TWI668908B - Gas diffusion electrode substrate and method of manufacturing same - Google Patents

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Abstract

本發明所提供的氣體擴散電極基材，係抑制因細孔遭阻塞而造成氣體擴散性降低，俾抑制發電性能降低，且朝系統外的水排出性優異。本發明的氣體擴散電極基材，係在電極基材的一表面上，配置微孔層(以下稱MPL)的氣體擴散電極基材，其中，厚度係110μm以上且240μm以下；當氣體擴散電極基材的截面分為具MPL的部分與未具MPL的部分，且未具MPL的部分二等分為接觸MPL的部分(以下稱CP1截面)、與未接觸MPL的部分(以下稱CP2截面)時，CP1截面的F/C比係0.03以上且0.10以下，CP2截面的F/C比係未滿0.03。其中，「F」係指氟原子的質量；「C」係指碳原子的質量。

Description

氣體擴散電極基材及其製造方法
燃料電池係電氣式取出當使氫與氧進行反應而生成水時所產生能量的機構，由於能量效率高、且排出物僅為水，因而被期待作為潔淨能源。本發明係關於燃料電池所使用的氣體擴散電極基材及其製造方法，特別係關於燃料電池中使用作為燃料電池車等之電源的固態高分子形燃料電池所使用的氣體擴散電極基材及其製造方法。
固態高分子形燃料電池所使用的電極係在高分子電解質膜的雙面，具有由：在高分子電解質膜表面上所形成的觸媒層、以及在該觸媒層外側所形成的氣體擴散層構成的構造。用於形成電極中之氣體擴散層的各個構件係流通有電極基材。所以，對該電極基材要求的性能可舉例如：氣體擴散性、為集電在觸媒層所產生電氣的導電性、以及為能效率佳地除去在觸媒層表面上所產生水分的排水性等。為能獲得此種電極基材，一般係使用兼具氣體擴散能力與導電性的導電性多孔質基材。
導電性多孔質基材具體而言係使用由碳纖維構成的碳氈、碳紙及碳布等，其中，從機械強度等觀點，較佳係碳紙。
再者，燃料電池係電氣式取出當氫與氧進行反應而生成水時所產生能量的系統，因而若電氣負荷變大、即若增加取出於 電池外部的電流，便會產生大量的水(水蒸氣)，該水蒸氣在低溫時會冷凝成為水滴，若阻塞到氣體擴散層的細孔，則氣體(氧或氫)對觸媒層的供應量會降低，最終若所有細孔均遭阻塞，便停止發電。此現象稱為溢流(flooding)。
為儘可能不使該溢流發生，反言之，為儘可能增加引發溢流的電流值，對氣體擴散層要求排水性。提高該排水性的手段通常係使用對導電性多孔質基材施行撥水處理的電極基材，俾提高撥水性。
再者，提案有：藉由電極基材內的撥水材料量係從觸媒層側朝另一側呈連續減少，而更加提升排水性的技術。(專利文獻1、2)
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利第5079195號公報
專利文獻2：日本專利特開2014-63730號公報
專利文獻1係提案：為抑制撥水液滲入於導電性多孔質基材，一邊加熱導電性多孔質基材一邊塗佈撥水液的方法。但是，若一邊加熱導電性多孔質基材一邊塗佈撥水液，導電性多孔質基材靠觸媒層側的撥水材料量不足，在缺乏撥水性部位處水會冷凝，阻礙水排出於系統外。
專利文獻2係提案：從導電性多孔質基材的單面，塗 佈由碳粉與撥水材料構成的塗佈液，使塗佈液中的撥水材料滲入於導電性多孔質基材中的方法。提案有：對導電性多孔質基材未施行任何處理的情況，以及以前處理(pretreatment)之形式使導電性多孔質基材含浸於界面活性劑溶液，而使塗佈液更容易滲入導電性多孔質基材的情況。但是，不僅塗佈液中的撥水材料，就連碳粉亦滲入於導電性多孔質基材，因此細孔遭阻塞而氣體擴散性降低，且發電性能降低。又，特別係使用界面活性劑施行前處理時，撥水材料與碳粉會到達經塗佈液塗佈之一側的相反側，而有阻礙水排出於系統外的問題。
本發明係為解決上述問題而採用如下述手段。
一種氣體擴散電極基材，係在電極基材的一表面上，配置微孔層(以下稱MPL)的氣體擴散電極基材，其中，厚度係110μm以上且240μm以下；當氣體擴散電極基材的截面分為具MPL的部分與未具MPL的部分，且未具MPL的部分二等分為接觸MPL的部分(以下稱CP1截面)、與未接觸MPL的部分(以下稱CP2截面)時，CP1截面的F/C比係0.03以上且0.10以下，CP2截面的F/C比係未滿0.03。
其中，「F」係指氟原子的質量；「C」係指碳原子的質量。
利用本發明之氣體擴散電極基材構成氣體擴散層的燃料電池，在燃料電池的低溫條件、即在燃料電池內部水蒸氣冷凝而產生水滴的條件下，高電流密度下的發電性能呈良好。
1‧‧‧氣體擴散電極基材
2‧‧‧MPL
3‧‧‧電極基材
4‧‧‧CP1截面
5‧‧‧CP2截面
6‧‧‧具MPL的部分與未具MPL的部分之邊界
圖1係本發明氣體擴散電極基材的示意截面圖。
圖2係本發明氣體擴散電極基材具有MPL之部分與未具有MPL之部分的邊界說明圖。
本發明的氣體擴散電極基材係在電極基材的一表面上配置微孔層(以下稱MPL)。
另外，本發明將在電極基材的一表面上配置有MPL者，稱為「氣體擴散電極基材」。「氣體擴散電極基材」係相當於燃料電池電極中之氣體擴散層的個別構件。而所謂「電極基材」係指含氟原子的「導電性多孔質基材」。
本發明中，氣體擴散層必需具有：為將從隔板供應的氣體擴散於觸媒的高氣體擴散性、為將隨著電化學反應所生成的水排出於隔板的高排水性、以及為取出所產生電流的高導電性。所以，用於構成氣體擴散層的氣體擴散電極基材所使用的電極基材，係使用由具導電性、且平均細孔徑通常10~100μm的多孔體所構成的導電性多孔質基材。
此處，導電性多孔質基材具體而言較佳係使用例如：碳纖維織物、碳纖維抄紙體、碳纖維不織布、碳氈、碳紙、碳布等含碳纖維的多孔質基材；發泡燒結金屬、金屬篩網、多孔金屬等金屬多孔質基材。其中，從耐腐蝕性優異的觀點，導電性多孔質基材較佳係使用含碳纖維的多孔質基材，又從吸收電解質膜之厚度方向尺寸變化的特性、即「彈簧性」優異的觀點，較適當係使用由碳纖 維抄紙體利用碳化物相黏結而成基材的碳紙。本發明中，碳紙係藉由使樹脂含浸於碳纖維抄紙體中並進行碳化而獲得。
碳纖維係可舉例如：聚丙烯腈(PAN)系、瀝青系、縲縈系等碳纖維。其中，從機械強度優異的觀點，本發明較佳係使用PAN系、瀝青系碳纖維。
本發明中，導電性多孔質基材或電極基材的厚度較佳係210μm以下。又，導電性多孔質基材或電極基材的厚度較佳係90μm以上。若導電性多孔質基材或電極基材的厚度在210μm以下，當使用其形成氣體擴散電極基材時，厚度方向的氣體擴散距離縮短，而提升氣體擴散性，且由於排水的路徑縮短，因而提升排水性，俾能抑制溢流，又導電的路徑縮短，而提升導電性，在高溫或低溫下均能提升發電性能。
另一方面，若導電性多孔質基材或電極基材的厚度係90μm以上，當從導電性多孔質基材的一表面施行撥水處理時，由於撥水材料不會滲出於另一面，因而CP2截面的F/C比係0.01以下，且由於水滴能順暢地排出於系統外，因而排水性提升，由於能抑制溢流，因而低溫下的發電性提升。又，若導電性多孔質基材或電極基材的厚度係90μm以上，則使用其形成氣體擴散電極基材時，面內方向的氣體擴散性提升，可更輕易地朝隔板肋條下的觸媒進行氣體供應，因而在高溫、低溫下均可提升發電性能。又，若導電性多孔質基材或電極基材的厚度係90μm以上，導電性多孔質基材的機械強度更加提升，使用其形成氣體擴散電極基材時，容易支撐電解質膜、觸媒層。
此處，導電性多孔質基材或電極基材的厚度係在依面 壓0.15MPa施行加壓的狀態下，使用測微器便可求得。將10個地方的各測定值平均，將該平均值設為導電性多孔質基材或電極基材的厚度。
本發明中，如前述，含氟原子的導電性多孔質基材係電極基材。所以，例如藉由對導電性多孔質基材賦予氟樹脂，便形成屬於含氟原子之導電性多孔質基材的電極基材。此處，氟樹脂等的氟原子係以撥水材料的形式作用。另外，導電性多孔質基材是否含有氟原子、即某基材是否隸屬電極基材，係利用後述CP1截面的F/C比、CP2截面的F/C比、MPL配置側之相反側表面的F/C比之至少一者是否大於0進行判斷。
為獲得電極基材，賦予導電性多孔質基材較適當的氟樹脂係可舉例如：PTFE(聚四氟乙烯)(例如「鐵氟龍」(註冊商標))、FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚合體)、PFA(全氟烷氧基氟樹脂)、ETFA(乙烯-四氟乙烯共聚合體)、PVDF(聚偏二氟乙烯)、PVF(聚氟乙烯)等。其中，較佳係使用熔點200℃以上且320℃以下的氟樹脂。若使用此種氟樹脂，則氟樹脂熔融時會成為低黏度，而減少氟樹脂的偏移、即氟原子的偏移，使用此種電極基材的氣體擴散電極基材之發電性能提升。熔點200℃以上且320℃以下的氟樹脂係可舉例如FEP或PFA，更佳係FEP。
本發明氣體擴散電極基材中的電極基材係撥水材料的量、即氟原子量從觸媒層側朝另一側連續減少。即，本發明的氣體擴散電極基材係如圖1所示，將氣體擴散電極基材1的截面區分為設有MPL的部分(MPL 2)、與未設有MPL的部分(電極基材3)，且將未設有MPL的部分2等分為接觸MPL的部分(CP1截面4)、 與未接觸MPL的部分(CP2截面5)時，CP1截面的F/C比係0.03以上且0.10以下，CP2截面的F/C比係未滿0.03，較佳CP2截面的F/C比係0.01以下。此處，「F」係指氟原子的質量，「C」係指碳原子的質量。CP2截面的F/C比下限係0。
而，用於將CP2截面的F/C比設為未滿0.03的方法並無特別的限定。例如藉由從厚度90μm以上的導電性多孔質基材的一面塗佈撥水材料，便可將CP2截面的F/C比設為未滿0.03。
將CP1截面的F/C比設為0.03以上且0.10以下的方法並無特別的限定。例如將使用作為撥水材料的氟樹脂塗佈量，相對於導電性多孔質基材100質量份設為1~5質量份，便可將CP1截面的F/C比設為0.03以上且0.10以下。
F/C比係表示造成撥水性的撥水材料之氟樹脂存在量指標。F/C比越大係表示撥水性越高。若CP1截面的F/C比係0.03以上便具有充分的撥水性，可防止水滴滯留於CP1。又，若CP1截面的F/C比係0.10以下，則在觸媒層表面產生，通過MPL並朝CP1的水滴不會被擠回，可導入於電極基材並排出於系統外。若CP2截面的F/C比未滿0.03，則從CP1朝CP2的水滴會被排出於系統外。若係0.03以上，則會阻礙水滴排出於系統外的撥水材料，而排水性降低。
此處，將氣體擴散電極基材的截面區分為具MPL的部分、與未具MPL的部分時，如圖2所示，依包含MPL滲入於電極基材最深部分前端的方式，劃出與基材表面呈平行的直線便可決定。詳細容後述。
若本發明氣體擴散電極基材配置有MPL之一側的相 反側的表面F/C比係0.01以下，則從CP1朝CP2的水滴會被排出於系統外，故較佳。配置有MPL之一側的相反側之表面F/C比下限係0。
將配置有MPL之一側的相反側之表面F/C比設定為0.01以下的方法並無特別的限定。例如可利用從厚度90μm以上的導電性多孔質基材的一面塗佈撥水材料的方法。
若本發明的氣體擴散電極基材配置有MPL之一側的表面F/C比係0.10以上，便具有充分撥水性，可防止水滴滯留於MPL，故較佳。又，若配置有MPL之一側的表面F/C比係0.40以下，則從觸媒朝MPL的水滴不會被擠回，能防止在觸媒層與MPL之間滯留水，故較佳。為將氣體擴散電極基材配置有MPL之一側的表面F/C比設為0.10以上且0.40以下，可舉例如使MPL含有氟樹脂的方法。
本發明的氣體擴散電極基材係在電極基材的一表面上配置MPL。MPL係具有：為將從隔板供應的氣體擴散於觸媒的面垂直方向高氣體擴散性、為將隨著電化學反應所生成的溶液水排出於隔板的高排水性、以及為取出所產生電流的高導電性。又，MPL亦具有促進水分朝電解質膜的逆擴散、以及濕潤電解質膜的機能。本發明重點在於：MPL係僅配置於電極基材的一表面。若MPL配置於電極基材的雙面上，則由於電極基材與隔板間亦配置有高撥水性MPL，因而會阻礙從電極基材內部的排水，降低低溫下的發電性能。
本發明氣體擴散電極基材的製造方法並無特別的限定。特別適當係具有從導電性多孔質基材的一表面噴霧或塗佈含氟 樹脂之分散液的步驟，接著再於該表面配置MPL的製造方法。以下，針對本發明氣體擴散電極基材之製造方法進行說明。
本發明的電極基材係含氟原子的導電性多孔質基材。此係藉由對導電性多孔質基材賦予撥水材料，所謂施行撥水處理，便可獲得。撥水處理係從導電性多孔質基材的一表面塗佈上述含氟樹脂之分散液，接著再施行熱處理便可實施。撥水材料塗佈時，較佳係利用噴霧器等施行噴霧、或利用模具塗佈機等施行塗佈。撥水處理時的氟樹脂塗佈量，相對於導電性多孔質基材100質量份，較佳係1~5質量份。若氟樹脂的塗佈量係1質量份以上，電極基材成為排水性優異者，故較佳。又，若氟樹脂的塗佈量係5質量份以下，則電極基材成為導電性優異者，故較佳。氟樹脂塗佈後，較佳係依90℃以上且未滿200℃施行乾燥。本發明的氣體擴散電極基材較佳係依此從導電性多孔質基材的一表面施行撥水處理後，再於該表面上配置MPL的製造方法。
MPL係由含例如：碳黑、碳奈米管、碳奈米纖維、碳纖維的短纖、石墨烯、石墨等導電性微粒子構成。導電性微粒子較佳係使用碳黑、碳奈米管、碳奈米纖維、石墨烯。碳黑就雜質少且不易降低觸媒活性的觀點，可適當使用乙炔黑。
再者，MPL係要求導電性、氣體擴散性、水之排水性、或保濕性、導熱性等特性，進而要求燃料電池內部陽極側的耐強酸性、陰極側的耐氧化性。所以，MPL較佳係除導電性微粒子之外，尚含有以氟樹脂為代表的撥水性樹脂。MPL所使用的氟樹脂係與電極基材所使用的氟樹脂同樣，較適當為PTFE、FEP、PFA、ETFA等。就撥水性最高的觀點，較佳係PTFE。但是，由於PTFE的熔 點高達330℃左右，因而亦具有必需將後述燒結溫度設為350℃以上的缺點。考慮到此點，亦建議使用FEP等熔點300℃以下的氟樹脂。熔點的下限係溶劑的沸點以上，實質上係100℃左右、較佳係150℃以上。
為在電極基材上設置MPL，一般係採行在電極基材的一表面上塗佈MPL形成用塗液(以下稱MPL塗液)。MPL塗液通常係含有上述導電性微粒子、與水或醇等溶劑，大多亦調配有用於分散導電性微粒子的界面活性劑等。又，為使MPL含有撥水性樹脂，預先在MPL塗液中調配撥水性樹脂。
MPL塗液朝電極基材的塗佈係可使用市售各種塗佈裝置實施。塗佈方式係可使用網版印刷、滾網印花、噴霧器噴霧、凹版印刷、凹版印刷、模具塗佈機塗佈、棒塗佈、刮刀塗佈等。為能不受電極基材表面粗糙度的影響而達到塗佈量的定量化，較佳係利用模具塗佈機施行塗佈。以上所例示的塗佈方法僅為例示，未必侷限於該等。
經塗佈MPL塗液後，在除去導電性微粒子分散時所使用的界面活性劑之目的下、及暫時溶解氟樹脂而使導電性微粒子黏結之目的下，施行燒結。燒結的溫度係依較高於界面活性劑沸點或分解溫度、及氟樹脂熔解溫度實施。當使用PTFE時，由於熔點係330℃附近，因而最好依330℃以上、較佳係350℃以上的燒結溫度、且30秒以上的條件施行燒結為佳。但，若燒結溫度過高，則會有氟樹脂分解的顧慮，因而通常上限係400℃左右。又，關於燒結時間從生產性的觀點，通常上限係60分鐘左右。
界面活性劑就雜質少的觀點，一般係使用非離子系界 面活性劑。可使用：辛基苯氧基聚乙氧乙醇(octylphenoxy polyethoxy ethanol)(「TRITON(註冊商標)」X-100 Nacalai Tesque(股)製等)、聚氧乙烯烷基醚、聚乙烯醇等。
電極基材二側的表面中，較佳係在截面F/C比為0.03以上且0.10以下之CP1側設置MPL。即，本發明較適當的製造方法中，較佳係具有從導電性多孔質基材的一表面塗佈含上述氟樹脂之分散液的步驟，接著再從該表面側塗佈MPL塗液。燃料電池中，因反應所生成的水分係在觸媒層產生。即，氣體擴散電極基材中會在設有MPL之側產生水分。當所產生的水分出現冷凝成為水滴時，水滴會從撥水性較高區域朝較低區域移動。所以，在電極基材高撥水性之側的面上設置MPL，較容易將所產生水滴朝隔板側排除，故較佳。
本發明中，氣體擴散電極基材的厚度係240μm以下。又，氣體擴散電極基材的厚度係110μm以上。若氣體擴散電極基材的厚度係240μm以下，則厚度方向的氣體擴散距離縮短，而提升氣體擴散性，且由於排水路徑縮短，因而提升排水性，俾能抑制溢流，又導電路徑縮短，而提升導電性，在高溫、低溫下均能提升發電性能。另一方面，若氣體擴散電極基材的厚度係110μm以上，則面內方向的氣體擴散性提升，可更輕易地朝隔板肋條下的觸媒進行氣體供應，因而在高溫、低溫下均可提升發電性能。
具有該厚度的氣體擴散電極基材係藉由控制導電性多孔質基材的厚度與MPL的厚度便可獲得。此處，氣體擴散電極基材的厚度係在依面壓0.15MPa施行加壓的狀態下，使用測微器便可求得，將10個地方的各測定值平均，將該平均值設為氣體擴散 電極基材的厚度。
本發明中，氣體擴散電極基材在厚度方向的氣體擴散性，較佳係30%以上。若氣體擴散性係30%以上，則在高溫、低溫下均能獲得高發電性能。厚度方向的氣體擴散性越高越佳。但是，組裝於燃料電池時，若空隙率過高，則對燃料電池內部施加壓力時無法維持其構造，因而認為氣體擴散性的上限值係40%左右。
為將氣體擴散電極基材在厚度方向的氣體擴散性設定為30%以上，可舉例如將所使用電極基材的厚度設為210μm以下的方法。
本發明的氣體擴散電極基材係在雙面設有觸媒層的電解質膜二側，依接觸於觸媒層與氣體擴散電極基材之MPL的方式施行壓接，進而組裝隔板等構件並組裝單電池便可使用作為燃料電池。
[實施例]
以下，利用實施例針對本發明進行更具體說明。實施例與比較例所使用的材料、各種評價方法係如下示。
<電極基材之製作>
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)裁切為平均長度12mm，使分散於水中並利用濕式抄紙法連續地施行抄紙。又，將作為黏合劑的聚乙烯醇之10質量%水溶液塗佈於該抄紙上，經乾燥便製得抄紙體。聚乙烯醇的塗佈量係相對於抄紙體100質量份為22質量份。
熱硬化性樹脂係使用可溶酚醛樹脂型(resol type)酚樹 脂與酚醛清漆型(novolac type)酚樹脂依1：1質量比混合而成的樹脂，碳系填料係使用鱗片狀石墨(平均粒徑5μm)，溶劑係使用甲醇，依熱硬化性樹脂/碳系填料/溶劑=10質量份/5質量份/85質量份的調配比將該等混合，使用超音波分散裝置施行1分鐘攪拌，獲得均勻分散的樹脂組成物。
將裁切為15cm×12.5cm的抄紙體浸漬於充滿鋁盤的樹脂組成物中，依相對於碳纖維100質量份，樹脂成分(熱硬化性樹脂+碳系填料)成為130質量份的方式含浸後，依100℃加熱5分鐘而使乾燥，便製得預含浸體。接著，一邊利用平板壓合機施行加壓，一邊依180℃施行5分鐘熱處理。另外，加壓時在平板壓合機中配置間隔物而調整上下壓合面板的間隔。
將預含浸體經熱處理的基材導入於加熱爐中，該加熱爐係維持在氮氣環境氣體下、且最高溫度為2400℃，便獲得導電性多孔質基材。
相對於導電性多孔質基材99質量份，將1質量份的FEP(大金工業股份有限公司製「NEOFLON」(註冊商標)ND-110)利用噴霧器由導電性多孔質基材的一面施行噴霧，再依100℃加熱5分鐘而施行熱處理，便製得厚度160μm的電極基材。
<MPL之形成>
使用狹縫模具式塗佈機，在電極基材已塗佈FEP的面上形成MPL。此處所使用的MPL塗液中，導電性微粒子係使用屬於碳黑一種的乙炔黑(電氣化學工業股份有限公司製「DENKA BLACK」(註冊商標))，氟樹脂係使用PTFE(大金工業股份有限公司製 「POLYFLON」(註冊商標)D-1E)，界面活性劑係使用Nacalai Tesque股份有限公司製「TRITON」(註冊商標)X-100，分散媒係使用純化水。依成為導電性微粒子7.7質量份、氟樹脂4質量份、界面活性劑14質量份、及分散媒74.3質量份的方式調整並調配。使用模具塗佈機在電極基材上塗佈MPL塗液後，依100℃ 5分鐘、380℃ 10分鐘施行加熱(燒結)，便製得厚度194μm的氣體擴散電極基材。
<氣體擴散電極基材之F/C比測定>
針對氣體擴散電極基材配置有MPL之一側的表面、及配置有MPL之一側的相反側表面之F/C比，依下述方式施行測定。
將氣體擴散電極基材裁切為5×5mm。使用SEM-EDX(能量散佈式螢光X射線)，將裁切為5×5mm的氣體擴散電極基材的一部分放大為200倍。依加速電壓5keV、掃描寬度20μm、直線掃描間隔50μm施行欲測定表面的元素分析。定量氟與碳所對應的X射線量(計數值)，求得F/C比。
再者，針對氣體擴散電極基材的截面F/C比，係依下述方式施行測定。
將氣體擴散電極基材呈水平放置，使用單面刀對水平面的垂直方向施行切片而現出截面。使用SEM-EDX(能量散佈式螢光X射線)，依從接近一表面的部分至接近另一表面的部分之視野(全體視野)收入於螢幕畫面中的方式調整擴大倍率。依加速電壓5keV、掃描寬度20μm、直線掃描間隔50μm施行氣體擴散電極基材截面的元素分析。定量氟與碳所對應的X射線量(計數值)，求得F/C比。
另外，截面的F/C比測定係分別針對氣體擴散電極基材截面中，未具MPL的部分的CP1截面與CP2截面施行。此處，如圖2所示，具MPL的部分與未具MPL的部分之邊界6，係設為依包含MPL滲入電極基材最深部分前端的方式，劃出與基材表面呈平行的直線。
另外，SEM-EDX係使用在日立製SEM H-3000中附加有能量散佈式螢光X射線分析裝置SEMEDEX Type-H的裝置。
<厚度方向之氣體擴散性評價>
使用西華產業製氣體水蒸氣透過擴散評價裝置(MVDP-200C)。在氣體擴散電極基材的一側(初級側)流通預測定擴散性的氣體，並在另一側(次級側)流通氮氣。將初級側與次級側的差壓控制於0Pa附近(0±3Pa)。即，預先設為幾乎沒有因壓力差所造成的氣體流動，僅有因分子擴散所造成的氣體移動現象的狀態。利用次級側的氣體濃度計，測定到達平衡時的氣體濃度，將該值(%)設為厚度方向的氣體擴散性。
<發電性能評價>
將所獲得氣體擴散電極基材在電解質膜‧觸媒層一體化品(在日本戈爾製的電解質膜「GORE-SELECT(註冊商標)」雙面上，形成有日本戈爾製觸媒層「PRIMEA(註冊商標)」者)的二側，依觸媒層與MPL相接觸的方式夾置，利用施行熱壓，而製得膜電極接合體(MEA)。將該膜電極接合體組裝於燃料電池用單元電池，依電池溫度57℃、燃料利用效率70%、空氣利用效率40%、陽極側的氫、 陰極側的空氣分別露點成為57℃、57℃的方式加濕而使發電。將電流密度1.9A/cm2時的輸出電壓設為耐溢流性指標。
(實施例1)
依照<電極基材之製作>與<MPL之形成>所記載方法，獲得氣體擴散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發電性能，結果如表1所記載，輸出電壓0.40V(運轉溫度57℃、加濕溫度57℃、電流密度1.9A/cm2)，耐溢流性亦良好。其他的測定結果，如表1所記載。
(實施例2)
除在<電極基材之製作>中，相對於導電性多孔質基材95質量份，將5質量份FEP利用噴霧器從導電性多孔質基材的一面施行噴霧，並依100℃加熱5分鐘施行熱處理而製得電極基材之外，其餘均依照<電極基材之製作>與<MPL之形成>所記載方法，獲得氣體擴散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發電性能，結果如表1所記載，輸出電壓0.42V(運轉溫度57℃、加濕溫度57℃、電流密度1.9A/cm2)，耐溢流性亦良好。其他的測定結果，如表1所記載。
(實施例3)
除在<電極基材之製作>中，相對於導電性多孔質基材95質量份，將5質量份FEP利用模具塗佈機從導電性多孔質基材的一面施行塗佈，並依100℃加熱5分鐘施行熱處理而製得電極基材之 外，其餘均依照<電極基材之製作>與<MPL之形成>所記載方法，獲得氣體擴散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發電性能，結果如表1所記載，輸出電壓0.41V(運轉溫度57℃、加濕溫度57℃、電流密度1.9A/cm2)，耐溢流性亦良好。其他的測定結果，如表1所記載。
(實施例4)
除在<電極基材之製作>中，相對於導電性多孔質基材93質量份，將7質量份FEP利用模具塗佈機從導電性多孔質基材的一面施行塗佈，並依100℃加熱5分鐘施行熱處理而製得電極基材之外，其餘均依照<電極基材之製作>與<MPL之形成>所記載方法，獲得氣體擴散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發電性能，結果如表1所記載，輸出電壓0.40V(運轉溫度57℃、加濕溫度57℃、電流密度1.9A/cm2)，耐溢流性亦良好。其他的測定結果，如表1所記載。
(比較例1)
除在<電極基材之製作>中，未施行撥水加工，在<MPL之形成>中，並非在電極基材而是在導電性多孔質基材的一面上形成MPL之外，其餘均依照<電極基材之製作>與<MPL之形成>所記載方法，獲得氣體擴散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發電性能，結果如表1所記載，輸出電壓0.38V(運轉溫度57℃、加濕溫度57℃、電流密度1.9A/cm2)，耐溢流性呈略差的結果。其他的測定結果，如表1所記載。
(比較例2)
除在<電極基材之製作>中，相對於導電性多孔質基材99質量份，依成為1質量份FEP的方式施行含浸撥水，且依100℃加熱5分鐘使乾燥而製作電極基材之外，其餘均依照<電極基材之製作>與<MPL之形成>所記載方法，獲得氣體擴散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發電性能，結果如表1所記載，輸出電壓0.35V(運轉溫度57℃、加濕溫度57℃、電流密度1.9A/cm2)，耐溢流性呈略差的結果。其他的測定結果，如表1所記載。
(比較例3)
除在<電極基材之製作>中，依成為厚度70μm電極基材的方式，在平板壓合機中配置間隔物而調整上下壓合面板的間隔之外，其餘均依照<電極基材之製作>與<MPL之形成>所記載方法，獲得氣體擴散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發電性能，結果如表1所記載，輸出電壓0.30V(運轉溫度57℃、加濕溫度57℃、電流密度1.9A/cm2)，耐溢流性呈略差的結果。其他的測定結果，如表1所記載。
(比較例4)
除在<電極基材之製作>中，依成為厚度230μm電極基材的方式，在平板壓合機中配置間隔物而調整上下壓合面板的間隔之外，其餘均依照<電極基材之製作>與<MPL之形成>所記載方法，獲得氣體擴散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發電性能，結果 如表1所記載，輸出電壓0.25V(運轉溫度57℃、加濕溫度57℃、電流密度1.9A/cm2)，耐溢流性呈略差的結果。其他的測定結果，如表1所記載。
表中，「CP1 F/C比」係指CP1截面的F/C比，「CP2 F/C比」係指CP2截面的F/C比，「MPL表面F/C比」係指「配置有MPL之一側的表面F/C比，「MPL相反面F/C比」係指配置有MPL之一側的相反側表面之F/C比。

Claims (7)

  1. 一種氣體擴散電極基材，係在電極基材的一表面上，配置微孔層(以下稱MPL)的氣體擴散電極基材，其中，厚度係110μm以上且240μm以下；當氣體擴散電極基材的截面分為具MPL的部分與未具MPL的部分，且未具MPL的部分二等分為接觸MPL的部分(以下稱CP1截面)、與未接觸MPL的部分(以下稱CP2截面)時，CP1截面的F/C比係0.03以上且0.10以下，CP2截面的F/C比係未滿0.03；此處「F」係指氟原子的質量；「C」係指碳原子的質量。
  2. 如請求項1之氣體擴散電極基材，其中，上述CP2截面的F/C比係0.01以下。
  3. 如請求項1之氣體擴散電極基材，其中，上述氣體擴散電極基材之與配置有MPL之一側為相反側的表面F/C比，係0.01以下。
  4. 如請求項1或2之氣體擴散電極基材，其中，上述氣體擴散電極基材之配置有MPL之一側的表面F/C比，係0.10以上且0.40以下。
  5. 如請求項1至3中任一項之氣體擴散電極基材，其中，厚度方向的氣體擴散性係30%以上。
  6. 一種氣體擴散電極基材之製造方法，係製造請求項1至5中任一項之氣體擴散電極基材的方法，其特徵係具有從導電性多孔質基材的一表面噴霧含氟樹脂之分散液的步驟，接著再於該表面上配置MPL。
  7. 一種氣體擴散電極基材之製造方法，係製造請求項1至5中任一項之氣體擴散電極基材的方法，其特徵係具有從導電性多孔質基材的一表面塗佈含氟樹脂之分散液的步驟，接著再於該表面上配置MPL。
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