燃料电池气体扩散层用碳纤维织物以及燃料电池单元制造技术

根据本发明专利技术，提供一种用于燃料电池气体扩散层的碳纤维织物，该碳纤维织物能够使在燃料电池内层叠的情况的厚度变薄，提高用膜电极接合体和隔板夹入层叠时的密接性并降低电阻，并且在燃料电池内具有优良的气体扩散性，能够高效地发电。燃料电池气体扩散层用碳纤维织物(1)是将经线(2)以及纬线(3)交织而形成的，经线(2)或者纬线(3)的一方的线是实质上无捻线。另外，在燃料电池气体扩散层用碳纤维织物(1)的单面中，处于与作为无捻线的经线(2)或者纬线(3)交织的另一方的线(纬线或者经线)的上方的无捻线的根数比处于另一方的线的下方的无捻线的根数多。

Carbon fiber fabrics and fuel cell units for gas diffusion layer of fuel cell

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池气体扩散层用碳纤维织物以及燃料电池单元
本专利技术涉及用于搭载于车辆、船舶、飞机等交通装置的燃料电池气体扩散层(片材)的碳纤维织物以及将该碳纤维织物作为气体扩散层嵌入的燃料电池单元。
技术介绍
以往，由于高度关注环境问题，利用燃料电池作为新的能源的发电受到关注，在其中，作为主流的家庭用、车辆用固体高分子型燃料电池(以下设为“燃料电池”)是以下结构：反复层叠由在高分子膜的两面接合电极催化剂层的膜电极接合体(MEA:MembraneElectrodeAssembly)、将燃料气体或氧化剂气体引导到电极反应区域的气体扩散层(GDL:GasDiffusionLayer)以及具有气体导入/排出槽的隔板或密封材料等构成的单位组件(以下设为“燃料电池单元”)，以大致A4版尺寸的面积层叠组合几百张燃料电池单元，并将它们从两侧用板紧固。在其中，关于嵌入到燃料电池单元的气体扩散层，面向低成本下的大量生产而备受期待的碳纤维是主要的原料。在此，气体扩散层一般是指形成为厚度为1mm以下的薄的片状的部件。该气体扩散层要求具有能够将来自燃料电池单元的外部的含氢的燃料气体或者含氧的氧化剂气体这2个反应气体顺利地供给到膜电极接合体的电极催化剂层的功能。除此以外，作为气体扩散层的基本的功能，需要：1)为了高效地提取电能而具有充分低的电阻；2)具有用于提取大电流的充分的气体透过性以及使在电池中生成的生成水不堵塞(阻塞)地排出的良好的扩散性，能够发电大电流；3)具有能够吸收层叠部件的厚度不均的缓冲性(弹性)等。这样的气体扩散层由于大部分是纸结构，所以吸收厚度不均的缓冲性也低，消耗能量的工序最多，因此存在花费制造成本这样的问题。因此，为了使燃料电池系统普及，至关重要的是具有低的电阻、充分的气体扩散性、适度的缓冲性、充分的耐腐蚀性，节能工序并且低成本。因此，在专利文献1，说明了在经线或者纬线中，通过将碳纤维线A和比碳纤维线A细的碳纤维线B分别交替排列多根，由碳纤维线A在织物的表面形成带状地突出的凸条部，由碳纤维线B形成槽状地陷没的凹条部，碳纤维线A的粗细、碳纤维线B的粗细、线的粗细的比(A的粗细)/(B的粗细)、凸条部的宽度Wr、凹条部的宽度Wd以及厚度方向的电阻值设为预定范围。另外，在专利文献2中，说明了在构成阳极侧电极的第1气体扩散层以及构成阴极侧电极的第2气体扩散层中，与设置于第1隔板和第2隔板的第1流路和第2流路相对地设置第1气体流路和第2气体流路。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2012-12719号公报专利文献2：日本特开2000-113899号公报专利文献3：日本特开2010-027510号公报非专利文献非专利文献1：草刈俊明等3人的「1Dセルを用いた燃料電池のガス拡散層のガス拡散抵抗解析」、学術講演会前刷集(秋季)、公益社団法人自動車技術会、No.111-13、p.1-3、2013年10月发行
技术实现思路
专利技术要解决的课题但是，在将专利文献1中公开的碳纤维织物作为用于燃料电池的单个单元的电极嵌入时，碳纤维织物的表面与膜电极接合体的平面之间与粗的纤维部分的接触还好，但细的纤维部分与粗的纤维部分相比，分离开它们的纤维直径的差的一半的值。因此，该部分处的接触相对地弱，细的纤维部分的导通少，膜电极接合体的催化剂部分的发电效率降低。在该文献的实施例中公开的发电性能也在0.6mA/cm2的条件下仅输出0.65V，不能说是良好的。这样，对于用于需要大功率的移动车辆的燃料电池用途，需要大量的单个单元。另外，在专利文献2中公开的嵌入到燃料电池的气体扩散层中，需要在气体扩散层中使用的原材料(碳纸或者多孔碳)上切割出微细的槽这样的精密加工。因此，为了成为作为部件的气体扩散层，包含成品率等问题，制造成本变高。这样，难以为了实现用于嵌入的部件数量大的移动车辆的燃料电池而实现低成本地供给部件。因此，本专利技术的课题在于，提供一种用于燃料电池气体扩散层的碳纤维织物，该碳纤维织物能够使在燃料电池内层叠的情况下的厚度变小(变薄)，提高用膜电极接合体和隔板夹入层叠时的密接性，并降低电阻。同时，其课题在于，提供一种作为气体扩散层在燃料电池内具有优良的气体扩散性并能够发电大电流的低成本的用于燃料电池气体扩散层的碳纤维织物。解决课题的方法为了解决上述课题，本专利技术者关注碳纤维织物并认真研究，结果，在由应用了碳纤维织物的气体扩散层构成燃料电池的情况下，发现了发挥出前所未有的优良的性能的特殊的编织方法的碳纤维织物的存在。即，关于燃料电池气体扩散层用碳纤维织物的专利技术，在将经线以及纬线交织而形成的燃料电池气体扩散层用碳纤维织物中，将经线或者纬线的一方的线设为实质上无捻线。另外，设为以下燃料电池气体扩散层用碳纤维织物：在该燃料电池气体扩散层用碳纤维织物的单面，处于与无捻线交织的另一方的线的上方的无捻线的根数比处于与无捻线交织的另一方的线的下方的无捻线的根数多。另外，也可以经线以及纬线中的任意一个都是实质上的无捻线。即，也能够设为这样的燃料电池气体扩散层用碳纤维织物：在将经线以及纬线交织而形成的燃料电池气体扩散层用碳纤维织物中，经线以及纬线都是实质上无捻线，在燃料电池气体扩散层用碳纤维织物的单面，关于经线或者纬线中的任一方的线，处于交织的另一方的线的上方的根数比处于该另一方的线的下方的根数多。此外，也可以是在与上述燃料电池气体扩散层用碳纤维织物的单面相反的一侧的面形成凹条部的燃料电池气体扩散层用碳纤维织物。另外，也可以是使形成有凹条部的相反侧的面的刚性高于另一方的单面侧的刚性的燃料电池气体扩散层用碳纤维织物。关于利用上述燃料电池气体扩散层用碳纤维织物的燃料电池单元的专利技术，设为以下燃料电池单元：具备由燃料电池气体扩散层用碳纤维织物构成的具有凹条部的气体扩散层以及具有多个槽部的隔板，其中，气体扩散层的具有凹条部的面和隔板的具有槽部的面相互接触，并且将气体扩散层的凹条部和隔板的槽部所成的角度θ设为10°以上且35°以下的范围。另外，也可以是以下燃料电池单元：具备由燃料电池气体扩散层用碳纤维织物构成的具有凹条部的气体扩散层以及具有平面的隔板，其中，气体扩散层的具有凹条部的面和隔板的平面相互接触。此外，在本申请专利技术中“实质上无捻线”是指，在织物工序中断线多发的甜捻纺纱线、还有捻线数少到不成为线的纺纱线或者几乎无捻的长纤维。专利技术的效果在本专利技术中，设为以下燃料电池气体扩散层用碳纤维织物：将经线以及纬线交织而形成，其中，经线或者纬线中的至少一方的线设为实质上无捻线，在燃料电池气体扩散层用碳纤维织物的单面，处于与无捻线交织的另一方的线的上方的无捻线的根数比处于与无捻线交织的另一方的线的下方的无捻线的根数多。通过使膜电极接合体(MEA)的催化剂层接触处于与无捻线交织的另一方的线的上方的无捻线的根数比处于与无捻线交织的另一方的线的下方的无捻线的根数多的面侧，该织物和膜电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池气体扩散层用碳纤维织物，将经线以及纬线交织而形成，其特征在于，/n所述经线或者所述纬线的一方的线是实质上无捻线，在所述燃料电池气体扩散层用碳纤维织物的单面中，处于与所述无捻线交织的另一方的线的上方的所述无捻线的根数比处于所述另一方的线的下方的所述无捻线的根数多。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种燃料电池气体扩散层用碳纤维织物，将经线以及纬线交织而形成，其特征在于，
所述经线或者所述纬线的一方的线是实质上无捻线，在所述燃料电池气体扩散层用碳纤维织物的单面中，处于与所述无捻线交织的另一方的线的上方的所述无捻线的根数比处于所述另一方的线的下方的所述无捻线的根数多。


2.一种燃料电池气体扩散层用碳纤维织物，将经线以及纬线交织而形成，其特征在于，
所述经线以及所述纬线都是实质上无捻线，在所述燃料电池气体扩散层用碳纤维织物的单面中，关于所述经线或者所述纬线中的任一方的线，处于交织的另一方的线的上方的根数比处于所述另一方的线的下方的根数多。


3.根据权利要求1或2所述的燃料电池气体扩散层用碳纤维织物，其中，
在与所述燃料电池气体扩散层用碳纤维织物的单面相反...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉野一郎，永井久司，熊谷昌信，高木顺，犬山久夫，
申请(专利权)人：株式会社不二越，
类型：发明
国别省市：日本;JP