[发明专利]燃料电池用微细多孔质层片材及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及作为构成用于固体高分子燃料电池（PEFC）的气体扩散层（GDL）的微细多孔质层（MPL）的微细多孔质层片材及其制造方法。

背景技术

与例如固体氧化物燃料电池或熔化碳酸盐燃料电池等其它类型的燃料电池相比，使用质子传导率的固体高分子电解质膜的固体高分子燃料电池在低温下动作。因此，也期待固体高分子燃料电池作为汽车等移动体用的动力源，也开始其的实用化。

用于固体高分子燃料电池的气体扩散电极一般由电极催化剂层和气体扩散层构成。电极催化剂层含有由与高分子电解质膜同种类或不同种类的离子交换树脂（高分子电解质）覆盖的催化剂担载碳微粒子。而且，气体扩散层具有向催化剂层供给反应气体并且对产生于催化剂层的电荷进行集电的作用。而且，通过以对向的状态使这种气体扩散电极的催化剂层一侧与高分子电解质膜接合，形成膜电极接合体（MEA）。通过将多个这种膜电极接合体经由具备气体流路的隔板层叠，构成固体高分子燃料电池。

在这种用于固体高分子燃料电池的气体扩散层中，公知有在气体扩散层的催化剂层侧将以碳材料等的导电性物质为主体的微细多孔质层设为中间层所具备的结构。该中间层为了降低气体扩散层和催化剂层之间的电阻并且使气体流动顺畅而设置。这样，微细多孔质层与气体扩散层基材一起构成气体扩散层。因此，与气体扩散层整体相同，对于微细多孔质层不仅要求有优异的导电性，而且要求有优异的透气性。

在微细多孔质层中通常使用作为导电剂的碳，而且，为了使微细多孔质层担保排水性、强度，而使用疏水性的粘合剂。作为疏水性的粘合剂，一般使用聚四氟乙烯（PTFE）。例如，专利文献1中公开有包含未烧结及烧结PTFE和导电性物质的扩散层。

专利文献1：专利第4215979号公报

如上所述，在微细多孔质层中添加有粘合剂，因此，由于其自重引起的下垂，在微细多孔质层内产生粘合剂的不均。这样会将微细多孔质层内的细孔阻塞，其的结果产生使透气性能显著恶化的问题。另一方面，当通过减少粘合剂的添加量抑制不均时，产生导致微细多孔质层的强度降低，或排水性不充分的问题。例如，在上述专利文献1所记载的扩散膜中，对这种问题未采用具体的对策。因此，在这种扩散膜中，产生下垂引起的粘合剂不均，不能充分确保对气体扩散层要求的透气性。

发明内容

于是，本发明的目的在于，提供一种不降低强度、能够确保透气性、排水性能，且能够形成有助于提高固体高分子燃料电池的性能的气体扩散层的燃料电池用微细多孔质层片材及其制造方法，。

本发明的方式的燃料电池用微细多孔质层片材具备在气体扩散层基材上层叠至少两层且含有碳材料及粘合剂的微细多孔质层。而且，其特征在于，位于气体扩散层基材侧的第一层的微细多孔质层中的粘合剂含量比微细多孔质层中的除所述第一层以外的残留部层的粘合剂含量少。

另外，本发明的燃料电池用微细多孔质层片材的制造方法具备涂布含有碳材料及粘合剂的第一墨而形成第一层的微细多孔质层的工序。而且，其特征在于，还具备将含有碳材料及粘合剂且粘合剂浓度比第一墨高的墨涂布于所述第一层上，并层叠至少一层的微细多孔质层的工序。

另外，本发明的方式的燃料电池用气体扩散层的特征在于，将本发明的微细多孔质层片材的第一层侧粘合于气体扩散层基材上而构成。而且，本发明的方式的燃料电池用膜电极接合体的特征在于，将本发明的燃料电池用气体扩散层经由催化剂层层叠于电解质膜的两面而构成。

附图说明

图1表示构成本发明一实施方式的燃料电池用微细多孔质层片材的鳞片状石墨的形状，（a）为平面图，（b）为侧面图；

图2表示构成本发明一实施方式的燃料电池用微细多孔质层片材的粒状石墨的形状，（a）为平面图，（b）为侧面图；

图3是示意性地表示作为本发明一实施方式的燃料电池用微细多孔质层片材的截面构造的一例而使用了由大径鳞片状石墨和碳黑构成的碳材料的例子的概略剖面图；

图4是示意性地表示作为截面构造的一例而使用了由大径及小径鳞片状石墨构成的碳材料的例子的概略剖面图；

图5是示意性地表示作为截面构造的一例而使用了由大径鳞片状石墨、碳黑和粒状石墨构成的碳材料的例子的概略剖面图；

图6是示意性地表示作为截面构造的一例而使用了由大径及小径鳞片状石墨和粒状石墨构成的碳材料的例子的概略剖面图；

图7是表示使用了本发明的燃料电池用微细多孔质层片材的燃料电池用膜电极构造体的构造例的概略剖面图；