[發明專利]多孔碳電極基材、其制造方法、氣體擴散層、以及燃料電池用膜-電極接合體

有效

• 申請號: 201680015135.2
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN107408706B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 井上干夫;織田貴行;鈴木保
• 申請（專利權）人: 東麗株式會社
• 主分類號: H01M4/96
• 分類號: H01M4/96;C04B35/83;C04B38/00;H01M4/88;H01M8/1004
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 段承恩;李照明

本發明提供一種多孔碳電極基材，其在用于燃料電池時難以發生短路，從基材表面突出的碳纖維、通過對垂直面方向加壓而從基材表面突出的碳纖維、以及在表面上粘結不充分的碳短纖維被充分除去。本發明提供的多孔碳電極基材，是碳短纖維被樹脂碳化物粘結在一起的多孔碳電極基材，其特征在于，從一側的表面(面A)測得的短路電流的平均值為10mA以下。

技術領域

本發明涉及優選用于氣體擴散層、燃料電池用膜-電極接合體的多孔碳電極基材及其制造方法。

背景技術

燃料電池，例如固體高分子型燃料電池，經由氣體擴散層向利用一對催化劑層夾持高分子電解質膜的膜電極接合體供給各反應氣體(燃料氣體和氧化劑氣體)，引起電化學反應，由此將物質所具有的化學能直接轉換為電能。

燃料電池的氣體擴散層，是對碳紙等多孔碳電極基材進行防水處理并且在與催化劑層接觸的一側的表面設置微孔層而構成的，如果多孔碳電極基材的碳纖維的單纖維貫穿高分子電解質膜，則由于短路和/或以貫穿的部分為起點的高分子電解質膜的劣化，燃料電池的性能有可能降低。特別是即使對初始的發電影響較小，但通過由燃料電池反復啟動、停止導致的膜反復溶脹、收縮，會發生短路和/或高分子電解質膜的劣化，使燃料電池的耐久性降低。

因此，專利文獻1中示出了對多孔碳電極基材的至少一側表面進行吹送氣體的處理，將脫離樹脂碳化物的粘結的碳短纖維充分除去了的多孔碳電極基材的制造方法。

另外，專利文獻2中示出了下述方法：在將由碳纖維制成的層和防水層層疊而成的氣體擴散層的防水層一側，配置具有多個連通孔的絕緣部件，并且用一對電極夾持氣體擴散層和絕緣部件，在一對電極的各自的背面配置一對面壓板進行夾持，通過一對面壓板對氣體擴散層加壓。如果在加壓狀態下，向一對電極施加電壓，則電流經由絕緣部件的連通孔向與防水層側的電極接觸的碳纖維的突出部分流動，通過焦耳熱將突出的碳纖維燃燒除去。

另一方面，專利文獻3中示出了下述方法：在碳短纖維被碳粘結而成的碳片的至少一面配置具有彈性的片，采用連續加壓手段以5kN/m～30kN/m的線性壓力進行加壓之后，將附著在碳片上的碳粉通過用刷毛等清掃的方法、吸引的方法、超聲波洗凈等方法連續除去。

在先技術文獻

專利文獻1：日本特開2010-70433號公報

專利文獻2：日本特開2012-33458號公報

專利文獻3：日本特開2012-204142號公報

發明內容

但是，專利文獻1記載的方法中，雖然氣體擴散層的表面能夠一定程度清洗，但存在下述問題：在與高分子電解質膜的接合工序等、氣體擴散層被壓縮時，會新產生碳纖維的突出，它們會刺穿高分子電解質膜，產生大的短路電流。

專利文獻2記載的方法中，在發熱大的、突出的碳纖維的較細的部分和/或放熱少的、突出的碳纖維的長度方向中央附近，容易發生燃燒、切斷，因此存在下述問題：從氣體擴散層突出到切斷部的碳纖維殘留，或者在切斷部前的突出的碳纖維混入，引起高分子電解質膜的短路。

另外，專利文獻3記載的方法中，存在下述問題：由于在碳片的至少一面配置具有彈性的片，使加壓的力分散，導致將碳短纖維彎折、除去的效果降低。

因此，本發明的目的是克服上述的問題，提供一種在用于燃料電池時難以發生短路的、將表面上的粘結不充分的碳短纖維充分除去的多孔碳電極基材。

通過以下發明解決所述課題。

(1)一種多孔碳電極基材，是碳短纖維被樹脂碳化物粘結在一起的多孔碳電極基材，其特征在于，

從一側的表面(記為面A)測得的短路電流的平均值為10mA以下。