JP2009301792A - Water-repellent paste for gas diffusion layer - Google Patents

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JP2009301792A JP2008153121A JP2008153121A JP2009301792A JP 2009301792 A JP2009301792 A JP 2009301792A JP 2008153121 A JP2008153121 A JP 2008153121A JP 2008153121 A JP2008153121 A JP 2008153121A JP 2009301792 A JP2009301792 A JP 2009301792A
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Yasuhiko Toyama
靖彦 遠山
Kenji Sugiura
健二 杉浦
Masanori Suzuki
雅典 鈴木
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Toyota Motor Corp
Aisin Chemical Co Ltd
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Toyota Motor Corp
Aisin Chemical Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide water-repellent paste for a gas diffusion layer capable of being manufactured in a simple component composition, securing coating performance without adding a thickener giving rise to calcination residues, and that, with due consideration not involving air at its filling in a coating head or the like. <P>SOLUTION: As to the water-repellent paste for a gas diffusion layer of an embodiment 1 in which a nonionic surfactant A (polyoxyethylene tridecyl ether) of HLB=10.5 is added as a surfactant in a mixture of carbon black slurry and PTFE dispersion, a yield value at 25°C is 12.5 Pa, and a yield value at 10°C is 2.6 Pa, that at ambient temperatures being large and that at low temperature being small. Therefore, the paste is to be cooled at filling and put back to ambient temperatures at coating on a base material with the use of the characteristics, whereby, generation of pinholes on a coated face and soaking into the base material after coating can be surely prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体高分子型燃料電池に用いられる電極のガス拡散層を形成するためのガス拡散層用撥水ペーストに関するものである。   The present invention relates to a water repellent paste for a gas diffusion layer for forming a gas diffusion layer of an electrode used in a polymer electrolyte fuel cell.

固体高分子型燃料電池においては、高分子電解質膜の両面にカソード側電極及びアノード側電極を形成しており、通常、これらのカソード側電極及びアノード側電極は、白金等の触媒を担持したカーボンブラックとイオン交換樹脂からなる電極触媒層と、カーボンクロスやカーボンペーパー等のカーボン基材に、導電性を付与するためのカーボンブラック粉末等と撥水性を付与するためのポリテトラフルオロエチレンディスパージョン等を混練した撥水ペーストを塗工してなるガス拡散層によって構成されている。   In a polymer electrolyte fuel cell, a cathode side electrode and an anode side electrode are formed on both sides of a polymer electrolyte membrane. Usually, the cathode side electrode and the anode side electrode are carbon carrying a catalyst such as platinum. Electrocatalyst layer composed of black and ion exchange resin, carbon black powder for imparting conductivity to carbon substrate such as carbon cloth and carbon paper, polytetrafluoroethylene dispersion for imparting water repellency, etc. It is comprised by the gas diffusion layer formed by coating the water-repellent paste which knead | mixed.

ここで、ガス拡散層を形成するための撥水ペーストは、塗工後のタレ及びカーボン基材への染み込みを防止するために、高分子型増粘剤を添加して適度な粘性に調整して使用されており、塗工後のタレ・カーボン基材への染み込みを防止するためには降伏値をある程度高くする必要があるが、そのような高い降伏値を有する撥水ペーストは容器・塗工ヘッド等への充填時にエアーを巻き込み易く、塗工面のピンホール発生の原因となる。また、撥水性を得るために塗工後に焼成を行う必要があるが、添加した高分子型増粘剤が焼成残渣を生ずるため、電池性能に悪影響を及ぼす恐れがあった。   Here, the water repellent paste for forming the gas diffusion layer is adjusted to an appropriate viscosity by adding a polymer thickener in order to prevent sagging after coating and penetration into the carbon substrate. It is necessary to increase the yield value to some extent in order to prevent the penetration of the sagging / carbon base material after coating, but water repellent paste having such a high yield value is used for containers and coatings. Air is easily caught when filling the work head or the like, causing pinholes on the coated surface. Moreover, in order to obtain water repellency, it is necessary to perform baking after coating. However, since the added polymer thickener generates a baking residue, there is a possibility of adversely affecting battery performance.

そこで、高分子型増粘剤を添加することなく撥水ペーストの粘性を調整することを目的として、特許文献1においては、カーボンスラリーにフッ素樹脂ディスパージョンとともに水に溶け難い溶剤及び水に溶け易い溶剤を混合するものであって、特に前者として分子量が70以上のアルコール等を、後者として親水親油バランス(HLB)が8〜13のアルコールのエチレンオキサイド付加界面活性剤を用いるガス拡散層用撥水ペーストの発明について開示している。これによって、混合工程や塗工工程の配管やポンプの中の比較的低い剪断力ではフッ素樹脂が繊維化せずに、高剪断力で塗工するときに基材上で繊維化させることが可能になり、バインダーとしての結着力・撥水性・基材への適度の浸透性・平面均一性に優れたガス拡散層用撥水ペーストが得られるとしている。   Therefore, for the purpose of adjusting the viscosity of the water-repellent paste without adding a polymer thickener, in Patent Document 1, the carbon slurry and the fluororesin dispersion are not easily soluble in water and easily dissolved in water. A solvent is mixed, and in particular, an alcohol having a molecular weight of 70 or more is used as the former, and an ethylene oxide addition surfactant having an alcohol having a hydrophilic / lipophilic balance (HLB) of 8 to 13 is used as the latter. An invention of water paste is disclosed. This allows the fluororesin to not be fiberized with relatively low shearing forces in the piping and pumps of the mixing process and coating process, but can be made to fiberize on the substrate when applied with a high shearing force. It is said that a water-repellent paste for a gas diffusion layer excellent in binding power as a binder, water repellency, moderate penetrability to a substrate, and planar uniformity is obtained.

