本发明专利技术涉及包含以下的[1]～[3]的工序的多孔电极基材的制造方法。[1]将碳短纤维(A)分散并制成片状物的工序；[2]将选自水溶性酚醛树脂和水分散性酚醛树脂中的至少一种与碳粉(d)一起添加到上述片状物中并制成前体片的工序；以及[3]在工序[2]之后，将前体片在1000℃以上的温度进行碳化处理的工序。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多孔电极基材、其制造方法和前体片
本专利技术涉及能够用于燃料电池的多孔电极基材、其制造方法以及用于制造该多孔电极基材的前体片。本申请基于2012年3月30日在日本申请的特愿2012-079928号和2012年7月25日在日本申请的特愿2012-164774号主张优先权并将其内容援引于此。
技术介绍
以往为了提高机械强度，设置于燃料电池的气体扩散电极基材是由纸状的碳/碳复合体构成的多孔电极基材，所述纸状的碳/碳复合体是在抄造碳短纤维后，用热固性树脂使其粘结，将其在高温下煅烧，使有机高分子碳化而成的(参照专利文献1)。另外，以提高厚度方向的导电性、机械强度为目的，提出了碳纤维和碳质粉末被树脂碳化物粘结而成的多孔电极基材(参照专利文献2)。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2001/056103号小册子专利文献2：日本特开2004-311431号公报
技术实现思路
然而，专利文献1的方法有制造工序复杂的趋势，有时导致高成本。另外，专利文献2的方法中，确实能够降低厚度方向的电阻率。然而，在燃料电池单元中几乎没有直接使用纸状的碳/碳复合体，通常，在实施使用了氟树脂的防水处理、由碳粒子构成的表面致密化(MPL：MicroPorousLayer)加工之后搭载于电池单元。也就是说，从燃料电池整体来看，与碳/碳复合体的电阻率相比，更重要的当然是降低与邻接部件的接触电阻，但迄今为止还没有出于这样的观点而提出多孔电极基材。本专利技术是鉴于上述各点而进行的，目的在于提供制造成本低、具有充分的导电性、即便没有MPL也显示良好的发电性能的多孔电极基材及其制造方法。本专利技术人等发现通过以下的专利技术(1)～(15)解决了上述课题。下述(1)～(4)是本专利技术的制造方法，下述(5)～(10)是能够通过本专利技术的制造方法制造的多孔电极基材，下述(11)～(15)是在本专利技术的制造方法的中途制造的前体片。(1)一种多孔电极基材的制造方法，包含以下的[1]～[3]的工序，[1]将碳短纤维(A)分散并制成片状物的工序，[2]将选自水溶性酚醛树脂和水分散性酚醛树脂中的至少一种酚醛树脂(c)与碳粉(d)一起添加到上述片状物中并制成前体片的工序，以及[3]在工序[2]之后，将前体片在1000℃以上的温度进行碳化处理的工序。(2)根据上述(1)所述的制造方法，在上述工序[1]与上述工序[2]之间包含将片状物进行交织处理的工序[4]，在上述工序[4]与上述工序[2]之间包含将片状物进行干燥处理的工序[7]，在上述工序[2]与上述工序[3]之间包含将前体片在100～250℃的温度进行加热加压的工序[5]，在上述工序[2]与上述工序[5]之间包含将上述前体片进行干燥处理的工序[6]，。(3)根据上述(1)或者(2)所述的制造方法，其特征在于，上述工序[2]中，碳粉(d)的实质的粒子或者凝聚体的平均粒径为0.1～50μm。(4)根据上述(1)～(3)中任一项所述的制造方法，其特征在于，在上述工序[3]之后，具有防水处理工序[8]：在多孔电极基材中添加固体成分为1～30质量％的氟系树脂分散体，进一步干燥并在300～390℃进行热处理。(5)一种多孔电极基材，包含片状结构体，上述片状结构体是碳短纤维(A)被树脂碳化物(C)粘结而成的，上述树脂碳化物(C)来源于选自水溶性酚醛树脂和水分散性酚醛树脂中的至少一种，碳粉(d)偏在于上述片状结构体的单面或两面的表层附近。(6)一种多孔电极基材，包含片状结构体，上述片状结构体是碳短纤维(A)被树脂碳化物(C)粘结而成的，碳短纤维(A)和碳粉(d)被树脂碳化物(C)粘结而成的区域偏在于上述片状结构体的单面或两面的表层附近。(7)一种多孔电极基材，包含片状结构体，上述片状结构体是碳短纤维(A)被树脂碳化物(C)粘结而成的，在上述片状结构体的单面或两面的表层附近，具有碳短纤维(A)和碳粉(d)被树脂碳化物(C)粘结而成的区域，从具有上述区域的面的表面到深度20μm的区域X中的空隙的占有率小于30％，在上述片状结构体的中心部的厚度方向上40μm的区域Y中的空隙的占有率为50～90％。(8)一种多孔电极基材，包含片状结构体，上述片状结构体是碳短纤维(A)被纤维直径为0.1～5μm的碳纤维(B)和树脂碳化物(C)粘结而成的，上述树脂碳化物(C)来源于选自水溶性酚醛树脂和水分散性酚醛树脂中的至少一种，在上述片状结构体中碳短纤维(A)形成三维交织结构，碳粉(d)偏在于上述片状结构体的单面或两面的表层附近。(9)一种多孔电极基材，包含片状结构体，上述片状结构体是碳短纤维(A)被纤维直径为0.1～5μm的碳纤维(B)和树脂碳化物(C)粘结而成的，在上述片状结构体中碳短纤维(A)形成三维交织结构，碳短纤维(A)和碳粉(d)被树脂碳化物(C)粘结而成的区域偏在于上述片状结构体的单面或两面的表层附近。