TWI565132B - 燃料電池用氣體擴散電極基材及其製造方法、膜電極接合體、及燃料電池 - Google Patents

燃料電池用氣體擴散電極基材及其製造方法、膜電極接合體、及燃料電池 Download PDF

Info

Publication number
TWI565132B
TWI565132B TW101148890A TW101148890A TWI565132B TW I565132 B TWI565132 B TW I565132B TW 101148890 A TW101148890 A TW 101148890A TW 101148890 A TW101148890 A TW 101148890A TW I565132 B TWI565132 B TW I565132B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
electrode substrate
microporous portion
gas diffusion
diffusion electrode
microporous
Prior art date
Application number
TW101148890A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201338255A (zh
Inventor
宇都宮將道
釜江俊也
Original Assignee
東麗股份有限公司
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東麗股份有限公司 filed Critical 東麗股份有限公司
Publication of TW201338255A publication Critical patent/TW201338255A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI565132B publication Critical patent/TWI565132B/zh

Links

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
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8828—Coating with slurry or ink
    • H01M4/8835—Screen printing
    • 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
    • H01M8/0241—Composites
    • H01M8/0243—Composites in the form of mixtures
    • 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
    • H01M8/0241—Composites
    • H01M8/0245—Composites in the form of layered or coated products
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • 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
    • H01M8/0234—Carbonaceous material
    • 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
    • H01M8/0239—Organic resins; Organic polymers
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

燃料電池用氣體擴散電極基材及其製造方法、膜電極接合體、及燃料電池
本發明係有關一種適用於燃料電池，特別是固體高分子型燃料電池的氣體擴散電極基材。更詳言之，係有關耐溢流性、耐阻塞性優異、且耐乾涸性優異，從低溫到高溫的寬廣溫度範圍可見高發電性能，並且機械特性、導電性、熱傳導性優異的氣體擴散電極基材。
向陽極供給含氫的燃料氣體且向陰極供給含氧的氧化氣體並藉由在兩極引起電化學反應而獲得電動勢的固體高分子型燃料電池，其通常是依序積層隔離板、氣體擴散電極基材、觸媒層、電解質膜、觸媒層、氣體擴散電極基材及隔離板所構成。氣體擴散電極基材是需要用以將從隔離板供給的氣體朝向觸媒層擴散的高的氣體擴散性、和用以將伴隨電化學反應所生成的水朝向隔離板排出的高排水性、以及用以將產生的電流取出的高導電性，而廣泛使用包含碳纖維等的電極基材。
然而在課題方面，可知有：(1)使固體高分子型燃料電池在小於70℃的較低溫度下且於高電流密度區域作動的情況，電極基材因大量生成的液水而閉塞，使燃料氣體供給不足，結果引起發電性能降低的問題(以下，記載為溢流)，(2)使固體高分子型燃料電池在小於70℃的較低溫度下且於高電流密度區域作動的情況，隔離板的氣體流路(以下，記載為流路)因大量生成的液水而閉塞，燃料氣體供給不足，結果造成瞬間發電性能降低的問題( 以下，記載為阻塞)，(3)使之在80℃以上的較高溫度下作動的情況，電解質膜因水蒸氣擴散而乾燥使得質子傳導性降低，結果引起發電性能降低的問題(以下，記載為乾涸)。為解決此等(1)~(3)的問題作了很多努力。
就專利文獻1而言，提案一種於電極基材的觸媒層側形成包含碳黑及疏水性樹脂的微多孔部之氣體擴散電極基材。依據使用此氣體擴散電極基材的燃料電池，因為形成微多孔部是具有撥水性的小細孔構造，而有抑制液水朝陰極側排出，抑制溢流的傾向。又，因為生成水被推回電解質膜側(以下，記載為逆擴散)，有電解質膜濕潤而抑制乾涸的傾向。
就專利文獻2及專利文獻3而言，提案一種使用在電極基材的兩面形成包含碳黑、疏水性樹脂的微多孔部之氣體擴散電極基材的燃料電池。依據使用此氣體擴散電極基材的燃料電池，因為隔離板側的微多孔部平滑且具有高撥水性，使液水變得難以在流路滯留，而抑制阻塞。又，藉由觸媒層側的微多孔部促進生成水的逆擴散，再加上藉由隔離板側的微多孔部抑制水蒸氣擴散的結果，使得電解質膜濕潤而抑制乾涸。
就專利文獻4而言，提案一種於電極基材的觸媒層側形成包含碳黑及疏水性樹脂的微多孔部，且前述微多孔部是島狀或格子狀的氣體擴散電極基材。依據使用此氣體擴散電極基材的燃料電池，可從無微多孔部的空隙部分將反應氣體朝向觸媒層順暢地供給。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2000-123842號公報
[專利文獻2]日本特開平9-245800號公報
[專利文獻3]日本特開2008-293937號公報
[專利文獻4]日本特開2004-164903號公報
然而，專利文獻1所記載的技術，存有在抑制溢流、乾涸方面還不夠充分，阻塞未有任何改善的問題。
又，專利文獻2、3所記載的技術，因為隔離板側的微多孔部使得從電極基材朝向隔離板的排水受阻礙，從而有溢流變顯著的問題。
又，專利文獻4所記載的技術，因為具有無微多孔部的空隙部分所以生成水的逆擴散不充分，具有容易乾涸的問題。再者，微多孔部和觸媒層的接觸面不平滑，從而亦有接觸電阻變大，從低溫到高溫的發電性能降低的問題。
雖提案有如此多的技術，但未見耐溢流性、耐阻塞性優異且耐乾涸性優異的氣體擴散電極基材。
於是，本發明之目的在於，提供一種耐溢流‧阻塞性優異，且耐乾涸性優異，從低溫到高溫的寬廣溫度範圍可見高發電性能，而且機械特性、導電性、熱傳導性優異的氣體擴散電極基材。
經本發明者們銳意進行研究的結果，於電極基材的 兩面形成微多孔部的氣體擴散電極基材中，透過適度縮小單面側的微多孔部的面積率，加大相反面側的微多孔部的面積率，發現在無損及抑制阻塞及乾涸的效果下，能不阻礙來自電極基材的排水，大幅改善耐溢流性。因而兼顧耐溢流性、耐阻塞性、耐乾涸性，遂完成本發明。
將電極基材的單面側的微多孔部稱為微多孔部[A]，相反面側的微多孔部稱為微多孔部[B]。
本發明的氣體擴散電極基材之特徵為：係以微多孔部[A]、電極基材、微多孔部[B]的順序配置而成，且微多孔部[A]的面積率為5~70%的範圍內，微多孔部[B]的面積率為80~100%的範圍內。
就以往的技術而言，兩面皆是僅進行微多孔部的全面塗布，未見有分別控制兩面的微多孔部，兼顧耐溢流性、耐阻塞性、耐乾涸性的想法，並非可容易導出本發明者。
又，本發明的氣體擴散電極基材的製造方法係採用如下之手段。亦即，以在具有電極基材的微多孔部[B]的面之相反面藉由網版印刷或凹版印刷形成微多孔部[A]為特徵之前述氣體擴散電極基材的製造方法。
為解決前述課題，本發明的膜電極接合體係為在電解質膜的兩側具有觸媒層，且在前述觸媒層外側具有前述燃料電池用氣體擴散電極基材，本發明的燃料電池係為在前述膜電極接合體的兩側具有隔離板。
亦即，本發明具備以下要素。
(1)一種燃料電池用氣體擴散電極基材，其特徵為：係以微多孔部[A]、電極基材、微多孔部[B]的順序配置而成，且微多孔部[A]的面積率為5~70%的範圍內，微多孔部[B]的面積率為80~100%的範圍內。
(2)如(1)記載之燃料電池用氣體擴散電極基材，其中微多孔部[A]形成圖案。
(3)如(1)或(2)記載之燃料電池用氣體擴散電極基材，其中微多孔部[A]是包含平均線寬0.1~5mm之線狀微多孔部的集合體。
(4)如(1)至(3)項中任一項記載之燃料電池用氣體擴散電極基材，其中微多孔部[A]是條紋狀或格子狀。
(5)一種燃料電池用氣體擴散電極基材的製造方法，係製造如(1)至(4)項中任一項記載之燃料電池用氣體擴散電極基材的製造方法，其中微多孔部[A]是藉由網版印刷或凹版印刷所形成。
(6)一種膜電極接合體，係於電解質膜的兩側具有觸媒層，且於前述觸媒層的外側具有氣體擴散電極基材的膜電極接合體，該氣體擴散電極基材的至少一方是如(1)至(4)項中任一項之燃料電池用氣體擴散電極基材。
(7)如(6)記載之膜電極接合體，其中前述氣體擴散電極基材的微多孔部[B]接於前述觸媒層。
(8)一種燃料電池，係在如(7)記載之膜電極接合體的兩側具有隔離板的燃料電池。
本發明的氣體擴散電極基材具有微多孔部[A]及微 多孔部[B]，耐阻塞性及耐乾涸性高，微多孔部[A]的面積率為5~70%的範圍內，從而來自電極基材的排水性良好，耐溢流性高。由於電極基材可使用碳紙等，故本發明的氣體擴散電極基材的機械強度、導電性、熱傳導性亦良好。當使用本發明的氣體擴散電極基材時，從低溫到高溫的寬廣溫度範圍可見高發電性能。
[實施發明之形態]
本發明的氣體擴散電極基材係微多孔部[A]、電極基材及微多孔部[B]按此順序鄰接配置而成。以下，針對各構成要素作說明。此外，本發明中，將僅由碳紙等構成且無設置微多孔部的基材稱為「電極基材」，而在電極基材設有微多孔部而成的基材稱為「氣體擴散電極基材」。
首先，針對本發明的構成要素之電極基材作說明。
本發明中，電極基材是需要用以將從隔離板供給的氣體朝觸媒擴散之高的氣體擴散性、用以將伴隨電化學反應所生成的水朝隔離板排出的高排水性、以及用以將產生的電流取出的高導電性。為此，以使用具有導電性且平均細孔徑為10~100μm的多孔體者較佳。更具體言之，例如，含有碳纖維織物、碳纖維抄紙體、碳纖維不織布等之碳纖維的多孔體，以使用發泡燒結金屬、金屬網、膨脹金屬等之金屬多孔體者較佳。當中，從耐腐蝕性優異觀點考量，以使用含有碳纖維的多孔體者較佳，再者，從吸收電解質膜的厚度方向之尺寸變化之特性， 亦即「彈力性」優異觀點考量，以使用藉碳化物黏結碳纖維抄紙體而成的基材，亦即「碳紙」較佳。本發明中，以碳化物黏結碳纖維抄紙體而成的基材，通常如後述，可透過使碳纖維的抄紙體含浸樹脂並進行碳化而獲得。
關於碳纖維，可列舉聚丙烯腈(PAN)系、瀝青系、嫘縈系等之碳纖維。當中，從機械強度優異觀點考量，本發明中適合使用PAN系、瀝青系碳纖維。
本發明中的碳纖維以單纖維的平均直徑為3~20μm的範圍內者較佳，5~10μm的範圍內者更佳。當平均直徑為3μm以上時，細孔徑變大使排水性提升，可抑制溢流。一方面，當平均直徑為20μm以下時，水蒸氣擴散性變小，可抑制乾涸。又，當使用具有不同的平均直徑之2種類以上的碳纖維時，可提升電極基材的表面平滑性故較佳。
此處，碳纖維中之單纖維的平均直徑，係以掃瞄型電子顯微鏡等之顯微鏡，將碳纖維放大1000倍以上進行照片拍攝，隨機選擇不同的30條單纖維，計測其直徑，求其平均值。關於掃瞄型電子顯微鏡，可使用日立製作所(股)製S-4800，或其同等品。
本發明中的碳纖維係以單纖維的平均長度是在3~20mm的範圍內較佳，在5~15mm的範圍內更佳。當平均長度是3mm以上時，電極基材乃機械強度、導電性、熱傳導性優異而較佳。一方面，當平均長度是20mm以下時，可獲得抄紙時的碳纖維之分散性優異、均質的電極基 材故較佳。具有此種平均長度的碳纖維可利用將連續的碳纖維切成所期望長度的方法等而獲得。
此處，碳纖維的平均長度，係以掃瞄型電子顯微鏡等之顯微鏡，將碳纖維放大50倍以上進行照片拍攝，隨機選擇不同的30條單纖維，計測其長度，求其平均值。關於掃瞄型電子顯微鏡，可使用日立製作所(股)製S-4800，或其同等品。此外，碳纖維中的單纖維之平均直徑、平均長度，通常針對原料的碳纖維是直接觀察其碳纖維作測定，但亦可觀察電極基材作測定。
本發明中，電極基材的密度以0.2~0.4g/cm3的範圍內者較佳，0.22~0.35g/cm3的範圍內者更佳，再者0.24~0.3g/cm3的範圍內者較佳。當密度是0.2g/cm3以上時，水蒸氣擴散性小，可抑制乾涸。又，電極基材的機械特性提升，可充分支撐電解質膜、觸媒層。再加上，導電性高，不論高溫還是低溫，發電性能均提升。一方面，當密度是0.4g/cm3以下時，排水性提升，可抑制溢流。具有此種密度的電極基材可透過在後述的製法中控制預備含浸體中的碳纖維重量、樹脂成分相對於碳纖維之摻合量、及電極基材的厚度而獲得。此外，本發明中，在含有碳纖維的抄紙體中含浸樹脂組成物而成者記載為「預備含浸體」。其中，控制預備含浸體中的碳纖維重量、樹脂成分相對於碳纖維之摻合量是有效的。此處，透過縮小預備含浸體的碳纖維重量可獲得低密度的基材，透過加大碳纖維重量可獲得高密度的基材。又，透過縮小樹脂成分相對於碳纖維之摻合量可獲得低密度的基材 ，透過加大樹脂成分的摻合量可獲得高密度的基材。又，透過加大電極基材的厚度可獲得低密度的基材，透過縮小厚度可獲得高密度的基材。
此處，電極基材的密度能以使用電子天秤秤量的電極基材的重量(每單位面積的質量)除以在以面壓0.15 MPa進行加壓時的電極基材厚度求得。
本發明中，電極基材的細孔徑為30~80μm的範圍內者較佳，40~75μm的範圍內者更佳，再者50~70μm的範圍內者較佳。當細孔徑為30μm以上時，排水性提升，可抑制溢流。當細孔徑為80μm以下時，導電性高，不論高溫還是低溫，發電性能均提升。欲設計成此種細孔徑的範圍時，含有單纖維的平均直徑為3μm以上8μm以下的碳纖維與超過單纖維的平均直徑8μm的碳纖維雙方是有效。
此處，電極基材的細孔徑係藉由水銀壓入法求取在測定壓力6kPa~414MPa(細孔徑30nm~400μm)的範圍能測得之細孔徑分布的峰值徑者。此外，在出現複數個峰值的情況，採用最高峰值的峰值徑。關於測定裝置，可使用島津製作所公司製自動孔率計9520，或其同等品。
本發明中，電極基材的厚度以60~200μm者較佳。更佳為70~160μm，尤佳為80~110μm。當電極基材的厚度是60μm以上時，機械強度變高運送變容易。當200μm以下時，電極基材的斷面積變小，在隔離板流路的液水流通的氣體量變多，故而可抑制阻塞。又，排水用的路徑變短，可抑制溢流。
此處，電極基材的厚度可在以面壓0.15MPa加壓的狀態下使用測微計求得。
其次，針對本發明的構成要素的微多孔部[A]、[B]作說明。
微多孔部[A]及[B]係如圖11那樣分別設在電極基材的兩側。就本發明而言，沒有必要電極基材的全面被微多孔部覆蓋。亦即，如圖13、圖14所示，電極基材的表面的至少一部分被微多孔部覆蓋即可。此處，微多孔部是指在內部具有孔的多孔質體。在圖13、圖14中，透過在電極基材的表面設置多數個此種微多孔部而形成微多孔部[A]。當然，微多孔部[B]亦是，只要滿足後述的面積率之數值範圍，亦可採用圖13、圖14那種態樣。
微多孔部[A]其面積率為5~70%的範圍內，微多孔部[B]其面積率為80~100%的範圍內是必要的。此處，面積率是指在氣體擴散電極基材的單一表面中，被微多孔部覆蓋的面積相對於電極基材的面積之比例(%)，由以下式子算出。
面積率(%)=被微多孔部覆蓋的面積/電極基材的面積×100
此處面積率，例如可按如下的步驟求得。
首先，以數位相機，數位顯微鏡等對氣體擴散電極基材的單一表面進行照片拍攝而獲得影像。此處，關於數位顯微鏡，可使用KEYENCE(股)製數位HD顯微鏡VH-7000，或其同等品。以從氣體擴散電極基材隨機選擇不同的10處，分別在3cm×3cm左右的範圍進行照片拍 攝較佳。其次，使用所獲得之影像，對被微多孔部覆蓋的部分和沒被微多孔部覆蓋的部分進行二值化處理。二值化的方法有各式各樣，在可明確地判別被微多孔部覆蓋的部分和沒被微多孔部覆蓋的部分之情況雖可採用以目視判別的方法，但在本發明中以採用使用影像處理軟體等之方法較佳。此處，關於影像處理軟體，可使用Adobe System公司製Adobe Photoshop(註冊商標)。利用各個影像，算出被微多孔部覆蓋的面積相對於電極基材的面積(被微多孔部覆蓋的部分與沒被微多孔部覆蓋的部分之面積和)之比例(%)，求其平均值。
一方面，在使用氣體擴散電極基材作成膜電極接合體等之狀態的後進行測定之情況，面積率可按如下的步驟求得。首先，以掃瞄型電子顯微鏡等之顯微鏡，從氣體擴散電極基材斷面隨機選擇不同的100處，分別放大40倍左右進行照片拍攝而獲得影像。此處，關於掃瞄型電子顯微鏡，可使用日立製作所(股)製S-4800，或同等品。其次，使用所獲得之影像，利用各個影像，針對微多孔部[A]、微多孔部[B]各自計測電極基材表面被微多孔部覆蓋的面積的比例(%)，求其平均值。
因微多孔部[A]其面積率為5~70%，從而液水變得難以在流路滯留，可抑制阻塞。同時因其面積率小，能作成不阻礙垂直面氣體擴散、排水，可大幅地改善耐溢流性。微多孔部[A]的面積率以10~60%者更佳，20~40%時尤佳。當微多孔部[A]的面積率為70%以下時，微多孔部[A]覆蓋電極基材的表面之比例不會太高，確保垂直面 氣體擴散性和排水性，可抑制溢流。當微多孔部[A]的面積率為5%以上時，液水變得難以在流路滯留，可抑制阻塞，同時促進生成水的逆擴散故亦抑制乾涸。
微多孔部[B]因其面積率為80~100%而可促進生成水的逆擴散，故可抑制乾涸。又，使用氣體擴散電極基材構成膜電極接合體，再使用該膜電極接合體構成燃料電池時，氣體擴散電極基材和觸媒層或和隔離板之間的接觸面積變大，可減低接觸電阻。其原因為藉由微多孔部[B]覆蓋電極基材的表面凹凸而變得平滑的緣故。
微多孔部[A]及微多孔部[B]係以使用碳質粉末和疏水性樹脂而成者較佳。換言之，構成微多孔部[A]及微多孔部[B]的微多孔部，以使用碳質粉末和疏水性樹脂而成者較佳。關於碳質粉末，例如可列舉碳黑、石墨粉、奈米碳纖維、碳纖維的磨碎纖維等。其中，從處理容易性觀點考量以使用碳黑較佳。碳黑的分類包含爐黑、槽黑、乙炔黑、熱碳黑等。關於疏水性樹脂，可列舉聚氯化三氟化乙烯樹脂(PCTFE)、聚四氟乙烯樹脂(PTFE)、聚偏二氟乙烯樹脂(PVDF)、四氟乙烯與六氟丙烯的共聚物(FEP)、四氟乙烯與全氟丙基乙烯基醚的共聚物(PFA)、四氟乙烯與乙烯的共聚物(ETFE)等之氟樹脂。
微多孔部[A]及微多孔部[B](以及構成其等的微多孔部)相對於碳質粉末100質量份是以被摻合1~70質量份疏水性樹脂較佳，摻合5~60質量份更佳。當疏水性樹脂的摻合量是1質量份以上時，微多孔部[A]及微多孔部[B]的機械強度優異而較佳。一方面，當為70質量份以下 時，微多孔部[A]及微多孔部[B]的導電性、熱傳導性優異而較佳。
微多孔部[A]的厚度以1~20μm的範圍內者較佳，8~16μm者更佳。是1μm以上時，微多孔部[A]的表面變平滑，在將微多孔部[A]朝向隔離板側作為燃料電池的氣體擴散電極基材使用時，可減低隔離板和氣體擴散電極基材的接觸電阻。又，是20μm以下時，可縮小微多孔部[A]的電阻，故較佳。微多孔部[B]係厚度是1~50μm者較佳，是10~30μm者尤佳。因為是1μm以上，從而顯著促進生成水的逆擴散，再者，微多孔部[A]的表面變平滑，在將微多孔部[B]面向觸媒層側作為燃料電池的氣體擴散電極基材使用時，可減低觸媒層和氣體擴散電極基材的接觸電阻。因為是50μm以下，從而將微多孔部[B]的電阻抑制成較小故而較佳。
微多孔部[A]可使用和微多孔部[B]相同組成者，設為別的組成亦可。微多孔部[A]設成別的組成之情況，具體言之，將碳黑的粒子徑設成比微多孔部[B]者還小、將疏水性樹脂的摻合量設多、添加熱硬化性樹脂等，使得微多孔部[A]比微多孔部[B]更緻密較佳。具體言之，使微多孔部[A]的空隙率比微多孔部[B]的還小較佳。藉此，即便將微多孔部[A]的面積率設小，液水亦變得難以在流路滯留，可抑制阻塞且不阻礙來自電極基材的排水，可改善耐溢流性。
以下，一邊參照圖面一邊說明本發明中的微多孔部[A]的較佳態樣。此外，圖面的說明中同一要素賦予同一 符號，省略重複的說明。又，圖面的尺寸比率會有為了說明方便而被誇張顯示而和實際的比率不同的情況。
微多孔部[A]形成有圖案較佳。本發明中，圖樣或圖案是指以一定週期反覆的花紋。在100cm2以下的面積中具有反覆週期者較佳，在10cm2以下的面積中具有反覆週期者更佳。因為週期小，從而可縮小導電性或排水性等之面內的性能不均。在作成複數片的氣體擴散電極基材情況，作成可在薄片間進行比較以確認有無週期者。關於圖案方面，可列舉格子、條紋、同心圓、島狀等，例如圖1~11所示者(圖1~11中，黑色的部分係顯示設有微多孔部的部分，白色的部分係顯示無設置微多孔部的部分)。又，在隔離板的流路是圖3的白色部分那樣的圖案時，微多孔部[A]係以與圖3黑色部分那樣的隔離板的肋部分對應之圖案者較佳。因為具有和肋部分對應那樣的圖案的微多孔部[A]被配置於電極基材上，從而可加大從流路朝相鄰的流路切出通路(path cut)的效果，提升耐阻塞性。
微多孔部[A]係以包含平均線寬0.1~5mm之線狀微多孔部的集合體者較佳，包含0.1~2mm之線狀微多孔部的集合體者更佳，再者是包含0.1~1mm之線狀微多孔部的集合體者較佳。本發明中，線是指寬度為0.1mm以上且高寬比2以上者。此處，高寬比是說線的長度(mm)和寬度(mm)之比([線的長度]/[線寬])。關於微多孔部[A]，藉由使用平均線寬0.1~5mm的線狀微多孔部的集合體，可將抑制阻塞效果的面內不均縮小。線寬是0.1mm以上時 ，液水變得難以在流路滯留，抑制阻塞的效果變高。平均線寬是5mm以下時，可縮小面內的導電性、排水性的不均。線的集合體當中，格子狀或條紋狀者較佳。本發明中的「格子」是指線的集合體且具有線交叉的部分(交點)之花紋，「條紋」是指線的集合體且線互不相交的花紋。格子當中，線是直線且交叉角度是90度者可將氣體擴散電極基材的面內的性能不均抑制成較小，故特佳。又，在每1cm2交點的數目是10個以上的情況可大大減低前述不均故而尤佳。條紋當中，線是直線者可將氣體擴散電極基材的面內的性能不均抑制成較小故特佳。
亦即，就本發明而言，微多孔部[A]係在電極基材上形成微多孔部的圖案較佳，該圖案的形狀係以上述的格子狀、條紋狀者特佳。
其次，針對適合獲得本發明的氣體擴散電極基材之方法作具體說明。
<抄紙體，及抄紙體的製造方法>
本發明中，為獲得含有碳纖維的抄紙體，使用讓碳纖維分散於液中進行製造的濕式抄紙法、或使之分散於空氣中進行製造的乾式抄紗法等。當中，從生產性優異觀點考量，適合使用濕式抄紙法。
本發明中，為提升電極基材的排水性、氣體擴散性，可於碳纖維混合有機纖維進行抄紙。關於有機纖維，可使用聚乙烯纖維、維尼綸纖維、聚縮醛纖維、聚酯纖維、聚醯胺纖維、嫘縈纖維、醋酸纖維等。
又，本發明中，為提升抄紙體的形態保持性、運送 性，可含有有機高分子作為黏結劑。此處，關於有機高分子，可使用聚乙烯醇、聚乙烯乙酯、聚丙烯腈、纖維素等。
為等向性地保持面內的導電性、熱傳導性，本發明中的抄紙體係以碳纖維隨機分散於二維平面內而成的片狀者較佳。
在抄紙體可得之細孔徑分布雖在碳纖維的含有率、分散狀態受到影響，但可形成大概20~500μm左右的大小。
本發明中，抄紙體以碳纖維的重量在10~60g/m2的範圍內較佳，在20~50g/m2的範圍內更佳。碳纖維的重量是10g/m2以上時，電極基材乃機械強度優異而較佳。是60g/m2以下時，電極基材乃氣體擴散性和排水性優異而較佳。此外，貼合複數片抄紙體的情況係以在貼合後的碳纖維的重量在上述的範圍內較佳。
此處，電極基材中的碳纖維重量，可將切成10cm四角形的抄紙體於氮氣環境下在溫度450℃的電爐內保持15分鐘並除去有機物後所得之殘渣的重量除以抄紙體的面積(0.1m2)而求得。
<樹脂組成物的含浸>
本發明中，關於在含有碳纖維的抄紙體中含浸樹脂組成物的方法，是使用在含有樹脂組成物的溶液中浸漬抄紙體的方法、將含有樹脂組成物的溶液塗布於抄紙體的方法、及將包含樹脂組成物的薄膜重疊於抄紙體進行轉印的方法等。當中，從生產性優異觀點考量，適合使 用在含有樹脂組成物的溶液中浸漬抄紙體的方法。
本發明所用的樹脂組成物係以在燒結時會碳化並成為導電性的碳化物者較佳。樹脂組成物是說在樹脂成分中視需要添加溶媒等者。此處，樹脂成分是指含有熱硬化性樹脂等之樹脂，再者係視需要含有碳系填料、界面活性劑等之添加物者。
本發明中，更詳言之，以樹脂組成物所含有之樹脂成分的碳化收率為40質量%以上者較佳。碳化收率為40質量%以上時，電極基材乃機械特性、導電性、熱傳導性優異而較佳。
本發明中，關於構成樹脂成分的樹脂，可列舉酚樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂、呋喃樹脂等之熱硬化性樹脂等。其中，從高碳化收率觀點考量，適合使用酚樹脂。又，關於視需要添加於樹脂成分的添加物方面，為提升電極基材的機械特性、導電性、熱傳導性，可含有碳系填料。此處，關於碳系填料，可使用碳黑、奈米碳管、奈米碳纖維、碳纖維的磨碎纖維、石墨等。
在本發明所用的樹脂組成物也可以就是沿用依前述的構成所得之樹脂成分，視需要，為提高朝抄紙體的含浸性，可含有各種溶媒。此處，關於溶媒，可使用甲醇、乙醇、異丙醇等。
本發明中的樹脂組成物以在25℃，0.1MPa的狀態下是液狀者較佳。在是液狀時朝抄紙體的含浸性優異，電極基材乃機械特性、導電性、熱傳導性優異而較佳。
本發明中，以相對於碳纖維100質量份含浸30~400 質量份的樹脂成分較佳，含浸50~300質量份更佳。樹脂成分的含浸量是30質量份以上時，電極基材乃機械特性、導電性、熱傳導性優異而較佳。一方面，樹脂成分的含浸量是400質量份以下時，電極基材乃氣體擴散性優異而較佳。
<貼合、熱處理>
本發明中，於含有碳纖維的抄紙體含浸樹脂組成物而形成預備含浸體後，可在進行碳化之前，先行進行預備含浸體的貼合、熱處理。
本發明中，為將電極基材設成既定的厚度，可貼合複數片預備含浸體。在此情況，亦可貼合複數片具有同一性狀的預備含浸體，亦可貼合複數片具有不同性狀的預備含浸體。具體言之，亦可貼合碳纖維的平均直徑、平均長度、抄紙體的碳纖維重量、樹脂成分的含浸量等不同的複數個預備含浸體。
本發明中，為使樹脂組成物增黏、進行部分地交聯，可對預備含浸體進行熱處理。關於熱處理的方法，可使用噴吹熱風的方法、被壓機裝置等之熱板包夾進行加熱的方法、被連續皮帶包夾進行加熱的方法等。
<碳化>
本發明中，於含有碳纖維的抄紙體含浸樹脂組成物後，為進行碳化，在非活性環境下進行燒結。此種燒結可使用批量(batch)式的加熱爐，亦可使用連續式的加熱爐。又，非活性環境可透過在爐內流通氮氣、氬氣等之非活性氣體而獲得。
本發明中，燒結的最高溫度乃1300~3000℃的範圍內者較佳，1700~3000℃的範圍內者更佳，再者，1900~3000℃的範圍內者較佳。最高溫度是1300℃以上時，樹脂成分的碳化進行，電極基材乃導電性、熱傳導性優異而較佳。一方面，最高溫度是3000℃以下時，加熱爐的運轉成本變低，故較佳。
本發明中，在燒結時，升溫速度乃80~5000℃/分鐘的範圍內者較佳。升溫速度是80℃以上時，生產性優異，故較佳。一方面，是5000℃以下時，樹脂成分的碳化和緩進行而形成緻密的構造，電極基材乃導電性、熱傳導性優異而較佳。
此外，本發明中，將含有碳纖維的抄紙體含浸樹脂組成物後再碳化者記載為「碳纖維燒結體」。
<撥水加工>
本發明中，為提升排水性，以對碳纖維燒結體施以撥水加工較佳。撥水加工可透過在碳纖維燒結體塗布疏水性樹脂、熱處理來進行。疏水性樹脂的塗布量相對於碳纖維燒結體100質量份而言以1~50質量份者較佳，3~40質量份者更佳。疏水性樹脂的塗布量是1質量份以上時，電極基材乃排水性優異而較佳。一方面，是50質量份以下時，電極基材乃導電性優異而較佳。
此外，本發明中，碳纖維燒結體乃相當於「電極基材」。如上述，碳纖維燒結體乃視需要被施作撥水加工，就本發明而言，被施作撥水加工的碳纖維燒結體亦相當於「電極基材」(沒被施作撥水加工的碳纖維燒結體當 然相當於「電極基材」)。
<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>
微多孔部[A]係可在電極基材的單面塗布屬上述在撥水加工所用的疏水性樹脂和碳質粉末之混合物的碳塗液[A]而形成，微多孔部[B]係在電極基材的另一單面塗布屬上述在撥水加工所用的疏水性樹脂和碳質粉末之混合物的碳塗液[B]而形成。碳塗液[A]和碳塗液[B]可為相同種類者，不同種類者亦可。
因此，本發明的氣體擴散電極基材係以微多孔部[A]、電極基材、微多孔部[B]的順序配置而成。
碳塗液[A]及碳塗液[B]可含有水或有機溶媒等之分散媒，亦可含有界面活性劑等之分散輔助劑。作為分散媒以水較佳，分散輔助劑使用非離子性的界面活性劑更佳。
碳塗液朝向電極基材的塗布，可使用市售的各種塗布裝置進行。關於塗布方式，可使用網版印刷、輪轉網版印刷、噴霧器噴霧、凹版印刷、照相凹版印刷、模具塗布、棒塗布、刮刀塗布等，形成微多孔部[A]用的圖案塗布以網版印刷(包含輪轉網版印刷)、凹版印刷較佳。亦即，就本發明而言，微多孔部[A]是利用網版印刷或凹版印刷形成較佳。當中的網版印刷比起其他方法可將碳塗液[A]多量塗布於電極基材，量的調整亦容易故較佳。在利用網版印刷將碳塗液[A]朝電極基材進行圖案塗布時，於網版印刷版上塗布感光性塗料，使所期望的圖案以外的部分硬化，除去未硬化的圖案部分之樹脂而製作 具有圖案的網版印刷版以進行塗布。
網版印刷當中，從可將碳塗液[A]連續地塗布於電極基材觀點考量，關於塗布方法，以輪轉網版印刷較佳。
輪轉網版的網、開口率、口徑、厚度係配合所使用的碳塗液[A]之黏度特性適宜選擇。
就輪轉網版印刷而言，印刷速度以0.5~15m/min較佳。因為印刷速度是0.5m/min以上，從而使生產性提升，可減低氣體擴散電極基材的成本。又，因為是15m/min以下，從而使印刷精度提升。
一方面，碳塗液[B]的塗布因可謀求非取決於電極基材的表面粗度之塗布量的定量化，故以模具塗布較佳。
以上所例示的塗布方法畢竟是例示，本發明未必受此等所限定。
關於微多孔部[A]及微多孔部[B]的形成方法，以利用既定的碳塗液塗布電極基材的單面而獲得塗布物，再將該塗布物於80~120℃的溫度下烘乾塗液的方法較佳。
亦即，以將塗布物投入溫度設在80~120℃的乾燥器，在5~30分鐘的範圍進行乾燥較佳。乾燥風量適宜決定就好，但急劇的乾燥因有引發表面微小裂縫的情況故而不理想。乾燥後的塗布物投入蒙烰爐或燒結爐或高溫型的乾燥機，於300~380℃下加熱5~20分鐘，將疏水性樹脂熔融，碳質粉末彼此作為黏結劑，形成微多孔部[A]及微多孔部[B]較佳。
<膜電極接合體>
本發明的膜電極接合體係為在電解質膜的兩側具有 觸媒層且在該觸媒層的外側(雙方的外側)具有氣體電極基材的膜接合體，該氣體電極基材的至少一方是上述的氣體電極基材。本發明的膜電極接合體之構成例顯示於圖15。如此，本發明中，透過將前述氣體擴散電極基材接合於在兩面具有觸媒層的固體高分子電解質膜之至少單面可構成膜電極接合體。又，本發明的膜電極接合體中，設在觸媒層之兩外側的氣體電極基材的雙方是上述的本發明的氣體電極基材者特佳。
又，本發明的膜電極接合體中，在觸媒層側配置微多孔部[B]，亦即，以微多孔部[B]接於觸媒層的方式構成膜電極接合體較佳。氣體擴散電極基材的微多孔部[B]接於觸媒層的構成例顯示於圖16。
因面積率大的微多孔部[B]位在電解質膜側，變得更容易引起生成水的逆擴散，再加上面積率小的微多孔部[A]位在隔離板側，從而來自電極基材的排水不受阻礙而可抑制溢流。亦即，微多孔部[B]位在隔離板側的情況，由於來自氣體擴散電極基材的排水性降低，故將微多孔部[A]配置在隔離板側較佳。又，因微多孔部的面積率大的微多孔部[B]配置於觸媒層側，從而觸媒層和氣體擴散電極基材的接觸面積增大，可減低接觸電阻。
又，較佳為，本發明的膜電極接合體中，設於觸媒層的兩外側之氣體擴散電極基材的雙方是上述的本發明的氣體擴散電極基材，而雙方的氣體擴散電極基材的微多孔部[B]均接於觸媒層者特佳。
<燃料電池>
本發明的燃料電池係為在上述的膜接合體的兩側具有隔離板者(本發明的燃料電池之構成例顯示於圖16)。亦即，因上述的膜電極接合體的兩側具有隔離板而構成燃料電池。通常，是藉由將在此種膜電極接合體的兩側隔有墊片包夾隔離板而成者積層複數個而構成固體高分子型燃料電池。觸媒層包含含有固體高分子電解質和觸媒載持碳的層。關於觸媒，通常是採用白金。關於是陽極側被供給含有一氧化碳的改質氣體之燃料電池方面，以使用白金及釕作為陽極側的觸媒較佳。固體高分子電解質以使用質子傳導性、耐氧化性、耐熱性高的全氟磺酸系之高分子材料較佳。此種燃料電池單元、燃料電池的構成自體是被知悉的。
此外，本發明的燃料電池中，以氣體擴散電極基材的微多孔部[B]是接於觸媒層者較佳。
[實施例]
以下，利用實施例具體地說明本發明。實施例所使用的電極基材及氣體擴散電極基材的製作方法、燃料電池的電池性能評價方法顯示如下。
<電極基材的製作>
將東麗(股)製聚丙烯腈系碳纖維“TORAYCA(註冊商標)”T300(平均碳纖維徑：7μm)切成平均長度12mm，分散於水中並利用濕式抄紙法連續地抄紙。然後，將作為黏結劑的聚乙烯醇的10質量%水溶液塗布於該抄紙並使之乾燥，製成碳纖維重量15.5g/m2的抄紙體。聚乙烯醇的塗布量相對於抄紙體100質量份，是22質量份。
使用可溶型酚樹脂和熱塑性型酚樹脂是以1：1的重量比混合成的樹脂作為熱硬化性樹脂、使用鱗片狀石墨(平均粒徑5μm)作為碳系填料、及使用甲醇作為溶媒，再以熱硬化性樹脂/碳系填料/溶媒=10質量份/5質量份/85質量份的摻合比將此等混合，使用超音波分散裝置進行1分鐘攪拌，獲得均一分散的樹脂組成物。
將切成15cm×12.5cm的抄紙體浸漬於充滿在鋁槽的樹脂組成物，且以對碳纖維100質量份而言，樹脂成分(熱硬化性樹脂+碳系填料)會成為130質量份的方式進行含浸後，在100℃下加熱5分鐘使之乾燥而製成預備含浸體。其次，以平板壓機一邊加壓一邊在180℃下進行5分鐘熱處理。此外，在加壓之際於平板壓機配置隔板，且以熱處理後的預備含浸體之厚度可成為130μm般地調整了上下壓機面板的間隔。
預備含浸體經熱處理後而成的基材，導入被保持在氮氣環境下的最高溫度為2400℃的加熱爐中，獲得碳纖維燒結體。
對95質量份的碳纖維燒結體賦予5質量份的PTFE樹脂，在100℃下加熱5分鐘使之乾燥而製成厚度100μm的電極基材。
<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>
為形成微多孔部[A]，採用圖案部分以外是以樹脂遮蓋的網版印刷版於電極基材的一面(A面)形成圖樣的碳塗液部。此處所用的碳塗液是採用乙炔黑(電氣化學工業股份有限公司製“DENKA BLACK(註冊商標)”)作為碳黑 、PTFE樹脂(DAIKIN工業股份有限公司製“polyfuron(註冊商標)”D-1E)和界面活性劑(NACALAI TESQUE股份有限公司製“TRITON(註冊商標)”X-100)、及精製水，且以碳黑/PTFE樹脂/界面活性劑/精製水=7.7質量份/2.5質量份/14質量份/75.8質量份的摻合比將此等混合而成者。形成具有圖樣的碳塗液部之電極基材在120℃下加熱10分鐘後，為形成微多孔部[B]，在具有圖樣的碳塗液部的面(A面)之相反側，使用塗布法(模塗布法)塗布前述碳塗液，在120℃下加熱10分鐘。既加熱的塗布物在380℃下加熱10分鐘而製成在電極基材的表面具有微多孔部[A]、另一面具有微多孔部[B]的氣體擴散電極基材。
換言之，由於是在電極基材塗布碳塗液再透過對其加熱而形成微多孔部，故以微多孔部[A]可形成所期望的圖案般地於電極基材的一表面(A面)塗布碳塗液。亦即，以電極基材上形成有微多孔部的部分會被塗布碳塗液，一方面，電極基材上無形成微多孔部的部分不會被塗布碳塗液的方式，採用網版印刷版於電極基材上塗布碳塗液。更具體言之，使用其一部分是被樹脂覆蓋的(被遮蓋的)網版印刷版，使得電極基材上無形成微多孔部的部分不會被塗布碳塗液。在進行塗布後加熱碳塗液。接著，於電極基材的另一表面(B面)塗布碳塗液(此外，在微多孔部[B]亦要形成圖案的情況，可採用和上述的微多孔部[A]的形成法相同的方法)。塗布後，予以加熱而製成在電極基材的一表面具有微多孔部[A]、另一表面(B面)具有微多孔部[B]的氣體擴散電極基材。
<固體高分子型燃料電池的發電性能評價>
透過依序添加白金載持碳(田中貴金屬工業(股)製，白金載持量：50質量%)1.00g、精製水1.00g、“Nafion(註冊商標)”溶液(Aldrich公司製“Nafion(註冊商標)”5.0質量%)8.00g及異丙醇(NACALAI TESQUE公司製)18.00g而作成觸媒液。
其次將觸媒液噴塗於切成7cm×7cm的“Nafuron(註冊商標)”PTFE帶“TOMBO(註冊商標)”No.9001(NICHIAS(股)製)，在室溫下使之乾燥，製成帶有白金量是0.3mg/cm2的觸媒層的PTFE薄片。接著，將切成10cm×10cm的固體高分子電解質膜“Nafion(註冊商標)”NRE-211CS(DuPont公司製)以2片帶有觸媒層的PTFE薄片包夾，以平板壓機加壓成5MPa且在130℃下壓5分鐘，將觸媒層轉印於固體高分子電解質膜。加壓後，剝離PTFE薄片，製成帶有觸媒層的固體高分子電解質膜。
其次，將帶有觸媒層的固體高分子電解質膜以切成7cm×7cm的2片氣體擴散電極基材包夾，以平板壓機加壓成3MPa且在130℃下壓5分鐘，製成膜電極接合體。此外，氣體擴散電極基材配置成具有微多孔部[B]的面接於觸媒層側。
將所獲得的膜電極接合體裝入燃料電池評價用單元，測定在電流密度變化時的電壓。此處，關於隔離板，使用溝寬1.5mm、溝深1.0mm、肋寬1.1mm之一條流路的蛇形管型者。又，對陽極側供給加壓至210kPa的氫，對陰極側供給加壓至140kPa的空氣，進行評價。此外，氫 、空氣皆利用設定成70℃的加濕壺進行加濕。又，氫、空氣中的氧之利用率分別設為80%、67%。
首先，測定在運轉溫度設為65℃、電流密度為2.2 A/cm2的情況下的輸出電壓，作為耐溢流性(低溫性能)的指標使用。又，計數在設定運轉溫度為65℃、電流密度為2.2A/cm2且保持30分鐘的情況下輸出電壓降低的次數，作為耐阻塞性的指標使用。亦即，計數在30分鐘內輸出電壓成為0.2V以下的次數，設7次以上者為C、次數是5~6次者為B、3~4次者為A、2次以下者為S。其次，電流密度設成1.2A/cm2，運轉溫度自80℃開始，保持5分鐘，經過5分鐘後上升2℃，依此一邊反覆一邊測定輸出電壓，求取可發電的臨界溫度，作為耐乾涸性(高溫性能)的指標使用。
(實施例1)
實施例1的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬0.5mm、線間隔0.7mm的直線所構成的格子狀(圖1所代表的格子形狀)之圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。經測定此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為，66%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性極良好。輸出電壓0.35V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)，臨界溫度91℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表1記載，耐溢流性、耐乾涸性均良好。又，形成微多孔部[A]用的碳塗液朝向電極基材的塗布速 度可加速到1m/min。
(實施例2)
實施例2的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬0.1mm、線間隔1.8mm的直線所構成之格子狀的圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。經測定此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為，10%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性良好。輸出電壓0.38V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)，臨界溫度90℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表1記載，耐溢流性、耐乾涸性均良好。
(實施例3)
實施例3的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬0.5mm、線間隔2mm的直線所構成之格子狀的圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。經測定此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為，36%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性極良好。輸出電壓0.38V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度92℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表1記載，耐溢流性、耐乾涸性均良好。
(實施例4)
實施例4的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬 0.3mm、線間隔1.2mm的直線所構成之格子狀的圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。經測定此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為，36%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性極良好。輸出電壓0.38V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度92℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表1記載，耐溢流性、耐乾涸性均良好。
(實施例5)
實施例5的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬0.3mm、線間隔6mm的直線所構成之格子狀的圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。經測定此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為，9.3%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性良好。輸出電壓0.39V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度91℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表1記載，耐溢流性、耐乾涸性均良好。
(實施例6)
實施例6的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬0.5mm、線間隔0.7mm的直線所構成之格子狀的圖案。微多孔部[B]係使用網版製成由線寬0.5mm、線間隔0.2mm的直線所構成之格子狀的圖案。其他係以和<電極基材 的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為66%，微多孔部[B]的面積率為92%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性極良好。輸出電壓0.35V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度90℃(加濕溫度70℃，電流密度1.2A/cm2)，如表1記載，耐溢流性、耐乾涸性均良好。
(實施例7)
實施例7的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬0.5mm、線間隔0.7mm的直線所構成之格子狀的圖案。微多孔部[B]係使用網版製成由線寬0.5mm、線間隔0.2mm的直線所構成之格子狀的圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。製作膜電極接合體時，氣體擴散電極基材配置成具有微多孔部[A]的面接於觸媒層側。此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為66%，微多孔部[B]的面積率為92%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性極良好。輸出電壓0.33V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度90℃(加濕溫度70℃，電流密度1.2A/cm2)，如表1記載，耐乾涸性良好，與實施例6相較下，耐溢流性稍為降低。
(實施例8)
實施例8的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬 0.1mm、線間隔0.4mm的直線所構成之格子狀的圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為36%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性良好。輸出電壓0.39V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度92℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表1記載，耐溢流性、耐乾涸性均良好。
(實施例9)
實施例9的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬3mm、線間隔12mm的直線所構成之格子狀的圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為36%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性良好。輸出電壓0.36V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度92℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表2記載，耐溢流性、耐乾涸性均良好。
(實施例10)
實施例10的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬0.5mm、線間隔0.9mm的直線所構成的條紋狀之圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極 基材。此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為36%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性極良好。輸出電壓0.38V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度92℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表2記載，耐溢流性、耐乾涸性均良好。
(實施例11)
實施例11的微多孔部[A]係使用網版製成縱、橫的寬度是0.5mm且間隔0.33mm的島狀(圖11所代表的形狀)的圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為36%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性稍為降低。輸出電壓0.36V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度92℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表2記載，耐溢流性、耐乾涸性均良好。
(實施例12)
實施例12的微多孔部[A]係使用網版製成含有線寬是小於0.1mm的部分之隨機的形狀(圖10所代表的形狀)。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為36%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價結果為，耐阻塞性稍為降低。輸出電壓0.35V(運轉溫度65℃ 、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度91℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表2記載，耐溢流性稍為降低，耐乾涸性良好。
(實施例13)
實施例13的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬0.1mm、線間隔0.2mm的直線所構成的條紋狀之圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為33%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性稍為降低。輸出電壓0.36V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度92℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表2記載，耐溢流性、耐乾涸性皆好。
(實施例14)
實施例14的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬0.3mm、線間隔0.5mm的直線所構成的條紋狀之圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為38%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性極良好。輸出電壓0.38V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度92℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表2記載，耐溢流性、耐乾涸性均良好。
(實施例15)
實施例15的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬10mm、線間隔18mm的直線所構成的條紋狀之圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為36%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性稍為降低。輸出電壓0.35V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度91℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表2記載，耐溢流性、耐乾涸性均良好。
(實施例16)
實施例16的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬0.3mm、線間隔2.0mm的直線所構成之格子狀的圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。經測定此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為，24%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性極良好。輸出電壓0.39V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度92℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表2記載，耐溢流性、耐乾涸性均良好。
(實施例17)
實施例17的微多孔部[A]係使用輪轉網版製成由線寬0.3mm、線間隔2.0mm的直線所構成的格子狀之圖案。 其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。經測定此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為，24%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果，耐阻塞性極良好。輸出電壓0.39V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度92℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表3記載，耐溢流性、耐乾涸性均良好。又，形成微多孔部[A]用的碳塗液朝向電極基材的塗布速度可加速到5m/min。
(實施例18)
實施例18的微多孔部[A]係使用輪轉網版製成由線寬0.3mm、線間隔1.2mm的直線所構成的格子狀之圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。經測定此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為，36%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性極良好。輸出電壓0.38V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度92℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表3記載，耐溢流性、耐乾涸性、微多孔部[A]的塗布速度均良好。又，形成微多孔部[A]用的碳塗液朝向電極基材的塗布速度可加速到5m/min。
(實施例19)
實施例19的微多孔部[A]係使用凹版印刷製成由線寬0.3mm、線間隔1.2mm的直線所構成的格子狀之圖案。 其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。經測定此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為，36%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性良好。輸出電壓0.36V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度91℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表3記載，耐溢流性、耐乾涸性均良好。又，形成微多孔部[A]用的碳塗液朝向電極基材的塗布速度可加速到2m/min。
(實施例20)
實施例20的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬0.5mm、線間隔0.9mm的直線所構成的條紋狀之圖案。微多孔部[B]係使用網版製成由線寬0.5mm、線間隔0.2mm的直線所構成之格子狀的圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為36%，微多孔部[B]的面積率為92%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性極良好。輸出電壓0.38V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度90℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表3記載，耐溢流性、耐乾涸性均良好。
(實施例21)
實施例21的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬0.5mm、線間隔0.9mm的直線所構成的條紋狀之圖案。微 多孔部[B]係使用網版製成由線寬0.5mm、線間隔0.2mm的直線所構成之格子狀的圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。製作膜電極接合體時，氣體擴散電極基材配置成具有微多孔部[A]的面接於觸媒層側。此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為36%，微多孔部[B]的面積率為92%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性極良好。輸出電壓0.33V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度89℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表3記載，耐乾涸性良好，與實施例20相較下，耐溢流性稍為降低。
在實施例的評價結果等彙整顯示於表1~3。
(比較例1)
在比較例1的電極基材沒設置微多孔部[A]。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性大為降低。輸出電壓0.38V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度88℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表4記載，耐溢流性良好，耐乾涸性降低。
(比較例2)
比較例2的微多孔部[A]係以可成為面狀的方式使用塗布法(模塗布法)製作。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為100%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，輸出電壓無法取出(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度89℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表4記載，耐溢流性、耐乾涸性均降低。高溫性能低是因為微多孔部[A]的面積率高，氣體擴散電極基材的垂直面氣體擴散性低，燃料無法朝觸媒充分供給的緣故。又，因為微多孔部[A]的面積率高故排水性變低，在電極基材內部引起溢流使低溫性能降低。此外，形成微多孔部[A]用的碳塗液朝向電極基材的塗布速度可加速到2m/min。
(比較例3)
比較例3的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬0.5mm、線間隔0.5mm的直線所構成之格子狀的圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為75%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性極良好。輸出電壓0.25V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度88℃(加濕溫度70℃，電流密度1.2A/cm2)，如表4記載，耐溢流性、耐乾涸性均降低。高溫性能低是因為微多孔部[A]的面積率高，氣體擴散電極基材的垂直面氣體擴散性低，燃料無法朝觸媒充分供給的緣故。又，因為微多孔部[A]的面積率高故排水性變低，在電極基材內部引起溢流使低溫性能降低。
(比較例4)
比較例4的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬0.5mm、線間隔20mm的直線所構成之格子狀的圖案。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]的面積率為4.8%，經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，耐阻塞性大為降低。原因在於微多孔部[A]的面積率小，液水在流路變難以滯留。輸出電壓0.38V(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度88℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表4記載， 耐溢流性良好，耐乾涸性降低。
(比較例5)
比較例5的電極基材沒有設置微多孔部[A]。又，微多孔部[B]係使用具有以線寬0.5mm，線間隔2mm的直線構成之格子狀的圖案之網版製作。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。此氣體擴散電極基材的微多孔部[B]的面積率為36%。經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結果為，輸出電壓無法取出(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度85℃(加濕溫度70℃，電流密度1.2A/cm2)，如表4記載，耐溢流性、耐乾涸性均降低。低溫性能低是因為微多孔部[B]的面積率低與觸媒層的接觸面積低，接觸電阻變大的緣故，高溫性能低是因為微多孔部[B]的面積率低，水蒸氣不易朝隔離板側逃出而使電解質膜的乾燥變得顯著之緣故。
(比較例6)
比較例6的微多孔部[A]係使用網版製成由線寬0.5mm、線間隔2mm的直線所構成之格子狀的圖案。又，微多孔部[B]亦是使用具有以線寬0.5mm，線間隔2mm的直線構成的格子狀圖案之網版製作。其他係以和<電極基材的製作>及<微多孔部[A]、微多孔部[B]的形成>所記載的方法同樣而獲得氣體擴散電極基材。此氣體擴散電極基材的微多孔部[A]及微多孔部[B]的面積率為36%，經評價此氣體擴散電極基材的發電性能評價的結 果為，輸出電壓無法取出(運轉溫度65℃、加濕溫度70℃、電流密度2.2A/cm2)、臨界溫度85℃(加濕溫度70℃、電流密度1.2A/cm2)，如表4記載，耐溢流、耐乾涸性均降低。低溫性能低是因為微多孔部[B]的面積率低與觸媒層的接觸面積低，接觸電阻變大的緣故，高溫性能低是因為微多孔部[B]的面積率低，水蒸氣不易朝隔離板側逃出而使電解質膜的乾燥變得顯著之緣故。
在比較例的評價結果等彙整顯示於表4。
1‧‧‧電極基材
2‧‧‧微多孔部[A]
3‧‧‧微多孔部[B]
4‧‧‧微多孔部
41‧‧‧微多孔部
5‧‧‧氣體擴散電極基材
6‧‧‧電解質膜
7‧‧‧觸媒層
8‧‧‧膜電極接合體
9‧‧‧隔離板
10‧‧‧燃料電池
圖1係本發明的微多孔部[A]之圖案的一態樣。
圖2係本發明的微多孔部[A]之圖案的一態樣。
圖3係本發明的微多孔部[A]之圖案的一態樣。
圖4係本發明的微多孔部[A]之圖案的一態樣。
圖5係本發明的微多孔部[A]之圖案的一態樣。
圖6係本發明的微多孔部[A]之圖案的一態樣。
圖7係本發明的微多孔部[A]之圖案的一態樣。
圖8係本發明的微多孔部[A]之圖案的一態樣。
圖9係本發明的微多孔部[A]之圖案的一態樣。
圖10係本發明的微多孔部[A]之圖案的一態樣。
圖11係本發明的微多孔部[A]之圖案的一態樣。
圖12係顯示本發明的氣體擴散電極基材之構成例的示意圖(剖面圖)。
圖13係顯示本發明的氣體擴散電極基材之構成例的示意圖(從微多孔部[A]側所見的鳥瞰圖)。
圖14係顯示本發明的氣體擴散電極基材之構成例的示意圖(從微多孔部[A]側所見的鳥瞰圖)。
圖15係顯示本發明的膜電極接合體之構成例的示意圖(剖面圖)。
圖16係顯示本發明中特佳的膜電極接合體之構成例的示意圖(剖面圖)。
圖17係顯示本發明的燃料電池之構成例的示意圖(剖面圖)。

Claims (9)

  1. 一種燃料電池用氣體擴散電極基材，其特徵為：係以微多孔部[A]、電極基材、微多孔部[B]的順序配置而成，且微多孔部[A]的面積率為5~70%的範圍內，微多孔部[B]的面積率為80~100%的範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項之燃料電池用氣體擴散電極基材，其中微多孔部[A]形成圖案。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之燃料電池用氣體擴散電極基材，其中微多孔部[A]是包含平均線寬0.1~5mm之線狀微多孔部的集合體。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之燃料電池用氣體擴散電極基材，其中微多孔部[A]是條紋狀或格子狀。
  5. 如申請專利範圍第3項之燃料電池用氣體擴散電極基材，其中微多孔部[A]是條紋狀或格子狀。
  6. 一種燃料電池用氣體擴散電極基材的製造方法，係如申請專利範圍第1至5項中任一項之燃料電池用氣體擴散電極基材的製造方法，其中微多孔部[A]是藉由網版印刷或凹版印刷所形成。
  7. 一種膜電極接合體，係於電解質膜的兩側具有觸媒層，且於前述觸媒層的外側具有氣體擴散電極基材的膜電極接合體，該氣體擴散電極基材的至少一方是如申請專利範圍第1至5項中任一項之燃料電池用氣體擴散電極基材。
  8. 如申請專利範圍第7項之膜電極接合體，其中前述氣體擴散電極基材的微多孔部[B]接於前述觸媒層。
  9. 一種燃料電池，係在如申請專利範圍第8項之膜電極接合體的兩側具有隔離板的燃料電池。
TW101148890A 2011-12-26 2012-12-21 燃料電池用氣體擴散電極基材及其製造方法、膜電極接合體、及燃料電池 TWI565132B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011283392 2011-12-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201338255A TW201338255A (zh) 2013-09-16
TWI565132B true TWI565132B (zh) 2017-01-01

Family

ID=48697211

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW101148890A TWI565132B (zh) 2011-12-26 2012-12-21 燃料電池用氣體擴散電極基材及其製造方法、膜電極接合體、及燃料電池

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20140329164A1 (zh)
EP (1) EP2800180B1 (zh)
JP (1) JP5614462B2 (zh)
KR (1) KR101533205B1 (zh)
CN (1) CN103975470B (zh)
BR (1) BR112014014906A2 (zh)
CA (1) CA2858136C (zh)
RU (1) RU2561720C1 (zh)
TW (1) TWI565132B (zh)
WO (1) WO2013099720A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI666343B (zh) * 2017-01-13 2019-07-21 日商旭化成股份有限公司 電解用電極、電解槽、電極積層體及電極之更新方法

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2919875C (en) 2012-08-14 2021-08-17 Powerdisc Development Corporation Ltd. Fuel cell flow channels and flow fields
WO2015095021A1 (en) * 2013-12-17 2015-06-25 3M Innovative Properties Company Membrane electrode assembly and methods of making the same
EP3084858A1 (en) 2013-12-17 2016-10-26 3M Innovative Properties Company Membrane electrode assembly and methods of making the same
JP6291962B2 (ja) * 2014-03-28 2018-03-14 東レ株式会社 ガス拡散電極の製造方法および製造装置
JP6287490B2 (ja) * 2014-03-31 2018-03-07 東レ株式会社 固体高分子形燃料電池
DE102015014433A1 (de) * 2014-11-07 2016-05-12 Daimler Ag Katalysatorschicht mit Durchtrittsöffnung für Brennstoffzellen
KR102401251B1 (ko) * 2014-12-10 2022-05-24 도레이 카부시키가이샤 탄소 섬유 부직포, 탄소 섬유 부직포의 제조 방법, 및 고체 고분자형 연료 전지
JP6497179B2 (ja) * 2015-04-01 2019-04-10 三菱ケミカル株式会社 ガス拡散層、およびガス拡散層ロール状物
CN107851805A (zh) * 2015-08-27 2018-03-27 东丽株式会社 气体扩散电极
EP3396754B1 (en) * 2015-12-24 2023-02-01 Toray Industries, Inc. Gas diffusion electrode and fuel cell
JP6711630B2 (ja) * 2016-01-28 2020-06-17 本田技研工業株式会社 燃料電池用組立体の製造方法
WO2017161449A1 (en) 2016-03-22 2017-09-28 Loop Energy Inc. Fuel cell flow field design for thermal management
TWI617075B (zh) 2016-04-18 2018-03-01 國立清華大學 海水電池循環系統、海水電池、海水電池之陰極及其製造方法
DE102019210799A1 (de) * 2019-07-22 2021-01-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Herstellen einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle
KR20210074896A (ko) * 2019-12-12 2021-06-22 현대자동차주식회사 연료전지용 기체확산층 및 그 제조방법
WO2022027944A1 (zh) * 2020-08-06 2022-02-10 江苏大学 一种燃料电池气体扩散层结构及其加工方法
CN112072119B (zh) * 2020-08-06 2022-06-21 江苏大学 一种燃料电池气体扩散层结构及其加工方法
KR20230104661A (ko) * 2020-11-06 2023-07-10 루프 에너지 인크. 개선된 접촉 압력 분포를 갖는 연료 전지 조립체
DE102022127150A1 (de) * 2022-10-17 2024-04-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Gasdiffusionssubstrat aus einem porösen Metallsubstrat und einer gasdurchlässigen Polymerschicht, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Gasdiffusionselektrode und elektrochemische Zelle mit einem Gasdiffusionssubstrat

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080299430A1 (en) * 2004-06-21 2008-12-04 Nissan Motor Co., Ltd. Gas Diffusion Electrode and Solid Polymer Electrolyte Fuel Cell
TW200921977A (en) * 2007-11-15 2009-05-16 Atomic Energy Council Method of manufacturing membrane fuel cell electrode using carbon nanomaterials for bearing catalyst by low-voltage electrophoretic deposition
CN102104152A (zh) * 2009-12-22 2011-06-22 三菱丽阳株式会社 多孔质电极基材及其制造方法、使用了该基材的膜-电极接合体及固体高分子型燃料电池

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2077094C1 (ru) * 1994-12-28 1997-04-10 Владимир Владимирович Бекеш Газодиффузионный электрод для химических источников тока
JP3591123B2 (ja) 1996-03-08 2004-11-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池および燃料電池用電極
JP3444530B2 (ja) 1998-10-13 2003-09-08 松下電器産業株式会社 燃料電池
JP2004164903A (ja) 2002-11-11 2004-06-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子電解質型燃料電池及びその電極の製造方法
US7923172B2 (en) * 2003-11-14 2011-04-12 Basf Fuel Cell Gmbh Structures for gas diffusion materials and methods for their fabrication
JP4457267B2 (ja) * 2004-01-30 2010-04-28 大日本印刷株式会社 ガス拡散用電極及び燃料電池
US7063913B2 (en) * 2004-08-25 2006-06-20 General Motors Corporation Diffusion media with microporous layer
JP2006324104A (ja) * 2005-05-18 2006-11-30 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用ガス拡散層、および、これを用いた燃料電池
US7625661B2 (en) * 2005-08-30 2009-12-01 Gm Global Technology Operations, Inc. Diffusion media with continuous micro-porous layers incorporating non-uniformity
GB0601943D0 (en) * 2006-02-01 2006-03-15 Johnson Matthey Plc Microporous layer
US7413826B2 (en) * 2006-02-16 2008-08-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Anode electrodes for direct oxidation fuel cells and systems operating with concentrated liquid fuel
US20070218344A1 (en) * 2006-03-20 2007-09-20 Chunxin Ji Diffusion media with vapor deposited fluorocarbon polymer
JP5300191B2 (ja) * 2006-11-02 2013-09-25 キヤノン株式会社 固体高分子型燃料電池用膜電極接合体及び固体高分子型燃料電池
KR100969476B1 (ko) * 2006-12-12 2010-07-14 주식회사 엘지화학 연료전지용 막-전극 접합체 및 연료전지
US7704629B2 (en) * 2007-01-22 2010-04-27 Panasonic Corporation Direct oxidation fuel cells with improved cathode gas diffusion media for low air stoichiometry operation
JP5233183B2 (ja) * 2007-04-27 2013-07-10 株式会社エクォス・リサーチ 燃料電池及び燃料電池システム。
JP5260009B2 (ja) * 2007-09-25 2013-08-14 株式会社Ｅｎｅｏｓセルテック 膜電極接合体および燃料電池
RU2382444C2 (ru) * 2008-03-18 2010-02-20 Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационая компания "НЭП") Способ изготовления мембранно-электродного блока топливного элемента
TWI431843B (zh) * 2008-12-31 2014-03-21 Ind Tech Res Inst 膜電極組結構及其製作方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080299430A1 (en) * 2004-06-21 2008-12-04 Nissan Motor Co., Ltd. Gas Diffusion Electrode and Solid Polymer Electrolyte Fuel Cell
TW200921977A (en) * 2007-11-15 2009-05-16 Atomic Energy Council Method of manufacturing membrane fuel cell electrode using carbon nanomaterials for bearing catalyst by low-voltage electrophoretic deposition
CN102104152A (zh) * 2009-12-22 2011-06-22 三菱丽阳株式会社 多孔质电极基材及其制造方法、使用了该基材的膜-电极接合体及固体高分子型燃料电池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI666343B (zh) * 2017-01-13 2019-07-21 日商旭化成股份有限公司 電解用電極、電解槽、電極積層體及電極之更新方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2561720C1 (ru) 2015-09-10
EP2800180B1 (en) 2018-03-07
US20140329164A1 (en) 2014-11-06
CN103975470A (zh) 2014-08-06
EP2800180A1 (en) 2014-11-05
KR20140090700A (ko) 2014-07-17
CN103975470B (zh) 2017-08-25
CA2858136A1 (en) 2013-07-04
BR112014014906A2 (pt) 2017-06-13
KR101533205B1 (ko) 2015-07-01
JPWO2013099720A1 (ja) 2015-05-07
EP2800180A4 (en) 2015-06-10
WO2013099720A1 (ja) 2013-07-04
JP5614462B2 (ja) 2014-10-29
TW201338255A (zh) 2013-09-16
CA2858136C (en) 2017-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI565132B (zh) 燃料電池用氣體擴散電極基材及其製造方法、膜電極接合體、及燃料電池
TWI597889B (zh) 燃料電池用氣體擴散層、及其製造方法
KR102121822B1 (ko) 연료 전지용 가스 확산 전극 기재
TWI574453B (zh) 燃料電池用氣體擴散電極基材
KR102120691B1 (ko) 가스 확산 전극 기재, 및 그것을 구비하는 막 전극 접합체 및 연료 전지
JP6070889B2 (ja) 炭素シート、ガス拡散電極基材および燃料電池
JP6287490B2 (ja) 固体高分子形燃料電池
TWI644478B (zh) Gas diffusion electrode substrate, manufacturing method and application thereof
WO2016076132A1 (ja) ガス拡散電極基材およびガス拡散電極基材の製造方法
JP6205718B2 (ja) 燃料電池ガス拡散層、膜電極接合体、および燃料電池
JPWO2016060045A1 (ja) 炭素シート、ガス拡散電極基材、および燃料電池
JP2015015226A (ja) 燃料電池用ガス拡散電極基材およびその製造方法
JP6798316B2 (ja) 炭素シート、ガス拡散電極基材、巻回体、および燃料電池
JP2017202948A (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
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees