JP2008041352A - Gas diffusion layer and fuel cell - Google Patents

Gas diffusion layer and fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP2008041352A
JP2008041352A JP2006211972A JP2006211972A JP2008041352A JP 2008041352 A JP2008041352 A JP 2008041352A JP 2006211972 A JP2006211972 A JP 2006211972A JP 2006211972 A JP2006211972 A JP 2006211972A JP 2008041352 A JP2008041352 A JP 2008041352A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diffusion layer
gas diffusion
layer
fuel cell
gas
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
Application number
JP2006211972A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masanori Aitake
将典 相武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2006211972A priority Critical patent/JP2008041352A/en
Publication of JP2008041352A publication Critical patent/JP2008041352A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas diffusion layer allowing a drainage property at high temperatures to be controlled without degrading power generation performance; and a fuel cell having the gas diffusion layer. <P>SOLUTION: This gas diffusion layer 10 comprises a surface layer 3 and a conductive porous base material layer 1, and is structured such that a pore diameter-varying layer 2 is arranged on the side opposite to the surface layer 3 in the conductive porous base material layer 1; and a high-thermal-expansion material having a coefficient of thermal expansion higher than that of the conductive porous base material layer 1 is arranged in a part of the conductive porous base material layer 1. EPDM is used as the high-thermal-expansion material provided for the gas diffusion layer 10, and the pore diameter-varying layer 2 is formed by applying paste containing the EPDM and carbon black particles to the conductive porous base material and drying it. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガス拡散層及び燃料電池に関し、特に、高温時の排水性を制御することが可能なガス拡散層、及び、当該ガス拡散層を備える燃料電池に関する。   The present invention relates to a gas diffusion layer and a fuel cell, and more particularly to a gas diffusion layer capable of controlling drainage at a high temperature and a fuel cell including the gas diffusion layer.

固体高分子型燃料電池(以下において、「PEFC(Polymer Electrolyte Fuel Cell)」と記述することがある。)は、電解質膜と、電解質膜の両面側にそれぞれ配設される電極(アノード及びカソード)とを備える膜電極接合体(以下、「MEA(Membrane Electrode Assembly)」と記述することがある。)における電気化学反応により発生した電気エネルギーを、MEAの両側にそれぞれ配設される集電体(例えば、セパレータ)を介して外部に取り出している。燃料電池の中でも、家庭用コージェネレーション・システムや自動車等に使用されるPEFCは、低温領域での運転が可能である。また、PEFCは、高いエネルギー変換効率を示し、起動時間が短く、かつシステムが小型軽量であることから、電気自動車や携帯用電源の最適な動力源として注目されている。   A polymer electrolyte fuel cell (hereinafter, sometimes referred to as “PEFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell)”) is an electrolyte membrane and electrodes (anode and cathode) disposed on both sides of the electrolyte membrane, respectively. Current collectors disposed on both sides of the MEA, respectively, by the electrical energy generated by the electrochemical reaction in the membrane electrode assembly (hereinafter sometimes referred to as “MEA (Membrane Electrode Assembly)”). For example, it is taken out through a separator. Among fuel cells, PEFCs used for home cogeneration systems and automobiles can be operated in a low temperature region. In addition, PEFC has attracted attention as an optimal power source for electric vehicles and portable power sources because of its high energy conversion efficiency, short start-up time, and small and lightweight system.

PEFCの単セルは、プロトン伝導性能を有するアイオノマーを備える電解質膜と、少なくとも触媒層を備えるカソード及びアノードと、を具備し、その理論起電力は1.23Vである。しかし、かかる低起電力では、電気自動車等の動力源として不十分であるため、通常は、単セルを直列に積層して積層体を形成し、この積層体における積層方向の両端にエンドプレート等を配置して形成されるスタック形態の燃料電池が使用される。そして、接触抵抗を低減する等の観点から、スタック形態の燃料電池の両端側からは、締結圧力が加えられる。   A single cell of PEFC includes an electrolyte membrane including an ionomer having proton conductivity, a cathode and an anode including at least a catalyst layer, and a theoretical electromotive force thereof is 1.23V. However, since such low electromotive force is insufficient as a power source for electric vehicles and the like, usually, a single cell is laminated in series to form a laminated body, and end plates or the like are formed at both ends of the laminated body in the lamination direction. A fuel cell in the form of a stack formed by arranging is used. Then, from the viewpoint of reducing the contact resistance, a fastening pressure is applied from both ends of the stack type fuel cell.

PEFCの運転時には、アノードに水素含有ガス(以下、「水素」という。)が、カソードに酸素含有ガス(以下、「酸素」という。)が、それぞれ供給される。アノードへと供給された水素は、アノードの触媒層(以下、「アノード触媒層」ということがある。)に含まれる触媒上でプロトンと電子に分離し、水素から生じたプロトンは、アノード触媒層及び電解質膜を通ってカソードの触媒層(以下、「カソード触媒層」ということがある。)へと達する。一方、電子は、外部回路を通ってカソード触媒層へと達し、PEFCでは、かかる過程を経ることにより、電気エネルギーを取り出すことが可能になる。そして、カソード触媒層へと達したプロトン及び電子と、カソード触媒層へと供給される酸素とが反応することにより、水が生成される。   During operation of the PEFC, a hydrogen-containing gas (hereinafter referred to as “hydrogen”) is supplied to the anode, and an oxygen-containing gas (hereinafter referred to as “oxygen”) is supplied to the cathode. The hydrogen supplied to the anode is separated into protons and electrons on the catalyst contained in the catalyst layer of the anode (hereinafter also referred to as “anode catalyst layer”), and the protons generated from the hydrogen are separated from the anode catalyst layer. And reaches the cathode catalyst layer (hereinafter also referred to as “cathode catalyst layer”) through the electrolyte membrane. On the other hand, electrons reach the cathode catalyst layer through an external circuit, and PEFC can take out electric energy through such a process. Then, the protons and electrons that have reached the cathode catalyst layer react with oxygen supplied to the cathode catalyst layer, thereby generating water.

PEFCの運転時に生成された水は、例えば、電解質膜等を含水状態に保つために利用され得る。一方で、PEFCが高負荷で運転されると、単セルの温度が上昇し、水が蒸発しやすい。蒸発した水は、単セルへと供給される水素及び/又は酸素とともに、単セル外へと排出されやすいため、単セルの温度が上昇すると電解質膜等が乾燥しやすい。ここで、少なくとも電解質膜に備えられる上記アイオノマーは、含水状態下でプロトン伝導性能を発現するため、電解質膜等が乾燥すると、プロトン伝導性能が低下し、PEFCの発電性能が低下する。そのため、PEFCの発電性能を向上させるには、高負荷運転時等における電解質膜等の乾燥を抑制することが重要である。   The water generated during the operation of the PEFC can be used, for example, to keep the electrolyte membrane or the like in a water-containing state. On the other hand, when the PEFC is operated with a high load, the temperature of the single cell rises and water tends to evaporate. Since the evaporated water is easily discharged to the outside of the single cell together with hydrogen and / or oxygen supplied to the single cell, the electrolyte membrane and the like are easily dried when the temperature of the single cell rises. Here, at least the ionomer provided in the electrolyte membrane exhibits proton conduction performance in a water-containing state. Therefore, when the electrolyte membrane or the like is dried, the proton conduction performance is lowered, and the power generation performance of the PEFC is lowered. Therefore, in order to improve the power generation performance of PEFC, it is important to suppress drying of the electrolyte membrane and the like during high load operation.

電解質膜等の乾燥を抑制することを目的とした技術は、これまでに開示されてきている。例えば、特許文献1には、膜電極アセンブリ、および膜電極アセンブリと共に配置された多孔性ガス拡散材料層を備え、多孔性ガス拡散層上の局在領域での多孔性ガス拡散材料の孔隙率が、多孔性ガス拡散層に隣接する膜電極アセンブリ上の対応領域でのトリガ状態に応じて第1の値から第2の値まで変化する、燃料電池が開示されている。そして、この燃料電池によれば、燃料電池膜電極アセンブリに生じる傾向があるホットスポットを抑制できる、としている。
特表2005−508069号公報
Techniques aimed at suppressing drying of electrolyte membranes and the like have been disclosed so far. For example, Patent Document 1 includes a membrane electrode assembly and a porous gas diffusion material layer disposed together with the membrane electrode assembly, and the porosity of the porous gas diffusion material in a localized region on the porous gas diffusion layer is A fuel cell is disclosed that varies from a first value to a second value in response to a trigger condition at a corresponding region on the membrane electrode assembly adjacent to the porous gas diffusion layer. According to this fuel cell, hot spots that tend to occur in the fuel cell membrane electrode assembly can be suppressed.
JP 2005-508069 gazette

特許文献1に開示されている技術によれば、ガスの供給を抑制することで過剰昇温の抑制が可能になると考えられる。しかし、ガスの供給が抑制されると、ガスの供給が抑制された箇所で電気化学反応が生じ難くなるため、特許文献1に開示されている技術では、燃料電池の発電性能が低下しやすいという問題があった。   According to the technique disclosed in Patent Document 1, it is considered that the excessive temperature rise can be suppressed by suppressing the supply of gas. However, if the gas supply is suppressed, an electrochemical reaction is less likely to occur at the location where the gas supply is suppressed, so that the technique disclosed in Patent Document 1 tends to reduce the power generation performance of the fuel cell. There was a problem.

