JP2013152927A - Fuel cell gas diffusion layer, membrane electrode assembly and fuel cell - Google Patents

Fuel cell gas diffusion layer, membrane electrode assembly and fuel cell Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas diffusion layer which is excellent in resistance to flooding and plugging, excellent in dry-up resistance and capable of exhibiting high power generation performance over a wide temperature range from low temperature to high temperature and furthermore excellent in mechanical characteristics, conductivity and thermal conductivity.SOLUTION: A fuel cell gas diffusion layer is formed by adjoining and arranging a microporous part [A], an electrode substrate and a microporous part [B] in this order. A carbonaceous powder constituting the microporous part [A] includes carbon nanotubes whose average diameter is 1 to 1000 nm and a carbonaceous powder constituting a microporous part [B] includes granular carbon whose particle size is 3 to 500 nm.

Description

本発明は、燃料電池、特に固体高分子型燃料電池に好適に用いられるガス拡散層に関する。より詳しくは、耐フラッディング・プラッギング性に優れ、なおかつ耐ドライアップ性に優れ、低温から高温の広い温度範囲にわたって高い発電性能を発現可能であり、さらには、機械特性、導電性、熱伝導性が優れるガス拡散層に関する。   The present invention relates to a gas diffusion layer suitably used for a fuel cell, particularly a polymer electrolyte fuel cell. More specifically, it has excellent anti-flooding and plugging properties, and also has excellent dry-up resistance, can exhibit high power generation performance over a wide temperature range from low to high temperatures, and has mechanical properties, electrical conductivity, and thermal conductivity. It relates to an excellent gas diffusion layer.

水素を含む燃料ガスをアノードに供給し、酸素を含む酸化ガスをカソードに供給して、両極で起こる電気化学反応によって起電力を得る固体高分子型燃料電池は、一般的に、セパレータ、ガス拡散層、触媒層、電解質膜、触媒層、ガス拡散層、セパレータを順に積層して構成される。ガス拡散層にはセパレータから供給されるガスを触媒へと拡散するための高いガス拡散性、電気化学反応に伴って生成する水をセパレータへ排出するための高い排水性、発生した電流を取り出すための高い導電性が必要であり、炭素繊維などからなるガス拡散電極基材(以降、電極基材と記載)が広く用いられている。   A polymer electrolyte fuel cell that supplies a fuel gas containing hydrogen to the anode and an oxidizing gas containing oxygen to the cathode to obtain an electromotive force by an electrochemical reaction occurring at both electrodes is generally a separator, gas diffusion A layer, a catalyst layer, an electrolyte membrane, a catalyst layer, a gas diffusion layer, and a separator are sequentially laminated. The gas diffusion layer has a high gas diffusibility for diffusing the gas supplied from the separator to the catalyst, a high drainage property for discharging water generated by the electrochemical reaction to the separator, and taking out the generated current. Therefore, a gas diffusion electrode substrate (hereinafter referred to as an electrode substrate) made of carbon fiber or the like is widely used.

しかしながら課題として、(1)固体高分子型燃料電池を70℃未満の比較的低い温度かつ高電流密度領域において作動させる場合、大量に生成する液水で電極基材が閉塞し、燃料ガスの供給が不足する結果、発電性能が低下する問題(以下、フラッディングと記載)、(2)固体高分子型燃料電池を70℃未満の比較的低い温度かつ高電流密度領域において作動させる場合、大量に生成する液水でセパレータのガス流路(以下、流路と記載)が閉塞し、燃料ガスの供給が不足する結果、瞬間的に発電性能が低下する問題(以下、プラッギングと記載)(3)80℃以上の比較的高い温度で作動させる場合、水蒸気拡散により電解質膜が乾燥し、プロトン伝導性が低下する結果、発電性能が低下する問題(以下、ドライアップと記載)が知られている。これら(1)〜(3)の問題を解決するために多くの取り組みがなされている。   However, as problems, (1) when the polymer electrolyte fuel cell is operated in a relatively low temperature of less than 70 ° C. and in a high current density region, the electrode base material is clogged with a large amount of liquid water, and fuel gas is supplied. As a result, the power generation performance is reduced as a result of shortage (hereinafter referred to as flooding). (2) When a polymer electrolyte fuel cell is operated at a relatively low temperature of less than 70 ° C. and in a high current density region, a large amount is generated. The problem is that the power generation performance is instantaneously reduced (hereinafter referred to as plugging) (3) 80 as a result of the gas flow (hereinafter referred to as flow path) of the separator being blocked by the liquid water to be supplied and the fuel gas supply being insufficient. When operating at a relatively high temperature of ℃ or higher, the electrolyte membrane is dried by water vapor diffusion, and proton conductivity is reduced, resulting in a problem that power generation performance is reduced (hereinafter referred to as dry-up). To have. Many efforts have been made to solve these problems (1) to (3).

特許文献1では、電極基材の触媒層側にカーボンブラックおよび疎水性樹脂からなるマイクロポーラス部を形成したガス拡散層が提案されている。このガス拡散層を用いた燃料電池によれば、マイクロポーラス部が撥水性を有する小さな細孔構造を形成するため、液水のカソード側への排水が抑えられ、フラッディングが改善される傾向にある。また、電解質膜に水分が押し戻される(以下、逆拡散と記載)ため、電解質膜が湿潤しドライアップが改善される傾向にある。しかしながら、フラッディング、ドライアップの抑制はまだ不十分であり、プラッギングは何ら改善されないという問題があった。   Patent Document 1 proposes a gas diffusion layer in which a microporous portion made of carbon black and a hydrophobic resin is formed on the catalyst layer side of an electrode substrate. According to the fuel cell using this gas diffusion layer, since the microporous portion forms a small pore structure having water repellency, drainage of liquid water to the cathode side is suppressed and flooding tends to be improved. . Further, since moisture is pushed back into the electrolyte membrane (hereinafter referred to as reverse diffusion), the electrolyte membrane tends to be wet and dry-up tends to be improved. However, suppression of flooding and dry-up is still insufficient, and there is a problem that plugging is not improved at all.

特許文献2には、電極基材の触媒層側にカーボンナノファイバーおよび疎水性樹脂からなるマイクロポーラス部を形成したガス拡散層が提案されている。このガス拡散層を用いた燃料電池によれば、マイクロポーラス部の撥水性が向上し、液水のカソード側への排出が抑えられ、フラッディングが改善される。また、電解質膜への水分の逆拡散により、電解質膜が湿潤しドライアップが改善される傾向にある。しかしながら、ドライアップの抑制はまだ不十分であり、プラッギングは何ら改善されないという問題があった。   Patent Document 2 proposes a gas diffusion layer in which a microporous portion made of carbon nanofibers and a hydrophobic resin is formed on the catalyst layer side of an electrode substrate. According to the fuel cell using this gas diffusion layer, the water repellency of the microporous portion is improved, the discharge of liquid water to the cathode side is suppressed, and the flooding is improved. Also, the reverse diffusion of moisture into the electrolyte membrane tends to wet the electrolyte membrane and improve dry-up. However, the suppression of dry-up is still insufficient, and there is a problem that plugging is not improved at all.

特許文献3〜5では、電極基材の両面にカーボンブラック、疎水性樹脂からなるマイクロポーラス部を形成したガス拡散層を用いる燃料電池が提案されている。このガス拡散層を用いた燃料電池によれば、セパレータ側のマイクロポーラス部が平滑で高い撥水性を有することにより、流路で液水が滞留しにくくなり、プラッギングが改善される。また、触媒層側のマイクロポーラス部により電解質膜への水分の逆拡散が、加えてセパレータ側のマイクロポーラス部により水蒸気の拡散が抑えられる結果、電解質膜が湿潤しドライアップが改善される。しかしながら、セパレータ側のマイクロポーラス部により電極基材からセパレータへの排水が阻害されるため、フラッディングが顕著になるという問題があった。   Patent Documents 3 to 5 propose fuel cells using gas diffusion layers in which microporous portions made of carbon black and hydrophobic resin are formed on both surfaces of an electrode base material. According to the fuel cell using this gas diffusion layer, the microporous portion on the separator side is smooth and has high water repellency, so that liquid water does not easily stay in the flow path, and plugging is improved. Further, the back diffusion of moisture to the electrolyte membrane is suppressed by the microporous portion on the catalyst layer side, and the diffusion of water vapor is further suppressed by the microporous portion on the separator side. As a result, the electrolyte membrane is wet and dry-up is improved. However, since the drainage from the electrode substrate to the separator is hindered by the microporous portion on the separator side, there is a problem that flooding becomes remarkable.

これらのような多くの取り組みがなされているが、耐フラッディング・プラッギング性に優れ、なおかつ耐ドライアップ性に優れたガス拡散層はまだ見出されていない。   Although many such efforts have been made, a gas diffusion layer having excellent flooding / plugging resistance and excellent dry-up resistance has not yet been found.

特開2000−123842号公報JP 2000-123842 A 特開2006−120506号公報JP 2006-120506 A 特開平9−245800号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-245800 特開2008−293937号公報JP 2008-293937 A 特開2005−174607号公報JP-A-2005-174607

本発明の目的は、かかる従来技術の背景に鑑み、耐フラッディング・プラッギング性に優れ、なおかつ耐ドライアップ性に優れ、低温から高温の広い温度範囲にわたって高い発電性能を発現可能であり、さらには、機械特性、導電性、熱伝導性が優れるガス拡散層を提供することである。   In view of the background of such conventional technology, the object of the present invention is excellent in flooding / plugging resistance, excellent in dry-up resistance, and capable of expressing high power generation performance over a wide temperature range from low temperature to high temperature. The object is to provide a gas diffusion layer having excellent mechanical properties, electrical conductivity, and thermal conductivity.

本発明者らは電極基材の両面にマイクロポーラス部を設けたガス拡散層を燃料電池に用いると、ドライアップ、プラッギングが改善されることに着目した。しかしながら従来技術と同様にマイクロポーラス部を構成する炭素質粉末にカーボンブラックを用いた場合、フラッディングが顕著であるという問題があった。これに対して、鋭意検討した結果、片面のマイクロポーラス部には粒子径3〜500nmの粒状炭素、もう片面のマイクロポーラス部にはカーボンナノファイバーを用いることにより、ドライアップ、プラッギングを改善しつつ、排水性をむしろ向上することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The inventors of the present invention focused on improving dry-up and plugging when a gas diffusion layer having microporous portions provided on both sides of an electrode substrate is used in a fuel cell. However, when carbon black is used for the carbonaceous powder constituting the microporous portion as in the prior art, there is a problem that flooding is remarkable. On the other hand, as a result of diligent investigation, dry carbonization and plugging were improved by using granular carbon having a particle diameter of 3 to 500 nm for the microporous part on one side and carbon nanofibers for the microporous part on the other side. The present inventors have found that the drainage can be rather improved and have completed the present invention.

従来技術のような両面に同じ組成からなるマイクロポーラス部を設ける方法では、耐プラッギング性、耐ドライアップ性、耐フラッディング性を両立するのは困難である。   In the method of providing microporous portions having the same composition on both surfaces as in the prior art, it is difficult to achieve both plugging resistance, dry-up resistance, and flooding resistance.

この考えに基づき、本発明のガス拡散層は次のような特徴を有する。すなわち、マイクロポーラス部[A]、電極基材、マイクロポーラス部[B]が、この順番で隣接して配置されてなり、マイクロポーラス部[A]を構成する炭素質粉末が平均直径1〜1000nmのカーボンナノファイバーを含み、マイクロポーラス部[B]を構成する炭素質粉末が粒子径3〜500nmの粒状炭素を含む燃料電池ガス拡散層である。   Based on this idea, the gas diffusion layer of the present invention has the following characteristics. That is, the microporous part [A], the electrode base material, and the microporous part [B] are arranged adjacently in this order, and the carbonaceous powder constituting the microporous part [A] has an average diameter of 1 to 1000 nm. This is a fuel cell gas diffusion layer in which the carbonaceous powder comprising the carbon nanofibers and constituting the microporous part [B] contains granular carbon having a particle diameter of 3 to 500 nm.

本発明において、電極基材の両面に、導電性を有するマイクロポーラス部、いわゆる、微小多孔層を形成する必要がある。電極基材の片面側のマイクロポーラス部をマイクロポーラス部[A]、反対面側のマイクロポーラス部をマイクロポーラス部[B]と称する。マイクロポーラス部[A]はカーボンナノファイバーを含むため、気孔率が高く、排水性および透気度が高い。これにより燃料電池のセパレータ側にマイクロポーラス部[A]を有しても電極基材からの排水を阻害せず、むしろ促進するため、低温性能が向上する。また、前記課題を解決するために、本発明の膜電極接合体は、電解質膜の両側に触媒層を有し、さらに前記触媒層の外側に前記燃料電池用ガス拡散層を有し、本発明の燃料電池は、前記膜電極接合体の両側にセパレータを有する。   In the present invention, it is necessary to form a microporous portion having conductivity, a so-called microporous layer, on both surfaces of the electrode substrate. The microporous portion on one side of the electrode substrate is referred to as a microporous portion [A], and the microporous portion on the opposite surface side is referred to as a microporous portion [B]. Since the microporous part [A] contains carbon nanofibers, the porosity is high, and the drainage and air permeability are high. As a result, even if the microporous portion [A] is provided on the separator side of the fuel cell, drainage from the electrode base material is not hindered but rather promoted, so that low temperature performance is improved. In order to solve the above problems, the membrane electrode assembly of the present invention has a catalyst layer on both sides of the electrolyte membrane, and further has the fuel cell gas diffusion layer outside the catalyst layer. This fuel cell has separators on both sides of the membrane electrode assembly.

本発明により、耐フラッディング・プラッギング性、および耐ドライアップ性を両立し、低温から高温の広い温度範囲にわたって高い発電性能が発現可能であり、さらには、機械特性、導電性、熱伝導性が優れるガス拡散層を得ることができる。   The present invention achieves both flooding / plugging resistance and dry-up resistance, can exhibit high power generation performance over a wide temperature range from low temperature to high temperature, and has excellent mechanical properties, electrical conductivity, and thermal conductivity. A gas diffusion layer can be obtained.

本発明のガス拡散層は、マイクロポーラス部[A]、電極基材、マイクロポーラス部[B]が、この順番で隣接して配置されてなる。以下、各構成要素について、説明する。   In the gas diffusion layer of the present invention, the microporous part [A], the electrode substrate, and the microporous part [B] are arranged adjacently in this order. Hereinafter, each component will be described.

