本发明专利技术提供一种燃料电池用气体扩散层，其包括以乙炔黑或石墨等导电性粒子和ＰＴＦＥ等高分子树脂作为主成分的多孔构件。这样，就可以实现燃料电池的发电性能的提高和低成本化两方面。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种燃料电池，其作为燃料气体使用纯氢、甲醇等液体燃料或者来自化石燃料等的改性氢(reformed hydrogen)等还原剂，作为氧化剂气体，使用空气(氧)等， 特别涉及该燃料电池中所用的膜电极接合体所具备的气体扩散层及其制造方法。
技术介绍
燃料电池，例如高分子电解质型燃料电池是如下的装置，S卩，通过使含有氢的燃料气体与空气等含有氧的氧化剂气体在具有钼等催化剂层的气体扩散层中电化学地反应，而同时地产生电和热。图7是表示以往的高分子电解质型燃料电池的基本构成的示意图。高分子电解质型燃料电池的单电池(也称作单元)100具有膜电极接合体110(以下称作MEA: Membrane-Electrode-Assembly)和配置于MEAllO的两面的一对板状的导电性的隔膜120。MEAllO具备选择性地输送氢离子的高分子电解质膜(离子交换树脂膜)111和形成于该高分子电解质膜111的两面的一对电极层112。一对电极层112形成于高分子电解质膜111的两面，具有以担载有钼金属催化剂的碳粉末作为主成分的催化剂层113、和形成于该催化剂层113上并兼具集电作用、气体透过性和疏水性的气体扩散层114(也称作 GDL)。气体扩散层114包括以碳纤维制成的基材115、以碳和疏水材料制成的涂覆层(疏水碳层)116。在上述一对隔膜120中，在与气体扩散层114抵接的主面中，设有用于流过燃料气体的燃料气体流路槽121、用于流过氧化剂气体的氧化剂气体流路槽122。另外，在上述一对隔膜120中，设有冷却水等所通过的冷却水流路槽123。通过经由这些各气体流路槽121、 122向上述一对电极层112分别供给燃料气体及氧化剂气体，就会引起电化学反应，产生电和热。普遍的做法是，将如前所述地构成的单元100如图7所示层叠1个以上，将相互邻接的单元100电气性串联地使用。而且，此时为了不使燃料气体及氧化剂气体泄漏并且减少接触电阻，相互层叠的单元100由螺栓等联接构件130以给定的联接压力加压联接。所以，MEAllO与隔膜120就会以给定的压力进行面接触。另外，为了防止电化学反应中所必需的气体向外部泄漏，在隔膜120、120之间，覆盖催化剂层113和气体扩散层114的侧面地配置有密封材料(衬垫)117。在如前所述地构成的高分子电解质型燃料电池中，气体扩散层114已知有各种结构的例子。例如，在专利文献1中，公开有在以碳纤维制成的基材(例如纸、织布、无纺布) 的表面设有由碳材料和疏水材料构成的涂覆层(疏水碳层、C层)的与上述以往的气体扩散层114相同的气体扩散层。另外，在专利文献2及3中，公开有未将碳纤维作为基材使用的气体扩散层。专利文献2的气体扩散层是在将网状片用疏水材料处理后，向该网状片的空隙部填充由碳和疏水材料构成的膏剂而构成的。专利文献3的气体扩散层是将石墨、炭黑、未烧成PTFE (聚偏氟乙烯)和烧成PTFE混合而构成的。专利文献1 日本特开2003-197202号公报专利文献2 日本特开2002-170572号公报专利文献3 日本特开2003-187809号公报近年来，为了实现燃料电池的高效率化，进行过使发电的温度比以往更高来提高热回收温度的研究。另外，为了削减系统内的机器，进行过使向燃料电池的电极层供给的加湿量比以往减少(低加湿运转)的研究。在此种高温、低加湿运转的情况下，在上述专利文献1的构成中，由于碳纤维的基材的多孔度通常来说高达80%以上，因此电极层的内部会因气体扩散而干燥，高分子电解质膜的质子传导电阻增加，从而会有电压降低的问题。另外，由于碳纤维的基材价格高，因此难以实现电极层的低成本化。另外，在上述专利文献2的实施例的构成中，由于为了确保强度将网状片作为结构体使用，因此存在材料成本增加并且制造过程变得复杂化的问题。另外，在上述专利文献 2的实施例的构成中，由于将金属网作为网状片使用，因此金属网的金属粉会附着于电极层上，由此使高分子电解质膜劣化，从而有可能降低燃料电池的耐久性。此外，在上述专利文献2的实施例的构成中，碳材料与PTFE的配合比率为7 3，或者为6 4，PTFE的配合比率比较高。由于PTFE是绝缘体，因此一旦PTFE的配合比率变高，就无法获得足够的导电性， 从而有可能降低发电性能。另外，在网状片中使用了陶瓷或工程塑料等绝缘体的情况下，也无法获得足够的导电性，有可能降低发电性能。另外，在上述专利文献3的构成中，由于作为基材既不使用碳纤维，也不使用网状片，因此可以实现电极层的低成本化。但是，在上述专利文献3的构成中存在如下的问题， 即，为了确保可以作为气体扩散层使用的强度，必须使作为粘合剂发挥作用的PTFE的配合量大(例如为30重量％以上)。由此，就无法获得足够的导电性，有可能降低发电性能。
技术实现思路
所以，本专利技术的目的在于，解决上述问题，提供可以实现燃料电池的发电性能的提高和低成本化双方的燃料电池用气体扩散层及其制造方法、具备该气体扩散层的膜电极接合体、以及燃料电池。本专利技术人等为了解决以往技术的问题反复进行了深入研究，结果发现，通过用以导电性粒子和高分子树脂作为主成分的多孔构件来构成燃料电池用气体扩散层，即使在低加湿运转下也可以获得高发电性能，从而形成了本专利技术。为了达成上述目的，本专利技术是如下所示地构成的。根据本专利技术的第一方式，提供一种燃料电池用气体扩散层，其用于燃料电池中，包括以导电性粒子和高分子树脂作为主成分的多孔构件。这里，所谓“以导电性粒子和高分子树脂作为主成分的多孔构件”是指具有如下结构的多孔构件，即，不是以碳纤维作为基材，而仅由导电性粒子和高分子树脂支撑的结构 (所谓的自支撑体结构)。在以导电性粒子和高分子树脂来制造多孔构件的情况下，例如如后所述使用表面活性剂和分散溶剂。该情况下，在制造工序中，利用烧成来除去表面活性剂和分散溶剂，然而有可能无法充分地除去而使它们残留于多孔构件中。所以，所谓“以导电性粒子和高分子树脂作为主成分的多孔构件”是指，只要是仅由导电性粒子和高分子树脂支撑的结构，则也可以像这样在多孔构件中含有残留的表面活性剂和分散溶剂。另外还意味着，只要是在可以实现本专利技术的目的的范围内，则也可以在多孔构件中含有导电性粒子、 高分子树脂、表面活性剂和分散溶剂以外的材料(例如短纤维的碳纤维等)。根据本专利技术的第二方式，提供如下的第一方式所述的燃料电池用气体扩散层，即， 包括以导电性粒子和高分子树脂作为主成分、且添加有比上述高分子树脂少的重量的碳纤维的多孔构件。根据本专利技术的第三方式，提供如下的第二方式所述的燃料电池用气体扩散层，即， 上述多孔构件含有2. 0重量％以上7. 5重量％以下的上述碳纤维。根据本专利技术的第四方式，提供如下的第二或第三方式所述的燃料电池用气体扩散层，即，上述多孔构件含有10重量％以上17重量％以下的上述高分子树脂。根据本专利技术的第五方式，提供如下的第二 第四方式中任意一项所述的燃料电池用气体扩散层，即，上述碳纤维是气相生长法碳纤维、磨碎纤维(milled fiber)、切断纤维、 短切纤维中的任意一种。根据本专利技术的第六方式，提供如下的第一 第五方式中任意一项所述的燃料电池用气体扩散层，即，上述多孔构件的多孔度为42%以上60%以下。根据本专利技术的第七方式，提供如下的本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种燃料电池用气体扩散层，其用于燃料电池中，其特征在于，包括以导电性粒子和高分子树脂作为主成分的多孔构件。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：山内将树，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。