[发明专利]燃料电池用气体扩散电极基材

说明书

技术领域

本发明涉及适合用于燃料电池、特别是固体高分子型燃料电池的气体扩散电极基材。更详细地说，涉及耐溢流性、耐干涸性优异，能够在从低温至高温的宽温度范围表现高发电性能，以及机械特性、导电性、导热性优异的气体扩散电极基材。

背景技术

将包含氢气的燃料气体供给至阳极，将包含氧气的氧化气体供给至阴极，通过在两极发生的电化学反应而获得电动势的固体高分子型燃料电池，一般而言，是将隔板、气体扩散电极基材、催化剂层、电解质膜、催化剂层、气体扩散电极基材、隔板依次叠层而构成的。对于气体扩散电极基材而言，需要用于将由隔板供给的气体扩散至催化剂层的高面内方向的气体扩散性和高的与面垂直的方向的气体扩散性、用于将伴随电化学反应而生成的液体水向隔板排出的高排水性、用于导出所产生的电流的高导电性，广泛使用了包含碳纤维等的电极基材。

然而，已知以下问题：(1)在使固体高分子型燃料电池在小于70℃的较低温度并且高电流密度区域运行的情况下，由于大量地生成的液体水而电极基材闭塞，燃料气体的供给不足，结果发电性能降低的问题(以下，记载为溢流)，(2)在80℃以上的较高温度运行的情况下，由于水蒸气扩散而电解质膜干燥，质子传导性降低，结果发电性能降低的问题(以下，记载为干涸)，为了解决这些(1)、(2)的问题而进行了大量的努力。

专利文献1中提出了，在167g/m²的高目付电极基材的催化剂层侧形成了包含炭黑和防水性树脂的微孔层的气体扩散电极基材。根据使用了该气体扩散电极基材的燃料电池，由于微孔层形成具有防水性的小的细孔结构，因此液体水向阴极侧的排出被抑制，有抑制溢流的倾向。此外，生成水退回至电解质膜侧(以下，记载为逆扩散)，因此有电解质膜湿润，抑制干涸的倾向。然而，有溢流、干涸的抑制仍然不充分这样的问题。

专利文献2中提出了，在44～92g/m²的范围内的较低目付至较高目付的电极基材的催化剂层侧形成了包含炭黑和防水性树脂的微孔层的气体扩散电极基材。根据使用了这些气体扩散电极基材的燃料电池，由于改善了电极基材的气体扩散性、排水性，因此可以期待抑制溢流，但有溢流的抑制仍然不充分，不能抑制干涸这样的问题。

专利文献3中提出了，在84g/m²的较高目付的电极基材的催化剂层侧形成了包含炭黑、线型碳和防水性树脂的微孔层的气体扩散电极基材。根据使用了该气体扩散电极基材的燃料电池，由于改善了微孔层的气体扩散性、排水性，因此可以期待抑制溢流，但有溢流的抑制仍然不充分，不能抑制干涸这样的问题。

虽然进行了以上那样的大量努力，但仍然未发现作为耐溢流性优异，另外并且耐干涸性优异的气体扩散电极基材可以令人满意的电极基材。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-123842号公报

专利文献2：日本特开2004-311431号公报

专利文献3：日本特开2006-120506号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的目的是鉴于这样的现有技术的背景，提供耐溢流性、耐干涸性优异，能够在低温至高温的宽温度范围表现高发电性能，以及机械特性、导电性、导热性优异的气体扩散电极基材。

用于解决课题的方法

本发明的气体扩散电极基材，为了解决这样的课题，采用如下手段。

(1)一种燃料电池用气体扩散电极基材，其特征在于，是在电极基材的一面配置有微孔层的燃料电池用气体扩散电极基材，微孔层中包含纵横比在30～5000的范围内的线型碳，气体扩散电极基材的目付在30～60g/m²的范围内。

(2)根据上述(1)所述的燃料电池用气体扩散电极基材，微孔层的目付在10～35g/m²的范围内。

(3)根据上述(1)或(2)所述的燃料电池用气体扩散电极基材，气体扩散电极基材的厚度在70～190μm的范围内。

(4)根据上述(1)～(3)的任一项所述的燃料电池用气体扩散电极基材，与面垂直的方向的透气抵抗在15～190mmAq的范围内。

(5)根据上述(1)～(4)的任一项所述的燃料电池用气体扩散电极基材，在气体扩散电极基材所使用的电极基材的一面和其相反侧的面，氟相对于碳的比率不同，在氟相对于碳的比率高的面配置有微孔层。