[发明专利]多孔电极基材、其制造方法、前体片材、膜-电极接合体及固体高分子型燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及能够用于燃料电池的多孔电极基材、其制造方法、用于制作该多孔电极基材的前体片材、包含该多孔电极基材的膜-电极接合体及固体高分子型燃料电池。

背景技术

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碳/碳复合体构成的多孔电极基材，该纸状碳/碳复合体是将碳短纤维进行抄制后，用有机高分子使之粘结，将其在高温下进行煅烧，使有机高分子碳化而成的（参照专利文献1）。

另外，为了低成本化的目的，提出了将氧化短纤维进行抄制后，将其在高温下煅烧而使氧化短纤维碳化而成的多孔电极基材（参照专利文献2）。

进而，为了低成本化的目的，提出了将碳短纤维与丙烯酸类浆料进行抄制后，将其在高温下煅烧而使丙烯酸类浆料碳化而成的多孔电极基材（参照专利文献3）。

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：国际公开第2002/042534号小册子

专利文献3：日本特开2007-273466号公报

发明内容

然而，就专利文献1的方法而言，制造工艺有复杂的趋势，有时成本变高。另外，在专利文献2的方法中，虽然能够实现低成本化，但是有时煅烧时的收缩大，有时所得到的多孔电极基材的厚度不均变大、或者片材的起伏变大。进而，在专利文献3的方法中，有时在片材化时的碳纤维与丙烯酸类浆料的缠绕少，存在难以操作的情况。另外，丙烯酸类浆料与纤维状材料相比，几乎没有聚合物的分子取向，因此有碳化时的碳化率低的趋势，为了提高操作性，需要添加大量丙烯酸类浆料。

本发明是鉴于上述方面而进行的，目的在于提供片材强度大、制造成本低、且具有充分的气体透过度及导电性的多孔电极基材及其制造方法。另外，其它目的在于提供用于制作该多孔电极基材的前体片材、以及包含该多孔电极基材的膜-电极接合体及固体高分子型燃料电池。

本发明的发明人等发现上述课题可以通过以下发明（1）～（19）得到解决。

（1）一种多孔电极基材的制造方法，其中，包括以下[1]～[3]的工序。

[1]制造碳短纤维（A）分散而成的片状物的工序，

[2]将水溶性酚醛树脂及水分散性酚醛树脂中的一方或双方添加于该片状物而制造前体片材的工序，

[3]将该前体片材在1000℃以上的温度下进行碳化处理的工序。

（2）根据上述（1）所述的制造方法，其中，在上述工序[1]与上述工序[2]之间，包括将上述片状物进行交织处理的工序[4]。

（3）根据上述（1）所述的制造方法，其中，在上述工序[1]与上述工序[2]之间，包括干燥处理片状物的工序[7]。

（4）根据上述（2）所述的制造方法，其中，在上述工序[1]与上述工序[4]之间以及上述工序[4]与上述工序[2]之间中的一方或双方，包括干燥处理片状物的工序[7]。

（5）根据上述（1）～（4）中任一项所述的制造方法，其中，上述工序[1]是制造碳纤维前体短纤维（b1）和原纤维状纤维（b2）中的一方或双方与碳短纤维（A）分散而成的片状物的工序。

（6）根据上述（1）～（5）中任一项所述的制造方法，其中，在所述工序[2]与所述工序[3]之间，包括将所述前体片材在100℃～250℃的温度下加热加压的工序[5]。

（7）根据上述（6）所述的制造方法，其中，在上述工序[2]与上述工序[5]之间，包括干燥处理上述前体片材的工序[6]。

（8）根据上述（1）～（7）中任一项所述的制造方法，其中，由所述工序[1]得到的片状物含有水溶性粘结剂，由该工序[1]得到的片状物中的水溶性粘结剂的含量为10g/m2以下。

（9）根据上述（1）～（8）中任一项所述的制造方法，其中，所述工序[2]是将水溶性酚醛树脂及水分散性酚醛树脂中的一方或双方的树脂通过喷雾、滴下或流下而添加于供给到该工序[2]的片状物来制造前体片材的工序。

（10）一种多孔电极基材，是由上述（1）～（9）中任一项所述的方法制造的。

（11）一种多孔电极基材，具有碳短纤维（A）利用树脂碳化物（C）接合而成的结构，上述树脂碳化物（C）来自水溶性酚醛树脂及水分散性酚醛树脂中的一方或双方。