まず、本発明の構成要素である電極基材について説明する。   First, the electrode base material which is a component of the present invention will be described.

本発明において、電極基材は、セパレータから供給されるガスを触媒へと拡散するための高いガス拡散性、電気化学反応に伴って生成する水をセパレータへ排出するための高い排水性、発生した電流を取り出すための高い導電性が必要である。このため、導電性を有し、平均細孔径が10〜100μmの多孔体を用いることが好ましい。より具体的には、例えば、炭素繊維織物、炭素繊維抄紙体、炭素繊維不織布などの炭素繊維を含む多孔体、発泡焼結金属、金属メッシュ、エキスパンドメタルなどの金属多孔体を用いることが好ましい。中でも、耐腐食性が優れることから、炭素繊維を含む多孔体を用いることが好ましく、さらには、電解質膜の厚み方向の寸法変化を吸収する特性、すなわち「ばね性」に優れることから、炭素繊維抄紙体を炭化物で結着してなる基材、すなわち「カーボンペーパー」を用いることが好ましい。本発明において、炭素繊維抄紙体を炭化物で結着してなる基材は、通常、後述するように、炭素繊維の抄紙体に樹脂を含浸し炭素化することにより得られる。   In the present invention, the electrode base material has a high gas diffusibility for diffusing the gas supplied from the separator to the catalyst, and a high drainage property for discharging the water generated along with the electrochemical reaction to the separator. High conductivity is required to extract current. For this reason, it is preferable to use a porous body having conductivity and an average pore diameter of 10 to 100 μm. More specifically, for example, a porous body containing carbon fibers such as a carbon fiber woven fabric, a carbon fiber papermaking body, and a carbon fiber nonwoven fabric, and a porous metal body such as a foam sintered metal, a metal mesh, and an expanded metal are preferably used. Among them, it is preferable to use a porous body containing carbon fiber because of its excellent corrosion resistance, and furthermore, because of its excellent property of absorbing dimensional change in the thickness direction of the electrolyte membrane, that is, “spring property”, carbon fiber. It is preferable to use a base material obtained by binding a paper body with a carbide, that is, “carbon paper”. In the present invention, a substrate formed by binding a carbon fiber papermaking body with a carbide is usually obtained by impregnating a carbon fiber papermaking body with a resin and carbonizing it, as will be described later.

炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル(PAN)系、ピッチ系、レーヨン系などの炭素繊維が挙げられる。なかでも、機械強度に優れることから、PAN系、ピッチ系炭素繊維が本発明において好ましく用いられる。   Examples of the carbon fiber include polyacrylonitrile (PAN) -based, pitch-based, and rayon-based carbon fibers. Of these, PAN-based and pitch-based carbon fibers are preferably used in the present invention because of excellent mechanical strength.

本発明における炭素繊維は、単繊維の平均直径が3〜20μmの範囲内であることが好ましく、5〜10μmの範囲内であることがより好ましい。平均直径が3μm以上であると、細孔径が大きくなり排水性が向上し、フラッディングを抑制することができる。一方、平均直径が20μm以下であると、水蒸気拡散性が小さくなり、ドライアップを抑制することができる。また、異なる平均直径を有する2種類以上の炭素繊維を用いると、電極基材の表面平滑性を向上できるために好ましい。   In the carbon fiber of the present invention, the average diameter of the single fibers is preferably in the range of 3 to 20 μm, and more preferably in the range of 5 to 10 μm. When the average diameter is 3 μm or more, the pore diameter is increased, drainage is improved, and flooding can be suppressed. On the other hand, when the average diameter is 20 μm or less, the water vapor diffusibility becomes small, and dry-up can be suppressed. Moreover, it is preferable to use two or more types of carbon fibers having different average diameters because the surface smoothness of the electrode substrate can be improved.

ここで、炭素繊維における単繊維の平均直径は、走査型電子顕微鏡などの顕微鏡で、炭素繊維を1000倍以上に拡大して写真撮影を行い、無作為に異なる30本の単繊維を選び、その直径を計測し、その平均値を求めたものである。走査型電子顕微鏡としては、(株)日立製作所製S−4800、あるいはその同等品を用いることができる。   Here, the average diameter of the single fiber in the carbon fiber is taken with a microscope such as a scanning electron microscope, the carbon fiber is magnified 1000 times or more, and 30 different single fibers are randomly selected. The diameter was measured and the average value was obtained. As a scanning electron microscope, S-4800 manufactured by Hitachi, Ltd. or an equivalent thereof can be used.

本発明における炭素繊維は、単繊維の平均長さが3〜20mmの範囲内にあることが好ましく、5〜15mmの範囲内にあることがより好ましい。平均長さが3mm以上であると、電極基材が機械強度、導電性、熱伝導性が優れたものとなり好ましい。一方、平均長さが20mm以下であると、抄紙の際の炭素繊維の分散性が優れ、均質な電極基材が得られるために好ましい。かかる平均長さを有する炭素繊維は、連続した炭素繊維を所望の長さにカットする方法などにより得られる。   In the carbon fiber of the present invention, the average length of single fibers is preferably in the range of 3 to 20 mm, and more preferably in the range of 5 to 15 mm. When the average length is 3 mm or more, the electrode base material is preferable because it has excellent mechanical strength, electrical conductivity, and thermal conductivity. On the other hand, when the average length is 20 mm or less, the dispersibility of carbon fibers during papermaking is excellent, and a homogeneous electrode substrate is obtained, which is preferable. Carbon fibers having such an average length can be obtained by a method of cutting continuous carbon fibers into a desired length.

ここで、炭素繊維の平均長さは、走査型電子顕微鏡などの顕微鏡で、炭素繊維を50倍以上に拡大して写真撮影を行い、無作為に異なる30本の単繊維を選び、その長さを計測し、その平均値を求めたものである。走査型電子顕微鏡としては、(株)日立製作所製S−4800、あるいはその同等品を用いることができる。なお、炭素繊維における単繊維の平均直径や平均長さは、通常、原料となる炭素繊維についてその炭素繊維を直接観察して測定されるが、電極基材を観察して測定しても良い。   Here, the average length of the carbon fiber is taken with a microscope such as a scanning electron microscope, the carbon fiber is magnified 50 times or more, and 30 different single fibers are selected at random. Is measured and the average value is obtained. As a scanning electron microscope, S-4800 manufactured by Hitachi, Ltd. or an equivalent thereof can be used. In addition, although the average diameter and average length of the single fiber in carbon fiber are normally measured by observing the carbon fiber directly about the carbon fiber used as a raw material, you may observe and measure an electrode base material.

本発明において、電極基材の密度が0.2〜0.4g/cmの範囲内であることが好ましく、0.22〜0.35g/cmの範囲内であることがより好ましく、さらには0.24〜0.3g/cmの範囲内であることが好ましい。密度が0.2g/cm以上であると、水蒸気拡散性が小さく、ドライアップを抑制することができる。また、電極基材の機械特性が向上し、電解質膜、触媒層を十分に支えることができる。加えて、導電性が高く、高温、低温のいずれにおいても発電性能が向上する。一方、密度が0.4g/cm以下であると、排水性が向上し、フラッディングを抑制することができる。かかる密度を有する電極基材は、後述する製法において、予備含浸体における炭素繊維目付、炭素繊維に対する樹脂成分の配合量、および、電極基材の厚さを制御することにより得られる。なお、本発明において、炭素繊維を含む抄紙体に、樹脂組成物を含浸したものを「予備含浸体」と記載する。なかでも、予備含浸体における炭素繊維目付、炭素繊維に対する樹脂成分の配合量を制御することが有効である。ここで、予備含浸体の炭素繊維目付を小さくすることにより低密度の基材が得られ、炭素繊維目付を大きくすることにより高密度の基材が得られる。また、炭素繊維に対する樹脂成分の配合量を小さくすることにより低密度の基材が得られ、樹脂成分の配合量を大きくすることにより高密度の基材が得られる。また、電極基材の厚さを大きくすることにより低密度の基材が得られ、厚さを小さくすることにより高密度の基材が得られる。 In the present invention, it is preferable that the density of the electrode substrate is in the range of 0.2-0.4 g / cm 3, more preferably in the range of 0.22~0.35g / cm 3, further Is preferably in the range of 0.24 to 0.3 g / cm 3 . When the density is 0.2 g / cm 3 or more, the water vapor diffusibility is small, and dry-up can be suppressed. Further, the mechanical properties of the electrode substrate are improved, and the electrolyte membrane and the catalyst layer can be sufficiently supported. In addition, the conductivity is high, and the power generation performance is improved at both high and low temperatures. On the other hand, when the density is 0.4 g / cm 3 or less, drainage is improved and flooding can be suppressed. The electrode base material having such a density can be obtained by controlling the carbon fiber basis weight in the pre-impregnated body, the blending amount of the resin component with respect to the carbon fiber, and the thickness of the electrode base material in the production method described later. In the present invention, a paper body containing carbon fibers impregnated with a resin composition is referred to as a “pre-impregnated body”. Among these, it is effective to control the carbon fiber basis weight in the pre-impregnated body and the blending amount of the resin component with respect to the carbon fiber. Here, a low-density substrate is obtained by reducing the carbon fiber basis weight of the pre-impregnated body, and a high-density substrate is obtained by increasing the carbon fiber basis weight. Moreover, a low density base material is obtained by reducing the compounding quantity of the resin component with respect to carbon fiber, and a high density base material is obtained by increasing the compounding quantity of the resin component. Moreover, a low density base material is obtained by increasing the thickness of the electrode base material, and a high density base material is obtained by reducing the thickness.

ここで、電極基材の密度は、電子天秤を用いて秤量した電極基材の目付(単位面積当たりの質量)を、面圧0.15MPaで加圧した際の電極基材の厚みで除して求めることができる。   Here, the density of the electrode base material is obtained by dividing the basis weight (mass per unit area) of the electrode base material weighed using an electronic balance by the thickness of the electrode base material when pressed with a surface pressure of 0.15 MPa. Can be obtained.

本発明において、電極基材の細孔径が30〜80μmの範囲内であることが好ましく、40〜75μmの範囲内であることがより好ましく、さらには50〜70μmの範囲内であることが好ましい。細孔径が30μm以上であると、排水性が向上し、フラッディングを抑制することができる。細孔径が80μm以下であると、導電性が高く、高温、低温のいずれにおいても発電性能が向上する。かかる細孔径の範囲に設計するには、単繊維の平均直径が3μm以上8μm以下である炭素繊維と、単繊維の平均直径が8μmを越える炭素繊維の両方を含むことが有効である。   In the present invention, the pore diameter of the electrode substrate is preferably in the range of 30 to 80 μm, more preferably in the range of 40 to 75 μm, and further preferably in the range of 50 to 70 μm. When the pore diameter is 30 μm or more, drainage can be improved and flooding can be suppressed. When the pore diameter is 80 μm or less, the conductivity is high, and the power generation performance is improved at both high and low temperatures. In order to design within such a pore diameter range, it is effective to include both carbon fibers having an average single fiber diameter of 3 μm to 8 μm and carbon fibers having an average single fiber diameter exceeding 8 μm.

ここで、電極基材の細孔径は、水銀圧入法により、測定圧力6kPa〜414MPa(細孔径30nm〜400μm)の範囲で測定して得られる細孔径分布のピーク径を求めたものである。なお、複数のピークが現れる場合は、最も高いピークのピーク径を採用する。測定装置としては、島津製作所社製オートポア9520、あるいはその同等品を用いることができる。   Here, the pore diameter of the electrode substrate is obtained by determining the peak diameter of the pore diameter distribution obtained by measuring in the measurement pressure range of 6 kPa to 414 MPa (pore diameter 30 nm to 400 μm) by mercury porosimetry. When a plurality of peaks appear, the peak diameter of the highest peak is adopted. As a measuring device, Autopore 9520 manufactured by Shimadzu Corporation or an equivalent product thereof can be used.

本発明において、電極基材の厚さは60〜200μmであることが好ましい。より好ましくは70〜170μmであり、さらに好ましくは70〜160μmであり、最も好ましくは80〜110μmである。電極基材の厚みが60μm以上であると、機械強度が高くなりハンドリングが容易となる。200μm以下であることで、電極基材の断面積が小さくなり、セパレータ流路の液水を流すガス量が多くなるため、プラッギングを抑制することができる。また、排水のためのパスが短くなり、フラッディングが改善され、低温での発電性能が向上する。   In this invention, it is preferable that the thickness of an electrode base material is 60-200 micrometers. More preferably, it is 70-170 micrometers, More preferably, it is 70-160 micrometers, Most preferably, it is 80-110 micrometers. When the thickness of the electrode substrate is 60 μm or more, the mechanical strength becomes high and handling becomes easy. By being 200 μm or less, the cross-sectional area of the electrode base material is reduced, and the amount of gas through which the liquid water flows in the separator channel increases, so that plugging can be suppressed. In addition, the drainage path is shortened, flooding is improved, and power generation performance at low temperatures is improved.

ここで、電極基材の厚さは、面圧0.15MPaで加圧した状態で、マイクロメーターを用いて求めることができる。   Here, the thickness of the electrode base material can be determined using a micrometer in a state where the surface pressure is 0.15 MPa.

次に、本発明の構成要素であるマイクロポーラス部[A]、[B]について説明する。   Next, the microporous parts [A] and [B], which are constituent elements of the present invention, will be described.

マイクロポーラス部は、セパレータから供給されるガスを触媒へと拡散するための高いガス拡散性、電気化学反応に伴って生成する水をセパレータへ排出するための高い排水性、発生した電流を取り出すための高い導電性が必要であり、加えて電解質膜への水分の逆拡散を促進することが必要である。このため導電性を有し、平均細孔径が1〜10μmの多孔体を用いることが好ましい。より具体的には、例えば、炭素質粉末と疎水性樹脂を混合したものを用いることが好ましい。   The microporous part has high gas diffusibility for diffusing the gas supplied from the separator to the catalyst, high drainage for discharging water generated by the electrochemical reaction to the separator, and taking out the generated current. In addition, it is necessary to promote the reverse diffusion of moisture into the electrolyte membrane. For this reason, it is preferable to use a porous body having conductivity and an average pore diameter of 1 to 10 μm. More specifically, for example, it is preferable to use a mixture of carbonaceous powder and hydrophobic resin.

マイクロポーラス部[A]は、平均直径1〜1000nmのカーボンナノファイバーを含むことが必要である。カーボンナノファイバーを含むことでマイクロポーラス部[A]の気孔率が大きく、導電性も良好となる。繊維の平均直径は10〜500nmであることがより好ましい。繊維の平均直径が1nm以下であると、マイクロポーラス部[A]の気孔率小さくなり、排水性が低下する。また、繊維の平均直径が1000nm以上であるとマイクロポーラス部[A]の平滑性が低下し、耐プラッギング性の低下および接触抵抗が増加する。なお、カーボンナノファイバーの平均直径は、透過型電子顕微鏡などの顕微鏡で、カーボンファイバーを50万倍以上に拡大して写真撮影を行い、無作為に異なる30本の単繊維を選び、その直径を計測し、その平均値を求めたものである。透過型電子顕微鏡としては、日本電子(株)製JEM−4000EX、あるいは同等品を用いることができる。   The microporous part [A] needs to contain carbon nanofibers having an average diameter of 1 to 1000 nm. By including the carbon nanofiber, the porosity of the microporous portion [A] is large and the conductivity is also good. The average diameter of the fiber is more preferably 10 to 500 nm. When the average diameter of the fibers is 1 nm or less, the porosity of the microporous portion [A] is reduced, and the drainage performance is lowered. Further, when the average diameter of the fibers is 1000 nm or more, the smoothness of the microporous portion [A] is lowered, the resistance to plugging is lowered, and the contact resistance is increased. The average diameter of the carbon nanofibers was measured with a microscope such as a transmission electron microscope, and the carbon fibers were magnified 500,000 times or more, and 30 different single fibers were randomly selected. It is measured and the average value is obtained. As the transmission electron microscope, JEM-4000EX manufactured by JEOL Ltd. or an equivalent product can be used.

本発明においてカーボンナノファイバーとは、炭素原子比率が90%以上であり、アスペクト比が10以上のものをさす。炭素原子比率が90%以上であると、マイクロポーラス部の導電性、機械特性が向上する。一方、アスペクト比が10以上であると、マイクロポーラス部の導電性、機械特性が向上する。   In the present invention, the carbon nanofiber refers to a carbon atom ratio of 90% or more and an aspect ratio of 10 or more. When the carbon atomic ratio is 90% or more, the conductivity and mechanical properties of the microporous portion are improved. On the other hand, when the aspect ratio is 10 or more, the conductivity and mechanical characteristics of the microporous portion are improved.

本発明におけるカーボンナノファイバーとしては、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カップ積層型カーボンナノチューブ、竹状カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、グラファイトナノファイバーが挙げられる。中でも、アスペクト比が大きく、導電性、機械特性が優れることから、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維を用いることが好ましい。気相成長炭素繊維とは気相中の炭素を触媒により成長させたものであり、平均直径が5〜200nm、平均繊維長が1〜20μmの範囲のものが好ましい。   The carbon nanofibers in the present invention include single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nanocoils, cup-stacked carbon nanotubes, bamboo-like carbon nanotubes, vapor-grown carbon fibers, and graphite nanofibers. Is mentioned. Of these, single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, and vapor-grown carbon fibers are preferably used because of their large aspect ratio and excellent electrical conductivity and mechanical properties. Vapor-grown carbon fiber is obtained by growing carbon in the gas phase with a catalyst, and those having an average diameter of 5 to 200 nm and an average fiber length of 1 to 20 μm are preferable.

マイクロポーラス部[A]は、マイクロポーラス部[A]に疎水性樹脂を付与して、排水性を向上するため、上記カーボンナノファイバーと疎水性樹脂とを組み合わせて用いることができる。ここで、疎水性樹脂としては、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂(PCTFE)、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン樹脂(PVDF)、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレンとパーフルオロプロピルビニルエーテルの共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体(ETFE)などのフッ素樹脂が挙げられる。   The microporous portion [A] can be used in combination with the carbon nanofiber and the hydrophobic resin in order to impart a hydrophobic resin to the microporous portion [A] to improve drainage. Here, as the hydrophobic resin, polychlorotrifluoroethylene resin (PCTFE), polytetrafluoroethylene resin (PTFE), polyvinylidene fluoride resin (PVDF), copolymer of tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene (FEP) And fluoropolymers such as a copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoropropyl vinyl ether (PFA) and a copolymer of tetrafluoroethylene and ethylene (ETFE).

マイクロポーラス部[A]における疎水性樹脂の配合量は、マイクロポーラス部[A]の炭素質粉末100質量部に対して1〜70質量部であることが好ましく、5〜60質量部であることがより好ましい。疎水性樹脂の配合量が1質量部以上であると、マイクロポーラス部[A]が排水性と機械強度に優れたものとなり好ましい。一方、70質量部以下であると、マイクロポーラス部[A]が導電性の優れたものとなり好ましい。   The blending amount of the hydrophobic resin in the microporous part [A] is preferably 1 to 70 parts by mass, and 5 to 60 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbonaceous powder of the microporous part [A]. Is more preferable. When the blending amount of the hydrophobic resin is 1 part by mass or more, the microporous part [A] is preferable because it is excellent in drainage and mechanical strength. On the other hand, when it is 70 parts by mass or less, the microporous part [A] is preferable because it has excellent conductivity.

マイクロポーラス部[A]は、カーボンナノファイバー以外の炭素質粉末を含むことができる。カーボンナノファイバー以外の炭素質粉末としては、黒鉛、ファーネスブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、グラフェン、ミルド炭素繊維などが挙げられ、マイクロポーラス部[A]を構成する炭素質粉末は例えばカーボンナノファイバーとアセチレンブラックを混合したものでも良い。マイクロポーラス部[A]を構成する炭素質粉末を100質量部としたとき5〜100質量部がカーボンナノファイバーであることが好ましく、10〜100質量部がカーボンナノファイバーであることがより好ましく、50〜100質量部がカーボンナノファイバーであることがさらに好ましい。カーボンナノファイバーが5質量部以下ではマイクロポーラス部[A]の気孔率が低下するため、排水性とガス拡散性の低いガス拡散層となる。   The microporous portion [A] can contain carbonaceous powder other than carbon nanofibers. Examples of the carbonaceous powder other than carbon nanofiber include graphite, furnace black, acetylene black, channel black, thermal black, graphene, and milled carbon fiber. The carbonaceous powder constituting the microporous portion [A] is, for example, carbon. A mixture of nanofibers and acetylene black may also be used. When the carbonaceous powder constituting the microporous part [A] is 100 parts by mass, 5 to 100 parts by mass are preferably carbon nanofibers, and 10 to 100 parts by mass are more preferably carbon nanofibers. More preferably, 50 to 100 parts by mass are carbon nanofibers. When the carbon nanofiber is 5 parts by mass or less, the porosity of the microporous part [A] is lowered, and thus a gas diffusion layer having low drainage and gas diffusibility is obtained.

マイクロポーラス部[A]の厚さは1〜20μmの範囲内であることが好ましく4〜16μmであることがより好ましい。1μm以上であると燃料電池のガス拡散層としてマイクロポーラス部[A]をセパレータ側に向けて使用した際に、セパレータとガス拡散層との界面の隙間の低減が可能となる。また、20μm以下であると、マイクロポーラス部[A]の電気抵抗を小さくできるため好ましい。   The thickness of the microporous portion [A] is preferably in the range of 1 to 20 μm, and more preferably 4 to 16 μm. When the thickness is 1 μm or more, when the microporous portion [A] is used as the gas diffusion layer of the fuel cell toward the separator, the gap between the separator and the gas diffusion layer can be reduced. Moreover, it is preferable for it to be 20 μm or less because the electrical resistance of the microporous portion [A] can be reduced.

マイクロポーラス部[A]は、気孔率が70〜90%であることが好ましく、75〜90%であることがより好ましい。気孔率が70%以上であると、ガス拡散層からの排水性が高いため好ましい。また、気孔率が90%以下であると、マイクロポーラス部[A]が機械強度の優れたものとなり好ましい。気孔率の調整はカーボンナノファイバーの配合比率や疎水性樹脂の配合比率によって行うことができる。   The microporous portion [A] preferably has a porosity of 70 to 90%, more preferably 75 to 90%. A porosity of 70% or more is preferable because drainage from the gas diffusion layer is high. Moreover, it is preferable that the porosity is 90% or less because the microporous portion [A] has excellent mechanical strength. The porosity can be adjusted by the mixing ratio of the carbon nanofibers and the mixing ratio of the hydrophobic resin.

なお、マイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]の気孔率は、走査型電子顕微鏡などの顕微鏡で、ガス拡散層断面から無作為に異なる5箇所を選び、20000倍程度で拡大して写真撮影を行い、マイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]の気孔率を計測し、それぞれの画像でのマイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]の気孔率の平均値を指す。走査型電子顕微鏡としては、(株)日立製作所製S−4800、あるいは同等品を用いることができる。ガス拡散層断面の作製方法としては(株)日立ハイテクノロジーズ製イオンミリング装置IM4000、あるいは同等品を用いることができる。   The porosity of the microporous part [A] and the microporous part [B] can be enlarged by about 20000 times by selecting five different locations from the cross section of the gas diffusion layer with a microscope such as a scanning electron microscope. A photograph was taken, the porosity of the microporous part [A] and the microporous part [B] was measured, and the average value of the porosity of the microporous part [A] and the microporous part [B] in each image was calculated. Point to. As a scanning electron microscope, S-4800 manufactured by Hitachi, Ltd. or an equivalent product can be used. As a method for producing the cross section of the gas diffusion layer, an ion milling device IM4000 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation or an equivalent product can be used.

一方、マイクロポーラス部[B]は、粒子径3〜500nmの粒状炭素を含むことが必要である。これにより、マイクロポーラス部[B]の気孔率を30〜70%に制御しつつ、1μm以下の細孔径と高い導電性を確保することができる。粒状炭素は粒子径3〜500nmの炭素微粒子であり、通常、導電性を有するものである。粒状炭素質の形状としては、球状、楕円球、鱗片状などを挙げることができる。具体的には黒鉛、カーボンブラック、マリモカーボンなどが挙げられ、なかでもカーボンブラックであることが好ましい。粒子経は20〜200nmであることがより好ましい。   On the other hand, the microporous part [B] needs to contain granular carbon having a particle diameter of 3 to 500 nm. Thereby, the pore diameter of 1 micrometer or less and high electroconductivity are securable, controlling the porosity of a microporous part [B] to 30 to 70%. Granular carbon is carbon fine particles having a particle diameter of 3 to 500 nm, and usually has conductivity. Examples of the granular carbonaceous shape include a spherical shape, an elliptical sphere, and a scale shape. Specific examples include graphite, carbon black, and marimocarbon. Among these, carbon black is preferable. The particle size is more preferably 20 to 200 nm.

なお、粒状炭素の粒子径は、透過型電子顕微鏡により求めた粒子径をいう。測定倍率は50万倍で透過型電子顕微鏡による観察を行い、その画面に存在する100個の粒子径の外径を測定しその平均値を粒状炭素の粒子径とする。ここで外径とは、粒子の最大の径(つまり粒子の長径であり、粒子中の最も長い径を示す)を指す。透過型電子顕微鏡としては、日本電子(株)製JEM−4000EX、あるいは同等品を用いることができる。   In addition, the particle diameter of granular carbon means the particle diameter calculated | required with the transmission electron microscope. Observation is performed with a transmission electron microscope at a magnification of 500,000, the outer diameter of 100 particle diameters present on the screen is measured, and the average value is taken as the particle diameter of the granular carbon. Here, the outer diameter refers to the maximum diameter of the particles (that is, the long diameter of the particles, indicating the longest diameter in the particles). As the transmission electron microscope, JEM-4000EX manufactured by JEOL Ltd. or an equivalent product can be used.

マイクロポーラス部[B]を構成する特定粒子径の粒状炭素以外の炭素質粉末としては、マイクロポーラス部[A]と同様のものが挙げられ、特定粒子径の粒状炭素とその他の炭素質粉末とを混合して用いても良い。マイクロポーラス部[B]を構成する炭素質粉末を100質量部としたとき50〜100質量部が特定粒子径の粒状炭素であることが好ましく、70〜100質量部が特定粒子径の粒状炭素であることがより好ましい。特定粒子径の粒状炭素が50質量部以下ではマイクロポーラス部[B]の気孔率が大きくなるため、電解質膜の乾燥が起こりやすくなる。マイクロポーラス部[B]にカーボンナノファイバーを添加する際は、マイクロポーラス部[A]のカーボンナノファイバー配合比率よりも小さくすることが必要である。   Examples of the carbonaceous powder other than the granular carbon having a specific particle diameter constituting the microporous part [B] include those similar to the microporous part [A]. May be used in combination. When the carbonaceous powder constituting the microporous part [B] is 100 parts by mass, 50 to 100 parts by mass is preferably granular carbon having a specific particle diameter, and 70 to 100 parts by mass is granular carbon having a specific particle diameter. More preferably. When the granular carbon having a specific particle diameter is 50 parts by mass or less, the porosity of the microporous part [B] increases, and thus the electrolyte membrane is easily dried. When carbon nanofibers are added to the microporous part [B], it is necessary to make it smaller than the carbon nanofiber blending ratio of the microporous part [A].

本発明において、カーボンブラックとは、炭素原子比率が80%以上であり、一次粒子径3〜500nm程度の炭素の微粒子をさす。一次粒子の粒子径とは、凝集していない粒状炭素質粒子一個の直径を意味する。例えばカーボンブラックの場合、凝集していないカーボンブラック粒子一個の直径をいう。炭素原子比率が80%以上であると、マイクロポーラス部の導電性と耐腐食性が向上する。一方、直径が500nm以下であると、マイクロポーラス部の導電性、機械特性が向上する。   In the present invention, carbon black refers to fine carbon particles having a carbon atom ratio of 80% or more and a primary particle diameter of about 3 to 500 nm. The particle diameter of primary particles means the diameter of one granular carbonaceous particle that is not aggregated. For example, in the case of carbon black, it refers to the diameter of one non-aggregated carbon black particle. When the carbon atom ratio is 80% or more, the conductivity and corrosion resistance of the microporous portion are improved. On the other hand, when the diameter is 500 nm or less, the conductivity and mechanical properties of the microporous portion are improved.

本発明において、カーボンブラックとしては、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラックなどが挙げられる。なかでも導電性が高く不純物の含有が少ないアセチレンブラックを用いることが好ましい。   In the present invention, examples of carbon black include furnace black, channel black, acetylene black, and thermal black. Among them, it is preferable to use acetylene black having high conductivity and low impurity content.

