[發(fā)明專利]燃料電池用微細(xì)多孔質(zhì)層片材及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280029526.1
• 申請(qǐng)日: 2012-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103608955B
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 桑田茂昌;奧山陽(yáng)三;兒玉一史
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01M4/96
• 分類號(hào): H01M4/96;H01M4/88;H01M8/1004
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 張勁松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及作為構(gòu)成用于固體高分子燃料電池（PEFC）的氣體擴(kuò)散層（GDL）的微細(xì)多孔質(zhì)層（MPL）的微細(xì)多孔質(zhì)層片材及其制造方法。

背景技術(shù)

與例如固體氧化物燃料電池或熔化碳酸鹽燃料電池等其它類型的燃料電池相比，使用質(zhì)子傳導(dǎo)率的固體高分子電解質(zhì)膜的固體高分子燃料電池在低溫下動(dòng)作。因此，也期待固體高分子燃料電池作為汽車等移動(dòng)體用的動(dòng)力源，也開(kāi)始其的實(shí)用化。

用于固體高分子燃料電池的氣體擴(kuò)散電極一般由電極催化劑層和氣體擴(kuò)散層構(gòu)成。電極催化劑層含有由與高分子電解質(zhì)膜同種類或不同種類的離子交換樹(shù)脂（高分子電解質(zhì)）覆蓋的催化劑擔(dān)載碳微粒子。而且，氣體擴(kuò)散層具有向催化劑層供給反應(yīng)氣體并且對(duì)產(chǎn)生于催化劑層的電荷進(jìn)行集電的作用。而且，通過(guò)以對(duì)向的狀態(tài)使這種氣體擴(kuò)散電極的催化劑層一側(cè)與高分子電解質(zhì)膜接合，形成膜電極接合體（MEA）。通過(guò)將多個(gè)這種膜電極接合體經(jīng)由具備氣體流路的隔板層疊，構(gòu)成固體高分子燃料電池。

在這種用于固體高分子燃料電池的氣體擴(kuò)散層中，公知有在氣體擴(kuò)散層的催化劑層側(cè)將以碳材料等的導(dǎo)電性物質(zhì)為主體的微細(xì)多孔質(zhì)層設(shè)為中間層所具備的結(jié)構(gòu)。該中間層為了降低氣體擴(kuò)散層和催化劑層之間的電阻并且使氣體流動(dòng)順暢而設(shè)置。這樣，微細(xì)多孔質(zhì)層與氣體擴(kuò)散層基材一起構(gòu)成氣體擴(kuò)散層。因此，與氣體擴(kuò)散層整體相同，對(duì)于微細(xì)多孔質(zhì)層不僅要求有優(yōu)異的導(dǎo)電性，而且要求有優(yōu)異的透氣性。

在微細(xì)多孔質(zhì)層中通常使用作為導(dǎo)電劑的碳，而且，為了使微細(xì)多孔質(zhì)層擔(dān)保排水性、強(qiáng)度，而使用疏水性的粘合劑。作為疏水性的粘合劑，一般使用聚四氟乙烯（PTFE）。例如，專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)有包含未燒結(jié)及燒結(jié)PTFE和導(dǎo)電性物質(zhì)的擴(kuò)散層。

專利文獻(xiàn)1：專利第4215979號(hào)公報(bào)

如上所述，在微細(xì)多孔質(zhì)層中添加有粘合劑，因此，由于其自重引起的下垂，在微細(xì)多孔質(zhì)層內(nèi)產(chǎn)生粘合劑的不均。這樣會(huì)將微細(xì)多孔質(zhì)層內(nèi)的細(xì)孔阻塞，其的結(jié)果產(chǎn)生使透氣性能顯著惡化的問(wèn)題。另一方面，當(dāng)通過(guò)減少粘合劑的添加量抑制不均時(shí)，產(chǎn)生導(dǎo)致微細(xì)多孔質(zhì)層的強(qiáng)度降低，或排水性不充分的問(wèn)題。例如，在上述專利文獻(xiàn)1所記載的擴(kuò)散膜中，對(duì)這種問(wèn)題未采用具體的對(duì)策。因此，在這種擴(kuò)散膜中，產(chǎn)生下垂引起的粘合劑不均，不能充分確保對(duì)氣體擴(kuò)散層要求的透氣性。

發(fā)明內(nèi)容

于是，本發(fā)明的目的在于，提供一種不降低強(qiáng)度、能夠確保透氣性、排水性能，且能夠形成有助于提高固體高分子燃料電池的性能的氣體擴(kuò)散層的燃料電池用微細(xì)多孔質(zhì)層片材及其制造方法，。

本發(fā)明的方式的燃料電池用微細(xì)多孔質(zhì)層片材具備在氣體擴(kuò)散層基材上層疊至少兩層且含有碳材料及粘合劑的微細(xì)多孔質(zhì)層。而且，其特征在于，位于氣體擴(kuò)散層基材側(cè)的第一層的微細(xì)多孔質(zhì)層中的粘合劑含量比微細(xì)多孔質(zhì)層中的除所述第一層以外的殘留部層的粘合劑含量少。

另外，本發(fā)明的燃料電池用微細(xì)多孔質(zhì)層片材的制造方法具備涂布含有碳材料及粘合劑的第一墨而形成第一層的微細(xì)多孔質(zhì)層的工序。而且，其特征在于，還具備將含有碳材料及粘合劑且粘合劑濃度比第一墨高的墨涂布于所述第一層上，并層疊至少一層的微細(xì)多孔質(zhì)層的工序。

另外，本發(fā)明的方式的燃料電池用氣體擴(kuò)散層的特征在于，將本發(fā)明的微細(xì)多孔質(zhì)層片材的第一層側(cè)粘合于氣體擴(kuò)散層基材上而構(gòu)成。而且，本發(fā)明的方式的燃料電池用膜電極接合體的特征在于，將本發(fā)明的燃料電池用氣體擴(kuò)散層經(jīng)由催化劑層層疊于電解質(zhì)膜的兩面而構(gòu)成。

附圖說(shuō)明

圖1表示構(gòu)成本發(fā)明一實(shí)施方式的燃料電池用微細(xì)多孔質(zhì)層片材的鱗片狀石墨的形狀，（a）為平面圖，（b）為側(cè)面圖；

圖2表示構(gòu)成本發(fā)明一實(shí)施方式的燃料電池用微細(xì)多孔質(zhì)層片材的粒狀石墨的形狀，（a）為平面圖，（b）為側(cè)面圖；

圖3是示意性地表示作為本發(fā)明一實(shí)施方式的燃料電池用微細(xì)多孔質(zhì)層片材的截面構(gòu)造的一例而使用了由大徑鱗片狀石墨和碳黑構(gòu)成的碳材料的例子的概略剖面圖；

圖4是示意性地表示作為截面構(gòu)造的一例而使用了由大徑及小徑鱗片狀石墨構(gòu)成的碳材料的例子的概略剖面圖；

圖5是示意性地表示作為截面構(gòu)造的一例而使用了由大徑鱗片狀石墨、碳黑和粒狀石墨構(gòu)成的碳材料的例子的概略剖面圖；

圖6是示意性地表示作為截面構(gòu)造的一例而使用了由大徑及小徑鱗片狀石墨和粒狀石墨構(gòu)成的碳材料的例子的概略剖面圖；

圖7是表示使用了本發(fā)明的燃料電池用微細(xì)多孔質(zhì)層片材的燃料電池用膜電極構(gòu)造體的構(gòu)造例的概略剖面圖；