[发明专利]多孔质电极基材及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在使用气体和液体燃料的固体高分子型燃料电池中使用的多孔质电极基材及其制造方法。

背景技术

一直以来，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包含纸状的碳/碳复合体的多孔质电极基材，所述碳/碳复合体是在抄造碳短纤维之后，用有机高分子使其粘结，将其在高温下烧成，使有机高分子碳化而成的(参照专利文献1)。另一方面，为了低成本化，提出了在抄造氧化短纤维之后，将其在高温下烧成，使氧化短纤维碳化而得的多孔质电极基材(参照专利文献2)。此外，提出了下述多孔质电极基材，包含：包含多根碳纤维而成的垫、以及编入该碳纤维垫中的多个腈纶浆粕(acrylic pulp)纤维，该腈纶浆粕纤维编入碳纤维垫之后进行固化并碳化(参照专利文献3)。还提出了下述多孔质电极基材，其具备未经石墨化处理的碳纤维的无纺布网状组织、和配置在上述无纺布网状组织内的石墨粒子和疏水性聚合物的混合物，上述石墨粒子的至少90％的最长尺寸低于100μm(参照专利文献4)。

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

专利文献4：日本特表2008-503043号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，虽然专利文献1所公开的多孔质碳电极基材是机械强度和表面平滑性高、具有充分的气体透气度和导电性的基材，但制造工序复杂，因此具有制造成本增高的问题。专利文献2所公开的碳纤维片的制法虽然可以低成本化，但具有烧成时的收缩大、所得的多孔质电极基材的厚度不均大、片的起伏大这样的问题。专利文献3所公开的多孔质电极基材虽然可以低成本化，但具有片化时的碳纤维与腈纶浆粕的缠绕少、难以操作这样的问题。此外，由于腈纶浆粕纤维与纤维状材料相比，几乎不存在聚合物的分子取向，因此碳化时的碳化率低，为了提高操作性，需要添加大量的腈纶浆粕。专利文献4所公开的多孔质电极基材由于由碳短纤维、碳粉和氟系树脂形成，可以省略在高温下烧成的碳化工序，因此可以低成本化，但存在下述问题：为了提高厚度方向的导电性而需要增加碳粉和氟系树脂量，难以兼有导电性和气体扩散性这样的问题。

本发明的目的是，克服上述那样的问题，提供片强度大、制造成本低、并且具有充分的气体透气度和导电性的多孔质电极基材及其制造方法。

用于解决课题的方法

本发明人等发现通过以下发明1)～10)可解决上述课题。

1).一种多孔质电极基材的制造方法，包括下述工序(1)～工序(4)：

工序(1)，制造在二维平面内分散有碳短纤维(A)、1种以上氧化纤维前体短纤维(b)和/或1种以上原纤状氧化纤维前体纤维(b’)的前体片，

工序(2)，对所述前体片进行交织处理，形成三维交织结构，

工序(3)，使碳粉和氟系树脂浸渍在形成了所述三维交织结构的前体片中；

工序(4)，将所述前体片在150℃以上且低于400℃的温度下进行热处理。

2).根据上述1)所述的多孔质电极基材的制造方法，在所述工序(2)之后且在所述工序(3)之前，进一步具有下述工序(5)：将所述前体片在低于200℃的温度下进行加热加压成型。

3).根据上述1)或2)所述的多孔质电极基材的制造方法，在所述工序(3)之后且在所述工序(4)之前，进一步具有下述工序(6)：将所述前体片在70℃以上且低于150℃的温度下进行干燥处理。

4).根据上述1)～3)的任一项所述的多孔质电极基材的制造方法，所述碳粉含有炭黑。

5).根据上述4)所述的多孔质电极基材的制造方法，所述炭黑为科琴黑。

6).根据上述1)～5)的任一项所述的多孔质电极基材的制造方法，所述碳粉含有石墨粉。

7).一种多孔质电极基材，是通过上述1)～6)的任一项所述的多孔质电极基材的制造方法制造的。

8).一种多孔质电极基材，包含三维交织结构体，所述三维交织结构体是由分散在三维结构体中的碳短纤维(A)彼此通过氧化纤维(B)被接合、进而所述碳短纤维(A)与所述氧化纤维(B)通过碳粉和氟系树脂被接合而形成的。

9).一种膜-电极接合体，使用了上述7)或8)所述的多孔质电极基材。

10).一种固体高分子型燃料电池，使用了上述9)所述的膜-电极接合体。

发明的有益效果