JP5742747B2 - Fuel cell, gas diffusion layer, and method of manufacturing gas diffusion layer - Google Patents
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Description
この発明は、燃料電池に関し、特に、燃料電池のガス拡散層に関する。 The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a gas diffusion layer of a fuel cell.
燃料電池用のガス拡散層を製造するときに、撥水層形成用ペーストを導電性多孔質基材表面に塗工した後、大気中にて200〜400℃で乾燥する技術が知られている(特許文献1)。 When manufacturing a gas diffusion layer for a fuel cell, a technique is known in which a water repellent layer forming paste is applied to the surface of a conductive porous substrate and then dried at 200 to 400 ° C. in the atmosphere. (Patent Document 1).
しかし、この方法で形成されたガス拡散層は、撥水性や、撥水性物質の耐久性が不十分であるという問題があった。 However, the gas diffusion layer formed by this method has a problem that water repellency and durability of the water repellant substance are insufficient.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、ガス拡散層の撥水性や、撥水性物質の耐久性を向上させることを目的とする。 The present invention has been made to solve at least a part of the above-described problems, and an object thereof is to improve the water repellency of a gas diffusion layer and the durability of a water-repellent substance.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、燃料電池が提供される。この形態の燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜の両面に形成された触媒層と、前記触媒層の前記電解質膜の反対側に面に配置されたガス拡散層と、を備え、前記ガス拡散層は、基材と、前記基材にコートされた撥水性物質と、を有し、前記撥水性物質は、粒子状の撥水性物質が、粒子性を維持したまま互いに接着して多層に分かれて形成されている。この形態によれば、撥水性物質は、粒子状で、粒子性を維持したまま互いに接着して多層に形成されているので、撥水性が高く、撥水性物質の耐久性を向上させることができる。また、粒子性を維持したまま互いに接着して多層に形成されているので、一部の粒子状の撥水性物質が剥がれたときに、新鮮な粒子状の撥水性物質が表面に現れ、撥水性の低下を抑制することが可能となります。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
According to one aspect of the invention, a fuel cell is provided. The fuel cell of this embodiment includes an electrolyte membrane, a catalyst layer formed on both surfaces of the electrolyte membrane, and a gas diffusion layer disposed on the surface of the catalyst layer on the opposite side of the electrolyte membrane, and the gas The diffusion layer has a base material and a water-repellent substance coated on the base material, and the water-repellent substance has a multilayer structure in which the particulate water-repellent substance adheres to each other while maintaining the particle property. It is formed separately. According to this embodiment, the water-repellent substances are in the form of particles and adhered to each other while maintaining the particle properties, and thus are formed in multiple layers, so that the water-repellent substance is high and the durability of the water-repellent substance can be improved. . In addition, since it is formed in multiple layers by adhering to each other while maintaining the particle properties, when some of the particulate water-repellent substances are peeled off, fresh particulate water-repellent substances appear on the surface, resulting in water-repellent properties. It is possible to suppress the decline of
[適用例1]
燃料電池であって、電解質膜と、前記電解質膜の両面に形成された触媒層と、前記触媒層の前記電解質膜の反対側に面に配置されたガス拡散層と、を備え、前記ガス拡散層は、基材と、前記基材にコートされた撥水性物質と、を有し、前記撥水性物質は、粒子状の撥水性物質が、多層に分かれて形成されている、燃料電池。
この適用例によれば、撥水性物質は、粒子状で、多層に形成されているので、撥水性が高く、撥水性物質の耐久性を向上させることができる。
[Application Example 1]
A fuel cell comprising: an electrolyte membrane; a catalyst layer formed on both surfaces of the electrolyte membrane; and a gas diffusion layer disposed on a surface of the catalyst layer on the opposite side of the electrolyte membrane, the gas diffusion The layer includes a base material and a water-repellent material coated on the base material, and the water-repellent material is formed by dividing a particulate water-repellent material into multiple layers.
According to this application example, the water-repellent substance is particulate and formed in multiple layers, so that the water-repellent substance is high and the durability of the water-repellent substance can be improved.
[適用例2]
適用例1に記載の燃料電池において、前記撥水性物質は、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロエチレン−プロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニールエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソール共重合体からなる群から選ばれた一以上の撥水性物質を含む、燃料電池。
[Application Example 2]
In the fuel cell according to Application Example 1, the water-repellent substance includes polytetrafluoroethylene, perfluoroethylene-propylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, tetrafluoroethylene-perfluorodiode. A fuel cell comprising one or more water-repellent substances selected from the group consisting of xol copolymers.
[適用例3]
適用例1または2に記載の燃料電池において、前記撥水性物質の粒子は、前記基材に近いほど粘着力が強い、燃料電池。
撥水性物質が剥がれる場合、表面から粒子毎に剥がれるので、一部の撥水性物質の粒子が剥がれても、撥水性を維持できる。
[Application Example 3]
The fuel cell according to Application Example 1 or 2, wherein the water-repellent substance particles have a higher adhesive strength as they are closer to the substrate.
When the water repellent material is peeled off, the particles are peeled off from the surface for each particle, so that the water repellency can be maintained even if some of the water repellent material particles are peeled off.
[適用例4]
燃料電池用のガス拡散層であって、基材と、前記基材にコートされた撥水性物質と、を有し、前記撥水性物質は、粒子状の撥水性物質が、多層に分かれて形成されている、ガス拡散層。
この適用例によれば、撥水性物質は、粒子状で、多層に形成されているので、撥水性が高く、撥水性物質の耐久性を向上させることができる。
[Application Example 4]
A gas diffusion layer for a fuel cell, comprising: a base material; and a water-repellent material coated on the base material, wherein the water-repellent material is formed by dividing a particulate water-repellent material into multiple layers A gas diffusion layer.
According to this application example, the water-repellent substance is particulate and formed in multiple layers, so that the water-repellent substance is high and the durability of the water-repellent substance can be improved.
[適用例5]
燃料電池用のガス拡散層の製造方法であって、(a)拡散層の基材に粒子状の撥水性物質を塗布する工程と、(b)前記基材を焼結又は乾燥させる工程と、を備え、前記工程(b)において、焼結又は乾燥させるときの温度は、前記撥水性物質の融点以下である、ガス拡散層の製造方法。
この適用例によれば、撥水性物質の粒子状態を維持したまま、多層に形成することができるので、撥水性が高く、撥水性物質の耐久性が高いガス拡散層を製造できる。
[Application Example 5]
A method for producing a gas diffusion layer for a fuel cell, wherein (a) a step of applying a particulate water-repellent substance to the base material of the diffusion layer, and (b) a step of sintering or drying the base material, And in the step (b), the temperature when sintering or drying is a melting point of the water-repellent substance or less, the method for producing a gas diffusion layer.
According to this application example, since the water repellent substance can be formed in multiple layers while maintaining the particle state, a gas diffusion layer having high water repellency and high durability of the water repellent substance can be produced.
[適用例6]
適用例5に記載のガス拡散層の製造方法において、前記工程(b)の焼結又は乾燥させるときの温度は、(前記撥水性物質の融点−50℃)以上である、ガス拡散層の製造方法。
この適用例によれば、撥水性物質の表面を溶かして粒子形状を維持したまま撥水性物質の粒子を接着できるので、粒子同士の粘着力を強くすることができる。
[Application Example 6]
In the method for producing a gas diffusion layer according to Application Example 5, the temperature at the time of sintering or drying in the step (b) is (the melting point of the water-repellent substance −50 ° C.) or more. Method.
According to this application example, the particles of the water repellent material can be bonded while the surface of the water repellent material is melted and the particle shape is maintained, so that the adhesion between the particles can be increased.
[適用例7]
適用例5または6に記載のガス拡散層の製造方法において、前記工程(b)において、さらに、電磁波、マイクロ波、赤外線、遠赤外線の少なくとも一つを用いて、前記撥水性物質を前記基材側から加熱する、ガス拡散層の製造方法。
この適用例によれば、基材を加熱し、基材側から撥水性物質を加熱するので、基材に近い撥水性物質の粒子ほど粘着力を強くすることができる。
[Application Example 7]
In the method for producing a gas diffusion layer according to Application Example 5 or 6, in the step (b), at least one of electromagnetic waves, microwaves, infrared rays, and far infrared rays is used, and the water-repellent substance is added to the substrate. The manufacturing method of the gas diffusion layer heated from the side.
According to this application example, since the base material is heated and the water-repellent substance is heated from the base-material side, the adhesion of the water-repellent substance particles closer to the base material can be increased.
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池の他、燃料電池用のガス拡散層、ガス拡散層の製造方法等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms, for example, in the form of a fuel cell gas diffusion layer, a method for manufacturing a gas diffusion layer, and the like.
A.実施形態:
図1は、本発明の一実施形態としての燃料電池の構成を示す説明図である。燃料電池10は、燃料電池スタック100と、集電板200、201と、絶縁板210、211と、押圧プレート220と、エンドプレート230、231と、テンションロッド240と、ナット250と、押圧バネ260と、を備える。
A. Embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel cell as one embodiment of the present invention. The
燃料電池スタック100は、複数の発電ユニット110を備えている。各発電ユニット110は、それぞれが1個の単電池である。発電ユニット110は、積層されて直列に接続されており、燃料電池スタック100として高電圧を発生させる。集電板200、201は、燃料電池スタック100の両側にそれぞれ配置されており、燃料電池スタック100が発生した電圧、電流を外部に取り出すために用いられる。絶縁板210、211は、それぞれ集電板200、201のさらに外側に配置されており、集電板200、201と、他の部材、例えばエンドプレート230、231やテンションロッド240と、の間に電流が流れないように、絶縁する。エンドプレート230と押圧プレート220は、それぞれ絶縁板210、211のさらに外側に配置されている。押圧プレート220のさらに外側には、押圧バネ260が配置され、押圧バネ260のさらに外側にエンドプレート231が配置されている。エンドプレート231は、テンションロッド240とナット250により、エンドプレート230から所定の間隔となるように配置される。この場合、押圧バネ260により、押圧プレート220は、絶縁板211方向に押圧され、発電ユニット110に所定の締結力を与える。なお、燃料電池10は、押圧バネ260や押圧プレート220を備えない構成であってもよい。
The
図2は、発電ユニット110の構成を模式的に示す説明図である。発電ユニット110は、膜電極接合体120と、ガス拡散層132、133と、多孔体ガス流路142、143と、セパレータプレート152、153と、シールガスケット160と、を備える。膜電極接合体120は、電解質膜121と、触媒層122、123を備える。
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the
本実施形態では、電解質膜121として、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマなどのフッ素系樹脂や炭化水素系樹脂からなるプロトン伝導性のイオン交換膜を用いている。触媒層122、123は、電解質膜121の各面にそれぞれ形成されている。本実施形態では、触媒層122、123は、例えば、白金触媒、あるいは白金と他の金属とからなる白金合金触媒を担持した触媒担持粒子(例えばカーボン粒子)によって形成されている。
In the present embodiment, as the
ガス拡散層132、133は、それぞれ触媒層122、123の外面に配置されている。本実施形態では、ガス拡散層132、133として、カーボン不織布を用いたカーボンクロスやカーボンペーパーを用いることが可能である。多孔体ガス流路142、143は、それぞれガス拡散層132、133の外面に配置されている。セパレータプレート152、153は、それぞれ多孔体ガス流路142、143の外面に配置されている。セパレータプレート152と、隣の発電ユニット110のセパレータプレート153との間には、冷却水流路155が形成されている。シールガスケット160は、膜電極接合体120、ガス拡散層132、133、多孔体ガス流路142、143の外縁を囲うように形成されている。シールガスケット160は、たとえば射出成形により、膜電極接合体120と一体に成形される。その後、膜電極接合体120の両面に、ガス拡散層132、133、多孔体ガス流路142、143が順次配置される。
The
図3は、ガス拡散層製造装置を示す説明図である。ガス拡散層製造装置30は、繰出部31と、巻取部33と、焼結・乾燥部35と、を備える。繰出部31は、ガス拡散層132の基材132aに撥水性物質のペーストを塗布して次の焼結・乾燥部35に送る。焼結・乾燥部35は、基材132aに撥水性物質のペーストを焼結又は乾燥させる。巻取部33は、焼結又は乾燥した撥水性物質で形成された撥水層を含むガス拡散層132を巻き取る。
FIG. 3 is an explanatory view showing a gas diffusion layer manufacturing apparatus. The gas diffusion
繰出部31は、繰出ローラー311と、保護膜巻取ローラー313と、搬送ローラー315、317と、集塵機319と、撥水ペースト塗工部321と、マイクロポーラスレイヤー塗工部323(以下「MPL塗工部323」と呼ぶ。)と、プレ乾燥炉325と、膜厚計327と、を備える。繰出ローラー311は、保護膜400が挟まれたガス拡散層132の基材132aをロール状に巻き付けている。保護膜巻取ローラー313は、保護膜400を巻き取る。集塵機319は、保護膜400が剥がされたガス拡散層132の基材132aから塵や埃を除去する。撥水ペースト塗工部321は、ガス拡散層132の基材132aに第1の撥水材ペースト(以下「BLペースト」と呼ぶ。)を塗布する。ここで、BLペーストは、粒子状の撥水性物質(例えばポリテトラフルオロエチレン)を含んだものを使用可能である。MPL塗工部323は、BLペーストの上にカーボンブラック及び酸化セリウムを含む第2の撥水材ペースト(以下「MPLペースト」と呼ぶ。)を塗布する。MPLペーストも粒子状の撥水性物質を含んでいる。MPLペースト中のカーボンブラックは、ガス拡散層132に導電性を与え、酸化セリウムは、電解質膜121(図2)を劣化させるラジカルの生成を抑制する。プレ乾燥炉325は、次工程の焼結又は乾燥工程の処理温度よりも低い温度で予備的にガス拡散層132を乾燥する。プレ乾燥炉325は、BLペースト塗工工程及びMPL塗工工程の処理温度(室温)と、次工程の焼結又は乾燥工程の処理温度との温度差による影響を緩和すること、BLペースト中及びMPLペースト中の溶媒を蒸発させること、及びセリウムのマイグレーションを抑制すること、等のために行われる。膜厚計327は、ガス拡散層132の膜厚を測定し、膜厚が規定の範囲内であるか否かを判断する。
The
焼結・乾燥部35は、プレ乾燥炉325の長さの約4倍の長さを有しており、バックアップロール351と、温風発生装置353と、温風吹出ノズル355と、遠赤外線放射装置357と、温度計359と、を備える。バックアップロール351は、搬送されるガス拡散層132を下から支える。温風発生装置353は、温風を発生させて、温風吹出ノズル355に送る。温風吹出ノズル355は複数あり、ガス拡散層132の搬送方向に沿ってガス拡散層132の上側と下側に交互に設けられている。遠赤外線放射装置357は、温風吹出ノズル355と対になり、ガス拡散層132を挟んで温風吹出ノズル355と反対側に設けられている。すなわち、遠赤外線放射装置357は、温風吹出ノズル355と反対側からガス拡散層132を遠赤外線で加熱する。遠赤外線効果により、基材132aは遠赤外線を吸収しやすいので、ガス拡散層132は基材132aから加熱される。そのため、BLペースト及びMPLペーストは、基材132a側ほど温度が高くなるので、粘着力が強くなる。温度計359は、ガス拡散層132の表面温度を測定する。温風発生装置353、温風吹出ノズル355、及び遠赤外線放射装置357は、ガス拡散層132の温度が所定の温度範囲に収まるように、制御される。例えば、ガス拡散層132は、BLペースト及びMPLペースト中の樹脂(例えば、ポリテトラフルオロエチレン)の融点(327℃)以下で、融点に十分近い温度範囲(例えば融点との差が50℃以下)に収まるように、制御される。
The sintering / drying
巻取部33は、巻取ローラー331と、保護膜繰出ローラー333と、搬送ローラー335と、膜厚計337と、スジ検査装置339と、を備える。巻取ローラー331は、ガス拡散層132を巻き取る。保護膜繰出ローラー333は、保護膜400を丸めて収納しており、巻取ローラー331のガス拡散層の巻き取りに合わせて、保護膜400を巻取ローラー331に繰り出す。保護膜400は、巻取ローラー331がガス拡散層132を巻き取るときに、重なった所が接着しないように、ガス拡散層132を巻き取った巻取ローラー331の最外層と、未だ巻き取られていないガス拡散層132と、の間に挟まれるように配置される。膜厚計337は、ガス拡散層132の膜厚を測定する。スジ検査装置339は、ガス拡散層132にスジやシワが出来ているか否かを検査する。
The winding
図4は、ガス拡散層の基材へのBLペースト、MPLペーストの塗工工程のフローチャートである。ステップS100では、BLペースト(第1の撥水材ペースト)を作製する。BLペーストは、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(以下「PTEF」と呼ぶ。)を溶媒(例えばエタノールと水)に溶かすことにより作製される。ステップS110では、MPLペースト(第2の撥水材ペースト)を作製する。MPLペーストは、PTFEと、カーボンブラックと、酸化セリウムと、を溶媒(例えばエタノールと水)に溶かすことにより作製される。なお、カーボンブラックと、酸化セリウムとは、水溶性でないので、MPLペーストは、懸濁液となる。 FIG. 4 is a flowchart of a process of applying BL paste and MPL paste to the base material of the gas diffusion layer. In step S100, a BL paste (first water repellent paste) is produced. The BL paste is produced, for example, by dissolving polytetrafluoroethylene (hereinafter referred to as “PTEF”) in a solvent (for example, ethanol and water). In step S110, an MPL paste (second water repellent paste) is produced. The MPL paste is produced by dissolving PTFE, carbon black, and cerium oxide in a solvent (for example, ethanol and water). Since carbon black and cerium oxide are not water-soluble, the MPL paste becomes a suspension.
ステップS120では、ガス拡散層132の基材132aにBLペーストが塗工される。この塗工は、スプレーにより、あるいはダイコーターにより、実行することができる。ステップS130では、BLペーストの上にMPLペーストが塗工される。MPLペーストは、不溶性のカーボンブラックや酸化セリウムを含んでいるので、この塗工は、ダイコーターにより、実行することができる。
In step S120, the BL paste is applied to the
ステップS140では、プレ乾燥炉325(図3)において、ガス拡散層132が、乾燥される。ステップS150では、ガス拡散層132が、焼結又は乾燥される。なお、ステップS150の焼結又は乾燥の温度は、PTEFの融点(327℃)に近い温度範囲にあり、ステップS140のプレ乾燥温度は、ステップS150の温度よりも低い温度(例えば150℃)である。焼結又は乾燥の温度がPTEFの融点よりも高いと、PTFEが溶けて粒子状で無くなってしまう。一方、PTEFの融点よりも過度に低いと、PTFEの粒子の表面が溶けず、互いに接着しないので、PTFEが剥がれやすくなる。したがって、ステップS150の焼結又は乾燥の温度は、PTEFの融点に十分近い温度(例えば、融点との差が50℃以下)とすることが好ましい。ステップS160では、ガス拡散層132の膜厚及びスジが検査される。
In step S140, the
B.実施例と比較例:
ガス拡散層132の基材132aとして、東レ(株)のCP−EXP161PCを用いた。BLペーストに用いるPTFEとして、旭硝子(株)のAD911Eを用いた。旭硝子(株)のAD911Eは、粒子径が約0.3ミクロンの微細粒子形状を有している。これを溶媒(エタノールと水の混合溶媒)に溶かし、スプレー法により基材132aに塗工した。BLペーストの目付量は、ガス拡散層1cm2あたり(0.35±0.25)mgとした。
B. Examples and comparative examples:
CP-EXP161PC manufactured by Toray Industries, Inc. was used as the
MPLペーストの材料として、以下の材料を用いた
PTFE:旭硝子(株)のAD911E
カーボンブラック:電気化学工業(株)のデンカブラック(登録商標)
酸化セリウム:太陽鉱工(株)の太陽S
MPLペースト中のPTFEと、カーボンブラックと、酸化セリウムの質量パーセント比は、2:8:1とした。この混合物を溶媒(エタノールと水の混合溶媒)に懸濁させた後、ダイコーターを用いてガス拡散層132の撥水ペーストの上に塗工した。MPLペーストの目付量は、ガス拡散層1cm2あたり(4.2−0.7)mg〜(4.2+0.3)mgとした。
The following materials were used as materials for the MPL paste: PTFE: AD911E from Asahi Glass Co., Ltd.
Carbon black: Denka Black (registered trademark) of Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.
Cerium oxide: Taiyo S of Taiyo Mining Co., Ltd.
The mass percentage ratio of PTFE, carbon black, and cerium oxide in the MPL paste was 2: 8: 1. This mixture was suspended in a solvent (a mixed solvent of ethanol and water) and then applied onto the water-repellent paste of the
プレ乾燥炉325では、150℃で約2分間加熱した。次いで、焼結・乾燥部35で、ガス拡散層132の表面の最高温度を327℃として約8分間焼結又は乾燥した。ここで327℃は、PTFEの融点である。比較例は、焼結・乾燥部35におけるガス拡散層132の表面の最高温度を400℃とした以外は、実施例と同じである。
In the
図5は、本実施例のガス拡散層の電子顕微鏡写真である。図6は、比較例のガス拡散層の電子顕微鏡写真である。両者を比較すれば明らかなように、本実施例では、PTFEの粒子性が維持されたまま基材132aの繊維に付着している。また、PTFE粒子による層は、複数の層L1とL2に分かれた多層構造を有している。これに対し、比較例では、PTFEの粒子が完全に溶け粒子が連なった状態で、基材132aに付着している。
FIG. 5 is an electron micrograph of the gas diffusion layer of this example. FIG. 6 is an electron micrograph of a gas diffusion layer of a comparative example. As is clear from the comparison between the two, in this example, the particles of the PTFE are adhered to the fibers of the
本実施例では、PTFEが粒子状のため、比較例よりも疎水性基の表面積が大きく、比較例より撥水性が高い。また、ガス拡散層132を燃料電池に使用した場合、本実施例のガス拡散層では、経時変化により表層に近いPTFEが剥がれる場合にも、その一部の粒子が剥がれるだけであり、大部分のPTFE粒子は、剥がれることなく付着している。そのため、一部のPTFE粒子が剥がれた後であっても、新鮮なPTFEの粒子が表面に現れるため、撥水性の低下が起こりにくい。一方、比較例のガス拡散層では、PTFEが剥がれる場合、PTFEのほぼ全部が連なって剥がれるため、新鮮なPTFEが表面に現れにくく、撥水性が低下する場合がある。このように、本実施例は、比較例と比較して、撥水性が高く、撥水性の耐久性も高い。
In this example, since PTFE is in the form of particles, the surface area of the hydrophobic group is larger than that of the comparative example, and the water repellency is higher than that of the comparative example. In addition, when the
このような、PTFEの粒子状の構造は、PTFEを焼結又は乾燥する工程で、PTFEの粒子が過度に溶けないように、PTFEの融点以下の温度で焼結又は乾燥することにより得ることができる。なお、焼結又は乾燥の差異のガス拡散層132の表面の温度は、PTFEの融点以下で、なるべく融点に近い高温であることが好ましい。低すぎると、PTFEの粒子が互いに接着しない。また、焼結又は乾燥工程で遠赤外線を用いて、基材132aを加熱し、その熱でBLペーストの層やMPLペーストの層を加熱することが好ましい。なお、遠赤外線の他、電磁波、マイクロ波、赤外線を用いて加熱してもよい。これにより、BLペーストとMPLペーストから形成される撥水層のうち基材132a側に近い部分ほど温度を高くして粘着力を強くすることができる。なお、図5において、PTFEが複数の異なる層に分かれているが、これらの層のうち、より基材132の繊維に近い層ほどPTFE粒子同士が強固の接着されている。
Such a particulate structure of PTFE can be obtained by sintering or drying at a temperature below the melting point of PTFE so that the PTFE particles are not excessively dissolved in the step of sintering or drying PTFE. it can. The surface temperature of the
本実施例では、BLペースト、MPLペーストを作製するときに撥水性物質としてPTFEを用いたが、PTFEの他、パーフルオロエチレン−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ールエーテル共重合体(FPA)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソール共重合体(TFE/PDD)などの他の撥水性物質を用いても良い。 In this example, PTFE was used as a water-repellent material when preparing BL paste and MPL paste. However, in addition to PTFE, perfluoroethylene-propylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether. Other water-repellent substances such as a copolymer (FPA) and a tetrafluoroethylene-perfluorodioxole copolymer (TFE / PDD) may be used.
本実施例では、BLペーストとMPLペーストの2つの撥水材ペーストを用い、これらを分けて塗工したが、これらを分けずに一方の撥水材ペースト(MPLペーストが好ましい)を1回で塗工してもよい。 In this example, two water-repellent pastes of BL paste and MPL paste were used and applied separately, but one water-repellent paste (MPL paste is preferred) at a time without separating them. You may apply.
本実施例では、一方のガス拡散層132を用いて説明したが、他方のガス拡散層133についても同様である。
In the present embodiment, the description is made using one
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。 The embodiments of the present invention have been described above based on some examples. However, the above-described embodiments of the present invention are for facilitating the understanding of the present invention and limit the present invention. It is not a thing. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.
10…燃料電池
30…ガス拡散層製造装置
31…繰出部
33…巻取部
35…乾燥部
100…燃料電池スタック
110…発電ユニット
120…膜電極接合体
121…電解質膜
122、123…触媒層
132、133…ガス拡散層
132a…基材
142、143…多孔体ガス流路
152、153…セパレータプレート
155…冷却水流路
160…シールガスケット
200…集電板
210…絶縁板
220…押圧プレート
230、231…エンドプレート
240…テンションロッド
250…ナット
260…押圧バネ
311…繰出ローラー
313…保護膜巻取ローラー
315、317…搬送ローラー
319…集塵機
321…撥水ペースト塗工部
323…マイクロポーラスレイヤー塗工部
325…プレ乾燥炉
327…膜厚計
331…巻取ローラー
333…保護紙繰出ローラー
335…搬送ローラー
337…膜厚計
339…スジ検査装置
351…バックアップロール
353…温風発生装置
355…温風吹出ノズル
357…遠赤外線放射装置
359…温度計
400…保護膜
DESCRIPTION OF
Claims (7)
電解質膜と、
前記電解質膜の両面に形成された触媒層と、
前記触媒層の前記電解質膜の反対側に面に配置されたガス拡散層と、
を備え、
前記ガス拡散層は、
基材と、
前記基材にコートされた撥水性物質と、
を有し、
前記撥水性物質は、粒子状の撥水性物質が、粒子性を維持したまま互いに接着して多層に分かれて形成されている、
燃料電池。 A fuel cell,
An electrolyte membrane;
A catalyst layer formed on both surfaces of the electrolyte membrane;
A gas diffusion layer disposed on a surface opposite to the electrolyte membrane of the catalyst layer;
With
The gas diffusion layer is
A substrate;
A water repellent material coated on the substrate;
Have
The water-repellent material is formed by dividing the particulate water-repellent material into multiple layers while maintaining the particle property ,
Fuel cell.
前記撥水性物質は、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロエチレン−プロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニールエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソール共重合体からなる群から選ばれた一以上の撥水性物質を含む、燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
The water repellent material is selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene, perfluoroethylene-propylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, tetrafluoroethylene-perfluorodioxole copolymer. A fuel cell comprising one or more water-repellent substances.
前記撥水性物質の粒子は、前記基材に近いほど粘着力が強い、燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2,
The fuel cell is such that the particles of the water-repellent substance are more adhesive as they are closer to the substrate.
基材と、
前記基材にコートされた撥水性物質と、
を有し、
前記撥水性物質は、粒子状の撥水性物質が、粒子性を維持したまま互いに接着して多層に分かれて形成されている、ガス拡散層。 A gas diffusion layer for a fuel cell,
A substrate;
A water repellent material coated on the substrate;
Have
The water-repellent substance is a gas diffusion layer in which particulate water-repellent substances are bonded to each other while maintaining the particle property and are divided into multiple layers.
(a)拡散層の基材に粒子状の撥水性物質を多層に分けて塗布する工程と、
(b)前記基材を焼結又は乾燥させる工程と、
を備え、
前記工程(b)において、焼結又は乾燥させるときの温度を前記撥水性物質の融点以下とすることで、前記粒子状の撥水性物質を、粒子性を維持したまま互いに接着させる、ガス拡散層の製造方法。 A method for producing a gas diffusion layer for a fuel cell, comprising:
(A) applying a particulate water-repellent substance to the base material of the diffusion layer in multiple layers;
(B) sintering or drying the substrate;
With
Wherein in the step (b), by temperature and below the melting point of the water-repellent substance at which to sintering or drying, the particulate water repellent material to adhere to one another while maintaining the particulate, gas diffusion layer Manufacturing method.
前記工程(b)の焼結又は乾燥させるときの温度は、(前記撥水性物質の融点−50℃)以上である、ガス拡散層の製造方法。 In the manufacturing method of the gas diffusion layer according to claim 5,
The method for producing a gas diffusion layer, wherein a temperature at the time of sintering or drying in the step (b) is (melting point of the water-repellent substance −50 ° C.) or higher.
前記工程(b)において、さらに、電磁波、マイクロ波、赤外線、遠赤外線の少なくとも一つを用いて、前記撥水性物質を前記基材側から加熱する、ガス拡散層の製造方法。 In the manufacturing method of the gas diffusion layer according to claim 5 or 6,
The method for producing a gas diffusion layer, wherein in the step (b), the water-repellent substance is further heated from the substrate side using at least one of electromagnetic waves, microwaves, infrared rays, and far infrared rays.
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