JP5825020B2 - Method and apparatus for producing gas diffusion layer precursor, and method and apparatus for producing gas diffusion layer - Google Patents

Method and apparatus for producing gas diffusion layer precursor, and method and apparatus for producing gas diffusion layer Download PDF

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Description

本発明は、ガス拡散層前駆体の製造方法及び装置、並びにガス拡散層の製造方法及び装置に関するものである。   The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a gas diffusion layer precursor, and a method and apparatus for manufacturing a gas diffusion layer.

燃料電池は、電解質の両面に電極が配置され、水素と酸素の電気化学反応により発電する電池であり、発電時に発生するのは水のみである。このように従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しないために次世代のクリーンエネルギーシステムとして普及が見込まれている。その中でも特に固体高分子形燃料電池(PEFC)は、作動温度が低く、電解質の抵抗が少ないことに加え、活性の高い触媒を用いるので小型でも高出力を得ることができ、家庭用コージェネレーションシステム等の用途として早期の実用化が見込まれている。   A fuel cell is a cell in which electrodes are arranged on both sides of an electrolyte and generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and only water is generated during power generation. Thus, unlike the conventional internal combustion engine, it is expected to spread as a next-generation clean energy system because it does not generate environmental load gas such as carbon dioxide. In particular, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) has a low operating temperature, low electrolyte resistance, and uses a highly active catalyst, so it can obtain high output even in a small size. Early practical application is expected for such applications.

固体高分子形燃料電池は、電解質膜の両面に触媒層が形成されており、この各触媒層上にガス拡散層が配置された構造となっている。このガス拡散層は、従来、炭素繊維を抄紙したシートに樹脂を含浸し、これを加熱して樹脂を炭化させて製造されていた(例えば、特許文献1参照)。これに対して、近年、基材上に少なくとも炭素材料と樹脂からなるガス拡散層用ペーストを塗布して焼成することによりガス拡散層を形成した後に基材を剥離する製造方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   The polymer electrolyte fuel cell has a structure in which catalyst layers are formed on both surfaces of an electrolyte membrane, and a gas diffusion layer is disposed on each catalyst layer. Conventionally, the gas diffusion layer has been manufactured by impregnating a resin into a sheet made of carbon fiber and heating it to carbonize the resin (see, for example, Patent Document 1). On the other hand, in recent years, a manufacturing method has been proposed in which a gas diffusion layer is formed by applying and baking a paste for a gas diffusion layer made of at least a carbon material and a resin on the substrate, and then peeling the substrate. (For example, refer to Patent Document 2).

特開平10−167855号公報JP-A-10-167855 特開2006−228514号公報JP 2006-228514 A

しかしながら、上述したガス拡散層に関して、量産化に適応した製造方法は未だ提案されておらず、固体高分子形燃料電池の普及が期待される中、効率的に量産化が可能なガス拡散層製造方法が要望されていた。そこで、本発明は、量産化に適したガス拡散層前駆体の製造方法及び装置、並びにガス拡散層の製造方法及び装置を提供することを課題とする。   However, for the gas diffusion layer described above, a manufacturing method adapted to mass production has not yet been proposed, and gas diffusion layer manufacturing that can be mass-produced efficiently is expected while the spread of solid polymer fuel cells is expected. A method was desired. Then, this invention makes it a subject to provide the manufacturing method and apparatus of a gas diffusion layer precursor suitable for mass production, and the manufacturing method and apparatus of a gas diffusion layer.

本発明に係るガス拡散層前駆体の製造方法は、長尺の基材を巻き出すステップと、熱硬化性樹脂、及び溶剤を含むガス拡散層用ペーストを前記巻き出された基材上に塗布するステップと、前記基材上に塗布されたガス拡散層用ペーストを加熱して、前記熱硬化性樹脂の硬化温度未満の温度で前記溶剤を乾燥させるステップと、前記ガス拡散層用ペーストを乾燥させることにより形成されたガス拡散層前駆体を巻き取るステップと、を含んでいる。   The method for producing a gas diffusion layer precursor according to the present invention includes a step of unwinding a long substrate, and applying a paste for a gas diffusion layer containing a thermosetting resin and a solvent onto the unwound substrate. Heating the gas diffusion layer paste applied on the substrate to dry the solvent at a temperature lower than the curing temperature of the thermosetting resin; and drying the gas diffusion layer paste. Winding up the gas diffusion layer precursor formed by the step.

この製造方法によれば、ガス拡散層前駆体を巻き取ってガス拡散層前駆体のロール体を得ることができるため、ガス拡散層を製造する際には、このロール状のガス拡散層前駆体を連続的に巻き出しながら供給し、熱硬化性樹脂を硬化させるだけでガス拡散層が製造できる。これによって、生産効率が高まり、量産に適している。また、基材上に塗布されたガス拡散層用ペーストの溶剤を乾燥させてガス拡散層前駆体を形成してから巻き取るために、巻き取りの際に基材の裏面にガス拡散層用ペーストが付着するといった問題を防ぐことができるとともに、ガス拡散層を製造する際において基材を剥離してもガス拡散層前駆体を単独で搬送させることができる。また、この乾燥において、その乾燥温度を熱硬化性樹脂の硬化温度未満としているため、ガス拡散層前駆体は完全に硬化しておらず屈曲性を有しており、ロール状に巻き取ることが可能となる。なお、上記溶剤を乾燥させるステップにおいては、ガス拡散層前駆体が基材を剥離しても自立できる程度であれば溶剤が完全に乾燥している必要はなく、溶剤が一部残っていてもよい。   According to this manufacturing method, a roll of gas diffusion layer precursor can be obtained by winding up the gas diffusion layer precursor. Therefore, when manufacturing the gas diffusion layer, this roll-shaped gas diffusion layer precursor is used. The gas diffusion layer can be produced simply by feeding while continuously unwinding and curing the thermosetting resin. This increases production efficiency and is suitable for mass production. In addition, the gas diffusion layer paste is applied to the back surface of the substrate during winding in order to dry the solvent of the gas diffusion layer paste applied on the substrate to form a gas diffusion layer precursor and then wind it. Can be prevented, and the gas diffusion layer precursor can be transported alone even if the substrate is peeled off when the gas diffusion layer is produced. In this drying, since the drying temperature is lower than the curing temperature of the thermosetting resin, the gas diffusion layer precursor is not completely cured and has flexibility, and can be wound into a roll. It becomes possible. In the step of drying the solvent, the solvent need not be completely dried as long as the gas diffusion layer precursor can be self-supported even if the base material is peeled off. Good.

上記ガス拡散層前駆体の曲げ弾性率を100〜5000MPaとすることで、ガス拡散層前駆体に好ましい屈曲性を付与することができ、容易に巻き取ることができる。   By setting the flexural modulus of the gas diffusion layer precursor to 100 to 5000 MPa, the gas diffusion layer precursor can be provided with preferable flexibility and can be easily wound.

また、上記ガス拡散層前駆体の曲げ強度を0.1〜50MPaとすることで、巻き取る際にガス拡散層前駆体が損傷することを防止できる。   Moreover, it can prevent that a gas diffusion layer precursor is damaged when winding up by making the bending strength of the said gas diffusion layer precursor into 0.1-50 Mpa.

また、上記ガス拡散層前駆体と基材との剥離強度を0.01〜1N/mm程度とすることにより、ガス拡散層前駆体を基材に十分に支持させることができるとともに、ガス拡散層前駆体を損傷させることなく基材から剥離させることができる。   Further, by making the peel strength between the gas diffusion layer precursor and the substrate about 0.01 to 1 N / mm, the gas diffusion layer precursor can be sufficiently supported by the substrate, and the gas diffusion layer It can be peeled from the substrate without damaging the precursor.

また、ガス拡散層前駆体の引張強さを、ガス拡散層前駆体と基材との剥離強度よりも、0.05N/mm以上大きくすることによって、ガス拡散層前駆体から基材を剥離するときにガス拡散層前駆体が損傷することをより確実に防ぐことができる。   Moreover, the base material is peeled from the gas diffusion layer precursor by making the tensile strength of the gas diffusion layer precursor 0.05 N / mm or more larger than the peel strength between the gas diffusion layer precursor and the base material. Sometimes it is possible to more reliably prevent the gas diffusion layer precursor from being damaged.

また、上記基材は、ガス拡散層用ペーストが塗布される面に離型層を有していることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said base material has a mold release layer in the surface where the paste for gas diffusion layers is apply | coated.

本発明に係るガス拡散層の製造方法は、上記いずれかのガス拡散層前駆体の製造方法と、前記基材とともに巻き取られたガス拡散層前駆体を巻き出すステップと、前記ガス拡散層前駆体から基材を剥離するステップと、前記基材が剥離されたガス拡散層前駆体を加熱して前記熱硬化性樹脂を硬化させるステップと、を含んでいる。   The method for producing a gas diffusion layer according to the present invention includes any one of the above gas diffusion layer precursor production method, a step of unwinding the gas diffusion layer precursor wound together with the base material, and the gas diffusion layer precursor. Peeling the base material from the body, and heating the gas diffusion layer precursor from which the base material has been peeled to cure the thermosetting resin.

このガス拡散層の製造方法によれば、上記ガス拡散層前駆体の製造方法を含んでいるため、上述した効果を奏するとともに、基材を剥離してからガス拡散層前駆体を加熱しているため、熱硬化性樹脂が硬化するように加熱したときの温度に耐えられずに基材が熱収縮するという問題を防ぐことができる。   According to the method for producing a gas diffusion layer, since the method for producing the gas diffusion layer precursor is included, the above-described effects are achieved, and the gas diffusion layer precursor is heated after the substrate is peeled off. Therefore, it is possible to prevent the problem that the base material is thermally contracted without being able to withstand the temperature when heated so that the thermosetting resin is cured.

上記ガス拡散層用ペーストは、熱硬化性樹脂とは別に炭素材料を決着させるバインダーを含んでいても良い。上記バインダーとして用いる樹脂は特に限定されてないが、撥水性を有していることが好ましい。撥水性を有する樹脂をバインダーとして用いることで、ガス拡散層内に水が溜まることを防止できる。   The gas diffusion layer paste may contain a binder for fixing the carbon material separately from the thermosetting resin. The resin used as the binder is not particularly limited, but preferably has water repellency. By using a resin having water repellency as a binder, water can be prevented from accumulating in the gas diffusion layer.

本発明に係るガス拡散層前駆体製造装置は、長尺の基材を巻き出す第1の巻出し部と、熱硬化性樹脂及び溶剤を含むガス拡散層用ペーストを前記巻き出された基材上に塗布する塗布部と、前記塗布部の下流側に設置され、前記ガス拡散層用ペーストを加熱して、前記熱硬化性樹脂の硬化温度未満の温度で前記溶剤を乾燥させるための乾燥部と、前記ガス拡散層用ペーストを乾燥させることにより形成されたガス拡散層前駆体を巻き取る第1の巻取り部と、を備えている。   The apparatus for producing a gas diffusion layer precursor according to the present invention includes a first unwinding unit for unwinding a long base material, and the unwound base material for the gas diffusion layer containing a thermosetting resin and a solvent. An application part to be applied to the upper part, and a drying part which is installed on the downstream side of the application part and heats the gas diffusion layer paste to dry the solvent at a temperature lower than the curing temperature of the thermosetting resin. And a first winding portion for winding the gas diffusion layer precursor formed by drying the gas diffusion layer paste.

このガス拡散層前駆体製造装置によれば、ガス拡散層前駆体のロール体を得ることができるため、ガス拡散層を製造する際には、このガス拡散層前駆体のロール体を連続的に巻き出しながら供給して熱硬化性樹脂を硬化させるだけでガス拡散層が製造できる。これによって生産効率が高まり、量産に適している。また、乾燥部にてガス拡散層ペーストを加熱して溶剤を乾燥させてガス拡散層前駆体としてからガス拡散層前駆体を巻き取っているため、巻き取った際に基材の裏面にガス拡散層用ペーストが付着するといった問題を防ぐことができるとともに、ガス拡散層を製造する際において基材を剥離してもガス拡散層前駆体を単独で搬送させることができる。また、この乾燥部では、その乾燥温度を熱硬化性樹脂の硬化温度未満としているため、ガス拡散層前駆体は完全に硬化しておらず屈曲性を有しており、ロール体として巻き取ることが可能である。   According to this gas diffusion layer precursor production apparatus, a roll body of the gas diffusion layer precursor can be obtained. Therefore, when producing the gas diffusion layer, the roll body of the gas diffusion layer precursor is continuously used. A gas diffusion layer can be produced simply by supplying while unwinding and curing the thermosetting resin. This increases production efficiency and is suitable for mass production. In addition, since the gas diffusion layer precursor is wound up after the gas diffusion layer paste is heated in the drying section to dry the solvent and become the gas diffusion layer precursor, gas diffusion is performed on the back surface of the substrate when wound up. The problem that the layer paste adheres can be prevented, and the gas diffusion layer precursor can be transported alone even when the base material is peeled off when the gas diffusion layer is manufactured. Moreover, in this drying part, since the drying temperature is set to be lower than the curing temperature of the thermosetting resin, the gas diffusion layer precursor is not completely cured and has flexibility, and is wound as a roll body. Is possible.

本発明に係るガス拡散層製造装置は、長尺の基材上に形成されたガス拡散層前駆体を巻き出す第2の巻出し部と、前記ガス拡散層前駆体から前記基材を剥離する剥離部と、前記剥離部の下流側に設置され、前記ガス拡散層前駆体を加熱して前記熱硬化性樹脂を硬化させる加熱部と、を備えている。   The gas diffusion layer manufacturing apparatus according to the present invention peels off the base material from the gas diffusion layer precursor, a second unwinding part for unwinding the gas diffusion layer precursor formed on a long base material. A peeling unit; and a heating unit that is installed on the downstream side of the peeling unit and heats the gas diffusion layer precursor to cure the thermosetting resin.

このガス拡散層製造装置によれば、剥離部の下流に加熱部が設置されているため、基材が剥離された後にガス拡散層前駆体が加熱されて熱硬化性樹脂が硬化してガス拡散層が形成される。このように、熱硬化性樹脂を硬化させるための高温が基材に加わることがないため、基材に高温で加熱されて熱収縮してしまうといった問題を防ぐことができる。   According to this gas diffusion layer manufacturing apparatus, since the heating part is installed downstream of the peeling part, the gas diffusion layer precursor is heated after the base material is peeled, and the thermosetting resin is cured to cause gas diffusion. A layer is formed. Thus, since the high temperature for hardening a thermosetting resin is not added to a base material, the problem that a base material is heated at high temperature and heat-shrinks can be prevented.

上記剥離部は、ガス拡散層前駆体から剥離された基材を巻き取る第2の巻取り部とすることもできる。   The said peeling part can also be used as the 2nd winding part which winds up the base material peeled from the gas diffusion layer precursor.

また、加熱部よりも上流側において、ガス拡散層前駆体を枚葉シート状に切断する切断部をさらに備えていてもよく、この切断部は、剥離部の上流・下流のどちらに配置されていてもよい。また、切断部は、加熱部よりも下流側に設置されており、ガス拡散層を枚葉シート状に切断するように構成されていてもよい。   Further, it may further include a cutting part for cutting the gas diffusion layer precursor into a single sheet on the upstream side of the heating part, and this cutting part is arranged either upstream or downstream of the peeling part. May be. Moreover, the cutting part is installed downstream from the heating part, and may be configured to cut the gas diffusion layer into a single sheet.

本発明によれば、量産化に適したガス拡散層前駆体の製造方法及び装置、並びにガス拡散層の製造方法及び装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method and apparatus of a gas diffusion layer precursor suitable for mass production, and the manufacturing method and apparatus of a gas diffusion layer can be provided.

図1は本実施形態に係るガス拡散層前駆体の製造装置の概略を示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing an outline of a gas diffusion layer precursor manufacturing apparatus according to this embodiment. 図2は本実施形態に係るガス拡散層の製造装置の概略を示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing an outline of the gas diffusion layer manufacturing apparatus according to the present embodiment. 図3は本実施形態に係るガス拡散層の製造装置の変形例を示す側面図である。FIG. 3 is a side view showing a modification of the gas diffusion layer manufacturing apparatus according to this embodiment. 図4は本実施形態に係るガス拡散層の製造装置の変形例を示す側面図である。FIG. 4 is a side view showing a modification of the gas diffusion layer manufacturing apparatus according to this embodiment. 図5は本実施形態に係るガス拡散層の製造装置の変形例を示す側面図である。FIG. 5 is a side view showing a modification of the gas diffusion layer manufacturing apparatus according to this embodiment.

以下、本発明に係るガス拡散層前駆体の製造装置及び方法の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面の左側を「上流側」、右側を「下流側」とする。   Hereinafter, embodiments of an apparatus and a method for producing a gas diffusion layer precursor according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the left side of each drawing is the “upstream side” and the right side is the “downstream side”.

図1に示すように、ガス拡散層前駆体の製造装置は、基材Aを巻き出す第1の巻出し部1と、基材A上にガス拡散層用ペーストを塗布する塗布部2と、塗布部2の下流に設置された乾燥部3と、ガス拡散層前駆体を巻き取る第1の巻取り部4とから主に構成されている。   As shown in FIG. 1, the gas diffusion layer precursor manufacturing apparatus includes a first unwinding unit 1 for unwinding the substrate A, an application unit 2 for applying a gas diffusion layer paste on the substrate A, It mainly comprises a drying unit 3 installed downstream of the application unit 2 and a first winding unit 4 that winds up the gas diffusion layer precursor.

第1の巻出し部1は、長尺の基材Aをロール状に巻いたものがセットされており、回転駆動モータ(図示省略)によって回転させられることにより基材Aを下流側へと巻き出す。基材Aとしては、例えばポリイミド、ポリエチレンテレフタラート、ポリパルバン酸アラミド、ポリアミド(ナイロン)、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン等の高分子フィルムを挙げることができる。また、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、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)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等を用いることができる。これらの中でも、加工適性や入手のしやすい高分子フィルムが好ましく、例えば、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレートやポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリイミドのフィルムなどを挙げることができ、その厚さは5〜200μmとすることが好ましい。基材Aを巻き出す速度は、特に限定されるものではないが、1〜100m/min程度とすることができる。また、基材Aの上面に離型層が形成されていてもよい。上記離型層は特に限定されるものではなく、基材上にプラズマ処理、シリコンコーティング、フッ素コーティング等を行うことで得られる。また、上記離型層は基材Aの下面に形成されていてもよい。   The first unwinding unit 1 is set by winding a long base material A into a roll shape, and is rotated downstream by a rotation drive motor (not shown) to wind the base material A downstream. put out. As the substrate A, for example, polyimide, polyethylene terephthalate, polyparvanic acid aramid, polyamide (nylon), polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, polyetherimide, polyarylate, polyethylene naphthalate, polypropylene And the like. Also, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), polytetrafluoroethylene (PTFE) Etc. can be used. Among these, polymer films that are easily processable and easily available are preferable, and examples thereof include polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyimide film, and the like. It is preferable to set it to -200 micrometers. Although the speed | rate which unwinds the base material A is not specifically limited, It can be set as about 1-100 m / min. A release layer may be formed on the upper surface of the substrate A. The release layer is not particularly limited, and can be obtained by performing plasma treatment, silicon coating, fluorine coating or the like on the substrate. The release layer may be formed on the lower surface of the substrate A.

第1の巻出し部1の下流側には、塗布部2が設置されている。この塗布部2は、第1の巻出し部1によって巻き出された基材A上にガス拡散層用ペーストを塗布するためのものであり、具体的にはダイを挙げることができる。このダイ2は、基材Aの幅方向に吐出口が延びており、ガス拡散層用ペースト供給源(図示省略)から送られてきたガス拡散層用ペーストを基材A上に塗布する。このダイ2によるペースト厚みは50〜500μmとすることができる。   An application unit 2 is installed on the downstream side of the first unwinding unit 1. This application part 2 is for applying the gas diffusion layer paste onto the substrate A unwound by the first unwinding part 1, and specifically includes a die. The die 2 has a discharge port extending in the width direction of the substrate A, and applies the gas diffusion layer paste sent from a gas diffusion layer paste supply source (not shown) onto the substrate A. The paste thickness by the die 2 can be 50 to 500 μm.

なお、塗布部2によって塗布されるガス拡散層用ペーストは、導電性炭素粒子や導電性炭素繊維などの炭素材料、熱硬化性樹脂、バインダー、及び溶剤を含むものとすることができる。導電性炭素粒子としては、導電性を有する炭素材であれば特に限定されず、公知又は市販のものを使用できる。例えば、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック等のカーボンブラック;黒鉛;活性炭等が挙げられる。また、導電性炭素繊維としては、例えば、気相成長法炭素繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ、ワイヤーカップ、ワイヤーウォール等が挙げられる。これらは、1種単独又は2種以上で用いることができる。これらの導電性炭素粒子を含有することにより、ガス拡散層の導電性を向上させることができる。   The gas diffusion layer paste applied by the application unit 2 may include a carbon material such as conductive carbon particles and conductive carbon fibers, a thermosetting resin, a binder, and a solvent. The conductive carbon particles are not particularly limited as long as they are conductive carbon materials, and known or commercially available ones can be used. Examples thereof include carbon black such as channel black, furnace black, ketjen black, acetylene black and lamp black; graphite; activated carbon and the like. Examples of the conductive carbon fiber include vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon nanotube, wire cup, and wire wall. These can be used alone or in combination of two or more. By containing these conductive carbon particles, the conductivity of the gas diffusion layer can be improved.

導電性炭素粒子としてカーボンブラックを使用する場合には、カーボンブラックの平均粒子径(算術平均粒子径)は限定的でなく、通常5〜200nm程度、好ましくは5〜100nm程度とすればよい。またカーボンブラックの凝集体を使用する場合は、10〜600nm程度、好ましくは50〜500nm程度とすればよい。また、黒鉛、活性炭等を使用する場合は、平均粒子径は500nm〜40μm程度、好ましくは1〜35μm程度とすれば良い。この導電性炭素粒子の平均粒子径は、例えば、粒子径分布測定装置LA−920:(株)堀場製作所製等により測定できる。また導電性炭素繊維を使用する場合には、導電性炭素繊維の平均繊維径は限定的でなく、50〜400nm、好ましくは100〜250nm程度とすればよい。導電性炭素繊維の平均繊維長も限定的でなく、5〜50μm、好ましくは10〜20μm程度とすればよい。導電性炭素繊維の平均アスペクト比は、10〜500程度である。なお、導電性炭素繊維の平均繊維径、平均繊維長及び平均アスペクト比は、走査型電子顕微鏡(SEM)等により測定した画像等により測定できる。   When carbon black is used as the conductive carbon particles, the average particle diameter (arithmetic average particle diameter) of carbon black is not limited, and is usually about 5 to 200 nm, preferably about 5 to 100 nm. When carbon black aggregates are used, the thickness may be about 10 to 600 nm, preferably about 50 to 500 nm. When graphite, activated carbon or the like is used, the average particle size may be about 500 nm to 40 μm, preferably about 1 to 35 μm. The average particle size of the conductive carbon particles can be measured by, for example, a particle size distribution measuring device LA-920: manufactured by Horiba, Ltd. When conductive carbon fibers are used, the average fiber diameter of the conductive carbon fibers is not limited, and may be about 50 to 400 nm, preferably about 100 to 250 nm. The average fiber length of the conductive carbon fiber is not limited, and may be about 5 to 50 μm, preferably about 10 to 20 μm. The average aspect ratio of the conductive carbon fiber is about 10 to 500. The average fiber diameter, average fiber length, and average aspect ratio of the conductive carbon fiber can be measured by an image measured with a scanning electron microscope (SEM) or the like.

熱硬化性樹脂は、ガス拡散層に強度を付与して細孔を潰れにくくするために添加されている。この熱硬化性樹脂は、特に限定されるものではないが、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラニン樹脂、シリコーン樹脂等を適宜選択できる。これらの樹脂は耐熱性、機械的強度、柔軟性等を考慮して用途に応じて選択されるが、例えば、機械的強度及び耐熱性の観点ではフェノール樹脂が好ましい。   The thermosetting resin is added to impart strength to the gas diffusion layer and make it difficult to crush the pores. Although this thermosetting resin is not specifically limited, a phenol resin, an epoxy resin, a melanin resin, a silicone resin, etc. can be selected suitably. These resins are selected according to the use in consideration of heat resistance, mechanical strength, flexibility, etc. For example, a phenol resin is preferable from the viewpoint of mechanical strength and heat resistance.

バインダーは、ガス拡散層前駆体中の炭素材料を決着するためにあり、特に限定されるものではないが、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ウレタン樹脂等を適宜使用できる。特にフッ素系樹脂は撥水性があるため、ガス拡散層からの水の排出の点で好ましい。このフッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)、フッ化エチレンプロピレン樹脂(FEP)、パーフルオロアルコキシ樹脂(PFA)、ポリフッ化ビニリデン樹脂(PVDF)、フルオロオレフィンと炭化水素との共重合体等が挙げられる。   The binder is used to settle the carbon material in the gas diffusion layer precursor and is not particularly limited, but an acrylic resin, a fluororesin, a urethane resin, or the like can be used as appropriate. In particular, the fluorine-based resin has water repellency and is preferable in terms of water discharge from the gas diffusion layer. Examples of the fluororesin include polytetrafluoroethylene resin (PTFE), fluorinated ethylene propylene resin (FEP), perfluoroalkoxy resin (PFA), polyvinylidene fluoride resin (PVDF), a co-polymer of fluoroolefin and hydrocarbon. A polymer etc. are mentioned.

溶剤としては、特に限定されるものではなく、水やアルコール、有機溶剤などを挙げることができ、アルコールとしては、特に限定されることはなく、公知又は市販のものを使用すればよく、例えば、炭素数1〜5程度の1価又は多価のアルコールが挙げられる。具体的には、メタノール、エタノール、1−プロパノール、イソプロパノール、1−ブタノール、1−ペンタノール等が挙げられる。また、有機溶剤としてはアセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、トルエンやこれらの混合溶剤等が挙げられる。   Examples of the solvent include, but are not limited to, water, alcohol, and organic solvents. The alcohol is not particularly limited and may be a known or commercially available one. For example, A monovalent or polyhydric alcohol having about 1 to 5 carbon atoms can be mentioned. Specific examples include methanol, ethanol, 1-propanol, isopropanol, 1-butanol, and 1-pentanol. Examples of the organic solvent include acetone, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, butyl acetate, toluene, and mixed solvents thereof.

以上説明したようなガス拡散層用ペーストを塗布する塗布部2の下流側には乾燥部3が設置されている。この乾燥部3は、ガス拡散層用ペーストを加熱できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、加熱炉や、加熱ヒータ、温風乾燥、赤外線ヒータなどを挙げることができる。乾燥部3における加熱温度は、ガス拡散層用ペースト中の熱硬化性樹脂が硬化しない温度であり、且つガス拡散層用ペースト中の溶剤を乾燥できる程度の温度である。このように、乾燥部3によってガス拡散層用ペースト中の溶剤を乾燥できる程度の温度でガス拡散層用ペーストを加熱することにより、ガス拡散層前駆体Bを巻き取ったときに、基材Aの裏面にガス拡散層前駆体が付着することを防止することができ、また、基材Aを剥離したときに、ガス拡散層前駆体Bを単独で搬送させることができる。また、乾燥部3による加熱温度を、ガス拡散層用ペースト中の熱硬化性樹脂が硬化しない程度の温度とすることによって、ガス拡散層前駆体Bに屈曲性をもたせることができ、第1の巻取り部4においてガス拡散層前駆体Bを巻き取ることが可能となる。なお、この乾燥部3による加熱温度は、ガス拡散層用ペースト中の熱硬化性樹脂や溶剤の種類によっても変わってくるが、一般的には、40〜150℃程度とすることができる。   The drying unit 3 is installed on the downstream side of the coating unit 2 that applies the gas diffusion layer paste as described above. The drying unit 3 is not particularly limited as long as it can heat the gas diffusion layer paste, and examples thereof include a heating furnace, a heater, hot air drying, and an infrared heater. The heating temperature in the drying unit 3 is a temperature at which the thermosetting resin in the gas diffusion layer paste is not cured and is a temperature at which the solvent in the gas diffusion layer paste can be dried. Thus, when the gas diffusion layer precursor B is wound up by heating the gas diffusion layer paste at a temperature at which the drying unit 3 can dry the solvent in the gas diffusion layer paste, the substrate A The gas diffusion layer precursor can be prevented from adhering to the back surface of the gas diffusion layer, and when the substrate A is peeled off, the gas diffusion layer precursor B can be conveyed alone. In addition, by setting the heating temperature by the drying unit 3 to a temperature at which the thermosetting resin in the gas diffusion layer paste is not cured, the gas diffusion layer precursor B can be made flexible, and the first It becomes possible to wind up the gas diffusion layer precursor B in the winding unit 4. In addition, although the heating temperature by this drying part 3 changes also with the kind of thermosetting resin and solvent in the paste for gas diffusion layers, it can generally be about 40-150 degreeC.

乾燥部3の下流側には第1の巻取り部4が設置されている。第1の巻取り部4は、回転駆動モータ(図示省略)を駆動源として回転することにより、乾燥部3によって乾燥することにより形成されたガス拡散層前駆体Bを巻き取る。ここで、乾燥後のガス拡散層前駆体Bの曲げ弾性率を100〜5000MPaとすることにより、ガス拡散層前駆体Bに適度な屈曲性を与えて容易に巻き取ることができる。また、乾燥後のガス拡散層前駆体Bの曲げ強度を0.1〜50MPaとすることにより、ガス拡散層前駆体Bを巻き取る際に損傷が生じることを防ぐことができる。また、ガス拡散層前駆体Bと基材Aとの剥離強度は、0.01〜1N/mm程度とすることが好ましい。剥離強度を0.01N/mm以上とすることでガス拡散層前駆体Bを巻き取った場合にガス拡散層前駆体Bが基材Aから剥離することを防止することができ、また、剥離強度を1N/mm以下とすることで後述するように基材Aをガス拡散層前駆体Bから剥離するときにガス拡散層前駆体Bを損傷させることなく基材Aをスムーズに剥離することができる。さらには、基材Aを剥離する際にガス拡散層前駆体Bが損傷しないよう、ガス拡散層前駆体Bの引張強さは、ガス拡散層前駆体Bと基材Aとの剥離強度よりも0.05N/mm以上大きいことが好ましい。   A first winding unit 4 is installed on the downstream side of the drying unit 3. The 1st winding part 4 winds up the gas diffusion layer precursor B formed by drying by the drying part 3 by rotating with a rotational drive motor (not shown) as a drive source. Here, by setting the flexural modulus of the gas diffusion layer precursor B after drying to 100 to 5000 MPa, the gas diffusion layer precursor B can be easily wound with appropriate flexibility. Moreover, when the bending strength of the gas diffusion layer precursor B after drying is set to 0.1 to 50 MPa, it is possible to prevent damage when the gas diffusion layer precursor B is wound up. The peel strength between the gas diffusion layer precursor B and the substrate A is preferably about 0.01 to 1 N / mm. When the gas diffusion layer precursor B is wound up by setting the peel strength to 0.01 N / mm or more, the gas diffusion layer precursor B can be prevented from being peeled off from the base material A, and the peel strength When the base material A is peeled from the gas diffusion layer precursor B as will be described later, the base material A can be smoothly peeled without damaging the gas diffusion layer precursor B. . Furthermore, the tensile strength of the gas diffusion layer precursor B is higher than the peel strength between the gas diffusion layer precursor B and the substrate A so that the gas diffusion layer precursor B is not damaged when the substrate A is peeled off. It is preferably 0.05 N / mm or greater.

以上のように構成されたガス拡散層前駆体の製造装置によるガス拡散層前駆体の製造方法について説明すると、まず、第1の巻出し部1から基材Aが巻き出され、この巻き出された基材A上にダイ2によってガス拡散層用ペーストが塗布される。塗布されたガス拡散層用ペーストは、続いて乾燥部3によって加熱されることで溶剤が飛ばされて屈曲性を有するガス拡散層前駆体Bとなる。なお、このときの乾燥条件は、ガス拡散層用ペースト中の熱硬化性樹脂や溶剤の種類によっても変わってくるが、一般的には、40〜150℃程度の加熱温度で、1〜20分程度加熱することが好ましい。その後、第1の巻取り部4によってガス拡散層前駆体Bが基材Aとともに巻き取られて、ガス拡散層前駆体のロール体が完成する。   The production method of the gas diffusion layer precursor by the gas diffusion layer precursor production apparatus configured as described above will be described. First, the substrate A is unwound from the first unwinding portion 1 and unwound. A gas diffusion layer paste is applied onto the substrate A by the die 2. The applied gas diffusion layer paste is subsequently heated by the drying unit 3, so that the solvent is blown off to become a flexible gas diffusion layer precursor B. The drying conditions at this time vary depending on the type of the thermosetting resin and solvent in the gas diffusion layer paste, but generally, the heating temperature is about 40 to 150 ° C., and 1 to 20 minutes. It is preferable to heat to a certain extent. Thereafter, the gas diffusion layer precursor B is taken up together with the base material A by the first winding unit 4, and a roll body of the gas diffusion layer precursor is completed.

このように製造したガス拡散層前駆体Bを使用したガス拡散層の製造装置及び製造方法について説明する。   A gas diffusion layer manufacturing apparatus and method using the gas diffusion layer precursor B manufactured in this way will be described.

ガス拡散層の製造装置は、図2に示すように、第2の巻出し部5、第2の巻取り部(剥離部)6、切断部7、搬送部8、加熱部9を主な構成としている。   As shown in FIG. 2, the gas diffusion layer manufacturing apparatus mainly includes a second unwinding unit 5, a second winding unit (peeling unit) 6, a cutting unit 7, a conveying unit 8, and a heating unit 9. It is said.

第2の巻出し部5は、第1の巻取り部4によって巻き取られた基材A付きのガス拡散層前駆体Bがセットされ、この基材A付きのガス拡散層前駆体Bを下流側へと巻き出す。この巻出し速度は、特に限定されるものではないが、例えば、0.5〜10m/min程度にすることができる。   In the second unwinding unit 5, the gas diffusion layer precursor B with the base material A wound by the first winding unit 4 is set, and the gas diffusion layer precursor B with the base material A is set downstream. Unwind to the side. The unwinding speed is not particularly limited, but can be, for example, about 0.5 to 10 m / min.

第2の巻取り部6は、回転駆動モータ(図示省略)によって回転し、第2の巻出し部5から巻き出された基材A付きのガス拡散層前駆体Bから剥離した基材Aを巻き取るように構成されている。   The second winding unit 6 is rotated by a rotation drive motor (not shown), and the base A separated from the gas diffusion layer precursor B with the base A unwound from the second unwinding unit 5 is removed. It is configured to wind up.

切断部7は、基材Aが剥離された後のガス拡散層前駆体Bを所望の長さに切断して枚葉状とするためのものであり、切断カッターなどのような公知の切断手段を用いることができる。   The cutting part 7 is for cutting the gas diffusion layer precursor B after the substrate A is peeled into a desired length into a single sheet, and a known cutting means such as a cutting cutter is used. Can be used.

搬送部8は、切断部7によって枚葉シート状に切断されたガス拡散層前駆体Bを所定の場所へと搬送するためのものであり、例えば一対の回転駆動部に無端ベルトが架け渡されたベルトコンベアなどによって構成することができる。   The transport unit 8 is for transporting the gas diffusion layer precursor B cut into a sheet by the cutting unit 7 to a predetermined place. For example, an endless belt is bridged between a pair of rotation driving units. A belt conveyor can be used.

加熱部9では、ガス拡散層前駆体Bを加熱してガス拡散層前駆体Bをガス拡散層Cとする。具体的には、ガス拡散層前駆体B中の熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度でガス拡散層前駆体Bを加熱して熱硬化性樹脂を硬化させて、ガス拡散層前駆体Bからガス拡散層Cを形成する。この加熱部9における加熱温度は、熱硬化性樹脂の種類によっても異なってくるが、例えば、50〜500℃程度とすることができる。   In the heating unit 9, the gas diffusion layer precursor B is heated to make the gas diffusion layer precursor B a gas diffusion layer C. Specifically, the gas diffusion layer precursor B is heated at a temperature equal to or higher than the curing temperature of the thermosetting resin in the gas diffusion layer precursor B to cure the thermosetting resin. A gas diffusion layer C is formed. Although the heating temperature in this heating part 9 changes with kinds of thermosetting resin, it can be about 50-500 degreeC, for example.

このように構成されるガス拡散層製造装置を使用したガス拡散層の製造方法について説明すると、まず、第2の巻出し部5から基材A付きのガス拡散層前駆体Bが巻き出され、ガス拡散層前駆体Bから剥離された基材Aが第2の巻取り部6によって巻き取られる。基材Aが剥離されたガス拡散層前駆体Bは切断部7において所望の長さに切断されて、搬送部8を搬送される間に加熱部9において加熱される。この加熱部9で加熱されることで、ガス拡散層前駆体B中の熱硬化性樹脂が硬化する。このように加熱部9を通過することでガス拡散層前駆体Bはガス拡散層Cとなって所望の位置へと搬送される。   The gas diffusion layer manufacturing method using the gas diffusion layer manufacturing apparatus configured as described above will be described. First, the gas diffusion layer precursor B with the base material A is unwound from the second unwinding portion 5, The substrate A peeled from the gas diffusion layer precursor B is wound up by the second winding unit 6. The gas diffusion layer precursor B from which the substrate A has been peeled is cut to a desired length by the cutting unit 7 and heated by the heating unit 9 while being conveyed by the conveying unit 8. By being heated by the heating unit 9, the thermosetting resin in the gas diffusion layer precursor B is cured. Thus, the gas diffusion layer precursor B becomes the gas diffusion layer C and is transported to a desired position by passing through the heating unit 9.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention.

例えば、上記実施形態では、ガス拡散層用ペーストを塗布する塗布部としてダイを例に挙げていたが、この他にもガス拡散層用ペーストを塗布する手法として、ナイフコーティング、バーコーティング、ブレードコーティング、スプレーコーティング、ロールコーティング、カーテンコーティング、スピンコーティング、スクリーン印刷などの手法を挙げることができる。   For example, in the above embodiment, the die is used as an example of the application part for applying the gas diffusion layer paste. However, as other methods for applying the gas diffusion layer paste, knife coating, bar coating, blade coating, etc. , Spray coating, roll coating, curtain coating, spin coating, screen printing, and the like.

また、上記実施形態では、切断部7の下流に加熱部9が設置されていた、すなわち、ガス拡散層前駆体Bを切断した後に、加熱してガス拡散層Cとしていたが、切断する前にガス拡散層前駆体Bを加熱してガス拡散層Cとし、その後に切断してもよい。すなわち、図3に示すように、加熱部9の下流側に切断部7を設置してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the heating part 9 was installed in the downstream of the cutting | disconnection part 7, That is, after cut | disconnecting the gas diffusion layer precursor B, it heated and was made into the gas diffusion layer C. The gas diffusion layer precursor B may be heated to form the gas diffusion layer C and then cut. That is, as shown in FIG. 3, the cutting unit 7 may be installed on the downstream side of the heating unit 9.

その他にも、図4に示すように、ガス拡散層前駆体Bを切断した後に基材Aを剥離する、すなわち、切断部7の後に剥離部6を設置することもできる。また、図5に示すように、第2の巻出し部5から巻き出されたガス拡散層前駆体Bを切断し、基材Aを剥離した後、複数のガス拡散層前駆体Bを加熱部9により一度にバッチ式で加熱するような構成とすることもできる。   In addition, as shown in FIG. 4, the base material A is peeled after the gas diffusion layer precursor B is cut, that is, the peeling portion 6 can be installed after the cutting portion 7. Further, as shown in FIG. 5, after the gas diffusion layer precursor B unwound from the second unwinding portion 5 is cut and the base material A is peeled off, the plurality of gas diffusion layer precursors B are heated to the heating portion. 9 can also be configured to be heated batchwise at a time.

実施例1
導電性炭素繊維(VGCF(登録商標)(標準品)昭和電工(株)製、平均繊維径150nm、平均繊維長10〜20μm、平均アスペクト比10〜500)100重量部、バインダーとしてフルオロオレフィン共重合体(フルオネート(登録商標)K−703、DIC(株)製)50重量部、フェノール樹脂(PR50781、住友ベークライト(株)製)100重量部、及びトルエン−メチルエチルケトン(1:1)混合溶剤350重量部をメディア分散により分散させることによりガス拡散層用ペーストを調合した。このガス拡散層用ペーストを、第1の巻出し部より巻き出された、離型層(シリコーンコート層)が形成されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(SP−PET PET−O2−BU、三井化学東セロ(株)製、厚み:38μm)上にナイフコーティングを用いて約200μmの厚みとなるように塗布した。その後、95℃に設定した乾燥部で15分乾燥させた後、第1の巻取り部にて、内径3インチ、肉厚10mmの巻き芯を用いて巻き取り、基材付きのガス拡散層前駆体を作製した。このとき、巻き取られたガス拡散層前駆体には目立った巻きジワや巻きズレ、割れの発生は確認されなかった。
Example 1
Conductive carbon fiber (VGCF (registered trademark) (standard), manufactured by Showa Denko KK, average fiber diameter 150 nm, average fiber length 10-20 μm, average aspect ratio 10-500) 100 parts by weight, fluoroolefin copolymer as binder Combined (Fluonate (registered trademark) K-703, manufactured by DIC Corporation) 50 parts by weight, phenol resin (PR50781, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) 100 parts by weight, and toluene-methyl ethyl ketone (1: 1) mixed solvent 350 parts by weight A gas diffusion layer paste was prepared by dispersing the part by media dispersion. A polyethylene terephthalate (PET) film (SP-PET PET-O2-BU, Mitsui Chemicals) in which a release layer (silicone coat layer) is formed by unwinding this gas diffusion layer paste from the first unwinding portion. The coating was applied to a thickness of about 200 μm using a knife coating on Tosero Co., Ltd. (thickness: 38 μm). Then, after drying for 15 minutes in a drying section set at 95 ° C., the first winding section is wound using a core having an inner diameter of 3 inches and a wall thickness of 10 mm, and a gas diffusion layer precursor with a substrate is prepared. The body was made. At this time, no noticeable winding wrinkles, winding deviations, or cracks were found in the wound gas diffusion layer precursor.

作製した基材付きのガス拡散層前駆体を第2の巻出し部より巻き出し、第2の巻取り部で基材を剥離した後、250℃に設定された加熱部で40分加熱処理を行った。その後、一定の間隔で切断し、ガス拡散層を作製した。このとき、ガス拡散層前駆体と基材との剥離性は良好であり、剥離不良の発生は無かった。   The prepared gas diffusion layer precursor with a base material is unwound from the second unwinding part, and the base material is peeled off at the second winding part, and then subjected to a heat treatment for 40 minutes in a heating part set at 250 ° C. went. Then, it cut | disconnected by the fixed space | interval and produced the gas diffusion layer. At this time, the peelability between the gas diffusion layer precursor and the substrate was good, and there was no occurrence of poor peeling.

実施例2
導電性炭素繊維(VGCF(登録商標)(標準品)昭和電工(株)製、平均繊維径150nm、平均繊維長10〜20μm、平均アスペクト比10〜500)100重量部、バインダーとして、フルオロオレフィン共重合体(フルオネート(登録商標)K−703、DIC(株)製)200重量部、フェノール樹脂(PR50781、住友ベークライト(株)製)200重量部、及びトルエン−メチルエチルケトン(1:1)混合溶剤350重量部をメディア分散により分散させることによりガス拡散層用ペースト組成物を調合した。このガス拡散層用ペースト組成物を、第1の巻出し部より巻き出された、離型層(シリコーンコート層)が形成されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(SP−PET PET−O2−BU、三井化学東セロ(株)製、厚み:38μm)上にナイフコーティングを用いて約200μmの厚みとなるように塗布した。その後、95℃に設定した乾燥部で15分乾燥させた後、第1の巻取り部にて、内径3インチ、肉厚10mmの巻き芯を用いて巻き取り、基材付きのガス拡散層前駆体を作製した。このとき、巻き取られたガス拡散層前駆体には目立った巻きジワや巻きズレ、割れの発生は確認されなかった。
Example 2
Conductive carbon fiber (VGCF (registered trademark) (standard), manufactured by Showa Denko KK, average fiber diameter 150 nm, average fiber length 10 to 20 μm, average aspect ratio 10 to 500) 100 parts by weight, binder, fluoroolefin 200 parts by weight of a polymer (Fluonate (registered trademark) K-703, manufactured by DIC Corporation), 200 parts by weight of a phenol resin (PR50781, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), and a toluene-methyl ethyl ketone (1: 1) mixed solvent 350 A gas diffusion layer paste composition was prepared by dispersing parts by weight of media. A polyethylene terephthalate (PET) film (SP-PET PET-O2-BU) in which a release layer (silicone coat layer) is formed by unwinding this gas diffusion layer paste composition from the first unwinding portion, It was applied to a thickness of about 200 μm using a knife coating on Mitsui Chemicals Tosero Co., Ltd. (thickness: 38 μm). Then, after drying for 15 minutes in a drying section set at 95 ° C., the first winding section is wound using a core having an inner diameter of 3 inches and a wall thickness of 10 mm, and a gas diffusion layer precursor with a substrate is prepared. The body was made. At this time, no noticeable winding wrinkles, winding deviations, or cracks were found in the wound gas diffusion layer precursor.

作製した基材付きのガス拡散層前駆体を第2の巻出し部より巻き出し、第2の巻取り部で基材を剥離した後、250℃に設定された加熱部で40分加熱処理を行った。その後、一定の間隔で切断し、ガス拡散層を作製した。このとき、ガス拡散層前駆体と基材との剥離性は良好であり、剥離不良の発生は無かった。   The prepared gas diffusion layer precursor with a base material is unwound from the second unwinding part, and the base material is peeled off at the second winding part, and then subjected to a heat treatment for 40 minutes in a heating part set at 250 ° C. went. Then, it cut | disconnected by the fixed space | interval and produced the gas diffusion layer. At this time, the peelability between the gas diffusion layer precursor and the substrate was good, and there was no occurrence of poor peeling.

実施例3
導電性炭素粒子(ファーネスブラック バルカンxc72R:キャボット社製、重量平均分子量1000〜3000)100重量部、導電性炭素粒子繊維(VGCF(登録商標)(標準品)昭和電工(株)製、平均繊維径150nm、平均繊維長10〜20μm、平均アスペクト比10〜500)100重量部、バインダーとして、フルオロオレフィン共重合体(フルオネート(登録商標)K−703、DIC(株)製)50重量部、フェノール樹脂(PR50781、住友ベークライト(株)製)150重量部、及びトルエン−メチルエチルケトン(1:1)混合溶剤500重量部をメディア分散により分散させることによりガス拡散層用ペースト組成物を調合した。このガス拡散層用ペースト組成物を、第1の巻出し部より巻き出された、離型層(シリコーンコート層)が形成されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(SP−PET PET−O2−BU、三井化学東セロ(株)製、厚み:38μm)上にナイフコーティングを用いて約200μmの厚みとなるように塗布した。その後、95℃に設定した乾燥炉中で15分乾燥させた後、第1の巻取り部にて、内径3インチ、肉厚10mmの巻き芯を用いて巻き取り、基材付きのガス拡散層前駆体を作製した。このとき、巻き取られたガス拡散層前駆体には目立った巻きジワや巻きズレ、割れの発生は確認されなかった。
Example 3
Conductive carbon particles (Furness Black Vulcan xc72R: Cabot Corporation, weight average molecular weight 1000 to 3000) 100 parts by weight, conductive carbon particle fibers (VGCF (registered trademark) (standard), Showa Denko Co., Ltd., average fiber diameter 150 nm, average fiber length of 10 to 20 μm, average aspect ratio of 10 to 500) 100 parts by weight, as binder, fluoroolefin copolymer (Fluonate (registered trademark) K-703, manufactured by DIC Corporation) 50 parts by weight, phenol resin A gas diffusion layer paste composition was prepared by dispersing 150 parts by weight (PR50781, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) and 500 parts by weight of a toluene-methyl ethyl ketone (1: 1) mixed solvent by media dispersion. A polyethylene terephthalate (PET) film (SP-PET PET-O2-BU) in which a release layer (silicone coat layer) is formed by unwinding this gas diffusion layer paste composition from the first unwinding portion, It was applied to a thickness of about 200 μm using a knife coating on Mitsui Chemicals Tosero Co., Ltd. (thickness: 38 μm). Then, after drying for 15 minutes in a drying furnace set at 95 ° C., the first winding section is wound using a core having an inner diameter of 3 inches and a wall thickness of 10 mm, and a gas diffusion layer with a base material A precursor was prepared. At this time, no noticeable winding wrinkles, winding deviations, or cracks were found in the wound gas diffusion layer precursor.

作製した基材付きのガス拡散層前駆体を第2の巻出し部より巻き出し、第2の巻取り部で基材を剥離した後、250℃に設定された加熱部で40分加熱処理を行った。その後、一定の間隔で切断し、ガス拡散層を作製した。このとき、ガス拡散層前駆体と基材との剥離性は良好であり、剥離不良の発生は無かった。   The prepared gas diffusion layer precursor with a base material is unwound from the second unwinding part, and the base material is peeled off at the second winding part, and then subjected to a heat treatment for 40 minutes in a heating part set at 250 ° C. went. Then, it cut | disconnected by the fixed space | interval and produced the gas diffusion layer. At this time, the peelability between the gas diffusion layer precursor and the substrate was good, and there was no occurrence of poor peeling.

<曲げ弾性率および曲げ強度測定>
各実施例で作製したガス拡散層前駆体を基材より剥離し、3点曲げ試験を実施し、曲げ弾性率および曲げ強度を測定した。その結果を表1に示す。3点曲げ試験は、JIS K6911およびJIS K7171に規定される方法に準拠して行った。このとき、試験片の幅は15mm、長さは40mm、支点間距離は15mmとした。また、支点と圧子の曲率半径は3mm、試験速度は2mm/分とした。
<Measurement of flexural modulus and bending strength>
The gas diffusion layer precursor prepared in each example was peeled from the substrate, a three-point bending test was performed, and the bending elastic modulus and bending strength were measured. The results are shown in Table 1. The three-point bending test was performed in accordance with the method specified in JIS K6911 and JIS K7171. At this time, the width of the test piece was 15 mm, the length was 40 mm, and the distance between fulcrums was 15 mm. Further, the radius of curvature of the fulcrum and the indenter was 3 mm, and the test speed was 2 mm / min.

<剥離試験>
各実施例で作製したガス拡散層前駆体と基材との剥離試験はJIS K6854−3に規定されたT形剥離接着強さ試験法に準拠して行った。このときの試験片は幅15mm、長さ30mmとし、剥離速度を50mm/分とした。
<Peel test>
The peel test between the gas diffusion layer precursor prepared in each Example and the base material was performed in accordance with the T-type peel adhesion strength test method defined in JIS K6854-3. The test piece at this time had a width of 15 mm, a length of 30 mm, and a peeling rate of 50 mm / min.

<引張強さ測定>
各実施例で作製したガス拡散層前駆体を基材より剥離し、引張試験を実施し、引張強さを測定した。引張試験は、JIS K7161に規定される方法に準拠して行った。このとき、試験片の幅は15mm、長さは30mm、引張速度は3mm/分とした。
<Tensile strength measurement>
The gas diffusion layer precursor produced in each example was peeled from the substrate, a tensile test was performed, and the tensile strength was measured. The tensile test was performed in accordance with a method defined in JIS K7161. At this time, the width of the test piece was 15 mm, the length was 30 mm, and the tensile speed was 3 mm / min.

Figure 0005825020
Figure 0005825020

1 第1の巻出し部
2 塗布部
3 乾燥部
4 第1の巻取り部
5 第2の巻出し部
6 剥離部(第2の巻取り部)
7 切断部
8 搬送部
9 加熱部
A 基材
B ガス拡散層前駆体
C ガス拡散層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st unwinding part 2 Application | coating part 3 Drying part 4 1st winding part 5 2nd unwinding part 6 Peeling part (2nd winding part)
7 Cutting part 8 Conveying part 9 Heating part A Base material B Gas diffusion layer precursor C Gas diffusion layer

Claims (12)

長尺の基材を巻き出すステップと、
熱硬化性樹脂、及び溶剤を含むガス拡散層用ペーストを前記巻き出された基材上に塗布するステップと、
前記基材上に塗布されたガス拡散層用ペーストを加熱して、前記熱硬化性樹脂の硬化温度未満の温度で前記溶剤を乾燥させるステップと、
前記ガス拡散層用ペーストを乾燥させることにより形成されたガス拡散層前駆体を巻き取るステップと、
を含む、ガス拡散層前駆体の製造方法。
Unwinding the long substrate;
Applying a paste for a gas diffusion layer containing a thermosetting resin and a solvent onto the unwound substrate;
Heating the gas diffusion layer paste applied on the substrate and drying the solvent at a temperature lower than the curing temperature of the thermosetting resin;
Winding up the gas diffusion layer precursor formed by drying the gas diffusion layer paste;
A method for producing a gas diffusion layer precursor, comprising:
前記ガス拡散層前駆体は、曲げ弾性率が100〜5000MPaである、請求項1に記載のガス拡散層前駆体の製造方法。   The method for producing a gas diffusion layer precursor according to claim 1, wherein the gas diffusion layer precursor has a flexural modulus of 100 to 5000 MPa. 前記ガス拡散層前駆体は、曲げ強度が0.1〜50MPaである、請求項1又は2に記載のガス拡散層前駆体の製造方法。   The method for producing a gas diffusion layer precursor according to claim 1 or 2, wherein the gas diffusion layer precursor has a bending strength of 0.1 to 50 MPa. 前記ガス拡散層前駆体と前記基材との剥離強度は、0.01〜1N/mmである、請求項1〜3のいずれかに記載のガス拡散層前駆体の製造方法。   The method for producing a gas diffusion layer precursor according to any one of claims 1 to 3, wherein a peel strength between the gas diffusion layer precursor and the substrate is 0.01 to 1 N / mm. 前記ガス拡散層前駆体の引張強さは、前記ガス拡散層前駆体と前記基材との剥離強度よりも、0.05N/mm以上大きい、請求項1〜4のいずれかに記載のガス拡散層前駆体の製造方法。   The gas diffusion according to any one of claims 1 to 4, wherein the tensile strength of the gas diffusion layer precursor is 0.05 N / mm or more greater than the peel strength between the gas diffusion layer precursor and the substrate. A method for producing a layer precursor. 前記基材は、前記ガス拡散層用ペーストが塗布される面に離型層を有する、請求項1〜5のいずれかに記載のガス拡散層前駆体の製造方法。   The said base material is a manufacturing method of the gas diffusion layer precursor in any one of Claims 1-5 which has a mold release layer in the surface where the said paste for gas diffusion layers is apply | coated. 請求項1〜6のいずれかに記載されたガス拡散層前駆体の製造方法と、
前記基材とともに巻き取られたガス拡散層前駆体を巻き出すステップと、
前記ガス拡散層前駆体から基材を剥離するステップと、
前記基材が剥離されたガス拡散層前駆体を加熱して前記熱硬化性樹脂を硬化させるステップと、
を含む、ガス拡散層の製造方法。
A method for producing a gas diffusion layer precursor according to any one of claims 1 to 6,
Unwinding the gas diffusion layer precursor wound together with the substrate;
Peeling the substrate from the gas diffusion layer precursor;
Heating the gas diffusion layer precursor from which the substrate has been peeled to cure the thermosetting resin;
A method for producing a gas diffusion layer, comprising:
長尺の基材を巻き出す第1の巻出し部と、
熱硬化性樹脂及び溶剤を含むガス拡散層用ペーストを前記巻き出された基材上に塗布する塗布部と、
前記塗布部の下流側に設置され、前記ガス拡散層用ペーストを加熱して、前記熱硬化性樹脂の硬化温度未満の温度で前記溶剤を乾燥させるための乾燥部と、
前記ガス拡散層用ペーストを乾燥させることにより形成されたガス拡散層前駆体を巻き取る第1の巻取り部と、
を備えた、ガス拡散層前駆体製造装置。
A first unwinding section for unwinding a long substrate;
An application part for applying a paste for a gas diffusion layer containing a thermosetting resin and a solvent onto the unrolled substrate;
A drying unit installed on the downstream side of the application unit, heating the gas diffusion layer paste, and drying the solvent at a temperature lower than the curing temperature of the thermosetting resin;
A first winding portion for winding the gas diffusion layer precursor formed by drying the gas diffusion layer paste;
A gas diffusion layer precursor production apparatus comprising:
熱硬化性樹脂及び溶剤を含むガス拡散層用ペーストの前記溶剤を前記熱硬化性樹脂の硬化温度未満の温度で乾燥させることにより長尺の基材上に形成され、前記基材とともに巻き取られたガス拡散層前駆体を巻き出す第2の巻出し部と、
前記ガス拡散層前駆体から前記基材を剥離する剥離部と、
前記剥離部の下流側に設置され、前記ガス拡散層前駆体を加熱して前記熱硬化性樹脂を硬化させる加熱部と、
を備えた、ガス拡散層製造装置。
A gas diffusion layer paste containing a thermosetting resin and a solvent is formed on a long substrate by drying the solvent at a temperature lower than the curing temperature of the thermosetting resin, and wound together with the substrate. A second unwinding section for unwinding the gas diffusion layer precursor,
A peeling portion for peeling the base material from the gas diffusion layer precursor;
A heating unit installed on the downstream side of the peeling unit and heating the gas diffusion layer precursor to cure the thermosetting resin;
A gas diffusion layer manufacturing apparatus comprising:
前記剥離部は、前記ガス拡散層前駆体から剥離された前記基材を巻き取る第2の巻取り部である、請求項9に記載のガス拡散層製造装置。   The gas diffusion layer manufacturing apparatus according to claim 9, wherein the peeling portion is a second winding portion that winds the base material peeled from the gas diffusion layer precursor. 前記加熱部よりも上流側において、前記ガス拡散層前駆体を枚葉シート状に切断する切断部をさらに備えた、請求項9又は10に記載のガス拡散層製造装置。   11. The gas diffusion layer manufacturing apparatus according to claim 9, further comprising a cutting unit that cuts the gas diffusion layer precursor into a single sheet shape upstream of the heating unit. 前記加熱部よりも下流側において前記ガス拡散層を枚葉シート状に切断する切断部をさらに備えた、請求項9又は10に記載のガス拡散層製造装置。   11. The gas diffusion layer manufacturing apparatus according to claim 9, further comprising a cutting unit that cuts the gas diffusion layer into a sheet-like sheet on a downstream side of the heating unit.
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