ=１．５〜０．３の範囲に設定されている形態を採用することができる。殊に、Ａ／Ｂとしては、１．４〜０．５の範囲、１．３〜０．７の範囲、更には１．２〜０．７の範囲、１．１〜０．８の範囲、１．０〜０．８の範囲に設定することができる。Ａ／Ｂの上限値としては１．５，１．２，１．０を例示でき、下限値としては０．７，０．８，０．９を例示できるが、これらに限定されるものではない。なお、Ａ／Ｂの値については、ガス配流板や触媒層の損傷を抑制するためには、１．０以下とすることができる。

厚さ保持材の厚さまたは直径（ガス拡散層に組み込んだ状態）としては、燃料電池に組み込んだ使用時におけるガス拡散層の厚さに対応するため、ガス拡散層の厚さ等によっても相違するものの、例えば、４０〜１０００μｍ、５０〜５００μｍ、１００〜４００μｍ、１００〜３００μｍが例示される。但しこれらに限定されるものではない。

厚さ保持材は粒子状または繊維状とすることができるが、ガス拡散層の可撓性を得るためには、粒子状であることが好ましい。粒子状は球状、疑似球状、楕円形状、疑似楕円形状、長円形状、疑似長円形状、多角形状のうちの少なくとも１種を例示できる。厚さ保持材において、一方向の径または幅をＬ１とし、一方向と直交する方向の径または幅をＬ２としたとき、真球度に相当するＬ１／Ｌ２としては０．５〜３．０、０．７〜２．０、または、０．９〜１．１とすることができる。但しこれに限定されるものではない。厚さ保持材が球状または疑似球状であれば、ガス拡散層の可撓性を高めるのに有利である。

厚さ保持材はセラミックス、金属及び樹脂のうちの少なくとも一方を母材として形成されている形態を例示することができる。セラミックスとしては、酸化物系でも非酸化物系でも良い。非酸化物系としては、窒化物系、炭化物系、硼化物系が例示される。セラミックスとしては、例えば、ジルコニア、アルミナ、シリカ、ムライト、コーディエライト、炭化珪素、窒化珪素、窒化硼素、イットリア、セリア、窒化アルミニウム、ジルコン（組成式：Ｚｒ［ＳｉＯ₂］）、チタン酸アルミニウム、チタニア、マグネシア、硼化チタン、タングステンカーバイド（ＷＣ）、ガラスのうちの少なくとも１種が例示される。ジルコニアとしては、安定化剤を添加した安定化ジルコニア（ＦＳＺ）でも、部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）でも良い。安定化剤としてはＹ₂Ｏ₃，ＭｇＯ，ＣｅＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃が例示される。セラミックスとしては中実状でも良いし、中空状でも良い。金属としては、鉄系、非鉄系、金属間化合物が挙げられる。鉄系としては、耐食性が良好な合金鋼系が好ましいが、場合によっては炭素鋼系とすることもできる。

樹脂としては、熱硬化性樹脂でも良いし、熱可塑性樹脂でも良い。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フラン樹脂、ユリア樹脂、アルキド樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂のうちの少なくとも１種が例示される。熱可塑性樹脂としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂のうちの少なくとも１種が例示される。

厚さ保持材の少なくとも一部は、被膜で覆われている形態を例示することができる。被膜としては、耐食性が良好な被膜を例示することができる。耐食性が良好な被膜としては金の被膜が例示される。厚さ保持材が金属であるときには、耐食性が良好な被膜で厚さ保持材の少なくとも一部を覆うことができる。

ガス拡散層における厚さ保持材の配合割合は適宜選択することができる。厚さ保持材の配合割合が多いと、ガス拡散層の基材（例えばカーボン繊維）の割合が相対的に低下し、ガス拡散層の本来の性能が低下するおそれがある。また、厚さ保持材の配合割合が少ないと、ガス拡散層の基材の割合が相対的に多くなるものの、ガス拡散層が厚さ方向に過剰に圧縮されるおそれがある。そこでガス拡散層の基材（例えばカーボン繊維）を相対表示で１としたとき、ジルコニア粒子等の厚さ保持材は、基材に対して重量比で１／３０〜１／１の範囲、１／１０〜２／３の範囲、殊に１／６〜１／２の範囲配合されている形態を採用することができる。但しこれらに限定されるものではない。