そこで本発明は、発電性能を低下させることなく、高温時の排水性を制御することが可能なガス拡散層、及び、当該ガス拡散層を備える燃料電池を提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide a gas diffusion layer which can control the drainage property at the time of high temperature, and a fuel cell provided with the said gas diffusion layer, without reducing electric power generation performance.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
請求項1に記載の発明は、導電性多孔質基材を備え、導電性多孔質基材よりも熱膨張率が高い高熱膨張材料が、導電性多孔質基材の一部に備えられることを特徴とする、ガス拡散層である。
In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is,
The invention described in claim 1 includes a conductive porous substrate, and a high thermal expansion material having a higher coefficient of thermal expansion than the conductive porous substrate is provided in a part of the conductive porous substrate. It is a gas diffusion layer characterized.

ここに、「導電性多孔質基材よりも熱膨張率が高い高熱膨張材料」とは、JIS C2161:1997「電気絶縁用粉体塗料試験方法」に規定される方法で測定される、高熱膨張材料の熱膨張率の値が、導電性多孔質基材の熱膨張率の値よりも大きいことを意味する。換言すれば、高温時(例えば、80℃以上等)に、導電性多孔質基材よりも膨張しやすい材料(高熱膨張材料)を意味する。   Here, “a high thermal expansion material having a higher coefficient of thermal expansion than the conductive porous substrate” means a high thermal expansion measured by a method defined in JIS C2161: 1997 “Method for Testing Powder Coating for Electrical Insulation”. It means that the value of the coefficient of thermal expansion of the material is larger than the value of the coefficient of thermal expansion of the conductive porous substrate. In other words, it means a material (high thermal expansion material) that expands more easily than the conductive porous substrate at a high temperature (for example, 80 ° C. or higher).

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のガス拡散層において、導電性多孔質基材に炭素材料が備えられ、高熱膨張材料が有機高分子材料であることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is characterized in that, in the gas diffusion layer according to claim 1, the conductive porous substrate is provided with a carbon material, and the high thermal expansion material is an organic polymer material.

ここに、「炭素材料」の具体例としては、炭素繊維やカーボンブラック等を挙げることができる。さらに、「有機高分子材料」とは、上記炭素材料よりも熱膨張率が高く、かつ、燃料電池運転時における単セル内の環境に耐え得る材料を意味する。   Specific examples of the “carbon material” include carbon fiber and carbon black. Furthermore, the “organic polymer material” means a material having a higher coefficient of thermal expansion than the carbon material and capable of withstanding the environment in the single cell during fuel cell operation.

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のガス拡散層において、有機高分子材料が、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(以下、「EPDM」という。)であることを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the gas diffusion layer according to claim 2, wherein the organic polymer material is ethylene-propylene-diene rubber (hereinafter referred to as “EPDM”).

請求項4に記載の発明は、電解質膜、該電解質膜の一方の側に備えられるアノード触媒層、及び、該電解質膜の他方の側に備えられるカソード触媒層、を備える膜電極構造体(以下、「MEA」ということがある。)と、該膜電極構造体の一方の側に備えられる第1集電体、及び、該膜電極構造体の他方の側に備えられる第2集電体と、第1集電体と膜電極構造体との間に配設される第1ガス拡散層、及び/又は、第2集電体と膜電極構造体との間に配設される第2ガス拡散層と、を具備し、第1ガス拡散層、及び/又は、第2ガス拡散層が、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガス拡散層であることを特徴とする、燃料電池である。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a membrane electrode structure comprising an electrolyte membrane, an anode catalyst layer provided on one side of the electrolyte membrane, and a cathode catalyst layer provided on the other side of the electrolyte membrane , “MEA”), a first current collector provided on one side of the membrane electrode structure, and a second current collector provided on the other side of the membrane electrode structure, A first gas diffusion layer disposed between the first current collector and the membrane electrode structure and / or a second gas disposed between the second current collector and the membrane electrode structure. A fuel diffusion layer, wherein the first gas diffusion layer and / or the second gas diffusion layer is the gas diffusion layer according to any one of claims 1 to 3. It is a battery.

ここに、「電解質膜」は、プロトンを伝導するポリマー(プロトン伝導性ポリマー)を有していれば特に限定されるものではないが、含フッ素高分子を骨格として少なくともスルホン酸基、ホスホン酸基、及びリン酸基のうち一種を有するポリマーを有することが好ましい(例えば、Nafion等(Nafionは米国デュポン社の登録商標)。このほか、ポリオレフィンのような炭化水素を骨格とするポリマーを有していても良い。加えて、触媒層はプロトン伝導性ポリマーと触媒材料とを備えていれば、その形態は特に限定されない。触媒材料は、アノード及びカソードにおいて水素の酸化反応及び酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されるものでなく、具体例としては、担体としての炭素(例えば、カーボンブラック等)に担持された白金のほか、白金黒粒子、又はこれらの合金等を例示することができる。さらに、触媒層に含まれるプロトン伝導性ポリマーは、電解質膜に含まれるプロトン伝導性ポリマーと同等のものを使用することができる。加えて、「第1集電体」及び「第2集電体」の具体例としては、セパレータ等を挙げることができ、「第1集電体」及び「第2集電体」を構成する材料の具体例としては、カーボン材料、導電性樹脂のほか、チタン合金やステンレス鋼等に代表される金属を挙げることができる。   Here, the “electrolyte membrane” is not particularly limited as long as it has a polymer (proton conductive polymer) that conducts protons, but at least a sulfonic acid group and a phosphonic acid group with a fluorinated polymer as a skeleton. And a polymer having one of phosphoric acid groups (for example, Nafion et al. (Nafion is a registered trademark of DuPont, USA). In addition, it has a hydrocarbon-based polymer such as polyolefin. In addition, the form of the catalyst layer is not particularly limited as long as the catalyst layer includes a proton conductive polymer and a catalyst material, and the catalyst material is used for the oxidation reaction of hydrogen and the reduction reaction of oxygen at the anode and the cathode. As long as it has an action, it is not particularly limited. Specific examples include carbon as a carrier (for example, carbon In addition to platinum supported on a rack, etc., platinum black particles, alloys thereof, etc. Further, the proton conductive polymer contained in the catalyst layer includes a proton conductive polymer contained in the electrolyte membrane and In addition, specific examples of the “first current collector” and the “second current collector” may include separators, etc. Specific examples of the material constituting the “second current collector” include carbon materials and conductive resins, as well as metals such as titanium alloys and stainless steel.

また、「第1集電体と膜電極構造体との間に配設される第1ガス拡散層、及び/又は、第2集電体と膜電極構造体との間に配設される第2ガス拡散層」とは、第1集電体とMEAとの間、及び、第2集電体とMEAとの間にガス拡散層が備えられる場合(以下、「形態A」という。)には、第1ガス拡散層及び第2ガス拡散層を意味する。このほか、第1集電体とMEAとの間にのみガス拡散層が備えられ、第2集電体とMEAとの間にガス拡散層が備えられない場合(以下、「形態B」という。)には、第1ガス拡散層を意味し、第1集電体とMEAとの間にガス拡散層が備えられず、第2集電体とMEAとの間にのみガス拡散層が備えられる場合(以下、「形態C」という。)には、第2ガス拡散層を意味する。さらに、「第1ガス拡散層、及び/又は、第2ガス拡散層が、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガス拡散層である」とは、上記形態Aの場合には、第1ガス拡散層及び第2ガス拡散層(以下、「形態A1」という。)、又は、第1ガス拡散層のみ(以下、「形態A2」という。)、若しくは、第2ガス拡散層のみ(以下、「形態A3」という。)が、上記請求項1〜3のいずれか1項に記載のガス拡散層であることを意味する。これに対し、上記形態Bの場合には、第1ガス拡散層が上記請求項1〜3のいずれか1項に記載のガス拡散層であることを意味し、上記形態Cの場合には、第2ガス拡散層が上記請求項1〜3のいずれか1項に記載のガス拡散層であることを意味する。   Further, “the first gas diffusion layer disposed between the first current collector and the membrane electrode structure and / or the second gas collector disposed between the second current collector and the membrane electrode structure”. “Two gas diffusion layer” refers to a case where a gas diffusion layer is provided between the first current collector and the MEA and between the second current collector and the MEA (hereinafter referred to as “form A”). Means a first gas diffusion layer and a second gas diffusion layer. In addition, a gas diffusion layer is provided only between the first current collector and the MEA, and a gas diffusion layer is not provided between the second current collector and the MEA (hereinafter referred to as “form B”). ) Means a first gas diffusion layer, a gas diffusion layer is not provided between the first current collector and the MEA, and a gas diffusion layer is provided only between the second current collector and the MEA. In the case (hereinafter referred to as “form C”), it means the second gas diffusion layer. Furthermore, “the first gas diffusion layer and / or the second gas diffusion layer is the gas diffusion layer according to any one of claims 1 to 3” means that in the case of the above-described form A, First gas diffusion layer and second gas diffusion layer (hereinafter referred to as “form A1”), only the first gas diffusion layer (hereinafter referred to as “form A2”), or only the second gas diffusion layer ( Hereinafter, “form A3”) means that it is the gas diffusion layer according to any one of claims 1 to 3. On the other hand, in the case of the form B, it means that the first gas diffusion layer is the gas diffusion layer according to any one of claims 1 to 3, and in the case of the form C, It means that a 2nd gas diffusion layer is a gas diffusion layer of any one of the said Claims 1-3.

請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の燃料電池において、第1ガス拡散層の第1集電体側、及び/又は、第2ガス拡散層の第2集電体側に、高熱膨張材料が備えられることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the fuel cell according to the fourth aspect, high thermal expansion is provided on the first current collector side of the first gas diffusion layer and / or on the second current collector side of the second gas diffusion layer. Material is provided.