マイクロポーラス部[B]は、マイクロポーラス部[A]と同様、マイクロポーラス部[B]に撥水性を付与して、排水性を向上するため、上記カーボンブラックと疎水性樹脂とを組み合わせて用いることができる。ここで、疎水性樹脂としては、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂(PCTFE)、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン樹脂(PVDF)、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレンとパーフルオロプロピルビニルエーテルの共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体(ETFE)などのフッ素樹脂が挙げられる。   Like the microporous part [A], the microporous part [B] is used in combination with the carbon black and the hydrophobic resin in order to impart water repellency to the microporous part [B] and improve drainage. be able to. Here, as the hydrophobic resin, polychlorotrifluoroethylene resin (PCTFE), polytetrafluoroethylene resin (PTFE), polyvinylidene fluoride resin (PVDF), copolymer of tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene (FEP) And fluoropolymers such as a copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoropropyl vinyl ether (PFA) and a copolymer of tetrafluoroethylene and ethylene (ETFE).

マイクロポーラス部[B]における疎水性樹脂の配合量は、マイクロポーラス部[B]の炭素質粉末100質量部に対して1〜70質量部であることが好ましく、5〜60質量部であることがより好ましい。疎水性樹脂の配合量が1質量部以上であると、マイクロポーラス部[B]が排水性と機械強度に優れたものとなり好ましい。一方、70質量部以下であると、マイクロポーラス部[B]が導電性の優れたものとなり好ましい。   The blending amount of the hydrophobic resin in the microporous part [B] is preferably 1 to 70 parts by mass, and 5 to 60 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbonaceous powder of the microporous part [B]. Is more preferable. When the blending amount of the hydrophobic resin is 1 part by mass or more, the microporous part [B] is preferable because it is excellent in drainage and mechanical strength. On the other hand, when it is 70 parts by mass or less, the microporous part [B] is preferable because it has excellent conductivity.

マイクロポーラス部[B]の厚さは1〜40μmの範囲内であることが好ましく10〜30μmであることがより好ましい。1μm以上であると燃料電池のガス拡散層としてマイクロポーラス部[B]をセパレータ側に向けて使用した際に、セパレータとガス拡散層との界面の隙間の低減が可能となる。また、30μm以下であると、マイクロポーラス部[B]の電気抵抗を小さくできるため好ましい。   The thickness of the microporous part [B] is preferably in the range of 1 to 40 μm, and more preferably 10 to 30 μm. When the thickness is 1 μm or more, when the microporous portion [B] is used as the gas diffusion layer of the fuel cell toward the separator, it is possible to reduce the gap at the interface between the separator and the gas diffusion layer. Moreover, it is preferable that it is 30 μm or less because the electric resistance of the microporous portion [B] can be reduced.

マイクロポーラス部[B]は、気孔率が30〜70%であることが好ましく、40〜70%であることがより好ましい。気孔率が30%以上であると、ガス拡散層からの排水性が高いため好ましい。一方、気孔率が70%以下であると、逆拡散が促進されドライアップを抑制できるため好ましい。気孔率の調整はカーボンブラックの配合比率や疎水性樹脂の配合比率によって行うことができる。   The microporous part [B] preferably has a porosity of 30 to 70%, more preferably 40 to 70%. A porosity of 30% or more is preferable because drainage from the gas diffusion layer is high. On the other hand, a porosity of 70% or less is preferable because reverse diffusion is promoted and dry-up can be suppressed. The porosity can be adjusted by the mixing ratio of carbon black and the mixing ratio of hydrophobic resin.

マイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]を形成したガス拡散層は両表面が共に算術平均表面粗さ0.1〜15μmであることが好ましい。より好ましくは算術平均表面粗さ0.1〜10μmであることである。ガス拡散層の両表面の算術平均粗さが15μm以下であることで、燃料電池のガス拡散層として用いた際に、セパレータとガス拡散層の界面の隙間が小さくなるため、流路で液水が滞留しにくくなり、プラッギングを抑制できるため好ましい。また、触媒層およびセパレータとの密着性が向上し、セルの電気抵抗を低減できるため好ましい。電極基材の算術平均表面粗さは、表面粗さ計を用いて求めることができ、表面粗さ計としては、(株)小坂研究所surfcorder SE−2300、あるいはその同等品を用いることができる。   It is preferable that both surfaces of the gas diffusion layer in which the microporous portion [A] and the microporous portion [B] are formed have an arithmetic average surface roughness of 0.1 to 15 μm. More preferably, the arithmetic average surface roughness is 0.1 to 10 μm. Since the arithmetic average roughness of both surfaces of the gas diffusion layer is 15 μm or less, the gap between the separator and the gas diffusion layer becomes small when used as a gas diffusion layer of a fuel cell. Is preferable because it is less likely to stay and plugging can be suppressed. Further, it is preferable because the adhesion between the catalyst layer and the separator is improved and the electric resistance of the cell can be reduced. The arithmetic average surface roughness of the electrode substrate can be determined using a surface roughness meter, and as the surface roughness meter, Kosaka Laboratory Surfcoder SE-2300 or an equivalent thereof can be used. .

マイクロポーラス部[A]を構成する炭素質粉末としてカーボンナノファイバーを用いて、マイクロポーラス部[B]を構成する炭素質粉末としてカーボンブラックを用いる組み合わせによって初めて、マイクロポーラス部[A]が有する高い耐フラッディング性、マイクロポーラス部[B]の高い耐ドライアップ性、両面にマイクロポーラス部を有することによる高い耐プラッギング性を兼ね備えたガス拡散層となる。カーボンナノファイバーとしては気相成長炭素繊維、カーボンブラックとしてはアセチレンブラックを用いる組み合わせがより好ましい。マイクロポーラス部[A]の炭素質粉末を気相成長炭素繊維にすることで、マイクロポーラス部[A]の気孔率が特に大きくなり、排水性が高くなる。マイクロポーラス部[B]の炭素質粉末をアセチレンブラックとすることで、マイクロポーラス部[B]の電気抵抗を特に小さくすることができる。また、マイクロポーラス部[A]の炭素質粉末に気相成長炭素繊維、マイクロポーラス部[B]の炭素質粉末にアセチレンブラックを用いることで、マイクロポーラス部[A]とマイクロポーラス部[B]の性質が大きく変わり、ガス拡散層の面直方向に排水性の傾斜ができるため、ガス拡散層内でのフラッディングが抑制されやすくなる。   The combination of using carbon nanofibers as the carbonaceous powder constituting the microporous part [A] and using carbon black as the carbonaceous powder constituting the microporous part [B] is high in the microporous part [A]. The gas diffusion layer has both flooding resistance, high dry-up resistance of the microporous portion [B], and high plugging resistance due to the microporous portions on both sides. A combination using vapor grown carbon fiber as the carbon nanofiber and acetylene black as the carbon black is more preferable. By making the carbonaceous powder of the microporous part [A] into vapor-grown carbon fiber, the porosity of the microporous part [A] is particularly increased and the drainage is improved. By using acetylene black as the carbonaceous powder in the microporous portion [B], the electrical resistance of the microporous portion [B] can be particularly reduced. Further, by using vapor grown carbon fiber for the carbonaceous powder of the microporous part [A] and acetylene black for the carbonaceous powder of the microporous part [B], the microporous part [A] and the microporous part [B] are used. The property of the gas diffusion layer is greatly changed, and the drainage can be inclined in the direction perpendicular to the surface of the gas diffusion layer, so that flooding in the gas diffusion layer is easily suppressed.

また、マイクロポーラス部[A]を構成する炭素質粉末を100質量部としたとき50質量部以上が気相成長炭素繊維であり、マイクロポーラス部[B]を構成する炭素質粉末を100質量部としたとき70質量部以上がアセチレンブラックである場合、前記の耐フラッディング性、耐ドライアップ性、耐プラッギング性が最も顕著に発現されるため特に好ましい。   Further, when the carbonaceous powder constituting the microporous part [A] is 100 parts by mass, 50 parts by mass or more are vapor-grown carbon fibers, and the carbonaceous powder constituting the microporous part [B] is 100 parts by mass. When 70 parts by mass or more is acetylene black, the above-mentioned flooding resistance, dry-up resistance, and plugging resistance are most remarkably exhibited, which is particularly preferable.

マイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]の厚みの組み合わせとしては、マイクロポーラス部[A]とマイクロポーラス部[B]の厚みの合計が10〜50μmであることが好ましく、マイクロポーラス部[B]の厚みがマイクロポーラス部[A]とマイクロポーラス部[B]の厚みの合計の70%以上であることが好ましい。マイクロポーラス部の合計厚みを50μm以下にすることで、電気抵抗を小さくできる。また、マイクロポーラス部[B]の厚みを前記の割合以上にすることで、耐フラッディング性、耐ドライアップ性、耐プラッギング性が最も顕著に発現される。   As a combination of the thicknesses of the microporous part [A] and the microporous part [B], the total thickness of the microporous part [A] and the microporous part [B] is preferably 10 to 50 μm. The thickness of [B] is preferably 70% or more of the total thickness of the microporous portion [A] and the microporous portion [B]. By setting the total thickness of the microporous portions to 50 μm or less, the electrical resistance can be reduced. Further, by setting the thickness of the microporous portion [B] to the above ratio or more, flooding resistance, dry-up resistance, and plugging resistance are most remarkably exhibited.

次に、本発明のガス拡散層を得るに好適な方法について具体的に説明する。   Next, a method suitable for obtaining the gas diffusion layer of the present invention will be specifically described.

<抄紙体、および抄紙体の製造方法>
本発明において、炭素繊維を含む抄紙体を得るためには、炭素繊維を液中に分散させて製造する湿式抄紙法や、空気中に分散させて製造する乾式抄紙法などが用いられる。なかでも、生産性が優れることから、湿式抄紙法が好ましく用いられる。
<Paper making body and method for producing paper making body>
In the present invention, in order to obtain a papermaking body containing carbon fibers, a wet papermaking method in which carbon fibers are dispersed in a liquid and a dry papermaking method in which the carbon fibers are dispersed in air are used. Of these, the wet papermaking method is preferably used because of its excellent productivity.

本発明において、電極基材の排水性、ガス拡散性を向上する目的で、炭素繊維に有機繊維を混合して抄紙することができる。有機繊維としては、ポリエチレン繊維、ビニロン繊維、ポリアセタール繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、レーヨン繊維、アセテート繊維などを用いることができる。   In the present invention, for the purpose of improving the drainage and gas diffusibility of the electrode substrate, paper can be made by mixing carbon fibers with organic fibers. As the organic fiber, polyethylene fiber, vinylon fiber, polyacetal fiber, polyester fiber, polyamide fiber, rayon fiber, acetate fiber, or the like can be used.

また、本発明において、抄紙体の形態保持性、ハンドリング性を向上する目的で、バインダーとして有機高分子を含むことができる。ここで、有機高分子としては、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリロニトリル、セルロースなどを用いることができる。   In the present invention, an organic polymer can be included as a binder for the purpose of improving the form retainability and handling of the papermaking body. Here, as the organic polymer, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyacrylonitrile, cellulose or the like can be used.

本発明における抄紙体は、面内の導電性、熱伝導性を等方的に保つという目的で、炭素繊維が二次元平面内にランダムに分散したシート状であることが好ましい。   The paper body in the present invention is preferably in the form of a sheet in which carbon fibers are randomly dispersed in a two-dimensional plane for the purpose of maintaining in-plane conductivity and thermal conductivity isotropic.

抄紙体で得られる細孔径分布は、炭素繊維の含有率や分散状態に影響を受けるものの、概ね20〜500μm程度の大きさに形成することができる。   The pore size distribution obtained from the papermaking body can be formed to a size of about 20 to 500 μm, although it is affected by the carbon fiber content and dispersion state.

抄紙体は、炭素繊維の目付が10〜60g/mの範囲内にあることが好ましく、20〜50g/mの範囲内にあることがより好ましい。炭素繊維の目付が10g/m以上であると、電極基材が機械強度の優れたものとなり好ましい。60g/m以下であると、電極基材がガス拡散性と排水性の優れたものとなり好ましい。なお、抄紙体を複数枚張り合わせる場合は、張り合わせ後の炭素繊維の目付が上記の範囲内にあることが好ましい。 Paper body is preferably the basis weight of the carbon fibers is in the range of 10 to 60 g / m 2, and more preferably in the range of 20 to 50 g / m 2. It is preferable that the basis weight of the carbon fiber is 10 g / m 2 or more because the electrode base material has excellent mechanical strength. It is preferable that it is 60 g / m 2 or less because the electrode base material has excellent gas diffusibility and drainage. In addition, when bonding a plurality of paper bodies, it is preferable that the basis weight of the carbon fibers after the bonding is in the above range.

ここで、電極基材における炭素繊維目付は、10cm四方に切り取った抄紙体を、窒素雰囲気下、温度450℃の電気炉内に15分間保持し、有機物を除去して得た残瑳の重量を、抄紙体の面積(0.01m)で除して求めることができる。 Here, the weight per unit area of the carbon fiber in the electrode base material is the weight of the residue obtained by removing the organic matter by holding the paper body cut to 10 cm square in an electric furnace at a temperature of 450 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere. , By dividing by the area of the paper body (0.01 m 2 ).

<樹脂組成物の含浸>
本発明において、炭素繊維を含む抄紙体に樹脂組成物を含浸する方法として、樹脂組成物を含む溶液中に抄紙体を浸漬する方法、樹脂組成物を含む溶液を抄紙体に塗布する方法、樹脂組成物からなるフィルムを抄紙体に重ねて転写する方法などが用いられる。なかでも、生産性が優れることから、樹脂組成物を含む溶液中に抄紙体を浸漬する方法が好ましく用いられる。
<Impregnation of resin composition>
In the present invention, as a method of impregnating a paper composition containing carbon fibers with a resin composition, a method of immersing a papermaking article in a solution containing a resin composition, a method of applying a solution containing a resin composition to a papermaking article, a resin For example, a method of transferring a film made of the composition on a paper body is used. Especially, since productivity is excellent, the method of immersing a papermaking body in the solution containing a resin composition is used preferably.