本発明方法によれば、導電性を有する導電物質と消失可能な消失物質とを主要成分とする液状物を用意する工程と、液状物から固形分を分離することにより、導電物質および消失物質を主要成分とするシートを固形分の堆積により形成するシート形成工程と、シートに含まれている消失物質を消失させてシート内部に細孔を形成する細孔形成工程とを順に実施する。更に、シート形成工程と細孔形成工程との間に、撥水材をシートに含浸させることが好ましい。撥水材はガス通路が水で塞がれることを抑制する機能を有する。撥水材としては４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、４フッ化エチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、４フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂が例示される。

出発原料としての液状物に含有される導電性を有する導電物質としては、繊維状でも粒子状でも良い。導電物質としては、耐食性、導電性等を考慮すると、一般的には炭素系を用いることができる。炭素系としてはカーボン繊維、カーボン粒子等を例示することができる。カーボン繊維等の導電繊維としては、径が２〜５０μｍ、殊に７〜１８μｍ、長さが１〜５０ｍｍ、殊に３〜２４ｍｍのものを例示できるが、これらに限定されるものではない。

液状物に含有される消失可能な消失物質としては、加熱により焼失して細孔を形成する有機物質を採用できる。このような有機物質としてはパルプ等の植物系有機物質が例示される。パルプは抄紙の際にカーボン繊維等の導電物質を捕獲するのに有利である。パルプは上記した捕獲性及び吸水性を有する。出発原料としての液状物は厚さ保持材を含む。液状物に含まれている厚さ保持材は、カーボン繊維等の導電物質と共にシートに担持される。出発原料としての液状物に含有される厚さ保持材としては、前記したセラミックス及び金属のうちの少なくとも一方を母材とすることができる。

以下、本発明の実施例について図１〜図５を参照しつつ具体的に説明する。実施例は固体高分子電解質型の燃料電池に適用したものである。この燃料電池の電極はガス拡散層と触媒層とを積層して形成されている。

（実施例１）
ガス拡散層の基材として機能するカーボン繊維（導電物質）の短繊維〈代表的な大きさとしては、径１３μm、長さ３ミリメートル）と、パルプ（消失物質）と、ジルコニア粒子（厚さ保持材）とを、所定の比率で容器内の水に混合し、水中で叩解することにより、カーボン繊維とパルプとジルコニア粒子とを均一に分散させた図２に示す抄紙用スラリー１０（液状物）を作製した。ここで、ジルコニア粒子の粒径は２００μmであり、即ち、カーボン繊維の長さよりも小さく、且つ、カーボン繊維の径よりも大きくされている。ジルコニア粒子の形状は真球度が高い球状とした。そしてジルコニア粒子において、一方向の径または幅をＬ１とし、一方向と直交する方向の径または幅をＬ２とするとき、Ｌ１／Ｌ２としては０．９５〜１．０６である。ジルコニア粒子は径または幅としては、２０個の粒子を顕微鏡観察により測定した。

上記した所定の比率としては、重量比で、カーボン繊維：パルプ：ジルコニア粒子＝６：４：１とした。即ち、ガス拡散層の基材であるカーボン繊維を相対表示で１としたとき、ジルコニア粒子は、カーボン繊維に対して重量比で１／６程度配合されている。

その抄紙用スラリー１０を網状部材により抄紙処理した。即ち、抄紙用スラリーに含まれている固形分と液分とを網状部材により分離し、厚さ約０．３ミリメートルの薄状シート２０を製造した（図４参照）。従って、薄状シート２０は、カーボン繊維とパルプとジルコニア粒子とを主要成分とする。抄紙処理の際に、抄紙用スラリー１０にパルプが含有されていないときには、カーボン繊維及びジルコニア粒子の捕獲は困難となる。抄紙用スラリー１０にパルプが含有されているため、カーボン繊維及びジルコニア粒子が薄状シート２０に効率良く担持される。従ってパルプは、カーボン繊維及びジルコニア粒子を捕獲する捕獲促進物質としても機能することができる。