また、特許文献2においては、カーボンブラックを分散させたスラリー、フッ素系樹脂ディスパージョン、繊維状フィラー(VGCF)スラリー、生分解性高分子化合物(ポリ乳酸)造孔剤、そして増粘剤としての非イオン性界面活性剤(ポリオキシエチレンアルキルエーテル)を混合した撥水ペーストをベース層上に塗布して、乾燥・焼成してガス拡散層を製造する技術が開示されている。これによって、高分子型増粘剤を添加することなく粘性を調整することができ、導電性と撥水性を保持しつつ、乾燥時におけるクラックの発生を確実に防止して、触媒層に均一にガスを供給することができ、更に電池性能を向上させることができる撥水ペーストとなるとしている。
特開2004−247148号公報 特開2006−294559号公報
In Patent Document 2, as a slurry in which carbon black is dispersed, a fluorine resin dispersion, a fibrous filler (VGCF) slurry, a biodegradable polymer compound (polylactic acid) pore-forming agent, and a thickener A technique for manufacturing a gas diffusion layer by applying a water-repellent paste mixed with a nonionic surfactant (polyoxyethylene alkyl ether) on a base layer, drying and baking the same is disclosed. As a result, the viscosity can be adjusted without adding a polymer thickener, and while maintaining conductivity and water repellency, the occurrence of cracks during drying is reliably prevented, and the catalyst layer is uniformly formed. It is said that the water-repellent paste can be supplied with gas and can further improve battery performance.
JP 2004-247148 A JP 2006-294559 A

しかしながら、上記特許文献1に記載された技術においては、水に溶け易い溶剤として親水親油バランス(HLB)が8〜13のアルコールのエチレンオキサイド付加界面活性剤を用いる、との記載があるのみで、「アルコールのエチレンオキサイド付加界面活性剤」だけでは具体的な化合物が特定されないのみならず、具体的な化合物群さえも特定されないため、確実に上述したような特性を有する優れたガス拡散層用撥水ペーストを得ることは困難である。   However, in the technique described in Patent Document 1, there is only a description that an ethylene oxide addition surfactant of alcohol having a hydrophilic / lipophilic balance (HLB) of 8 to 13 is used as a solvent that is easily soluble in water. , “Alcohol ethylene oxide addition surfactant” alone does not specify a specific compound, but even a specific compound group, so it is surely used for an excellent gas diffusion layer having the above-described characteristics. It is difficult to obtain a water repellent paste.

また、上記特許文献2に記載された技術においては、増粘剤としての非イオン性界面活性剤(ポリオキシエチレンアルキルエーテル)の具体的な特性、特に親水親油バランス(HLB)が特定されていないため粘性の調整を確実に行うことができず、また撥水ペースト及びガス拡散層の製造工程が複雑であり、撥水ペーストに用いられる成分も多種類であるため、製造コストが上昇してしまうという問題点があった。   Moreover, in the technique described in the said patent document 2, the specific characteristic of the nonionic surfactant (polyoxyethylene alkyl ether) as a thickener, especially hydrophilic lipophilic balance (HLB) are specified. Therefore, the viscosity cannot be reliably adjusted, the manufacturing process of the water repellent paste and the gas diffusion layer is complicated, and there are many kinds of components used in the water repellent paste, which increases the manufacturing cost. There was a problem of end.

そこで、本発明においては、簡単な成分組成で製造することができ、焼成残渣を生ずる増粘剤を添加することなく塗工性能を確保することができるとともに、塗工ヘッド等に充填する際にエアーを巻き込むことがないガス拡散層用撥水ペーストの提供を課題とするものである。   Therefore, in the present invention, it can be produced with a simple component composition, coating performance can be ensured without adding a thickening agent that produces a baking residue, and when filling a coating head or the like. An object of the present invention is to provide a water-repellent paste for a gas diffusion layer that does not involve air.

請求項1の発明に係るガス拡散層用撥水ペーストは、高分子電解質膜を中心として構成される固体高分子型燃料電池のガス拡散層を形成するためのガス拡散層用撥水ペーストであって、カーボンブラックスラリーと、フッ素樹脂ディスパージョンと、界面活性剤とを混合してなり、25℃における降伏値が6Pa〜20Paの範囲内、より好ましくは10Pa〜20Paの範囲内で、かつ、10℃における降伏値が0.1Pa〜5Paの範囲内、より好ましくは1Pa〜3Paの範囲内であるものである。   The water-repellent paste for gas diffusion layer according to the invention of claim 1 is a water-repellent paste for gas diffusion layer for forming a gas diffusion layer of a polymer electrolyte fuel cell composed mainly of a polymer electrolyte membrane. The carbon black slurry, the fluororesin dispersion, and the surfactant are mixed, and the yield value at 25 ° C. is in the range of 6 Pa to 20 Pa, more preferably in the range of 10 Pa to 20 Pa, and 10 The yield value at 0 ° C. is in the range of 0.1 Pa to 5 Pa, more preferably in the range of 1 Pa to 3 Pa.

但し、前記降伏値は、測定器:ばね緩和測定機能付き粘度計、コーンロータのコーン角度:1°34′、測定モード:ばね緩和モード、ばね巻上げ率:50%、測定時間:200秒、という測定条件で測定したものである。ここで、「ばね緩和測定機能付き粘度計」としては、具体的には、例えば東機産業(株)製のR550形粘度計として、RE550L,RE550H,RE550R,RE550Uがある。   However, the yield value is: measuring instrument: viscometer with spring relaxation measuring function, cone rotor cone angle: 1 ° 34 ', measurement mode: spring relaxation mode, spring winding rate: 50%, measurement time: 200 seconds It is measured under measurement conditions. Here, specific examples of the “viscosity with spring relaxation measurement function” include RE550L, RE550H, RE550R, and RE550U as R550 type viscometers manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd., for example.

請求項2の発明に係るガス拡散層用撥水ペーストは、請求項1の構成において、前記界面活性剤は、親水親油バランス(HLB)が10〜11の範囲内のポリエチレングリコール型非イオン性界面活性剤であるものである。   The water repellent paste for a gas diffusion layer according to the invention of claim 2 is the polyethylene glycol type nonionic composition according to claim 1, wherein the surfactant has a hydrophilic / lipophilic balance (HLB) in the range of 10-11. It is a surfactant.

請求項3の発明に係るガス拡散層用撥水ペーストは、請求項1または請求項2の構成において、前記界面活性剤はポリエチレングリコール型非イオン性界面活性剤としてのポリオキシエチレンアルキルエーテルであるものである。   The water repellent paste for a gas diffusion layer according to the invention of claim 3 is the structure of claim 1 or claim 2, wherein the surfactant is a polyoxyethylene alkyl ether as a polyethylene glycol type nonionic surfactant. Is.