本発明に用いる樹脂組成物は、焼成時に炭化して導電性の炭化物となるものが好ましい。樹脂組成物は、樹脂成分に溶媒などを必要に応じて添加したものをいう。ここで、樹脂成分とは、熱硬化性樹脂などの樹脂を含み、さらに、必要に応じて炭素系フィラー、界面活性剤などの添加物を含むものである。   The resin composition used in the present invention is preferably one that is carbonized upon firing to become a conductive carbide. A resin composition means what added the solvent etc. to the resin component as needed. Here, the resin component includes a resin such as a thermosetting resin, and further includes additives such as a carbon-based filler and a surfactant as necessary.

本発明において、より詳しくは、樹脂組成物に含まれる樹脂成分の炭化収率が40質量%以上であることが好ましい。炭化収率が40質量%以上であると、電極基材が機械特性、導電性、熱伝導性の優れたものとなり好ましい。   In the present invention, more specifically, the carbonization yield of the resin component contained in the resin composition is preferably 40% by mass or more. When the carbonization yield is 40% by mass or more, the electrode base material is preferable because it has excellent mechanical properties, electrical conductivity, and thermal conductivity.

本発明において、樹脂成分を構成する樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂などが挙げられる。なかでも、炭化収率が高いことから、フェノール樹脂が好ましく用いられる。また、樹脂成分に必要に応じて添加する添加物としては、電極基材の機械特性、導電性、熱伝導性を向上する目的で、炭素系フィラーを含むことができる。ここで、炭素系フィラーとしては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、ミルド炭素繊維、黒鉛などを用いることができる。   In the present invention, examples of the resin constituting the resin component include thermosetting resins such as phenol resin, epoxy resin, melamine resin, and furan resin. Of these, a phenol resin is preferably used because of its high carbonization yield. Moreover, as an additive added to a resin component as needed, a carbon-type filler can be included in order to improve the mechanical characteristics, electroconductivity, and thermal conductivity of an electrode base material. Here, as the carbon-based filler, carbon black, carbon nanotube, carbon nanofiber, milled carbon fiber, graphite or the like can be used.

本発明に用いる樹脂組成物は、前述の構成により得られた樹脂成分をそのまま使用することもできるし、必要に応じて、抄紙体への含浸性を高める目的で、各種溶媒を含むことができる。ここで、溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどを用いることができる。   The resin composition used in the present invention can use the resin component obtained by the above-described configuration as it is, and can contain various solvents as needed for the purpose of improving the impregnation property to the papermaking body. . Here, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, or the like can be used as the solvent.

本発明における樹脂組成物は、25℃、0.1MPaの状態で液状であることが好ましい。液状であると抄紙体への含浸性が優れ、電極基材が機械特性、導電性、熱伝導性に優れたものとなり好ましい。   The resin composition in the present invention is preferably in a liquid state at 25 ° C. and 0.1 MPa. When it is liquid, it is preferable because the paper body has excellent impregnation properties and the electrode base material has excellent mechanical properties, electrical conductivity, and thermal conductivity.

本発明において、炭素繊維100質量部に対して、樹脂成分を30〜400質量部含浸することが好ましく、50〜300質量部含浸することがより好ましい。樹脂成分の含浸量が30質量部以上であると、電極基材が機械特性、導電性、熱伝導性の優れたものとなり好ましい。一方、樹脂成分の含浸量が400質量部以下であると、電極基材がガス拡散性の優れたものとなり好ましい。   In this invention, it is preferable to impregnate a resin component 30-400 mass parts with respect to 100 mass parts of carbon fibers, and it is more preferable to impregnate 50-300 mass parts. When the impregnation amount of the resin component is 30 parts by mass or more, the electrode base material is preferable because it has excellent mechanical properties, electrical conductivity, and thermal conductivity. On the other hand, when the impregnation amount of the resin component is 400 parts by mass or less, the electrode base material is preferable because it has excellent gas diffusibility.

<張り合わせ、熱処理>
本発明においては、炭素繊維を含む抄紙体に樹脂組成物を含浸した予備含浸体を形成した後、炭素化を行うに先立って、予備含浸体の張り合わせや、熱処理を行うことができる。
<Lamination and heat treatment>
In the present invention, after a pre-impregnated body impregnated with a resin composition is formed on a papermaking body containing carbon fibers, prior to carbonization, the pre-impregnated body can be bonded or heat-treated.

本発明において、電極基材を所定の厚みにする目的で、予備含浸体の複数枚を張り合わせることができる。この場合、同一の性状を有する予備含浸体の複数枚を張り合わせることもできるし、異なる性状を有する予備含浸体の複数枚を張り合わせることもできる。具体的には、炭素繊維の平均直径、平均長さ、抄紙体の炭素繊維目付、樹脂成分の含浸量などが異なる複数の予備含浸体を張り合わせることもできる。   In the present invention, a plurality of pre-impregnated bodies can be bonded together for the purpose of setting the electrode substrate to a predetermined thickness. In this case, a plurality of pre-impregnated bodies having the same properties can be bonded together, or a plurality of pre-impregnated bodies having different properties can be bonded together. Specifically, a plurality of pre-impregnated bodies having different average diameters and average lengths of carbon fibers, a carbon fiber basis weight of the papermaking body, an impregnation amount of the resin component, and the like can be bonded together.

本発明において、樹脂組成物を増粘、部分的に架橋する目的で、予備含浸体を熱処理することができる。熱処理する方法としては、熱風を吹き付ける方法、プレス装置などの熱板にはさんで加熱する方法、連続ベルトにはさんで加熱する方法などを用いることができる。   In the present invention, the pre-impregnated body can be heat-treated for the purpose of thickening and partially cross-linking the resin composition. As a heat treatment method, a method of blowing hot air, a method of heating with a hot plate such as a press device, a method of heating with a continuous belt, or the like can be used.

<炭素化>
本発明において、炭素繊維を含む抄紙体に樹脂組成物を含浸した後、炭素化するために、不活性雰囲気下で焼成を行う。かかる焼成は、バッチ式の加熱炉を用いることもできるし、連続式の加熱炉を用いることもできる。また、不活性雰囲気は、炉内に窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスを流すことにより得ることができる。
<Carbonization>
In the present invention, after impregnating the paper composition containing carbon fibers with the resin composition, firing is performed in an inert atmosphere in order to carbonize the paper composition. For this firing, a batch type heating furnace can be used, or a continuous type heating furnace can be used. The inert atmosphere can be obtained by flowing an inert gas such as nitrogen gas or argon gas in the furnace.

本発明において、焼成の最高温度が1300〜3000℃の範囲内であることが好ましく、1700〜3000℃の範囲内であることがより好ましく、さらには、1900〜3000℃の範囲内であることが好ましい。最高温度が1300℃以上であると、樹脂成分の炭素化が進み、電極基材が導電性、熱伝導性の優れたものとなり好ましい。一方、最高温度が3000℃以下であると、加熱炉の運転コストが低くなるために好ましい。   In the present invention, the maximum firing temperature is preferably in the range of 1300 to 3000 ° C, more preferably in the range of 1700 to 3000 ° C, and further in the range of 1900 to 3000 ° C. preferable. When the maximum temperature is 1300 ° C. or higher, the carbonization of the resin component proceeds, and the electrode base material is preferably excellent in conductivity and thermal conductivity. On the other hand, the maximum temperature of 3000 ° C. or lower is preferable because the operating cost of the heating furnace is reduced.

本発明において、焼成にあたっては、昇温速度が80〜5000℃/分の範囲内であることが好ましい。昇温速度が80℃以上であると、生産性が優れるために好ましい。一方、5000℃以下であると、樹脂成分の炭素化が緩やかに進み緻密な構造が形成されるため、電極基材が導電性、熱伝導性の優れたものとなり好ましい。   In the present invention, the firing rate is preferably in the range of 80 to 5000 ° C./min for firing. A temperature increase rate of 80 ° C. or higher is preferable because productivity is excellent. On the other hand, when the temperature is 5000 ° C. or lower, the carbonization of the resin component gradually proceeds and a dense structure is formed. Therefore, the electrode base material is preferably excellent in conductivity and thermal conductivity.

なお、本発明において、炭素繊維を含む抄紙体に樹脂組成物を含浸した後、炭素化したものを、「炭素繊維焼成体」と記載する。   In the present invention, the carbonized paper impregnated with a resin composition and then carbonized is referred to as a “carbon fiber fired body”.

<撥水加工>
本発明において、排水性を向上する目的で、炭素繊維焼成体に撥水加工を施すことが好ましい。撥水加工は、炭素繊維焼成体に疎水性樹脂を塗布、熱処理することにより行うことができる。疎水性樹脂の塗布量は、炭素繊維焼成体100質量部に対して1〜50質量部であることが好ましく、3〜40質量部であることがより好ましい。疎水性樹脂の塗布量が1質量部以上であると、電極基材が排水性に優れたものとなり好ましい。一方、50質量部以下であると、電極基材が導電性の優れたものとなり好ましい。
<Water repellent finish>
In the present invention, the carbon fiber fired body is preferably subjected to water repellent treatment for the purpose of improving drainage. The water-repellent finish can be performed by applying a hydrophobic resin to the carbon fiber fired body and heat-treating it. The application amount of the hydrophobic resin is preferably 1 to 50 parts by mass, and more preferably 3 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber fired body. When the application amount of the hydrophobic resin is 1 part by mass or more, the electrode substrate is preferable because it has excellent drainage. On the other hand, when the amount is 50 parts by mass or less, the electrode base material is preferably excellent in conductivity.

なお、本発明において、炭素繊維焼成体に、必要に応じて撥水加工を施したものを、「ガス拡散電極基材」あるいは「電極基材」と記載する。なお、撥水加工を施さない場合は、炭素繊維焼成体と、「ガス拡散電極基材」あるいは「電極基材」は同一のものを指す。   In the present invention, a carbon fiber fired body that has been subjected to water repellent treatment as necessary is referred to as a “gas diffusion electrode substrate” or “electrode substrate”. When the water repellent finish is not applied, the carbon fiber fired body and the “gas diffusion electrode substrate” or “electrode substrate” are the same.

<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>
マイクロポーラス部[A]は、電極基材の片面に、上述した撥水加工で用いた疎水性樹脂と、カーボンナノファイバーを含む炭素質粉末との混合物であるカーボン塗液[A]を塗布することによって形成し、マイクロポーラス部[B]は、電極基材のもう一方の片面に、上述した撥水加工で用いた疎水性樹脂と、粒子径3〜500nmの粒状炭素を含む炭素質粉末との混合物であるカーボン塗液[B]を塗布することによって形成することができる。
<Formation of microporous part [A] and microporous part [B]>
The microporous portion [A] applies a carbon coating liquid [A], which is a mixture of the hydrophobic resin used in the above-described water-repellent processing and the carbonaceous powder containing carbon nanofibers, to one surface of the electrode substrate. The microporous portion [B] is formed on the other surface of the electrode base material with the hydrophobic resin used in the above-described water-repellent processing and a carbonaceous powder containing granular carbon having a particle diameter of 3 to 500 nm. It can form by apply | coating carbon coating liquid [B] which is a mixture of these.

それにより、本発明のガス拡散層は、マイクロポーラス部[A]、電極基材、マイクロポーラス部[B]が、この順番で配置されてなることになる。   Thereby, the gas diffusion layer of the present invention is formed by arranging the microporous portion [A], the electrode substrate, and the microporous portion [B] in this order.

カーボン塗液[A]およびカーボン塗液[B]は水や有機溶媒などの分散媒を含んでも良いし、界面活性剤などの分散助剤を含んでもよい。分散媒としては水が好ましく、分散助剤にはノニオン性の界面活性剤を用いるのがより好ましい。   The carbon coating solution [A] and the carbon coating solution [B] may contain a dispersion medium such as water or an organic solvent, or may contain a dispersion aid such as a surfactant. Water is preferable as the dispersion medium, and a nonionic surfactant is more preferably used as the dispersion aid.

カーボン塗液[A]やカーボン塗液[B]の電極基材への塗工は、市販されているような各種の塗工装置を用いて行うことができる。塗工方式としては、スクリーン印刷、ロータリースクリーン印刷、スプレー噴霧、凹版印刷、グラビア印刷、ダイコーター塗工、バー塗工、ブレード塗工などが使用できるが、電極基材の表面粗さによらず塗工量の定量化を図ることができるため、ダイコーター塗工が好ましい。以上例示した塗工方法はあくまでも例示のためであり、必ずしもこれらに限定されるものではない。   The coating of the carbon coating liquid [A] and the carbon coating liquid [B] onto the electrode substrate can be performed using various coating apparatuses such as commercially available. As the coating method, screen printing, rotary screen printing, spray spraying, intaglio printing, gravure printing, die coater coating, bar coating, blade coating, etc. can be used, but regardless of the surface roughness of the electrode substrate Die coater coating is preferred because the amount of coating can be quantified. The coating methods exemplified above are only for illustrative purposes, and are not necessarily limited thereto.

マイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]の形成は、カーボン塗液[A]やカーボン塗液[B]をそれぞれ片面に塗工した塗工物を、80〜120℃の温度で塗料を乾かしてから行うことが好ましい。   The microporous part [A] and the microporous part [B] are formed by applying a coating material obtained by applying the carbon coating liquid [A] or the carbon coating liquid [B] on one side at a temperature of 80 to 120 ° C. It is preferable to carry out after drying.

すなわち、塗工物を、80〜120℃の温度に設定した乾燥器に投入し、5〜30分の範囲で乾燥する。乾燥風量は適宜決めればよいが、急激な乾燥は、表面の微小クラックを誘発する場合があるので望ましくない。乾燥後の塗工物は、マッフル炉や焼成炉または高温型の乾燥機に投入し、300〜380℃にて5〜20分間加熱して、疎水性樹脂を溶融し、炭素質粉末同士のバインダーにしてマイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]を形成することが好ましい。   That is, the coated product is put into a dryer set at a temperature of 80 to 120 ° C. and dried in a range of 5 to 30 minutes. The amount of drying air may be determined as appropriate, but rapid drying is undesirable because it may induce micro cracks on the surface. The coated product after drying is put into a muffle furnace, a baking furnace or a high-temperature dryer, heated at 300 to 380 ° C. for 5 to 20 minutes to melt the hydrophobic resin, and a binder of carbonaceous powders. Thus, it is preferable to form the microporous part [A] and the microporous part [B].

次に、本発明のガス拡散層を用いた膜電極接合体および燃料電池について説明する。   Next, a membrane electrode assembly and a fuel cell using the gas diffusion layer of the present invention will be described.

本発明において、前記したガス拡散層を、両面に触媒層を有する固体高分子電解質膜の少なくとも片面に接合することで膜電極接合体を構成することができる。その際、触媒層側にマイクロポーラス部[B]を配置する、つまりマイクロポーラス部[B]が触媒層と接するように膜電極接合体を構成することが好ましい。マイクロポーラス部の気孔率が小さいマイクロポーラス部[B]が触媒層側に配置されることで、逆拡散が促進され、耐ドライアップ性が向上する。マイクロポーラス部[A]がセパレータ側にある場合はガス拡散層のセパレータ側の気孔率が小さくなりすぎないため、排水性が良いガス拡散とすることができる。   In this invention, a membrane electrode assembly can be comprised by joining the above-mentioned gas diffusion layer to at least one side of the solid polymer electrolyte membrane which has a catalyst layer on both surfaces. In that case, it is preferable to arrange the membrane electrode assembly so that the microporous portion [B] is arranged on the catalyst layer side, that is, the microporous portion [B] is in contact with the catalyst layer. By arranging the microporous part [B] having a small porosity of the microporous part on the catalyst layer side, the reverse diffusion is promoted and the dry-up resistance is improved. When the microporous portion [A] is on the separator side, the porosity of the gas diffusion layer on the separator side does not become too small, so that gas diffusion with good drainage can be achieved.

かかる膜電極接合体の両側にセパレータを有することで燃料電池を構成する。通常、かかる膜電極接合体の両側にガスケットを介してセパレータで挟んだものを複数個積層することによって固体高分子型燃料電池を構成する。触媒層は、固体高分子電解質と触媒担持炭素を含む層からなる。触媒としては、通常、白金が用いられる。アノード側に一酸化炭素を含む改質ガスが供給される燃料電池にあっては、アノード側の触媒としては白金およびルテニウムを用いるのが好ましい。固体高分子電解質は、プロトン伝導性、耐酸化性、耐熱性の高い、パーフルオロスルホン酸系の高分子材料を用いるのが好ましい。かかる燃料電池ユニットや燃料電池の構成自体は、よく知られているところである。   A fuel cell is configured by having separators on both sides of the membrane electrode assembly. In general, a polymer electrolyte fuel cell is constructed by laminating a plurality of sandwiched electrode separators on both sides of such a membrane electrode assembly. The catalyst layer is composed of a layer containing a solid polymer electrolyte and catalyst-supporting carbon. As the catalyst, platinum is usually used. In a fuel cell in which a reformed gas containing carbon monoxide is supplied to the anode side, it is preferable to use platinum and ruthenium as the catalyst on the anode side. As the solid polymer electrolyte, it is preferable to use a perfluorosulfonic acid polymer material having high proton conductivity, oxidation resistance, and heat resistance. Such a fuel cell unit and the configuration of the fuel cell itself are well known.

以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。実施例で用いた電極基材の作製方法、燃料電池の電池性能評価方法を次に示した。   Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples. The production method of the electrode substrate used in the examples and the cell performance evaluation method of the fuel cell are shown below.

<電極基材の作製>
東レ(株)製ポリアクリルニトリル系炭素繊維“トレカ”(登録商標)T300(平均炭素繊維径:7μm)を平均長さ12mmにカットし、水中に分散させて湿式抄紙法により連続的に抄紙した。さらに、バインダーとしてポリビニルアルコールの10質量%水溶液を当該抄紙に塗布し、乾燥させ、炭素繊維目付15.5g/mの抄紙体を作製した。ポリビニルアルコールの塗布量は、抄紙体100質量部に対して、22質量部であった。
<Preparation of electrode substrate>
Polyacrylonitrile-based carbon fiber “TORAYCA” (registered trademark) T300 (average carbon fiber diameter: 7 μm) manufactured by Toray Industries, Inc. was cut to an average length of 12 mm, dispersed in water, and continuously made by wet paper making. . Further, a 10% by mass aqueous solution of polyvinyl alcohol as a binder was applied to the paper and dried to prepare a paper body having a carbon fiber basis weight of 15.5 g / m 2 . The coating amount of polyvinyl alcohol was 22 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the papermaking body.

熱硬化性樹脂としてレゾール型フェノール樹脂とノボラック型フェノール樹脂を1:1の重量比で混合した樹脂、炭素系フィラーとして鱗片状黒鉛(平均粒子径5μm)、溶媒としてメタノールを用い、熱硬化性樹脂/炭素系フィラー/溶媒=10質量部/5質量部/85質量部の配合比でこれらを混合し、超音波分散装置を用いて1分間撹拌を行い、均一に分散した樹脂組成物を得た。   A thermosetting resin using a resin in which a resol type phenolic resin and a novolac type phenolic resin are mixed at a weight ratio of 1: 1 as a thermosetting resin, scaly graphite (average particle diameter of 5 μm) as a carbon filler, and methanol as a solvent. / Carbon-based filler / solvent = 10 parts by mass / 5 parts by mass / 85 parts by mass These were mixed and stirred for 1 minute using an ultrasonic dispersion device to obtain a uniformly dispersed resin composition. .

15cm×12.5cmにカットした抄紙体をアルミバットに満たした樹脂組成物に浸漬し、炭素繊維100質量部に対して、樹脂成分(熱硬化性樹脂+炭素系フィラー)が130質量部となるように含浸させた後、100℃で5分間加熱して乾燥させ、予備含浸体を作製した。次に、平板プレスで加圧しながら、180℃で5分間熱処理を行った。なお、加圧の際に平板プレスにスペーサーを配置して、熱処理後の予備含浸体の厚さが160μmになるように上下プレス面板の間隔を調整した。   The paper body cut into 15 cm × 12.5 cm is immersed in a resin composition filled with aluminum bat, and the resin component (thermosetting resin + carbon filler) becomes 130 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbon fibers. After impregnating in this manner, it was dried by heating at 100 ° C. for 5 minutes to prepare a pre-impregnated body. Next, it heat-processed for 5 minutes at 180 degreeC, pressing with a flat plate press. In addition, a spacer was disposed on the flat plate press during the pressurization, and the interval between the upper and lower press face plates was adjusted so that the thickness of the pre-impregnated body after the heat treatment was 160 μm.

予備含浸体を熱処理した基材を、加熱炉において、窒素ガス雰囲気に保たれた、最高温度が2400℃の加熱炉に導入し、炭素繊維焼成体を得た。   The base material obtained by heat-treating the pre-impregnated body was introduced into a heating furnace having a maximum temperature of 2400 ° C. maintained in a nitrogen gas atmosphere in a heating furnace to obtain a carbon fiber fired body.

炭素繊維焼成体95質量部に対し、5質量部のPTFE樹脂を付与し、100℃で5分間加熱して乾燥させ、厚さ160μmの電極基材を作製した。   5 parts by mass of PTFE resin was applied to 95 parts by mass of the carbon fiber fired body, heated at 100 ° C. for 5 minutes and dried to prepare an electrode substrate having a thickness of 160 μm.

<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の作製>
マイクロポーラス部を形成するために、電極基材にカーボン塗液部を形成した。マイクロポーラス部[A]を形成するためのカーボン塗液をカーボン塗液[A]、マイクロポーラス部[B]を形成するためのカーボン塗液をカーボン塗液[B]と称する。
<Production of microporous part [A] and microporous part [B]>
In order to form a microporous portion, a carbon coating liquid portion was formed on the electrode substrate. The carbon coating liquid for forming the microporous part [A] is referred to as carbon coating liquid [A], and the carbon coating liquid for forming the microporous part [B] is referred to as carbon coating liquid [B].

ここで用いたカーボン塗液[A]は、カーボンファイバーとして気相成長炭素繊維(昭和電工(株)製“VGCF”(登録商標)、平均直径0.15μm、平均繊維長8μm)を使用し、その他の材料としてPTFE樹脂(ダイキン工業(株)製“ポリフロン”(登録商標)D−1E)、界面活性剤(ナカライテスク(株)製“TRITON”(登録商標)X−100)、精製水を用い、気相成長炭素繊維/PTFE樹脂/界面活性剤/精製水=7.7質量部/2.5質量部/14質量部/75.8質量部の配合比でこれらを混合したものを用いた。カーボン塗液[A]はダイコーターを用いて電極基材上に塗工し、120℃で10分加熱乾燥させた。   The carbon coating solution [A] used here uses vapor-grown carbon fiber (“VGCF” (registered trademark), average diameter 0.15 μm, average fiber length 8 μm, manufactured by Showa Denko KK) as carbon fiber, Other materials include PTFE resin ("Polyflon" (registered trademark) D-1E manufactured by Daikin Industries, Ltd.), surfactant ("TRITON" (registered trademark) X-100 manufactured by Nacalai Tesque), and purified water. Used, vapor-grown carbon fiber / PTFE resin / surfactant / purified water = 7.7 parts by mass / 2.5 parts by mass / 14 parts by mass / 75.8 parts by mass with a mixture ratio thereof It was. The carbon coating solution [A] was coated on an electrode substrate using a die coater, and was heated and dried at 120 ° C. for 10 minutes.

ここで用いたカーボン塗液[B]は、カーボンブラックとしてアセチレンブラック(電気化学工業(株)製“デンカブラック”(登録商標)、平均一次粒子径35nm )を使用し、その他の材料としてPTFE樹脂(ダイキン工業(株)製“ポリフロン”(登録商標)D−1E)、界面活性剤(ナカライテスク(株)製“TRITON”(登録商標)X−100)、精製水を用い、カーボンブラック/PTFE樹脂/界面活性剤/精製水=7.7質量部/2.5質量部/14質量部/75.8質量部の配合比でこれらを混合したものを用いた。カーボン塗液[B]はカーボン塗液[A]を塗工した面の反対側にダイコーターを用いて塗工し、120℃で10分加熱乾燥させた。   The carbon coating solution [B] used here uses acetylene black (“DENKA BLACK” (registered trademark), average primary particle size 35 nm) manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as carbon black, and PTFE resin as other materials. (Daikin Kogyo Co., Ltd. “Polyflon” (registered trademark) D-1E), surfactant (Nacalai Tesque Co., Ltd. “TRITON” (registered trademark) X-100), purified water, carbon black / PTFE Resin / surfactant / purified water = 7.7 parts by mass / 2.5 parts by mass / 14 parts by mass / 75.8 parts by mass of these were mixed. The carbon coating solution [B] was coated on the opposite side of the surface coated with the carbon coating solution [A] using a die coater and dried by heating at 120 ° C. for 10 minutes.

加熱乾燥させた塗工物を380℃で10分間加熱して、電極基材の表面にマイクロポーラス部[A]を有し、もう一方の面にマイクロポーラス部[B]を有するガス拡散層を作製した。   The heat-dried coated material is heated at 380 ° C. for 10 minutes to form a gas diffusion layer having a microporous part [A] on the surface of the electrode substrate and a microporous part [B] on the other surface. Produced.

<電極基材の厚さ測定>
電極基材の厚さは、電極基材を面圧0.15MPaで加圧した状態で、マイクロメーターを用いて求めた。
<Measurement of electrode substrate thickness>
The thickness of the electrode substrate was determined using a micrometer in a state where the electrode substrate was pressurized at a surface pressure of 0.15 MPa.

<マイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]の厚さ測定>
マイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]の厚さは、走査型電子顕微鏡などの顕微鏡で、ガス拡散層断面から無作為に異なる10箇所を選び、400倍程度で拡大して写真撮影を行い、マイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]の厚さを計測し、それぞれの画像でのマイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]の厚さの平均値で示した。走査型電子顕微鏡としては、(株)日立製作所製S−4800、ガス拡散層断面の作製方法としては(株)日立ハイテクノロジーズ製イオンミリング装置IM4000を用いた。
<Measurement of thickness of microporous part [A] and microporous part [B]>
The thickness of the microporous part [A] and microporous part [B] is selected with a microscope such as a scanning electron microscope at 10 different locations randomly selected from the cross section of the gas diffusion layer. The thickness of the microporous part [A] and the microporous part [B] was measured, and the average value of the thickness of the microporous part [A] and the microporous part [B] in each image was shown. . As a scanning electron microscope, S-4800 manufactured by Hitachi, Ltd. was used. As a method for producing a gas diffusion layer cross section, an ion milling device IM4000 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation was used.

<電極基材の表面粗さ測定>
電極基材の表面粗さは、表面粗さ計を用いて求めた算術平均粗さで示した。表面粗さ計としては、(株)小坂研究所surfcorder SE−2300を用いた。
<Measurement of surface roughness of electrode substrate>
The surface roughness of the electrode substrate was indicated by the arithmetic average roughness obtained using a surface roughness meter. As a surface roughness meter, Kosaka Laboratory Surfcoder SE-2300 was used.

<固体高分子型燃料電池の電池性能評価>
白金担持炭素(田中貴金属工業(株)製、白金担持量:50質量%)1.00g、精製水 1.00g、“Nafion”(登録商標)溶液(Aldrich社製 “Nafion”(登録商標)5.0質量%)8.00g、イソプロピルアルコール(ナカライテスク社製)18.00gを順に加えることにより、触媒液を作成した。
<Battery performance evaluation of polymer electrolyte fuel cells>
1.00 g of platinum-supported carbon (manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd., platinum support: 50% by mass), 1.00 g of purified water, “Nafion” (registered trademark) solution (“Nafion” (registered trademark) 5 manufactured by Aldrich) (0.0 mass%) 8.00 g and isopropyl alcohol (manufactured by Nacalai Tesque) 18.00 g were sequentially added to prepare a catalyst solution.

次に7cm×7cmにカットした “ナフロン”(登録商標)PTFEテープ“TOMBO”(登録商標)No.9001(ニチアス(株)製)に、触媒液をスプレーで塗布し、室温で乾燥させ、白金量が0.3mg/cmの触媒層付きPTFEシートを作製した。続いて、10cm×10cmにカットした固体高分子電解質膜“Nafion”(登録商標)NRE−211CS(DuPont社製)を2枚の触媒層付きPTFEシートで挟み、平板プレスで5MPaに加圧しながら130℃で5分間プレスし、固体高分子電解質膜に触媒層を転写した。プレス後、PTFEシートを剥がし、触媒層付き固体高分子電解質膜を作製した。 Next, “Naflon” (registered trademark) PTFE tape “TOMBO” (registered trademark) No. 7 cut to 7 cm × 7 cm. A catalyst solution was applied to 9001 (manufactured by NICHIAS Corporation) by spraying and dried at room temperature to prepare a PTFE sheet with a catalyst layer having a platinum amount of 0.3 mg / cm 2 . Subsequently, a solid polymer electrolyte membrane “Nafion” (registered trademark) NRE-211CS (manufactured by DuPont) cut to 10 cm × 10 cm is sandwiched between two PTFE sheets with a catalyst layer, and pressed to 5 MPa with a flat plate press. Pressing at 5 ° C. for 5 minutes transferred the catalyst layer to the solid polymer electrolyte membrane. After pressing, the PTFE sheet was peeled off to produce a solid polymer electrolyte membrane with a catalyst layer.

次に、触媒層付き固体高分子電解質膜を、7cm×7cmにカットした2枚のガス拡散層で挟み、平板プレスで3MPaに加圧しながら130℃で5分間プレスし膜電極接合体を作製した。なお、ガス拡散層はマイクロポーラス部[B]を有する面が触媒層側と接するように配置した。   Next, the solid polymer electrolyte membrane with a catalyst layer was sandwiched between two gas diffusion layers cut to 7 cm × 7 cm, and pressed at 130 ° C. for 5 minutes while being pressurized to 3 MPa with a flat plate press to produce a membrane electrode assembly. . The gas diffusion layer was disposed so that the surface having the microporous portion [B] was in contact with the catalyst layer side.

得られた膜電極接合体を燃料電池評価用単セルに組み込み、電流密度を変化させた際の電圧を測定した。ここで、セパレータとしては、溝幅1.5mm、溝深さ1.0mm、リブ幅1.1mmの一本流路のサーペンタイン型のものを用いた。また、アノード側には210kPaに加圧した水素を、カソード側には140kPaに加圧した空気を供給し、評価を行った。なお、水素、空気はともに70℃に設定した加湿ポットにより加湿を行った。また、水素、空気中の酸素の利用率はそれぞれ80%、67%とした。   The obtained membrane electrode assembly was incorporated into a single cell for fuel cell evaluation, and the voltage when the current density was changed was measured. Here, as the separator, a serpentine type single groove having a groove width of 1.5 mm, a groove depth of 1.0 mm, and a rib width of 1.1 mm was used. Further, evaluation was performed by supplying hydrogen pressurized to 210 kPa to the anode side and air pressurized to 140 kPa to the cathode side. Both hydrogen and air were humidified using a humidification pot set at 70 ° C. The utilization rates of hydrogen and oxygen in the air were 80% and 67%, respectively.

まず、運転温度を65℃に保持し、電流密度を2.2A/cmにセットした場合の、出力電圧を測定し、低温性能(耐フラッディング性)の指標として用いた。 First, when the operating temperature was held at 65 ° C. and the current density was set at 2.2 A / cm 2 , the output voltage was measured and used as an indicator of low temperature performance (flooding resistance).

耐プラッギング性はこの電流密度2.2A/cmで30分保持した際の出力電圧の低下回数をカウントし、評価した。30分間の評価で出力電圧が0.2V以下になった回数が5回以上のものを×、3〜4回のものを○、2回以下のものを◎とした。 The resistance to plugging was evaluated by counting the number of times the output voltage decreased when the current density was maintained at 2.2 A / cm 2 for 30 minutes. In the evaluation for 30 minutes, the number of times that the output voltage became 0.2 V or less was evaluated as “x”, the number of 3-4 times was evaluated as “◯”, and the number of times less than 2 was evaluated as “◎”.

次に、電流密度を1.2A/cmにセットし、運転温度を80℃から、5分保持、5分かけて2℃上昇を繰り返しながら出力電圧を測定し、発電可能な限界温度を求め、高温性能(耐ドライアップ性)の指標として用いた。 Next, the current density is set to 1.2 A / cm 2 , the operating temperature is maintained from 80 ° C. for 5 minutes, the output voltage is measured while repeatedly raising 2 ° C. over 5 minutes, and the limit temperature at which power generation is possible is obtained. And used as an index of high-temperature performance (dry-up resistance).

(実施例1)
実施例1は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の作製>に記載したのと同様の方法で、マイクロポーラス部[A]の厚さが15μm、マイクロポーラス部[B]の厚さが30μmになるように作製し、ガス拡散層を得た。表面粗さを測定したところマイクロポーラス部[A]は5μm、マイクロポーラス部[B]は3μmであった。<固体高分子型燃料電池の電池性能評価>に記載した方法で、このガス拡散層の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧が0.35V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm)、限界温度が91℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm)であり、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。
Example 1
Example 1 is the same method as described in <Preparation of electrode substrate> and <Preparation of microporous part [A] and microporous part [B]>, and the thickness of microporous part [A] is 15 μm. The microporous part [B] was prepared to have a thickness of 30 μm to obtain a gas diffusion layer. When the surface roughness was measured, the microporous part [A] was 5 μm, and the microporous part [B] was 3 μm. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion layer by the method described in <Battery Performance Evaluation of Solid Polymer Fuel Cell>, the plugging resistance was extremely good. The output voltage is 0.35 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature is 91 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Both flooding resistance and dry-up resistance were good.

(実施例2)
実施例2は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の作製>に記載したのと同様の方法で、マイクロポーラス部[A]の厚さが20μm、マイクロポーラス部[B]の厚さが30μmになるように作製し、ガス拡散層を得た。表面粗さを測定したところマイクロポーラス部[A]は5μm、マイクロポーラス部[B]は3μmであった。<固体高分子型燃料電池の電池性能評価>に記載した方法で、このガス拡散層の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧が0.34V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm)、限界温度が92℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm)であり、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。
(Example 2)
Example 2 is the same method as described in <Production of electrode substrate> and <Production of microporous part [A] and microporous part [B]>, and the thickness of microporous part [A] is 20 μm. The microporous part [B] was prepared to have a thickness of 30 μm to obtain a gas diffusion layer. When the surface roughness was measured, the microporous part [A] was 5 μm, and the microporous part [B] was 3 μm. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion layer by the method described in <Battery Performance Evaluation of Solid Polymer Fuel Cell>, the plugging resistance was extremely good. The output voltage is 0.34 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature is 92 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Both flooding resistance and dry-up resistance were good.

(実施例3)
実施例3は電極基材の厚みを220μmとした他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の作製>に記載したのと同様の方法で、マイクロポーラス部[A]の厚さが20μm、マイクロポーラス部[B]の厚さが30μmになるように作製し、ガス拡散層を得た。表面粗さを測定したところマイクロポーラス部[A]は5μm、マイクロポーラス部[B]は3μmであった。<固体高分子型燃料電池の電池性能評価>に記載した方法で、このガス拡散層の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は良好であった。出力電圧が0.33V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm)、限界温度91℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm)であり、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。
(Example 3)
Example 3 is the same method as described in <Preparation of electrode base material> and <Preparation of microporous part [A] and microporous part [B]> except that the thickness of the electrode base material was 220 μm. The microporous part [A] was prepared to have a thickness of 20 μm and the microporous part [B] had a thickness of 30 μm to obtain a gas diffusion layer. When the surface roughness was measured, the microporous part [A] was 5 μm, and the microporous part [B] was 3 μm. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion layer by the method described in <Battery performance evaluation of polymer electrolyte fuel cell>, the plugging resistance was good. The output voltage is 0.33 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 91 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Both flooding and dry-up resistance were good.

(実施例4)
実施例4は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の作製>に記載したのと同様の方法で、マイクロポーラス部[A]の厚さが2μm、マイクロポーラス部[B]の厚さが30μmになるように作製し、ガス拡散層を得た。表面粗さを測定したところマイクロポーラス部[A]は20μm、マイクロポーラス部[B]は3μmであった。<固体高分子型燃料電池の電池性能評価>に記載した方法で、このガス拡散層の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は良好であった。出力電圧が0.36V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm)、限界温度91℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm)であり、耐フラッディング性は極めて良好であり、耐ドライアップ性も良好であった。
Example 4
Example 4 is the same method as described in <Preparation of electrode base material> and <Preparation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>, and the thickness of microporous portion [A] is 2 μm. The microporous part [B] was prepared to have a thickness of 30 μm to obtain a gas diffusion layer. When the surface roughness was measured, the microporous part [A] was 20 μm, and the microporous part [B] was 3 μm. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion layer by the method described in <Battery performance evaluation of polymer electrolyte fuel cell>, the plugging resistance was good. The output voltage is 0.36 V (operating temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 91 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), The flooding property was extremely good, and the dry-up resistance was also good.

(実施例5)
実施例5は電極基材の厚みを100μmとした他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の作製>に記載したのと同様の方法で、マイクロポーラス部[A]の厚さが15μm、マイクロポーラス部[B]の厚さが30μmになるように作製し、ガス拡散層を得た。表面粗さを測定したところマイクロポーラス部[A]は5μm、マイクロポーラス部[B]は3μmであった。<固体高分子型燃料電池の電池性能評価>に記載した方法で、このガス拡散層の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧0.37V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm)、限界温度91℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm)であり、耐フラッディング性は極めて良好であり、耐ドライアップ性も良好であった。
(Example 5)
Example 5 is the same method as described in <Preparation of electrode base material> and <Preparation of microporous part [A] and microporous part [B]> except that the thickness of the electrode base material was 100 μm. The microporous part [A] was made to have a thickness of 15 μm and the microporous part [B] was made to have a thickness of 30 μm to obtain a gas diffusion layer. When the surface roughness was measured, the microporous part [A] was 5 μm, and the microporous part [B] was 3 μm. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion layer by the method described in <Battery Performance Evaluation of Solid Polymer Fuel Cell>, the plugging resistance was extremely good. Output voltage is 0.37V (operating temperature 65 ° C, humidification temperature 70 ° C, current density 2.2A / cm 2 ), limit temperature 91 ° C (humidification temperature 70 ° C, current density 1.2A / cm 2 ), anti-flooding The properties were extremely good and the dry-up resistance was also good.

(実施例6)
実施例6は電極基材の厚みを100μmとし、カーボン塗液[B]のカーボンブラックを鱗片状黒鉛(平均粒子径5μm)20質量部に対しアセチレンブラック80質量部の割合の混合物に変えた他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の作製>に記載したのと同様の方法で、マイクロポーラス部[A]の厚さが15μm、マイクロポーラス部[B]の厚さが30μmになるように作製し、ガス拡散層を得た。表面粗さを測定したところマイクロポーラス部[A]は5μm、マイクロポーラス部[B]は5μmであった。<固体高分子型燃料電池の電池性能評価>に記載した方法で、このガス拡散層の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は良好であった。出力電圧0.34V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm)、限界温度92℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm)であり、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。
(Example 6)
In Example 6, the thickness of the electrode substrate was set to 100 μm, and the carbon black of the carbon coating solution [B] was changed to a mixture having a ratio of 80 parts by mass of acetylene black to 20 parts by mass of flake graphite (average particle diameter: 5 μm). Is the same method as described in <Preparation of electrode substrate> and <Preparation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>, and the thickness of microporous portion [A] is 15 μm. The part [B] was made to have a thickness of 30 μm to obtain a gas diffusion layer. When the surface roughness was measured, the microporous part [A] was 5 μm, and the microporous part [B] was 5 μm. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion layer by the method described in <Battery performance evaluation of polymer electrolyte fuel cell>, the plugging resistance was good. Output voltage 0.34V (operating temperature 65 ° C, humidification temperature 70 ° C, current density 2.2A / cm 2 ), limit temperature 92 ° C (humidification temperature 70 ° C, current density 1.2A / cm 2 ), anti-flooding resistance Both resistance and dry-up resistance were good.

(実施例7)
実施例7は電極基材の厚みを100μmとした他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の作製>に記載したのと同様の方法で、マイクロポーラス部[A]の厚さが0.5μm、マイクロポーラス部[B]の厚さが30μmになるように作製し、ガス拡散層を得た。表面粗さを測定したところマイクロポーラス部[A]は25μm、マイクロポーラス部[B]は3μmであった。<固体高分子型燃料電池の電池性能評価>に記載した方法で、このガス拡散層の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は良好であった。出力電圧0.38V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm)、限界温度90℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm)であり、耐フラッディング性は極めて良好であり、耐ドライアップ性も良好であった。
(Example 7)
Example 7 is the same method as described in <Preparation of Electrode Base> and <Preparation of Microporous Part [A] and Microporous Part [B]> except that the thickness of the electrode base is 100 μm. The microporous part [A] was prepared to have a thickness of 0.5 μm and the microporous part [B] had a thickness of 30 μm to obtain a gas diffusion layer. When the surface roughness was measured, the microporous part [A] was 25 μm, and the microporous part [B] was 3 μm. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion layer by the method described in <Battery performance evaluation of polymer electrolyte fuel cell>, the plugging resistance was good. Output voltage 0.38V (operating temperature 65 ° C, humidification temperature 70 ° C, current density 2.2A / cm 2 ), limit temperature 90 ° C (humidification temperature 70 ° C, current density 1.2A / cm 2 ), anti-flooding The properties were extremely good and the dry-up resistance was also good.

(実施例8)
実施例8は電極基材の厚みを100μmとした他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の作製>に記載したのと同様の方法で、マイクロポーラス部[A]の厚さが30μm、マイクロポーラス部[B]の厚さが30μmになるように作製し、ガス拡散層を得た。表面粗さを測定したところマイクロポーラス部[A]は4μm、マイクロポーラス部[B]は3μmであった。<固体高分子型燃料電池の電池性能評価>に記載した方法で、このガス拡散層の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧0.36V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm)、限界温度91℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm)であり、耐フラッディング性は極めて良好であり、耐ドライアップ性も良好であった。
(Example 8)
Example 8 is the same method as described in <Preparation of electrode base material> and <Preparation of microporous part [A] and microporous part [B]> except that the thickness of the electrode base material was 100 μm. The microporous part [A] was prepared to have a thickness of 30 μm and the microporous part [B] had a thickness of 30 μm to obtain a gas diffusion layer. When the surface roughness was measured, the microporous part [A] was 4 μm, and the microporous part [B] was 3 μm. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion layer by the method described in <Battery Performance Evaluation of Solid Polymer Fuel Cell>, the plugging resistance was extremely good. Output voltage 0.36V (operating temperature 65 ° C, humidification temperature 70 ° C, current density 2.2A / cm 2 ), limit temperature 91 ° C (humidification temperature 70 ° C, current density 1.2A / cm 2 ), anti-flooding The properties were extremely good and the dry-up resistance was also good.

