JP2015159058A - Gas diffusion electrode base material and fuel cell using the same - Google Patents

Gas diffusion electrode base material and fuel cell using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2015159058A
JP2015159058A JP2014033704A JP2014033704A JP2015159058A JP 2015159058 A JP2015159058 A JP 2015159058A JP 2014033704 A JP2014033704 A JP 2014033704A JP 2014033704 A JP2014033704 A JP 2014033704A JP 2015159058 A JP2015159058 A JP 2015159058A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon
base material
carbon fiber
gas diffusion
electrode base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014033704A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6539944B2 (en
Inventor
堀口 智之
Tomoyuki Horiguchi
智之 堀口
健太郎 梶原
Kentaro Kajiwara
健太郎 梶原
悟 下山
Satoru Shimoyama
悟 下山
釜江 俊也
Toshiya Kamae
俊也 釜江
橋本 勝
Masaru Hashimoto
勝 橋本
将道 宇都宮
Masamichi Utsunomiya
将道 宇都宮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2014033704A priority Critical patent/JP6539944B2/en
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Priority to KR1020167013207A priority patent/KR102043726B1/en
Priority to CA2927098A priority patent/CA2927098C/en
Priority to PCT/JP2014/082724 priority patent/WO2015098530A1/en
Priority to EP14874369.3A priority patent/EP3088582B1/en
Priority to US15/107,986 priority patent/US10305117B2/en
Priority to CN201480069248.1A priority patent/CN105829593B/en
Priority to TW103144699A priority patent/TWI641180B/en
Publication of JP2015159058A publication Critical patent/JP2015159058A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6539944B2 publication Critical patent/JP6539944B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas diffusion electrode base material for a fuel cell, excellent in conductivity and thermal conductivity and also capable of achieving both suppression of flooding due to drainage from a gas diffusion electrode, etc. and suppression of dry up by moisture retention of an ionomer of an electrolyte membrane and a catalyst layer, etc. at a high level.SOLUTION: In a gas diffusion electrode base material including a microporous layer disposed on one surface of an electrode base material, the electrode base material has a recessed part that does not penetrate to a surface of the electrode material where the microporous layer is not disposed, or a cavity at the inside thereof, and the microporous layer includes linear carbon.

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電極基材およびそれを用いた燃料電池に関する。   The present invention relates to a gas diffusion electrode substrate suitably used for a fuel cell, particularly a polymer electrolyte fuel cell, and a fuel cell using the same.

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、ガス拡散電極基材、触媒層、電解質膜、触媒層、ガス拡散電極基材、セパレータを順に積層して構成される。ガス拡散電極基材にはセパレータから供給されるガスを触媒層へと拡散するための高い面内方向のガス拡散性と高い面直方向のガス拡散性、電気化学反応に伴って生成する液水(以下、生成水という)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電極基材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 An electrode base material, a catalyst layer, an electrolyte membrane, a catalyst layer, a gas diffusion electrode base material, and a separator are laminated in order. The gas diffusion electrode base material has high in-plane direction gas diffusivity and high in-plane direction gas diffusivity for diffusing the gas supplied from the separator to the catalyst layer, and liquid water generated with electrochemical reaction High drainage for discharging (hereinafter referred to as generated water) to the separator and high conductivity for taking out the generated current are required, and electrode substrates made of carbon fiber or the like are widely used.

固体高分子形燃料電池においては、生成水が触媒層やガス拡散電極基材の空隙を塞ぐことで、水素や空気の輸送を妨げる、いわゆるフラッディングが発生し、高い発電効率を得られない場合がある。一方、電解質膜や触媒層のアイオノマーへの加湿が十分でなく乾燥が進むことで、いわゆるドライアップが生じた場合にも、やはり高い発電効率が得られない。これらの課題に対し、ガス拡散電極基材にフッ素樹脂等で撥水処理する方法や、ガス拡散電極にフッ素樹脂と導電粒子からなる微小孔層を形成する方法、等によって水の排出改善が試みられているが、その効果は十分でなく更なる改善が求められている。   In polymer electrolyte fuel cells, the generated water blocks the catalyst layer and gas diffusion electrode base material, so that hydrogen or air transport is prevented, so-called flooding occurs, and high power generation efficiency may not be obtained. is there. On the other hand, when the so-called dry-up occurs because the electrolyte membrane or the catalyst layer is not sufficiently humidified and the drying proceeds, high power generation efficiency cannot be obtained. In response to these problems, attempts have been made to improve water discharge by methods such as a method of water-repellent treatment with a fluororesin on the gas diffusion electrode substrate, a method of forming a microporous layer made of fluororesin and conductive particles on the gas diffusion electrode, etc. However, the effect is not sufficient and further improvement is required.

例えば、特許文献1および2には、チャネル側に開口を有する孔を形成したカーボンペーパーをガス拡散電極基材とすることで、孔を通じて生成水をスムーズに排出できる技術が開示されている。   For example, Patent Documents 1 and 2 disclose a technique that can smoothly discharge generated water through a hole by using carbon paper having a hole having an opening on the channel side as a gas diffusion electrode base material.

特許文献2および3には、電極基材にレーザー加工によって厚みの20〜80%の深さの非貫通孔を形成することで、生成水の排水と電解質膜や触媒層のアイオノマーの保湿性を両立させる技術が開示されている。   In Patent Documents 2 and 3, the electrode substrate is formed with a non-through hole having a depth of 20 to 80% of the thickness by laser processing, so that the water content of the generated water and the ionomer of the electrolyte membrane and the catalyst layer are moisturized. A technique for achieving both is disclosed.

また、特許文献4には、フラッディング等の抑制という記載はないものの、ガス拡散性を向上させるという観点から、平面方向に連続する50μm以上の空孔を有する電極基材が開示されている。   Further, Patent Document 4 discloses an electrode base material having pores of 50 μm or more continuous in the planar direction from the viewpoint of improving gas diffusibility, although there is no description of suppression of flooding and the like.

一方、特許文献5には、電極基材の触媒層側にカーボンブラックおよび撥水性樹脂からなるマイクロポーラス層を形成したガス拡散電極基材が提案されている。このガス拡散電極基材を用いた燃料電池によれば、マイクロポーラス層が撥水性を有するため、液水のカソード側への排出が抑えられ、フラッディングが抑制される傾向にある。また、生成水が電解質膜側に押し戻される(以下、逆拡散と記載)ため、電解質膜が湿潤しドライアップも抑制される傾向にある。   On the other hand, Patent Document 5 proposes a gas diffusion electrode base material in which a microporous layer made of carbon black and a water-repellent resin is formed on the catalyst layer side of the electrode base material. According to the fuel cell using this gas diffusion electrode substrate, since the microporous layer has water repellency, discharge of liquid water to the cathode side is suppressed, and flooding tends to be suppressed. Further, since the generated water is pushed back to the electrolyte membrane side (hereinafter referred to as reverse diffusion), the electrolyte membrane tends to be wet and dry-up is also suppressed.

なお、特許文献6には、電極基材の触媒層側にマイクロポーラス層を形成したガス拡散電極基材において、マイクロポーラス層にもガス拡散に好適な空隙を形成させるため、マイクロポーラス層に繊維状炭素を含有させる技術が開示されている。   In Patent Document 6, in a gas diffusion electrode base material in which a microporous layer is formed on the catalyst layer side of the electrode base material, a void suitable for gas diffusion is formed in the microporous layer. Techniques for containing glassy carbon are disclosed.

このように、孔や空隙によって生成水の排出やガスの拡散性を向上させる技術(特許文献1〜4、6)や、生成水を逆拡散させる技術(特許文献5)が知られているものの、期待するフラッディングやドライアップの抑制やガス拡散性向上効果は十分ではなかった。   As described above, there are known techniques (Patent Documents 1 to 4 and 6) for improving the discharge of generated water and gas diffusibility through holes and voids, and a technique for reversely diffusing the generated water (Patent Document 5). The expected flooding and dry-up suppression and gas diffusibility improvement effects were not sufficient.

特開平8−111226号公報JP-A-8-111226 特開2009−211928号公報JP 2009-211928 A 特開2011−96385号公報JP 2011-96385 A 特開2013−206704号公報JP 2013-206704 A 特開2000−123842号公報JP 2000-123842 A 特開2006−120506号公報JP 2006-120506 A

特許文献1には、電極基材の厚み方向に貫通孔を設けることが、好ましい態様として記載されている。これは、フラッディングを抑制する効果があるものの、電解質膜や触媒層のアイオノマーの乾燥等によるドライアップの課題が残る。また、特許文献2〜4に開示されている非貫通孔や空隙形成による技術は、フラッディングを抑制しつつ、ドライアップも貫通孔よりは抑制できる効果を奏する。   Patent Document 1 describes that a through hole is provided in the thickness direction of the electrode base material as a preferable aspect. Although this has the effect of suppressing flooding, the problem of dry-up due to drying of the ionomer of the electrolyte membrane and the catalyst layer remains. Moreover, the technique by non-through-hole and the space | gap formation currently disclosed by patent documents 2-4 has an effect which can control dry up rather than a through-hole, suppressing flooding.

また、フラッディングやドライアップを抑制する手段としては、特許文献5に開示されているマイクロポーラス層を形成させる手段も有効である。   As a means for suppressing flooding and dry-up, a means for forming a microporous layer disclosed in Patent Document 5 is also effective.

本発明者らは、これまでほとんど検討されてこなかった、非貫通孔や空隙が形成された電極基材にマイクロポーラス層を形成させる検討を試みた。この検討により高いフラッディングとドライアップの抑制効果を期待したが、期待する効果を発揮することが困難であることがわかった。本発明は、孔や空隙が形成された電極基材にマイクロポーラス層を形成したガス拡散電極基材であって、高いフラッディングとドライアップの抑制効果を有するガス拡散電極基材を提供することを課題とする。   The inventors of the present invention have tried to investigate the formation of a microporous layer on an electrode base material in which non-through holes and voids are formed, which has hardly been studied so far. This study expected high flooding and dry-up suppression effects, but it was found difficult to achieve the expected effects. The present invention provides a gas diffusion electrode substrate in which a microporous layer is formed on an electrode substrate in which holes and voids are formed, and has a high flooding and dry-up suppression effect. Let it be an issue.

前記課題を達成するための本発明は、電極基材の片面にマイクロポーラス層が配置されてなるガス拡散電極基材であって、前記電極基材は、電極基材のマイクロポーラス層が配置されていない面に非貫通の凹部を有するか、または内部に空隙を有し、かつ前記マイクロポーラス層が線状カーボンを含むガス拡散電極基材である。   In order to achieve the above object, the present invention provides a gas diffusion electrode base material in which a microporous layer is disposed on one side of an electrode base material, and the electrode base material includes a microporous layer of an electrode base material. It is a gas diffusion electrode base material having a non-penetrating recess on a non-penetrating surface or having a void inside and the microporous layer contains linear carbon.

本発明により、導電性や熱伝導性に優れるとともに、ガス拡散電極からの排水等によるフラッディング抑制と電解質膜や触媒層のアイオノマーの保湿等によるドライアップ抑制を高いレベルで両立することで、高加湿、低加湿条件下でも高い発電性能を発揮できる燃料電池用ガス拡散電極基材を提供できる。   According to the present invention, it is excellent in conductivity and thermal conductivity, and at the same time achieves high humidification by achieving high levels of suppression of flooding due to drainage from gas diffusion electrodes, etc. and suppression of dry-up by ionomer moisturization of electrolyte membranes and catalyst layers. It is possible to provide a gas diffusion electrode substrate for fuel cells that can exhibit high power generation performance even under low humidification conditions.

<ガス拡散電極基材>
一般にマイクロポーラス層を設けない電極基材もガス拡散電極基材と呼ばれることが多いが、本発明においては、これらを区別するため、便宜上、マイクロポーラス層を設けない基材を単に「電極基材」と称し、電極基材にマイクロポーラス層を設けたものを「ガス拡散電極基材」と称することとする。
<Gas diffusion electrode substrate>
In general, an electrode base material not provided with a microporous layer is often called a gas diffusion electrode base material. However, in the present invention, for the sake of distinction, for convenience, a base material without a microporous layer is simply referred to as an “electrode base material”. The electrode substrate provided with a microporous layer is referred to as a “gas diffusion electrode substrate”.

〔電極基材〕
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面内方向のガス拡散性、面直方向のガス拡散性、電気化学反応に伴って生成する液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。
[Electrode substrate]
The electrode base material has high in-plane gas diffusivity for diffusing the gas supplied from the separator to the catalyst, gas diffusivity in the direction perpendicular to the surface, and discharges liquid water generated by the electrochemical reaction to the separator. It is necessary to have a high drainage property and high conductivity to take out the generated current.

このため、本発明における電極基材として、炭素繊維織物、炭素繊維不織布、炭素繊維抄紙体(いわゆるカーボンペーパー等)などの炭素繊維を含む多孔体、発砲焼結金属、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く、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い。中でも、コストが安いこと、凹部や空隙の形成が容易であること、等の点で炭素繊維不織布が好ましい。   For this reason, as an electrode base material in the present invention, a carbon fiber woven fabric, a carbon fiber non-woven fabric, a porous body containing carbon fibers such as a carbon fiber paper body (so-called carbon paper), a fired sintered metal, a metal mesh, an expanded metal, etc. It is preferable to use a metal porous body, and it is preferable to use a porous body containing carbon fibers because of excellent corrosion resistance. Among these, a carbon fiber nonwoven fabric is preferable from the viewpoints of low cost, easy formation of recesses and voids, and the like.

本発明における電極基材に用いられる多孔体の基材孔径は、35μm以上であることが好ましく、40μm以上がより好ましく、50μm以上がさらに好ましい。上限は特に限定されないが、100μm以下が好ましく、80μm以下がより好ましい。基材孔径が35μm以上であれば、マイクロポーラス層が配置されていても、ガスの拡散と排水で高い性能が得られる。特に40μm以上でその傾向が顕著になる。また、基材孔径が100μm以下であれば、ドライアウトを防止しやすい利点がある。本発明において基材孔径は、水銀圧入法により測定される値をいう。これは、例えば、PoreMaster(Quantachrome社製)などを用いて測定でき、本発明においては、水銀の表面張力σを480dyn/cm、水銀と炭素繊維不織布との接触角を140°として計算した値を用いる。横軸が孔径(D)、縦軸が容積差(dV)とした時のピークを基材孔径とした。   The substrate pore diameter of the porous body used for the electrode substrate in the present invention is preferably 35 μm or more, more preferably 40 μm or more, and further preferably 50 μm or more. Although an upper limit is not specifically limited, 100 micrometers or less are preferable and 80 micrometers or less are more preferable. When the substrate pore diameter is 35 μm or more, high performance can be obtained by gas diffusion and drainage even if a microporous layer is disposed. In particular, the tendency becomes remarkable at 40 μm or more. Moreover, if the substrate hole diameter is 100 μm or less, there is an advantage that dry-out is easily prevented. In the present invention, the substrate pore diameter is a value measured by a mercury intrusion method. This can be measured using, for example, PoreMaster (manufactured by Quantachrome), etc. In the present invention, the value calculated by assuming that the surface tension σ of mercury is 480 dyn / cm and the contact angle between mercury and the carbon fiber nonwoven fabric is 140 °. Use. The peak when the horizontal axis is the pore diameter (D) and the vertical axis is the volume difference (dV) is the substrate pore diameter.

本発明における電極基材は、マイクロポーラス層が配置されていない面に非貫通の凹部が存在するか、または、電極基材内部に空隙を有するものである。凹部の形状は、表面に分散した穴状のもの、連続した溝状のもの、等を例示することができるが、特に限定されるものではない。表面に分散して形成した穴状非貫通孔であることが好ましい。非貫通とは、電極基材の一方の面に開口部を有し、かつ他面まで達していないことを意味する。非貫通の凹部とすることで、貫通させた場合よりドライアップを抑制することができる。   The electrode substrate in the present invention has a non-penetrating recess on the surface where the microporous layer is not disposed, or has a void inside the electrode substrate. Examples of the shape of the concave portion include a hole shape dispersed on the surface and a continuous groove shape, but are not particularly limited. It is preferable that it is a hole-shaped non-through-hole formed by dispersing on the surface. Non-penetrating means having an opening on one surface of the electrode substrate and not reaching the other surface. By setting it as a non-penetrating recessed part, dry-up can be suppressed more than the case where it penetrates.