請求項4の発明に係るガス拡散層用撥水ペーストは、請求項3の構成において、前記ポリオキシエチレンアルキルエーテルは、アルキル基の炭素数が10〜15の範囲内で、かつ、エチレンオキサイドの付加モル数が3〜7の範囲内であるものである。   The water repellent paste for a gas diffusion layer according to the invention of claim 4 is the structure of claim 3, wherein the polyoxyethylene alkyl ether has an alkyl group having a carbon number in the range of 10 to 15 and ethylene oxide. The added mole number is in the range of 3-7.

請求項5の発明に係るガス拡散層用撥水ペーストは、請求項1乃至請求項4の構成において、前記カーボンブラックスラリー中のカーボンブラック固形分100重量部に対して、前記フッ素樹脂ディスパージョンをフッ素樹脂固形分で5重量部〜80重量部の範囲内、より好ましくは10重量部〜40重量部の範囲内で、前記界面活性剤を3重量部〜30重量部の範囲内、より好ましくは5重量部〜20重量部の範囲内で、それぞれ混合してなるものである。   The water repellent paste for a gas diffusion layer according to the invention of claim 5 is the structure of claims 1 to 4, wherein the fluororesin dispersion is added to 100 parts by weight of carbon black solid content in the carbon black slurry. In the range of 5 to 80 parts by weight of the fluororesin solid content, more preferably in the range of 10 to 40 parts by weight, and the surfactant in the range of 3 to 30 parts by weight, more preferably Each of them is mixed within the range of 5 to 20 parts by weight.

請求項1のガス拡散層用撥水ペーストは、カーボンブラックスラリーと、フッ素樹脂ディスパージョンと、界面活性剤とを混合してなるものであり、三成分からなるもので組成が非常に簡単であるとともに、高分子型増粘剤を含有しないため、焼成残渣を生ずることがない。そして、25℃における降伏値が6Pa〜20Paの範囲内であって、常温における降伏値が大きいため、塗工後にタレを生じたりカーボン基材への染み込みを起こしたりすることがない。更に、10℃における降伏値が0.1Pa〜5Paの範囲内であることから、充填時に10℃前後に冷却することによって降伏値を小さくすることができ、塗工ヘッド等に充填する際にエアーを巻き込む事態を確実に防止することができる。   The water repellent paste for a gas diffusion layer according to claim 1 is formed by mixing carbon black slurry, a fluororesin dispersion, and a surfactant, and is composed of three components and has a very simple composition. At the same time, since no polymer thickener is contained, no baking residue is produced. And since the yield value in 25 degreeC is in the range of 6 Pa-20 Pa, and the yield value in normal temperature is large, it does not produce sagging after application | coating or a carbon base material. Furthermore, since the yield value at 10 ° C. is in the range of 0.1 Pa to 5 Pa, the yield value can be reduced by cooling to around 10 ° C. during filling, and air is used when filling the coating head or the like. Can be reliably prevented.

ここで、ガス拡散層用撥水ペーストの25℃における降伏値が10Pa〜20Paの範囲内であれば、塗工後のタレやカーボン基材への染み込みをより確実に防止することができるため、より好ましい。また、10℃における降伏値が1Pa〜3Paの範囲内であれば、充填時にガス拡散層用撥水ペーストを10℃前後に冷却することによって、塗工ヘッド等に充填する際にエアーを巻き込む事態をより確実に防止することができるため、より好ましい。   Here, if the yield value at 25 ° C. of the water-repellent paste for gas diffusion layer is within the range of 10 Pa to 20 Pa, it is possible to more reliably prevent penetration into the sagging and carbon substrate after coating, More preferred. In addition, if the yield value at 10 ° C. is in the range of 1 Pa to 3 Pa, the situation where air is involved when filling the coating head or the like by cooling the water repellent paste for gas diffusion layer to around 10 ° C. during filling. Is more preferable because it can be surely prevented.

従来のペーストは、温度が低下するのに伴って降伏値が増大するものが一般的であって、このように常温で降伏値が大きく、低温で降伏値が小さいペーストは、これまで技術常識とはなっていなかった。そして、このように、ガス拡散層用撥水ペーストの降伏値を常温では大きく、低温では小さく制御することによって、塗工後のタレ・カーボン基材への染み込みを防止して塗工性能を保持しつつ充填時のエアーの巻き込みを防止するという技術思想は、本発明者らが初めて創出したものである。   Conventional pastes generally have a yield value that increases as the temperature decreases.As such, pastes that have a large yield value at normal temperature and a low yield value at low temperature It was not. And, in this way, by controlling the yield value of the water-repellent paste for gas diffusion layer to be large at room temperature and small at low temperature, it prevents penetration into the sagging / carbon base material after coating and maintains coating performance. However, the technical idea of preventing air entrainment during filling was first created by the present inventors.

このようにして、簡単な成分組成で製造することができ、焼成残渣を生ずる増粘剤を添加することなく塗工性能を確保することができるとともに、塗工ヘッド等に充填する際にエアーを巻き込むことがないガス拡散層用撥水ペーストとなる。   In this way, it can be produced with a simple component composition, coating performance can be ensured without adding a thickening agent that produces a baking residue, and air is filled when filling the coating head or the like. It becomes a water-repellent paste for a gas diffusion layer that does not get involved.

請求項2のガス拡散層用撥水ペーストにおいては、界面活性剤として、親水親油バランス(HLB)が10〜11の範囲内のポリエチレングリコール型非イオン性界面活性剤を用いているために、確実にガス拡散層用撥水ペーストの降伏値を常温では大きく、低温では小さく制御することができる。   In the water-repellent paste for gas diffusion layer according to claim 2, since a polyethylene glycol type nonionic surfactant having a hydrophilic / lipophilic balance (HLB) in the range of 10 to 11 is used as the surfactant, The yield value of the water-repellent paste for gas diffusion layer can be reliably controlled to be large at normal temperature and small at low temperature.

すなわち、本発明者らは、鋭意実験研究を積み重ねた結果、カーボンブラックスラリーと、フッ素樹脂ディスパージョンと、界面活性剤とを混合してなるガス拡散層用撥水ペーストにおいて、降伏値が温度の上昇に従って増大するという従来にはない特性を持たせるためには、界面活性剤としてポリエチレングリコール型非イオン性界面活性剤を用いることが好ましく、但しポリエチレングリコール型非イオン性界面活性剤のHLBが10未満であると降伏値が小さくなり過ぎること、またHLBが11を超えても降伏値が小さくなり過ぎることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものである。   That is, as a result of accumulating earnest experimental research, the present inventors have determined that the yield value of the water-repellent paste for gas diffusion layer formed by mixing carbon black slurry, fluororesin dispersion, and surfactant is In order to have an unprecedented property of increasing with increasing, it is preferable to use a polyethylene glycol type nonionic surfactant as the surfactant, provided that the HLB of the polyethylene glycol type nonionic surfactant is 10 It is found that the yield value is too small when the ratio is less than 1, and the yield value is too small when the HLB exceeds 11, and the present invention has been completed based on this finding.

このようにして、簡単な成分組成で製造することができ、焼成残渣を生ずる増粘剤を添加することなく塗工性能を確保することができるとともに、塗工ヘッド等に充填する際にエアーを巻き込むことがないガス拡散層用撥水ペーストとなる。   In this way, it can be produced with a simple component composition, coating performance can be ensured without adding a thickening agent that produces a baking residue, and air is filled when filling the coating head or the like. It becomes a water-repellent paste for a gas diffusion layer that does not get involved.

請求項3のガス拡散層用撥水ペーストにおいては、界面活性剤として、ポリエチレングリコール型非イオン性界面活性剤の中でも、ポリオキシエチレンアルキルエーテルを用いているため、確実にガス拡散層用撥水ペーストの降伏値を常温では大きく、低温では小さく制御することができる。   In the water repellent paste for gas diffusion layer according to claim 3, since polyoxyethylene alkyl ether is used as the surfactant among the polyethylene glycol type nonionic surfactants, the water repellent for gas diffusion layer is surely provided. The yield value of the paste can be controlled to be large at room temperature and small at low temperature.

本発明者らは、鋭意実験研究を積み重ねた結果、カーボンブラックスラリーと、フッ素樹脂ディスパージョンと、界面活性剤とを混合してなるガス拡散層用撥水ペーストにおいて、降伏値が温度の上昇に従って増大するという従来にはない特性を持たせるためには、界面活性剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテルを用いることが好ましいことを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものである。   As a result of accumulating earnest experimental research, the present inventors have found that the yield value of the water-repellent paste for gas diffusion layer formed by mixing carbon black slurry, fluororesin dispersion, and surfactant increases with increasing temperature. In order to have an unprecedented characteristic of increasing, it has been found that it is preferable to use polyoxyethylene alkyl ether as a surfactant, and the present invention has been completed based on this finding.

このようにして、簡単な成分組成で製造することができ、焼成残渣を生ずる増粘剤を添加することなく塗工性能を確保することができるとともに、塗工ヘッド等に充填する際にエアーを巻き込むことがないガス拡散層用撥水ペーストとなる。   In this way, it can be produced with a simple component composition, coating performance can be ensured without adding a thickening agent that produces a baking residue, and air is filled when filling the coating head or the like. It becomes a water-repellent paste for a gas diffusion layer that does not get involved.

請求項4のガス拡散層用撥水ペーストにおいては、ポリオキシエチレンアルキルエーテルとして、アルキル基の炭素数が10〜15の範囲内で、かつ、エチレンオキサイドの付加モル数が3〜7の範囲内であるものを用いているため、確実にガス拡散層用撥水ペーストの降伏値を常温では大きく、低温では小さく制御することができる。   In the water-repellent paste for gas diffusion layer according to claim 4, as polyoxyethylene alkyl ether, the carbon number of the alkyl group is in the range of 10 to 15 and the added mole number of ethylene oxide is in the range of 3 to 7. Therefore, the yield value of the water-repellent paste for gas diffusion layer can be reliably controlled to be large at normal temperature and small at low temperature.

すなわち、本発明者らは、鋭意実験研究を積み重ねた結果、カーボンブラックスラリーと、フッ素樹脂ディスパージョンと、界面活性剤としてのポリオキシエチレンアルキルエーテルとを混合してなるガス拡散層用撥水ペーストにおいて、降伏値が温度の上昇に従って増大するという従来にはない特性を持たせるためには、ポリオキシエチレンアルキルエーテルのアルキル基の炭素数を10〜15の範囲内とし、かつ、エチレンオキサイドの付加モル数を3〜7の範囲内とすることが好ましいことを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものである。   That is, the present inventors have conducted extensive experimental research, and as a result, water-repellent paste for gas diffusion layers formed by mixing carbon black slurry, fluororesin dispersion, and polyoxyethylene alkyl ether as a surfactant. In order to give an unprecedented characteristic that the yield value increases as the temperature rises, the carbon number of the alkyl group of the polyoxyethylene alkyl ether is within the range of 10 to 15 and addition of ethylene oxide The inventors have found that the number of moles is preferably in the range of 3 to 7, and have completed the present invention based on this finding.

このようにして、簡単な成分組成で製造することができ、焼成残渣を生ずる増粘剤を添加することなく塗工性能を確保することができるとともに、塗工ヘッド等に充填する際にエアーを巻き込むことがないガス拡散層用撥水ペーストとなる。   In this way, it can be produced with a simple component composition, coating performance can be ensured without adding a thickening agent that produces a baking residue, and air is filled when filling the coating head or the like. It becomes a water-repellent paste for a gas diffusion layer that does not get involved.

請求項5のガス拡散層用撥水ペーストは、カーボンブラックスラリー中のカーボンブラック固形分100重量部に対して、フッ素樹脂ディスパージョンをフッ素樹脂固形分で5重量部〜80重量部の範囲内で、界面活性剤を3重量部〜30重量部の範囲内で混合してなるため、より確実にガス拡散層用撥水ペーストの降伏値を常温では大きく、低温では小さく制御することができる。   The water repellent paste for a gas diffusion layer according to claim 5 has a fluororesin dispersion within a range of 5 to 80 parts by weight of fluororesin dispersion with respect to 100 parts by weight of carbon black solids in the carbon black slurry. Since the surfactant is mixed within the range of 3 to 30 parts by weight, the yield value of the water-repellent paste for gas diffusion layer can be more reliably controlled to be large at normal temperature and small at low temperature.

