JP2011233274A - 水分管理シート、ガス拡散シート、膜−電極接合体及び固体高分子形燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 多孔質基材シート形成後に炭化処理をしていない非炭化処理多孔質基材シートに、導電剤と撥水材料が充填された、固体高分子形燃料電池の触媒層と導電性拡散基材との間に配置して使用する自立した水分管理シートであり、細孔分布において、細孔直径1μm〜120μmの範囲と5nm〜1μmの範囲にピークを有し、細孔直径1μm〜120μmの細孔容積が全細孔容積の20〜40%であり、細孔直径5nm〜1μmの細孔容積が全細孔容積の80〜60%である。また、前記水分管理シートを用いたガス拡散シート、膜−電極接合体及び固体高分子形燃料電池である。
【選択図】 図1
Description
1.細孔直径の測定範囲:450〜0.003(μm)
2.水銀の接触角:130(°)
3.水銀の表面張力:485(mN/m)
Eガラス(繊維径6.5μm、繊維長6mm)を用いて、常法の湿式法により繊維ウエブを形成した後、エポキシ樹脂を主成分とするバインダ(ビスフェノールA型)を含浸(固形分付着量:12質量%)し、乾燥して、ガラス不織布1(=非炭化処理多孔質基材シート、目付:11g/m2、厚さ:110μm)を製造した。
(1)第1導電性ペーストの調製
撥水材料として、市販のポリフッ化ビニリデン(ソルベイソレクシス(株)製)をn−メチル−ピロリドン(NMP)に加え、ロッキングミルを用いて溶解させ、濃度10%溶液を得た。
固形分濃度を10%に変更したこと以外は第1導電性ペーストの調製と同様にして、第2導電性ペーストを調製した。
導電剤としての市販のカーボンブラック(デンカブラック粒状品、電気化学工業(株)製)、市販のPTFEディスパージョン(ダイキン工業(株)製)、及び非イオン性界面活性剤とを水に分散させ、更に増粘剤として、2%ヒドロキシエチルセルロース(HEC)水溶液を加え、カーボンブラックとPTFEの固形質量比60:40の固形分濃度20%の第3導電性ペーストを調製した。
(実施例1〜4、比較例1〜5)
前記ガラス不織布1又はガラス不織布2に対して、第1導電性ペースト又は第2導電性ペーストを塗布して、それぞれ表1に示す物性を有する自立した水分管理シートを製造した。より具体的には、第1導電ペースト又は第2導電性ペーストをポリエステルフィルム上に塗布して塗工膜を形成し、この塗工膜上に作製したガラス不織布1又はガラス不織布2をそれぞれ積層した。更に、ガラス不織布1又はガラス不織布2に、塗工膜と同じ第1導電性ペースト又は第2導電性ペーストを塗布した後、水浴に浸漬させ、溶媒抽出法により細孔を形成した後、温度60℃の熱風乾燥機によって乾燥して、表1に示す物性を有する自立した水分管理シートを作製した。なお、実施例3、比較例1、比較例3及び比較例5においては、乾燥後に表1に示す条件でホットプレスを行い、表1に示す物性を有する自立した水分管理シートを作製した。これら水分管理シートはガラス不織布1又はガラス不織布2の空隙に撥水材料及び導電剤が充填された、ガラス不織布1又はガラス不織布2と撥水材料及び導電剤とが併存する領域のみから構成されていた。
カーボンペーパー(東レ株式会社製、目付:84g/m2、厚さ:190μm)を用意した。このカーボンペーパーの片面に第2導電性ペーストを塗布し、温度60℃で熱風乾燥機によって乾燥した後、加熱炉で、空気雰囲気中、温度350℃で1時間焼結し、目付110g/m2、厚さ220μmのガス拡散シートを製造した。このガス拡散シートはカーボンペーパー表面上及びカーボンペーパー内部の一部にマイクロポーラス層が形成されていた。
カーボンペーパー(東レ株式会社製、目付:84g/m2、厚さ:190μm)を用意した。カーボンペーパーをPTFEディスパージョンに浸漬させ、温度60℃の熱風乾燥機によって乾燥した後、温度350℃の加熱炉で1時間焼結し、撥水処理を施した。
オートポアIV 9510型((株)島津製作所製)を用い、実施例1〜4、比較例1〜5の水分管理シート、及び比較例6〜7のガス拡散シートの細孔分布測定を、水銀圧入法により実施し、細孔直径が450μm〜3nmの範囲の、積算細孔容積(mL/g)及びログ微分細孔容積(mL/g)を得た。測定条件は次の通りである。
1.水銀の接触角:130(°)
2.水銀の表面張力:485(mN/m)
エチレングリコールジメチルエーテル10.4gに対して、市販の白金担持炭素粒子(石福金属(株)製、炭素に対する白金担持量40質量%)を0.8g加え、超音波処理によって分散させた後、市販の5質量%ナフィオン溶液(米国シグマ・アルドリッチ社製、商品名)4.0gを加え、更に超音波処理により分散させ、更に攪拌機で攪拌して、触媒ペーストを調製した。
固体高分子形燃料電池セル『As−510−C25−1H』(商品名、エヌエフ回路設計ブロック(株)製)を用いて、締め付け圧1.5N・mで膜−電極接合体(MEA1〜11)をそれぞれ組み付け、それぞれ発電性能を評価した。この標準セルは、バイポーラプレートを含み、MEAの評価試験に用いるものである。発電は負極側に水素ガス利用率70%、正極側に空気ガス利用率45%を供給し、セル温度は80℃、バブラー温度80℃及のフル加湿条件で電位−電流曲線を測定した結果を表3に示す。
前記(発電試験)の後、水分管理シート又はガス拡散シートを取り出し、その表面状態を観察したところ、実施例1〜4及び比較例1〜5の水分管理シートは試験前後で表面状態に変化はなかったのに対して、比較例6〜7のガス拡散シートは試験後にマイクロポーラス層の脱落が観察された。このように、本発明の水分管理シートは非炭化処理多孔質基材シートと撥水材料及び導電剤との密着性が高く、撥水材料及び導電剤が脱落したり、構造破壊の生じない、形態安定性に優れるものであったため、安定して発電性能を持続できるものであった。なお、本発明の水分管理シートは発電試験等の取り扱いの際に、形態安定性があるため、取り扱いやすいものであった。
11c (正極側)バイポーラプレート
13a (負極側)ガス拡散層
13c (正極側)ガス拡散層
14a (負極側)水分管理層
14c (正極側)水分管理層
15a (負極側)触媒層
15c (正極側)触媒層
17a 負極
17c 正極
19 固体高分子膜
Claims (4)
- 固体高分子形燃料電池の触媒層と導電性拡散基材との間に配置して使用する、自立した水分管理シートであり、前記水分管理シートは多孔質基材シート形成後に炭化処理をしていない非炭化処理多孔質基材シートに、導電剤と撥水材料が充填されたものであり、細孔分布において、細孔直径1μm〜120μmの範囲に存在する第1のピークと、5nm〜1μmの範囲に存在する第2のピークとを少なくとも有し、前記細孔直径1μm〜120μmの細孔容積が全細孔容積の20〜40%であり、前記細孔直径5nm〜1μmの細孔容積が全細孔容積の80〜60%であることを特徴とする水分管理シート。
- 請求項1に記載の水分管理シートと導電性拡散基材とが積層されていることを特徴とするガス拡散シート。
- 請求項2に記載のガス拡散シートと触媒層とが、水分管理シートと触媒層とが当接した状態で積層されていることを特徴とする膜−電極接合体。
- 請求項3に記載の膜−電極接合体を備えていることを特徴とする固体高分子形燃料電池。
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---|---|
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015125749A1 (ja) * | 2014-02-24 | 2015-08-27 | 東レ株式会社 | ガス拡散電極基材ならびにそれを備える膜電極接合体および燃料電池 |
WO2017110690A1 (ja) * | 2015-12-24 | 2017-06-29 | 東レ株式会社 | ガス拡散電極 |
US10790516B2 (en) | 2015-12-24 | 2020-09-29 | Toray Industries, Inc. | Gas diffusion electrode and method for manufacturing same |
US10950868B2 (en) | 2015-12-24 | 2021-03-16 | Toray Industries, Inc. | Gas diffusion electrode and fuel cell |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002025560A (ja) * | 2000-07-06 | 2002-01-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池 |
JP2004193106A (ja) * | 2002-11-25 | 2004-07-08 | Honda Motor Co Ltd | 膜−電極構造体及びそれを用いる固体高分子型燃料電池 |
JP2005285370A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-13 | Japan Vilene Co Ltd | ガス拡散電極前駆体、ガス拡散電極、燃料電池、及びガス拡散電極前駆体の製造方法 |
JP2006252948A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Japan Gore Tex Inc | 湿度調整フィルム |
JP2007073415A (ja) * | 2005-09-08 | 2007-03-22 | Nitto Denko Corp | 膜電極接合体および燃料電池 |
JP2007188740A (ja) * | 2006-01-13 | 2007-07-26 | Nissan Motor Co Ltd | 固体高分子型燃料電池の膜電極接合体 |
JP2010015835A (ja) * | 2008-07-03 | 2010-01-21 | Japan Vilene Co Ltd | ガス拡散層、膜−電極接合体及び燃料電池 |
JP2010092609A (ja) * | 2008-10-03 | 2010-04-22 | Nissan Motor Co Ltd | マイクロポーラス層およびこれを有するガス拡散層 |
JP2011129290A (ja) * | 2009-12-16 | 2011-06-30 | Japan Vilene Co Ltd | ガス拡散層、膜−電極接合体及び燃料電池 |
JP2012199225A (ja) * | 2011-02-07 | 2012-10-18 | Japan Vilene Co Ltd | 水分管理シート、ガス拡散シート、膜−電極接合体及び固体高分子形燃料電池 |
-
2010
- 2010-04-23 JP JP2010100400A patent/JP5430486B2/ja active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002025560A (ja) * | 2000-07-06 | 2002-01-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池 |
JP2004193106A (ja) * | 2002-11-25 | 2004-07-08 | Honda Motor Co Ltd | 膜−電極構造体及びそれを用いる固体高分子型燃料電池 |
JP2005285370A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-13 | Japan Vilene Co Ltd | ガス拡散電極前駆体、ガス拡散電極、燃料電池、及びガス拡散電極前駆体の製造方法 |
JP2006252948A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Japan Gore Tex Inc | 湿度調整フィルム |
JP2007073415A (ja) * | 2005-09-08 | 2007-03-22 | Nitto Denko Corp | 膜電極接合体および燃料電池 |
JP2007188740A (ja) * | 2006-01-13 | 2007-07-26 | Nissan Motor Co Ltd | 固体高分子型燃料電池の膜電極接合体 |
JP2010015835A (ja) * | 2008-07-03 | 2010-01-21 | Japan Vilene Co Ltd | ガス拡散層、膜−電極接合体及び燃料電池 |
JP2010092609A (ja) * | 2008-10-03 | 2010-04-22 | Nissan Motor Co Ltd | マイクロポーラス層およびこれを有するガス拡散層 |
JP2011129290A (ja) * | 2009-12-16 | 2011-06-30 | Japan Vilene Co Ltd | ガス拡散層、膜−電極接合体及び燃料電池 |
JP2012199225A (ja) * | 2011-02-07 | 2012-10-18 | Japan Vilene Co Ltd | 水分管理シート、ガス拡散シート、膜−電極接合体及び固体高分子形燃料電池 |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015125749A1 (ja) * | 2014-02-24 | 2015-08-27 | 東レ株式会社 | ガス拡散電極基材ならびにそれを備える膜電極接合体および燃料電池 |
US10804544B2 (en) | 2014-02-24 | 2020-10-13 | Toray Industries, Inc. | Gas diffusion electrode substrate, and membrane electrode assembly and fuel cell equipped with same |
WO2017110690A1 (ja) * | 2015-12-24 | 2017-06-29 | 東レ株式会社 | ガス拡散電極 |
JP6187720B1 (ja) * | 2015-12-24 | 2017-08-30 | 東レ株式会社 | ガス拡散電極 |
US10790516B2 (en) | 2015-12-24 | 2020-09-29 | Toray Industries, Inc. | Gas diffusion electrode and method for manufacturing same |
US10818934B2 (en) | 2015-12-24 | 2020-10-27 | Toray Industries, Inc. | Gas diffusion electrode |
US10950868B2 (en) | 2015-12-24 | 2021-03-16 | Toray Industries, Inc. | Gas diffusion electrode and fuel cell |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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