ここに、「第1ガス拡散層の第1集電体側、及び/又は、第2ガス拡散層の第2集電体側に、高熱膨張材料が備えられる」とは、上記形態A1の場合には、第1ガス拡散層の第1集電体側及び第2ガス拡散層の第2集電体側に、高熱膨張材料が備えられることを意味する。このほか、上記形態A2又は上記形態Bの場合には、第1ガス拡散層の第1集電体側に高熱膨張材料が備えられ、上記形態A3又は上記形態Cの場合には、第2ガス拡散層の第2集電体側に高熱膨張材料が備えられることを意味する。   Here, “a high thermal expansion material is provided on the first current collector side of the first gas diffusion layer and / or the second current collector side of the second gas diffusion layer” means that in the case of the above-described form A1 This means that a high thermal expansion material is provided on the first current collector side of the first gas diffusion layer and on the second current collector side of the second gas diffusion layer. In addition, in the case of the form A2 or the form B, a high thermal expansion material is provided on the first current collector side of the first gas diffusion layer. In the case of the form A3 or the form C, the second gas diffusion is provided. It means that a high thermal expansion material is provided on the second current collector side of the layer.

請求項1に記載の発明によれば、高熱膨張材料が導電性多孔質基材の一部に備えられる。そのため、高温時におけるガスの拡散性を確保しつつ、膨張した高熱膨張材料によって排水性を制御することが可能な、ガス拡散層を提供できる。   According to the first aspect of the present invention, the high thermal expansion material is provided on a part of the conductive porous substrate. Therefore, it is possible to provide a gas diffusion layer that can control drainage by the expanded high thermal expansion material while ensuring gas diffusibility at high temperatures.

請求項2に記載の発明によれば、導電性多孔質基材に炭素繊維等の炭素材料が備えられ、高熱膨張材料として有機高分子材料が用いられる。そのため、上記効果を奏するガス拡散層を容易に得ることができる。   According to the second aspect of the present invention, the conductive porous substrate is provided with a carbon material such as carbon fiber, and an organic polymer material is used as the high thermal expansion material. Therefore, a gas diffusion layer having the above effects can be easily obtained.

請求項3に記載の発明によれば、有機高分子材料としてEPDMが用いられる。EPDMは、熱膨張率が大きく、導電性多孔質基材に備えられる炭素材料の熱膨張率との差が大きいため、高温時の水の移動を容易に制御し得るガス拡散層を提供できる。   According to the invention described in claim 3, EPDM is used as the organic polymer material. Since EPDM has a large coefficient of thermal expansion and a large difference from the coefficient of thermal expansion of the carbon material provided in the conductive porous substrate, it is possible to provide a gas diffusion layer that can easily control the movement of water at high temperatures.

請求項4に記載の発明によれば、アノード側及び/又はカソード側に本発明のガス拡散層が備えられる。そのため、高温時におけるガスの拡散性を確保して発電性能の低下を抑制しつつ、膨張した高熱膨張材料によって排水性を制御して発電性能を向上させることが可能な、燃料電池を提供できる。   According to the invention described in claim 4, the gas diffusion layer of the present invention is provided on the anode side and / or the cathode side. Therefore, it is possible to provide a fuel cell capable of improving the power generation performance by controlling the drainage by the expanded high thermal expansion material while ensuring the gas diffusibility at high temperature and suppressing the decrease in the power generation performance.

請求項5に記載の発明によれば、ガス拡散層の集電体側に、高熱膨張材料が備えられる。そのため、上記効果に加え、さらに、フラッディングの発生を抑制することが可能な燃料電池を提供できる。   According to the invention described in claim 5, the high thermal expansion material is provided on the current collector side of the gas diffusion layer. Therefore, in addition to the above effects, a fuel cell that can further suppress the occurrence of flooding can be provided.

PEFCを用いて電気エネルギーを得るには、MEAで電気化学反応を生じさせる必要があり、電気化学反応を生じさせるためには、アノード触媒層で生じたプロトンがカソード触媒層へと移動する必要がある。かかる観点から、PEFCの電解質膜、アノード触媒層、及び、カソード触媒層には、プロトン伝導性能を有する物質が備えられ、当該物質として、パーフルオロスルホン酸系のアイオノマー等が知られている。このアイオノマーは、含水状態下でプロトン伝導性能を発現するため、PEFCの運転時には、MEAを含水状態に保つことが必要とされる。ところが、高負荷運転時等には、単セルの温度が上昇し、特に、単セルのガス流路入口近傍においてMEAが乾燥しやすい。MEAの乾燥を抑制する従来技術としては、例えば、ガスの供給を抑制する技術等が存在するが、ガスの供給が抑制されると電気化学反応が生じ難くなり、PEFCの発電性能が低下しやすいという問題があった。そのため、PEFCの発電性能を低下させることなくMEAの乾燥を抑制可能な技術が求められている。   In order to obtain electric energy using PEFC, it is necessary to cause an electrochemical reaction in MEA, and in order to cause an electrochemical reaction, it is necessary to transfer protons generated in the anode catalyst layer to the cathode catalyst layer. is there. From this point of view, the PEFC electrolyte membrane, anode catalyst layer, and cathode catalyst layer are provided with a substance having proton conductivity, and perfluorosulfonic acid ionomers are known as the substance. Since this ionomer expresses proton conducting performance in a water-containing state, it is necessary to keep the MEA in a water-containing state during PEFC operation. However, the temperature of the single cell rises at the time of high load operation or the like, and the MEA tends to dry especially near the gas flow path inlet of the single cell. As a conventional technique for suppressing the drying of MEA, for example, there is a technique for suppressing the supply of gas. However, if the supply of gas is suppressed, an electrochemical reaction hardly occurs, and the power generation performance of PEFC is likely to deteriorate. There was a problem. Therefore, there is a demand for a technique that can suppress drying of MEA without reducing the power generation performance of PEFC.

本発明は、かかる観点からなされたものであり、その第1の要旨は、基材の一部に高熱膨張材料が備えられる形態とすることで、ガスの拡散性を確保しつつ排水性を制御することが可能なガス拡散層を提供することにある。さらに、第2の要旨は、上記ガス拡散層が備えられる形態とすることで、ガスの拡散性を確保しつつ排水性を制御することが可能な燃料電池を提供することにある。   The present invention has been made from such a viewpoint, and the first gist of the present invention is to control drainage while ensuring gas diffusibility by adopting a form in which a part of the base material is provided with a high thermal expansion material. It is to provide a gas diffusion layer that can be used. Furthermore, the second gist is to provide a fuel cell capable of controlling drainage while ensuring gas diffusibility by adopting a configuration in which the gas diffusion layer is provided.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

1.ガス拡散層
図1は、本発明のガス拡散層の形態例を拡大して示す概略図である。図2及び図3は、図1に破線で示す部位の拡大図であり、本発明を容易に理解可能とするため、高熱膨張材料が備えられる箇所の構造をより具体的に示し、それ以外の箇所の構造は簡略化して示している。なお、図2、図3は本発明の概念をわかり易く説明するための概略図であり、図2は60℃の温度環境下におけるガス拡散層の形態を、図3は90℃の温度環境下におけるガス拡散層の形態を、それぞれ示している。
1. Gas Diffusion Layer FIG. 1 is an enlarged schematic view showing an example of the gas diffusion layer of the present invention. 2 and 3 are enlarged views of a portion indicated by a broken line in FIG. 1, and in order to facilitate understanding of the present invention, the structure of the portion where the high thermal expansion material is provided is shown more specifically, The structure of the part is shown in a simplified manner. 2 and 3 are schematic diagrams for explaining the concept of the present invention in an easy-to-understand manner. FIG. 2 shows the form of the gas diffusion layer in a temperature environment of 60.degree. C., and FIG. The form of the gas diffusion layer is shown respectively.

図1に示すように、本発明のガス拡散層10は、表面層3と基材層1から成り、基材層1においては、表面層3とは反対側に気孔径可変層2が備えられた構成である。
ここで、表面層3は撥水性並びに良好な導電性及び通気性を有し、かつ、燃料電池内の環境に耐え得る物質により形成することができる。具体例としては、撥水性樹脂と導電性物質の混合物等を挙げることができ、撥水性樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)や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)等のフッ素系樹脂を挙げることができる。また、導電性物質としてはカーボンブラックやグラファイト等を挙げることができる。ここで、表面層3は、ガス拡散層10が燃料電池に組み込まれる際に、触媒層との接触を良好にする等の目的で形成される層である。
また、基材層1は、良好な導電性及び通気性を有し、かつ、燃料電池内の環境に耐え得る物質により形成することができる。具体例としては、カーボンペーパー等の導電性多孔質不織布、カーボンクロス等の導電性多孔質織布、その他、発泡金属、焼結金属等の導電性多孔質金属を挙げることができる。基材層1は、燃料電池を安定的に発電させるために、撥水性樹脂と導電性物質を含浸塗工されるものが好ましい。撥水性樹脂と導電性物質は、表面層3のものと同等のものを使用することができる。
また、気孔径可変層2は、粒子状のEPDMと導電性物質を基材層2に含浸塗布させること等により形成される。導電性物質は、表面層3のものと同等のものを使用することができる。
As shown in FIG. 1, the gas diffusion layer 10 of the present invention comprises a surface layer 3 and a base material layer 1, and the base material layer 1 is provided with a pore diameter variable layer 2 on the side opposite to the surface layer 3. It is a configuration.
Here, the surface layer 3 can be formed of a material that has water repellency, good conductivity and air permeability, and can withstand the environment in the fuel cell. Specific examples include a mixture of a water-repellent resin and a conductive material. Examples of the water-repellent resin include polytetrafluoroethylene resin (PTFE) and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP). Fluorine-based resin can be mentioned. Examples of the conductive substance include carbon black and graphite. Here, the surface layer 3 is a layer formed for the purpose of improving the contact with the catalyst layer when the gas diffusion layer 10 is incorporated in the fuel cell.
The base material layer 1 can be formed of a material that has good conductivity and air permeability and can withstand the environment in the fuel cell. Specific examples include conductive porous nonwovens such as carbon paper, conductive porous woven fabrics such as carbon cloth, and other conductive porous metals such as foam metal and sintered metal. The base material layer 1 is preferably one that is impregnated with a water-repellent resin and a conductive material in order to stably generate power in the fuel cell. As the water repellent resin and the conductive material, those equivalent to those of the surface layer 3 can be used.
The pore diameter variable layer 2 is formed by impregnating and applying particulate EPDM and a conductive substance to the base material layer 2. A conductive material equivalent to that of the surface layer 3 can be used.

