JP4565830B2 - 燃料電池用ガス拡散層及びその製造方法 - Google Patents
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Description
該他面側は該ランド部に接触するランド接触部と該流路に接触する流路接触部とをもつ燃料電池用ガス拡散層であって、
該ランド接触部の裏面に位置する該一面側の表面部分であるランド接触部裏面部は、前記流路接触部の裏面に位置する該一面側の表面部分である流路接触部裏面部よりも平滑度が高いことを特徴とする(請求項1)。
該ランド接触部裏面部の凹凸の深さを任意の直線に沿って1mm以上の長さにおいて測定したプロファイルデータを得る工程と、
該プロファイルデータに対して、10μm以下の開口部をもつ微細構造を除去した後、表面の凹凸の深さを任意の直線に沿って10μm間隔で100個の点について測定した測定データ群を得る工程と、
該測定データ群において隣接する該点の間で深さの差を求め、その差の絶対値の最大値をdとする工程と、により求められる(請求項2)。
該ランド接触部裏面部に対して接触している前記電解質膜又はMEAの表面の凹凸の深さを任意の直線に沿って10μm間隔で100個の点について測定した測定データ群を得る工程と、
該測定データ群において隣接する該点の間で深さの差を求め、その差の絶対値の最大値をdとする工程と、により求められる(請求項3)。
該ランド接触部の裏面に位置する該一面側には、表面の平滑度が高い緩衝層が積層されることを特徴とする(請求項8)。緩衝層の電解質膜に接触する部分の平滑度を高くすることで、他の部分の構造に関係なく、電解質膜への攻撃性を低下できる。他の部分についてはガス透過性及び排水性など燃料電池性能を向上するために組成などが適正化できる。
本実施形態の燃料電池用ガス拡散層は燃料電池の電解質膜又はMEAとセパレータとの間に狭持して用いる。本燃料電池用ガス拡散層を電解質膜に適用する場合には本燃料電池用ガス拡散層に白金などの触媒金属微粒子を担持することができる。セパレータは一般的な構造をもち、流路とその流路を区画するランド部とから構成される。流路には燃料ガス又は酸化剤ガスが流れるとともに、反応により生成する水が流れる。セパレータを構成する材料は特に限定されない。例えば、炭素材料や金属材料などから形成される。
本実施形態の燃料電池用ガス拡散層は、一般的なガス拡散層と、その一般的なガス拡散層の電解質膜に接触する一面側に積層された緩衝層とからなる。緩衝層はランド接触部の裏面側に積層される。その他の構成は特に限定されない。緩衝層については第1実施形態で説明したものが適用できる。
本変形例では実施例1におけるペーパ型繊維基材に代えてクロス型繊維基材を採用している。実施例1では連通孔が設けられていたが、本変形例ではクロス型繊維基材のガス透過性が高いので連通孔を設けることなく使用できる。但し、ガス流量、排水量確保などの目的で必要に応じて実施例1と同様に連通孔を設けても良い。
本変形例の燃料電池用ガス拡散層は実施例1の燃料電池用ガス拡散層に代えて従来の燃料電池用ガス拡散層をそのまま採用して、そのランド接触部の裏面に位置する一面側にペーパ型繊維基材からなる緩衝層30が積層することもできる。緩衝層30を採用することによりMEAへの攻撃性を低くできる。
本変形例の燃料電池用ガス拡散層は実施例1の燃料電池用ガス拡散層に代えて従来の燃料電池用ガス拡散層をそのまま採用して、そのランド接触部にクロス型繊維基材からなる緩衝層20が積層されているとともに、ランド接触部の裏面に位置する一面側にペーパ型繊維基材からなる緩衝層30が積層することもできる。緩衝層20及び30を採用することによりMEAへの攻撃性を低くできる。
20、30…緩衝層
Claims (11)
- 電解質膜又はMEAに一面側で接触し、燃料又は酸化剤の流路と該流路を区画するランド部とから構成された面をもつセパレータに他面側で接触し、微細な連通孔を有し、
該他面側は該ランド部に接触するランド接触部と該流路に接触する流路接触部とをもつ燃料電池用ガス拡散層であって、
該ランド接触部の裏面に位置する該一面側の表面部分であるランド接触部裏面部は、前記流路接触部の裏面に位置する該一面側の表面部分である流路接触部裏面部よりも平滑度が高いことを特徴とする燃料電池用ガス拡散層。 - 前記ランド接触部裏面部において、前記平滑度が高いとは以下の手順により求められたdの値が前記電解質膜又はMEAの厚み以下となることである請求項1に記載の燃料電池用ガス拡散層。
前記dは、
該ランド接触部裏面部の凹凸の深さを任意の直線に沿って1mm以上の長さにおいて測定したプロファイルデータを得る工程と、
該プロファイルデータに対して、10μm以下の開口部をもつ微細構造を除去した後、表面の凹凸の深さを任意の直線に沿って10μm間隔で100個の点について測定した測定データ群を得る工程と、
該測定データ群において隣接する該点の間で深さの差を求め、その差の絶対値の最大値をdとする工程と、により求められる。 - 前記ランド接触部裏面部において、前記平滑度が高いとは以下の手順により求められたdの値が前記電解質膜又はMEAの厚み以下となることである請求項1に記載の燃料電池用ガス拡散層。
前記dは、
該ランド接触部裏面部に対して接触している前記電解質膜又はMEAの表面の凹凸の深さを任意の直線に沿って10μm間隔で100個の点について測定した測定データ群を得る工程と、
該測定データ群において隣接する該点の間で深さの差を求め、その差の絶対値の最大値をdとする工程と、により求められる。 - 前記流路接触部の部分における組成は、前記ランド接触部の部分における組成とは異なることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散層。
- 前記ランド接触部の裏面に位置する前記一面側には、表面の平滑度が高い緩衝層が積層される請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散層。
- 前記ランド接触部には、クロス型繊維基材からなる緩衝層が積層される請求項1〜5のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散層。
- 前記ランド接触部の部分は、ペーパ型繊維基材及びクロス型繊維基材の少なくとも一方からなる基材と、必要に応じて含浸される導電性樹脂材料とを含む請求項1〜6のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散層。
- 電解質膜又はMEAに一面側で接触し、燃料又は酸化剤の流路と該流路を区画するランド部とから構成された面をもつセパレータに他面側で接触し、微細な連通孔を有し、
該他面側は該ランド部に接触するランド接触部と該流路に接触する流路接触部とをもつ燃料電池用ガス拡散層であって、
該ランド接触部の裏面に位置する該一面側には、表面の平滑度が高い緩衝層が積層されることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層。 - 前記緩衝層はペーパ型繊維基材と該ペーパ型繊維体に含浸された導電性樹脂材料とから構成される請求項5又は8に記載の燃料電池用ガス拡散層。
- 電解質膜又はMEAに一面側で接触し、燃料又は酸化剤の流路と該流路を区画するランド部とから構成された面をもつセパレータに他面側で接触し、微細な連通孔を有し、
該他面側は該ランド部に接触するランド接触部と該流路に接触する流路接触部とをもつ燃料電池用ガス拡散層の製造方法であって、
多孔質である基材の該ランド接触部に相当する部位に導電性樹脂材料を含浸させ、該ランド接触部の裏面に位置する該一面側の表面部分であるランド接触部裏面部の平滑度を、前記流路接触部の裏面に位置する該一面側の表面部分である流路接触部裏面部よりも高くする工程を有することを特徴とする燃料電池用ガス拡散層の製造方法。 - 前記流路接触部に相当する部位に連通孔を穿孔する工程を有する請求項10に記載の燃料電池用ガス拡散層の製造方法。
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