(実施例9)
実施例9は電極基材の厚みを100μmとした他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の作製>に記載したのと同様の方法で、マイクロポーラス部[A]の厚さが30μm、マイクロポーラス部[B]の厚さが15μmになるように作製し、ガス拡散層を得た。表面粗さを測定したところマイクロポーラス部[A]は4μm、マイクロポーラス部[B]は4μmであった。<固体高分子型燃料電池の電池性能評価>に記載した方法で、このガス拡散層の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は良好であった。出力電圧0.34V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm)、限界温度90℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm)であり、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。
Example 9
Example 9 is the same method as described in <Preparation of electrode base material> and <Preparation of microporous part [A] and microporous part [B]> except that the thickness of the electrode base material was 100 μm. The microporous part [A] was prepared to have a thickness of 30 μm and the microporous part [B] had a thickness of 15 μm to obtain a gas diffusion layer. When the surface roughness was measured, the microporous part [A] was 4 μm, and the microporous part [B] was 4 μm. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion layer by the method described in <Battery performance evaluation of polymer electrolyte fuel cell>, the plugging resistance was good. Output voltage 0.34V (operating temperature 65 ° C, humidification temperature 70 ° C, current density 2.2A / cm 2 ), limit temperature 90 ° C (humidification temperature 70 ° C, current density 1.2A / cm 2 ), anti-flooding resistance Both resistance and dry-up resistance were good.

(実施例10)
実施例10は電極基材の厚みを100μmとした他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の作製>に記載したのと同様の方法で、マイクロポーラス部[A]の厚さが10μm、マイクロポーラス部[B]の厚さが30μmになるように作製し、ガス拡散層を得た。表面粗さを測定したところマイクロポーラス部[A]は6μm、マイクロポーラス部[B]は3μmであった。<固体高分子型燃料電池の電池性能評価>に記載した方法で、このガス拡散層の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧0.38V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm)、限界温度91℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm)であり、耐フラッディング性は極めて良好であり、耐ドライアップ性も良好であった。
(Example 10)
Example 10 is the same method as described in <Preparation of electrode base material> and <Preparation of microporous part [A] and microporous part [B]> except that the thickness of the electrode base material was 100 μm. The microporous part [A] was made to have a thickness of 10 μm and the microporous part [B] was made to have a thickness of 30 μm to obtain a gas diffusion layer. When the surface roughness was measured, the microporous part [A] was 6 μm, and the microporous part [B] was 3 μm. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion layer by the method described in <Battery Performance Evaluation of Solid Polymer Fuel Cell>, the plugging resistance was extremely good. Output voltage 0.38V (operating temperature 65 ° C, humidification temperature 70 ° C, current density 2.2A / cm 2 ), limit temperature 91 ° C (humidification temperature 70 ° C, current density 1.2A / cm 2 ), anti-flooding The properties were extremely good and the dry-up resistance was also good.

実施例での評価結果などを表1、表2にまとめて示す。   Tables 1 and 2 collectively show the evaluation results in the examples.

Figure 2013152927
Figure 2013152927

Figure 2013152927
Figure 2013152927

(比較例1)
比較例1は電極基材の厚みを220μmとし、マイクロポーラス部[A]を設けなかった他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の作製>に記載したのと同様の方法で、マイクロポーラス部[B]の厚さが30μmになるように作製し、ガス拡散層を得た。表面粗さを測定したところマイクロポーラス部[B]は3μmであった。<固体高分子型燃料電池の電池性能評価>に記載した方法で、このガス拡散層の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性が低かった。これはセパレータ側のガス拡散層の表面が粗いため、流路で液水が滞留しにくくなることが原因である。出力電圧は0.35V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm)、限界温度88℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm)であり、耐フラッディング性は良好であったが、耐ドライアップ性は低かった。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the thickness of the electrode base material was 220 μm, and the microporous part [A] was not provided. <Preparation of electrode base material> and <Preparation of microporous part [A] and microporous part [B]> The microporous part [B] was made to have a thickness of 30 μm by the same method as described in 1 to obtain a gas diffusion layer. When the surface roughness was measured, the microporous portion [B] was 3 μm. As a result of evaluating the power generation performance of the gas diffusion layer by the method described in <Battery performance evaluation of polymer electrolyte fuel cell>, the plugging resistance was low. This is because the surface of the gas diffusion layer on the separator side is rough, so that liquid water is less likely to stay in the flow path. The output voltage is 0.35 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 88 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Although the flooding property was good, the dry-up resistance was low.

(比較例2)
比較例2は電極基材の厚みを220μmとし、マイクロポーラス部[A]を設けず、カーボン塗液[B]のカーボンブラックを気相成長炭素繊維に変えた他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の作製>に記載したのと同様の方法で、マイクロポーラス部[B]の厚さが30μmになるように作製し、ガス拡散層を得た。表面粗さを測定したところマイクロポーラス部[B]は3μmであった。<固体高分子型燃料電池の電池性能評価>に記載した方法で、このガス拡散層の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性が低かった。これはセパレータ側のガス拡散層の表面が粗いため、流路で液水が滞留しにくくなることが原因である。出力電圧は0.34V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm)、限界温度86℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm)であり、耐フラッディング性は良好であったが、耐ドライアップ性は低かった。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, the thickness of the electrode substrate was 220 μm, the microporous portion [A] was not provided, and the carbon black of the carbon coating solution [B] was changed to vapor-grown carbon fiber. And <Manufacture of microporous part [A] and microporous part [B]>, the microporous part [B] is prepared to have a thickness of 30 μm, and a gas diffusion layer is formed. Obtained. When the surface roughness was measured, the microporous portion [B] was 3 μm. As a result of evaluating the power generation performance of the gas diffusion layer by the method described in <Battery performance evaluation of polymer electrolyte fuel cell>, the plugging resistance was low. This is because the surface of the gas diffusion layer on the separator side is rough, so that liquid water is less likely to stay in the flow path. The output voltage is 0.34 V (operating temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 86 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Although the flooding property was good, the dry-up resistance was low.

(比較例3)
比較例3は電極基材の厚みを220μmとし、カーボン塗液[A]の気相成長炭素繊維をアセチレンブラック(電気化学工業(株)製“デンカブラック”(登録商標)、平均一次粒子径35nm )に変えた他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載したのと同様の方法で、マイクロポーラス部[A]の厚さが20μm、マイクロポーラス部[B]の厚さが30μmになるように作製し、ガス拡散層を得た。表面粗さを測定したところマイクロポーラス部[A]は5μm、マイクロポーラス部[B]は3μmであった。<固体高分子型燃料電池の電池性能評価>に記載した方法で、このガス拡散層の発電性能評価をした結果、出力電圧が取り出せず(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm)、限界温度89℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm)であり、耐フラッディング性と耐ドライアップ性が共に低下した。耐フラッディング性が低いのは電極基材のセパレータ側にあるマイクロポーラス部[A]の気孔率が低いため、液水の排水が阻害されたためであり、耐ドライアップ性が低いのは両面に気孔率の低いマイクロポーラス部を有するためガス供給がされにくく基本性能が低いためである。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, the electrode substrate had a thickness of 220 μm, and the vapor-grown carbon fiber of the carbon coating solution [A] was acetylene black (“DENKA BLACK” (registered trademark) manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), with an average primary particle size of 35 nm. The thickness of the microporous portion [A] is the same as described in <Production of electrode base material> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. Was produced so that the thickness of the microporous part [B] was 30 μm, and a gas diffusion layer was obtained. When the surface roughness was measured, the microporous part [A] was 5 μm, and the microporous part [B] was 3 μm. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion layer by the method described in <Battery performance evaluation of polymer electrolyte fuel cell>, the output voltage could not be taken out (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2. 2A / cm 2 ), limit temperature 89 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), and both flooding resistance and dry-up resistance were reduced. The low flooding resistance is due to the low porosity of the microporous part [A] on the separator side of the electrode substrate, which impedes drainage of liquid water, and the low dry-up resistance is the porosity on both sides. This is because the basic performance is low because it is difficult to supply gas because it has a microporous portion with a low rate.

(比較例4)
比較例4は電極基材の厚みを220μmとし、カーボン塗液[B]のアセチレンブラックを気相成長炭素繊維(昭和電工(株)製“VGCF”(登録商標)、平均直径0.15μm、平均繊維長8μm)に変えた他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の作製>に記載したのと同様の方法で、マイクロポーラス部[A]の厚さが20μm、マイクロポーラス部[B]の厚さが30μmになるように作製し、ガス拡散層を得た。表面粗さを測定したところマイクロポーラス部[A]は5μm、マイクロポーラス部[B]は3μmであった。<固体高分子型燃料電池の電池性能評価>に記載した方法で、このガス拡散層の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は良好であった。出力電圧は0.30V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm)、限界温度87℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm)であり、耐フラッディング性と耐ドライアップ性が共に低下した。耐フラッディング性が低いのは触媒層側のマイクロポーラス部[B]の気孔率が高く、逆拡散が弱いためカソード側への液水流入量が多くなったためであり、耐ドライアップ性が低下したのは逆拡散が弱いため電解質膜が乾燥しやすくなったためである。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, the thickness of the electrode substrate was 220 μm, and acetylene black of the carbon coating solution [B] was vapor-grown carbon fiber (“VGCF” (registered trademark) manufactured by Showa Denko KK, average diameter 0.15 μm, average The microporous part [A] is the same as described in <Preparation of electrode substrate> and <Preparation of microporous part [A] and microporous part [B]> except that the fiber length is changed to 8 μm). Was prepared so that the thickness of the microporous part [B] was 30 μm, and a gas diffusion layer was obtained. When the surface roughness was measured, the microporous part [A] was 5 μm, and the microporous part [B] was 3 μm. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion layer by the method described in <Battery performance evaluation of polymer electrolyte fuel cell>, the plugging resistance was good. The output voltage is 0.30 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 87 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Both flooding and dry-up resistance decreased. The low flooding resistance is due to the high porosity of the microporous part [B] on the catalyst layer side and the weak back diffusion, resulting in an increase in the amount of liquid water flowing into the cathode, resulting in a decrease in dry-up resistance. This is because the back diffusion is weak and the electrolyte membrane is easy to dry.

(比較例5)
比較例5は電極基材の厚みを220μmとし、カーボン塗液[A]の気相成長炭素繊維をミルド炭素繊維(東レ(株)製 MLD‐30、平均繊維径7μm、平均繊維長30μm)に変えた他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の作製>に記載したのと同様の方法で、マイクロポーラス部[A]の厚さが20μm、マイクロポーラス部[B]の厚さが30μmになるように作製し、ガス拡散層を得た。表面粗さを測定したところマイクロポーラス部[A]は5μm、マイクロポーラス部[B]は3μmであった。<固体高分子型燃料電池の電池性能評価>に記載した方法で、このガス拡散層の発電性能評価をした結果、出力電圧が取り出せず(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm)、限界温度88℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm)であり、耐フラッディング性と耐ドライアップ性が共に低下した。
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, the thickness of the electrode substrate is 220 μm, and the vapor-grown carbon fiber of the carbon coating liquid [A] is milled carbon fiber (MLD-30 manufactured by Toray Industries, Inc., average fiber diameter 7 μm, average fiber length 30 μm). Other than the change, the thickness of the microporous part [A] is 20 μm in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Preparation of microporous part [A] and microporous part [B]>. The microporous part [B] was prepared to have a thickness of 30 μm to obtain a gas diffusion layer. When the surface roughness was measured, the microporous part [A] was 5 μm, and the microporous part [B] was 3 μm. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion layer by the method described in <Battery performance evaluation of polymer electrolyte fuel cell>, the output voltage could not be taken out (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2. 2A / cm 2 ) and a limiting temperature of 88 ° C. (humidification temperature of 70 ° C., current density of 1.2 A / cm 2 ), both the flooding resistance and the dry-up resistance were lowered.

比較例での評価結果などを表3にまとめて示す。   Table 3 summarizes the evaluation results of the comparative examples.

Figure 2013152927
Figure 2013152927

Claims (9)

マイクロポーラス部[A]、電極基材、マイクロポーラス部[B]が、この順番で隣接して配置されてなり、マイクロポーラス部[A]を構成する炭素質粉末が平均直径1〜1000nmのカーボンナノファイバーを含み、マイクロポーラス部[B]を構成する炭素質粉末が粒子径3〜500nmの粒状炭素を含む燃料電池ガス拡散層。 The microporous part [A], the electrode substrate, and the microporous part [B] are arranged adjacent to each other in this order, and the carbonaceous powder constituting the microporous part [A] is carbon having an average diameter of 1 to 1000 nm. A fuel cell gas diffusion layer containing nanofibers, wherein the carbonaceous powder constituting the microporous part [B] contains granular carbon having a particle diameter of 3 to 500 nm. 前記粒状炭素がカーボンブラックである請求項1に記載の燃料電池用ガス拡散層。 The gas diffusion layer for a fuel cell according to claim 1, wherein the granular carbon is carbon black. マイクロポーラス部[A]の気孔率が70〜90%であり、マイクロポーラス部[B]の気孔率が30〜70%である請求項1または2に記載の燃料電池用ガス拡散層。 The gas diffusion layer for a fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the microporous portion [A] has a porosity of 70 to 90%, and the microporous portion [B] has a porosity of 30 to 70%. マイクロポーラス部[A]の厚さが1μm以上20μm以下である請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散層。 The gas diffusion layer for a fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the thickness of the microporous portion [A] is 1 µm or more and 20 µm or less. 両表面が共に算術平均表面粗さ0.1〜15μmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散層。 The gas diffusion layer for a fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein both surfaces have an arithmetic average surface roughness of 0.1 to 15 µm. 電極基材の厚さが60〜200μmであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散層。 6. The fuel cell gas diffusion layer according to claim 1, wherein the electrode substrate has a thickness of 60 to 200 [mu] m. 電解質膜の両側に触媒層を有し、さらに前記触媒層の外側に請求項1〜6のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散層を有する膜電極接合体。 The membrane electrode assembly which has a catalyst layer on both sides of electrolyte membrane, and also has the gas diffusion layer for fuel cells in any one of Claims 1-6 outside the said catalyst layer. 触媒層側にマイクロポーラス部[B]を配置することを特徴とする請求項7に記載の膜電極接合体。 The membrane electrode assembly according to claim 7, wherein the microporous portion [B] is disposed on the catalyst layer side. 請求項8に記載の膜電極接合体の両側にセパレータを有する燃料電池。 The fuel cell which has a separator on both sides of the membrane electrode assembly of Claim 8.
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