図３は、抄紙で形成した薄状シート２０をロール搬送している途中状態を示す。このように薄状シート２０は、製造工程では、複数のロール５００間を曲成されつつ搬送される。このとき、薄状シート２０に担持されているジルコニアは長繊維状ではなく微粒子状であるため、薄状シート２０は柔軟性に富む。このため薄状シート２０をロール５００間で曲走させて容易にロール搬送することができる。

本実施例では、導電物質であるカーボンブラック（バルカンXC−72）と撥水材（ＰＴＦＥ分散液 ダイキン工業 D−1）とを重量比で２：１で混合分散して形成したペーストを用いた。このペーストを上記薄状シート２０にこれの表面から内部にロールコートにより含浸させた（図４参照）。その後、ペーストを含浸させた薄状シート２０を乾燥させた後、大気雰囲気において所定の温度（３８０℃）にて加熱保持し、焼成した。焼成により、薄状シート２０の内部に含まれているパルプを焼失（消失）させて、パルプの跡を細孔２２（図５参照）として形成した。パルプは繊維状であるため、パルプ跡である細孔２２は基本的にはパルプの担持形態に対応する形状となり、ガス拡散性が良好な連続孔になると推察される。

その後、薄状シート２０をホットプレスにより厚さ方向に加圧した。これにより厚さが面内で均一になるように調整し、実施例に係る多孔質性をもつガス拡散層１００（厚さ約２００μm）を形成した。このガス拡散層１００は、基本的には、導電物質であるカーボン繊維、導電物質であるカーボンブラック、撥水材（ＰＴＦＥ）、ジルコニア粒子を主要成分とする。

本実施例によれば、出発原料としての抄紙用スラリー１０（液状物）にはカーボン繊維及びパルプの他に、厚さ保持材として機能できるジルコニア粒子が含有されている。従って、ガス拡散層１００となる薄状シート２０に、ジルコニア粒子を担持させることができる。

図１は、ガス配流板２００とともにガス拡散層１００を固体高分子電解質型燃料電池に組み込まれている状態を模擬的に示す。図１に示すように、カーボンシートからなるガス拡散層１００と固体高分子型の電解質膜４００との間には、触媒層４１０，４２０が配置されている。触媒層４１０，４２０は、白金等の触媒物質、カーボンブラックなどの電子伝導性物質および電解質物質を主要成分として含む。図１に示すように、カーボンシートからなるガス拡散層１００は、ガス配流板２００に対向する第１対向面１００ｆと、触媒層４１０，４２０に対向する第２対向面１００ｓとを備えている。

図１に示すように、ガス拡散層１００は、これの厚さ方向の両側からガス配流板２００により挟圧されている。この場合、ガス配流板２００のガス流路２１０を形成する凸部２２０が形成されており、凸部２２０の先端面２２０ａによりガス拡散層１００がこれの厚さ方向に加圧されている。ここで、カーボンシートからなるガス拡散層１００は、燃料電池に組み付けたガス拡散層１００の厚さに相当する粒径を備えるジルコニア粒子を厚さ保持材として含有している。このため、ガス拡散層１００のうち、ガス配流板２００の凸部２２０に対面する領域１０１において、内部の細孔２２が潰れるおそれが抑制される。

ここで、ガス拡散層１００の内部に形成されている細孔２２は、燃料ガスや酸化剤ガス等の反応ガスを通過させるガス透過機能と、発電反応により発生した水を排出させる水排出機能とを有する。本実施例では細孔２２の過剰潰れがジルコニア粒子により抑制されるため、上記したガス透過機能及び水排出機能の双方が良好に確保され、燃料電池の発電性能が向上する。

更に、ガス配流板２００によりガス拡散層１００が厚さ方向に挟圧されるときであっても、図７に示す従来形態と異なり、ガス拡散層１００の一部がガス配流板２００のガス流路２１０内に膨出することが抑制される。故に、ガス配流板２００のガス流路２１０の流路断面積を確保するのに有利となる。従って、ガス配流板２００のガス流路２１０を介してのガス供給性が良好に確保される。

加えて本実施例によれば、厚さ保持材としてのジルコニア粒子は繊維状ではないため、ガス拡散層の可撓性を損なわない。従って、製造過程において抄紙法の利点であるロール搬送性が良好に確保され、生産性が確保される。

（実施例２）
実施例２は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。実施例２では、ジルコニア粒子は実施例１と同種のものを用い、粒径２００μmであり、形状は球状とした。スラリー１０の比率としては、実施例１よりもジルコニア粒子の割合を増加させるべく、重量比で、カーボン繊維：パルプ：ジルコニア粒子＝６：４：３とした。即ち、ガス拡散層の基材であるカーボン繊維を相対表示で１としたとき、ジルコニア粒子は、カーボン繊維に対して重量比で１／２程度配合されている。実施例２のガス拡散層１００の厚さは約２００μmである。

（実施例３）
実施例３は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。実施例３では、カーボン繊維とパルプとガラス粒子とを均一に分散させた抄紙用スラリー１０（液状物）を作製した。ガラス粒子は粒径２００μmであり、形状は球状とした。比率としては、重量比で、カーボン繊維：パルプ：ガラス粒子＝６：４：１とした。即ち、ガス拡散層の基材であるカーボン繊維を相対表示で１としたとき、ガラス粒子は、カーボン繊維に対して重量比で１／６程度配合されている。ガラス粒子において、一方向の径または幅をＬ１とし、一方向と直交する方向の径または幅をＬ２とするとき、Ｌ１／Ｌ２としては０．８８〜１．１１である。実施例３のガス拡散層１００の厚さは約２００μmである。

（実施例４）
実施例４は実施例３と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。実施例４では、カーボン繊維とパルプとガラス粒子とを均一に分散させた抄紙用スラリー１０（液状物）を作製した。ガラス粒子は粒径２００μmであり、形状は球状とした。比率としては、実施例３の場合よりもガラス粒子を増加させるべく、重量比で、カーボン繊維：パルプ：ガラス粒子＝６：４：３とした。即ち、ガス拡散層の基材であるカーボン繊維を相対表示で１としたとき、ガラス粒子は、カーボン繊維に対して重量比で１／２程度配合されている。実施例４のガス拡散層１００の厚さは約２００μmである。

（実施例５）
実施例５は実施例１と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。実施例５では、ジルコニア粒子に代えて、金蒸着により耐食性を有する被膜を被覆した金属粒子（厚さ保持材）を用いた。金属粒子は材質はステンレス鋼であり、粒径２００μmであり、形状は球状とした。スラリー１０の比率としては、重量比で、カーボン繊維：パルプ：金属粒子＝６：４：３とした。即ち、ガス拡散層の基材であるカーボン繊維を相対表示で１としたとき、被膜を有する金属粒子は、カーボン繊維に対して重量比で１／２程度配合されている。被膜を有する金属粒子において、一方向の径または幅をＬ１とし、一方向と直交する方向の径または幅をＬ２とするとき、Ｌ１／Ｌ２としては０．９６〜１．０４である。実施例５のガス拡散層１００の厚さは約２００μmである。

（比較例）
比較例は基本的には実施例１と同様に製造した。但し、比較例に係る抄紙用スラリーはジルコニア粒子、ガラス粒子、金属粒子を含有していない。比較例では、まず、カーボン繊維であるカーボンファイバーの短繊維（代表的な大きさは径１３μm、長さ３ミリメートル）とパルプとを所定の重量比率（６：４）で混合し、水中で叩解することによりカーボン繊維とパルプとを均一に分散させた抄紙用スラリーを作製した。その抄紙用スラリーを網状部材に抄紙処理し、抄紙用スラリーに含まれる液分と固形分とを分離し、上記実施例と同様に、厚さ約0．3ミリメートルの薄状シートを製造した。そしてカーボンブラック（バルカンXC−72）と撥水材（ＰＴＦＥ分散液ダイキン工業 D−1）とを重量比で２：１で混合分散したペーストを用いた。このペーストを上記薄状シートにこれの表面からロールコートにより含浸し、乾燥後３８０℃にて焼成し、薄状シートに含まれているパルプを焼失（消失）させた。その後シートをホットプレスし、厚さが面内で均一になるように調整し、比較例に係るガス拡散層（約２００μm）を得た。

（試験）
上記した様な方法で得られたガス拡散層について厚さ保持率を測定した。この場合には、ガス拡散層を電極として燃料電池に組み込んだときにおける荷重をガス拡散層の厚さ方向にプレス装置により加圧し、ガス拡散層の厚さの変化を試験した。ガス拡散層の厚さはダイヤルゲージにより測定した。図６は試験結果を示す。最大荷重は４ＭＰａ（≒４１ｋｇｆ／ｃｍ²）とした。図６の横軸は荷重を示し、縦軸は厚さ保持率を示す。厚さ保持率１００％は、荷重をかけていないときにおけるガス拡散層の厚さに相当する。厚さ保持率９０％は、荷重をかけていないときにおける厚さよりも厚さが１０％薄くなったことを意味する。図６の特性線に示すように、厚さ保持材を含有していない比較例によれば、荷重が小さなときにおいても、厚さ保持率の低下が激しい。これに対して厚さ保持材を含有する実施例１〜５では、厚さ保持率の低下が少ない。殊に、実施例４，実施例２では厚さ保持率の低下が少ない。実施例４は、重量比でカーボン繊維：パルプ：ガラス粒子＝６：４：３としている。実施例２は、重量比で、カーボン繊維：パルプ：ジルコニア粒子＝６：４：３としている。

（その他）
ガス拡散層にはジルコニア粒子及びガラス粒子を併用して担持させても良い。更にジルコニア粒子及びガラス粒子の少なくとも一方と、樹脂粒子及び／又は被膜を有する金属粒子とを併用させても良い。ガス拡散層は抄紙法で形成されたものに限定されるものではなく、他の製造方法で形成されたガス拡散層に適用することもできる。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。

本発明は固体高分子電解質型燃料電池用ガス拡散層の製造方法に利用することができる。

実施例に係るガス拡散層を組みこんだ燃料電池を模式的に示す断面図である。 カーボン繊維、パルプ、ジルコニア粒子とを配合して抄紙用スラリーを形成している過程を模式的に示す構成図である。 薄状シートをロール搬送している状態を示す構成図である。 カーボンブラックおよび撥水材を含むペーストを薄状シートに表面から含浸させている形態を模式的に示す構成図である。 細孔を有するカーボンシートで形成されたガス拡散層を示す構成図である。 実施例に係るガス拡散層、比較例に係るガス拡散層について厚さ保持率の試験結果を示すグラフである。 従来技術に係るガス拡散層を組みこんだ燃料電池を模式的に示す断面図である。

符号の説明

図中、１００はガス拡散層、２００はガス配流板、２１０はガス流路、２２０は凸部、１０はスラリー、２０は薄状シート、２２は細孔を示す。

Claims (8)

1. ガス配流板に対向する第１対向面と触媒層に対面する第２対向面とを有すると共に、ガス拡散性を有する燃料電池用ガス拡散層において、
   厚さの潰れを抑制する厚さ保持材を備えていることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層。
2. 請求項１において、前記厚さ保持材の厚さまたは径をＡとし、前記ガス拡散層の使用時における厚さをＢとすると、Ａ／Ｂ=１．５〜０．３に設定されていることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層。
3. 請求項１または２において、前記厚さ保持材は粒子状であることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層。
4. 請求項１〜３のうちのいずれか一項において、前記厚さ保持材はセラミックス、金属及び樹脂のうちの少なくとも一方を母材として形成されていることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層。
5. 導電性を有する導電物質と消失可能な消失物質とを主要成分とする液状物を用意する工程と、前記液状物から固形分を分離して堆積させることにより、前記導電物質および前記消失物質を主要成分とするシートを形成するシート形成工程と、前記シートに含まれている前記消失物質を消失させて前記シートの内部に細孔を形成してガス拡散性を有するガス拡散層を形成する細孔形成工程とを順に実施する燃料電池用ガス拡散層の製造方法において、
   前記液状物は、前記ガス拡散層の厚さの潰れを抑制する厚さ保持材を含み、前記液状物に含まれている前記厚さ保持材を前記ガス拡散層に担持させることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層の製造方法。
6. 請求項５において、前記液状物に含まれている前記厚さ保持材は、セラミックス、金属及び樹脂のうちの少なくとも一方を母材として形成されていることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層の製造方法。
7. 請求項５及び６のうちのいずれか一項において、前記液状物に含まれている前記厚さ保持材は粒子状であることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層の製造方法。
8. 請求項５〜請求項７のうちのいずれか一項において、前記シート形成工程と前記細孔形成工程との間に、撥水材を前記シートに含浸させることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層の製造方法。

Images