JP2013178980A - 燃料電池、燃料電池用ガス拡散層、および、これらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池100は、膜電極接合体10と、膜電極接合体10との接合面に、微細多孔質層24が形成されたガス拡散層20と、を備える。微細多孔質層24は、導電性微粒子(カーボンブラック24a)と、フッ素樹脂(PTFE)からなる微粒子と、水溶性および300(℃)以上の耐熱温度を有する接着剤24bと、を含む。
【選択図】図1
Description
燃料電池であって、
電解質膜の両面に電極を接合してなる膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の表面に接合されたガス拡散層であって、前記膜電極接合体との接合面に、微細多孔質層が形成されたガス拡散層と、
を備え、
前記微細多孔質層は、導電性微粒子と、水溶性および300(℃)以上の耐熱温度を有する接着剤と、を含む、
燃料電池。
適用例1記載の燃料電池であって、
前記接着剤は、セラミック系接着剤である、
燃料電池。
適用例1または2記載の燃料電池であって、
前記微細多孔質層は、さらに、フッ素樹脂からなる微粒子を含み、
前記微細多孔質層における前記接着剤の混合比率は、前記フッ素樹脂からなる微粒子の混合比率以下である、
燃料電池。
燃料電池用ガス拡散層であって、
前記燃料電池用ガス拡散層の基材と、
前記基材の表面に形成された微細多孔質層であって、導電性微粒子と、水溶性および300(℃)以上の耐熱温度を有する接着剤と、を含む微細多孔質層と、
を備える燃料電池用ガス拡散層。
適用例4記載の燃料電池用ガス拡散層であって、
前記接着剤は、セラミック系接着剤である、
燃料電池用ガス拡散層。
適用例4または5記載の燃料電池用ガス拡散層であって、
前記微細多孔質層は、さらに、フッ素樹脂からなる微粒子を含み、
前記微細多孔質層における前記接着剤の混合比率は、前記フッ素樹脂からなる微粒子の混合比率以下である、
燃料電池用ガス拡散層。
燃料電池の製造方法であって、
導電性微粒子と、増粘剤と、水溶性および300(℃)以上の耐熱温度を有する接着剤と、を含むペーストを用意する工程と、
前記燃料電池用ガス拡散層の基材の表面に、前記ペーストを塗布する工程と、
前記塗布された前記ペーストを、300(℃)以上の温度で焼成することによって、前記基材の表面に微細多孔質層を形成する工程と、
前記微細多孔質層と、電解質膜の両面に電極を接合してなる膜電極接合体とをホットプレス接合する工程と、
を備える燃料電池の製造方法。
燃料電池用ガス拡散層の製造方法であって、
導電性微粒子と、増粘剤と、水溶性および300(℃)以上の耐熱温度を有する接着剤と、を含むペーストを用意する工程と、
前記燃料電池用ガス拡散層の基材の表面に、前記ペーストを塗布する工程と、
前記塗布された前記ペーストを、300(℃)以上の温度で焼成することによって、前記基材の表面に微細多孔質層を形成する工程と、
を備える燃料電池用ガス拡散層の製造方法。
A.燃料電池の構成:
図1は、本発明の一実施例としての燃料電池100の概略構成を示す説明図である。図1(a)に、燃料電池100の断面構造を模式的に示した。また、図1(b)に、微細多孔質層24の構造を模式的に示した。
図2は、燃料電池100の製造工程を示す説明図である。まず、微細多孔質層24(MPL;Micro Porous Layer)を形成するためのペースト(以下、MPLペーストと言う)を用意する(ステップS100)。MPLペーストは、カーボンブラック24aと、PTFEディスパージョン(PTFEの微粒子を分散させた分散液)と、増粘剤と、接着剤24bと、純水とを混合することによって、調製されている。本実施例では、PTFEディスパージョンとして、三井デュポン・フロロケミカル社製の「31J」を用いるものとした。また、接着剤24bとして、「Resbond919」の溶媒(水)を蒸発させて固形成分のみとし、これを、カーボンブラック24aの平均粒径の1/5〜1/10の粒径となるように解砕して用いた。増粘剤としては、例えば、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)ラテックス、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)水分散体、ポリオレフィン類、ポリイミド、PTFE粉、フッ素ゴム、熱硬化性樹脂、ポリウレタン、ポロエチレンオキシド(PEO)、ポリアニリン(PAN),ポリビニリデンフロライド(PVdF)、フッ化プロピレン(HFP)、ポリビニルエーテル/メタクリル酸メチル(PVE/MMA)、カゼイン、でんぷん、アルギン酸アンモニウム、ポリビニルアルコール(PVA)、および、ポリアクリル酸アンモニウム等を用いることができる。
図3は、実施例の燃料電池100の効果を説明するための説明図である。MPLペーストにおける接着剤24bの添加量、および、MPLペーストの焼成温度を変化させて製造した燃料電池(実施例1〜12、比較例1〜3)における膜電極接合体10とガス拡散層20との接着強度についての90度剥離試験の試験結果を示した。この90度剥離試験とは、膜電極接合体10とガス拡散層20との角度が常に90度に保たれた状態で剥離する剥離試験である。
冷却水温度:60(℃)
負荷電流密度:0.8(A/cm2)で一定
エアストイキ比:1.5
水素ストイキ比:1.2
保持時間:8時間
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
上記実施例では、MPLペーストの焼成温度を、300(℃)、または、310(℃)としたが、本発明は、これに限られない。MPLペーストの焼成温度は、300(℃)以上の温度であって、ガス拡散層基材22、および、微細多孔質層24が熱によって変質しない範囲内の温度であればよい。例えば、上記実施例では、微細多孔質層24、MPLペーストに、フッ素樹脂としてのPTFEが含まれるので、MPLペーストの焼成温度は、PTFEの融点である327(℃)未満に設定される。
上記実施例では、微細多孔質層24、MPLペーストは、フッ素樹脂(PTFE)からなる微粒子を含むのもとしたが、本発明は、これに限られない。微細多孔質層24、MPLペーストが、フッ素樹脂からなる微粒子を含まないものとしてもよい。
上記実施例では、燃料電池100は、膜電極接合体10の両面にガス拡散層20が接合されるものとしたが、本発明は、これに限られない。膜電極接合体10の一方の表面にガス拡散層20が接合されるものとしてもよい。
10…膜電極接合体
12…電解質膜
14…触媒層
20…ガス拡散層
22…ガス拡散層基材
24…微細多孔質層
24a…カーボンブラック
24b…接着剤
Claims (8)
- 燃料電池であって、
電解質膜の両面に電極を接合してなる膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の表面に接合されたガス拡散層であって、前記膜電極接合体との接合面に、微細多孔質層が形成されたガス拡散層と、
を備え、
前記微細多孔質層は、導電性微粒子と、水溶性および300(℃)以上の耐熱温度を有する接着剤と、を含む、
燃料電池。 - 請求項1記載の燃料電池であって、
前記接着剤は、セラミック系接着剤である、
燃料電池。 - 請求項1または2記載の燃料電池であって、
前記微細多孔質層は、さらに、フッ素樹脂からなる微粒子を含み、
前記微細多孔質層における前記接着剤の混合比率は、前記フッ素樹脂からなる微粒子の混合比率以下である、
燃料電池。 - 燃料電池用ガス拡散層であって、
前記燃料電池用ガス拡散層の基材と、
前記基材の表面に形成された微細多孔質層であって、導電性微粒子と、水溶性および300(℃)以上の耐熱温度を有する接着剤と、を含む微細多孔質層と、
を備える燃料電池用ガス拡散層。 - 請求項4記載の燃料電池用ガス拡散層であって、
前記接着剤は、セラミック系接着剤である、
燃料電池用ガス拡散層。 - 請求項4または5記載の燃料電池用ガス拡散層であって、
前記微細多孔質層は、さらに、フッ素樹脂からなる微粒子を含み、
前記微細多孔質層における前記接着剤の混合比率は、前記フッ素樹脂からなる微粒子の混合比率以下である、
燃料電池用ガス拡散層。 - 燃料電池の製造方法であって、
導電性微粒子と、増粘剤と、水溶性および300(℃)以上の耐熱温度を有する接着剤と、を含むペーストを用意する工程と、
前記燃料電池用ガス拡散層の基材の表面に、前記ペーストを塗布する工程と、
前記塗布された前記ペーストを、300(℃)以上の温度で焼成することによって、前記基材の表面に微細多孔質層を形成する工程と、
前記微細多孔質層と、電解質膜の両面に電極を接合してなる膜電極接合体とをホットプレス接合する工程と、
を備える燃料電池の製造方法。 - 燃料電池用ガス拡散層の製造方法であって、
導電性微粒子と、増粘剤と、水溶性および300(℃)以上の耐熱温度を有する接着剤と、を含むペーストを用意する工程と、
前記燃料電池用ガス拡散層の基材の表面に、前記ペーストを塗布する工程と、
前記塗布された前記ペーストを、300(℃)以上の温度で焼成することによって、前記基材の表面に微細多孔質層を形成する工程と、
を備える燃料電池用ガス拡散層の製造方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2018508930A (ja) * | 2014-12-24 | 2018-03-29 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 電気化学的装置内の多孔質接着剤ネットワーク |
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