すなわち、本発明者らは、鋭意実験研究を積み重ねた結果、カーボンブラックスラリーと、フッ素樹脂ディスパージョンと、界面活性剤とを混合してなるガス拡散層用撥水ペーストにおいて、降伏値が温度の上昇に従って増大するという従来にはない特性を持たせるためには、カーボンブラックスラリー中のカーボンブラック固形分100重量部に対して、フッ素樹脂ディスパージョンをフッ素樹脂固形分で5重量部〜80重量部の範囲内とし、界面活性剤を3重量部〜30重量部の範囲内とすることが、より好ましいことを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものである。   That is, as a result of accumulating earnest experimental research, the present inventors have determined that the yield value of the water-repellent paste for gas diffusion layer formed by mixing carbon black slurry, fluororesin dispersion, and surfactant is In order to give an unprecedented property of increasing as the amount increases, the fluororesin dispersion is 5 to 80 parts by weight in terms of solids of fluororesin with respect to 100 parts by weight of carbon black solids in the carbon black slurry. It has been found that it is more preferable that the surfactant be within the range of 3 to 30 parts by weight, and the present invention has been completed based on this finding.

ここで、カーボンブラックスラリー中のカーボンブラック固形分100重量部に対して、フッ素樹脂ディスパージョンをフッ素樹脂固形分で10重量部〜40重量部の範囲内とし、界面活性剤を5重量部〜20重量部の範囲内とすることによって、より確実にガス拡散層用撥水ペーストの降伏値が温度の上昇に従って増大するという従来にはない特性を持たせることができるため、より好ましい。   Here, with respect to 100 parts by weight of carbon black solids in the carbon black slurry, the fluororesin dispersion is within the range of 10 to 40 parts by weight of fluororesin solids, and the surfactant is 5 to 20 parts by weight. By setting it within the range of parts by weight, it is more preferable because it can have an unprecedented characteristic that the yield value of the water-repellent paste for gas diffusion layer increases more reliably as the temperature increases.

このようにして、簡単な成分組成で製造することができ、焼成残渣を生ずる増粘剤を添加することなく塗工性能を確保することができるとともに、塗工ヘッド等に充填する際にエアーを巻き込むことがないガス拡散層用撥水ペーストとなる。   In this way, it can be produced with a simple component composition, coating performance can be ensured without adding a thickening agent that produces a baking residue, and air is filled when filling the coating head or the like. It becomes a water-repellent paste for a gas diffusion layer that does not get involved.

以下、本発明の実施の形態に係る固体高分子型燃料電池電極に使用されるガス拡散層用撥水ペーストについて、図1を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態に係るガス拡散層用撥水ペーストの温度に対する粘度変化を比較例と比較して示すグラフである。   Hereinafter, a water-repellent paste for a gas diffusion layer used for a polymer electrolyte fuel cell electrode according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a graph showing a change in viscosity with respect to temperature of a water repellent paste for a gas diffusion layer according to an embodiment of the present invention in comparison with a comparative example.

最初に、本発明の実施の形態に係るガス拡散層用撥水ペーストの製造方法について、説明する。本実施の形態に係るガス拡散層用撥水ペーストは、次のようにして作製した。まず、カーボンブラックを水に分散させて、濃度19%のカーボンブラックスラリーを作製し、このカーボンブラックスラリー74.0重量部に対して、濃度48%〜49%のポリテトラフルオロエチレン(以下、「PTFE」という。)ディスパージョンを19.1重量部の割合で混合したものに、親水親油バランス(HLB)が10.5である非イオン性界面活性剤Aとしてのポリオキシエチレントリデシルエーテルを6.9重量部の割合で添加して、増粘させてペースト化した。   Initially, the manufacturing method of the water repellent paste for gas diffusion layers which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. The water repellent paste for gas diffusion layer according to the present embodiment was produced as follows. First, carbon black was dispersed in water to prepare a 19% concentration carbon black slurry. Polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as “4% to 49% concentration) with respect to 74.0 parts by weight of the carbon black slurry. PTFE ") A polyoxyethylene tridecyl ether serving as a nonionic surfactant A having a hydrophilic / lipophilic balance (HLB) of 10.5 was mixed with a dispersion of 19.1 parts by weight. It was added at a ratio of 6.9 parts by weight, and was thickened to form a paste.

すなわち、本実施の形態に係るガス拡散層用撥水ペーストにおいては、界面活性剤として、ポリオキシエチレンアルキルエーテルであって、アルキル基の炭素数が13で、かつ、エチレンオキサイドの付加モル数が5であるものを用いている。また、カーボンブラックスラリーの固形分(カーボンブラック)はカーボンブラックスラリーの19重量%であり、PTFEディスパージョンの固形分(PTFE)はPTFEディスパージョンの48重量%〜49%重量%である。   That is, in the water-repellent paste for gas diffusion layer according to the present embodiment, the surfactant is polyoxyethylene alkyl ether, the alkyl group has 13 carbon atoms, and the number of added moles of ethylene oxide is 5 is used. Further, the solid content (carbon black) of the carbon black slurry is 19% by weight of the carbon black slurry, and the solid content (PTFE) of the PTFE dispersion is 48% to 49% by weight of the PTFE dispersion.

比較のために、カーボンブラックスラリーとPTFEディスパージョンの配合量は同一として、界面活性剤をHLBが8.6である非イオン性界面活性剤B、またはHLBが12.4である非イオン性界面活性剤Cとし、更には界面活性剤の代わりに高分子型増粘剤A,Bを添加した、或いはHLBが10.5である非イオン性界面活性剤Aとともにn−ブタノールを添加した比較例としてのガス拡散層用撥水ペーストをも、同様にして製造した。それぞれのガス拡散層用撥水ペーストの配合を、表1の上段に示す。   For comparison, the carbon black slurry and the PTFE dispersion are mixed in the same amount, and the surfactant is a nonionic surfactant B having an HLB of 8.6, or a nonionic interface having an HLB of 12.4. Comparative example in which activator C was added, and polymer type thickeners A and B were added instead of surfactant, or n-butanol was added together with nonionic surfactant A having an HLB of 10.5 A water-repellent paste for gas diffusion layer was produced in the same manner. The composition of each water-repellent paste for gas diffusion layer is shown in the upper part of Table 1.

Figure 2009301792
Figure 2009301792

そして、表1に示される本実施の形態に係る実施例1のガス拡散層用撥水ペースト、及び比較例1乃至比較例5のガス拡散層用撥水ペーストについて、特性評価を行った。評価項目としては、25℃における降伏値及び10℃における降伏値の測定を行い、更にペーストを基材に塗工した場合の塗面のピンホールの発生の有無、及び基材への染み込みの有無を観察した。   The characteristics of the water repellent paste for gas diffusion layer of Example 1 and the water repellent paste for gas diffusion layers of Comparative Examples 1 to 5 according to the present embodiment shown in Table 1 were evaluated. As evaluation items, the yield value at 25 ° C. and the yield value at 10 ° C. are measured, and further, the presence or absence of pinholes on the coated surface when the paste is applied to the substrate, and the presence or absence of penetration into the substrate Was observed.

具体的には、実施例1及び比較例1乃至比較例5のガス拡散層用撥水ペーストについて、それぞれペーストを10℃に冷却して塗工ヘッドに充填し、20℃〜25℃になった後に基材への塗工を実施して、塗面のピンホール及び基材への染み込みを確認した。   Specifically, for the water-repellent paste for gas diffusion layers of Example 1 and Comparative Examples 1 to 5, the paste was cooled to 10 ° C. and filled in the coating head, and the temperature became 20 ° C. to 25 ° C. Later, coating on the substrate was carried out, and pinholes on the coated surface and penetration into the substrate were confirmed.

また、25℃における降伏値及び10℃における降伏値は、測定器:ばね緩和測定機能付き粘度計、コーンロータのコーン角度:1°34′、測定モード:ばね緩和モード、ばね巻上げ率:50%、測定時間:200秒、という測定条件で測定した。ばね緩和測定機能付き粘度計としては、東機産業(株)製のR550形粘度計のうち、RE550Rを使用した。各評価項目の評価結果を、表1の下段に示す。   The yield value at 25 ° C. and the yield value at 10 ° C. are as follows: Measuring instrument: viscometer with spring relaxation measuring function, cone rotor cone angle: 1 ° 34 ′, measurement mode: spring relaxation mode, spring winding rate: 50% Measurement time: 200 seconds. As a viscometer with a spring relaxation measuring function, RE550R was used among R550 type viscometers manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. The evaluation result of each evaluation item is shown in the lower part of Table 1.

表1の下段に示されるように、カーボンブラックスラリーとPTFEディスパージョンの混合物に、界面活性剤として、HLB=10.5の非イオン性界面活性剤A(ポリオキシエチレントリデシルエーテル)を添加した実施例1のガス拡散層用撥水ペーストにおいては、25℃における降伏値が12.5Paであり、10℃における降伏値が2.6Paであって、常温における降伏値が大きく、低温における降伏値が小さくなっている。   As shown in the lower part of Table 1, nonionic surfactant A (polyoxyethylene tridecyl ether) with HLB = 10.5 was added as a surfactant to the mixture of carbon black slurry and PTFE dispersion. In the water-repellent paste for gas diffusion layer of Example 1, the yield value at 25 ° C. is 12.5 Pa, the yield value at 10 ° C. is 2.6 Pa, the yield value at room temperature is large, and the yield value at low temperature. Is getting smaller.

これに対して、界面活性剤の代わりに高分子型増粘剤Aを添加した比較例1においては、25℃における降伏値が14.3Pa、10℃における降伏値が14.5Paであり、温度に関わらず大きい降伏値を示した。また、界面活性剤の代わりに高分子型増粘剤Bを添加した比較例2においては、25℃における降伏値が0.9Pa、10℃における降伏値が1.0Paであり、温度に関わらず小さい降伏値を示した。   On the other hand, in Comparative Example 1 in which the polymer type thickener A was added instead of the surfactant, the yield value at 25 ° C. was 14.3 Pa, the yield value at 10 ° C. was 14.5 Pa, and the temperature Regardless of the large yield value. Further, in Comparative Example 2 in which the polymer type thickener B was added instead of the surfactant, the yield value at 25 ° C. was 0.9 Pa, and the yield value at 10 ° C. was 1.0 Pa, regardless of the temperature. It showed a small yield value.

更に、界面活性剤としてHLB=8.6の非イオン性界面活性剤Bを添加した比較例3、及び界面活性剤としてHLB=12.4の非イオン性界面活性剤Cを添加した比較例4においては、いずれも粘度が小さくなり過ぎて、降伏値を測定することができなかった。また、非イオン性界面活性剤Aとともにn−ブタノールを添加した比較例5においては、25℃における降伏値が14.8Pa、10℃における降伏値が15.5Paであり、温度に関わらず大きい降伏値を示した。   Further, Comparative Example 3 in which nonionic surfactant B with HLB = 8.6 was added as a surfactant, and Comparative Example 4 in which nonionic surfactant C with HLB = 12.4 was added as a surfactant. In both cases, the viscosity was too small and the yield value could not be measured. Further, in Comparative Example 5 in which n-butanol was added together with the nonionic surfactant A, the yield value at 25 ° C. was 14.8 Pa, the yield value at 10 ° C. was 15.5 Pa, and the yield was large regardless of the temperature. The value is shown.

なお、参考のため、実施例1及び比較例1,比較例2のガス拡散層用撥水ペーストについて、温度と粘度との関係を測定した。粘度の測定は、剪断速度=50[1/s]において実施した。その結果をグラフにしたものが、図1である。図1に示されるように、実施例1のガス拡散層用撥水ペーストは、温度が上昇するに従って粘度が大きく上昇するという特異な性質を有している。   For reference, the relationship between temperature and viscosity of the water-repellent paste for gas diffusion layer of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 was measured. The viscosity was measured at a shear rate of 50 [1 / s]. FIG. 1 is a graph showing the results. As shown in FIG. 1, the water-repellent paste for gas diffusion layer of Example 1 has a unique property that the viscosity greatly increases as the temperature rises.

これに対して、比較例1及び比較例2のガス拡散層用撥水ペーストは、いずれも温度が変化しても粘度は殆ど変化しないか、僅かに低下するという特性を有していることが分かる。なお、比較例2のガス拡散層用撥水ペーストは、降伏値は小さいが、剪断速度の大きい粘度測定においては、温度に関わらずほぼ一定の大きい粘度の値を示した。   On the other hand, the water repellent paste for gas diffusion layer of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 has a characteristic that the viscosity hardly changes or slightly decreases even when the temperature changes. I understand. The water repellent paste for gas diffusion layer of Comparative Example 2 had a small yield value, but in the viscosity measurement with a large shear rate, the viscosity value was almost constant regardless of the temperature.

