JP2010015832A - 燃料電池用ガス拡散層およびそれを用いた膜電極接合体と燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池用のガス拡散層3を、高硬度のカーボン粒子である第1の粒子材料4と、カーボン粒子aと樹脂bの混合体から造粒して得られた第2の粒子材料5とで構成する。第1の粒子材料4は空隙率の確保に寄与し、第2の粒子材料5はそれ自身変形して水平方向への応力分散に寄与する。
【選択図】図1
Description
(a)フェノール樹脂の球状物を2000〜3000℃で焼成することにより、平均粒子径50μmの高硬度であり嵩密度が1.5以上の高硬度の粒状黒鉛を得た。それを第1の粒子材料Aとした。
(b)カーボンブラック粉末とPTFE粉末とを有機溶媒中に溶かしたものを、スプレードライ法により造粒し、嵩密度0.5以下であり平均粒子径50μmである高弾性粒子を得た。それを第2の粒子材料Bとした。
(c)表1に示すように、第1の粒子材料Aと第2の粒子材料Bとを混合比率を変えて混合した4種の材料を用意し、それぞれの材料を基材シートに所定厚さに散布し、加熱プレスした後、基材シートを除去して、4種のガス拡散層を得た。
(d)4種のガス拡散層を水平な基材の上に置き、その上から、0.5MPaの初期加重を掛け、1.5MPaまで加重を増加させた。初期加重を掛けたときの厚さと、1.5MPaまで加重を増加させたときの厚さと差を、厚み変化量として表1に示した。
(e)上記4種のガス拡散層を用い、他の構成および条件は同じにして、膜電極接合体を作り、その両面をガス流路を有するセパレータで圧締挟持して燃料電池セルとした。一方のセパレータのガス流路に水素ガスを、他方のセパレータのガス流路に窒素ガスを、通常の燃料電池の運転状態より高い圧力で供給し、ガスのクロスリークが発生するまでの時間を測定した(加速試験)。その結果を表1に示した。
比較例1と比較して、実施例1と2はともに厚み変化量が大きくなっている。これは、実施例1と2のものは、第2の粒子材料Bが30%または70%混入しており、それによって、面方向への応力分散が進行した結果であると推測される。比較例1のものは第2の粒子材料Bの混合量が0%であり、潰れによる厚さ変化が生じないために、厚み変化量が比較して小さいものと推測できる。比較例1をガス拡散層として用いる場合には、電解質膜に集中応力が作用して、電解質膜にダメージを生じさせる恐れがある。
Claims (6)
- 燃料電池用ガス拡散層であって、構成素材として、カーボン粒子である第1の粒子材料と、カーボン粒子と樹脂の混合体から造粒して得られた第2の粒子材料とを少なくとも備えるガス拡散層。
- 前記第1の粒子材料の嵩密度が1.5以上であり、第2の粒子材料の嵩密度が0.5以下である請求項1に記載のガス拡散層。
- 前記第1の粒子材料を構成するカーボン粒子は粒状黒鉛である請求項1または2に記載のガス拡散層。
- 前記第2の粒子材料を構成するカーボン粒子はカーボンブラックであり、樹脂はフッ素系樹脂である請求項1または2に記載のガス拡散層。
- 電解質膜と、その両面に形成した触媒層と、各触媒層の外側に積層したガス拡散層とを備える膜電極接合体であって、前記ガス拡散層が請求項1から4のいずれか1項に記載のガス拡散層である膜電極接合体。
- 請求項5に記載の膜電極接合体をセパレータで挟持してなる燃料電池セル。
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