図2に示すように、気孔径可変層2には、カーボンペーパーを構成する炭素繊維21、21、…と、粒子状のEPDM22、22、…と、カーボンブラック粒子23、23、…と、が備えられている。60℃の温度環境下では、EPDM22、22、…はそれほど膨張しないため、ガス拡散層10の厚み方向(図2の紙面上下方向)へ、ガス及び水が容易に移動できる。   As shown in FIG. 2, the pore diameter variable layer 2 includes carbon fibers 21, 21,... Constituting the carbon paper, particulate EPDMs 22, 22,..., And carbon black particles 23, 23,. Is provided. In a temperature environment of 60 ° C., the EPDMs 22, 22,... Do not expand so much, so that gas and water can easily move in the thickness direction of the gas diffusion layer 10 (up and down direction in FIG. 2).

これに対し、図3に示すように、90℃の温度環境下では、EPDMが膨張し、膨張したEPDM22x、22x、…となる。このようにしてEPDMが膨張すると、気孔径可変層2に備えられる気孔が、図2の場合と比較して小さくなるため、ガス拡散層10の厚み方向(図3の紙面上下方向)への水の移動を抑制できる。   On the other hand, as shown in FIG. 3, in a temperature environment of 90 ° C., EPDM expands to become expanded EPDMs 22x, 22x,. When EPDM expands in this way, the pores provided in the variable pore diameter layer 2 become smaller than in the case of FIG. 2, so that the water in the thickness direction of the gas diffusion layer 10 (up and down direction in FIG. 3). Can be suppressed.

本発明において、基材1の一部に気孔径可変層2が備えられていれば、基材1に占める気孔径可変層2の割合は特に限定されるものではない。ただし、気孔径可変層2の割合を過度に増加させると、排水性抑制効果を向上させることが可能になる反面、ガスの拡散性が低下する虞がある。そのため、ガスの拡散性を確保しつつ排水性抑制効果を向上させる等の観点からは、基材1に占める気孔径可変層2の割合の上限を50%とすることが好ましい。なお、粒子状のEPDM22、22、…、及びカーボンブラック粒子23、23、…を含有するペーストを基材1に塗布し乾燥させることにより気孔径可変層2が形成される場合には、基材1へ塗布するペーストの粘度を調整する等の方法により、基材1の内部へと浸入するペーストの度合いを制御することで、気孔径可変層2の上記割合を制御できる。   In the present invention, as long as the pore diameter variable layer 2 is provided in a part of the substrate 1, the ratio of the pore diameter variable layer 2 to the substrate 1 is not particularly limited. However, if the ratio of the pore diameter variable layer 2 is excessively increased, the drainage suppression effect can be improved, but the gas diffusibility may be lowered. Therefore, from the viewpoint of improving the drainage suppression effect while ensuring gas diffusibility, the upper limit of the ratio of the pore diameter variable layer 2 to the base material 1 is preferably 50%. When the pore diameter variable layer 2 is formed by applying a paste containing particulate EPDM 22, 22,... And carbon black particles 23, 23,. The ratio of the pore diameter variable layer 2 can be controlled by controlling the degree of paste that enters the inside of the substrate 1 by adjusting the viscosity of the paste applied to the substrate 1.

また、本発明において、基材1の一部に気孔径可変層2が備えられていれば、気孔径可変層2が備えられる部位は特に限定されない。ただし、本発明のガス拡散層10がPEFCに備えられる場合には、上述のように、MEAの、ガスの入口側が乾燥しやすい。そのため、ガスの入口近傍に相当する箇所(例えば、図1の紙面右側がガス入口側、同左側がガス出口側であって、基材1の紙面左右方向の長さをLとするとき、基材1の右端から、L/3の領域等)を含む、基材1の一部に、気孔径可変層2が備えられる形態とすることが好ましい。   Moreover, in this invention, if the pore diameter variable layer 2 is provided in a part of the base material 1, the site | part in which the pore diameter variable layer 2 is provided is not specifically limited. However, when the gas diffusion layer 10 of the present invention is provided in the PEFC, the gas inlet side of the MEA is easily dried as described above. Therefore, a location corresponding to the vicinity of the gas inlet (for example, when the right side in FIG. 1 is the gas inlet side and the left side is the gas outlet side, and the length of the substrate 1 in the left-right direction on the paper surface is L, It is preferable that the pore diameter variable layer 2 is provided in a part of the base material 1 including the L / 3 region from the right end of the material 1.

さらに、本発明のガス拡散層に備えられる高熱膨張材料として、EPDMを使用し、EPDMとカーボンブラック粒子とを含むペーストを導電性多孔質基材に塗布し乾燥させることにより気孔径可変層が形成される場合、当該ペーストに含まれる、EPDMとカーボンブラックとの比率は特に限定されるものではない。ただし、EPDMは絶縁体であり、多量のEPDMを添加し過ぎるとガス拡散層の電子伝導性が低下する虞がある。そのため、ガス拡散層の電子伝導性の低下を抑制する等の観点からは、ペーストに含まれるEPDMとカーボンブラック粒子との総質量を100質量部とするとき、EPDMは40質量部以下とすることが好ましい。   Furthermore, as the high thermal expansion material provided in the gas diffusion layer of the present invention, EPDM is used, and a paste containing EPDM and carbon black particles is applied to a conductive porous substrate and dried to form a variable pore size layer. In this case, the ratio of EPDM and carbon black contained in the paste is not particularly limited. However, EPDM is an insulator, and if a large amount of EPDM is added too much, the electron conductivity of the gas diffusion layer may be lowered. Therefore, from the viewpoint of suppressing the decrease in the electron conductivity of the gas diffusion layer, when the total mass of EPDM and carbon black particles contained in the paste is 100 parts by mass, EPDM should be 40 parts by mass or less. Is preferred.

2.燃料電池
図4は、本発明の燃料電池の形態例を概略的に示す断面図であり、燃料電池の一部を拡大して示している。図4において、図1に示す部材と同様の構成を採るものには、図1で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。以下、図1〜図4を参照しつつ、本発明の燃料電池について説明する。
2. Fuel Cell FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of the fuel cell of the present invention, and shows an enlarged part of the fuel cell. 4, components having the same configuration as the members shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. 1, and description thereof is omitted as appropriate. Hereinafter, the fuel cell of the present invention will be described with reference to FIGS.

図4に示すように、本発明の燃料電池40(以下、「単セル40」ということがある。)は、電解質膜41と、該電解質膜41の一方の側に備えられるアノード42と、同他方の側に備えられるカソード43と、アノード42側に備えられる第1集電体(以下、「セパレータ」という。)45と、カソード43側に備えられる第2集電体(以下、「セパレータ」という。)46と、を備えている。アノード42には、アノード触媒層42aと第1ガス拡散層10が、カソード43には、カソード触媒層43aと第2ガス拡散層10が、それぞれ備えられ、MEA44には、電解質膜41と、アノード触媒層42aと、カソード触媒層43aが、備えられている。さらに、セパレータ45には、水素が流通可能なガス流路47、47、…が備えられ、セパレータ46には、酸素が流通可能なガス流路48、48、…が備えられている。以下、アノード42に備えられる第1ガス拡散層10を「アノード拡散層42b」、カソード43に備えられる第2ガス拡散層10を「カソード拡散層43b」と表記する。   As shown in FIG. 4, the fuel cell 40 of the present invention (hereinafter also referred to as “single cell 40”) includes an electrolyte membrane 41 and an anode 42 provided on one side of the electrolyte membrane 41. A cathode 43 provided on the other side, a first current collector (hereinafter referred to as “separator”) 45 provided on the anode 42 side, and a second current collector provided on the cathode 43 side (hereinafter “separator”). 46). The anode 42 is provided with the anode catalyst layer 42a and the first gas diffusion layer 10, the cathode 43 is provided with the cathode catalyst layer 43a and the second gas diffusion layer 10, respectively, and the MEA 44 is provided with the electrolyte membrane 41 and the anode A catalyst layer 42a and a cathode catalyst layer 43a are provided. Further, the separator 45 is provided with gas flow paths 47, 47,... Through which hydrogen can flow, and the separator 46 is provided with gas flow paths 48, 48,. Hereinafter, the first gas diffusion layer 10 provided in the anode 42 is referred to as “anode diffusion layer 42 b”, and the second gas diffusion layer 10 provided in the cathode 43 is referred to as “cathode diffusion layer 43 b”.

燃料電池40において、電解質膜41は、例えば、パーフルオロスルホン酸系のアイオノマー(以下、単に「アイオノマー」という。)を備える固体高分子膜により構成されている。さらに、アノード触媒層42a及びカソード触媒層43aには、例えば、担体としての炭素(例えば、カーボンブラック等)に担持された白金触媒と、アイオノマーが備えられている。かかる構成の燃料電池40の運転時には、ガス流路47、47、…を介して供給された水素が、アノード触媒層42aに備えられる白金触媒上でプロトンと電子に分離し、このようにして生じたプロトンは、アノード触媒層42a及び電解質膜41を経て、カソード触媒層43aに備えられる白金触媒上へと達する。一方、アノード触媒層42aで生じた電子は、外部回路を経由してカソード触媒層43aに備えられる白金触媒上へと達する。そして、ガス流路48、48、…を介して供給された酸素と、上記プロトン及び電子がカソード触媒層43aに備えられる白金触媒上で反応することにより、水が生成される。   In the fuel cell 40, the electrolyte membrane 41 is made of, for example, a solid polymer membrane including a perfluorosulfonic acid ionomer (hereinafter simply referred to as “ionomer”). Furthermore, the anode catalyst layer 42a and the cathode catalyst layer 43a are provided with, for example, a platinum catalyst supported on carbon (for example, carbon black) as a carrier and an ionomer. When the fuel cell 40 having such a configuration is operated, hydrogen supplied through the gas flow paths 47, 47,... Is separated into protons and electrons on the platinum catalyst provided in the anode catalyst layer 42a, and thus generated. The protons reach the platinum catalyst provided in the cathode catalyst layer 43a through the anode catalyst layer 42a and the electrolyte membrane 41. On the other hand, electrons generated in the anode catalyst layer 42a reach the platinum catalyst provided in the cathode catalyst layer 43a via an external circuit. And water is produced | generated when oxygen supplied through gas flow path 48,48, ... reacts with the said proton and electron on the platinum catalyst with which the cathode catalyst layer 43a is equipped.

このように、燃料電池40の運転時には水が生成されるが、水の生成反応を生じさせるためには、プロトンが、アノード触媒層42aからカソード触媒層43aへと伝導される必要がある。アノード触媒層42a、電解質膜41、及び、カソード触媒層43aに備えられるアイオノマーは、含水状態下でプロトン伝導性能を発現するため、通常、ガス流路47、47、…には加湿された水素が供給され、ガス流路48、48、…には加湿された酸素が供給される。そして、燃料電池40の運転時に生成された水は、ガス流路48、48、…を介して供給される酸素と共に、ガス流路48、48、…の出口から排出され得る。さらに、電解質膜41を介してカソード触媒層43aからアノード触媒層42aへと浸透した水は、ガス流路47、47、…を介して供給される水素と共に、ガス流路47、47、…の出口から排出され得る。燃料電池40から排出された水は、その後、例えば、単セル40の外部に備えられる加湿器(不図示)へと回収され、ガス流路47、47、…を介して供給される水素、及び/又は、ガス流路48、48、…を介して供給される酸素を加湿する際に利用され得る。   Thus, water is generated during operation of the fuel cell 40, but protons need to be conducted from the anode catalyst layer 42a to the cathode catalyst layer 43a in order to cause a water generation reaction. Since the ionomer provided in the anode catalyst layer 42a, the electrolyte membrane 41, and the cathode catalyst layer 43a exhibits proton conduction performance under water-containing conditions, normally, humidified hydrogen is present in the gas flow paths 47, 47,. .., And humidified oxygen is supplied to the gas flow paths 48, 48,. And the water produced | generated at the time of the driving | operation of the fuel cell 40 can be discharged | emitted from the exit of gas flow path 48,48, ... with the oxygen supplied via gas flow path 48,48, .... Further, the water that has permeated from the cathode catalyst layer 43a to the anode catalyst layer 42a through the electrolyte membrane 41, along with the hydrogen supplied through the gas channels 47, 47,. It can be discharged from the outlet. The water discharged from the fuel cell 40 is then recovered, for example, into a humidifier (not shown) provided outside the unit cell 40, and supplied through the gas flow paths 47, 47,. It can be used when humidifying oxygen supplied through the gas flow paths 48, 48,.

ここで一般に、燃料電池の運転時に生成された水は、ガス流路内を流通する水素や酸素とともに、ガス流路の入口側から出口側へと移動する。一方で、MEAに過剰の水が含まれると、アノード触媒層及びカソード触媒層におけるガスの拡散が阻害され、発電性能が低下する。そのため、燃料電池の定常運転時には、相対湿度100%未満の水素及び酸素が供給される。したがって、ガス流路の出口側と比較して、ガス流路の入口側は乾燥しやすく、入口側から移動してきた水が排出されるガス流路の出口側には水が溜まりやすい。この傾向は、特に、燃料電池の高負荷運転時に顕著となる。それゆえ、本発明の燃料電池40では、アノード42及びカソード43に、アノード拡散層42b及びカソード拡散層43bが備えられている。燃料電池40に、アノード拡散層42b及びカソード拡散層43bが備えられていれば、高温時に、アノード拡散層42b及びカソード拡散層43bの厚み方向(図4の紙面上下方向)への水の移動が抑制される。そのため、ガス流路47、47、…へと供給される水素、及び/又は、ガス流路48、48、…へと供給される酸素とともに単セル40の外へと持ち去られる水の量を低減する(排水性を制御する)ことが可能になり、高温時におけるMEA44の乾燥を抑制することが可能になる。また、アノード拡散層42b及びカソード拡散層43bには、基材1の一部にEPDM22、22、…が備えられているので、従来の燃料電池のようにアノード拡散層及び/又はカソード拡散層の全体が熱膨張することに起因する、ガス拡散性の低下を抑制することができる。したがって、本発明によれば、ガス拡散性を確保しつつ高温時の排水性を制御することが可能な、燃料電池40を提供できる。   Here, in general, the water generated during the operation of the fuel cell moves from the inlet side to the outlet side of the gas channel together with hydrogen and oxygen flowing through the gas channel. On the other hand, when excessive water is contained in the MEA, gas diffusion in the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer is hindered, and power generation performance decreases. Therefore, during steady operation of the fuel cell, hydrogen and oxygen having a relative humidity of less than 100% are supplied. Therefore, compared with the outlet side of the gas channel, the inlet side of the gas channel is easily dried, and water tends to accumulate on the outlet side of the gas channel from which water that has moved from the inlet side is discharged. This tendency is particularly noticeable during high load operation of the fuel cell. Therefore, in the fuel cell 40 of the present invention, the anode 42 and the cathode 43 are provided with the anode diffusion layer 42 b and the cathode diffusion layer 43 b. If the fuel cell 40 includes the anode diffusion layer 42b and the cathode diffusion layer 43b, the movement of water in the thickness direction of the anode diffusion layer 42b and the cathode diffusion layer 43b (vertical direction in FIG. 4) at high temperatures. It is suppressed. Therefore, the amount of water taken out of the unit cell 40 together with hydrogen supplied to the gas flow paths 47, 47,... And / or oxygen supplied to the gas flow paths 48, 48,. (Controlling drainage) is possible, and drying of the MEA 44 at high temperatures can be suppressed. Further, since the anode diffusion layer 42b and the cathode diffusion layer 43b are provided with EPDMs 22, 22,... In a part of the base material 1, the anode diffusion layer and / or the cathode diffusion layer as in the conventional fuel cell are provided. A decrease in gas diffusibility due to thermal expansion of the whole can be suppressed. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide the fuel cell 40 capable of controlling the drainage property at a high temperature while ensuring the gas diffusibility.

アノード拡散層42b及びカソード拡散層43bに備えられるEPDM22、22、…は、アノード拡散層42b及びカソード拡散層43bを構成する基材1、1の一部のみに備えられていれば、備えられるべき箇所は特に限定されるものではない。ただし、上述のように、MEA44は、ガス流路入口側が特に乾燥しやすいため、少なくとも、ガス流路47、47、…の入口側、及び、ガス流路48、48、…の入口側を含む箇所に、EPDM22、22、…が備えられることが好ましい。ここで、「ガス流路入口側」とは、セパレータ45、46に備えられるガス流路の全長をLとするとき、例えば、ガス流路の入口から長さL/3迄の領域と対向する、ガス拡散層の部位を意味する。   The EPDMs 22, 22,... Provided in the anode diffusion layer 42b and the cathode diffusion layer 43b should be provided if they are provided only in a part of the base materials 1 and 1 constituting the anode diffusion layer 42b and the cathode diffusion layer 43b. The location is not particularly limited. However, as described above, the MEA 44 includes at least the inlet side of the gas passages 47, 47,... And the inlet side of the gas passages 48, 48,. It is preferable that EPDMs 22, 22,. Here, the “gas channel inlet side” is, for example, opposed to a region from the gas channel inlet to the length L / 3 when the total length of the gas channel provided in the separators 45 and 46 is L. Means the part of the gas diffusion layer.

さらに、基材1、1の一部のみにEPDM22、22、…が備えられていれば、EPDM22、22、…が備えられるべきアノード拡散層42b及びカソード拡散層43bの厚さ方向の位置は、特に限定されない。ただし、MEA44と接触する側の面にEPDM22、22、…が備えられると、MEA44からアノード拡散層42b及びカソード拡散層43bへの水の移動が抑制されるため、MEA44が、いわゆるフラッディング状態になりやすい。そのため、ガス拡散性を確保しつつ高温時の排水性を制御可能という上記効果に加えて、さらに、フラッディングの発生を抑制可能とする等の観点からは、アノード拡散層42bのセパレータ45側の面、及び、カソード拡散層43bのセパレータ46側の面に、EPDM22、22、…を備える気孔径可変層2、2が備えられる形態とすることが好ましい。   Furthermore, if EPDMs 22, 22,... Are provided only on a part of the base materials 1, 1, the positions in the thickness direction of the anode diffusion layer 42b and the cathode diffusion layer 43b to be provided with the EPDMs 22, 22,. There is no particular limitation. However, if EPDMs 22, 22,... Are provided on the surface in contact with the MEA 44, the movement of water from the MEA 44 to the anode diffusion layer 42b and the cathode diffusion layer 43b is suppressed, so that the MEA 44 enters a so-called flooding state. Cheap. Therefore, in addition to the above-described effect that the drainage property at high temperature can be controlled while ensuring gas diffusibility, the separator 45 side surface of the anode diffusion layer 42b is also able to suppress the occurrence of flooding. It is preferable that the pore diameter variable layers 2 and 2 including EPDMs 22, 22,... Are provided on the separator 46 side surface of the cathode diffusion layer 43 b.

なお、本発明の燃料電池に関する上記説明では、アノード42及びカソード43に、本発明のガス拡散層(アノード拡散層42b及びカソード拡散層43b)が備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではなく、アノード又はカソードにのみ本発明のガス拡散層が備えられる形態とすることも可能である。ただし、単セルが高温状態にさらされると、MEAは、アノード側及びカソード側で乾燥しやすい。そのため、発電性能を低下させることなく、高温時の排水性を制御可能とする観点からは、アノード及びカソードに本発明のガス拡散層(アノード拡散層42b及びカソード拡散層43b)が備えられる形態の燃料電池40とすることが好ましい。   In the above description regarding the fuel cell of the present invention, the anode 42 and the cathode 43 are illustrated as being provided with the gas diffusion layer (the anode diffusion layer 42b and the cathode diffusion layer 43b) of the present invention. However, the present invention is not limited thereto, and the gas diffusion layer of the present invention may be provided only on the anode or the cathode. However, when the single cell is exposed to a high temperature state, the MEA tends to dry on the anode side and the cathode side. Therefore, from the viewpoint of enabling control of drainage properties at high temperatures without deteriorating power generation performance, the anode and cathode are provided with the gas diffusion layers (anode diffusion layer 42b and cathode diffusion layer 43b) of the present invention. The fuel cell 40 is preferable.

1.サンプルの作製
1.1.実施例1
<基材層の作製>
カーボンブラック粒子(電気化学工業社製、アセチレンブラック)と繊維状カーボン(昭和電工株式会社製、VGCF(「VGCF」は昭和電工株式会社の登録商標。以下同じ。))とPTFE粒子と分散剤(界面活性剤)を水に分散させることにより、ペーストを調整した。その後、このペーストを、カーボンペーパー(東レ株式会社製、TGP−H−060)に含浸塗布し、200μm厚の基材層を作製した。ペーストの塗布量は、1mg/cmとした。
<表面層の作製>
上記工程により作製した基材層の一方の面に、カーボンブラック粒子(電気化学工業社製、アセチレンブラック)と繊維状カーボン(昭和電工株式会社製、VGCF)とPTFE粒子と分散剤(界面活性剤)を水に分散させることにより調整したペーストを塗布し、表面層を形成させた。ペーストの塗布量は、4mg/cmとした。その後、360℃の熱処理を実施し、基材層及び表面層を備えるガス拡散層を作製した。
<気孔径可変層の作製>
カーボンブラック粒子と有機高分子粒子(EPDMラテックス)と分散剤(界面活性剤)を水に分散させることにより、ペーストを調整した。その後、表面層が形成されている面と反対側の基材層の面に、ペーストを含浸塗布し、130℃で乾燥させることにより、50μm厚の気孔径可変層を備える、実施例1にかかるガス拡散層を作製した。ペーストの塗布量は、1.2mg/cmとした。
1. Preparation of sample 1.1. Example 1
<Preparation of base material layer>
Carbon black particles (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., acetylene black) and fibrous carbon (manufactured by Showa Denko KK, VGCF (“VGCF” is a registered trademark of Showa Denko KK), PTFE particles) and PTFE particles and a dispersant ( The paste was prepared by dispersing (surfactant) in water. Then, this paste was impregnated and applied to carbon paper (TGP-H-060, manufactured by Toray Industries, Inc.) to prepare a 200 μm thick base material layer. The amount of paste applied was 1 mg / cm 2 .
<Preparation of surface layer>
On one surface of the base material layer produced by the above process, carbon black particles (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., acetylene black), fibrous carbon (manufactured by Showa Denko KK, VGCF), PTFE particles, and a dispersant (surfactant) ) Was dispersed in water to apply a paste prepared to form a surface layer. The amount of paste applied was 4 mg / cm 2 . Then, 360 degreeC heat processing was implemented, and the gas diffusion layer provided with a base material layer and a surface layer was produced.
<Preparation of pore diameter variable layer>
A paste was prepared by dispersing carbon black particles, organic polymer particles (EPDM latex) and a dispersant (surfactant) in water. Then, the surface of the base material layer opposite to the surface on which the surface layer is formed is impregnated with a paste and dried at 130 ° C., thereby providing a 50 μm thick pore diameter variable layer. A gas diffusion layer was produced. The amount of paste applied was 1.2 mg / cm 2 .

1.2.実施例2
上記実施例1と同様の手順で、基材層及び表面層を備えるガス拡散層を作製した。一方で、カーボンブラック粒子と有機高分子粒子(EPDMラテックス)と分散剤(界面活性剤)を水に分散させることにより、ペーストを調整した。その後、表面層が形成されている面と反対側の基材層の面にペーストを含浸塗布し、130℃で乾燥させることにより、100μm厚の気孔径可変層を備える、実施例2にかかるガス拡散層を作製した。ペーストの塗布量は、2.4mg/cmとした。
1.2. Example 2
A gas diffusion layer including a base material layer and a surface layer was produced in the same procedure as in Example 1. On the other hand, a paste was prepared by dispersing carbon black particles, organic polymer particles (EPDM latex) and a dispersant (surfactant) in water. Then, the gas according to Example 2 including the pore diameter variable layer having a thickness of 100 μm by impregnating and applying the paste to the surface of the base material layer opposite to the surface layer-formed surface and drying at 130 ° C. A diffusion layer was prepared. The amount of paste applied was 2.4 mg / cm 2 .

1.3.比較例1
上記実施例1と同様の手順で、基材層及び表面層を備えるガス拡散層を作製した。一方で、カーボンブラック粒子(電気化学工業社製、アセチレンブラック)とPTFE粒子と分散剤(界面活性剤)を水に分散させることにより、ペーストを調整した。そして、実施例1にかかるガス拡散層と気孔率(ガス拡散層の全細孔体積をV1、細孔を含めての全体積をV2とするときのV1/V2の比。以下において同じ。)をそろえるため、表面層が形成されている面と反対側の基材層の面に、上記ペーストを含浸塗布し、360℃の熱処理を実施して、比較例1にかかる拡散層を作製した。ペーストの塗布量は、1.5mg/cmとした。
1.3. Comparative Example 1
A gas diffusion layer including a base material layer and a surface layer was produced in the same procedure as in Example 1. On the other hand, a paste was prepared by dispersing carbon black particles (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., acetylene black), PTFE particles, and a dispersant (surfactant) in water. And the gas diffusion layer and porosity according to Example 1 (ratio of V1 / V2 when the total pore volume of the gas diffusion layer is V1, and the total volume including the pores is V2, the same applies hereinafter). Thus, the paste was impregnated and applied to the surface of the base material layer opposite to the surface on which the surface layer was formed, and a heat treatment at 360 ° C. was performed to prepare a diffusion layer according to Comparative Example 1. The amount of paste applied was 1.5 mg / cm 2 .

1.4.比較例2
上記実施例1と同様の手順で、基材層及び表面層を備えるガス拡散層を作製した。その後、実施例2にかかるガス拡散層と気孔率をそろえるため、表面層が形成されている面と反対側の基材層の面に、カーボンブラック粒子(電気化学工業社製、アセチレンブラック)とPTFE粒子と分散剤(界面活性剤)を水に分散させて調整したペーストを含浸塗布し、360℃の熱処理を実施して、比較例2にかかる拡散層を作製した。ペーストの塗布量は、3.0mg/cmとした。
1.4. Comparative Example 2
A gas diffusion layer including a base material layer and a surface layer was produced in the same procedure as in Example 1. Then, in order to align the porosity with the gas diffusion layer according to Example 2, carbon black particles (Acetylene Black, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) are formed on the surface of the base material layer opposite to the surface on which the surface layer is formed. A diffusion layer according to Comparative Example 2 was prepared by impregnating and applying a paste prepared by dispersing PTFE particles and a dispersant (surfactant) in water and performing heat treatment at 360 ° C. The amount of paste applied was 3.0 mg / cm 2 .

2.燃料電池の作製
<MEAの作製>
触媒(全質量に対する白金質量の割合が60%の白金担持カーボン)と電解質溶液(米国デュポン社製、Nafion溶液)を、水とエタノールとプロピレングリコールの混合溶媒に分散させることによりペーストを調整し、当該ペーストをPTFEシート上へ塗布した後、100℃で乾燥させることにより、触媒層を備える触媒塗布シートを作製した。その後、電解質膜(米国デュポン社製、Nafion)の両面側に、上記触媒塗布シートの触媒層と電解質膜とが接触するように、触媒塗布シートを配置し、130℃で熱プレスをすることにより、電解質膜と触媒塗布シートとを接合させた。その後、触媒塗布シートからPTFEシートを剥がし、MEAを作製した。なお、電解質膜と触媒層との接触面の面積は、36cmであった。
<燃料電池の作製>
上記工程により作製したMEAの両側に、実施例1にかかるガス拡散層をそれぞれ配置して、MEAとガス拡散層とを備える積層体を作製し、当該積層体の両側に、サーペンタイン形状のガス流路を備えるセパレータを配置することにより、実施例1にかかる燃料電池を作製した。さらに、実施例1にかかるガス拡散層に代えて実施例2にかかるガス拡散層を配置したほかは、実施例1にかかる燃料電池の作製手順と同様にして、実施例2にかかる燃料電池を作製した。また、実施例1にかかるガス拡散層に代えて比較例1にかかるガス拡散層を配置したほかは、実施例1にかかる燃料電池の作製手順と同様にして、比較例1にかかる燃料電池を作製し、実施例1にかかるガス拡散層に代えて比較例2にかかるガス拡散層を配置したほかは、実施例1にかかる燃料電池の作製手順と同様にして、比較例2にかかる燃料電池を作製した。
2. Fabrication of fuel cell <Production of MEA>
A paste was prepared by dispersing a catalyst (platinum-supported carbon having a platinum mass ratio of 60% with respect to the total mass) and an electrolyte solution (Nafion solution, manufactured by DuPont, USA) in a mixed solvent of water, ethanol and propylene glycol, After apply | coating the said paste on a PTFE sheet | seat, the catalyst application | coating sheet | seat provided with a catalyst layer was produced by making it dry at 100 degreeC. Thereafter, by placing the catalyst coated sheet on both sides of the electrolyte membrane (Nafion, manufactured by DuPont, USA) so that the catalyst layer of the catalyst coated sheet and the electrolyte membrane are in contact with each other, and hot pressing at 130 ° C. The electrolyte membrane and the catalyst-coated sheet were joined. Thereafter, the PTFE sheet was peeled off from the catalyst-coated sheet to prepare an MEA. The area of the contact surface between the electrolyte membrane and the catalyst layer was 36 cm 2 .
<Fabrication of fuel cell>
A gas diffusion layer according to Example 1 is arranged on both sides of the MEA produced by the above process to produce a laminate including the MEA and the gas diffusion layer, and a serpentine-shaped gas flow is provided on both sides of the laminate. The fuel cell concerning Example 1 was produced by arrange | positioning the separator provided with a path | route. Further, the fuel cell according to Example 2 was manufactured in the same manner as the fuel cell manufacturing procedure according to Example 1, except that the gas diffusion layer according to Example 2 was arranged instead of the gas diffusion layer according to Example 1. Produced. The fuel cell according to Comparative Example 1 was prepared in the same manner as the fuel cell manufacturing procedure according to Example 1, except that the gas diffusion layer according to Comparative Example 1 was disposed instead of the gas diffusion layer according to Example 1. A fuel cell according to Comparative Example 2 was prepared in the same manner as the fuel cell manufacturing procedure according to Example 1, except that the gas diffusion layer according to Comparative Example 2 was arranged instead of the gas diffusion layer according to Example 1. Was made.

3.ガス拡散層の物性評価
実施例1にかかるガス拡散層、実施例2にかかるガス拡散層、比較例1にかかるガス拡散層、及び、比較例2にかかるガス拡散層の気孔率を、水銀ポロシメータ(ユアサアイオニクス社製、型番PoreMaster−60)を用いて測定した。加えて、実施例1にかかるガス拡散層及び実施例2にかかるガス拡散層については、さらに、SEM−EDX(日本電子社製、型番JSM−5610LV、JED−2201)を用いて、気孔径可変層の厚さを測定した。これらの結果を表1にあわせて示す。
3. Evaluation of Physical Properties of Gas Diffusion Layer The porosity of the gas diffusion layer according to Example 1, the gas diffusion layer according to Example 2, the gas diffusion layer according to Comparative Example 1, and the gas diffusion layer according to Comparative Example 2 was measured using a mercury porosimeter. (Measured by Yuasa Ionics, model number PoleMaster-60). In addition, with respect to the gas diffusion layer according to Example 1 and the gas diffusion layer according to Example 2, the pore diameter is further variable using SEM-EDX (manufactured by JEOL Ltd., model number JSM-5610LV, JED-2201). The layer thickness was measured. These results are also shown in Table 1.

Figure 2008041352
Figure 2008041352

4.燃料電池の性能評価
実施例1にかかる燃料電池を80℃に保ち、相対湿度100%の水素及び空気を当該燃料電池のアノード側及びカソード側へそれぞれ供給し、電流密度を1.0A/cmに保持して、電圧を測定した(以下、当該条件の試験を「80℃フル加湿試験」という。)。一方、実施例1にかかる燃料電池を90℃に保ち、露点が60℃となるように加湿した水素及び空気を当該燃料電池のアノード側及びカソード側へそれぞれ供給し、電流密度を1.0A/cmに保持して、電圧を測定した(以下、当該条件の試験を「90℃加湿試験」という。)。実施例2にかかる燃料電池、比較例1にかかる燃料電池、及び、比較例2にかかる燃料電池に対しても、上記80℃フル加湿試験及び90℃加湿試験をそれぞれ実施した。これらの結果を表2にあわせて示す。
4). Performance Evaluation of Fuel Cell The fuel cell according to Example 1 is kept at 80 ° C., hydrogen and air having a relative humidity of 100% are supplied to the anode side and the cathode side of the fuel cell, respectively, and the current density is 1.0 A / cm 2. And the voltage was measured (hereinafter, the test under the conditions is referred to as “80 ° C. full humidification test”). Meanwhile, the fuel cell according to Example 1 was kept at 90 ° C., and hydrogen and air humidified so that the dew point was 60 ° C. were supplied to the anode side and the cathode side of the fuel cell, respectively, and the current density was 1.0 A / The voltage was measured while holding at cm 2 (hereinafter, the test under the conditions is referred to as “90 ° C. humidification test”). The fuel cell according to Example 2, the fuel cell according to Comparative Example 1, and the fuel cell according to Comparative Example 2 were also subjected to the 80 ° C. full humidification test and the 90 ° C. humidification test. These results are also shown in Table 2.

Figure 2008041352
Figure 2008041352

5.結果
実施例1にかかる燃料電池と比較例1にかかる燃料電池の80℃フル加湿試験の結果より、気孔径可変層を設けても、本発明の燃料電池によれば、従来の燃料電池と同様の発電性能を発現し得ることが確認された。さらに、実施例1にかかる燃料電池と比較例1にかかる燃料電池の90℃加湿試験の結果より、本発明(実施例1)によれば、従来の燃料電池(比較例1)と比較して、90℃運転時の発電性能が向上することが確認された。
5. Results From the results of the 80 ° C. full humidification test of the fuel cell according to Example 1 and the fuel cell according to Comparative Example 1, the fuel cell of the present invention is similar to the conventional fuel cell even if the pore diameter variable layer is provided. It was confirmed that the power generation performance can be expressed. Furthermore, from the result of the 90 ° C. humidification test of the fuel cell according to Example 1 and the fuel cell according to Comparative Example 1, according to the present invention (Example 1), compared with the conventional fuel cell (Comparative Example 1). It was confirmed that the power generation performance during operation at 90 ° C. was improved.

一方、実施例2にかかる燃料電池と比較例2にかかる燃料電池の80℃フル加湿試験の結果より、気孔径可変層を設けても、本発明の燃料電池によれば、従来の燃料電池と同等の発電性能を発現し得ることが確認された。さらに、実施例2にかかる燃料電池と比較例2にかかる燃料電池の90℃加湿試験の結果より、本発明(実施例2)によれば、従来の燃料電池(比較例2)と比較して、90℃運転時の発電性能が向上することが確認された。   On the other hand, according to the result of the 80 ° C. full humidification test of the fuel cell according to Example 2 and the fuel cell according to Comparative Example 2, the fuel cell according to the present invention has the conventional fuel cell and It was confirmed that equivalent power generation performance could be expressed. Furthermore, from the result of the 90 ° C. humidification test of the fuel cell according to Example 2 and the fuel cell according to Comparative Example 2, according to the present invention (Example 2), compared with the conventional fuel cell (Comparative Example 2). It was confirmed that the power generation performance during operation at 90 ° C. was improved.

また、各燃料電池の80℃フル加湿試験の結果及び90℃加湿試験の結果を比較すると、実施例1にかかる燃料電池では、電圧の差が0.12Vであり、実施例2にかかる燃料電池では、電圧の差が0.07Vであった。これに対し、比較例1にかかる燃料電池では、電圧の差が0.20Vであり、比較例2にかかる燃料電池では、電圧の差が0.12Vであった。ガス拡散層の気孔率の値を揃えた、実施例1にかかる燃料電池の結果と比較例1にかかる燃料電池の結果を比較すると、実施例1にかかる燃料電池の方が、温度上昇に伴う性能低下が抑制された。同様に、実施例2にかかる燃料電池の結果と比較例2にかかる燃料電池の結果を比較すると、実施例2にかかる燃料電池の方が、温度上昇に伴う性能低下が抑制された。これは、気孔径可変層を備える、実施例1にかかる燃料電池及び実施例2にかかる燃料電池では、MEAの乾燥が抑制された結果、プロトン伝導性能の低下が抑制されたためであると考えられる。   Further, comparing the result of the 80 ° C. full humidification test and the result of the 90 ° C. humidification test of each fuel cell, the fuel cell according to Example 1 has a voltage difference of 0.12 V, and the fuel cell according to Example 2 Then, the voltage difference was 0.07V. In contrast, in the fuel cell according to Comparative Example 1, the voltage difference was 0.20V, and in the fuel cell according to Comparative Example 2, the voltage difference was 0.12V. When the result of the fuel cell according to Example 1 and the result of the fuel cell according to Comparative Example 1 in which the values of the porosity of the gas diffusion layer are made uniform are compared, the fuel cell according to Example 1 is associated with an increase in temperature. Performance degradation was suppressed. Similarly, when the result of the fuel cell according to Example 2 is compared with the result of the fuel cell according to Comparative Example 2, the performance of the fuel cell according to Example 2 due to the temperature rise was suppressed. This is considered to be because in the fuel cell according to Example 1 and the fuel cell according to Example 2 including the variable pore size layer, the decrease in proton conduction performance was suppressed as a result of the suppression of drying of the MEA. .

他方、実施例1にかかる燃料電池と実施例2にかかる燃料電池の、80℃フル加湿試験及び90℃加湿試験の結果を比較すると、80℃フル加湿試験の結果は実施例1にかかる燃料電池の方が優れており、90℃加湿試験の結果は実施例2にかかる燃料電池の方が優れていた。これは、実施例2にかかる燃料電池には、実施例1にかかる燃料電池よりも多くのEPDMが含まれ、EPDMは絶縁体であることから、実施例1にかかる燃料電池は実施例2にかかる燃料電池よりも良好な発電性能を示したと考えられる。これに対し、温度が90℃へ上昇すると、MEAに含まれる水分が蒸発しやすくなってMEAが乾燥しやすくなるが、実施例2にかかる燃料電池には実施例1にかかる燃料電池よりも多くのEPDMが備えられていたため、MEAの乾燥を抑制する効果が増し、その結果、実施例1にかかる燃料電池よりも良好な発電性能を示したと考えられる。   On the other hand, when the results of the 80 ° C. full humidification test and the 90 ° C. humidification test of the fuel cell according to Example 1 and the fuel cell according to Example 2 are compared, the result of the 80 ° C. full humidification test is the fuel cell according to Example 1. The fuel cell according to Example 2 was superior in the results of the 90 ° C. humidification test. This is because the fuel cell according to Example 2 contains more EPDM than the fuel cell according to Example 1, and since EPDM is an insulator, the fuel cell according to Example 1 corresponds to Example 2. It is considered that the power generation performance was better than that of the fuel cell. On the other hand, when the temperature rises to 90 ° C., the water contained in the MEA easily evaporates and the MEA becomes easy to dry. However, the fuel cell according to the second embodiment has more fuel cells than the fuel cell according to the first embodiment. Therefore, it is considered that the effect of suppressing the drying of MEA increased, and as a result, the power generation performance better than that of the fuel cell according to Example 1 was exhibited.

以上より、本発明によれば、発電性能を低下させることなく、高温時の排水性を制御することが可能なガス拡散層、及び、当該ガス拡散層を備える燃料電池を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a gas diffusion layer capable of controlling drainage at a high temperature without reducing power generation performance, and a fuel cell including the gas diffusion layer.

本発明のガス拡散層の形態例を拡大して示す概略図である。It is the schematic which expands and shows the example of the form of the gas diffusion layer of this invention. 60℃の温度環境下におけるガス拡散層の形態例を拡大して示す概略図である。It is the schematic which expands and shows the example of a form of the gas diffusion layer in a 60 degreeC temperature environment. 90℃の温度環境下におけるガス拡散層の形態例を拡大して示す概略図である。It is the schematic which expands and shows the example of a form of the gas diffusion layer in a 90 degreeC temperature environment. 本発明の燃料電池の形態例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the example of a form of the fuel cell of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 基材(導電性多孔質基材)
2 気孔径可変層
3 表面層
10 ガス拡散層
21 炭素繊維
22、22x EPDM(高熱膨張材料)
23 カーボンブラック粒子
40 燃料電池(単セル)
41 電解質膜
42 アノード
42a アノード触媒層
42b アノード拡散層(第1ガス拡散層)
43 カソード
43a カソード触媒層
43b カソード拡散層(第2ガス拡散層)
44 MEA(膜電極構造体)
45 セパレータ(第1集電体)
46 セパレータ(第2集電体)
47、48 ガス流路
1 Substrate (conductive porous substrate)
2 Pore diameter variable layer 3 Surface layer 10 Gas diffusion layer 21 Carbon fiber 22, 22x EPDM (high thermal expansion material)
23 Carbon black particles 40 Fuel cell (single cell)
41 Electrolyte membrane 42 Anode 42a Anode catalyst layer 42b Anode diffusion layer (first gas diffusion layer)
43 Cathode 43a Cathode catalyst layer 43b Cathode diffusion layer (second gas diffusion layer)
44 MEA (membrane electrode structure)
45 Separator (first current collector)
46 Separator (second collector)
47, 48 Gas flow path

Claims (5)

導電性多孔質基材を備え、前記導電性多孔質基材よりも熱膨張率が高い高熱膨張材料が、前記導電性多孔質基材の一部に備えられることを特徴とする、ガス拡散層。 A gas diffusion layer comprising a conductive porous substrate, and a high thermal expansion material having a higher coefficient of thermal expansion than the conductive porous substrate is provided in a part of the conductive porous substrate. . 前記導電性多孔質基材に炭素材料が備えられ、前記高熱膨張材料が有機高分子材料であることを特徴とする、請求項1に記載のガス拡散層。 The gas diffusion layer according to claim 1, wherein the conductive porous substrate is provided with a carbon material, and the high thermal expansion material is an organic polymer material. 前記有機高分子材料が、エチレン−プロピレン−ジエンゴムであることを特徴とする、請求項2に記載のガス拡散層。 The gas diffusion layer according to claim 2, wherein the organic polymer material is ethylene-propylene-diene rubber. 電解質膜、前記電解質膜の一方の側に備えられるアノード触媒層、及び、前記電解質膜の他方の側に備えられるカソード触媒層、を備える膜電極構造体と、前記膜電極構造体の一方の側に備えられる第1集電体、及び、前記膜電極構造体の他方の側に備えられる第2集電体と、前記第1集電体と前記膜電極構造体との間に配設される第1ガス拡散層、及び/又は、前記第2集電体と前記膜電極構造体との間に配設される第2ガス拡散層と、を具備し、
前記第1ガス拡散層、及び/又は、前記第2ガス拡散層が、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガス拡散層であることを特徴とする、燃料電池。
A membrane electrode structure comprising an electrolyte membrane, an anode catalyst layer provided on one side of the electrolyte membrane, and a cathode catalyst layer provided on the other side of the electrolyte membrane, and one side of the membrane electrode structure A first current collector provided in the second current collector, a second current collector provided on the other side of the membrane electrode structure, and the first current collector and the membrane electrode structure. A first gas diffusion layer, and / or a second gas diffusion layer disposed between the second current collector and the membrane electrode structure,
The fuel cell according to claim 1, wherein the first gas diffusion layer and / or the second gas diffusion layer is the gas diffusion layer according to claim 1.
前記第1ガス拡散層の前記第1集電体側、及び/又は、前記第2ガス拡散層の前記第2集電体側に、前記高熱膨張材料が備えられることを特徴とする、請求項4に記載の燃料電池。 5. The high thermal expansion material is provided on the first current collector side of the first gas diffusion layer and / or the second current collector side of the second gas diffusion layer, according to claim 4. The fuel cell as described.
JP2006211972A 2006-08-03 2006-08-03 Gas diffusion layer and fuel cell Pending JP2008041352A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006211972A JP2008041352A (en) 2006-08-03 2006-08-03 Gas diffusion layer and fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006211972A JP2008041352A (en) 2006-08-03 2006-08-03 Gas diffusion layer and fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008041352A true JP2008041352A (en) 2008-02-21

Family

ID=39176148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006211972A Pending JP2008041352A (en) 2006-08-03 2006-08-03 Gas diffusion layer and fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008041352A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010205622A (en) * 2009-03-04 2010-09-16 Toyota Motor Corp Fuel cell
CN110556557A (en) * 2019-09-04 2019-12-10 珠海格力电器股份有限公司 Membrane electrode structure and membrane electrode and fuel cell with same
JP2020013662A (en) * 2018-07-13 2020-01-23 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター Gas diffusion layer used for gas diffusion electrode of metal-air battery or fuel cell, gas diffusion electrode using the same, and manufacturing method thereof

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010205622A (en) * 2009-03-04 2010-09-16 Toyota Motor Corp Fuel cell
JP2020013662A (en) * 2018-07-13 2020-01-23 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター Gas diffusion layer used for gas diffusion electrode of metal-air battery or fuel cell, gas diffusion electrode using the same, and manufacturing method thereof
JP7281726B2 (en) 2018-07-13 2023-05-26 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター Gas diffusion layer used for gas diffusion electrode of metal-air battery or fuel cell, gas diffusion electrode using the same, and manufacturing method thereof
CN110556557A (en) * 2019-09-04 2019-12-10 珠海格力电器股份有限公司 Membrane electrode structure and membrane electrode and fuel cell with same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5109311B2 (en) Membrane electrode assembly and fuel cell using the same
JP5118372B2 (en) Direct methanol fuel cell
JP2006004879A (en) Gas diffusion electrode and solid polymer electrolyte fuel cell
JP5034172B2 (en) Gas diffusion layer for fuel cell and fuel cell using the same
JP4612569B2 (en) Membrane electrode structure for polymer electrolyte fuel cell
WO2005086271A1 (en) Membrane electrode unit
JP5105888B2 (en) Gas diffusion electrode, fuel cell, and method of manufacturing gas diffusion electrode
JP2007250279A (en) Membrane-electrode structural body for solid polymer fuel cell
JP2009199988A (en) Anode electrode for direct methanol fuel cell and direct methanol type fuel cell using the same
JP2007265898A (en) Electrolyte membrane for polymer electrolyte fuel cell, and polymer electrolyte fuel cell equipped with it
JP2007234359A (en) Membrane electrode assembly for solid polymer fuel cell
JP2016181488A (en) Electrode for fuel cell, membrane-electrode composite for fuel cell, and fuel cell
JP5023591B2 (en) Membrane / electrode assembly for fuel cells
JP5339261B2 (en) Fuel cell
KR20080054285A (en) Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell
JP2008041352A (en) Gas diffusion layer and fuel cell
JP5029897B2 (en) Fuel cell
JP2009043688A (en) Fuel cell
JP2006085984A (en) Mea for fuel cell and fuel cell using this
JP2011014488A (en) Electrode catalyst and fuel cell
JP2007165188A (en) Membrane-electrode assembly of polymer fuel cell
JP2005243295A (en) Gas diffusion layer, and mea for fuel cell using the same
JP2010146765A (en) Assembly for fuel cell, fuel cell, and manufacturing method of them
JP5458774B2 (en) Electrolyte membrane-electrode assembly
JP2010113876A (en) Membrane electrode assembly, and fuel cell with the same