この結果、表1の下段に示されるように、実施例1のガス拡散層用撥水ペーストにおいては、10℃での降伏値が小さいことから塗工ヘッドへの充填時にエアーを巻き込まないため、塗面のピンホールは発生せず(評価:○)、また25℃における降伏値が大きいことから、基材への染み込みも発生しない(評価:○)という極めて良好な結果が得られた。   As a result, as shown in the lower part of Table 1, in the water repellent paste for gas diffusion layer of Example 1, since the yield value at 10 ° C. is small, air is not involved when filling the coating head, Pinholes on the coated surface did not occur (evaluation: ◯), and since the yield value at 25 ° C. was large, very good results were obtained that penetration into the substrate did not occur (evaluation: ◯).

これに対して、比較例1及び比較例5においては、25℃における降伏値も10℃における降伏値もいずれも大きいことから、基材への染み込みは発生していない(評価:○)が、塗工ヘッドへの充填時にエアーを巻き込み易くなる結果、塗面にピンホールが発生している(評価:×)。また、比較例2,比較例3及び比較例4においては、25℃における降伏値も10℃における降伏値もいずれも小さい(または測定不可である)ことから、塗工ヘッドへの充填時にエアーを巻き込まないため塗面のピンホールは発生しない(評価:○)が、基材への染み込みが生じてしまっている(評価:×)。   On the other hand, in Comparative Example 1 and Comparative Example 5, since the yield value at 25 ° C. and the yield value at 10 ° C. are both large, no penetration into the base material occurred (evaluation: ◯), As a result of easy air entrainment when filling the coating head, pinholes are generated on the coated surface (evaluation: x). In Comparative Example 2, Comparative Example 3 and Comparative Example 4, since the yield value at 25 ° C. and the yield value at 10 ° C. are both small (or cannot be measured), air is supplied when filling the coating head. No pinholes on the coated surface occur because it is not involved (evaluation: ◯), but penetration into the substrate has occurred (evaluation: x).

以上説明したように、本実施の形態の実施例1に係るガス拡散層用撥水ペーストにおいては、界面活性剤として、HLB=10.5の非イオン性界面活性剤であるポリオキシエチレンアルキルエーテルとしてのポリオキシエチレントリデシルエーテルを添加することによって、降伏値が温度の上昇に従って増大するという従来にはない特性を持たせることができ、この特性を利用して、充填時には冷却して基材への塗工時には常温に戻すことによって、塗面でのピンホールの発生も、塗工後の基材への染み込みも、確実に防止することができる。   As described above, in the water repellent paste for gas diffusion layer according to Example 1 of the present embodiment, polyoxyethylene alkyl ether which is a nonionic surfactant with HLB = 10.5 is used as the surfactant. By adding polyoxyethylene tridecyl ether as a base material, it is possible to give an unprecedented characteristic that the yield value increases as the temperature rises. By returning to room temperature during coating, pinholes on the coated surface and penetration into the substrate after coating can be reliably prevented.

このようにして、本実施の形態に係るガス拡散層用撥水ペーストは、簡単な成分組成で製造することができ、焼成残渣を生ずる増粘剤を添加することなく塗工性能を確保することができるとともに、塗工ヘッド等に充填する際にエアーを巻き込むことがない拡散層用撥水ペーストとなる。   In this way, the water-repellent paste for gas diffusion layer according to the present embodiment can be manufactured with a simple component composition, and ensures coating performance without adding a thickener that produces a firing residue. In addition, a water repellent paste for a diffusion layer that does not entrain air when filling a coating head or the like is obtained.

本実施の形態においては、ガス拡散層用撥水ペーストの25℃における降伏値が12.5Pa、10℃における降伏値が2.6Paである場合について説明したが、降伏値はこれらの値に限られるものではなく、25℃における降伏値が6Pa〜20Paの範囲内で、かつ、10℃における降伏値が0.1Pa〜5Paの範囲内であれば良い。なお、25℃における降伏値が10Pa〜20Paの範囲内、10℃における降伏値が1Pa〜3Paの範囲内であることが、より好ましい。   In the present embodiment, the case where the yield value at 25 ° C. of the water-repellent paste for gas diffusion layer is 12.5 Pa and the yield value at 10 ° C. is 2.6 Pa is explained. However, the yield value is limited to these values. The yield value at 25 ° C. is in the range of 6 Pa to 20 Pa, and the yield value at 10 ° C. is in the range of 0.1 Pa to 5 Pa. In addition, it is more preferable that the yield value in 25 degreeC is in the range of 10 Pa-20Pa, and the yield value in 10 degreeC is in the range of 1 Pa-3 Pa.

また、本実施の形態においては、界面活性剤として、親水親油バランス(HLB)が10.5のポリエチレングリコール型非イオン性界面活性剤としての、ポリオキシエチレントリデシルエーテル(アルキル基の炭素数が13,エチレンオキサイドの付加モル数が5)を用いた場合について説明したが、界面活性剤としてはこれに限られるものではない。   In the present embodiment, polyoxyethylene tridecyl ether (carbon number of alkyl group) as a polyethylene glycol-type nonionic surfactant having a hydrophilic / lipophilic balance (HLB) of 10.5 as a surfactant. However, the case where the number of added moles of ethylene oxide is 5) has been described, but the surfactant is not limited thereto.

なお、界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテルを用いることが好ましく、ポリオキシエチレンアルキルエーテルのアルキル基の炭素数が10〜15の範囲内で、エチレンオキサイドの付加モル数が3〜7の範囲内であることが、より好ましい。また、界面活性剤としては、HLBが10〜11の範囲内のポリエチレングリコール型非イオン性界面活性剤を用いることが好ましい。   As the surfactant, polyoxyethylene alkyl ether is preferably used, and the number of carbon atoms of the alkyl group of polyoxyethylene alkyl ether is within a range of 10 to 15 and the number of moles of ethylene oxide added is 3 to 7. It is more preferable to be within the range. Further, as the surfactant, it is preferable to use a polyethylene glycol type nonionic surfactant having an HLB in the range of 10 to 11.

更に、本実施の形態においては、濃度19%のカーボンブラックスラリー74.0重量部に対して、PTFEディスパージョンを19.1重量部の割合で混合したものに、界面活性剤を6.9重量部の割合で添加してなるガス拡散層用撥水ペーストについて説明したが、カーボンブラックスラリーの濃度並びにPTFEディスパージョン及び界面活性剤の配合比については、これらに限定されるものではない。   Furthermore, in this embodiment, 6.9 wt.% Of surfactant is added to a mixture of PTFE dispersion in a proportion of 19.1 wt. Parts with respect to 74.0 wt. However, the concentration of the carbon black slurry and the blending ratio of the PTFE dispersion and the surfactant are not limited to these.

なお、カーボンブラックスラリー中のカーボンブラック固形分100重量部に対して、フッ素樹脂ディスパージョンをフッ素樹脂固形分で5重量部〜80重量部の範囲内とし、界面活性剤を3重量部〜30重量部の範囲内とすることが好ましい。また、カーボンブラックスラリー中のカーボンブラック固形分100重量部に対して、フッ素樹脂ディスパージョンをフッ素樹脂固形分で10重量部〜40重量部の範囲内とし、界面活性剤を5重量部〜20重量部の範囲内とすることが、より好ましい。   In addition, with respect to 100 parts by weight of carbon black solids in the carbon black slurry, the fluororesin dispersion is within the range of 5 to 80 parts by weight of fluororesin solids, and the surfactant is 3 to 30 parts by weight. It is preferable to be within the range of parts. Further, the fluororesin dispersion is within the range of 10 to 40 parts by weight of the fluororesin solid content with respect to 100 parts by weight of the carbon black solid content in the carbon black slurry, and the surfactant is 5 to 20 parts by weight. More preferably, it is within the range of parts.

本発明を実施するに際しては、ガス拡散層用撥水ペーストのその他の構成、成分、材料、配合、形状、大きさ、製造方法等についても、本実施の形態に限定されるものではない。なお、本発明の実施の形態で上げている数値は、臨界値を示すものではなく、実施に好適な好適値を示すものであるから、上記数値を若干変更しても実施を否定するものではない。   In carrying out the present invention, other configurations, components, materials, blending, shapes, sizes, manufacturing methods, etc. of the water-repellent paste for gas diffusion layers are not limited to the present embodiment. In addition, since the numerical value raised in the embodiment of the present invention does not indicate a critical value but indicates a preferable value suitable for implementation, even if the numerical value is slightly changed, implementation is not denied. Absent.

図1は本発明の実施の形態に係るガス拡散層用撥水ペーストの温度に対する粘度変化を比較例と比較して示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing a change in viscosity with respect to temperature of a water repellent paste for a gas diffusion layer according to an embodiment of the present invention in comparison with a comparative example.

Claims (5)

高分子電解質膜を中心として構成される固体高分子型燃料電池のガス拡散層を形成するためのガス拡散層用撥水ペーストであって、
カーボンブラックスラリーと、フッ素樹脂ディスパージョンと、界面活性剤とを混合してなり、
25℃における降伏値が6Pa〜20Paの範囲内で、かつ、10℃における降伏値が0.1Pa〜5Paの範囲内であることを特徴とするガス拡散層用撥水ペースト。
但し、前記降伏値は、下記の方法で測定したものである。
測定器:ばね緩和測定機能付き粘度計
コーンロータのコーン角度:1°34′
測定モード:ばね緩和モード
ばね巻上げ率:50%
測定時間:200秒
A water-repellent paste for a gas diffusion layer for forming a gas diffusion layer of a polymer electrolyte fuel cell mainly composed of a polymer electrolyte membrane,
Carbon black slurry, fluororesin dispersion, and surfactant are mixed,
A water repellent paste for a gas diffusion layer, wherein a yield value at 25 ° C. is in a range of 6 Pa to 20 Pa, and a yield value at 10 ° C. is in a range of 0.1 Pa to 5 Pa.
However, the yield value is measured by the following method.
Measuring instrument: Viscometer with spring relaxation measuring function Cone rotor cone angle: 1 ° 34 '
Measurement mode: Spring relaxation mode Spring winding rate: 50%
Measurement time: 200 seconds
前記界面活性剤は、親水親油バランス(HLB)が10〜11の範囲内のポリエチレングリコール型非イオン性界面活性剤であることを特徴とする請求項1に記載のガス拡散層用撥水ペースト。   The water-repellent paste for gas diffusion layers according to claim 1, wherein the surfactant is a polyethylene glycol type nonionic surfactant having a hydrophilic / lipophilic balance (HLB) in the range of 10 to 11. . 前記界面活性剤はポリエチレングリコール型非イオン性界面活性剤としてのポリオキシエチレンアルキルエーテルであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガス拡散層用撥水ペースト。   The water-repellent paste for gas diffusion layers according to claim 1 or 2, wherein the surfactant is polyoxyethylene alkyl ether as a polyethylene glycol type nonionic surfactant. 前記ポリオキシエチレンアルキルエーテルは、アルキル基の炭素数が10〜15の範囲内で、かつ、エチレンオキサイドの付加モル数が3〜7の範囲内であることを特徴とする請求項3に記載のガス拡散層用撥水ペースト。   4. The polyoxyethylene alkyl ether according to claim 3, wherein the carbon number of the alkyl group is in the range of 10 to 15 and the number of added moles of ethylene oxide is in the range of 3 to 7. 5. Water repellent paste for gas diffusion layer. 前記カーボンブラックスラリー中のカーボンブラック固形分100重量部に対して、前記フッ素樹脂ディスパージョンをフッ素樹脂固形分で5重量部〜80重量部の範囲内で、前記界面活性剤を3重量部〜30重量部の範囲内で、それぞれ混合してなることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1つに記載のガス拡散層用撥水ペースト。   The fluororesin dispersion is within the range of 5 to 80 parts by weight of the fluororesin dispersion with respect to 100 parts by weight of the carbon black solid content in the carbon black slurry, and 3 to 30 parts by weight of the surfactant. The water repellent paste for a gas diffusion layer according to any one of claims 1 to 4, wherein the water repellent paste is mixed within a range of parts by weight.
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