(10)一种多孔电极基材，包含片状结构体，上述片状结构体是碳短纤维(A)被纤维直径为0.1～5μm的碳纤维(B)和树脂碳化物(C)粘结而成的，在上述片状结构体中碳短纤维(A)形成三维交织结构，在上述片状结构体的单面或两面的表层附近，具有碳短纤维(A)和碳粉(d)被树脂碳化物(C)粘结而成的区域，从具有上述区域的面的表面到深度20μm的区域X中的空隙的占有率小于30％，在上述片状结构体的中心部的厚度方向上40μm的区域Y中的空隙的占有率为50～90％。(11)一种前体片，包含片状结构体，所述片状结构体是碳短纤维(A)被酚醛树脂(c)粘结而成的，碳粉(d)偏在于上述片状结构体的单面或两面的表层附近。(12)一种前体片，包含片状结构体，所述片状结构体是碳短纤维(A)被酚醛树脂(c)粘结而成的，碳短纤维(A)和碳粉(d)被酚醛树脂(c)粘结而成的区域偏在于上述片状结构体的单面或两面的表层附近。(13)一种前体片，包含片状结构体，所述片状结构体是碳短纤维(A)被酚醛树脂(c)粘结而成的，在上述片状结构体的单面或两面的表层附近，具有碳短纤维(A)和碳粉(d)被上述酚醛树脂(c)粘结而成的区域，从具有该区域的面的表面到深度20μm的区域X中的空隙的占有率小于25％，在该结构体的中心部的厚度方向上40μm的区域Y中的空隙的占有率为35～70％。(14)一种前体片，包含片状结构体，所述片状结构体是碳短纤维(A)和碳纤维前体短纤维(b)被酚醛树脂(c)粘结而成的，在上述片状结构体中碳短纤维(A)形成三维交织结构，碳短纤维(A)和碳粉(d)被上述酚醛树脂(c)粘结而成的区域偏在于上述片状结构体的单面或两面的表层附近。(15)根据上述(12)～(14)中任一项所述的前体片，其中，酚醛树脂(c)为选自水溶性酚醛树脂和水分散性酚醛树脂中的至少一种。应予说明，下述的(16)～(31)也是本专利技术的实施方式之一。(16)根据上述(1)所述的制造方法，上述工序[1]是将碳短纤维(A)和原纤状纤维(b’)分散并制成片状物的工序。(17)根据上述(1)或(16)所述的制造方法，其特征在于，上述工序[2]中，将选自水溶性酚醛树脂和水分散性酚醛树脂中的至少一种酚醛树脂(c)和碳粉(d)混合存在的分散液(e)添加到片状物中并制成前体片。(18)根据上述(1)、(16)、(17)中任一项所述的制造方本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多孔电极基材的制造方法，包含以下[1]～[3]的工序：[1]将碳短纤维(A)分散并制成片状物的工序，[2]将选自水溶性酚醛树脂和水分散性酚醛树脂中的至少一种酚醛树脂(c)与碳粉(d)一起添加到所述片状物中并制成前体片的工序，以及[3]在工序[2]之后，将前体片在1000℃以上的温度进行碳化处理的工序。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.30 JP 2012-079928;2012.07.25 JP 2012-164771.一种多孔电极基材的制造方法，包含以下[1]～[3]的工序：[1]将碳短纤维(A)分散并制成片状物的工序，[2]将选自水溶性酚醛树脂和水分散性酚醛树脂中的至少一种酚醛树脂(c)与碳粉(d)一起添加到所述片状物中并制成前体片的工序，以及[3]在工序[2]之后，将前体片在1000℃以上的温度进行碳化处理的工序，在所述工序[1]与所述工序[2]之间包含将片状物进行交织处理的工序[4]，在所述工序[4]与所述工序[2]之间包含将片状物进行干燥处理的工序[7]，在所述工序[2]与所述工序[3]之间包含将前体片在100～250℃的温度进行加热加压的工序[5]，在所述工序[2]与所述工序[5]之间包含将所述前体片进行干燥处理的工序[6]。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述工序[2]中，碳粉(d)的实质的粒子或者凝聚体的平均粒径为0.1～50μm。3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，在所述工序[3]之后，具有防水处理工序[8]：在多孔电极基材中添加固体成分为1～30质量％的氟系树脂分散体，进一步干燥并在300～390℃进行热处理。4.一种多孔电极基材，包含片状结构体，所述片状结构体是碳短纤维(A)被树脂碳化物(C)粘结而成的，在所述片状结构体的单面或两面的表层附近，具有碳短纤维(A)和碳粉(d)被树脂碳化物(C)粘结而成的区域，具有所述区域的面的从表面到深度20μm的区域X中的空隙的占有率小于30％，在所述片状结构体的中心部的厚度方向上40μm的区域Y中的空隙的占有率为50～90％。5.一种多孔电极基材，包含片状结构体，所述片状结构体是碳短纤维(A)被纤维直径为0.1～5μm的碳纤维(B)和树脂碳化物(C)粘结...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙野宏人，
申请(专利权)人：三菱丽阳株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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