非貫通の凹部は、電極基材の基材孔面積よりも大きい開口面積を有することが好ましい。ここで、電極基材の基材孔面積とは、前述した電極基材の基材孔径を直径とする円の面積をいう。本発明でいう凹部の開口面積は、電極基材表面の凹凸の影響を排除するため、電極基材を厚み方向に1MPaで加圧した際の電極基材の厚み(以下、単に「加圧時厚み」ということがある。)と同じ厚みになるまで電極基材の凹部形成面をトリミングしたと仮定した場合の開口面積をいう。加圧時厚みは、2.5cm×2.5cmにカットした電極基材を、表面が3cm以上×3cm以上で厚みが1cm以上の金属板で挟み、電極基材に対して1MPaの圧力を付与して求める。また、凹部の開口面積は、レーザー顕微鏡等で電極基材を観察し、形状解析アプリケーションを用いて加圧時厚みに相当する高さにおける各々の凹部の断面積を計測することで求めることができる。   The non-penetrating recess preferably has an opening area larger than the substrate hole area of the electrode substrate. Here, the base material hole area of an electrode base material means the area of the circle | round | yen which makes the base material hole diameter of the electrode base material mentioned above a diameter. The opening area of the concave portion referred to in the present invention is the thickness of the electrode base material when the electrode base material is pressed at 1 MPa in the thickness direction in order to eliminate the influence of unevenness on the surface of the electrode base material (hereinafter simply referred to as “when pressurized” It may be referred to as “thickness.”) It means an opening area when it is assumed that the recess forming surface of the electrode base material is trimmed until the thickness becomes the same as the thickness. When pressed, the electrode base material cut to 2.5 cm x 2.5 cm is sandwiched between metal plates with a surface of 3 cm or more x 3 cm or more and a thickness of 1 cm or more, and a pressure of 1 MPa is applied to the electrode substrate. And ask. Moreover, the opening area of a recessed part can be calculated | required by observing an electrode base material with a laser microscope etc., and measuring the cross-sectional area of each recessed part in the height equivalent to thickness at the time of pressurization using a shape analysis application. .

凹部の開口面積は、排水性を確保する観点から、1000μm以上であることが好ましく、2000μm以上であることがより好ましい。また、セパレータとの接触面積を確保し、十分な導電性や熱伝導性を持たせる観点から、100mm以下であることが好ましく、1mm以下であることがより好ましい。 The opening area of the recess, in order to ensure the drainage, preferably at 1000 .mu.m 2 or more, and more preferably 2000 .mu.m 2 or more. Moreover, it is preferable that it is 100 mm < 2 > or less from a viewpoint of ensuring a contact area with a separator and giving sufficient electroconductivity and thermal conductivity, and it is more preferable that it is 1 mm < 2 > or less.

凹部が非貫通孔である場合の横断面形状(電極基材表面と平行な面で切ったときの断面形状)としては、例えば円形、楕円形、四角形、三角形、多角形、星型等が挙げられる。   Examples of the cross-sectional shape when the recess is a non-through hole (cross-sectional shape when cut by a plane parallel to the electrode substrate surface) include a circle, an ellipse, a quadrangle, a triangle, a polygon, and a star. It is done.

凹部の縦断面形状(電極基材表面と垂直な面で切ったときの断面形状)も特に限定されず、深さ方向で径が変化しない略長方形であっても、深さ方向で径が変化する略台形、略三角形、略円弧形であってもよい。深くなるにつれて径が小さくなる逆台形または弓形等に構成すると、排水効率を向上できる点で好ましい。孔形成の容易性の点で、このような凹部は、深さ方向の断面が上弦の弓形であることが好ましい。すなわち、凹部が非貫通孔である場合には、略球面状の断面の孔とすることが好ましい。   The vertical cross-sectional shape of the recess (the cross-sectional shape when cut by a plane perpendicular to the electrode substrate surface) is not particularly limited, and the diameter changes in the depth direction even if the diameter does not change in the depth direction. It may be a substantially trapezoidal shape, a substantially triangular shape, or a substantially arc shape. A reverse trapezoidal shape or an arcuate shape whose diameter decreases with increasing depth is preferable in that drainage efficiency can be improved. From the viewpoint of ease of hole formation, it is preferable that such a recess has an arcuate shape with a cross section in the depth direction being a first chord. That is, when the recess is a non-through hole, it is preferably a hole having a substantially spherical cross section.

凹部の深さは特に限定されないが、排水性を確保する観点から、電極基材の加圧時厚みに対して5%以上であることが好ましく、10%以上であることが更に好ましい。また、凹部の深さの絶対値は5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、15μm以上であることが更に好ましい。   The depth of the recess is not particularly limited, but from the viewpoint of ensuring drainage, it is preferably 5% or more, more preferably 10% or more, with respect to the thickness when the electrode substrate is pressed. The absolute value of the depth of the recess is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and further preferably 15 μm or more.

凹部の深さの上限は特に限定されず、電極基材の厚みに応じて適宜設定され得るが、電極基材の強度を確保する観点や、ガス供給の均一性を保つ観点から、電極基材の加圧時厚みに対して80%以下であることが好ましく、50%以下であることがより好ましい。また、電極基材自体の厚みが厚くなると燃料電池が大型化してしまうため、電極基材はその機能を発揮する限りにおいて薄い方が好ましく、一般的には50μm〜500μm程度である。本発明において電極基材の厚みは、300μm以下であることが好ましく、200μm以下であることがより好ましく、140μm以下であることがさらに好ましい。また、60μm以上であることがより好ましく、70μm以上であることがさらに好ましい。電極基材の厚さが50μm以上であると、マイクロポーラス層を配置した場合でも面内方向のガス拡散がより向上し、セパレータのリブ下にある触媒へもガスの供給がより容易にできるため、低温、高温のいずれにおいても発電性能がより向上する。また、電極基材の機械強度がより向上し、電解質膜、触媒層をより好ましく支えることができる。一方、電極基材の厚さが300μm以下であると、排水のパスが短くなるため、排水性がより向上し、フラッディングをより抑制できるとともに、導電のパスが短くなり、導電性がより向上し、高温、低温のいずれにおいても発電性能がより向上する。本願発明のマイクロポーラス層を配置した場合でも高い性能が得られるという効果をより発揮できるという点で、特に200μmであることが好ましい。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。   The upper limit of the depth of the recess is not particularly limited and can be appropriately set according to the thickness of the electrode substrate. From the viewpoint of ensuring the strength of the electrode substrate and maintaining the uniformity of gas supply, the electrode substrate It is preferable that it is 80% or less with respect to the thickness at the time of pressurization, and it is more preferable that it is 50% or less. Further, since the fuel cell becomes large when the thickness of the electrode base material itself is increased, the electrode base material is preferably thin as long as it exhibits its function, and is generally about 50 μm to 500 μm. In the present invention, the thickness of the electrode substrate is preferably 300 μm or less, more preferably 200 μm or less, and even more preferably 140 μm or less. Moreover, it is more preferable that it is 60 micrometers or more, and it is still more preferable that it is 70 micrometers or more. When the thickness of the electrode substrate is 50 μm or more, gas diffusion in the in-plane direction is further improved even when a microporous layer is disposed, and gas can be more easily supplied to the catalyst under the ribs of the separator. The power generation performance is further improved at both low temperature and high temperature. Further, the mechanical strength of the electrode base material is further improved, and the electrolyte membrane and the catalyst layer can be supported more preferably. On the other hand, when the thickness of the electrode base material is 300 μm or less, the drainage path becomes shorter, so that the drainage performance is further improved, flooding can be further suppressed, and the conduction path is shortened, and the conductivity is further improved. The power generation performance is further improved at both high and low temperatures. In particular, the thickness is preferably 200 μm in that the effect that high performance can be obtained even when the microporous layer of the present invention is disposed. 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.

凹部の深さは、開口面積同様、加圧時厚みまで電極基材の凹部形成面をトリミングしたと仮定した場合の深さをいう。このような凹部の深さは、レーザー顕微鏡等で観察し、形状解析アプリケーションを用いて、当該凹部の非開口面から電極基材の加圧時厚みに相当する高さだけ開口面側に存在する平面を想定し、凹部のうちこの平面より非開口面側に存在する部分の深さを計測することで求めることができる。   The depth of the recess means the depth when it is assumed that the recess forming surface of the electrode base material has been trimmed to the thickness at the time of pressurization, similarly to the opening area. The depth of such a recess is observed with a laser microscope or the like, and is present on the opening surface side by a height corresponding to the thickness of the electrode substrate when pressed from the non-opening surface of the recess using a shape analysis application. Assuming a plane, it can be obtained by measuring the depth of the portion of the recess that is present on the non-opening surface side of the plane.

本発明における電極基材の凹部はマイクロポーラス層が配置されていない面に存在する。そして、凹部は上述したように非貫通孔であることが好ましく、非貫通孔は電極基材表面に分散して形成されていることが好ましい。分散して形成されている、とは、電極基材の表面に、複数の凹部が、開口部の周が互いに接することなく配置されている状態を言う。凹部の配置パターンは特に限定されないが、凹部が面内に略均一に分布するように形成されていることが好ましい。   The recessed part of the electrode base material in this invention exists in the surface in which the microporous layer is not arrange | positioned. And as above-mentioned, it is preferable that a recessed part is a non-through-hole, and it is preferable that a non-through-hole is disperse | distributed and formed in the electrode base-material surface. “Dispersed and formed” refers to a state in which a plurality of recesses are arranged on the surface of the electrode substrate without the peripheries of the openings contacting each other. The arrangement pattern of the recesses is not particularly limited, but is preferably formed so that the recesses are distributed substantially uniformly in the plane.

電極基材表面に対する凹部の面積率は、1.5%〜60%であることが好ましい。凹部の面積率が1.5%以上であることにより、十分な排水性を確保することができ、また60%以下であることにより、導電性や熱伝導性に優れたものとすることができる。凹部の面積率は、3%以上であることがより好ましく、また、40%以下であることがより好ましい。ここで、凹部の面積は、前記の通り加圧時厚みまで電極基材表面をトリミングしたと仮定した場合の面積である。凹部の面積率は、レーザー顕微鏡等で電極基材の凹部形成面を観察し、形状解析アプリケーションを用いて、一定視野内の各凹部の面積の総和を視野面積で除して求めることができる。   The area ratio of the recesses with respect to the electrode substrate surface is preferably 1.5% to 60%. When the area ratio of the recesses is 1.5% or more, sufficient drainage can be ensured, and when it is 60% or less, the conductivity and thermal conductivity can be excellent. . The area ratio of the recesses is more preferably 3% or more, and more preferably 40% or less. Here, the area of a recessed part is an area at the time of assuming that the electrode base-material surface was trimmed to the thickness at the time of pressurization as above-mentioned. The area ratio of the recesses can be obtained by observing the recess forming surface of the electrode substrate with a laser microscope or the like, and dividing the total area of the recesses within a fixed visual field by the visual field area using a shape analysis application.

凹部が非貫通孔の場合、単位面積当たりの凹部(非貫通孔)の数は30個/cm〜5000個/cmが好ましく、100個/cm〜1500個/cmがより好ましい。 When the recesses are non-through holes, the number of recesses (non-through holes) per unit area is preferably 30 / cm 2 to 5000 / cm 2, and more preferably 100 / cm 2 to 1500 / cm 2 .

また、本発明における電極基材は、上記した非貫通の凹部ではなく、電極基材内部に空隙を有するものであっても良い。この場合、平均空隙径は20μm以上であることが好ましく、30μm以上がより好ましく、40μm以上がさらに好ましい。平均空隙径が20μ以上であると気体のより高い透過性が期待できる。特にマイクロポーラス層が配置されている場合に、その効果が顕著である。平均空隙径の上限は特に限定されないが、電極基材の厚みよりも小さいことが好ましい。また、導電性を向上させるために、平均空隙径は、600μm未満であることが好ましく、150μm以下であることがより好ましく、100μm以下であることがさらに好ましい。   Moreover, the electrode base material in this invention may have a space | gap inside an electrode base material instead of the above-mentioned non-penetrating recessed part. In this case, the average void diameter is preferably 20 μm or more, more preferably 30 μm or more, and further preferably 40 μm or more. When the average pore diameter is 20 μm or more, higher gas permeability can be expected. In particular, when a microporous layer is disposed, the effect is remarkable. The upper limit of the average void diameter is not particularly limited, but is preferably smaller than the thickness of the electrode substrate. Moreover, in order to improve electroconductivity, it is preferable that an average space | gap diameter is less than 600 micrometers, It is more preferable that it is 150 micrometers or less, It is further more preferable that it is 100 micrometers or less.

ここで、平均空隙径は、次の方法により求めた値を用いた。走査型電子顕微鏡などの顕微鏡を用いて電極基材の断面(表面を形成する面と垂直の方向)の空隙を1000倍以上に拡大して写真撮影を行った後、無作為に異なる30箇所の空隙を選んでそれぞれの空隙の最大内接円の直径を計測し、その平均値を平均空隙孔として求めた。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 value calculated | required with the following method was used for the average space | gap diameter. Using a microscope such as a scanning electron microscope, the gap in the cross section of the electrode substrate (in the direction perpendicular to the surface forming the surface) was enlarged 1000 times or more, and after taking a picture, 30 different locations were randomly selected. The diameter of the maximum inscribed circle of each void was measured by selecting the void, and the average value was obtained as the average void. As a scanning electron microscope, S-4800 manufactured by Hitachi, Ltd. or an equivalent thereof can be used.

また、より効果を発揮させることを目的に、非貫通の凹部を有し、かつ、電極基材内部に空隙を有していても良い。   Moreover, in order to exhibit the effect more, it has a non-penetrating recessed part and may have a space | gap inside an electrode base material.

以下、電極基材として特に炭素繊維を含む多孔体を用いる場合について説明する。   Hereinafter, a case where a porous body containing carbon fiber is used as the electrode substrate will be described.

炭素繊維を含む多孔体に用いられる炭素繊維としては、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。中でも、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 used for the porous body containing carbon fiber include polyacrylonitrile (PAN) -based, pitch-based, and rayon-based carbon fibers. Among 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、炭素繊維の単繊維平均直径は、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 single fiber diameter of 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 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.

本発明における炭素繊維は、多孔体の構造により適宜変えることができるが、抄紙体の場合は、単繊維の平均長さが3〜100mm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、抄造の際の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。また、炭素繊維不織布の場合は、20mmを超えることが好ましく、50mm以上であることがより好ましく、70mm以上であることがさらに好ましい。20mmを越えることによって、炭素繊維同士の絡合により強度を向上させることができる。また、150mm以下であることが好ましく、100mm以下であることがより好ましい。150mm以下とすることにより、生産性に優れた不織布を得ることができる。かかる平均長さを有する炭素繊維は、連続した炭素繊維または炭素繊維前駆体を所望の長さにカットする方法などにより得られる。   The carbon fiber in the present invention can be appropriately changed depending on the structure of the porous body, but in the case of a papermaking body, the average length of the single fiber is preferably in the range of 3 to 100 mm, and in the range of 5 to 15 mm. More preferably. 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 fibers during papermaking is excellent, and a homogeneous electrode substrate is obtained, which is preferable. Moreover, in the case of a carbon fiber nonwoven fabric, it is preferable to exceed 20 mm, more preferably 50 mm or more, and further preferably 70 mm or more. By exceeding 20 mm, the strength can be improved by entanglement of the carbon fibers. Moreover, it is preferable that it is 150 mm or less, and it is more preferable that it is 100 mm or less. By setting it to 150 mm or less, a nonwoven fabric excellent in productivity can be obtained. The carbon fiber having such an average length is obtained by a method of cutting a continuous carbon fiber or a carbon fiber precursor to a desired length.

ここで、炭素繊維の平均長さは、製造時の切断繊維長を基に各工程での伸張、収縮を換算して繊維の繊維長とするか、あるいは、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を用いることができる。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 calculated based on the length of the cut fiber at the time of manufacture and converted into the fiber length of the fiber by converting the expansion and contraction in each process, or by using a microscope such as a scanning electron microscope. A photograph obtained by enlarging the fiber by 50 times or more, taking 30 different single fibers at random, measuring the length thereof, and calculating the average value thereof can be used. 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.

また、炭素繊維を含む多孔質体、特に炭素繊維不織布は、曲率半径が1mm以下の湾曲部を有する炭素繊維を含むことが好ましい。一般に、炭素繊維の導電性や熱伝導性は、繊維断面方向よりも繊維軸方向で優れている。曲率半径が小さい湾曲部を有する繊維は一定面積内の繊維長が長くなり、電極基材に高い導電性と熱伝導性を付与することが期待できる。本発明における電極基材は、曲率半径が、500μm以下の湾曲部を有する炭素繊維を含むことがより好ましく、曲率半径が200μm以下の湾曲部を有する炭素繊維を含むことがさらに好ましい。   Moreover, it is preferable that the porous body containing a carbon fiber, especially a carbon fiber nonwoven fabric, contains a carbon fiber having a curved portion with a curvature radius of 1 mm or less. In general, the conductivity and thermal conductivity of carbon fibers are superior in the fiber axis direction to the fiber cross-sectional direction. A fiber having a curved portion with a small radius of curvature has a long fiber length within a certain area, and can be expected to impart high conductivity and thermal conductivity to the electrode substrate. The electrode base material in the present invention preferably includes carbon fibers having a curved portion with a curvature radius of 500 μm or less, and more preferably includes carbon fibers having a curved portion with a curvature radius of 200 μm or less.

