KR20140072113A - 향상된 전기 전도도와 가스투과율을 갖는 가스확산층 - Google Patents

Abstract

가스확산층은 탄소 함유 물질로 이루어진 기판과 미소공성 층을 포함한다. 여기서 가스확산층은 다음의 단계들을 포함하는 방법에 의해서 얻을 수 있다: i) 최대 200 m²/g의 BET 표면적을 갖는 카본블랙, 최소 200 m²/g의 BET 표면적 및 최대 25 mm의 평균적인 바깥지름(d₅₀)을 갖는 탄소나노튜브와 1,000초^-1의 전단 속도를 갖는 분산 매질을 함유하고 있는 혼합물의 분산 및/또는 생성된 분산물에서 모든 탄소나노튜브의 최소 90%가 최대 25 ㎛의 평균 덩어리 크기를 갖는다. ii) i) 단계에서 생성된 분산물을 최소 기판 한쪽 면의 일부분에 도포 및 iii) ii) 단계에서 도포된 분산물의 건조.

Description

향상된 전기 전도도와 가스투과율을 갖는 가스확산층 {GAS DIFFUSION LAYER WITH IMPROVED ELECTRICAL CONDUCTIVITY AND GAS PERMEABILITY}

본 발명은 가스확산층, 해당 가스확산층 제조 방법, 해당 가스확산층의 사용, 가스확산 전극 및 해당 가스확산 전극의 사용에 관한 것이다.

이와 같은 가스확산층과 가스확산 전극은 다양한 곳에 적용되는데 특히 연료 전지, 전해 전지 및 배터리에 사용된다. 연료 전지는 차량의 구동 소스로서 내연 기관을 위한 대체하기 위해 제안되었던 전기 화학 전지이다. 연료 전지 가동에 있어서는 연료(예: 수소나 메탄올)가 산화제(일반적으로 공기)와 함께 촉매 장치에서 전기 화학적으로 변화된다. 수소의 경우에는 물에 대한 연료로서 그리고 메탄올의 경우에는 물과 탄산 가스에 대한 연료로서 변화된다. 이러한 목적으로 고분자 전해질 (PEM) 연료 전지는 얇은 양성자 투과성의 전기 전도도가 없는 고분자 전해질 막으로 이루어진 막전극접합체(MEA)를 포함한다. 여기서 막의 한쪽 면에는 양극 촉매, 막의 마주보고 있는 다른 면에는 음극 촉매가 배열되어 있다. PEM 연료 전지 작동시 양극에서 연료로부터 양성자와 전자가 방출되며, 이 양성자와 전자는 음극에서 산소와 함께 물에 반응한다. 양성자가 양극으로부터 고분자 전해질 막을 통해서 음극으로 운반되는 반면, 전자는 외부 회로를 통해서 양극으로부터 음극으로 이동한다. 양극과 음극 사이에서 생기는 전압은 전자 모터등을 작동시키는데 이용할 수 있다.

연료 전지에서 효과적으로 특히 일정한 가스 운반을 보장하기 위해서 즉, 반응가스(Reaktandengase)인 수소와 산소가 각각 양극과 음극으로 효과적이고 일정하게 운반되는 것을 보장하기 위해서 MEA의 두 맞은편에 일반적으로 각각 다공성의 가스 분산 매질 또는 가스확산층(GDL)이 마련되어 있다. 이러한 각 가스확산층은 MEA의 맞은편에 인접하고 있는 연료 전지의 맞은편에서 연료 전지를 폐쇄하고 있는 양극판과 접촉하고 있다. 반응가스(Reaktandengase) 전극으로 효과적이고 일정하게 운반되도록 보장하는 것과는 별도로 가스확산층은 연료 전지에 형성되는 물이 연료 전지로부터 빠져 나오는 것을 보장해야 한다. 이를 위해서 가스확산층은 양극에서 방출된 전극에 해당하는 양극판을 통해서 연료 전지로부터 유도되고, 연료 전지의 맞은편에 배열되어 있는 양극판을 통해서 전극을 음극으로 보내기 위한 전류의 집전 장치와 도체로서 사용된다. 이러한 기능을 충족시키기 위해서 가스확산층은 가능한 한 높은 전기 전도도 및 높은 가스투과율을 가져야 한다.

그와 같은 가스확산층은 일반적으로 다공성 탄소 섬유 페이퍼나 탄소 섬유 매트로 구성되어 있다. 연료 작동 시 가스확산층에서의 가스 운반을 방해할 수도 있는 가스확산층 구멍에 물이 넘치는 것을 방지하기 위해서 일반적으로 최소 가스확산층의 MEA 정면을 소수성 물질등으로 코팅하거나 소수성 물질로 가스확산층을 함침 처리하여 소수성으로 형성되어 있다. 나아가 탄소 섬유 페이퍼 또는 탄소 섬유 매트의 MEA 정면에는 일반적으로 미소공성의 층이 (MPL) 마련되어 있다. 이 층은 연료 전지에서의 물 운반을 용이하게 하며, 가스확산층에 인접한 촉매층에 전기 연결시키며, 가스확산층뿐만 아니라 연료 전지의 성능과 수명을 높여준다. 이와 같은 미소공성 층은 일반적으로 카본블랙과 폴리테트라플루오르에틸렌과 같은 소수성 고분자 혼합물로 이루어져 있다. 여기서 카본블랙은 전기 전도도를 발생시키며, 소수성 고분자는 가스확산층이 물로 범람하는 것을 방지한다고 한다. 그와 같은 미소공성 층은 일반적으로 분산 매질로서 카본블랙, 소수성 고분자 및 물을 함유하는 분산이 카본 섬유 페이퍼 또는 카본 섬유 매트로 이루어진 기판에 도포되고, 이후 분산 매질을 제거하기 위해서 건조되어 만들어진다. 미소공성 층의 특성을 향상시키기 위해서 이미 카본블랙과 소수성 고분자로 이루어진 혼합물에 탄소나노튜브나 탄소 나노 섬유를 첨가할 것을 제안하고 있다. 그 기능을 충족시키기 위해서는 미소공성 층이 가능한 한 높은 전기 전도도와 높은 가스투과율을 가져야 한다.

그러나 물론 현재 알려져 있는 가스확산층과 특히 그 미소공성 층은 전기 전도도와 가스투과율과 관련하여 더욱 개선시킬 필요가 있다. 이 두 가지 특성을 동시 개선하는 것은 그러한 층의 가스투과율과 전기 전도도가 서로 양의 관계가 아니라 음의 관계를 가지고 있어서 어렵다. 즉, 가스투과율 향상이 다공성 증가로 인해서 전기 전도도 감소를 가져오고, 반대로 전기 전도도 상승이 일반적으로 가스투과율의 감소를 야기하기 때문에 더욱 어려워진다. 차량 내 구동 소스로 사용하기 위해서는 현 연료 전지로 달성된 1.5 A/㎠의 전류 밀도가 2 A/㎠ 이상으로 상승되어야 한다. 동시에 촉매층의 부하는 연료 전지 비용을 수용 가능한 정도로 낮추기 위해서 값비싼 촉매 물질, 일반적으로 백금을 사용하여 감소되어야 한다. 그러나 높은 전류 밀도에서는 연료 전지의 성능이 특히 전기 저항과 반응 가스의 촉매 층으로의 대량 운반에 의해서 제한된다. 따라서 필수적인 전류 밀도의 상승 및 촉매 부하의 감소는 오직 가스확산층의 전기 전도도와 가스투과율을 상승시킴으로써 이루어질 수 있다.

따라서 상승된 전기 전도도와 동시에 증가된 가스투과율을 갖는 가스확산층 제공이 본 발명의 과제이다.

이 과제는 본 발명에 의거하여 탄소 함유 물질로 이루어진 기판과 미소공성 층을 포함하는 가스확산층에 의해서 해결된다. 여기서 가스확산층은 다음의 단계들을 포함하는 방법에 의해서 얻을 수 있다:

i) 최대 200 m²/g의 BET 표면적을 갖는 카본블랙, 최소 200 m²/g의 BET 표면적 및 최대 25 mm의 평균적인 바깥지름(d₅₀)을 갖는 탄소나노튜브 및 최소 1,000초^-1의 전단 속도를 갖는 분산 매질을 함유하고 있는 혼합물의 분산 및/또는 생성된 분산물에서 모든 탄소나노튜브의 최소 90%가 최대 25 ㎛의 평균 덩어리 크기를 갖는다.

ii) i) 단계에서 제조된 분산물을 최소 기판 한쪽 면의 일부분에 도포

iii) 미소공성 층이 형성된 상태에서 최소 분산 매질의 부분적인 제거를 목적으로 ii) 단계에서 도포된 분산물의 건조.

이 해결 방안은 첫 번째 특수한 카본블랙, 즉 비교적 적은 크기의 특수한 표면적을 갖는 카본블랙의 사용, 두 번째 특수한 탄소나노튜브, 즉 비교적 높은 특수한 표면적과 비교적 적은 크기의 평균적인 바깥지름을 갖는 탄소나노튜브의 사용 및 세 번째 미소공성의 층을 제조하기 위해 사용된 카본블랙, 탄소나노튜브 및 분산 매질을 함유하고 있는 분산의 비교적 높은 균질화 정도를 결합하여 미소공성 층을 포함하는 가스확산층이 얻어진다는 놀라운 인식에 근거하고 있다. 이 가스확산층은 현재 알려져 있는 가스확산층과 비교할 때, 증가된 전기 전도도를 제시할 뿐만 아니라 특히 향상된 가스투과율이라는 특징을 갖는다. 여기서 전술한 세가지 처리는 놀라울 정도로 함께 시너지 작용을 일으킨다. 본 발명에 의거하여 카본블랙, 탄소나노튜브 및 분산 매질을 함유하고 있는 혼합물이 최소한 1,000 초^-1의 전단 속도로 제조된 분산물에서 모든 탄소나노튜브의 최소 90%가 최대 25 ㎛의 평균적인 덩어리 크기를 가지며 분산된다는 사실, 즉 카본블랙과 나노 탄소 튜브의 병렬 분산이 이루어진다는 사실은 매우 중요하다. 이는 놀랍게도 두 분산이 균질화 과정 없이 (즉, 높은 전단력 없이) 서로 혼합되기 전에 상기 병행 분산 대신 서로 분리되어 첫 번째, 카본블랙의 분산 매질로의 분산 그리고 두 번째, 탄소나노튜브의 분산 매질로의 분산이 만들어지는 해당되는 같은 출발 물질로 진행된 방법 또는 우선 탄소나노튜브의 분산 매질로의 분산이 만들어진 후, 이러한 분산에 기타 균질화 과정 없이 (즉, 높은 전단력의 도포 없이) 카본블랙이 첨가되는 방법보다 더욱 높은 전기 전도도와 가스투과율을 갖는 미소공성의 층을 포함하는 가스확산층으로 이어진다. 이론과 관계없이 이는 충분히 높은 전단 속도를 갖는 카본블랙과 탄소나노튜브의 병행 분산을 통해서 카본블랙과 탄소나노튜브를 최적으로 혼합시킬 수 있을 뿐만 아니라 미소공성 층에서 특히 가스투과율을 상승시키는 다공성 및 향상된 전기 전도도와 관련하여 개별적인 탄소나노튜브의 최적 이행, 개별적인 탄소나노튜브와 개별적인 카본블랙 입자 간의 최적 이행 및 개별적인 탄소나노튜브 덩어리의 최적 크기에 도달한다는 사실에서 그 원인을 찾을 수 있다는 점이 고려된다. 따라서 전체적으로 특수한 카본블랙, 특수한 탄소나노튜브 및 병행 분사의 결합으로부터 미소공성 층에서 개별적인 입자의 우수한 경계면 구조가 생긴다. 이 경계면 구조는 가스확산층의 향상된 전기 전도도와 동시에 향상된 가스투과율을 가능하게 한다. 특히 병행 분산은 더욱 많은 탄소나노튜브 분산 및 미소공성 층으로의 이행을 가능하게 한다. 해당량이 분리된 분산을 통한 제조 즉, 상기한 병행 분산 대신에 서로 분리되어 첫 번째로는 카본블랙의 분산 매질로의 분산 및 두 번째로는 탄소나노튜브의 분산 매질로의 분산이 만들어진다. 이 때 두 가지 분산이 균질화 과정 없이 서로 혼합되기 전, 강하게 점성이 상승하여 점점 늘어나는 카본블랙과 탄소나노튜브량으로 인해서 제한되어 있기 때문이다. 상기의 유리한 특성으로 인하여 본 발명에 의거한 가스확산층은 1.5 A/㎠ 이상, 특히 1.6 A/㎠ 이상의 높은 전류 밀도로 가동되는 연료 전지에서의 사용에 적합하다.

이러한 파라미터의 일반적인 정의에 따라서 본 발명에 의거한 탄소나노튜브의 평균적인 바깥지름(d₅₀)은 제시된 탄소나노튜브의 50%가 미치지 못하는 수치로 이해된다. 즉, 제시된 모든 탄소나노튜브의 50%가 (d₅₀) 값보다 더욱 작은 바깥지름을 가진다. 탄소나노튜브의 평균적인 바깥지름의 측정은 투과전자현미경(TEM)에 의해서 이루어진다. 이때 샘플에 대한 최소 3개의 다른 범위에 있어 TEM 측정 및 평가가 이루어진다. 각 TEM 측정에 있어서 최소 10개 탄소나노튜브의 바깥지름이 측정되며, 3개의 TEM 측정에서는 전체적으로 최소 50개 탄소나노튜브의 바깥지름이 측정된다. 그렇게 측정된 개별 수치로부터 크기의 분포가 정해지며, 여기서 평균 바깥지름이 산출된다.

그 외에 본 발명에 의거한 탄소나노튜브의 평균적인 바깥지름은 Quantachrome GmbH의 음향 분광기 DT-1201을 사용하여 1 내지 100 MHz의 주파수 범위에 대하여 측정된다.

탄소나노튜브와 카본블랙의 BET 표면적 측정을 위해서 본 발명에 의거하여 DIN ISO 9277; 2003-05에 상술되어 있는 방법이 사용된다.

전단 속도 측정은 DIN 1342-1에 의거하여 이루어진다.

본 발명의 의미에서 볼 때 탄소나노튜브는 본 개념의 일반적으로 전문적인 정의에 따르면 1,000 nm보다 작은 크기의 바깥지름을 갖는 탄소의 튜브 형태 조성물로 이해된다. 탄소는 원칙적으로 비결정질 또는 결정질일 것이며, 여기서 결정질의 탄소가 선호된다. 특히 우선적으로 탄소나노튜브에서 탄소의 결정화 정도가 높아서 탄소나노튜브의 산화 내성이 높기 때문에 주변 가스로 공기를 사용하는 10 ℃ 가열율에서의 열 무게 분석 중 샘플의 최소 90 wt%가 550 ℃, 특히 570 ℃ 온도에서 여전히 고체로 유지되어 있다. 특히 TGA 진행에 있어서 615 ℃ 온도에서 샘플의 최소한 50 wt%가 여전히 고체로 유지될 정도로 탄소나노튜브의 산화 내성이 아주 높다.

탄소나노튜브는 원칙적으로 폐쇄된 또는 개방된 튜브 형태의 조성물이 다루어질 수 있다. 폐쇄 또는 개방 여부와는 상관 없이 이 조성물은 채워져 있지 않거나 가스나 금속으로 채워져 있을 수 있다.

본 발명에 의거한 가스확산층에서 미소공성 층의 제조를 위해 사용된 탄소나노튜브는 본 발명에 따라 최대 25nm의 평균적인 바깥지름(d₅₀)을 제시한다. 탄소나노튜브가 8 내지 25 nm, 특히 10 내지 20 미만 nm, 특히 우선적으로 12 내지 18 nm 그리고 특히 아주 우선적으로 약 15 nm의 평균적인 바깥지름(d₅₀)을 제시하는 경우, 전기 전도도와 관련하여 매우 좋은 결과를 얻을 수 있다.

본 발명에 대한 계속적인 구상에 있어서 i) 방법 단계에서 200 초과 내지 400 m²/g, 특히 210 내지 300 m²/g 그리고 특히 우선적으로 220 내지 280 m²/g의 BET 표면적을 제시하는 탄소나노튜브 사용을 제안한다. 미소공성 층에서 이와 같은 탄소나노튜브를 포함하는 가스확산층은 특히 높은 전기 전도도를 가진다.

본 발명의 범주 내에서는 원칙적으로 단일벽 및/또는 다중벽 탄소나노튜브를 사용할 수 있다. 그러나 물론 본 발명의 범주 내에서는 i) 방법 단계에서 다중벽 탄소나노튜브를 사용하는 것이 유리한 것으로 입증되었다. 특히 각각 5개 층과 12개 층을 포함하는 다중벽 탄소나노튜브가 선호된다. 층 개수의 측정은 TEM에 의해서 이루어진다. 샘플의 상이한 범위에서 최소 3차례의 TEM 측정이 이루어지고 평가된다. 여기서 모든 TEM 측정에 있어서 최소 10개 탄소나노튜브의 층 개수가 측정되고, 3개의 TEM 측정에서 전체적으로 최소한 50개 탄소나노튜브의 층 개수가 측정된다. 그렇게 측정된 개별 수치로부터 크기 분포가 정해지며, 여기서 평균 층 개수가 산출된다.

본 발명은 원칙적으로 가스확산층의 미소공성 층에 포함되어 있는 탄소나노튜브의 길이와 관련하여 제한되어 있지 않다. 그러나 미소공성의 층이 최대 20 ㎛ 그리고 특히 1 내지 10 ㎛의 평균적인 길이를 갖는 탄소나노튜브를 포함하거나 또는 i) 방법 단계에서 최대 20 ㎛ 그리고 특히 1 내지 10 ㎛의 평균적인 길이를 갖는 탄소나노튜브가 사용되는 경우, 높은 전기 전도도를 유지하게 된다. 평균적인 길이란 본 발명에 의거하면 제시된 탄소나노튜브의 50%가 미치지 못하는 수치이다. 즉, 제시된 모든 탄소나노튜브의 50%가 명시된 평균적인 길이보다 짧은 길이를 제시한다.

본 발명의 그 밖에 선호되는 실시예에 따르면 i) 방법 단계에서 혼합물의 탄소 함유, 즉 카본블랙과 탄소나노튜브 분량의 합계 그리고 경우에 따라서는 기타 함유되어 있는 탄소와 관련하여 10 내지 50 wt%, 특히 20 내지 40 wt%, 특히 우선적으로 25 내지 35 wt% 그리고 아주 특히 우선적으로 약 30 wt%의 탄소 나노튜브를 포함하는 혼합물이 분산된다. 이를 통해 적절한 비용으로 좋은 전기 전도도를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 가스확산층의 미소공성 층 제조를 위해 사용된 카본블랙 입자는 본 발명에 의거하면 최대 200 m²/g의 BET 표면적을 제시한다. 특히 카본블랙 입자가 20 내지 100 m²/g 그리고 특히 40 내지 m²/g의 BET 표면적을 제시하는 경우, 높은 전기 전도도를 얻을 수 있다.

본 발명을 계속적으로 구상하는데 있어서 i) 방법 단계에서 30 내지 100 nm의 평균적인 입자 지름(d₅₀)을 갖는 카본블랙을 사용할 것을 제안한다.

특히 i) 방법 단계에서 사용된 혼합물의 탄소 비율은 50 내지 90 wt%, 특히 60 내지 80 wt% 그리고 특히 우선적으로 65 내지 75 wt%의 카본블랙을 함유한다. 여기서 i) 방법 단계에서 사용된 혼합물이 카본블랙과 탄소나노튜브 외의 다른 탄소를 전혀 함유하고 있지 않은 경우, 즉 혼합물의 탄소 비율이 50 내지 90 wt%의 카본블랙과 10 내지 50 wt%의 탄소나노튜브로 이루어지는 경우, 특히 60 내지 80 wt%의 카본블랙과 20 내지 40 wt%의 탄소나노튜브로 이루어지는 경우 그리고 특히 우선적으로 65 내지 75 wt%의 카본블랙과 25 내지 35 wt%의 탄소나노튜브로 이루어지는 경우가 매우 특별히 선호된다.

본 발명의 그 밖에 선호되는 실시예에 따르면 i) 방법 단계에서 카본블랙과 탄소나노튜브 분량의 합계가 혼합물의 전체 분량과 관련하여 1 내지 15 wt%, 특히 2 내지 12 wt% 그리고 특히 우선적으로 4 내지 8 wt%에 달하는 혼합물이 분산된다. 전술한 바와 같이 i) 방법 단계에서 사용된 혼합물은 카본블랙과 탄소나노튜브 외 다른 탄소는 전혀 함유하고 있지 않기 때문에 혼합물의 탄소 비율이 혼합물의 전체 분량과 관련하여 우선적으로 1 내지 15 wt%, 특히 2 내지 12 wt% 그리고 아주 특히 우선적으로 4 내지 8 wt%에 달한다.

원칙적으로 분산 매질로서 카본블랙이나 탄소나노튜브를 분리 및/또는 분해시키지 않는 유동 상태의 카본블랙과 탄소나노튜브의 분산에 적합한 모든 액체를 사용할 수 있다. 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올 및 그와 같은 알코올, 물 또는 물과 알코올(들)등의 혼합물이 있으며, 여기서 물은 분산 매질로서 특히 선호된다.

원리상으로 본 발명은 i) 방법 단계에서 사용된 분산 매질의 양과 관련하여 제한하지 않는다. 특히 i) 방법 단계에서 사용된 분산 매질, 특히 물의 양이 혼합물의 전체 양과 관련하여 50 내지 98 wt%, 특히 85 내지 95 wt%, 특히 우선적으로 87 내지 94 wt% 및 아주 특히 우선적으로 약 89 wt%에 달하는 경우, 좋은 결과를 얻게 된다.

본 발명에 의거한 가스확산층의 미소공성 층이 소수성을 갖도록 하기 위해서, 특히 예를 들어 PEM 연료 전지에서 본 발명에 의거한 가스확산층 사용 시 미소공성 층이 물로 범람하는 것을 방지하기 위하여 본 발명을 계속적으로 구상하는데 있어서 ii) 방법 단계에서 기판에 도포된 혼합물이 접합제 또한 함유할 것을 제안하고 있다. 여기서 접합제는 이미 전단 속도가 가해지기 전 i) 방법 단계에서 사용된 혼합물이 함유되어 있을 수 있거나 또는 i) 단계에서 분산된 혼합물(분산 후(전단 속도가 가해진 후)의 혼합물에 ii) 방법 단계가 진행되기 전에 첨가할 수 있다. 접합제는 원칙적으로 카본블랙 및 탄소나노튜브와 양립할 수 있는 모든 소수성 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 플루오르고분자 특히 페르플루오르고분자를 사용하여 훌륭한 결과를 얻게 된다. 폴리테트라플루오르에틸렌은 접합제로서 매우 특별히 선호되어 사용된다.

본 발명은 i) 방법 단계에서 사용된 접합제 양을 원칙적으로 제한하지 않는다. 특히 i) 방법 단계에서 사용된 접합제, 특히 폴리테트라플루오르에틸렌 양이 혼합물의 전체 양과 관련하여 0.1 내지 10 wt%, 특히 0.5 내지 5 wt%, 특히 우선적으로 1 내지 3.5 wt% 그리고 매우 특별히 우선적으로 약 1.3 wt%에 달하는 경우, 훌륭한 결과를 얻게 된다.

카본블랙, 탄소나노튜브, 분산 매질 및 경우에 따라서 선택한 접합제에 대하여 추가적으로 ii) 방법 단계에서 기판에 도포한 혼합물은 1개 또는 여러 개의 피막 형성제를 함유할 수 있다. 이를 위해 방법 단계에서 사용된 혼합물, 즉 전단 속도가 가해지기 전에 제시되어 있는 혼합물은 1개 또는 여러 개의 피막 형성제를 함유할 수 있다. 그렇지 않으면 대신 이미 분산된 혼합물, 즉 분산 후(전단 속도가 가해진 후)의 혼합물에 ii) 방법 단계가 진행되기 전 1개 또는 여러 개의 피막 형성제를 첨가할 수 있다. 피막 형성제로서는 특히 폴리에틸렌글리콜, 예를 들어 폴리에틸렌글리콜 400과 같은 폴리알킬렌글리콜이 적합하다.

피막 형성제에 대하여 추가적으로 또는 그 대신에 ii) 방법 단계에서 기판에 도포된 혼합물에 1개 또는 여러 개의 점성 조절제가, 즉 i) 방법 단계에서 사용된 혼합물에 1개 또는 여러 개의 점성 조절제가 함유될 수 있거나 이미 분산된 혼합물에 ii) 방법 단계가 진행되기 전에 1개 또는 여러 개의 점성 조절제를 첨가할 수 있다. 점성 조절제로서는 특히 다당류와 셀룰로오스 또는 셀룰로오스 유도체가 적합하다. 특히 ii) 방법 단계에서 기판에 도포된 혼합물이 점성 조절제로서 하이드록시프로필셀루로오스를 함유하는 경우에 이와 관련하여 좋은 결과를 얻게 된다.

본 발명의 선호된 실시예에 의거하여 ii) 방법 단계에서 도포된 혼합물이 다음과 같이 구성된다:

- 카본블랙과 탄소나노튜브 합계의 1 내지 15 wt%, 여기서 카본블랙은 최대 200 m²/g의 BET 표면적을 가지며, 탄소나노튜브는 최소 200 m²/g의 BET 표면적 및 최대 25nm의 평균적인 바깥지름(d₅₀)을 가지며, 탄소나노튜브 분량은 혼합물의 탄소 비율과 관련하여 10 내지 50 wt%에 달하여 탄소 비율의 100 wt%에서의 잔여물은 카본블랙이다.

- 50 내지 98 wt% 분산 매질

- 0.1 내지 10 wt% 접합제

- 피막 형성제로서 0 내지 5 wt% 피막 형성제

- 점성 조절제로서 0 내지 5 wt% 하이드록시프로필셀루로오스.

ii) 방법 단계에서 도포된 혼합물은 특히 우선적으로 다음과 같이 구성된다:

- 카본블랙과 탄소나노튜브 합계에서의 1 내지 12 wt%, 여기서 카본블랙은 최대 200 m²/g의 BET 표면적을 가지며, 탄소나노튜브는 최소한 200 m²/g의 BET 표면적 및 최대 25 nm의 평균적인 바깥지름(d₅₀)을 가진다. 탄소나노튜브 분량은 혼합물의 탄소 비율과 관련하여 20 내지 40 wt%에 달하고 탄소 비율의 100 wt%에 대한 잔여물은 카본블랙이다,

- 85 내지 95 wt% 분산 매질

- 0.5 내지 5 wt% 접합제

- 1 내지 4 wt% 피막 형성제

- 점성 조절제로서 0.5 내지 2.5 wt% 하이드록시프로필셀루오오스.

ii) 방법 단계에서 도포된 혼합물은 매우 특별히 우선적으로 다음과 같이 구성된다:

- 카본블랙과 탄소나노튜브 합계에서의 4 내지 8 wt%, 여기서 카본블랙은 20 내지 100 m²/g의 BET 표면적을 가지며, 탄소나노튜브는 210 내지 300 m²/g의 BET 표면적 및 10 내지 20 이하 nm의 평균적인 바깥지름(d₅₀)을 가진다. 탄소나노튜브 분량은 혼합물의 탄소 비율과 관련하여 25 내지 35 wt%에 달하고, 탄소 비율의 100 wt%에 대한 잔여물은 카본블랙이다,

- 분산 매질로서 87 내지 94 wt% 물

- 접합제로서 1 내지 3 wt% 폴리테트라플루오르에틸렌,

- 피막 형성제로서 1 내지 4 wt% 폴리에틸렌글리콜

- 점성 조절제로서 0.5 내지 2 wt% 하이드록시프로필셀룰로오스.

상기한 세 가지 혼합물의 구성 요소 합계는 물론 각각 100 wt%이다.

앞에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의거한 가스확산층이 탄소 함유 물질로 이루어진 기판에서 카본블랙, 탄소나노튜브 및 분산 매질을 함유하고 있는 혼합물의 도포와 건조를 통해서 미소공성 층이 형성되는 방법에 의해서 얻을 수 있다는 사실은 본 발명의 본질적인 특징이다. 이 혼합물은 도포에 앞서서 최소한 1,000 초의 전단 속도로 분산이 이루어졌으며, 그렇게 제조된 분산물에 있어서 모든 탄소나노튜브의 최소 90%가 최대 25 ㎛의 평균적인 덩어리 크기를 갖는다. 카본블랙과 탄소나노튜브의 이러한 병행 분산에 의해서 놀랍게도 미소공성 층을 포함하는 가스확산층이 두 가지 분산이 균질화 과정 없이(즉, 높은 전단력 사용 없이) 서로 혼합되기 전에 병행 분산 대신에 서로 분리되어 첫 번째로는 카본블랙의 분산 매질로의 분산 그리고 두 번째로는 탄소나노튜브의 분산 매질로의 분산이 이루어지는 해당되는 같은 출발 재료로 진행된 방법 또는 우선 탄소나노튜브의 분산 매질로의 분산이 만들어진다. 이후 이 분산에 그 밖의 균질화 과정 없이(즉, 높은 전단력의 사용 없이) 카본블랙이 첨가되는 방법에서보다 더욱 높은 전기 전도도와 가스투과율을 얻게 된다. 특히 i) 방법 단계에서 혼합물이 최소한 2,000 초^-1 및 특히 최소 5,000 초^-1의 전단 속도로 분산되는 경우, 특별히 좋은 결과를 얻게 된다.

마찬가지로 혼합물이 i) 방법 단계에서 제조된 분산물에 함유되어 있는 모든 탄소나노튜브의 최소 90%가 0.5 내지 20 ㎛ 이하, 특히 0.5 내지 15 ㎛ 이하의 평균적인 덩어리 크기를 가지도록 분산되는 것이 선호된다. 특히 우선적으로 혼합물이 i) 방법 단계에서 제조된 분산물에 함유되어 있는 모든 탄소나노튜브의 최소 95%가 0.5 내지 15 ㎛ 이하의 평균적인 덩어리 크기를 갖도록 분산된다. 아주 특히 우선적으로 선호되는 것은 혼합물이 i) 방법 단계에서 제조된 분산물에 함유되어 있는 모든 탄소나노튜브가 0.5 내지 20 ㎛ 이하 그리고 특히 0.5 내지 15 ㎛ 이하의 평균적인 덩어리 크기를 갖도록 분산된다.

최소 1,000 초^-1의 전단 속도로 및/또는 제조된 상기한 혼합물의 분산물에서 모든 탄소나노튜브의 최소 90%가 최대 25 ㎛의 덩어리 크기를 갖게끔 하는 분산에 적합한 장치는 보올 밀, 비드 밀, 샌드 밀, 반죽기, 밀링 시트, 고정 믹서, 초음파 분산기, 높은 압력, 높은 가속도 및/또는 높은 충격을 통해서 전단력을 생기게 하는 장치 또는 상기한 장치들 중에서 2개 또는 그 이상의 임의적인 조합이다.

여기서 i) 방법 단계에서 사용된(즉 분산해야 하는) 혼합물은 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 한편으로는 우선 분산 매질에서의 탄소나노튜브가 최소 1,000 초^-1의 전단 속도로 분산될 수 있는데, 이 분산에 카본블랙이 첨가되기 전에 그리고 그렇게 얻어진 혼합물이 최소한 1,000 초^-1의 전단 속도로 분산되기 전에 및/또는 제조된 분산물에서 모든 탄소나노튜브의 최소 90%가 최대 25 ㎛의 덩어리 크기를 갖도록 분산되기 전에 분산이 이루어진다. 그렇지 않을 경우, 대신 언급할 가치가 있는 정도의 전단 속도가 가해지지 않고, 우선 이 혼합물에 카본블랙이 첨가된다. 그렇게 얻어진 혼합물이 최소 1,000 초^-1의 전단 속도로 분산되기 전에 및/또는 제조된 분산물에서 모든 탄소나노튜브의 최소 90%가 최대 25 ㎛의 덩어리 크기를 갖도록 분산되기 전에 탄소나노튜브가 분산 매질과 섞일 수 있다. 그렇지 않을 경우, 대신 언급할 가치가 있는 정도의 전단 속도가 가해지지 않고, 우선 이 혼합물에 카본블랙이 첨가된다. 그렇게 얻어진 혼합물이 최소 1,000 초^-1의 전단 속도로 분산되기 전에 및/또는 제조된 분산물에서 모든 탄소나노튜브의 최소 90%가 최대 25 ㎛의 덩어리 크기를 갖도록 분산되기 전에 탄소나노튜브가 분산 매질과 섞일 수 있다. 상기한 첨가제(즉, 접합제), 피막 형성제 및/또는 점성 조절제는 이미 분산이 이루어지기 전 각각 이미 분산된 혼합물이나 혼합물의 개별적인 구성 요소에 첨가할 수 있다.

ii) 방법 단계에서는 i) 방법 단계에서 제조된 분산물이 전문가에게 알려져 있는 모든 방식으로 기판에 도포될 수 있다. 이때 스프레이, 디핑, 코팅, 롤링, 브러싱 또는 스크린 프린팅등과 같은 기술을 언급할 수 있다.

iii) 방법 단계에서 진행된 건조를 통해서 분산이 기판 표면에 달라 붙으며, 동시에 분산 매질이 적어도 부분적으로 제거된다. 특히 iii) 방법 단계에서의 건조는 40 내지 150 ℃, 특히 우선적으로 50 내지 130 ℃, 매우 특히 우선적으로 60 내지 100 ℃ 그리고 80 ℃에서와 같이 극도로 우선적으로 70 내지 90 ℃ 온도에서 진행된다. 여기서 건조는 분산 매질이 충분히 제거될 때까지 5분 내지 2시간 동안, 특히 우선적으로 10분 내지 30분 동안 이루어진다.

본 발명의 계속적인 구상에 있어서 건조된 가스확산층을 다음의 iv) 단계에서 소결할 것을 제안하고 있다. 여기서 소결은 특히 150 ℃ 이상의 온도에서 1 내지 60분 동안 진행된다. 소결이 200 내지 500 ℃ 온도에서 2분 내지 30분 동안 그리고 특히 325 내지 375 ℃ 온도 중 약 350 ℃에서 5분 내지 20분 동안 혹은 10분 동안 진행되는 경우 특히 좋은 결과를 얻게 된다.

소결에 있어서 분사된 혼합물에 함유되어 있는 피막 형성제, 특히 폴리에틸렌글리콜 그리고 점성 조절제, 특히 하이드록시프로필셀루로오스와 같은 첨가제가 적어도 거의 완전히 분해되어서 소결 후에는 카본블랙, 탄소나노튜브 및 경우에 따라서 선택된 접합제를 함유하는 미소공성 층이 남겨진다. 본 발명의 선호된 실시예에 따르면 본 발명에 의거한 가스확산층이 건조되고, 경우에 따라서 소결이 이루어진 미소공성 층은 상기한 BET 표면적을 갖는 카본블랙과 상기한 BET 표면적, 상기한 평균적인 바깥지름을 갖는 탄소나노튜브의 합계에서 50 내지 99.9 wt% 및 100 wt% 접합제 잔여물을 함유한다. 여기서 탄소나노튜브에 대한 분량은 미소공성 층의 탄소 비율과 관련하여 10 내지 50 wt%에 달한다. 특히 우선적으로 본 발명에 의거한 가스확산층이 건조되고, 경우에 따라서 소결이 이루어진 미소공성 층은 상기한 BET 표면적을 갖는 카본블랙과 상기한 BET 표면적, 상기한 평균적인 바깥지름을 갖는 탄소나노튜브의 합계에서 70 내지 99 wt% 및 100 wt% 접합제 잔여물을 함유한다. 여기서 탄소나노튜브 양은 미소공성 층의 탄소 비율과 관련하여 20 내지 40 wt%에 달한다. 매우 특히 우선적으로 본 발명에 의거한 가스확산층의 건조되고, 경우에 따라서 소결이 이루어진 미소공성 층은 상기한 BET 표면적을 갖는 카본블랙과 상기한 BET 표면적, 상기한 평균적인 바깥지름을 갖는 탄소나노튜브의 합계에서 75 내지 95 wt% 그리고 가장 우선적으로 77 내지 90 wt% 및 100 wt% 접합제 잔여물을 함유한다. 여기서 탄소나노튜브 양은 미소공성 층의 탄소 비율과 관련하여 25 내지 35 wt%에 달한다.

본 발명의 계속적인 구상에 있어서 본 발명에 의거하여 건조되고 경우에 따라서는 소결이 이루어진 미소공성 층이 DIN 66133에 따라 수은 침투 기공측정기에 의해서 측정된 30 내지 50% 그리고 특히 35 내지 45%의 다공성을 가질것을 제안하고 있다.

나아가 본 발명에 의거하여 건조되고 경우에 따라서는 소결이 이루어진 미소공성 층이 0.05 내지 1 ㎛ 그리고 특히 0.25 내지 0.5 ㎛의 평균적인 구멍 지름(d₅₀)을 갖는 것이 선호된다.

탄소 함유 물질로 이루어진 기판에는 일반적으로 가스확산층을 위한 기판으로 사용된 다공성의 탄소 함유 물질을 사용할 수 있다. 기판을 탄소 섬유 플리스, 탄소 섬유 페이퍼, 탄소 섬유 직물과 이들의 임의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택하는 경우, 특히 좋은 결과를 얻게 된다.

본 발명의 그 밖의 선호되는 실시예에 따르면 기판이 소수성을 띠도록 하기 위해서, 기판이 최소한 부분적으로 소수성 물질로 코팅되거나 특히 함침 처리 되어있다. 소수성 물질로서 여기서 특히 플루오르고분자와 특히 우선적으로 폴리테트라플루오르에틸렌과 같은 페르플루오르고분자가 적합하다. 탄소 섬유 플리스와 같은 기판이 폴리테트라플루오르에틸렌 예를 들어 5 wt%의 부하로 함침 처리가 되어 있는 경우, 특히 좋은 결과를 얻게 된다.

본 발명의 계속적인 구상에 있어서 가스확산층이 100 N/㎠의 압축 상태에서 8 Ω·㎠, 특히 7 Ω·㎠ 이하 그리고 특히 우선적으로 6 Ω·㎠ 이하의 전기 저항을 가질 것을 제안하고 있다.

나아가서 가스확산층은 DIN ISO 5636/5, ASTM D-726-58에 의거하여 측정된 2 ㎤/㎠/s 이상, 특히 3 ㎤/㎠/s 이상 그리고 특히 우선적으로 4 ㎤/㎠/s 이상의 Gurley 가스투과율을 갖는 것이 선호되고 있다.

본 발명의 그 밖의 대상은 탄소 함유 물질 및 미소공성의 층으로 이루어진 기판을 포함하고 있는 가스확산층이며, 이는 다음과 같다:

a) 미소공성 층은 카본블랙 및 탄소나노튜브 합계에 50 내지 99.9 wt%, 특히 70 내지 99 wt%, 특히 우선적으로 75 내지 95 wt% 그리고 매우 특히 우선적으로 77 내지 90 wt% 그리고 잔여물은 100 wt% 접합제로 이루어져 있다. 여기서 카본블랙은 최대 200 m²/g의 BET 표면적을 가진다. 그리고 탄소나노튜브는 최소 200 m²/g의 BET 표면적 및 최대 25 nm의 평균적인 바깥지름(d₅₀)을 가지며, 탄소나노튜브 양은 미소공성 층의 탄소 비율과 관련하여 10 내지 50 wt%, 특히 20 내지 40 wt% 그리고 특히 우선적으로 25 내지 35 wt%에 달한다.

b) 100 N/㎠의 압축에 있어서 가스확산층은 8 Ω·㎠보다 작은 전기 저항을 가지며

c) 가스확산층은 2 ㎤/㎠/s보다 큰 Gurley 가스투과율을 가진다.

특히 가스확산층의 전기 저항은 100 N/㎠의 압축 상태에서 7 Ω·㎠ 이하 그리고 특히 6 Ω·㎠ 이하에 달한다.

또한 가스확산층의 Gurley-가스투과율은 3 ㎤/㎠/s 이상, 특히 3 ㎤/㎠/s 이상 그리고 특히 우선적으로 4 ㎤/㎠/s 이상이 선호된다.

나아가 접합제는 폴리테트라플루오르에틸렌이 선호된다.

그 밖에 본 발명은 앞에서 다루어진 가스확산층을 포함하는 가스확산 전극에 관한 것이다. 여기서 미소공성 층에 촉매층이 배열되어 있다. 촉매층은 예를 들어 금속층, 특히 백금층과 같은 귀금속층일 수 있으며, 또는 탄소 입자와 같은 캐리어로 운반되는 금속 입자, 특히 백금 입자와 같은 귀금속 입자로 이루어질 수 있다.

본 발명은 그 밖에 앞에서 기술한 가스확산층 제조를 위한 방법으로서 다음의 단계들을 포함한다:

i) 최대 200 m²/g의 BET 표면적을 갖는 카본블랙, 최소 200 m²/g의 BET 표면적 및 최대 25 mm의 평균 바깥지름(d₅₀)을 갖는 탄소나노튜브와 최소 1,000초^-1의 전단 속도를 갖는 분산 매질을 함유하고 있는 혼합물의 분산 및/또는 제조된 분산물에서 모든 탄소나노튜브의 최소 90%가 최대 25 ㎛의 평균 덩어리 크기를 갖는다.

ii) i) 단계에서 제조된 분산물을 최소 기판 한쪽 면의 일부분에 도포

iii) 40 내지 150 ℃ 온도에 있어서 ii) 단계에서 도포된 분산물의 건조

iv) 경우에 따라서는 150 ℃ 이상의 온도에서 건조된 가스확산층 소결.

그 밖에 본 발명은 연료 전지, 전해 전지 또는 배터리 특히 고분자 전해질막 연료 전지, 직접 메탄올 연료 전지, 아연-공기-전지 또는 리튬 유황 전지에서의 상기 가스확산층 또는 상기 가스확산 전극의 사용에 관한 것이다.

다음에서는 본 발명을 설명하고 있지만 본 발명을 제한하지 않는 예를 사용하여 순수하게 예로써 본 발명에 대한 설명이 이루어질 것이다.

예

263 m²/g의 BET 표면적과 15 nm의 평균적인 바깥지름(d₅₀)을 갖는 탄소나노튜브 10g과 62 m²/g의 표면적을 갖는 카본블랙 30g이 (미국 Timcal Graphite & Carbon? 사의 Super P) 490 g의 물에서 10분 동안 50000 초^-1의 전단 속도로 분산되었다. 그렇게 제조된 분산물에 제시되어 있는 모든 탄소나노튜브의 약 90%가 최대 20 ㎛의 평균적인 덩어리 크기를 갖는다. 이 분산물은 (530 g) 그 밖의 물 150g, 폴리에틸렌글리콜 400 g, 하이드록시프로필셀루로오스 9 g 그리고 폴리테트라플루오르에틸렌 분산물 16 g과 함께 50 wt%의 폴리테트라플루오르에틸렌 함량으로 (3 M 사의 Dyneon T5050), 15분 동안 200 UpM 이하의 회전수를 갖는 블레이드 교반기로 균질화된다.

이와 같이 얻어진 분산을 실험실용 코팅 나이프로 5 wt%의 폴리테트라플루오르에틸렌으로 함침 처리가 이루어진 탄소 섬유 페이퍼에 (SGL Carbon GmbH의 Sigracet GDL 25BA) 약 16 g/m²의 분량으로 도포했으며, 이어서 10분 동안 80 ℃에서 건조시켰다. 건조시킨 가스확산층은 이어서 10분 동안 350 ℃에서 소결이 이루어졌다.

100 N/㎠의 압축에서 6.1 Ω·㎠의 전기 저항과 Gurley 방법으로 측정한 5.9 ㎤/㎠/s의 가스투과율을 갖는 가스확산층이 얻어졌다. 이러한 가스 분산 매질은 3.5 ㎤/g의 특정 기공 부피, 39.7%의 다공성 및 0.35 ㎛의 가장 빈번한 기공 지름을 갖는다.

Claims (15)

1. 다음의 단계들을 포함하는 방법에 의해서 얻을 수 있는, 탄소 함유 물질로 이루어진 기판 및 미소공성 층을 포함하는 가스확산층:
   i) 최대 200 m²/g의 BET 표면적을 갖는 카본블랙, 최소 200 m²/g의 BET 표면적 및 최대 25 mm의 평균 바깥지름(d₅₀)을 갖는 탄소나노튜브 및 최소 1,000초^-1의 전단 속도를 갖는 분산 매질을 함유하고 있는 혼합물의 분산 및/또는 제조된 분산물에서 모든 탄소나노튜브의 최소 90%가 최대 25 ㎛의 평균 덩어리 크기를 갖도록 분산,
   ii) i) 단계에서 제조된 분산물을 최소한 기판 한쪽 면의 일부분에 도포 그리고
   iii) ii) 단계에서 도포된 분산물의 건조.
2. 청구항 1에 있어서 i) 단계에서 8 내지 25 nm, 특히 10 내지 20 미만 nm 그리고 특히 우선적으로 12 내지 18 nm의 평균적인 바깥지름(d₅₀)을 갖는 탄소나노튜브가 사용된다는 특징이 있는 가스 확산층.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, i) 단계에서 200 초과 내지 400 m²/g, 특히 210 내지 300 m²/g 그리고 특히 우선적으로 220 내지 280 m²/g의 BET 표면적을 갖는 탄소나노튜브가 사용된다는 특징이 있는 가스 확산층.
4. 상기한 청구항 중 최소 한 가지 청구항에 있어서 i) 단계에서 사용된 혼합물이 혼합물의 탄소 비율과 관련하여 10 내지 50 wt%, 특히 20 내지 40 wt% 그리고 특히 우선적으로 25 내지 35 wt% 탄소나노튜브를 함유한다는 특징이 있는 가스 확산층.
5. 상기한 청구항 중 최소한 한 가지 청구항에 있어서 i) 단계에서 20 내지 100 m²/g, 특히 40 내지 80 m²/g의 BET 표면적을 갖는 카본블랙이 사용된다는 특징이 있는 가스확산층.
6. 상기한 청구항 중 최소한 한 가지 청구항에 있어서 i) 단계에서 사용된 혼합물이 분산 매질로서 물을 함유하며, 여기서 분산 매질의 분량은 혼합물 전체 분량과 관련하여 50 내지 98 wt%, 특히 85 내지 95 wt% 그리고 특히 우선적으로 87 내지 94 wt%에 달한다는 특징이 있는 가스확산층.
7. 상기한 청구항 중 최소한 한 가지 청구항에 있어서 ii) 단계에 도포된 혼합물이 다음과 같이 구성된다는 특징이 있는 가스확산층:
   - 카본블랙과 탄소나노튜브 합계의 1 내지 15 wt%, 특히 2 내지 12 wt% 그리고 특히 우선적으로 4 내지 7 wt%. 여기서 카본블랙은 최대 200 m²/g의 BET 표면적을 가지며, 탄소나노튜브는 최소 200 m²/g의 BET 표면적 및 최대 25nm의 평균적인 바깥지름(d₅₀)을 갖는다. 탄소나노튜브 분량은 혼합물의 탄소 비율과 관련하여 10 내지 50 wt%, 특히 20 내지 40 wt% 그리고 특히 우선적으로 25 내지 35 wt%에 달하여 탄소 비율의 100 wt%에서의 잔여물은 카본블랙이다.
   - 분산 매질로서 50 내지 98 wt%, 특히 85 내지 95 wt% 그리고 특히 우선적으로 87 내지 94 wt%의 물
   - 접합제로서 0.1 내지 10 wt%, 특히 0.5 내지 5 wt% 그리고 특히 우선적으로 1 내지 3 wt%의 폴리테트라플루오르에틸렌
   - 피막 형성제로서 0 내지 5 wt%, 특히 1 내지 4 wt%의 폴리에틸렌글리콜
   - 점성 조절제로서 0 내지 5 wt%, 특히 0.5 내지 2 wt%의 하이드록시프로필셀루로오스.
8. 상기한 청구항 중 최소한 한 가지 청구항에 있어서 i) 단계에서의 혼합물이 최소한 2,000 초^-1, 특히 최소한 5,000 초^-1의 전단 속도로 분산된다는 특징이 있는 가스확산층.
9. 상기한 청구항 중 최소한 한 가지 청구항에 있어서 i) 단계에서의 혼합물이 제조된 분산물에 있어서 모든 탄소나노튜브의 최소한 90%, 특히 최소한 95% 그리고 특히 우선적으로 모든 탄소나노튜브가 0.5 내지 최소한 20 ㎛ 이내, 특히 0.5 내지 15 ㎛ 이내의 평균적인 덩어리 크기를 갖도록 분산이 이루어진다는 특징이 있는 가스확산층.
10. 상기한 청구항 중 최소한 한 가지 청구항에 있어서 ii) 단계에서의 분산이 보올 밀, 비드 밀, 샌드 밀, 반죽기, 밀링 시트, 고정 믹서, 초음파 분산기, 높은 압력, 높은 가속도 및/또는 높은 충격을 통해서 전단력을 생기게 하는 장치 또는 상기한 장치들 중에서 2개 또는 그 이상의 임의적인 조합에서 진행된다는 특징이 있는 가스확산층.
11. 상기한 청구항 중 최소한 한 가지 청구항에 있어서 100 N/㎠의 압축에 있어서 8 Ω·㎠보다 작은 전기 저항, 특히 7 Ω·㎠보다 작은 전기 저항 그리고 특히 우선적으로 6 Ω·㎠보다 작은 전기 저항을 제시한다는 특징이 있는 가스확산층.
12. 특히 상기한 청구항 중 최소한 한 가지 청구항에 있어서 탄소 함유 물질 및 미소공성의 층으로 이루어진 기판을 포함하고 있으며, 다음과 같은 가스확산층:
    a) 미소공성 층은 카본블랙 및 탄소나노튜브의 합계에 대하여 50 내지 99.9 wt%, 특히 70 내지 99 wt%, 특히 우선적으로 75 내지 95 wt% 그리고 아주 특히 우선적으로 77 내지 90 wt% 그리고 잔여물은 100 wt% 접합제로 이루어지고, 여기서 카본블랙은 최대 200 m²/g의 BET 표면적을 제시한다. 그리고 탄소나노튜브는 최소한 200 m²/g의 BET 표면적 및 최대 25 nm의 평균적인 바깥지름(d₅₀)을 가지며, 탄소나노튜브에 대한 분량은 미소공성 층의 탄소 비율과 관련하여 10 내지 50 wt%, 특히 20 내지 40 wt% 그리고 특히 우선적으로 25 내지 35 wt%에 달하고,
    b) 100 N/㎠의 압축에 있어서 가스확산층은 8 Ω·㎠보다 작은 전기 저항을 가지며
    c) 가스확산층은 2 ㎤/㎠/s보다 큰 Gurley 가스투과율을 가진다.
13. 상기한 청구항 중 최소한 한 가지 청구항에 의거한 가스확산층을 포함하는 가스확산 전극으로서, 미소공성 층에 촉매층이 배열되어 있는 가스확산 전극.
14. 청구항 1 내지 12 중 최소한 한 가지 청구항에 있어서 가스확산층 제조를 위한 방법으로 다음의 단계들을 포함하는 방법:
    i) 최대 200 m²/g의 BET 표면적을 갖는 카본블랙, 최소 200 m²/g의 BET 표면적 및 최대 25 mm의 평균 바깥지름(d₅₀)을 갖는 탄소나노튜브 그리고 최소 1,000초^-1의 전단 속도를 갖는 분산 매질을 함유하고 있는 혼합물의 분산 및/또는 제조된 분산물에서 모든 탄소나노튜브의 최소 90%가 최대 25 ㎛의 평균 덩어리 크기를 갖도록 분산,
    ii) i) 단계에서 제조된 분산물을 최소 기판 한쪽 면의 일부분에 도포,
    iii) 40 내지 150 ℃ 온도에 있어서 ii) 단계에서 도포된 분산물의 건조,
    iv) 경우에 따라서는 150 ℃ 이상의 온도에서 건조된 가스확산층 소결.
15. 연료 전지, 전해 전지 또는 배터리, 특히 고분자 전해질막 연료 전지, 직접 메탄올형 연료 전지, 아연-공기-전지 또는 리튬유황 전지에 있어서 청구항 1 내지 12 중 최소한 한 가지 청구항에 있어서 가스확산층 또는 청구항 13에 있어서 가스확산 전극의 사용.