[發明專利]氣體擴散電極

在審

• 申請號: 201680043668.1
• 申請日: 2016-06-14
• 公開（公告）號: CN107851805A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 橋本勝;若田部道生;谷村寧昭
• 申請（專利權）人: 東麗株式會社
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/96;H01M8/10
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 趙雁,李書慧

技術領域

燃料電池是將在氫與氧反應而生成水時產生的能量以電的形式導出的機構，由于能量效率高、排出物僅為水，所以作為清潔能源其普及備受期待。本發明涉及燃料電池中使用的氣體擴散電極，特別是涉及燃料電池之中作為燃料電池車等的電源被使用的高分子電解質型燃料電池中使用的氣體擴散電極。

背景技術

高分子電解質型燃料電池中使用的電極在高分子電解質型燃料電池中被兩個隔離件夾持而配置于其間，在高分子電解質膜的兩面，具有由形成于高分子電解質膜的表面的催化劑層和形成于該催化劑層的外側的氣體擴散層構成的結構。作為用于形成電極中的氣體擴散層的單獨部件，流通的是氣體擴散電極。而且，作為該氣體擴散電極所要求的性能，例如可舉出氣體擴散性、用于集電催化劑層中產生的電力的導電性和高效地除去催化劑層表面產生的水分的排水性等。為了得到這種氣體擴散電極，一般使用兼具氣體擴散能和導電性的導電性多孔基材。

作為導電性多孔基材，具體而言，使用由碳纖維構成的碳氈、炭紙和碳纖維布等，其中，從機械強度等方面來看最優選炭紙。

另外，由于燃料電池是將氫與氧反應而生成水時產生的能量以電的形式導出的系統，所以若電負荷增大，即向電池外部導出的電流增大，則產生大量的水(水蒸氣)，若該水蒸氣在低溫下凝結成水滴，阻塞氣體擴散電極的細孔，則氣體(氧或氫)向催化劑層的供給量降低，最終全部細孔阻塞，停止發電(將該現象稱為溢流(Flooding))。

為了盡可能不產生該溢流，對于氣體擴散電極要求排水性。作為提高該排水性的方式，通常使用對導電性多孔基材實施了疏水處理的氣體擴散電極來提高疏水性。

另外，若將如上所述的經過疏水處理的導電性多孔基材直接用作氣體擴散電極，則因其纖維的網眼較粗，所以若水蒸氣凝結則產生大水滴，容易引起溢流。因此，有時在實施了疏水處理的導電性多孔基材上涂布分散有炭黑等導電性微粒的涂布液并進行干燥燒結，由此設置被稱為微多孔層的層(也稱為微孔層)。作為微多孔層的作用，除了上述作用之外，還有防止催化劑層侵入網眼粗的導電性多孔基材、降低與催化劑層的接觸電阻、防止因導電性多孔基材的粗糙度被轉印于電解質膜所致的電解質膜的物理損傷。

即便是通過微多孔層緩和了導電性多孔基材的粗糙度，若微多孔層的表面粗糙或者表面存在裂紋，則電解質膜的物理損傷也是不可避免的。因此，對微多孔層要求表面平滑且無裂紋。

為了防止電解質膜的物理損傷，例如在專利文獻1中，提出了一種氣體擴散電極，其由于催化劑層比陰極側薄，氣體擴散電極對電解質膜造成的影響更大，降低了陽極側的微多孔層的表面粗糙度。另外，在專利文獻2中，提出了通過將微多孔層形成為2層而降低了微多孔層的表面粗糙度的氣體擴散電極。

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

發明內容

在專利文獻1公開的技術中，通過刮刀涂布和沖壓成型來形成微多孔層，但通過僅1層的刮刀涂布不能充分降低表面粗糙度，另外雖然沖壓成型能夠降低表面粗糙度，但微多孔層的空隙被破壞而氣體擴散性能降低。在專利文獻2公開的技術中，雖通過涂布2層的微多孔層能夠降低表面粗糙度，但由于使用了碳粉作為形成微多孔層的物質，所以在微多孔層產生裂紋。

本發明為了解決上述的課題，采用如下的方式。

一種氣體擴散電極，其特征在于，是在導電性多孔基材的至少一面具有微多孔層的氣體擴散電極，

上述微多孔層至少具有與導電性多孔基材接觸的第1微多孔層和第2微多孔層，

上述第2微多孔層含有具有線狀部分的導電性材料。

通過使用本發明的氣體擴散電極，能夠在確保高氣體擴散性、高導電性的同時形成表面粗糙度小且裂紋少的微多孔層，能夠兼顧性能和耐久性。

附圖說明

圖1是表示本發明的氣體擴散電極的構成的示意圖。

圖2是表示本發明的氣體擴散電極的制造裝置的優選的實施例的示意配置圖。

圖3是表示本發明的氣體擴散電極的制造裝置的另一個優選的實施例的示意配置圖。

具體實施方式

本發明的氣體擴散電極在導電性多孔基材的至少一面具有微多孔層。而且，微多孔層至少具有與導電性多孔基材接觸的第1微多孔層和第2微多孔層。

關于這種本發明的氣體擴散電極，首先對導電性多孔基材進行說明。