このような湾曲部を有する炭素繊維を含むことは、電極基材表面の炭素繊維を観察することで確認できる。炭素繊維の曲率半径は、光学顕微鏡や電子顕微鏡により炭素繊維不織布表面の炭素繊維を観察し、炭素繊維の湾曲部で任意の3点をとり、その3点の外接円の半径として求めることができる。本発明においては、光学顕微鏡や電子顕微鏡で炭素繊維不織布表面の1.5mm×1.5mmの面積を観察したときに、このような曲率半径の湾曲部を有する炭素繊維が10本以上確認できることが好ましく、30本以上確認できることがより好ましい。また、光学顕微鏡や電子顕微鏡で炭素繊維不織布表面の1.5mm×1.5mmの面積を観察し、この視野を0.3mm×0.3mmの25個の領域に区切ったときに、このような曲率半径の湾曲部が確認できる領域が5以上あることが好ましく、10以上あることがより好ましい。   The inclusion of such a carbon fiber having a curved portion can be confirmed by observing the carbon fiber on the surface of the electrode substrate. The radius of curvature of the carbon fiber can be obtained as the radius of the circumscribed circle of the three points by observing the carbon fiber on the surface of the carbon fiber nonwoven fabric with an optical microscope or an electron microscope, taking three arbitrary points at the curved portion of the carbon fiber. . In the present invention, when an area of 1.5 mm × 1.5 mm on the surface of the carbon fiber nonwoven fabric is observed with an optical microscope or an electron microscope, 10 or more carbon fibers having a curved portion with such a curvature radius can be confirmed. Preferably, 30 or more can be confirmed. Moreover, when an area of 1.5 mm × 1.5 mm on the surface of the carbon fiber nonwoven fabric is observed with an optical microscope or an electron microscope, and this field of view is divided into 25 regions of 0.3 mm × 0.3 mm, There are preferably 5 or more regions where the curved portion of the radius of curvature can be confirmed, and more preferably 10 or more.

炭素繊維を含む多孔体からなる電極基材においては、炭素繊維同士の接点にバインダーとして炭化物が付着していると、炭素繊維同士の接点で接触面積が大きくなり、優れた導電性と熱伝導性を得ることができる。このようなバインダーを付与する方法としては、炭化処理後の多孔体にバインダー溶液を含浸またはスプレーし、不活性雰囲気下で再度加熱処理してバインダーを炭化する方法が挙げられる。この場合、バインダーとしては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂といった熱硬化性樹脂を用いることができ、中でも、炭化収率が高い点でフェノール樹脂が特に好ましい。また、後述するように、熱可塑性樹脂を炭素繊維前駆体不織布等に混綿しておく方法も好ましい。導電性を向上するため、このバインダーにさらにカーボンブラックなどを添加することもできる。   In an electrode base material composed of a porous body containing carbon fibers, if a carbide is attached as a binder to the contact points between the carbon fibers, the contact area becomes large at the contact points between the carbon fibers, and excellent conductivity and thermal conductivity. Can be obtained. Examples of a method for applying such a binder include a method in which a binder solution is impregnated or sprayed on a porous body after carbonization treatment, and the binder is carbonized by heat treatment again under an inert atmosphere. In this case, as the binder, a thermosetting resin such as a phenol resin, an epoxy resin, a melamine resin, or a furan resin can be used, and among them, the phenol resin is particularly preferable in terms of a high carbonization yield. Further, as described later, a method of blending a thermoplastic resin with a carbon fiber precursor nonwoven fabric or the like is also preferable. In order to improve the conductivity, carbon black or the like can be further added to the binder.

また、炭素繊維を含む多孔体からなる電極基材においては、凹部における壁面を構成している炭素繊維のうち、少なくとも一部の炭素繊維が凹部の高さ方向に配向していることが好ましい。凹部の壁面を構成している炭素繊維とは、繊維の少なくとも一部が凹部の内壁面に露出している炭素繊維である。そして、当該炭素繊維が凹部の高さ方向に配向している、とは、凹部を高さ方向に3等分したときに、炭素繊維が2つの等分面(電極基材表面と平行な平面)の両方を貫通していることを意味する。   Moreover, in the electrode base material which consists of a porous body containing a carbon fiber, it is preferable that at least one part carbon fiber is orientating in the height direction of a recessed part among the carbon fibers which comprise the wall surface in a recessed part. The carbon fiber constituting the wall surface of the recess is a carbon fiber in which at least a part of the fiber is exposed on the inner wall surface of the recess. And the said carbon fiber is orientating in the height direction of a recessed part, when a recessed part is divided into 3 equally in a height direction, carbon fiber is divided into two equal surfaces (a plane parallel to the electrode base-material surface). ) Means that it penetrates both.

凹部の高さ方向に配向している炭素繊維が存在することは、レーザー顕微鏡等で電極基材表面を観察し、形状解析アプリケーションを用いて、凹部の1/3深さの等分面と凹部内壁面との交線、および凹部の2/3深さの各等分面と凹部内壁面との交線の両方を共に横切る炭素繊維が観察されることにより確認することができる。また、電極基材の凹部を含む任意の断面を走査型電子顕微鏡等で観察し、凹部の深さの1/3と2/3の位置で当該凹部を横切る電極基材表面と平行な2直線を描画した上で、当該2直線の両方と交わる炭素繊維が観察されることによっても確認することができる。このような炭素繊維は、一つの凹部中に2本以上存在することが好ましく、5本以上存在することがさらに好ましい。   The presence of carbon fibers oriented in the height direction of the recess is observed by observing the surface of the electrode substrate with a laser microscope or the like, and using a shape analysis application to divide the divide plane into 1/3 depth of the recess and the recess This can be confirmed by observing the carbon fiber that crosses both the intersection line with the inner wall surface and the intersection line between each bisector of the 2/3 depth of the recess and the inner wall surface of the recess. In addition, an arbitrary cross section including the concave portion of the electrode substrate is observed with a scanning electron microscope or the like, and two straight lines parallel to the surface of the electrode substrate crossing the concave portion at positions 1/3 and 2/3 of the depth of the concave portion. This can also be confirmed by observing carbon fibers that intersect both of the two straight lines. Two or more such carbon fibers are preferably present in one recess, and more preferably five or more.

一般に、凹部を形成すると、凹部を形成しない場合よりもガス供給側の部材(例えばセパレーター)との接触面積が小さくなり、導電性や熱伝導性が低下する。ところが、炭素繊維は、繊維断面方向よりも繊維軸方向の導電性、熱伝導性が優れているため、凹部の壁面を構成している炭素繊維が凹部の高さ方向に配向している場合、電極基材の厚み方向の導電性、熱伝導性が向上し、凹部形成による導電性や熱伝導性の低下を補うことができる。   In general, when the concave portion is formed, the contact area with the gas supply side member (for example, a separator) becomes smaller than when the concave portion is not formed, and the conductivity and thermal conductivity are lowered. However, since carbon fiber is superior in conductivity in the fiber axis direction and thermal conductivity than in the fiber cross-sectional direction, when carbon fibers constituting the wall surface of the recess are oriented in the height direction of the recess, The conductivity and thermal conductivity in the thickness direction of the electrode base material are improved, and the decrease in conductivity and thermal conductivity due to the formation of the recess can be compensated.

このような炭素繊維は、同様に、凹部を高さ方向に4等分した場合における3つの等分面の全てを貫通していることが好ましく、5等分した場合における4つの等分面の全てを貫通していることがより好ましい。凹部の壁面を構成している炭素繊維のうち少なくとも一部の炭素繊維は、少なくとも凹部の開口部から底部まで、壁面に沿って連続するものであることが好ましい。   Similarly, it is preferable that the carbon fiber penetrates all three equal surfaces when the concave portion is divided into four equal parts in the height direction, and the four equal surfaces when divided into five equal parts. More preferably, it penetrates all. It is preferable that at least some of the carbon fibers constituting the wall surface of the recess are continuous along the wall surface from the opening to the bottom of the recess.

また、凹部の高さ方向に配向している炭素繊維は、凹部の底面まで連続していると、凹部の高さ方向への導電性、熱伝導性を向上させる効果が高くなるため好ましい。当該炭素繊維が凹部の底面まで連続している、とは、凹部の壁面を構成している炭素繊維の電極基材底面側の先端が屈曲もしくは湾曲し、当該炭素繊維の少なくとも一部が凹部底面にも露出している状態を指す。なお、凹部が球面状である場合等、凹部中において壁面と底面が区別できない場合は、凹部の最深部を底面と考える。電極基材の断面を観察したときに、凹部の一の壁面を構成している炭素繊維のうち少なくとも一部の炭素繊維が、凹部の底面まで連続するとともに、さらに他の壁面をも構成していることが好ましい。すなわち、凹部内の2箇所で壁面を構成し、かつ底面まで連続している炭素繊維が存在することが好ましい。   Moreover, it is preferable that the carbon fibers oriented in the height direction of the recesses are continuous to the bottom surface of the recesses because the effect of improving the conductivity and thermal conductivity in the height direction of the recesses is enhanced. That the carbon fiber is continuous to the bottom surface of the recess means that the tip of the carbon fiber constituting the wall surface of the recess is bent or curved, and at least a part of the carbon fiber is the bottom surface of the recess. Also refers to the state of being exposed. In addition, when a wall surface and a bottom face cannot be distinguished in a recessed part, such as when a recessed part is spherical, the deepest part of a recessed part is considered as a bottom face. When observing a cross section of the electrode base material, at least a part of the carbon fibers constituting one wall surface of the recess is continuous to the bottom surface of the recess and further configures another wall surface. Preferably it is. That is, it is preferable that the carbon fiber which comprises a wall surface in two places in a recessed part and continues to the bottom face exists.

本発明においては、凹部の壁面を構成している全ての炭素繊維が凹部の高さ方向に配向している必要は無く、このような炭素繊維が存在していればよい。また、一つひとつの凹部にこのような炭素繊維が確認できることが好ましいが、このような炭素繊維が確認できない凹部が存在することをもって本発明の範囲外とするものではない。   In the present invention, it is not necessary for all the carbon fibers constituting the wall surface of the recess to be oriented in the height direction of the recess, and such carbon fiber only needs to be present. Moreover, although it is preferable that such a carbon fiber can be confirmed in each recessed part, it does not make it out of the scope of the present invention that such a recessed part which cannot confirm a carbon fiber exists.

さらに、炭素繊維を含む多孔体からなる電極基材においては、平面視において凹部の周縁部に繊維断面が観察されないことが好ましい。電極基材は一般に、面内方向の透気性が厚み方向の透気性より大きい傾向にある。凹部の周縁部に繊維断面が存在するということは、その部分で繊維軸方向の導電や熱伝導が期待できないことを意味する。前述したように、炭素繊維は繊維軸方向に優れた導電性と熱伝導性を有するため、繊維断面がないということは、これらの性能をより向上することができる。   Furthermore, in the electrode base material which consists of a porous body containing a carbon fiber, it is preferable that a fiber cross section is not observed in the peripheral part of a recessed part in planar view. In general, the electrode base material tends to have greater in-plane air permeability than thickness-direction air permeability. The presence of a fiber cross section at the peripheral edge of the recess means that electrical conductivity or heat conduction in the fiber axis direction cannot be expected at that portion. As described above, since carbon fibers have excellent electrical conductivity and thermal conductivity in the fiber axis direction, the fact that there is no fiber cross section can further improve these performances.

凹部の周縁部に繊維断面が観察されないことは、光学顕微鏡、電子顕微鏡等で電極基材の表面観察を行うことで確認できる。ここで、全ての凹部においてその周縁部に繊維断面が観察されないことが最も望ましいが、凹部の周縁部に繊維断面が観察されない繊維の数が、凹部の周縁部に繊維断面が観察される繊維の数よりも多い場合であっても良い。   It can be confirmed by observing the surface of the electrode substrate with an optical microscope, an electron microscope or the like that the fiber cross section is not observed at the peripheral edge of the recess. Here, it is most desirable that the fiber cross section is not observed in the peripheral portion of all the concave portions, but the number of fibers in which the fiber cross section is not observed in the peripheral portion of the concave portion is the number of fibers in which the fiber cross section is observed in the peripheral portion of the concave portion. It may be more than the number.

繊維断面が観察されない繊維の数は、周縁部を構成する繊維の70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、90%以上であることがさらに好ましい。   The number of fibers in which the fiber cross section is not observed is preferably 70% or more of the fibers constituting the peripheral portion, more preferably 80% or more, and further preferably 90% or more.

本発明における電極基材として炭素繊維を含む多孔質体を用いる場合、その目付は特に限定するものではないが、10g/m以上が好ましく、20g/m以上がより好ましい。10g/m以上とすることで、導電性を向上させることができ、また機械強度が向上し製造工程での搬送性や電解質膜や触媒層の支持性を良好にすることができる。一方、120g/m以下であることが好ましく、60g/m以下であることがより好ましい。120g/m以下とすることにより、電極基材の面直方向のガス透拡散性がより向上し、得られるガス拡散電極基材の面直方向のガス拡散性がより大きなものとなり、高温、低温のいずれにおいても発電性能がより向上する。ここで目付とは、重量を面積で除したものである。 When a porous body containing carbon fibers is used as the electrode substrate in the present invention, the basis weight is not particularly limited, but is preferably 10 g / m 2 or more, and more preferably 20 g / m 2 or more. By setting it as 10 g / m < 2 > or more, electroconductivity can be improved, mechanical strength can improve, and the conveyance property in a manufacturing process, and the support property of an electrolyte membrane or a catalyst layer can be made favorable. On the other hand, it is preferably 120 g / m 2 or less, more preferably 60 g / m 2 or less. By setting it to 120 g / m 2 or less, the gas diffusibility in the direction perpendicular to the surface of the electrode base material is further improved, and the gas diffusibility in the direction perpendicular to the surface of the obtained gas diffusion electrode base material is increased. The power generation performance is further improved at any low temperature. Here, the basis weight is obtained by dividing the weight by the area.

また、見かけ密度は0.2〜1.0g/cmであることが好ましい。0.3〜0.9g/cmがより好ましく、0.4〜0.8g/cmがさらに好ましい。0.2g/cm以上とすることで、導電性を向上させることが可能となるとともに、電極基材として付与される圧力によっても構造が破壊され難い。また、1.0g/cm以下とすることで、気体や液体の透過性を向上させることができる。ここで、見かけ密度は、目付を厚みで除したものである。 Moreover, it is preferable that an apparent density is 0.2-1.0 g / cm < 3 >. 0.3 to 0.9 g / cm 3 is more preferable, and 0.4 to 0.8 g / cm 3 is more preferable. By setting it to 0.2 g / cm 3 or more, the conductivity can be improved, and the structure is not easily destroyed by the pressure applied as the electrode substrate. Moreover, the permeability | transmittance of gas and a liquid can be improved by setting it as 1.0 g / cm < 3 > or less. Here, the apparent density is obtained by dividing the basis weight by the thickness.

以下、電極基材として特に炭素繊維不織布を用いる場合について説明する。   Hereinafter, the case where a carbon fiber nonwoven fabric is used as the electrode substrate will be described.

炭素繊維不織布は、乾式のパラレルレイドウエブまたはクロスレイドウエブ、エアレイドウエブ、押出法のスパンボンドウエブ、メルトブローウエブ、エレクトロスピニングウエブ等を用い、これらのウエブを機械的な交絡、加熱融着、バインダー接着、等の手段によってシート化したものを用いることができる。   For carbon fiber nonwoven fabrics, dry parallel laid or cross laid web, air laid web, extruded spunbond web, melt blow web, electrospinning web, etc. are used. , Etc. can be used.

炭素繊維不織布は、少なくとも一部の炭素繊維が厚さ方向へ配向していることが好ましい。前記したように、炭素繊維は繊維軸方向の導電性は、繊維断面方向の導電性よりも優れていることから、厚さ方向へ炭素繊維が配向していると、より高い導電性を得ることができる。炭素繊維不織布においては、炭素繊維の少なくとも一部が、表面から他方の表面まで連続していることがより好ましい。一方の表面から他方の表面まで連続しているとは、一方の表面と他方の表面の間で繊維の切断が確認できないことを言い、イオンビームやカミソリでカットして観察することや、X線等をもちいた透過像で断面方向の繊維を評価すること等で確認することができる。炭素繊維は、少なくとも一部の繊維が一方の表面から他方の表面まで連続していればよいが、連続する繊維の存在する頻度が高いほど高い導電性を得やすいことから、表面から見て1mm(1mm×1mm)の範囲で複数の繊維が連続していることが好ましく、0.1mm(0.3mm×0.3mm)の範囲で複数の繊維が連続していることがより好ましい。 In the carbon fiber nonwoven fabric, it is preferable that at least some of the carbon fibers are oriented in the thickness direction. As described above, the carbon fiber has higher conductivity in the fiber axis direction than the conductivity in the fiber cross-sectional direction, so that when the carbon fiber is oriented in the thickness direction, higher conductivity is obtained. Can do. In the carbon fiber nonwoven fabric, it is more preferable that at least a part of the carbon fiber is continuous from the surface to the other surface. “Continuous from one surface to the other” means that fiber cutting cannot be confirmed between one surface and the other surface, and is observed by cutting with an ion beam or razor, This can be confirmed by evaluating the fiber in the cross-sectional direction with a transmission image using the above. The carbon fiber is sufficient if at least a part of the fibers is continuous from one surface to the other surface. However, the higher the frequency of continuous fibers, the easier it is to obtain higher conductivity, so 1 mm when viewed from the surface. It is preferable that a plurality of fibers are continuous in a range of 2 (1 mm × 1 mm), and it is more preferable that a plurality of fibers are continuous in a range of 0.1 mm 2 (0.3 mm × 0.3 mm).

また、炭素繊維不織布においては、少なくとも一部の炭素繊維が相互に交絡していることが好ましい。相互に交絡し、さらに、厚さ方向へ配向しているかどうかは、前述のとおり、イオンビームやカミソリでカットして観察することや、X線等をもちいた透過像で断面方向の繊維を評価すること等で確認することができる。なお、単に繊維同士が交差しているもの、接触しているだけのもの、或いは、他の繊維を介して交絡しているもの、等は本発明における相互に交絡しているものに含まない。   Moreover, in a carbon fiber nonwoven fabric, it is preferable that at least some carbon fibers are entangled with each other. Whether or not they are entangled with each other and oriented in the thickness direction, as described above, cut and observe with an ion beam or razor, and evaluate the fiber in the cross-sectional direction with a transmission image using X-rays, etc. This can be confirmed. It should be noted that those in which the fibers are simply crossed, in contact with each other, or intertwined via other fibers are not included in the intertwined ones in the present invention.

〔マイクロポーラス層〕
本発明のガス拡散電極基材は、電極基材の片面にマイクロポーラス層が配置されたものである。マイクロポーラス層により、電解質膜への水分の逆拡散を促進し、電解質膜を湿潤する機能も有することから、ドライアップを抑制する効果を奏する。
[Microporous layer]
The gas diffusion electrode substrate of the present invention has a microporous layer disposed on one side of the electrode substrate. The microporous layer promotes the reverse diffusion of moisture into the electrolyte membrane and has a function of wetting the electrolyte membrane, so that it has an effect of suppressing dry-up.

上述したように、本発明者らの検討によると、空隙や孔を形成させた電極基材に常法によりマイクロポーラス層を形成させた場合、期待するようなフラッディングとドライアップの抑制を高いレベルで両立することが困難であるという、新たな課題を生じることがわかった。この理由は幾つか考えられるが、マイクロポーラス層の形成時に樹脂が空隙や孔に流れ込み、これを塞ぐ傾向があることもその理由の1つと考えられる。しかし、マイクロポーラス層に線状カーボンを含むことにより、これを一挙に解決できる。   As described above, according to the study by the present inventors, when a microporous layer is formed on an electrode base material in which voids and holes are formed by a conventional method, a high level of expected suppression of flooding and dry-up is achieved. It has been found that a new problem arises that it is difficult to achieve both. There are several possible reasons for this, but it is also considered that one of the reasons is that the resin flows into the voids and pores during the formation of the microporous layer and tends to block them. However, this can be solved at once by including linear carbon in the microporous layer.

一般に炭素繊維は、平均直径が3μm以上、平均繊維長もカット長によるが1mm以上となる。本発明における線状カーボンは、これらの一般の炭素繊維とは異なり、例えば、気相成長炭素繊維、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およびグラファイトナノファイバーからなる群より選択される線状カーボンが挙げられる。これらのうち、複数種の線状カーボンを組み合わせて用いてもよい。中でも、アスペクト比を大きくでき、導電性、機械特性が優れることから、気相成長炭素繊維、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が、本発明において用いるに好適な線状カーボンとして挙げられる。かかる線状カーボンの使用により、マイクロポーラス層の前駆体であるカーボン塗液の電極基材へのしみ込みを適度に抑制されると共に、電極基材の凹部や空隙の閉塞も抑制され、面内方向のガス拡散性、排水性が改善されると考えられる。そのため、ドライアップを抑制しながら、フラッディングも抑制することができる。   In general, the carbon fiber has an average diameter of 3 μm or more and an average fiber length of 1 mm or more depending on the cut length. The linear carbon in the present invention is different from these general carbon fibers, for example, vapor-grown carbon fiber, single-walled carbon nanotube, double-walled carbon nanotube, multi-walled carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanocoil, cup laminated type Examples thereof include linear carbon selected from the group consisting of carbon nanotubes, bamboo-like carbon nanotubes, and graphite nanofibers. Of these, a plurality of types of linear carbon may be used in combination. Among these, vapor-grown carbon fibers, single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, and multi-walled carbon nanotubes are suitable as linear carbon for use in the present invention because the aspect ratio can be increased and the electrical conductivity and mechanical properties are excellent. Can be mentioned. By using such linear carbon, penetration of the carbon coating liquid, which is a precursor of the microporous layer, into the electrode base material is moderately suppressed, and blockage of recesses and voids in the electrode base material is also suppressed. Directional gas diffusivity and drainage are considered to be improved. Therefore, it is possible to suppress flooding while suppressing dry-up.

線状カーボンの平均直径は0.1〜1000nm、平均繊維長は1〜1000μmであることが好ましい。また、平均直径が5〜200nm、平均繊維長が1〜20μmの気相成長炭素繊維が特に好ましい。   The average diameter of the linear carbon is preferably 0.1 to 1000 nm, and the average fiber length is preferably 1 to 1000 μm. Further, vapor grown carbon fibers having an average diameter of 5 to 200 nm and an average fiber length of 1 to 20 μm are particularly preferable.

また、本発明において線状カーボンのアスペクト比は、30〜5000であることが好ましい。線状カーボンのアスペクト比が30以上とすることで、カーボン塗液中の線状カーボンの絡まりあいにより、カーボン塗液の電極基材への浸み込みや、凹部や空隙の閉塞をより抑制することができる。一方、線状カーボンのアスペクト比を5000以下とすることで、カーボン塗液中での固形分の凝集や沈降を抑制し、より安定した生産を行うことができる。本発明において、線状カーボンのアスペクト比が3000以下であることがより好ましく、1000以下であることがさらに好ましい。また、線状カーボンのアスペクト比が35以上であることがより好ましく、40以上であることがさらに好ましい。   In the present invention, the linear carbon preferably has an aspect ratio of 30 to 5,000. By setting the aspect ratio of the linear carbon to 30 or more, it is possible to further suppress the penetration of the carbon coating liquid into the electrode base material and the blocking of the recesses and voids due to the entanglement of the linear carbon in the carbon coating liquid. be able to. On the other hand, by setting the aspect ratio of the linear carbon to 5000 or less, it is possible to suppress aggregation and sedimentation of the solid content in the carbon coating liquid and perform more stable production. In the present invention, the linear carbon has an aspect ratio of preferably 3000 or less, and more preferably 1000 or less. Further, the aspect ratio of the linear carbon is more preferably 35 or more, and further preferably 40 or more.

ここで、線状カーボンのアスペクト比は、平均長さ(μm)/平均直径(μm)を意味する。平均長さは、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡などの顕微鏡で、1000倍以上に拡大して写真撮影を行い、無作為に10個の線状カーボンを選び、その長さを計測し、平均値を求めたものである。平均直径は、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡などの顕微鏡で、10000倍以上に拡大して写真撮影を行い、無作為に異なる10個の線状カーボンを選び、その直径を計測し、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 aspect ratio of the linear carbon means average length (μm) / average diameter (μm). The average length is taken with a microscope such as a scanning electron microscope or a transmission electron microscope, taking a picture with a magnification of 1000 times or more, selecting 10 linear carbons at random, measuring the length, The average value is obtained. The average diameter is taken with a microscope such as a scanning electron microscope or a transmission electron microscope, and the photograph is taken at a magnification of 10,000 times or more, 10 different linear carbons are selected at random, the diameter is measured, and the average is measured. The value is obtained. As a scanning electron microscope, S-4800 manufactured by Hitachi, Ltd. or an equivalent thereof can be used.

本発明において、線状カーボンの平均長さは0.1〜30μmの範囲内であることが好ましく、1〜20μmの範囲内であることがより好ましく、2〜15μmの範囲内であることがさらに好ましい。かかる線状カーボンにおいて、その平均長さが0.1μm以上であると、カーボン塗液の粘度がより高くなり、裏抜けや凹部、空隙の閉塞がより抑制される等の効果により、電極基材の面内方向のガス拡散性、排水性がより向上し、フラッディングをより抑制することができる。   In the present invention, the average length of the linear carbon is preferably in the range of 0.1 to 30 μm, more preferably in the range of 1 to 20 μm, and further preferably in the range of 2 to 15 μm. preferable. In such a linear carbon, when the average length is 0.1 μm or more, the viscosity of the carbon coating liquid becomes higher, and the effect of suppressing the back-through, the depression, and the clogging of the voids is achieved. The gas diffusibility and drainage in the in-plane direction can be further improved, and flooding can be further suppressed.

本発明において、マイクロポーラス層は、線状カーボン以外の各種炭素系フィラーをさらに含んでもよい。例えば、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラックや、鱗片状黒鉛、鱗状黒鉛、土状黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛、薄片グラファイト等が挙げられる。   In the present invention, the microporous layer may further contain various carbon-based fillers other than linear carbon. Examples thereof include carbon black such as furnace black, acetylene black, lamp black and thermal black, scaly graphite, scaly graphite, earth graphite, artificial graphite, expanded graphite, flake graphite and the like.

炭素系フィラーとしてカーボンブラックを用いた場合、線状カーボンに対するカーボンブラックの混合質量比が0.5〜20の範囲内であることが好ましく、1〜19の範囲内であることがより好ましく、2〜10の範囲内であることがさらに好ましい。かかる混合質量比が0.5以上であると、線状カーボンとカーボンブラックを含むマイクロポーラス層の空隙率がより適度な大きさとなるため、水蒸気拡散性がより小さく、ドライアップをより抑制することができる。かかる混合質量比が20以下であると、特定アスペクト比の線状カーボンの配合の効果でマイクロポーラス層の前駆体であるカーボン塗液の電極基材へのしみ込みを適度に抑制し、面内方向のガス拡散性、排水性が改善されるため、フラッディングを抑制でき、さらには、電極基材表層に十分な厚さを有するマイクロポーラス層が形成され、生成水の逆拡散が促進されるため、ドライアップを抑制できる。   When carbon black is used as the carbon-based filler, the mixing mass ratio of carbon black to linear carbon is preferably in the range of 0.5 to 20, more preferably in the range of 1 to 19. More preferably, it is in the range of -10. When the mixing mass ratio is 0.5 or more, the porosity of the microporous layer containing linear carbon and carbon black becomes a more appropriate size, so that the water vapor diffusibility is smaller and the dry-up is further suppressed. Can do. When the mixing mass ratio is 20 or less, penetration of the carbon coating liquid, which is a precursor of the microporous layer, into the electrode base material is moderately suppressed due to the effect of blending the linear carbon having a specific aspect ratio. Since the gas diffusibility and drainage in the direction are improved, flooding can be suppressed, and furthermore, a microporous layer having a sufficient thickness is formed on the surface layer of the electrode base material, and the reverse diffusion of the generated water is promoted. , Dry up can be suppressed.

本発明において、液水の排水を促進するとの観点から、マイクロポーラス層には線状カーボンと組み合わせて撥水材を含むことが好ましい。中でも、耐腐食性が優れることから、撥水材としてはフッ素系のポリマーを用いることが好ましい。フッ素系のポリマーとしては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)などが挙げられる。   In the present invention, from the viewpoint of promoting drainage of liquid water, the microporous layer preferably contains a water repellent material in combination with linear carbon. Among them, it is preferable to use a fluorine-based polymer as the water repellent material because of its excellent corrosion resistance. Examples of the fluorine-based polymer include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), and tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA).

マイクロポーラス層は、液水の排出を促進する、水蒸気拡散を抑制するとの観点から、線状カーボンと組み合わせて各種のその他の材料を含むことができる。例えば、マイクロポーラス層の細孔径を大きくし、液水の排水を促進する目的で、消失材を用いることができる。ここで、消失材とは、300〜380℃にて5〜20分間加熱して、撥水材を溶融し、線状カーボン同士のバインダーにしてマイクロポーラス層を形成する際に、焼き飛ぶなどして消失し、空隙を形成する材料を意味する。具体的には、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレンなどの粒子、繊維などが挙げられる。   The microporous layer can contain various other materials in combination with linear carbon from the viewpoint of promoting liquid water discharge and suppressing water vapor diffusion. For example, a disappearing material can be used for the purpose of increasing the pore size of the microporous layer and promoting drainage of liquid water. Here, the disappearing material is heated at 300 to 380 ° C. for 5 to 20 minutes to melt the water repellent material, and burns away when forming a microporous layer as a binder between linear carbons. Means a material that disappears and forms voids. Specific examples include particles such as polymethyl methacrylate and polystyrene, and fibers.

本発明において、マイクロポーラス層の空隙率は60〜85%の範囲内であることが好ましく、65〜80%の範囲内であることがより好ましく、70〜75%の範囲内であることがさらに好ましい。空隙率が60%以上であると、排水性がより向上し、フラッディングをより抑制することができる。空隙率が85%以下であると、水蒸気拡散性がより小さく、ドライアップをより抑制することができる。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。   In the present invention, the porosity of the microporous layer is preferably in the range of 60 to 85%, more preferably in the range of 65 to 80%, and further preferably in the range of 70 to 75%. preferable. When the porosity is 60% or more, drainage is further improved, and flooding can be further suppressed. When the porosity is 85% or less, water vapor diffusibility is smaller, and dry-up can be further suppressed. In addition, the conductivity is high, and the power generation performance is improved at both high and low temperatures.

かかる空隙率を有するマイクロポーラス層は、後述する製法において、マイクロポーラス層の目付、撥水材、その他材料に対する炭素系フィラーの配合量、炭素系フィラーの種類、および、マイクロポーラス層の厚さを制御することにより得られる。中でも、撥水材、その他材料に対する炭素系フィラーの配合量、炭素系フィラーの種類を制御することが有効である。ここで、撥水材、その他材料に対する炭素系フィラーの配合量を大きくすることにより高空隙率のマイクロポーラス層が得られ、撥水材、その他材料に対する炭素系フィラーの配合量を小さくすることにより低空隙率のマイクロポーラス層が得られる。   The microporous layer having such a porosity is obtained by adjusting the basis weight of the microporous layer, the water repellent material, the blending amount of the carbon-based filler with respect to other materials, the type of the carbon-based filler, and the thickness of the microporous layer in the manufacturing method described later. It is obtained by controlling. Among them, it is effective to control the blending amount of the carbon-based filler with respect to the water repellent material and other materials and the type of the carbon-based filler. Here, by increasing the blending amount of the carbon-based filler with respect to the water-repellent material and other materials, a microporous layer having a high porosity can be obtained, and by reducing the blending amount of the carbon-based filler with respect to the water-repellent material and other materials. A low porosity microporous layer is obtained.

ここで、マイクロポーラス層の空隙率は、イオンビーム断面加工装置を用いた断面観察用サンプルを用い、走査型電子顕微鏡などの顕微鏡で、断面を1000倍以上に拡大して写真撮影を行い、空隙部分の面積を計測し、観察面積に対する空隙部分の面積の比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 porosity of the microporous layer is measured by using a sample for cross-sectional observation using an ion beam cross-section processing apparatus, and taking a photograph with a microscope such as a scanning electron microscope with a cross-section magnified 1000 times or more. The area of the portion was measured, and the ratio of the area of the void portion to the observation area was obtained. As a scanning electron microscope, S-4800 manufactured by Hitachi, Ltd. or an equivalent thereof can be used.

マイクロポーラス層の目付は10〜35g/mの範囲内であることが好ましい。30g/m以下であることがより好ましく、25g/m以下であることがさらに好ましい。また、14g/m以上であることがより好ましく、16g/m以上であることがさらに好ましい。マイクロポーラス層の目付が10g/m以上であると、電極基材表面をより覆うことができ、生成水の逆拡散がより促進され、ドライアップをより抑制できる。また、マイクロポーラス層の目付が35g/m以下とすることで、凹部や空隙の閉塞を抑制し、排水性がより向上し、フラッディングをより抑制できる。 The basis weight of the microporous layer is preferably in the range of 10 to 35 g / m 2 . It is more preferably 30 g / m 2 or less, and further preferably 25 g / m 2 or less. Further, more preferably 14 g / m 2 or more, more preferably 16g / m 2 or more. When the basis weight of the microporous layer is 10 g / m 2 or more, the surface of the electrode substrate can be covered more, the back diffusion of generated water is further promoted, and the dry-up can be further suppressed. In addition, when the basis weight of the microporous layer is 35 g / m 2 or less, the clogging of the recesses and voids is suppressed, the drainage is further improved, and flooding can be further suppressed.

また、セパレータとガス拡散電極基材間の電気抵抗を低減することができるとの観点から、マイクロポーラス層の一部が電極基材に含浸していることが好ましい。   Moreover, it is preferable that a part of microporous layer has impregnated the electrode base material from a viewpoint that the electrical resistance between a separator and a gas diffusion electrode base material can be reduced.

〔その他〕
本発明のガス拡散電極基材の目付は、上述した電極基材とマイクロポーラス層からなることから、20〜155g/mが好ましい範囲である。
[Others]
Since the basis weight of the gas diffusion electrode substrate of the present invention is composed of the electrode substrate and the microporous layer described above, 20 to 155 g / m 2 is a preferable range.

本発明において、ガス拡散電極基材の厚みは60〜400μmであることが好ましい。200μm以下であることがより好ましく、150μm以下であることがさらに好ましい。また、70μm以上であることがより好ましく、80μm以上であることがさらに好ましい。ガス拡散電極基材の厚さが60μm以上であると、面内方向のガス拡散がより好ましくとなり、セパレータのリブ下にある触媒へもガスを供給がより容易にできるため、低温、高温のいずれにおいても発電性能がより向上する。一方、ガス拡散電極基材の厚さが400μm以下であると、凹部や空隙の効果がより発揮でき、排水性がより向上し、フラッディングをより抑制できるとともに、導電のためのパスがより短くなり、導電性がより向上し、高温、低温の発電性能がより向上する。かかる厚さを有するガス拡散電極基材は、電極基材の厚さとマイクロポーラス層の厚さを制御することにより得られる。ここで、ガス拡散電極基材の厚みは、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。   In the present invention, the thickness of the gas diffusion electrode substrate is preferably 60 to 400 μm. It is more preferably 200 μm or less, and further preferably 150 μm or less. Moreover, it is more preferable that it is 70 micrometers or more, and it is further more preferable that it is 80 micrometers or more. When the thickness of the gas diffusion electrode substrate is 60 μm or more, in-plane gas diffusion is more preferable, and gas can be more easily supplied to the catalyst under the ribs of the separator. The power generation performance is further improved. On the other hand, when the thickness of the gas diffusion electrode base material is 400 μm or less, the effects of the recesses and voids can be exhibited more, drainage performance can be improved, flooding can be further suppressed, and the path for conduction can be shortened. The conductivity is further improved, and the power generation performance at high and low temperatures is further improved. A gas diffusion electrode substrate having such a thickness can be obtained by controlling the thickness of the electrode substrate and the thickness of the microporous layer. Here, the thickness of the gas diffusion electrode substrate can be determined using a micrometer in a state where the thickness is increased at a surface pressure of 0.15 MPa.

本発明のガス拡散電極の面直方向のガス透過抵抗は15〜190mmAqの範囲内であることが好ましく、180mmAq以下であることがより好ましく、170mmAq以下であることがさらに好ましい。面直方向のガス拡散性の指標として面直方向のガス透過抵抗を用いる。ガス拡散電極基材の面直方向のガス拡散抵抗が小さいほど、面直方向のガス拡散性は高い。また、25mmAq以上であることがより好ましく、50mmAq以上であることがさらに好ましい。面直ガス拡散抵抗が15mmAq以上であると、水蒸気拡散性をより小さくし、ドライアップをより抑制することができる。また、面直ガス拡散抵抗が190mmAq以下であると、面直方向のガス拡散性がより向上し、低温から高温の広い温度範囲にわたって高い発電性能をより発現しやすくなる。ガス拡散電極基材の面直ガス透過抵抗は、ガス拡散電極基材から切り出した直径4.7cmの円形のサンプルを用い、マイクロポーラス層側の面からその反対面に空気を58cc/min/cmの流速で透過させたときの、マイクロポーラス層側の面とその反対面の差圧を差圧計で測定し、面直ガス透過抵抗とした。 The gas permeation resistance in the direction perpendicular to the plane of the gas diffusion electrode of the present invention is preferably in the range of 15 to 190 mmAq, more preferably 180 mmAq or less, and even more preferably 170 mmAq or less. The gas permeation resistance in the perpendicular direction is used as an index of gas diffusivity in the perpendicular direction. The smaller the gas diffusion resistance in the perpendicular direction of the gas diffusion electrode substrate, the higher the gas diffusivity in the perpendicular direction. Moreover, it is more preferable that it is 25 mmAq or more, and it is further more preferable that it is 50 mmAq or more. When the surface gas diffusion resistance is 15 mmAq or more, water vapor diffusibility can be further reduced and dry-up can be further suppressed. Further, when the surface gas diffusion resistance is 190 mmAq or less, the gas diffusibility in the surface direction is further improved, and high power generation performance is more easily exhibited over a wide temperature range from low temperature to high temperature. The surface gas permeation resistance of the gas diffusion electrode substrate was determined by using a circular sample with a diameter of 4.7 cm cut out from the gas diffusion electrode substrate, and air was supplied from the surface on the microporous layer side to the opposite surface at 58 cc / min / cm. The differential pressure between the surface on the microporous layer side and the opposite surface when it was permeated at a flow rate of 2 was measured with a differential pressure gauge to obtain a surface direct gas permeation resistance.

<ガス拡散電極基材の製造方法>
次に、本発明のガス拡散電極基材、膜電極接合体および燃料電池の製造方法として、本発明の電極基材として好ましい態様である非貫通の凹部を有する炭素繊維不織布を用いた例について説明する。
<Method for producing gas diffusion electrode substrate>
Next, as an example of the method for producing the gas diffusion electrode substrate, the membrane electrode assembly, and the fuel cell of the present invention, an example using a carbon fiber nonwoven fabric having a non-penetrating recess that is a preferred embodiment as the electrode substrate of the present invention will be described. To do.

〔炭素繊維不織布〕
本発明における非貫通の凹部を有する炭素繊維不織布は、一例として、炭素繊維前駆体繊維不織布の表面を押圧して凹部を形成する工程と、得られた炭素繊維前駆体繊維不織布を炭化処理する工程と、によって製造することができる。
[Carbon fiber nonwoven fabric]
The carbon fiber nonwoven fabric having a non-penetrating recess in the present invention includes, as an example, a step of pressing the surface of the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric to form a recess and a step of carbonizing the obtained carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric. And can be manufactured by.

炭素繊維前駆体繊維とは、炭化処理により炭素繊維化する繊維であり、炭化率が15%以上の繊維であることが好ましく、30%以上の繊維であることがより好ましい。本発明に用いられる炭素繊維前駆体繊維は特に限定されないが、ポリアクリロニトリル(PAN)系繊維、ピッチ系繊維、リグニン系繊維、ポリアセチレン系繊維、ポリエチレン系繊維、および、これらを不融化した繊維、ポリビニルアルコール系繊維、セルロース系繊維、ポリベンゾオキサゾール系繊維などを挙げることがでる。中でも強伸度が高く、加工性の良いPANを不融化したPAN系耐炎繊維を用いることが特に好ましい。繊維を不融化するタイミングは、不織布を作成する前後いずれでもよいが、不融化処理を均一に制御しやすいことから、シート化する前の繊維を不融化処理することが好ましい。   The carbon fiber precursor fiber is a fiber that is carbonized by carbonization, and is preferably a fiber having a carbonization rate of 15% or more, and more preferably 30% or more. The carbon fiber precursor fiber used in the present invention is not particularly limited, but polyacrylonitrile (PAN) fiber, pitch fiber, lignin fiber, polyacetylene fiber, polyethylene fiber, and a fiber in which these are infusible, polyvinyl Examples include alcohol fibers, cellulose fibers, and polybenzoxazole fibers. Among them, it is particularly preferable to use a PAN-based flame resistant fiber in which PAN having high strength and high workability is infusible. The fiber may be infusibilized either before or after the production of the nonwoven fabric, but it is preferable to infusibilize the fibers before forming into a sheet because the infusibilization treatment can be easily controlled uniformly.

なお、炭化率は、以下の式から求めることができる。   The carbonization rate can be obtained from the following equation.

炭化率(%)=炭化後重量/炭化前重量×100
炭素繊維前駆体繊維不織布は、炭素繊維前駆体繊維により形成されたウエブまたはシートである。ウエブとしては、乾式のパラレルレイドウエブまたはクロスレイドウエブ、エアレイドウエブ、湿式の抄造ウエブ、押出法のスパンボンドウエブ、メルトブローウエブ、エレクトロスピニングウエブを用いることができる。また、シートとしては、これらのウエブを機械的に交絡させたシート、加熱して融着させたシート、バインダーで接着させたシート等を用いることができる。溶液紡糸法で得たPAN系繊維を不融化してウエブ化する場合は、均一なシートを得やすいことから、乾式ウエブまたは湿式ウエブが好ましく、中でも工程での形態安定性を得やすいことから、乾式ウエブを機械的に交絡させたシートが特に好ましい。ここで用いる繊維量によって、電極基材の目付や見かけ密度を調整することができる。
Carbonization rate (%) = weight after carbonization / weight before carbonization × 100
A carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric is a web or sheet formed of carbon fiber precursor fibers. As the web, a dry parallel laid web or cross laid web, an airlaid web, a wet papermaking web, an extruded spunbond web, a melt blow web, and an electrospinning web can be used. Moreover, as a sheet | seat, the sheet | seat which mechanically entangled these webs, the sheet | seat heat-fused, the sheet | seat adhere | attached with the binder, etc. can be used. When the PAN-based fiber obtained by the solution spinning method is infusibilized to form a web, a uniform sheet is easily obtained, and therefore, a dry web or a wet web is preferable. A sheet in which a dry web is mechanically entangled is particularly preferable. The basis weight and apparent density of the electrode substrate can be adjusted by the amount of fibers used here.

炭化後の炭素繊維不織布に高い導電性と熱伝導性を付与するため、炭素繊維前駆体繊維不織布中において、炭素繊維前駆体繊維は、1mm以下の曲率半径を有する湾曲部を含むものであることが好ましい。炭素繊維前駆体繊維不織布は、曲率半径が500μm以下の湾曲部を有するものであることがより好ましく、曲率半径が200μm以下の湾曲部を有するものであることがさらにより好ましい。具体的には、光学顕微鏡や電子顕微鏡で炭素繊維前駆体繊維不織布表面の1.5mm×1.5mmの面積を観察したときに、このような曲率半径の湾曲部を有する炭素繊維前駆体繊維が10本以上確認できることが好ましく、30本以上確認できることがより好ましい。また、光学顕微鏡や電子顕微鏡で炭素繊維前駆体繊維不織布表面の1.5mm×1.5mmの面積を観察したときに、この視野を0.3mm×0.3mmの25個の領域に区切り、このような曲率半径の湾曲部が確認できる領域が5以上あることが好ましく、10以上あることがより好ましい。   In order to impart high electrical conductivity and thermal conductivity to the carbon fiber nonwoven fabric after carbonization, the carbon fiber precursor fiber in the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric preferably includes a curved portion having a curvature radius of 1 mm or less. . The carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric preferably has a curved portion with a radius of curvature of 500 μm or less, and more preferably has a curved portion with a radius of curvature of 200 μm or less. Specifically, when an area of 1.5 mm × 1.5 mm on the surface of the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric is observed with an optical microscope or an electron microscope, the carbon fiber precursor fiber having a curved portion with such a curvature radius is obtained. It is preferable that 10 or more can be confirmed, and more preferably 30 or more can be confirmed. In addition, when an area of 1.5 mm × 1.5 mm on the surface of the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric was observed with an optical microscope or an electron microscope, this field of view was divided into 25 regions of 0.3 mm × 0.3 mm. There are preferably 5 or more regions where a curved portion having such a radius of curvature can be confirmed, and more preferably 10 or more.

1mm以下の曲率半径の湾曲部を有する炭素繊維前駆体繊維を含む炭素繊維前駆体繊維不織布を得る方法としては、押し込み式(スタッフィングボックスを使った)けん縮機等で予めけん縮を付与した炭素繊維前駆体繊維を用いて不織布を構成する方法や、炭素繊維前駆体繊維でウエブを作成した後で、ニードルパンチやウォータージェットパンチといった機械的処理によって繊維を交絡させるとともに繊維を曲げる方法を挙げることができる。けん縮を付与して得たウエブに、更にニードルパンチやウォータージェットパンチ処理を行った炭素繊維前駆体繊維不織布を用いることは、より好ましい方法である。   As a method of obtaining a carbon fiber precursor fiber non-woven fabric including carbon fiber precursor fibers having a curved portion with a radius of curvature of 1 mm or less, carbon that has been crimped in advance with a push-in type (using a stuffing box) crimper or the like. A method of forming a nonwoven fabric using fiber precursor fibers and a method of forming a web with carbon fiber precursor fibers and then entangling and bending the fibers by a mechanical treatment such as needle punching or water jet punching. Can do. It is a more preferable method to use a carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric further subjected to needle punching or water jet punching treatment to the web obtained by crimping.

また、前述のように、炭素繊維不織布の炭素繊維同士の交点に炭化物が付着していると導電性と熱伝導性に優れるため、炭素繊維前駆体繊維不織布はバインダーを含むものであることが好ましい。炭素繊維前駆体繊維不織布にバインダーを含ませる方法は特に限定されないが、炭素繊維前駆体繊維不織布にバインダー溶液を含浸またはスプレーする方法や、予め炭素繊維前駆体繊維不織布にバインダーとなる熱可塑性樹脂製繊維を混綿しておく方法が挙げられる。   In addition, as described above, when the carbide adheres to the intersections between the carbon fibers of the carbon fiber nonwoven fabric, the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric preferably contains a binder because the conductivity and thermal conductivity are excellent. The method of including the binder in the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric is not particularly limited, but the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric is impregnated or sprayed with a binder solution, or the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric is made of a thermoplastic resin that serves as a binder in advance. A method of blending fibers is mentioned.

炭素繊維前駆体繊維不織布にバインダー溶液を含浸またはスプレーする場合には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂といった熱硬化性樹脂をバインダーとして用いることができ、炭化収率が高いことからフェノール樹脂が好ましい。ただし、バインダー樹脂溶液を含浸した場合は、炭化工程で炭素繊維前駆体繊維とバインダー樹脂の収縮の挙動の差異が生じることによって、炭素繊維不織布の平滑性が低下しやすく、また、バインダーの乾燥時に電極基材表面に溶液が移動するマイグレーション現象も生じ易いため、均一な処理が難しくなる傾向がある。   When carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric is impregnated or sprayed with binder solution, thermosetting resin such as phenol resin, epoxy resin, melamine resin, furan resin can be used as binder, and the carbonization yield is high. Resins are preferred. However, when impregnated with a binder resin solution, the difference in shrinkage behavior between the carbon fiber precursor fiber and the binder resin occurs in the carbonization process, and the smoothness of the carbon fiber nonwoven fabric tends to be reduced. Since a migration phenomenon in which the solution moves to the electrode substrate surface is also likely to occur, uniform processing tends to be difficult.

これに対し、予め炭素繊維前駆体繊維不織布にバインダーとなる熱可塑性樹脂製繊維を混綿しておく方法は、炭素繊維前駆体繊維とバインダー樹脂の割合を不織布内で均一にすることができ、炭素繊維前駆体繊維とバインダー樹脂の収縮挙動の差異も生じにくいことから、最も好ましい方法である。このような熱可塑性樹脂製繊維としては、比較的安価なポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリアクリロニトリル繊維が好ましい。   On the other hand, the method of previously blending the fiber made of thermoplastic resin as a binder with the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric can make the ratio of the carbon fiber precursor fiber and the binder resin uniform in the nonwoven fabric, This is the most preferable method because the difference in shrinkage behavior between the fiber precursor fiber and the binder resin hardly occurs. Such thermoplastic resin fibers are preferably relatively inexpensive polyester fibers, polyamide fibers, and polyacrylonitrile fibers.

バインダーの配合量は、電極基材の強度、導電性、熱伝導性の向上のため、炭素繊維前駆体繊維100質量部に対し、0.5質量部以上であることが好ましく、1質量部以上であることがより好ましい。また、排水性向上のため、80質量部以下であることが好ましく、50質量部以下であることがより好ましい。   The blending amount of the binder is preferably 0.5 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber precursor fiber in order to improve the strength, conductivity, and thermal conductivity of the electrode substrate, and is 1 part by mass or more. It is more preferable that Moreover, it is preferable that it is 80 mass parts or less for drainage improvement, and it is more preferable that it is 50 mass parts or less.

なお、バインダーの付与は、炭素繊維前駆体繊維不織布に凹部を賦形した後に、バインダー溶液を含浸またはスプレーすることにより行うこともできる。また、炭化処理を行った後の電極基材にバインダー溶液を含浸またはスプレーし、再度炭化処理する工程を経ることによっても行うことができる。しかしながら、凹部形成後にバインダーを付与すると、凹部周辺にバインダー溶液が溜まって付着量が不均一になる傾向があるため、凹部の形成前に行うことが好ましい。   The binder can also be applied by impregnating or spraying a binder solution after forming a concave portion in the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric. Moreover, it can carry out also by passing through the process of impregnating or spraying a binder solution to the electrode base material after carbonizing, and carbonizing again. However, if a binder is applied after the formation of the recess, the binder solution tends to accumulate around the recess and the amount of adhesion tends to be non-uniform.

バインダーとなる熱可塑性樹脂製繊維や、含浸またはスプレーする溶液に導電助剤を添加しておくと、導電性向上の観点からさらに好ましい。このような導電助剤としては、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、炭素繊維のミルドファイバー、黒鉛等を用いることができる。   It is more preferable from the viewpoint of improving the conductivity to add a conductive additive to the thermoplastic resin fibers used as a binder or a solution to be impregnated or sprayed. As such a conductive aid, carbon black, carbon nanotube, carbon nanofiber, milled fiber of carbon fiber, graphite, or the like can be used.

凹部を形成させる手段としては、炭素繊維前駆体繊維不織布の表面に凹部を押圧等で賦形し、凹部を有する炭素繊維前駆体繊維不織布を得ることが好ましい。凹部は、炭化後の電極基材にレーザー加工や機械加工を行うことでも形成できるが、凹部の壁面で炭素繊維が切断されることが避けられないため、導電性と熱伝導性をより向上させる点では前記方法が好ましい。   As a means for forming the concave portion, it is preferable to form the concave portion on the surface of the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric by pressing or the like to obtain a carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric having the concave portion. The recess can also be formed by performing laser processing or machining on the carbonized electrode base material, but it is inevitable that the carbon fiber is cut at the wall surface of the recess, so that the conductivity and thermal conductivity are further improved. In this respect, the above method is preferable.

押圧の方法は、炭素繊維の切断を伴わない方法が好ましく、凹部に対応する凸部を有する賦形部材を押し付ける方法や、針状部材により押圧する方法、あるいは水により押圧する方法等を用いることができる。この凸部のパターンや水の処理面積等によって、最終的な電極基材の凹部の面積を調整することができる。   The pressing method is preferably a method that does not involve cutting of carbon fibers, and a method of pressing a shaping member having a convex portion corresponding to the concave portion, a method of pressing with a needle-like member, a method of pressing with water, or the like is used. Can do. The area of the concave portion of the final electrode substrate can be adjusted by the pattern of the convex portion, the water treatment area, and the like.

中でも好ましいのは、形成する凹部に対応する凸部を有する賦形部材を前記炭素繊維前駆体繊維不織布の表面に押し付ける方法である。この方法においては、炭素繊維前駆体繊維不織布の表面の一部を賦形部材により物理的に押し込むことで、炭素繊維前駆体繊維の切断を防止しつつ凹部を形成することができる。これにより、凹部の壁面を構成している炭素繊維前駆体繊維のうち少なくとも一部の炭素繊維が凹部の高さ方向に配向したものとなる。   Among these, a method of pressing a shaping member having a convex portion corresponding to the concave portion to be formed on the surface of the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric is preferable. In this method, a concave portion can be formed while preventing cutting of the carbon fiber precursor fiber by physically pushing a part of the surface of the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric with the shaping member. As a result, at least some of the carbon fiber precursor fibers constituting the wall surface of the recess are oriented in the height direction of the recess.

より具体的な手段は特に限定されないが、エンボス加工が好ましく、凹部に対応する凸形状を形成したエンボスロールとフラットロールで連続プレスする方法や、同様の凸形状を形成したプレートとフラットプレートでバッチプレスする方法を挙げることができる。プレスの際には、次に行う炭化処理において形態が復元する(凹部がなくなる)ことのないように、ロールやプレートは加熱したものを用いることが好ましい。このときの加熱温度は、炭素繊維前駆体繊維の不織布構造体に形成した凹部の形態安定性の点から160℃〜280℃が好ましく、180℃〜260℃がより好ましい。   More specific means are not particularly limited, but embossing is preferable, a method of continuously pressing with an embossing roll and a flat roll formed with a convex shape corresponding to the concave portion, or a batch with a plate and a flat plate with the same convex shape formed The method of pressing can be mentioned. At the time of pressing, it is preferable to use heated rolls and plates so that the shape is not restored (there is no recess) in the subsequent carbonization treatment. The heating temperature at this time is preferably 160 ° C. to 280 ° C., more preferably 180 ° C. to 260 ° C., from the viewpoint of the shape stability of the recess formed in the nonwoven fabric structure of carbon fiber precursor fibers.

また、最終的に得られる電極基材の密度や厚みを制御するため、凸部の無いロールやプレートでのプレスを、凹部を形成させる前または後、あるいは両方に実施することも好ましい態様である。   Moreover, in order to control the density and thickness of the electrode base material finally obtained, it is also a preferable aspect that the pressing with a roll or plate without a convex part is performed before or after forming the concave part, or both. .

なお、繊維破断を生じることなく凹部を形成するためには、比較的低密度の炭素繊維前駆体繊維不織布を変形させることが好ましいため、凹部を形成する前の炭素繊維前駆体繊維不織布は、見かけ密度が0.02〜0.20g/cmであることが好ましく、0.05〜0.15g/cmであることがより好ましい。 In order to form the recess without causing fiber breakage, it is preferable to deform the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric having a relatively low density. Therefore, the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric before forming the recess has an apparent appearance. preferably a density of 0.02~0.20g / cm 3, more preferably 0.05~0.15g / cm 3.

また、本発明のガス拡散電極基材の好ましい見かけ密度とするために、炭化前の炭素繊維前駆体繊維不織布の見かけ密度は0.20〜1.00g/cmにしておくことが好ましい。炭素繊維前駆体繊維不織布の見かけ密度を制御するために、凹部を形成させた後、フラットロールやフラットプレートでプレスして調整することもできるが、凹部の形状を制御するという観点から、凹部部分だけではなく炭素繊維前駆体不織布全体を同時に押圧することによって、炭素繊維前駆体繊維不織布の見かけ密度を0.20〜1.00g/cmとすることが好ましい。 Moreover, in order to set it as the preferable apparent density of the gas diffusion electrode base material of this invention, it is preferable that the apparent density of the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric before carbonization shall be 0.20-1.00 g / cm < 3 >. In order to control the apparent density of the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric, after forming the recesses, it can be adjusted by pressing with a flat roll or flat plate, but from the viewpoint of controlling the shape of the recesses, the recess portion It is preferable that the apparent density of the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric is 0.20 to 1.00 g / cm 3 by simultaneously pressing the entire carbon fiber precursor nonwoven fabric.

こうして得られた炭素繊維前駆体繊維不織布は、次に炭化処理する。炭化処理の方法は特に限定されず、炭素繊維材料分野における公知の方法を用いることができるが、不活性ガス雰囲気下での焼成が好ましく用いられる。不活性ガス雰囲気下での焼成は、窒素やアルゴンといった不活性ガスを供給しながら、800℃以上で炭化処理を行うことが好ましい。焼成の温度は、優れた導電性と熱伝導性を得やすいために1500℃以上が好ましく、1900℃以上がより好ましい。一方、加熱炉の運転コストの観点を考慮すると、3000℃以下であることが好ましい。   The carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric thus obtained is then carbonized. The method of carbonization is not particularly limited, and a known method in the carbon fiber material field can be used, but firing in an inert gas atmosphere is preferably used. Firing in an inert gas atmosphere is preferably performed at 800 ° C. or higher while supplying an inert gas such as nitrogen or argon. The firing temperature is preferably 1500 ° C. or higher and more preferably 1900 ° C. or higher in order to easily obtain excellent electrical conductivity and thermal conductivity. On the other hand, in view of the operating cost of the heating furnace, it is preferably 3000 ° C. or lower.

なお、炭素繊維前駆体不織布が不融化前の炭素繊維前駆体繊維で形成されている場合には、炭化処理前に不融化を行うことが好ましい。このような不融化工程は、通常、空気中で、処理時間を10〜100分、温度を150〜350℃の範囲にする。PAN系不融化繊維の場合、密度が1.30〜1.50g/cmの範囲となるように設定することが好ましい。 In addition, when the carbon fiber precursor nonwoven fabric is formed with the carbon fiber precursor fiber before infusibilization, it is preferable to infusibilize before carbonization treatment. Such an infusibilization step is usually performed in air in a processing time of 10 to 100 minutes and a temperature of 150 to 350 ° C. In the case of a PAN-based infusible fiber, the density is preferably set to be in the range of 1.30 to 1.50 g / cm 3 .

以上、炭素繊維不織布を電極基材として用いる場合の製造方法の一例を示したが、他の態様においても、適宜公知の方法を適用しながら、上記に準じて製造することができる。例えば、凹部を有する炭素繊維からなる多孔質体の場合、公知の方法で炭素繊維前駆体からなる抄紙体や織物を製造し、次いで凹部を形成してから炭素化する方法、或いは、炭素繊維抄紙体や不織布、織物を製造し、次いで凹部を形成させる方法、等が例示できる。   As mentioned above, although an example of the manufacturing method in the case of using a carbon fiber nonwoven fabric as an electrode base material was shown, it can manufacture according to the above, applying a well-known method suitably also in another aspect. For example, in the case of a porous body made of carbon fibers having recesses, a method of producing a paper body or fabric made of a carbon fiber precursor by a known method and then carbonizing after forming the recesses, or carbon fiber papermaking Examples thereof include a method of producing a body, a nonwoven fabric, and a woven fabric and then forming a recess.

本発明において、排水性を向上する目的で、多孔質体に撥水加工を施すことが好ましい。撥水加工は、多孔質体に撥水材を塗布、熱処理することにより行うことができる。ここで、撥水材としては、耐腐食性が優れることから、フッ素系のポリマーを用いることが好ましい。フッ素系のポリマーとしては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)などが挙げられる。撥水材の塗布量は、多孔質体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。撥水材の塗布量が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。   In the present invention, the porous body is preferably subjected to water repellent treatment for the purpose of improving drainage. The water repellent process can be performed by applying a water repellent material to the porous body and heat-treating it. Here, as the water repellent material, it is preferable to use a fluorine-based polymer because of its excellent corrosion resistance. Examples of the fluorine-based polymer include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), and tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA). The application amount of the water repellent material 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 porous body. When the application amount of the water repellent material 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.

〔マイクロポーラス層〕
上記によって得られた電極基材の片面に、線状カーボンを含むカーボン塗液を塗布することによって、マイクロポーラス層を形成することができる。
[Microporous layer]
A microporous layer can be formed by applying a carbon coating liquid containing linear carbon to one surface of the electrode base material obtained as described above.

カーボン塗液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。また、線状カーボン以外の各種炭素系フィラーや撥水材を含有しても良い。   The carbon coating liquid 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. Moreover, you may contain various carbon-type fillers other than linear carbon, and a water repellent material.

カーボン塗液の電極基材への塗工は、市販されている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。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 onto the electrode substrate can be performed using various commercially available coating apparatuses. As the coating method, screen printing, rotary screen printing, spray spraying, intaglio printing, gravure printing, die coater coating, bar coating, blade coating and the like can be used. The coating methods exemplified above are only for illustrative purposes, and are not necessarily limited thereto.

カーボン塗液の電極基材への塗工後、80〜120℃の温度で塗液を乾かすことが好ましい。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。   It is preferable to dry the coating liquid at a temperature of 80 to 120 ° C. after the carbon coating liquid is applied to the electrode substrate. 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.

このようにして、カーボン塗液中の固形分(炭素系フィラー、撥水材、界面活性剤など)が乾燥後に残存し、マイクロポーラス層を形成する。   In this way, solids (carbon-based filler, water repellent material, surfactant, etc.) in the carbon coating liquid remain after drying to form a microporous layer.

〔膜電極接合体〕
本発明において、前記したガス拡散電極基材を、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層を配置することで、より生成水の逆拡散が起こりやすくなるのに加え、触媒層とガス拡散電極基材の接触面積が増大し、接触電気抵抗を低減することができる。一方の面に非貫通の凹部を有するか、空隙を有し、もう一方の面にマイクロポーラス層を有する電極基材において、ドライアップの抑制と共に、フラッディングを抑制することができる。
[Membrane electrode assembly]
In this invention, a membrane electrode assembly can be comprised by joining the above-mentioned gas diffusion electrode base material to at least one side of a solid polymer electrolyte membrane having a catalyst layer on both sides. At that time, by arranging the microporous layer on the catalyst layer side, the back diffusion of the generated water is more likely to occur, and the contact area between the catalyst layer and the gas diffusion electrode substrate increases, reducing the contact electrical resistance. can do. In an electrode substrate having a non-penetrating recess on one surface or a void, and having a microporous layer on the other surface, it is possible to suppress flooding as well as dry-up.

〔燃料電池〕
本発明の燃料電池は、上述の膜接合体の両側にセパレータを有するものである。すなわち、上述の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。
〔Fuel cell〕
The fuel cell of the present invention has separators on both sides of the membrane assembly. That is, a fuel cell is constituted 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.

実施例中の物性値は以下の方法で測定した。   The physical property values in the examples were measured by the following methods.

1.電極基材の構造
(1)基材孔径
PoreMaster(Quantachrome社製)を用いて測定し、水銀の表面張力σを480dyn/cm、水銀と炭素繊維不織布との接触角を140°として計算した。横軸が孔径(D)、縦軸が容積差(dV)とした時のピークを基材孔径とした。
1. Structure of electrode substrate (1) Measurement was performed using a substrate pore diameter PoreMaster (manufactured by Quantachrome), and the surface tension σ of mercury was 480 dyn / cm, and the contact angle between mercury and the carbon fiber nonwoven fabric was 140 °. The peak when the horizontal axis is the pore diameter (D) and the vertical axis is the volume difference (dV) is the substrate pore diameter.

(2)繊維長
製造時の切断繊維長を基に、各工程での伸張、収縮を換算して炭素繊維不織布を構成する繊維の繊維長とした。
(2) Based on the cut fiber length at the time of manufacturing the fiber length, the fiber length of the fiber constituting the carbon fiber nonwoven fabric was calculated by converting the expansion and contraction in each step.

(3)厚み、見かけ密度
JIS L1913 6.1(厚さ(A法))に準じて、5cm×5cmの試験片を10枚採取し、全自動圧縮弾性・厚さ測定器((株)大栄科学精機製作所製、型式:CEH−400)を用いて、圧力0.15kPaの加圧下で10秒後における各試験片の厚さを測定した。そして、測定値の平均値を厚さとして求めた後、この厚さと寸法(5cm×5cm)、重量から、少数第3位四捨五入して見かけ密度を求めた。
(3) Thickness and apparent density Ten specimens of 5 cm x 5 cm were collected according to JIS L1913 6.1 (thickness (Method A)), and fully automatic compression elasticity / thickness measuring instrument (Daiei Co., Ltd.) The thickness of each test piece after 10 seconds was measured under a pressure of 0.15 kPa using a model manufactured by Kagaku Seiki Seisakusho, model: CEH-400). And after calculating | requiring the average value of a measured value as thickness, it rounded off to the third decimal place from this thickness, a dimension (5 cm x 5 cm), and weight, and calculated | required the apparent density.

(4)凹部の形状
凹部の開口面積および深さは、レーザー顕微鏡(VK−9710、株式会社キーエンス社製)で観察し、形状解析アプリケーション(VK−Analyzer Plus、株式会社キーエンス社製)を用いて測定した。1000μm×1400μmの視野で凹凸部の計測解析を行い、凹部の非開口面から電極基材の加圧時厚みに相当する高さだけ開口面側に存在する平面を想定した上で、当該平面における凹部の断面積の平均値を凹部の開口面積、当該平面より非開口面側に存在する部分の深さの平均値を凹部の深さ(絶対値)とした。このとき、高さのしきい値は1MPaで加圧した際の電極基材厚みの値とした。1000μmよりも小さい面積は微小領域として無視した。また、開口率は、全ての凹部の開口面積の総和の、電極基材の面積に対するパーセンテージとして求めた。
(4) Shape of concave portion The opening area and depth of the concave portion are observed with a laser microscope (VK-9710, manufactured by Keyence Corporation), and a shape analysis application (VK-Analyzer Plus, manufactured by Keyence Corporation) is used. It was measured. The measurement and analysis of the concavo-convex part is performed with a field of view of 1000 μm × 1400 μm, and a plane that exists on the opening surface side by a height corresponding to the thickness at the time of pressurization of the electrode substrate from the non-opening surface of the concave part is assumed, The average value of the cross-sectional areas of the recesses was defined as the opening area of the recesses, and the average value of the depths existing on the non-opening surface side from the plane was defined as the depth (absolute value) of the recesses. At this time, the height threshold value was the value of the electrode substrate thickness when pressurized at 1 MPa. Areas smaller than 1000 μm 2 were ignored as minute regions. Moreover, the opening ratio was calculated | required as a percentage with respect to the area of an electrode base material of the sum total of the opening area of all the recessed parts.

(5)凹部の壁面における炭素繊維の高さ方向への配向性
凹部の壁面を構成している炭素繊維が凹部の高さ方向に配向しているかどうかは、レーザー顕微鏡(VK−9710、株式会社キーエンス社製)で観察し、形状解析アプリケーション(VK−Analyzer Plus、株式会社キーエンス社製)を用いて判断した。1000μm×1400μmの視野を観察し、凹部の1/3深さの等分面と凹部内壁面との交線、および2/3深さの等分面と凹部内壁面との交線を共に横切る炭素繊維が1本でも観察されれば、凹部の高さ方向に配向している繊維があると判断した。
(5) Orientation in the height direction of carbon fiber on the wall surface of the recess Whether the carbon fiber constituting the wall surface of the recess is oriented in the height direction of the recess is determined by a laser microscope (VK-9710, Inc. Observation by Keyence Co., Ltd., and determination was performed using a shape analysis application (VK-Analyzer Plus, Keyence Co., Ltd.). Observe the field of view of 1000 μm × 1400 μm, and cross both the line of intersection of the 1/3 depth divide surface and the inner wall surface of the recess, and the line of 2/3 depth divide surface and the wall surface of the recess. If even one carbon fiber was observed, it was judged that there was a fiber oriented in the height direction of the recess.

(6)非貫通孔の周縁部への繊維断面の有無
走査型電子顕微鏡で、隣接する20箇所以上の非貫通孔のうち、過半数の非貫通孔において周縁部に繊維断面が観察されなければ、繊維断面がないものと判断した。
(6) Presence or absence of fiber cross-section to the peripheral edge of the non-through hole In the scanning electron microscope, among the 20 or more adjacent non-through holes, the fiber cross-section is not observed at the peripheral edge in the majority of the non-through holes, It was judged that there was no fiber cross section.

(7)非貫通孔の壁面における炭素繊維の高さ方向への配向性
非貫通孔の壁面を構成している炭素繊維が非貫通孔の高さ方向に配向しているかどうかは、レーザー顕微鏡(VK−9710、株式会社キーエンス社製)で観察し、形状解析アプリケーション(VK−Analyzer Plus、株式会社キーエンス社製)を用いて判断した。1000μm×1400μmの視野を観察し、非貫通孔の1/3深さの等分面と非貫通孔内壁面との交線、および2/3深さの等分面と非貫通孔内壁面との交線を共に横切る炭素繊維が1本でも観察されれば、非貫通孔の高さ方向に配向している繊維があると判断した。
(7) Orientation in the height direction of the carbon fiber on the wall surface of the non-through hole Whether the carbon fiber constituting the wall surface of the non-through hole is oriented in the height direction of the non-through hole is determined by a laser microscope ( VK-9710 (manufactured by Keyence Co., Ltd.), and was determined using a shape analysis application (VK-Analyzer Plus, Keyence Co., Ltd.). Observe a field of view of 1000 μm × 1400 μm, intersect line between 1/3 depth of the non-through hole and the inner wall of the non-through hole, and 2/3 depth of the surface of the non-through hole and the inner wall of the non-through hole If even one carbon fiber crossing the crossing line is observed, it was judged that there was a fiber oriented in the height direction of the non-through hole.

(8)平均空隙径
走査型電子顕微鏡((S−4800 株式会社日立製作所製)を用い、イオンビームでカットした電極基材の断面(表面を形成する面と垂直の方向)の空隙を、1000倍以上に拡大して写真撮影を行った。次に、無作為に異なる30箇所の空隙を選んでそれぞれの空隙の最大内接円の直径を計測し、その平均値を平均空隙孔とした。
(8) Average void diameter Using a scanning electron microscope (S-4800, manufactured by Hitachi, Ltd.), the void in the cross section of the electrode base material cut with an ion beam (in the direction perpendicular to the surface forming surface) is 1000 Next, 30 different voids were selected at random, and the diameter of the maximum inscribed circle of each void was measured, and the average value was taken as the average void hole.

(9)曲率半径1mm以下の湾曲部を有する炭素繊維の本数
電極基材表面の500μm×500μmの面積を走査型電子顕微鏡で観察した。炭素繊維の湾曲部で3点をとり、その3点の外接円の半径として湾曲部の曲率半径を求めた。曲率半径が1mm以下の湾曲部を有する繊維が10本以上確認できた場合に多数とし、それ以下の場合には実測の本数とした。なお、対象とする炭素繊維上で測定した曲率半径のうち最も小さい曲率半径をその炭素繊維の曲率半径とした。
(9) Number of carbon fibers having a curved portion with a curvature radius of 1 mm or less An area of 500 μm × 500 μm on the surface of the electrode substrate was observed with a scanning electron microscope. Three points were taken at the curved portion of the carbon fiber, and the radius of curvature of the curved portion was determined as the radius of the circumscribed circle at the three points. When 10 or more fibers having a curved portion with a radius of curvature of 1 mm or less were confirmed, the number was set to a large number. In addition, the smallest curvature radius among the curvature radii measured on the carbon fiber made into object was made into the curvature radius of the carbon fiber.

2.発電性能
フッ素系電解質膜“Nafion”212(デュポン社製)の両面に、白金担持炭素と“Nafion”からなる触媒層(白金量0.2mg/cm)をホットプレスによって接合し、触媒層被覆電解質膜(CCM)を作成した。
2. Power generation performance A catalyst layer (platinum amount 0.2 mg / cm 2 ) made of platinum-supported carbon and “Nafion” is bonded to both sides of a fluorine-based electrolyte membrane “Nafion” 212 (manufactured by DuPont) by hot pressing to cover the catalyst layer An electrolyte membrane (CCM) was created.

このCCMの両面に2枚のガス拡散電極基材を配して再びホットプレスを行い、膜電極接合体(MEA)とした。この時、ガス拡散電極基材は、マイクロポーラス層を有する面が触媒側と接するように配置した。   Two gas diffusion electrode substrates were placed on both sides of the CCM, and hot pressing was performed again to obtain a membrane electrode assembly (MEA). At this time, the gas diffusion electrode substrate was arranged so that the surface having the microporous layer was in contact with the catalyst side.

ガス拡散電極の周囲にガスケット(厚み70μm)を配したMEAをエレクトロケム社製のシングルセル(5cm、サーペンタイン流路)にセットした。 MEA in which a gasket (thickness 70 μm) was arranged around the gas diffusion electrode was set in a single cell (5 cm 2 , serpentine flow path) manufactured by Electrochem.

(1)加湿条件での電圧
セル温度を60℃、水素と空気の露点を60℃とし、流量はそれぞれ1000cc/分と2500cc/分、ガス出口は開放(無加圧)とし、0.6A/cmの電流密度で発電させ、そのときの電圧を加湿条件での電圧とした。
(1) Voltage under humidification conditions The cell temperature is 60 ° C., the dew point of hydrogen and air is 60 ° C., the flow rates are 1000 cc / min and 2500 cc / min, respectively, the gas outlet is open (no pressure applied), and 0.6 A / Electric power was generated at a current density of cm 2 , and the voltage at that time was the voltage under humidification conditions.

(2)低加湿条件での電圧
セル温度を90℃、水素と空気の露点を60℃とし、流量はそれぞれ100cc/分と250cc/分、ガス出口は開放(無加圧)とし、0.6A/cmの電流密度で発電させ、そのときの電圧を低加湿条件での電圧とした。
(2) Voltage under low humidification conditions The cell temperature is 90 ° C, the dew point of hydrogen and air is 60 ° C, the flow rates are 100 cc / min and 250 cc / min, respectively, and the gas outlet is open (no pressure), 0.6 A Electric power was generated at a current density of / cm 2 , and the voltage at that time was defined as a voltage under low humidification conditions.

[実施例1]
PAN系耐炎糸のけん縮糸を数平均繊維長76mmに切断した後、カード、クロスレヤーでシート化した後、針密度300本/cmのニードルパンチを行って炭素繊維前駆体繊維不織布を得た。
[Example 1]
After crimping the PAN-based flameproof yarn to a number average fiber length of 76 mm, it was formed into a sheet with a card and a cross layer, and then needle punching with a needle density of 300 / cm 2 was performed to obtain a carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric. .

この炭素繊維前駆体繊維不織布の一方の面に、直径150μm、高さ150μmの円筒状の凸部が分散形成され、該凸部のピッチがMD、CDとも0.5mm、素繊維前駆体繊維不織布の面積に対する凸部の面積比率が3%であるドットパターンの金属製エンボスロールと、金属製のフラットロールを用い、エンボス加工を行った。エンボスロールおよびフラットロールの加熱温度は220℃、線圧は50kN/mとした。   Cylindrical convex portions having a diameter of 150 μm and a height of 150 μm are dispersedly formed on one surface of the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric, and the pitch of the convex portions is 0.5 mm for both MD and CD. Embossing was performed using a metal embossing roll having a dot pattern in which the area ratio of the convex portion to the area was 3% and a metal flat roll. The heating temperature of the embossing roll and the flat roll was 220 ° C., and the linear pressure was 50 kN / m.

その後、窒素雰囲気下で、室温から3時間かけて1500℃まで昇温して15分間1500℃で加熱して炭化処理を行い、凹部を有する目付31g/m2、厚み121μm、見かけ密度0.256g/cmの炭素繊維不織布を得た。電池顕微鏡で表面観察したところ、炭素繊維は相互に交絡し、非貫通孔の周縁部に繊維断面はなかった。炭化処理前後の重量変化から求めた炭化率は52%であった。 Thereafter, the temperature is raised from room temperature to 1500 ° C. over 3 hours in a nitrogen atmosphere and heated at 1500 ° C. for 15 minutes to perform carbonization treatment. The weight is 31 g / m 2 having a recess , the thickness is 121 μm, the apparent density is 0.256 g. A carbon fiber nonwoven fabric of / cm 3 was obtained. When the surface was observed with a battery microscope, the carbon fibers were entangled with each other, and there was no fiber cross section at the periphery of the non-through holes. The carbonization rate determined from the weight change before and after the carbonization treatment was 52%.

当該炭素繊維不織布にPTFE樹脂の水分散液(“ポリフロン”(登録商標)PTFEディスパージョンD−1E(ダイキン工業(株)製)を用いて、炭素繊維焼成体95質量部に対し、PTFEを5質量部付与した。   A PTFE resin aqueous dispersion (“Polyflon” (registered trademark) PTFE dispersion D-1E (manufactured by Daikin Industries, Ltd.)) is used for the carbon fiber nonwoven fabric, and PTFE is added to 95 parts by mass of the carbon fiber fired body. Mass parts were given.

次に、炭素繊維不織布の平滑な面(凹部を形成していない面)に、線状カーボンとして、気相成長炭素繊維“VGCF”(登録商標)(昭和電工(株)製、平均直径:0.15μm、平均繊維長:8μm、アスペクト比:50、線状カーボンの一種)7.7重量%とPTFE樹脂(PTFE樹脂を60質量部含む水分散液である“ポリフロン”(登録商標)PTFEディスパージョンD−1E(ダイキン工業(株)製)を使用)2.5重量%、界面活性剤“TRITON”(登録商標)X−100(ナカライテスク(株)製)14.0重量%、からなる混合物を、スリットダイコーターを用いて塗布した。カーボン塗液を塗工後、120℃で10分、380℃で10分加熱し、マイクロポーラス層を形成した。このようにして、目付50g/m、厚み140μm、見かけ密度0.357g/cmのガス拡散電極基材を得た。 Next, vapor-grown carbon fiber “VGCF” (registered trademark) (manufactured by Showa Denko Co., Ltd., average diameter: 0) is used as linear carbon on the smooth surface of the carbon fiber nonwoven fabric (the surface on which no recess is formed). .15 μm, average fiber length: 8 μm, aspect ratio: 50, a kind of linear carbon) 7.7% by weight and PTFE resin (“Polyflon” (registered trademark) PTFE Disperser which is an aqueous dispersion containing 60 parts by mass of PTFE resin) John D-1E (made by Daikin Industries, Ltd.) 2.5% by weight, surfactant “TRITON” (registered trademark) X-100 (made by Nacalai Tesque) 14.0% by weight, The mixture was applied using a slit die coater. After the carbon coating solution was applied, it was heated at 120 ° C. for 10 minutes and 380 ° C. for 10 minutes to form a microporous layer. In this way, a gas diffusion electrode substrate having a basis weight of 50 g / m 2 , a thickness of 140 μm, and an apparent density of 0.357 g / cm 3 was obtained.

[実施例2]
実施例1において、気相成長炭素繊維“VGCF”(登録商標)の代わりに、気相成長炭素繊維“VGCF−S”(登録商標)(昭和電工(株)製、平均直径:0.10μm、平均繊維長:11μm、アスペクト比:110、線状カーボンの一種)2.3重量%と、アセチレンブラック“デンカブラック”(登録商標)(電気化学工業(株)製、平均粒子径:0.035μm、アスペクト比:1、カーボンブラックの一種)5.4重量%とした以外は、実施例1と同様にして処理し、ガス拡散電極基材を得た。
[Example 2]
In Example 1, instead of vapor grown carbon fiber “VGCF” (registered trademark), vapor grown carbon fiber “VGCF-S” (registered trademark) (manufactured by Showa Denko KK, average diameter: 0.10 μm, Average fiber length: 11 μm, aspect ratio: 110, a kind of linear carbon) 2.3 wt%, acetylene black “Denka Black” (registered trademark) (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., average particle size: 0.035 μm) A gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that 5.4% by weight was used.

[実施例3]
実施例2において、気相成長炭素繊維“VGCF―S”(登録商標)の代わりに、多層カーボンナノチューブ(チープ チューブス社製、平均直径:0.015μm、平均繊維長:20μm、アスペクト比:1300、線状カーボンの一種)とした以外は、実施例2と同様にして処理し、ガス拡散電極基材を得た。
[Example 3]
In Example 2, instead of vapor grown carbon fiber “VGCF-S” (registered trademark), multi-walled carbon nanotubes (manufactured by Cheap Tubes, average diameter: 0.015 μm, average fiber length: 20 μm, aspect ratio: 1300) The gas diffusion electrode base material was obtained in the same manner as in Example 2 except that it was a kind of linear carbon.

[実施例4]
実施例1と同様の数平均繊維長76mmの耐炎糸と、数平均繊維長37mmのナイロンステープルを、それぞれ80重量%と20重量%の割合で混綿した後、カード、クロスレヤーおよび針密度300本/cmのニードルパンチを行って炭素繊維前駆体繊維不織布を得た。当該炭素繊維前駆体繊維不織布を用いた以外は実施例1と同様にして、電極基材を得た。
[Example 4]
A flame resistant yarn having a number average fiber length of 76 mm as in Example 1 and a nylon staple having a number average fiber length of 37 mm were mixed at a ratio of 80% by weight and 20% by weight, respectively, and then a card, a cross layer and a needle density of 300 / A cm 2 needle punch was performed to obtain a carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric. An electrode substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric was used.

続いて、当該電極基材を用い、実施例1と同様にしてガス拡散電極基材を得た。   Then, the gas diffusion electrode base material was obtained like Example 1 using the said electrode base material.

[実施例5]
繊維長10mmのPAN系耐炎糸を用い、抄造法によって湿式不織布を得た。この湿式不織布に対して、実施例1と同様にエンボス加工、炭化処理を行って炭素繊維抄紙体を得た。次いで、10重量%のフェノール樹脂を含浸し、プレスした後、再度炭化した。当該炭素繊維抄紙体を用いて実施例1と同様にして撥水加工し、電極基材を得た。
[Example 5]
A wet nonwoven fabric was obtained by a papermaking method using a PAN-based flame resistant fiber having a fiber length of 10 mm. The wet nonwoven fabric was embossed and carbonized in the same manner as in Example 1 to obtain a carbon fiber papermaking body. Subsequently, it was impregnated with 10% by weight of a phenol resin, pressed, and carbonized again. The carbon fiber papermaking body was subjected to water repellent treatment in the same manner as in Example 1 to obtain an electrode substrate.

続いて、当該電極基材を用い、実施例1と同様にしてガス拡散電極基材を得た。   Then, the gas diffusion electrode base material was obtained like Example 1 using the said electrode base material.

[実施例6]
実施例4と同様にして得た炭素繊維前駆体繊維不織布に、ビーム径が100μmのYAGレーザーを照射し、MD、CDとも0.5mmに一孔の頻度で孔加工を行った。その後、窒素雰囲気下で15分間、1500℃で加熱して炭化処理を行い、電極基材を得た。得られた電極基材に形成された孔は、非貫通孔となっており、基材孔径は40μmだった。
[Example 6]
The carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric obtained in the same manner as in Example 4 was irradiated with a YAG laser having a beam diameter of 100 μm, and both MD and CD were drilled at a frequency of one hole of 0.5 mm. Then, it carbonized by heating at 1500 degreeC for 15 minutes in nitrogen atmosphere, and obtained the electrode base material. The holes formed in the obtained electrode substrate were non-through holes, and the substrate hole diameter was 40 μm.

続いて、当該電極基材を用い、実施例1と同様にしてガス拡散電極基材を得た。   Then, the gas diffusion electrode base material was obtained like Example 1 using the said electrode base material.

[実施例7]
極限粘度が0.66のPET(ポリエチレンテレフタレート)成分を紡糸および延伸し、56デシテックス48フィラメントの繊維を得た。これをS撚りで2400T/mで撚りをかけ、75℃でスチームセットを行った。同様に、Z撚りで2400T/mで撚りをかけ、75℃でスチームセットを行った糸を作製した。タテ糸に、S撚りの糸とZ撚りの糸を交互に配し、ヨコ糸にS撚りの糸を用い、織組織を平織とし、93×64本/2.54cmの織密度で織物を作製し、目付60g/mの織物(繊維布帛)を製造した。
[Example 7]
A PET (polyethylene terephthalate) component having an intrinsic viscosity of 0.66 was spun and drawn to obtain 56 dtex 48 filament fibers. This was twisted by S twisting at 2400 T / m and steam set at 75 ° C. Similarly, a yarn that was twisted at 2400 T / m by Z twisting and steam-set at 75 ° C. was produced. S warp yarn and Z twist yarn are alternately arranged on the warp yarn, the S twist yarn is used for the weft yarn, the weave structure is plain weave, and a fabric is produced with a weave density of 93 × 64 / 2.54 cm. Thus, a woven fabric (fiber fabric) having a basis weight of 60 g / m 2 was produced.

次に、実施例1と同様の方法で得た炭素繊維前駆体繊維不織布と積層して、炭素繊維前駆体繊維不織布の方向からニードルパンチ(NP)し、炭素繊維前駆体繊維が織物を貫通してもう一方の表面まで貫通させた。このようにして、見かけ密度0.10g/cmの複合シートを得た。得られた複合シートは、200℃に加熱したプレス機で圧縮し、見かけ密度0.50g/cmとした。次いで窒素雰囲気中1500℃の温度まで昇温して焼成(1度目の炭素化)してPAN系炭素繊維不織布を得た。 Next, the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric obtained by the same method as in Example 1 was laminated and needle punched (NP) from the direction of the carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric so that the carbon fiber precursor fiber penetrated the fabric. And penetrated to the other surface. In this way, a composite sheet having an apparent density of 0.10 g / cm 3 was obtained. The obtained composite sheet was compressed with a press machine heated to 200 ° C. to give an apparent density of 0.50 g / cm 3 . Next, the temperature was raised to 1500 ° C. in a nitrogen atmosphere and fired (first carbonization) to obtain a PAN-based carbon fiber nonwoven fabric.

このPAN系炭素繊維不織布に、フェノール樹脂と黒鉛をそれぞれ、40g/m、15g/m付与した。 This PAN-based carbon fiber nonwoven fabric, respectively phenolic resin and graphite, 40g / m 2, 15g / m 2 was applied.

再度1500℃の電気炉において、N雰囲気下で炭素化処理(2度目の炭素化)を行い、炭素繊維不織布を得た。得られた炭素繊維不織布を、X線CTを用いて観察すると、乾式ウエブを構成していた繊維が一方の表面から他方の表面まで連続していることが確認できた。また、繊維同士が相互に交絡し、さらに、繊維が厚さ方向へ配向していることが確認できた。得られた炭素繊維不織布は、目付64g/m、厚み163μm、見かけ密度0.392g/cm、であり、平均空隙径が70μmの空隙を有していた。 Again, in an electric furnace at 1500 ° C., carbonization treatment (second carbonization) was performed in an N 2 atmosphere to obtain a carbon fiber nonwoven fabric. When the obtained carbon fiber nonwoven fabric was observed using X-ray CT, it was confirmed that the fibers constituting the dry web were continuous from one surface to the other surface. Further, it was confirmed that the fibers were entangled with each other and the fibers were oriented in the thickness direction. The obtained carbon fiber nonwoven fabric had a basis weight of 64 g / m 2 , a thickness of 163 μm, an apparent density of 0.392 g / cm 3 , and an average pore diameter of 70 μm.

この炭素繊維不織布を電極基材として、実施例1と同様にしてガス拡散電極基材とした。   The carbon fiber nonwoven fabric was used as an electrode base material to make a gas diffusion electrode base material in the same manner as in Example 1.

[比較例1]
実施例4と同様にして、炭素繊維前駆体繊維不織布を得た。得られた炭素繊維前駆体繊維不織布に、YAGレーザーの照射時間を実施例6の10倍とした以外は実施例6と同様にして、電極基材を得た。得られた電極基材に形成された孔は、貫通孔となっていた。
[Comparative Example 1]
In the same manner as in Example 4, a carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric was obtained. An electrode substrate was obtained in the same manner as in Example 6 except that the obtained carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric was irradiated with a YAG laser 10 times longer than that in Example 6. The hole formed in the obtained electrode base material was a through hole.

続いて、当該電極基材を用い、実施例1と同様にしてガス拡散電極基材を得た。   Then, the gas diffusion electrode base material was obtained like Example 1 using the said electrode base material.

[比較例2]
実施例1において、線状カーボンの変わりにアセチレンブラック“デンカブラック”(登録商標)(電気化学工業(株)製、平均粒子径:0.035μm、アスペクト比:1、カーボンブラックの一種)を7.7重量%とした以外は、実施例1と同様にしてガス拡散電極基材を得た。
[Comparative Example 2]
In Example 1, instead of linear carbon, acetylene black “Denka Black” (registered trademark) (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., average particle size: 0.035 μm, aspect ratio: 1, kind of carbon black) is 7 A gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the content was changed to 7% by weight.

[比較例3]
実施例1において、マイクロポーラス層を形成させない以外は、実施例1と同様にして電極基材を得た。この電極基材をそのままガス拡散電極基材の代わりに用いた。
[Comparative Example 3]
In Example 1, an electrode substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the microporous layer was not formed. This electrode substrate was used as it was instead of the gas diffusion electrode substrate.

[比較例4]
凹部を形成させない以外は実施例1と同様にしてガス拡散電極基材を得た。
[Comparative Example 4]
A gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that no recess was formed.

各実施例、比較例で作成したガス拡散電極の基材の構成および燃料電池の発電性能を表1に示す。   Table 1 shows the structure of the base material of the gas diffusion electrode and the power generation performance of the fuel cell prepared in each example and comparative example.

Figure 2015159058
Figure 2015159058

Claims (8)

電極基材の片面にマイクロポーラス層が配置されてなるガス拡散電極基材であって、前記電極基材は、電極基材のマイクロポーラス層が配置されていない面に非貫通の凹部を有するか、または内部に空隙を有し、かつ前記マイクロポーラス層が線状カーボンを含むガス拡散電極基材。 A gas diffusion electrode base material in which a microporous layer is disposed on one side of an electrode base material, wherein the electrode base material has a non-penetrating recess on a surface of the electrode base material on which the microporous layer is not disposed. Or a gas diffusion electrode substrate having voids inside and wherein the microporous layer contains linear carbon. 前記非貫通の凹部が、分散して形成されている非貫通孔である、請求項1に記載のガス拡散電極基材。 The gas diffusion electrode substrate according to claim 1, wherein the non-penetrating recesses are non-penetrating holes formed in a dispersed manner. 前記線状カーボンのアスペクト比が30〜5000の範囲内である、請求項1または請求項2に記載のガス拡散電極基材。 The gas diffusion electrode substrate according to claim 1 or 2, wherein an aspect ratio of the linear carbon is within a range of 30 to 5,000. 前記電極基材が炭素繊維不織布からなる、請求項1〜請求項3のいずれかに記載のガス拡散電極基材。 The gas diffusion electrode substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode substrate is made of a carbon fiber nonwoven fabric. 前記マイクロポーラス層の目付が10〜35g/mの範囲内である、請求項1〜請求項4のいずれかに記載のガス拡散電極基材。 The microporous layer having a basis weight is in the range of 10~35g / m 2, gas diffusion electrode substrate according to any one of claims 1 to 4. 請求項1〜請求項5のいずれかに記載のガス拡散電極基材を含む膜電極接合体。 The membrane electrode assembly containing the gas diffusion electrode base material in any one of Claims 1-5. 請求項1〜請求項5のいずれかに記載のガス拡散電極用基材または請求項6に記載の膜電極接合体を含む燃料電池。 A fuel cell comprising the gas diffusion electrode substrate according to any one of claims 1 to 5 or the membrane electrode assembly according to claim 6. 片面に非貫通の凹部を有するか、または内部に空隙を有する電極基材に、線状カーボンを含むカーボン塗液を塗布することによってマイクロポーラス層を形成することを特徴とするガス拡散電極基材の製造方法。 A gas diffusion electrode substrate characterized in that a microporous layer is formed by applying a carbon coating liquid containing linear carbon to an electrode substrate having a non-penetrating recess on one side or having a void inside. Manufacturing method.
JP2014033704A 2013-12-27 2014-02-25 Gas diffusion electrode substrate and fuel cell using the same Expired - Fee Related JP6539944B2 (en)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014033704A JP6539944B2 (en) 2014-02-25 2014-02-25 Gas diffusion electrode substrate and fuel cell using the same
CA2927098A CA2927098C (en) 2013-12-27 2014-12-10 Carbon fiber nonwoven fabric, production method for carbon fiber nonwoven fabric, and nonwoven fabric of carbon fiber precurser fibers
PCT/JP2014/082724 WO2015098530A1 (en) 2013-12-27 2014-12-10 Carbon fiber nonwoven fabric, production method for carbon fiber nonwoven fabric, and nonwoven fabric of carbon fiber precurser fibers
EP14874369.3A EP3088582B1 (en) 2013-12-27 2014-12-10 Carbon fiber nonwoven fabric, production method for carbon fiber nonwoven fabric, and nonwoven fabric of carbon fiber precurser fibers
KR1020167013207A KR102043726B1 (en) 2013-12-27 2014-12-10 Carbon fiber nonwoven fabric, production method for carbon fiber nonwoven fabric, and nonwoven fabric of carbon fiber precurser fibers
US15/107,986 US10305117B2 (en) 2013-12-27 2014-12-10 Carbon fiber nonwoven fabric, production method for carbon fiber nonwoven fabric, and nonwoven fabric of carbon fiber precursor fibers
CN201480069248.1A CN105829593B (en) 2013-12-27 2014-12-10 Carbon fiber nonwoven fabric, the manufacture method of carbon fiber nonwoven fabric and carbon fiber precursor fiber non-woven fabrics
TW103144699A TWI641180B (en) 2013-12-27 2014-12-22 Carbon fiber nonwoven fabric, manufacturing method of carbon fiber nonwoven fabric, and carbon fiber precursor fiber nonwoven fabric

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014033704A JP6539944B2 (en) 2014-02-25 2014-02-25 Gas diffusion electrode substrate and fuel cell using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015159058A true JP2015159058A (en) 2015-09-03
JP6539944B2 JP6539944B2 (en) 2019-07-10

Family

ID=54182910

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014033704A Expired - Fee Related JP6539944B2 (en) 2013-12-27 2014-02-25 Gas diffusion electrode substrate and fuel cell using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6539944B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111194497A (en) * 2017-11-29 2020-05-22 东丽株式会社 Microporous layer, method for producing same, gas diffusion electrode substrate, and fuel cell

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08111226A (en) * 1994-10-11 1996-04-30 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk Solid polyelectrolyte type electrochemistry cell and its preparation
JP2006120506A (en) * 2004-10-22 2006-05-11 Honda Motor Co Ltd Solid polymer fuel cell
JP2009187903A (en) * 2008-02-08 2009-08-20 Canon Inc Carbon porous material, method of manufacturing the same, gas diffusion layer, and fuel cell using the same
JP2009211928A (en) * 2008-03-04 2009-09-17 Toho Tenax Co Ltd Carbon fiber paper and method of manufacturing the same
JP2010129393A (en) * 2008-11-27 2010-06-10 Nissan Motor Co Ltd Gas diffusion layer for fuel cell, its manufacturing method, and fuel cell using the same
JP2010225304A (en) * 2009-03-19 2010-10-07 Toyota Motor Corp Method of manufacturing diffusion layer for fuel cell
JP2010267539A (en) * 2009-05-15 2010-11-25 Toyota Motor Corp Method of manufacturing gas diffusion layer for fuel cell
JP2011096385A (en) * 2009-10-27 2011-05-12 Toppan Printing Co Ltd Gas diffusion layer for cathode and method of manufacturing the same

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08111226A (en) * 1994-10-11 1996-04-30 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk Solid polyelectrolyte type electrochemistry cell and its preparation
JP2006120506A (en) * 2004-10-22 2006-05-11 Honda Motor Co Ltd Solid polymer fuel cell
JP2009187903A (en) * 2008-02-08 2009-08-20 Canon Inc Carbon porous material, method of manufacturing the same, gas diffusion layer, and fuel cell using the same
JP2009211928A (en) * 2008-03-04 2009-09-17 Toho Tenax Co Ltd Carbon fiber paper and method of manufacturing the same
JP2010129393A (en) * 2008-11-27 2010-06-10 Nissan Motor Co Ltd Gas diffusion layer for fuel cell, its manufacturing method, and fuel cell using the same
JP2010225304A (en) * 2009-03-19 2010-10-07 Toyota Motor Corp Method of manufacturing diffusion layer for fuel cell
JP2010267539A (en) * 2009-05-15 2010-11-25 Toyota Motor Corp Method of manufacturing gas diffusion layer for fuel cell
JP2011096385A (en) * 2009-10-27 2011-05-12 Toppan Printing Co Ltd Gas diffusion layer for cathode and method of manufacturing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111194497A (en) * 2017-11-29 2020-05-22 东丽株式会社 Microporous layer, method for producing same, gas diffusion electrode substrate, and fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP6539944B2 (en) 2019-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015098530A1 (en) Carbon fiber nonwoven fabric, production method for carbon fiber nonwoven fabric, and nonwoven fabric of carbon fiber precurser fibers
JP6206186B2 (en) Gas diffusion electrode base material for fuel cells
JP5621949B1 (en) Gas diffusion layer for fuel cell and manufacturing method thereof
JP5614462B2 (en) Gas diffusion electrode base material for fuel cell, membrane electrode assembly, and fuel cell
KR102120691B1 (en) Gas diffusion electrode substrate, and membrane electrode assembly and fuel cell provided therewith
JP6330282B2 (en) Gas diffusion electrode substrate for fuel cell and manufacturing method thereof
WO2015125750A1 (en) Gas diffusion electrode substrate
WO2016208324A1 (en) Gas diffusion electrode substrate and method for manufacturing same, gas diffusion electrode, membrane electrode assembly, and solid polymer fuel cell
JPWO2018012345A1 (en) Gas diffusion electrode substrate, method for producing the same, gas diffusion electrode, membrane electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell
JP6500421B2 (en) Carbon fiber non-woven fabric
JP2013152927A (en) Fuel cell gas diffusion layer, membrane electrode assembly and fuel cell
JPWO2017099181A1 (en) Carbon sheet, gas diffusion electrode substrate, and fuel cell
JP5761441B2 (en) Carbon fiber nonwoven fabric
JP2018026343A (en) Gas diffusion electrode base material, method of manufacturing the same, and solid polymer fuel cell
JP6539944B2 (en) Gas diffusion electrode substrate and fuel cell using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170213

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180320

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180511

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181106

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181109

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190514

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190527

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6539944

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees