TWI692144B - 氣體擴散電極 - Google Patents

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Abstract

本發明提供使性能與耐久性並存之燃料電池氣體擴散層。本發明係一種氣體擴散電極，其係於導電性多孔質基材的至少單面上具有微多孔層之氣體擴散電極，其特徵為：前述微多孔層至少具有接於導電性多孔質基材的第1微多孔層及第2微多孔層，前述第2微多孔層係在微多孔層之最表層，前述第2微多孔層包含具有線狀部分的導電性材料。

Description

氣體擴散電極
燃料電池係將使氫與氧反應而生成水時產生的能量予以電性取出之機構，由於能量效率高，排出物僅為水，故期待其作為綠能之普及。本發明關於燃料電池所用之氣體擴散電極，尤其關於燃料電池中作為燃料電池車等之電源使用的高分子電解質型燃料電池中所用之氣體擴散電極。
高分子電解質型燃料電池中所使用的電極，係在高分子電解質型燃料電池中被2個隔板夾住而配置於其間者，於高分子電解質膜之兩面，具有由形成在高分子電解質膜之表面上的觸媒層與形成在此觸媒層的外側之氣體擴散層所構成之構造。作為形成電極的氣體擴散層用之個別構件，氣體擴散電極係流通。而且，作為該氣體擴散電極所要求之性能，可舉出例如氣體擴散性、將在觸媒層所發生的電予以集電用之導電性、及高效率地去除在觸媒層表面所發生的水分之排水性等。為了得到如此的氣體擴散電極，一般使用兼具氣體擴散能力及導電性之導電性多孔質基材。
作為導電性多孔質基材，具體而言使用由碳 纖維所成的碳氈、碳紙及碳布等，其中從機械強度等之點來看，最佳為碳紙。
又，燃料電池由於是將氫與氧反應而生成水時所產生的能量予以電性取出之系統，故若電的負荷變大，即若增大往電池外部取出的電流則產生大量的水(水蒸氣)，此水蒸氣係在低溫凝結成為水滴，若堵塞氣體擴散電極的細孔，則氣體(氧或氫)對觸媒層的供給量降低，若最終地堵塞全部的細孔，則停止發電(將此現象稱為溢流(flooding))。
為了使此溢流儘可能地不發生，於氣體擴散電極中要求排水性。作為提高此排水性的手段，通常使用對導電性多孔質基材施有撥水處理的氣體擴散電極而提高撥水性。
又，若將如上述經撥水處理的導電性多孔質基材直接作為氣體擴散電極使用，則由於其纖維的網眼粗，若水蒸氣凝結則發生大的水滴，容易引起溢流。因此，有於施有撥水處理的導電性多孔質基材之上，藉由將分散有碳黑等的導電性微粒子之塗液予以塗布，進行乾燥燒結，而設置稱為微多孔層的層(亦稱為微孔層)之情況。作為微多孔層之任務，除了上述，還有防止觸媒層侵入網眼粗的導電性多孔質基材，減少與觸媒層的接觸電阻，防止因導電性多孔質基材的粗糙度轉印到電解質膜所致的電解質膜之物理損傷。
即使藉由微多孔層緩和導電性多孔質基材的粗糙度，若微多孔層的表面粗或在表面有裂痕，也無法 避免電解質膜的物理損傷。因此，於微多孔層，要求表面平滑同時無裂痕。
為了防止電解質膜的物理損傷，例如專利文獻1中提案由於觸媒層比陰極側薄，氣體擴散電極給予電解質膜的影響更大，減低陽極側的微多孔層之表面粗糙度之氣體擴散電極。又，專利文獻2中提案藉由將微多孔層設為2層，而減低微多孔層的表面粗糙度之氣體擴散電極。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2015-79639號公報
專利文獻2：日本特開2014-239028號公報
於專利文獻1揭示的技術中，藉由刮板塗布及加壓成形來形成微多孔層，但藉由僅1層的刮板塗布，表面粗糙度的減低係不充分，而且於加壓成形中雖然可減低表面粗糙度，但微多孔層的空隙崩潰，氣體擴散性能降低。於專利文獻2揭示的技術中，藉由塗布2層的微多孔層，雖然可減低表面粗糙度，但由於使用碳粉作為形成微多孔層者，故在微多孔層中發生裂痕。
本發明係為了解決上述問題，採用如以下的手段。
一種氣體擴散電極，其係於導電性多孔質基材的至少單面上具有微多孔層之氣體擴散電極，其特徵為：前述微多孔層至少具有接於導電性多孔質基材的第1微多孔層及第2微多孔層，前述第2微多孔層包含具有線狀部分的導電性材料。
藉由使用本發明之氣體擴散電極，可一邊確保高氣體擴散性、高導電性，一邊成為表面粗糙度小且裂痕少的微多孔層，可使性能與耐久性並存。
1‧‧‧導電性多孔質基材
2‧‧‧捲出機
3‧‧‧導輥(非驅動)
4‧‧‧第1模具塗布機
5‧‧‧第2模具塗布機
6‧‧‧背輥
7‧‧‧乾燥機
8‧‧‧燒結機
9‧‧‧捲取機(驅動)
10‧‧‧襯紙
11‧‧‧捲出機(襯紙用)
12‧‧‧塗液槽
13‧‧‧送液泵
14‧‧‧過濾器
40‧‧‧缺角輪塗布機
41‧‧‧刀輥
42‧‧‧液堤
100‧‧‧第2微多孔層
101‧‧‧第1微多孔層
102‧‧‧第2微多孔層之厚度
103‧‧‧第1微多孔層之厚度
第1圖係顯示本發明之氣體擴散電極的構成之概略圖。
第2圖係顯示本發明之氣體擴散電極之製造裝置的較佳態樣例之概略配置圖。
第3圖係顯示本發明之氣體擴散電極的製造裝置的另一較佳態樣例之概略配置圖。
[實施發明之形態]
本發明之氣體擴散電極係在導電性多孔質基材的至少單面上具有微多孔層。而且，微多孔層至少具有接於導電性多孔質基材的第1微多孔層及第2微多孔層。
關於如此的本發明之氣體擴散電極，首先說明導電性多孔質基材。
於固體高分子形燃料電池中，氣體擴散電極要求：為了使自隔板所供給的氣體往觸媒擴散之高氣體擴散性，為了將伴隨電化學反應而生成的水往隔板排出之高排水性，為了取出所產生的電流之高導電性。因此，於氣體擴散電極中使用具有導電性，通常在10μm以上100μm以下之範圍中具有細孔徑的多孔體所成之基材作為導電性多孔質基材。
作為導電性多孔質基材，具體而言，例如較佳為使用碳纖維織物、碳纖維抄紙體、碳纖維不織布、碳氈、碳紙、碳布等之包含碳纖維的多孔質基材、發泡燒結金屬、金屬網、擴張金屬板等之金屬多孔質基材。其中，從耐腐蝕性優異來看，較佳為包含碳纖維的碳氈、碳紙、碳布等之導電性多孔質基材，再者從吸收電解質膜之厚度方向的尺寸變化之特性，即「彈性」優異來看，宜使用以碳化物黏結碳纖維抄紙體而成之基材，即碳紙。
為了使用如此的導電性多孔質基材來高效率地製造氣體擴散電極，較佳為將如此的導電性多孔質基材以長條捲繞之狀態者予以捲出，於捲取前之期間連續地形成微多孔層。
本發明中，導電性多孔質基材宜使用藉由給予氟樹脂而施有撥水處理者。由於氟樹脂係作為撥水性樹脂作用，本發明中使用的導電性多孔質基材較佳為包含氟樹脂等之撥水性樹脂。作為導電性多孔質基材所包含的撥水性樹脂，即導電性多孔質基材所包含的氟樹脂 ，可舉出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物)、PFA(全氟烷氧基氟樹脂)、ETFA(乙烯四氟乙烯共聚物)、PVDF(聚偏二氟乙烯)、PVF(聚氟乙烯)等，但較佳為展現強撥水性的PTFE或FEP。
撥水性樹脂之量係沒有特別的限定，於導電性多孔質基材之全體100質量%中，較佳為0.1質量%以上20質量%以下左右。若少於0.1質量%，則不充分發揮撥水性，若超過20質量%，則有將成為氣體的擴散路徑或排水路徑之細孔堵塞，或電阻上升之可能性。
撥水處理導電性多孔質基材之方法，除了一般已知的於包含撥水性樹脂的分散液中浸漬導電性多孔質基材之處理技術，還可採用藉由模具塗布、噴霧塗布等，在導電性多孔質基材上塗布撥水性樹脂之塗布技術。又，亦可採用藉由氟樹脂的濺鍍等之乾法的加工。再者，於撥水處理之後，視需要亦可施加乾燥步驟，更且燒結步驟。
接著，說明微多孔層。於本發明中，在導電性多孔質基材的至少單面上具有微多孔層，但微多孔層至少具有接於導電性多孔質基材的第1微多孔層及第2微多孔層。再者，微多孔層只要是至少2層以上，則沒有特別的限定，但更佳為第2微多孔層在微多孔層之最表層的態樣，特佳為接於導電性多孔質基材的第1微多孔層及接於第1微多孔層的在最表層之第2微多孔層的2層構成之態樣。
首先，說明第1微多孔層。第1微多孔層係接於導電性多孔質基材之層，為具有複數的孔之層。
而且，第1微多孔層較佳為包含導電性微粒子。只要包含導電性微粒子，則其粒徑係沒有特別的限定，但第1微多孔層中的導電性微粒子係其粒徑較佳為3nm以上500nm以下。粒徑若小於3nm，則第1微多孔層的氣孔率變低，氣體擴散性會變低。另一方面，粒徑若大於500nm，則第1微多孔層中的導電通路變少，電阻會變高。於本發明中，第1微多孔層中的導電性微粒子係其粒徑更佳為20nm以上200nm以下。
此處，導電性微粒子的粒徑係指藉由穿透型電子顯微鏡所求得之粒徑。測定倍率為50萬倍，進行穿透型電子顯微鏡之觀察，測定其畫面中存在的100個粒徑之外徑，將其平均值當作導電性微粒子的粒徑。此處所謂的外徑，就是指粒子的最大直徑(即粒子的長徑，表示粒子中的最長直徑)。作為穿透型電子顯微鏡，可使用日本電子(股)製JEM-4000EX或其同級品。
於本發明中，作為導電性微粒子，可舉出「粒狀的導電性材料」之碳黑、「具有線狀部分的導電性材料」之碳奈米管、碳奈米纖維、碳纖維之短切纖維、「鱗片狀的導電性材料」之石墨烯、石墨等。作為第1微多孔層所包含的導電性微粒子，此等之中較佳為「粒狀的導電性材料」，從成本低、安全性或製品的品質安定性之點來看，特佳為碳黑。即於本發明中，第1微多孔層較佳為包含碳黑。作為碳黑，於雜質少、不使觸媒的 活性降低之點，宜使用乙炔黑。又，作為碳黑的雜質含量之指標，可舉出灰分，較佳為使用灰分0.1質量%以下的碳黑。再者，碳黑中的灰分愈少愈佳，灰分為0質量%的碳黑，即不含灰分的碳黑係特佳。
接著，說明第2微多孔層。第2微多孔層包含具有線狀部分的導電性材料，為具有複數的孔之層。而且，第2微多孔層係於氣體擴散電極中從導電性多孔質基材側來看，存在於第1微多孔層之外側。而且，第2微多孔層特佳為在微多孔層之最表層。
此處所謂的線狀，就是指如線之細長形式，具體而言縱橫比為10以上之形狀者。因此，具有線狀部分者係意指具有縱橫比為10以上的形狀之部分。
第2微多孔層中之具有線狀部分的導電性材料，宜使用具有縱橫比為30以上5000以下的線狀部分之導電性材料。線狀部分的縱橫比若小於30，則第2微多孔層中的導電性材料之纏繞變少，在第2微多孔層中會形成裂痕。另一方面，線狀部分的縱橫比若大於5000，則第2微多孔層中的導電性材料之纏繞成為過剩，在第2微多孔層中固體成分凝聚，會發生第2微多孔層的表面變粗之問題。於本發明中，第2微多孔層中之具有線狀部分的導電性材料係其線狀部分的縱橫比較佳為35以上3000以下，更佳為40以上1000以下。
此處，導電性材料的線狀部分之縱橫比係如以下地求得。縱橫比係意指平均長度(μm)/平均直徑(μm)。平均長度係用掃描型電子顯微鏡、穿透型電子顯微鏡 等之顯微鏡，放大至1000倍以上，進行照相攝影，隨意地選出不同的10處之線狀部分，計測其長度，求得平均值，平均直徑係用掃描型電子顯微鏡、穿透型電子顯微鏡等之顯微鏡，將為了求得前述平均長度而隨意選出的10處之線狀部分，各自放大至10000倍以上，進行照相攝影，計測前述10處的線狀部分之直徑，求得平均值。作為掃描型電子顯微鏡，可使用日立製作所(股)製SU8010或其同級品。
於本發明中，作為具有線狀部分的導電性材料，可舉出線狀碳、氧化鈦、氧化鋅等。而且，作為具有線狀部分的導電性材料，較佳為線狀碳，作為線狀碳，可舉出氣相成長碳纖維(VGCF)、碳奈米管、碳奈米角、碳奈米線圈、杯積層型碳奈米管、竹狀碳奈米管、石墨奈米纖維、碳纖維之短切纖維等。其中，從可增大線狀部分的縱橫比，導電性、機械特性優異來看，作為具有線狀部分的導電性材料，宜使用VGCF。即，於本發明中，第2微多孔層較佳為包含VGCF。
又，於第1微多孔層及第2微多孔層中，由於要求導電性、氣體擴散性、水之排水性、或保濕性、熱傳導性等特性，更且燃料電池內部之陽極側的耐強酸性、陰極側的耐氧化性，第1微多孔層及第2微多孔層較佳為除了導電性微粒子及具有線狀部分的導電性材料，還包含以氟樹脂為首的撥水性樹脂。作為第1微多孔層及第2微多孔層所包含的氟樹脂，可舉出與將導電性多孔質基材予以撥水時所採用的氟樹脂同樣之PTFE、FEP、PFA 、ETFA等。於撥水性特別高之點，較佳為PTFE或FEP。
氣體擴散電極為了具有微多孔層，一般為在導電性多孔質基材上塗布用於形成微多孔層的塗液，即微多孔層形成用塗液(以下稱為微多孔層塗液)。微多孔層塗液通常係包含前述導電性微粒子或具有線狀部分的導電性材料與水或醇等之分散介質而成，作為用於將導電性微粒子或具有線狀部分的導電性材料分散之分散劑，摻合界面活性劑等者多。又，於微多孔層中包含撥水性樹脂時，較佳為於微多孔層塗液中預先包含撥水性樹脂。
微多孔層塗液中之導電性微粒子及具有線狀部分的導電性材料之濃度，從生產性之點來看，較佳為5質量%以上，更佳為10質量%以上。黏度、導電性粒子及具有線狀部分的導電性材料之分散安定性、塗液之塗布性等若適宜，則濃度係沒有上限，但實際上若超過50質量%，則會損害作為塗液的適合性。特別地當使用乙炔黑作為導電性微粒子時，於本發明者們之研討中，水系塗液之情況係25質量%左右為上限，若成為超過此之濃度，則乙炔黑彼此再凝聚，發生所謂的滲濾(percolation)，因急激的黏度增加而損害塗液的塗布性。
作為微多孔層之任務，有(1)防止在陰極所發生的水蒸氣凝結之效果，(2)防止觸媒層侵入網眼粗的導電性多孔質基材，(3)減少與觸媒層的接觸電阻，(4)防止因導電性多孔質基材的粗糙度轉印到電解質膜所致的電解質膜之物理損傷之效果等。又，即使藉由微多孔層緩 和導電性多孔質基材的粗糙度，若微多孔層的表面粗或在表面有裂痕，也無法避免電解質膜的物理損傷。因此，於微多孔層，要求表面平滑同時無裂痕。
微多孔層塗液係如前述，使用分散劑來分散導電性微粒子或具有線狀部分的導電性材料而調製。為了分散導電性微粒子或具有線狀部分的導電性材料，相對於導電性微粒子或具有線狀部分的導電性材料與分散劑之合計含量100質量%，較佳為使用0.1質量%以上5質量%以下分散劑來使分散。然而，為了使此分散長時間安定，防止塗液黏度之上升，使液不分離，增加分散劑的添加量者係有效。
又，為了防止微多孔層塗液流入導電性多孔質基材的細孔而發生透底，較佳為將微多孔層塗液的黏度至少保持在1000mPa‧s以上。相反地，若太高黏度則塗布性變差，故上限為25Pa‧s左右。較佳的黏度範圍為3000mPa‧s以上20Pa‧s以下，更佳為5000mPa‧s以上15Pa‧s以下。於本發明中，形成第1微多孔層後，接著塗布第2微多孔層塗液而形成第2微多孔層，但當時第2微多孔層塗液的黏度宜更低之10Pa‧s以下。
如上述為了將微多孔層塗液的黏度保持在高黏度，添加增黏劑者係有效。此處所用的增黏劑可為一般熟知者。例如，宜使用甲基纖維素系、聚乙二醇系、聚乙烯醇系等。
此等分散劑或增黏劑係可使在相同物質中具有二種機能，而且也可選擇適合各自的機能之材料。惟 ，個別地選定增黏劑與分散劑時，較佳為選擇不破壞導電性微粒子的分散系及作為撥水性樹脂的氟樹脂之分散系者。上述分散劑與增黏劑係於此總稱為界面活性劑。本發明係界面活性劑之總量較佳為導電性微粒子或具有線狀部分的導電性材料的添加質量之50質量份以上，更佳為100質量份以上，尤佳為200質量份以上。作為界面活性劑的添加量之上限，通常為導電性微粒子或具有線狀部分的導電性材料之添加質量的500質量份以下，若超過此則在以後的燒結步驟中發生大量的蒸氣或分解氣體，有使安全性、生產性降低之可能性。
微多孔層塗液對於導電性多孔質基材之塗布係可使用市售的各種塗布裝置進行。作為塗布方式，可使用網版印刷、旋轉式網版印刷、噴灑噴霧、凹版印刷、照相凹版(gravure)印刷、模具塗布機塗布、棒塗布、刮板塗布、缺角輪塗布機塗布等，但由於不論導電性多孔質基材之表面粗糙度為何，可謀求塗布量的定量化，較佳為模具塗布機塗布。又，於燃料電池中併入氣體擴散電極時，為了提高與觸媒層的密著而要求塗布面的平滑性時，宜使用刮板塗布機、缺角輪塗布機。以上例示的塗布方法終究是為了例示而已，不必受此等所限定。
於塗布微多孔層塗液後，視需要可乾燥除去微多孔層塗液的分散介質(水系之情況為水)。塗布後的乾燥溫度，當分散介質為水時，宜為室溫(20℃左右)至150℃以下，較佳為60℃以上120℃以下。此分散介質(例如水)的乾燥係在以後的燒結步驟中可成批進行。
於塗布微多孔層塗液後，以去除微多孔層塗液所用的界面活性劑為目的及以一次溶解撥水性樹脂而使導電性微粒子及具有線狀部分的導電性材料黏合為目的，一般進行燒結。
燒結的溫度亦取決於所添加的界面活性劑之沸點或分解溫度，但較佳為在250℃以上400℃以下進行。燒結的溫度低於250℃時，無法充分達成界面活性劑的去除，或為了完全去除，需要花費很多的時間，若超過400℃則有發生撥水性樹脂的分解之可能性。
從生產性之點來看，燒結時間係盡量短時間，較佳為20分鐘以內，更佳為10分鐘以內，尤佳為5分鐘以內，若以太短時間進行燒結，則界面活性劑的蒸氣或分解性生物係劇烈地發生，於大氣中進行時發生起火的危險性。
燒結的溫度與時間係鑒於撥水性樹脂的熔點或分解溫度與界面活性劑的分解溫度，選擇最合適的溫度、時間。再者，乾燥或燒結係可在第1微多孔層塗液的塗布後或第2微多孔層塗液的塗布後各自進行，但如後述，較佳為於第1微多孔層塗液的塗布及第2微多孔層塗液的塗布後成批進行。
於本發明中，在導電性多孔質基材的至少單面上，積層至少2層以上的設於上述導電性多孔質基材上之微多孔層。從導電性多孔質基材側來看，將接於導電性多孔質基材的微多孔層稱為第1微多孔層，將積層於第1微多孔層之外側的微多孔層稱為第2微多孔層。
關於微多孔層，使用第1圖更詳細說明。
本發明之第1微多孔層101係將用於形成第1微多孔層的塗液(以下，第1微多孔層塗液)直接塗布於導電性多孔質基材上而設置。
關於本發明的第1微多孔層之厚度103，為了展現防止因導電性多孔質基材的粗糙度轉印到電解質膜所致的電解質膜之物理損傷之效果，微多孔層的合計厚度較佳為10μm以上，更佳為僅第1微多孔層之厚度9.9μm以上，尤佳為10μm以上。惟，於將第2微多孔層積層在上時，從確保氣體擴散性的必要性來看，第1微多孔層之厚度較佳為小於50μm。
從導電性多孔質基材側來看，本發明之第2微多孔層100係藉由在第1微多孔層之外側，塗布用於形成第2微多孔層的塗液(以下，第2微多孔層塗液)而形成。當微多孔層為僅由第1微多孔層與第2微多孔層的2層所構成時，第2微多孔層塗液係塗布在第1微多孔層之表面。第2微多孔層之任務係防止觸媒層侵入網眼粗的導電性多孔質基材及減低與觸媒層的接觸電阻。
為了第2微多孔層具有防止觸媒層的侵入及減低與觸媒層的接觸電阻之效果，本發明之第2微多孔層係長度為100μm以上且寬度為10μm以上的裂痕之數更佳為第2微多孔層的表面每1cm2中10個以下。特佳為沒有如此的裂痕之0個態樣。
再者，為了第2微多孔層具有防止觸媒層的侵入及減低與觸媒層的接觸電阻之效果，微多孔層之表面 粗糙度亦較佳為0.1μm以上4μm以下。此處，微多孔層之表面粗糙度係意指微多孔層之最表層的表面粗糙度。
於表面粗糙度之測定中可採用各種的表面粗糙度計，由於微多孔層係比較脆弱，較佳為使用非接觸型的計測器。作為非接觸型的測定器之例，有KEYENCE公司的雷射顯微鏡VX-100等。
再者，為了第2微多孔層具有防止觸媒層的侵入及減低與觸媒層的接觸電阻之效果，第2微多孔層之厚度102較佳為0.1μm以上且小於10μm。第2微多孔層之厚度小於0.1μm時，由於第2微多孔層無法完全覆蓋第1微多孔層之表面，而無法遮掩第1微多孔層上存在的裂痕，有無法使第2微多孔層的表面成為平滑之情況。又，此若為10μm以上，則氣體擴散性會降低。第2微多孔層之厚度較佳為7μm以下，更佳為5μm以下。
關於氣體擴散電極或導電性多孔質基材之厚度，可使用測微計等，邊對基材施加0.15MPa的荷重邊進行測定。又，關於微多孔層之厚度，可自氣體擴散電極之厚度扣除導電性多孔質基材之厚度而求得。再者，關於微多孔層為2層構成時的第2微多孔層之厚度，如第1圖所示，當在塗布有第1微多孔層的導電性多孔質基材之上塗布第2微多孔層時，可將塗布第2微多孔層的部分與未塗布第2微多孔層的部分之差當作第2微多孔層之厚度。藉由塗布而於基材上形成第1微多孔層、第2微多孔層時，於調整各層之厚度的情況中，使用上述測微計的測定法。
再者，以具有導電性多孔質基材、第1微多孔層及第2微多孔層的氣體擴散電極之狀態，求得各層之厚度時，採用：使用日立高科技(股)製IM4000等的離子研磨裝置，在厚度方向中切割氣體擴散電極，自以掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察該面垂直剖面(厚度方向的剖面)的SEM影像算出之方法。
本發明之氣體擴散電極為了確保發電性能，厚度方向的氣體擴散性較佳為30%以上，更佳為32%以上。厚度方向的氣體擴散性愈高愈佳，但併入燃料電池中時，細孔容積過大，以在電池內部施加壓力時能維持其構造為前提，上限值判斷為40%左右。
為了確保發電性能，本發明之氣體擴散電極係厚度方向的電阻在2.4MPa加壓時較佳為4.0mΩcm2以下。厚度方向的電阻愈小愈佳，但現實上由於在2.4MPa加壓時不容易成為小於0.5mΩcm2，故下限係在2.4MPa加壓時為0.5mΩcm2左右。
於本發明中，較佳為在導電性多孔質基材的表面上塗布第1微多孔層塗液，於其上以第2微多孔層之厚度成為小於10μm之方式塗布第2微多孔層塗液。為了均勻地塗布如此的薄膜，採用於導電性多孔質基材上塗布第1微多孔層塗液後，不使乾燥，連續地塗布第2微多孔層塗液之濕對濕(Wet on Wet)的疊層技術者亦有效。導電性多孔質基材的表面一般為粗，有凹凸之差亦接近10μm之情況。如此地即使在凹凸大的表面上塗布第1微多孔層塗液，於乾燥後也無法完全消除其之凹凸。第2 微多孔層由於小於10μm的薄膜為適合，第2微多孔層塗液之黏度較佳為某程度低。若要以如此低黏度的塗液在如上述之具有凹凸的面上形成薄膜，則液容易積留在凹凸的凹部內(即變厚膜)，液不附著於凸部，於極端的情況中無法形成第2微多孔層之薄膜。為了防止此，於乾燥之前，重疊完第1微多孔層塗液與第2微多孔層塗液，以後藉由成批乾燥，可在第1微多孔層之表面上均勻地形成第2微多孔層之薄膜。
如此地，於多層塗布之際，在各層的塗布後不乾燥，於多層塗布完成後成批乾燥，乾燥機係一個就夠了，塗布步驟也縮短，故造成設備成本或生產空間的節約。又，由於製程縮短，亦可減低製程中一般昂貴的導電性多孔質基材之損失。
於上述的多層塗布中，可採用以模具塗布機進行第1微多孔層塗液之塗布，更且第2微多孔層塗液之塗布亦以模具塗布機進行之方法，以各種的輥塗機進行第1微多孔層塗液之塗布，以模具塗布機進行第2微多孔層塗液之塗布之方法，以缺角輪塗布機進行第1微多孔層塗液之塗布，以模具塗布機進行第2微多孔層塗液之塗布之方法，以唇塗機進行第1微多孔層塗液之塗布，以模具塗布機進行第2微多孔層塗液之塗布之方法，使用滑動模具塗布機，於塗布在基材上之前，重疊完第1微多孔層塗液與第2微多孔層塗液之方法等。特別地，為了均勻地塗布高黏度的塗液，較佳為以模具塗布機或缺角輪塗布機進行第1微多孔層塗液之塗布。
關於上述模具塗布機、缺角輪塗布機之塗布方法，在「塗覆(converting)大全」(加工技術研究會(股)編)等之既有的多數文獻中有記載。所謂的模具塗布機，就是將經預先計量的塗液經由用於在寬度方向中均勻分配之模具，塗布於基材上之形式。又，所謂的缺角輪塗布機，就是與刀塗機同樣地，以經設定在一定高度的輥刀削落經預先厚地堆積之塗液，不論基材的凹凸為何，可使塗布面成為平滑之塗布方式。
本發明之較佳態樣係首先第一為將如第2微多孔層之表層儘可能地形成0.1μm以上且小於10μm之薄膜，但宜儘可能地增大兩面上塗布有觸媒的電解質膜與氣體擴散電極之密著性(觸媒層表面與氣體擴散電極的微多孔層表面之接觸面積)。因此，宜儘可能地使氣體擴散電極的微多孔層表面成為平滑。又，於氣體擴散電極側塗布觸媒油墨之方法亦一般已知(GDE法)，但此時亦為了均勻地塗布觸媒油墨，氣體擴散電極的微多孔層之表面宜儘可能地先成為平滑。如此地，要求平滑性時，用缺角輪塗布機等塗布第1微多孔層塗液，一旦完成基材的粗糙度後，用模具塗布機塗布塗布第2微多孔層塗液，可得到更高的平滑性。
作為平滑性之指標，使用表面粗糙度Ra，本發明之氣體擴散電極係第2微多孔層在微多孔層之最表層，第2微多孔層之表面粗糙度Ra宜為4μm以下，較佳為3μm以下。Ra大於4μm時，與觸媒層的密著性變差，而且若考慮將觸媒油墨塗布於微多孔層表面上之情況等，則 作為表面粗糙度Ra之下限，判斷0.1μm左右為極限。又，使用碳紙作為導電性多孔質基材時，由於基材粗糙度一般為大到10μm以上，故即使於其上設置第1、第2微多孔層，也難以使位於最表層的第2微多孔層之表面粗糙度Ra值成為小於2μm。
為了製造本發明之氣體擴散電極，適合的製造裝置係由以下者所構成：將捲繞成捲筒狀的長條導電性多孔質基材予以捲出用之捲出機，於經由捲出機所捲出的導電性多孔質基材上，塗布第1微多孔層塗液用之第1塗布機，於塗布有第1微多孔層塗液之實質上未乾燥的導電性多孔質基材上，塗布第2微多孔層塗液用，在與配置有第1塗布機的基材面側相同之面側所配置之第2塗布機，將塗布有第1微多孔層塗液及第2微多孔層塗液的導電性多孔質基材予以乾燥用之乾燥機，及捲取所得的氣體擴散電極之捲取機。
第2圖及第3圖中例示在製造本發明之氣體擴散電極時的特佳之製造裝置。
於第2圖所示的製造裝置中，自捲出機2捲出長條的導電性多孔質基材1，邊以導輥3適宜地支撐邊搬送，藉由作為第1塗布機的第1模具塗布機4，在導電性多孔質基材之單面上塗布第1微多孔層塗液。此時第1微多孔層塗液通常係自塗液槽12藉由送液泵13供給至模具塗布機。較佳為藉由過濾器14過濾。藉由與第1模具塗布機4相同之設置在基材面側的作為第2塗布機的第2模具塗布機5，將第2微多孔層塗液塗布於第1微多孔層塗液的塗 布面上後，成批在乾燥機7中進行乾燥，氣體擴散電極係被捲取機9所捲取。再者，第2微多孔層塗液亦通常自塗液槽12藉由送液泵13供給至模具塗布機。較佳為藉由過濾器14過濾。又，如第2圖所示，較佳為於乾燥機7之後設置燒結機8，在線內燒結。另外，於藉由模具塗布機的微多孔層塗液之塗布時，亦可使用背輥6，於捲取時為了保護塗布面，將從襯紙(inserting paper)的捲出機11所捲出的襯紙10與製品共捲。
於第3圖所示的製造裝置中，代替第2圖中的第1模具塗布機4，設置缺角輪塗布機40。用缺角輪塗布機塗布時，邊將塗材供給至液堤42邊搬送基材，以成所欲的塗布量之方式用刀輥41刮取塗材。
如第2圖或第3圖所示，於基材之上設置複數的層時，藉由成批地進行彼等複數的層之乾燥，由於可將乾燥機簡單化，而且可縮短從捲出到捲取為止的步驟，故生產性高，即使基材斷裂時也損失少就行。
本發明之氣體擴散電極係以在兩面設有觸媒層的電解質膜之兩側上，觸媒層與氣體擴散電極接觸其之方式壓合，更且併入隔板等的構件而組裝單電池，作為燃料電池使用。即，本發明之燃料電池包含前述本發明之氣體擴散電極。再者，製造本發明之燃料電池時，第2微多孔層係以與觸媒層接觸之方式組裝。
[實施例]
以下，藉由實施例具體地說明本發明。以下顯示實施例所用的材料、導電性多孔質基材之製作方法 、燃料電池之電池性能評價方法。
<材料>
A：導電性多孔質基材
‧厚度150μm、空隙率85%之碳紙：
如以下調製而得。
將東麗(股)製聚丙烯腈系碳纖維「Torayca」(註冊商標)T300-6K(平均單纖維徑：7μm，單纖維數：6,000條)切割成6mm的長度，與Alabama River公司製闊葉樹漂白牛皮紙漿(LBKP)牛皮商品紙漿(硬木)一起，以水作為抄造介質，連續地抄造，更浸漬於聚乙烯醇的10質量%水溶液中，乾燥及經過抄紙步驟，捲取成捲筒狀，得到碳短纖維的單位面積重量為15g/m2之長條碳纖維紙。相對於100質量份的碳纖維紙，所添加的紙漿之量為40質量份，聚乙烯醇之附著量相當於20質量份。
準備將中越石墨工業所(股)製鱗片狀石墨BF-5A(平均粒徑：5μm，縱橫比：15)、酚樹脂及甲醇(Nacalai Tesque(股)製)以2：3：25之質量比混合而成之分散液。對於上述碳纖維紙，以相對於100質量份的碳短纖維而言酚樹脂為78質量份的樹脂含浸量之方式，連續含浸上述分散液，在90℃的溫度乾燥3分鐘，經過此樹脂含浸步驟後，捲取成捲筒狀而得到樹脂含浸碳纖維紙。於酚樹脂中，使用荒川化學工業(股)製甲階酚醛型酚樹脂KP-743K與荒川化學工業(股)製酚醛清漆型酚樹脂「Tamanol」(註冊商標)759以1：1之質量比混合者。此酚樹脂(甲階酚醛型酚樹脂與酚醛清漆型酚樹脂之混合物) 的碳化收率為43%。
於KAWAJIRI(股)製100t加壓機中設置互相平行的熱板，於下熱板上配置間隔物，於熱板溫度170℃、面壓0.8MPa，重複加壓之開閉後，一邊間歇地搬送上下被離型紙所夾住之樹脂含浸碳纖維紙，一邊以相同處共計6分鐘加熱加壓之方式壓縮處理。又，熱板之有效加壓長度LP為1200mm，間歇地搬送時的前驅物纖維片之進給量LF為100mm，LF/LP為0.08。即，藉由重複30秒的加熱加壓、開模、碳纖維的進給(100mm)而進行壓縮處理，捲取成捲筒狀。
將經壓縮處理的碳纖維紙當作前驅物纖維片，導入至經保持在氮氣環境中的最高溫度為2400℃之加熱爐，一邊在加熱爐內連續地行進，一邊以約500℃/分鐘(至650℃為止為400℃/分鐘，超過650℃之溫度為550℃/分鐘)之升溫速度培燒而經過碳化步驟後，捲取成捲筒狀而得到碳紙。所得之碳紙係密度0.25g/cm3、空隙率85%。
‧厚度180μm、空隙率85%之碳紙：
除了以碳化後之厚度成為180μm之方式調整碳纖維的單位面積重量、壓縮處理時的間隔物之厚度以外，與厚度150μm、空隙率85%之碳紙同樣地，得到厚度180μm、空隙率85%之碳紙。
B：撥水性樹脂
‧「Polyflon」(註冊商標)PTFE分散液D-210C(DAIKIN工業(股)製)
C：界面活性劑
‧「TRITON」(註冊商標)X-114(Nacalai Tesque(股)製)
<表面粗糙度測定>
對於應該測定的氣體擴散電極之微多孔層表面，使用KEYENCE(股)製雷射顯微鏡VK-X100，物鏡10倍，無截止(cut-off)，進行粗糙度測定，求得算術平均粗糙度Ra，對10個視野進行此，將其平均值當作表面粗糙度之值。
<第2微多孔層中之裂痕數測定>
對於應該測定的氣體擴散電極之第2微多孔層表面，用日立製作所(股)製SU8010掃描型電子顯微鏡(SEM)放大至20倍而觀察，目視計數長度為100μm以上且寬度為10μm以上的裂痕數，將每10cm2之數定義為第2微多孔層中之裂痕數。
<厚度方向之氣體擴散性>
使用西華產業製水蒸氣氣體水蒸氣穿透擴散評價裝置(MVDP-200C)，使欲測定擴散性的氣體流向氣體擴散電極的一面側(1次側)，使氮氣流向另一面側(2次側)。將1次側與2次側之差壓控制在0Pa附近(0±3Pa)(即，幾乎沒有因壓力差所致的氣體之流動，僅發生因分子擴散所致的氣體之移動現象)，藉由2次側的氣體濃度計，測定達到平衡時的氣體濃度，將此值(%)當作厚度方向的氣體擴散性之指標。
<厚度方向之電阻>
切取40mm×40mm之大小的氣體擴散電極，以經鍍金的平滑金屬之剛體電極夾住上下，施加2.4MPa的平均壓力。於此狀態下使1A的電流流過上下的電極時，藉由測定上下的電極之電壓，算出每單位面積的電阻，將此值當作電阻之指標。
(實施例1)
使用捲取式的搬送裝置，一邊搬送經捲取成捲筒狀的厚度150μm、空隙率85%之碳紙，一邊在裝滿撥水性樹脂分散的浸漬槽中浸漬而進行撥水處理，該分散液係以氟樹脂濃度成為2質量%之方式分散於水中而成，於經設定在100℃的乾燥機7中乾燥，以捲取機捲取，得到經撥水處理的導電性多孔質基材。作為撥水性樹脂分散液，使用以水將PTFE分散液D-210C稀釋到PTFE成為2質量%濃度者。
接著，如第2圖中顯示概略，準備於具備捲出機2、導輥3、背輥6、襯紙捲出機11、捲取機9之搬送裝置中備有2座的模具塗布機(4、5)、乾燥機7及燒結機8之捲取式連續塗布機。
作為前述經撥水處理的導電性多孔質基材，將厚度150μm、空隙率85%、寬度約400mm之碳紙已捲繞成400m捲筒狀的坯材安裝在捲出機2。
藉由捲出部、捲取部、塗布機部上所設置的驅動輥來搬送坯材。首先，使用第1模具塗布機4，塗布第1微多孔層塗液後，連續藉由第2模具塗布機5塗布第2微多孔層塗液，於乾燥機7中藉由100℃的熱風將水分乾 燥，更於溫度經設定在350℃的燒結機8中進行燒結後，以捲取機9捲取。
再者，微多孔層塗液係如以下地調製。
第1微多孔層塗液：
用行星式混合機混煉7.1質量份的乙炔黑(表中記載為AB)(粒徑35nm)、2.4質量份的PTFE分散液、14.2質量份的界面活性劑、76.3質量份的純水，調製塗液。此時的塗液黏度為7.5Pa‧s。
第2微多孔層塗液：
用行星式混合機混煉5.0質量份的氣相成長碳纖維「VGCF」(縱橫比50)、0.6質量份的PTFE分散液、10.0質量份的界面活性劑、84.4質量份的純水，調製塗液。行星式混合機的混煉時間係花費第1微多孔層塗液之情況的2倍時間，而提高塗液的分散度。此時的塗液黏度為1.1Pa‧s。
於第1微多孔層塗液之塗布時，以燒結後的微多孔層之單位面積重量成為16g/m2之方式調整。此時，第1微多孔層之厚度為25μm。再者，於第2微多孔層塗液之塗布時，以第2微多孔層之厚度成為3μm之方式調製。
表1中顯示測定如此所調製的氣體擴散電極之微多孔層的表面粗糙度、裂痕數、厚度方向氣體擴散性、電阻之結果。
(實施例2)
除了於實施例1中，將第1微多孔層所用的導電性微粒子變更為熱裂碳黑(表中記載為SB)(粒徑85nm)以外， 全部與實施例1同樣地得到氣體擴散電極。
(實施例3)
除了於實施例1中，將第1微多孔層所用的導電性微粒子變更為氣相成長碳纖維「VGCF」(粒徑150nm)以外，全部與實施例1同樣地得到氣體擴散電極。
(實施例4)
除了於實施例1中，將第1微多孔層所用的導電性微粒子變更為碳奈米管(粒徑2nm)以外，全部與實施例1同樣地得到氣體擴散電極。
(實施例5)
除了於實施例1中，將第1微多孔層所用的導電性微粒子變更為石墨(粒徑8000nm)以外，全部與實施例1同樣地得到氣體擴散電極。
(實施例6)
除了於實施例1中，將第2微多孔層所用的導電性材料變更為碳奈米管(縱橫比6000)以外，全部與實施例1同樣地得到氣體擴散電極。
(比較例1)
除了於實施例1中，將微多孔層變更為僅第1微多孔層以外，全部與實施例1同樣地得到氣體擴散電極。於此例中，變成微多孔層的表面粗糙度高、微多孔層的裂痕數多之結果。
(比較例2)
除了於實施例1中，將微多孔層變更為僅第1微多孔層，將第1微多孔層所用的導電性微粒子變更為氣相成長 碳纖維「VGCF」(粒徑150nm)以外，全部與實施例1同樣地得到氣體擴散電極。於此例中，變成微多孔層的表面粗糙度高之結果。
(比較例3)
除了於實施例1中，將第2微多孔層所用的導電性材料變更為乙炔黑(縱橫比1)以外，全部與實施例1同樣地得到氣體擴散電極。於此例中，變成微多孔層的裂痕數多之結果。
(比較例4)
除了於實施例1中，將第1微多孔層所用的導電性微粒子變更為氣相成長碳纖維「VGCF」(粒徑150nm)，將第2微多孔層所用的導電性材料變更為乙炔黑(縱橫比1)以外，全部與實施例1同樣地得到氣體擴散電極。於此例中，變成微多孔層的裂痕數多之結果。
Figure 105121686-A0202-12-0028-1

Claims (11)

  1. 一種氣體擴散電極，其係於導電性多孔質基材的至少單面上具有微多孔層之氣體擴散電極，其特徵為：該微多孔層至少具有接於導電性多孔質基材的第1微多孔層及第2微多孔層，該第2微多孔層包含具有線狀部分的導電性材料。
  2. 如請求項1之氣體擴散電極，其中該具有線狀部分的導電性材料具有縱橫比為30以上5000以下的線狀部分。
  3. 如請求項1或2之氣體擴散電極，其中該具有線狀部分的導電性材料係線狀碳。
  4. 如請求項1或2之氣體擴散電極，其中該第1微多孔層包含導電性微粒子。
  5. 如請求項4之氣體擴散電極，其中該導電性微粒子係粒徑為3nm以上500nm以下。
  6. 如請求項1或2之氣體擴散電極，其中該第2微多孔層係在微多孔層之最表層。
  7. 如請求項1或2之氣體擴散電極，其中微多孔層之表面粗糙度為0.1μm以上4μm以下。
  8. 如請求項1或2之氣體擴散電極，其中第2微多孔層中的長度為100μm以上且寬度為10μm以上的裂痕之數係第2微多孔層的表面每1cm2為10個以下。
  9. 如請求項1或2之氣體擴散電極，其厚度方向的氣體擴散性為30%以上。
  10. 如請求項1或2之氣體擴散電極，其厚度方向的電阻係在2.4MPa加壓時為4.0mΩcm2以下。
  11. 一種燃料電池，其包含如請求項1至10中任一項之氣體擴散電極。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3550648B1 (en) * 2016-12-05 2024-09-18 Toray Industries, Inc. Gas diffusion electrode and production method therefor
CN107403939A (zh) * 2017-09-12 2017-11-28 福建福安闽东亚南电机有限公司 一种燃料电池膜电极扩散层的制备方法
CN107658473A (zh) * 2017-09-19 2018-02-02 福建福安闽东亚南电机有限公司 燃料电池膜电极的制备方法
JP2020042941A (ja) * 2018-09-07 2020-03-19 ＳＡＩＫＯ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ株式会社 電池用電極の製造方法、及び電池用電極
CN111146450B (zh) * 2019-12-26 2020-12-22 一汽解放汽车有限公司 一种连续制备燃料电池气体扩散层的装置及方法
JP7370673B2 (ja) * 2020-02-11 2023-10-30 株式会社豊田中央研究所 燃料電池用ガス拡散層
JP7431054B2 (ja) * 2020-02-21 2024-02-14 株式会社Soken 燃料電池用ガス拡散層
WO2023127790A1 (ja) 2021-12-27 2023-07-06 東レ株式会社 ガス拡散電極基材とその製造方法および燃料電池
CN114551920A (zh) * 2022-02-21 2022-05-27 一汽解放汽车有限公司 一种气体扩散层浆液及其制备方法与应用
CN115000446B (zh) * 2022-07-22 2024-05-31 上海电气集团股份有限公司 一种气体扩散层及其制备方法、膜电极、电池和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201407869A (zh) * 2012-05-14 2014-02-16 Toray Industries 燃料電池用氣體擴散電極基材
TW201415702A (zh) * 2012-08-24 2014-04-16 東麗股份有限公司 燃料電池用氣體擴散電極基材

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000182625A (ja) * 1998-12-11 2000-06-30 Toyota Motor Corp 燃料電池用電極及びその製造方法
JP4421264B2 (ja) * 2002-12-18 2010-02-24 本田技研工業株式会社 膜−電極構造体の製造方法
US7306876B2 (en) * 2002-11-29 2007-12-11 Honda Motor Co., Ltd. Method for producing membrane-electrode structure and polymer electrolyte fuel cell
JP4691914B2 (ja) * 2004-06-21 2011-06-01 日産自動車株式会社 ガス拡散電極及び固体高分子電解質型燃料電池
JP4271127B2 (ja) * 2004-11-04 2009-06-03 本田技研工業株式会社 固体高分子型燃料電池の電極構造体
KR100761524B1 (ko) * 2006-02-02 2007-10-04 주식회사 협진아이엔씨 연료전지용 기체확산층의 제조 방법
US7785752B2 (en) * 2007-03-07 2010-08-31 Panasonic Corporation Fuel cell electrode and method for producing the same
JP5828623B2 (ja) * 2010-09-01 2015-12-09 大日本印刷株式会社 導電性多孔質層が形成された固体高分子形燃料電池用ガス拡散層及びそれを用いた固体高分子形燃料電池
CN103975470B (zh) * 2011-12-26 2017-08-25 东丽株式会社 燃料电池用气体扩散电极基材、膜电极接合体和燃料电池
EP2680352B1 (en) * 2012-06-29 2015-06-03 JNTC Co., Ltd. Carbon Substrate for Gas Diffusion Layer, Gas Diffusion Layer using the same, and Electrode for Fuel Cell comprising the Gas Diffusion Layer
CA2878948C (en) * 2012-07-20 2017-10-24 Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Porous electrode substrate, method for manufacturing same, membrane-electrode assembly, and solid polymer fuel cell
JP6265028B2 (ja) 2013-05-08 2018-01-24 三菱ケミカル株式会社 多孔質炭素電極
JP6094386B2 (ja) * 2013-05-31 2017-03-15 大日本印刷株式会社 電池用導電性多孔質層及びその製造方法
JP2015079639A (ja) 2013-10-17 2015-04-23 本田技研工業株式会社 電解質膜・電極構造体
KR20160139002A (ko) * 2014-03-27 2016-12-06 니혼바이린 가부시기가이샤 도전성 다공체, 고체 고분자형 연료 전지, 및 도전성 다공체의 제조 방법
JP6056817B2 (ja) * 2014-08-19 2017-01-11 大日本印刷株式会社 導電性多孔質層が形成された固体高分子形燃料電池用ガス拡散層、導電性多孔質層形成用ペースト組成物及びそれらの製造方法、並びに固体高分子形燃料電池

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201407869A (zh) * 2012-05-14 2014-02-16 Toray Industries 燃料電池用氣體擴散電極基材
TW201415702A (zh) * 2012-08-24 2014-04-16 東麗股份有限公司 燃料電池用氣體擴散電極基材

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