JP6871931B2 - 軽量ニードル加工ファブリック及びその製造方法並びに燃料電池用の拡散層におけるその使用 - Google Patents
軽量ニードル加工ファブリック及びその製造方法並びに燃料電池用の拡散層におけるその使用 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6871931B2 JP6871931B2 JP2018538952A JP2018538952A JP6871931B2 JP 6871931 B2 JP6871931 B2 JP 6871931B2 JP 2018538952 A JP2018538952 A JP 2018538952A JP 2018538952 A JP2018538952 A JP 2018538952A JP 6871931 B2 JP6871931 B2 JP 6871931B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fabric
- diffusion layer
- needle
- carbon
- liquid composition
- 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.)
- Active
Links
- 239000004744 fabric Substances 0.000 title claims description 253
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims description 125
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 35
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 87
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 84
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 67
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 61
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 57
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 41
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 34
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 claims description 26
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 18
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 15
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 13
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 12
- 239000004812 Fluorinated ethylene propylene Substances 0.000 claims description 9
- 229920009441 perflouroethylene propylene Polymers 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N ethene;prop-1-ene Chemical group C=C.CC=C HQQADJVZYDDRJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 claims description 7
- 229920006172 Tetrafluoroethylene propylene Polymers 0.000 claims description 5
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000010417 needlework Methods 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 61
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 42
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 23
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 21
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 21
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 21
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 20
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 9
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 6
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 6
- OVSKIKFHRZPJSS-UHFFFAOYSA-N 2,4-D Chemical compound OC(=O)COC1=CC=C(Cl)C=C1Cl OVSKIKFHRZPJSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 5
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 5
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 5
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 5
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 4
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 4
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 4
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 4
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 4
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920004890 Triton X-100 Polymers 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 229920000554 ionomer Polymers 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 3
- 101100168606 Caenorhabditis elegans crh-2 gene Proteins 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000003945 anionic surfactant Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 2
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 2
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 2
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 description 2
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000002964 rayon Substances 0.000 description 2
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 1
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 description 1
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 210000005045 desmin Anatomy 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001866 hydroxypropyl methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010979 hydroxypropyl methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 229920003088 hydroxypropyl methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- UFVKGYZPFZQRLF-UHFFFAOYSA-N hydroxypropyl methyl cellulose Chemical compound OC1C(O)C(OC)OC(CO)C1OC1C(O)C(O)C(OC2C(C(O)C(OC3C(C(O)C(O)C(CO)O3)O)C(CO)O2)O)C(CO)O1 UFVKGYZPFZQRLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 239000002655 kraft paper Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000009718 spray deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000005341 toughened glass Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000009941 weaving Methods 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
- H01M4/8807—Gas diffusion layers
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D03—WEAVING
- D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
- D03D9/00—Open-work fabrics
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B25/00—Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber
- B32B25/10—Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber next to a fibrous or filamentary layer
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D03—WEAVING
- D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
- D03D13/00—Woven fabrics characterised by the special disposition of the warp or weft threads, e.g. with curved weft threads, with discontinuous warp threads, with diagonal warp or weft
- D03D13/008—Woven fabrics characterised by the special disposition of the warp or weft threads, e.g. with curved weft threads, with discontinuous warp threads, with diagonal warp or weft characterised by weave density or surface weight
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D03—WEAVING
- D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
- D03D15/00—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used
- D03D15/20—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the material of the fibres or filaments constituting the yarns or threads
- D03D15/242—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the material of the fibres or filaments constituting the yarns or threads inorganic, e.g. basalt
- D03D15/275—Carbon fibres
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8605—Porous electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B2101/00—Inorganic fibres
- D10B2101/10—Inorganic fibres based on non-oxides other than metals
- D10B2101/12—Carbon; Pitch
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Nonwoven Fabrics (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
- Woven Fabrics (AREA)
Description
− 電解質を形成する導電性膜と、
− 電気化学反応が起こる2つの活性層(又はアノード及びカソード電極)であって、膜のいずれかの面に位置するものと、
− 2つのバイポーラプレートと、
− 2つのガス拡散層(GDL)であって、その各々が活性層とバイポーラプレートとの間に配置されているものと
から構成される。
− カーボン糸と、40〜100g/m2の範囲内、好ましくは40〜80g/m2の範囲内、特に60〜80g/m2の範囲内の単位面積当たりの質量とを含む、少なくとも1つのファブリックを有する工程と、
− その幅広面の少なくとも1つから開始して前記ファブリックをニードリングする工程と
を少なくとも含むことを特徴とする方法に関し、本発明による拡散層を調製する方法にも関する。
本発明は、カーボン糸を含むファブリックに関し、前記ファブリックは、40〜100g/m2の範囲内、好ましくは40〜80g/m2の範囲内、特に60〜80g/m2の範囲内の単位面積当たりの質量を有し、そして、前記ファブリックがステープルファイバーを含み、前記ステープルファイバーがその起点(起源)となるファブリックの構成糸から延出し、その起点となる糸の方向に平行ではない方向に延出すること、及び/又は前記ファブリックがニードル加工されていることを特徴とする。
[符号:TVF=FVC、Mass surfacique=単位面積当たりの質量、fil carbone=カーボン糸、tissu=ファブリック]
Po(%)=100−FVC(%)
FVCは上記の式(I)に基づいて計算される。
ニードリングによって本発明によるファブリックを製造する方法
− カーボン糸を含み、さらにはカーボン糸から構成され、40〜100g/m2の範囲内、好ましくは40〜80g/m2の範囲内、特に60〜80g/m2の範囲内の単位面積当たりの質量を有する、少なくとも1つのファブリックを使用する工程と、
− ファブリックの幅広面の少なくとも1つでファブリックをニードリングする工程と
を含む。
− 単位面積当たりの質量が40g/m2以上100g/m2未満であり、一方を他方の上に同じ方向に沿って置いた3つの同一のファブリックの積層体上で測定した厚さの標準偏差が35μm以下であり、
− 単位面積当たりの質量が40g/m2以上100g/m2未満であり、一方を他方の上に同じ方向に沿って配置した3つの同一のファブリックの積層体上で測定した厚さの標準偏差が35μm以下であり、平均開口係数が1%以下であり、好ましくは開口係数の変動性が1%以下であり、及び/又はファブリックが好ましくは200〜3500テックス、好ましくは200〜1700テックス、特に200〜1600テックスのカウント数を有する糸から構成されている、
特徴を有し、さらなる詳細についてはこの特許出願を参照することができる。
拡散層
拡散層の製造方法
− 本発明の枠組みにおいて規定される少なくとも1つのファブリックを有するか、又は本発明の枠組みにおいて規定される方法にしたがって得られる可能性があるファブリックを有する工程と、
− 疎水性コーティングを形成するための少なくとも1種の液体組成物を有する工程と、
− 前記ファブリック上に前記液体組成物を堆積させる工程と、
− 前記液体組成物が堆積した前記ファブリックを熱処理する工程と
を少なくとも含む拡散層の製造方法である。
− 微孔質層を形成するための少なくとも1種の液体組成物を有する工程と、
− 熱処理工程後に得られるファブリックの少なくとも1つの幅広面に前記液体組成物を堆積させる工程と、
− 前記組成物が堆積した前記ファブリックを熱処理する工程と
の連続する工程を含む方法にしたがって得ることができる。
燃料電池
A − 試験した支持体
B − ニードリングプロトコル
− Keithley 3706Aシステムスイッチ/マルチメータ装置
− Keithley LXI Discovery Browserソフトウェアプログラム
− LAV測定ゲージ
− 長さ25mm/80mmの銅プレート
である。
C1. 1ファブリックの平面における表面抵抗の測定
アセンブリの較正のために、銅導体電極301(幅2.5cm及び長さ8cm)を、図3Aに示すように、互いに80mmの距離を置いてファブリック303の同じ面に配置する。
ゲージは、Rsquare=Rreadになるようにする。
RsquareはR×(w/L)に等しく、Rは読取り抵抗であり、wは支持体の測定幅(80mm)であり、Lは最も近い電極間の距離(80mm)である。
ファブリック試料を硬い平らな面に置く。
C1.2 − 縦糸と横糸によって形成される平面を横切る平面における抵抗の測定
− 電極を差し込んでマイクロオーム計(赤色ケーブル1本、黒色ケーブル1本)で4つのピークを測定する。
− 測定時にマイクロオーム計を4WΩAutoに設定する。
− 上記のように試料をセットしたら、「TRIG」ボタンを押して電気測定値を確定し、それを画面上で読み取る。
− 次の試料について、もう一度「TRIG」を押すと、別の測定値が決定され、同様に続ける。
C2 − 平均厚さ測定
− 減圧下での平均厚さ測定(プロトコルについては後述する)と
の2種類の平均厚さ測定を行う。
ISO5084規格による平均厚さ測定は、単位面積当たりの平均質量の測定であり、10kPaの圧力で行う。
減圧下での平均厚さ測定は、以下のように減圧下で測定した平均点毎の測定の結果であり、分散を検証することを可能にする。
− Leybold Systemsの真空ポンプ、参照番号501902、
− Tesaの「micro−hite DCC 3D」三次元機械、
− 強化ガラス板、厚さ8mm、
− Vacuum tank ref film 818260F 205℃ Nylon 6 green、供給元Umeco,Aerovac、
− Bidim AB1060HA 380gsm 200℃ ポリエステル非圧縮定格厚さ6mm、供給元Umeco,Aerovac、
− PC及びPC−Dmis V42ソフトウェア、
− 最大トリガ0.06Nを有するφ3ボールプローブ、
− Robuso型切削砥石、
− 305x305mm切断テンプレート、
− 真空コネクタ、
− SM5130真空シール、供給元Umeco Aerovac
の機器を使用する。
− 試験する単一のファブリック(305×305mm2)3枚の積層体を周囲の材料と共に、下から上へ、
・ Bidim(当業者に知られているフェルト)、
・ 縦糸が305×305mmの正方形の1つの端部に平行な方向に延出する、同方向の単一のファブリック3枚の積層体、
・ 真空タンク
の順でガラス板に置く。
− 真空タンク内に少なくとも15mbarの減圧を確立して、積層体を972mbar+/−3mbarの圧力下に置く。
− 減圧下でファブリック3枚の積層体の寸法安定化を達成しなければならない。
− 点を取る前に積層体をこの減圧下に少なくとも30分間放置する。
− ジョイスティック(コントローラの「joy」)を使用してテーブル上の物理的な点(テーブルの左上の白い点)を手動で取り、検証してから、自動モード(コントローラの「auto」)に変更する。
− 自動モードに入り、測定が行われるのを待つ。
C3 − 横方向透過率の測定
C4 − 空気透過性の測定
C5 − 圧縮性の測定
− ZWICK/ROELL Z300 Instron 5582 100KNなどの機械的万能試験機
− 温度モニタリングを伴う測定を行うためのZwick炉、
− T−expertソフトウェア(圧縮プリフォーム.ZPV)、
− 変形フレームワーク、
− 変形角を形成する角鋼部品、
− 圧縮のためのプレートとプレス、
− アレンキーとNo.10フラットレンチセット、
− K型熱電対及びKane−May KM340ディスプレイ
である。
C6 − 開口係数の測定
デバイスは、10倍のレンズから成るSONY(SSC−DC58APモデル)カメラと、Waldmannライトテーブル、モデルW LP3 NR、101381 230V 50HZ 2x15Wとで構成される。測定する試料をライトテーブルに置き、カメラをスタンドに取り付け、試料から29cm離れたところに配置し、次にシャープネスを調整する。
C7 − せん断剛性の測定
せん断(45°の牽引)を測定するために使用される手段は、
− INSTRON 5544 50 Nのような機械式万能試験機、
− Bluehirrソフトウェア、
− 剥離強度ジョー(jaws)、
− クラフト紙、
− 綿キャンバス接着ストリップ、
− C97ガラス接着剤、
− カットテンプレートとホイール
である。
C8 − 気孔率の測定
Po(%)=100−FVC(%)
C9 − 単位面積当たりの質量の測定
D1 − 疎水性コーティングを形成するための液体組成物
D2 − 微孔質層を形成するための液体組成物
− 2.67%の疎水剤(PTFE)、
− 4.35%のカーボンナノファイバー(Rhodia社製VGCF−H)、
− 0.99%の増粘剤(メチルセルロース)、
− 1.5%の分散剤(Triton X100)、
− 3.17%のカーボンブラック、
− 87.32%の水(QSP)
の組成(CL−MPL)を有していた。
− 11.54%の疎水剤(PTFE)、
− 51.12%のカーボンナノファイバー(Rhodia社製VGCF−H)、
− 37.34%のカーボンブラック
の微孔質層が生成される。
D3 − 拡散層の例
− 圧力、
− 温度、
− 化学量論、
− 湿度
の動作条件の正確な制御を可能にする。
− 自動車条件、80℃、50%RH、1.5Bar、
− 湿気条件(自動車の始動)60℃、100%RH、1.5Bar、
− 乾燥条件、80℃、20%RH、1.5Bar
の3つの主な条件下でGDLの性能を評価する。
E2 − 電流密度の測定
E3 − 結果
E3.1 − MEAの特性に対する支持体の効果
E3.2−本発明による拡散層を含むMEAの特性に対する疎水性コーティングの様々な組成の例示
E3.3 − 拡散層を含むMEAの特性に対するニードリングの影響
E3.4 − 拡散層を含むMEAの特性に支持体の性質が及ぼす影響
F − 結論
Claims (21)
- 少なくとも1つの疎水性コーティングを含む少なくとも1つのニードル加工ファブリックを含んでなる、燃料電池用の拡散層であって、前記ニードル加工ファブリックは、カーボン糸を含み、40〜80g/m2の単位面積当たりの質量を有するファブリックから出来ていて、前記ファブリックは、厚さを有し、ニードル加工されてステープルファイバーを含む前記ニードル加工ファブリックを提供するものであって、前記ステープルファイバーが、その起点となる、前記ニードル加工ファブリックの前記カーボン糸から延出し、その起点となる前記カーボン糸の方向と平行ではない方向に延出している、前記拡散層。
- 前記ステープルファイバーの少なくとも一部が、前記ニードル加工ファブリックの厚さに沿って延出する、請求項1に記載の拡散層。
- 前記ニードル加工ファブリックがニードル衝撃を適用することを含み、ニードル衝撃密度が、片面につき50〜650ニードル衝撃/cm2の範囲内にあり、前記ニードル衝撃は、前記ニードル加工ファブリックの片面のみから、又は前記ニードル加工ファブリックの両面から与えられる、請求項1に記載の拡散層。
- 前記ニードル加工ファブリックは、縦糸と横糸とから構成され、前記ステープルファイバーが前記縦糸及び/又は前記横糸を起点とする、請求項1に記載の拡散層。
- 前記カーボン糸が、高抵抗カーボン糸、高モジュールカーボン糸、及び中間モジュールカーボン糸から選択される、請求項1に記載の拡散層。
- 前記疎水性コーティングが、テトラフルオロエチレン及びフッ素化エチレンプロピレンから選択される少なくとも1種の疎水剤を含む、請求項1に記載の拡散層。
- 前記疎水性コーティングがカーボンナノファイバーをさらに含む、請求項1に記載の拡散層。
- 前記拡散層が、細孔を含む少なくとも1つの微孔質層をさらに含む、請求項1に記載の拡散層。
- 前記微孔質層の細孔径が0.01〜10μmである、請求項8に記載の拡散層。
- 前記微孔質層が、カーボンブラックと、テトラフルオロエチレン及びフッ素化エチレンプロピレンから選択される少なくとも1つの疎水性剤とを含む、請求項8に記載の拡散層。
- 前記微孔質層がカーボンナノファイバーをさらに含む、請求項8に記載の拡散層。
- 燃料電池用の拡散層を製造する方法であって、
カーボン糸を含み、40〜80g/m2の範囲内の単位面積当たりの質量を有する、少なくとも1つのファブリックを提供するステップと、
前記ファブリックをその幅広面の1つからニードリングして、ニードル衝撃が適用されているニードル加工ファブリックを形成するステップと、
前記ニードル加工ファブリックに疎水性コーティングを形成するステップと
を含む、前記方法。 - 前記ファブリックが、0〜5%の範囲内の開口係数を有する、請求項12に記載の方法。
- 前記ニードル衝撃密度が、片面につき50〜650ニードル衝撃/cm2の範囲内である、請求項12に記載の方法。
- 液体組成物を使用して前記疎水性コーティングを形成し、前記液体組成物が、テトラフルオロエチレン及びフッ素化エチレンプロピレンから選択される少なくとも1種の疎水性剤を含む、請求項12に記載の方法。
- 前記液体組成物が、分散剤と、カーボンナノファイバーと、水、エタノール、プロパノール、エチレングリコール、及びそれらの混合物などの少なくとも1種の溶媒とをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 前記拡散層の幅広面の片面又は両面に微孔質層を形成するステップをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 液体組成物を使用して前記微孔質層を形成し、前記液体組成物が、カーボンブラックと、テトラフルオロエチレン及びフッ素化エチレンプロピレンから選択される少なくとも1種の疎水性剤とを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記微孔質層を形成するための前記液体組成物が、増粘剤と、少なくとも1種の分散剤と、カーボンナノファイバーとをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 請求項1に記載の拡散層を含む、燃料電池。
- 請求項8に記載の拡散層を含む、燃料電池。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1559856 | 2015-10-16 | ||
FR1559856A FR3042511B1 (fr) | 2015-10-16 | 2015-10-16 | Tissu aiguillete de faible grammage, son procede de fabrication et son utilisation dans une couche de diffusion pour une pile a combustible |
PCT/FR2016/052667 WO2017064443A1 (fr) | 2015-10-16 | 2016-10-14 | Tissu aiguillete de faible grammage, son procede de fabrication et son utilisation dans une couche de diffusion pour une pile a combustible |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018538461A JP2018538461A (ja) | 2018-12-27 |
JP2018538461A5 JP2018538461A5 (ja) | 2019-11-14 |
JP6871931B2 true JP6871931B2 (ja) | 2021-05-19 |
Family
ID=55345937
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018538952A Active JP6871931B2 (ja) | 2015-10-16 | 2016-10-14 | 軽量ニードル加工ファブリック及びその製造方法並びに燃料電池用の拡散層におけるその使用 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20180301713A1 (ja) |
EP (1) | EP3362593A1 (ja) |
JP (1) | JP6871931B2 (ja) |
CN (1) | CN108884606A (ja) |
FR (1) | FR3042511B1 (ja) |
WO (1) | WO2017064443A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108018637A (zh) * | 2018-01-05 | 2018-05-11 | 山东神华山大能源环境有限公司 | 一种聚酯纤维织物及其在湿式电除尘器中的应用 |
CN109585858B (zh) * | 2018-10-08 | 2021-06-15 | 武汉船用电力推进装置研究所(中国船舶重工集团公司第七一二研究所) | 一种具有疏水性的燃料电池气体扩散层的制备方法 |
CN110485028A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-11-22 | 王一玫 | 一种新型纺织结构复合材料及其制备工艺和应用 |
CN112941957A (zh) * | 2020-10-12 | 2021-06-11 | 郭金武 | 一种自动控制浸渍量的碳纸连续生产方法 |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4790052A (en) * | 1983-12-28 | 1988-12-13 | Societe Europeenne De Propulsion | Process for manufacturing homogeneously needled three-dimensional structures of fibrous material |
GB8700805D0 (en) * | 1987-01-15 | 1987-02-18 | Dunlop Ltd | Carbon fibre materials |
US5952075A (en) * | 1997-09-08 | 1999-09-14 | Fiberite, Inc. | Needled near netshape carbon preforms having polar woven substrates and methods of producing same |
DK1305268T3 (da) * | 2000-07-26 | 2010-12-20 | Ballard Power Systems | Carbonmatrix-kompositsammensætninger og dertil relaterede fremgangsmåder |
JP2003045443A (ja) * | 2001-07-27 | 2003-02-14 | Toho Tenax Co Ltd | 高分子電解質型燃料電池電極材用炭素繊維不織布、及びその製造方法 |
JP2003197202A (ja) * | 2001-12-26 | 2003-07-11 | Hitachi Chem Co Ltd | 高分子固体電解質燃料電池用ガス拡散層材料及びその接合体 |
CN1443885A (zh) * | 2002-03-13 | 2003-09-24 | 三菱化学株式会社 | 导电碳纤维织造布和固体聚合物型燃料电池 |
JP4283010B2 (ja) * | 2002-03-13 | 2009-06-24 | 三菱化学株式会社 | 導電性炭素質繊維織布及びこれを用いた固体高分子型燃料電池 |
JP2004124267A (ja) * | 2002-09-30 | 2004-04-22 | Toray Ind Inc | 炭素繊維織物、ガス拡散体、膜−電極接合体および燃料電池 |
FR2858465A1 (fr) * | 2003-07-29 | 2005-02-04 | Commissariat Energie Atomique | Structures poreuses utilisables en tant que plaques bipolaires et procedes de preparation de telles structures poreuses |
WO2006075681A1 (ja) * | 2005-01-14 | 2006-07-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 燃料電池用スタック及び燃料電池 |
KR100761524B1 (ko) * | 2006-02-02 | 2007-10-04 | 주식회사 협진아이엔씨 | 연료전지용 기체확산층의 제조 방법 |
US8074330B2 (en) * | 2008-08-13 | 2011-12-13 | Goodrich Corporation | Method and system for enabling z fiber transfer in needled preform |
JP2010102909A (ja) * | 2008-10-23 | 2010-05-06 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池 |
WO2011074327A1 (ja) * | 2009-12-18 | 2011-06-23 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池用ガス拡散層及びこれを用いた膜電極接合体 |
FR2959064B1 (fr) * | 2010-04-20 | 2013-01-11 | Commissariat Energie Atomique | Couche de diffusion d'un dispositif electrochimique et procede de realisation d'une telle couche de diffusion |
CN102011284B (zh) * | 2010-12-09 | 2013-05-01 | 甘肃宏伟碳素新材料有限公司 | 全钒液流储能电池专用碳毡生产工艺 |
CN103640319A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-03-19 | 宜兴市飞舟高新科技材料有限公司 | 一种碳纤维复合板预制体的制作方法 |
JP6547936B2 (ja) * | 2015-01-30 | 2019-07-24 | 株式会社不二越 | 燃料電池用炭素繊維織物の製造方法 |
-
2015
- 2015-10-16 FR FR1559856A patent/FR3042511B1/fr active Active
-
2016
- 2016-10-14 WO PCT/FR2016/052667 patent/WO2017064443A1/fr active Application Filing
- 2016-10-14 US US15/766,854 patent/US20180301713A1/en not_active Abandoned
- 2016-10-14 CN CN201680074699.3A patent/CN108884606A/zh active Pending
- 2016-10-14 EP EP16793966.9A patent/EP3362593A1/fr not_active Withdrawn
- 2016-10-14 JP JP2018538952A patent/JP6871931B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018538461A (ja) | 2018-12-27 |
US20180301713A1 (en) | 2018-10-18 |
EP3362593A1 (fr) | 2018-08-22 |
WO2017064443A1 (fr) | 2017-04-20 |
FR3042511B1 (fr) | 2018-04-20 |
FR3042511A1 (fr) | 2017-04-21 |
CN108884606A (zh) | 2018-11-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6871931B2 (ja) | 軽量ニードル加工ファブリック及びその製造方法並びに燃料電池用の拡散層におけるその使用 | |
JP6008000B2 (ja) | 前駆体シート | |
EP2930259B1 (en) | Carbon-fiber nonwoven cloth and gas diffusion electrode for polymer electrolyte fuel cell using same, polymer electrolyte fuel cell, method for manufacturing carbon-fiber nonwoven cloth, and composite sheet | |
EP3490042B1 (en) | Porous base material, porous electrode, carbon fiber paper, method for manufacturing carbon fiber paper, and method for manufacturing porous base material | |
US10727497B2 (en) | Porous electrode substrate, membrane-electrode assembly using same, and polymer electrolyte fuel cell using same | |
US11088370B2 (en) | Gas diffusion electrode and fuel cell | |
EP3609008B1 (en) | Composite polymer electrolyte membrane | |
US11837732B2 (en) | Carbon sheet, gas diffusion electrode substrate, and fuel cell | |
JP2001283865A (ja) | 電極触媒層、膜−電極複合体およびそれらの製造方法並びにそれらを用いた燃料電池 | |
TW201708101A (zh) | 多孔質碳片及其前驅物纖維片 | |
TW202121722A (zh) | 用於燃料電池的氣體擴散層 | |
EP3279986A1 (en) | Porous electrode base material and manufacturing method therefor | |
JP6940287B2 (ja) | 炭素繊維不織布積層体 | |
JP7265367B2 (ja) | 高分子電解質膜 | |
Taherian | 8 Applications of Polymer Based Composites: Gas Diffusion Layer of PEM Fuel Cells | |
JP2017139219A (ja) | 炭素シート、ガス拡散電極基材、および燃料電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180926 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191002 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191002 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200820 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200929 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201216 |
|
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: 20210402 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210416 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6871931 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |