[发明专利]多孔电极基材、其制造方法、膜－电极接合体以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等的多孔电极基材及其制造方法、含有该多孔电极基材的膜－电极接合体以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使用由纸状的碳/碳复合体构成的多孔电极基材，该纸状的碳/碳复合体是将碳短纤维进行抄制后，用有机高分子使其粘结，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，出于提高气体扩散电极基材的导电率的目的，还提出了向可碳化的树脂中添加碳粉末而得的基材(参照专利文献2)。

此外，出于使气体扩散电极基材成本降低的目的，提出了将氧化短纤维进行抄制后，将其在高温下进行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3)。

另外，提出了一种燃料电池用气体扩散层，其含有用于气体扩散电极基材的、含有大量碳纤维的垫片；以及被编入到该碳纤维垫片的多个腈纶浆粕纤维(acrylic pulp filber)，该腈纶浆粕纤维在被编入到碳纤维垫片之后被固化、碳化(参照专利文献4)。

另外，出于使电极基材成本降低的目的，提出了利用分割纤维将碳短纤维间粘结的未碳化的多孔电极基材的制造方法，所述分割纤维具有由接触角为80°以上的疏水性物质和导电性物质构成的原纤部(参照专利文献5)。

此外，作为气体扩散电极基材，提出了一种多孔电极基材，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于上述无纺布网状组织内的石墨粒子与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6)。

现有技术文献

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:日本特开2006－143478号公报

专利文献3:国际公开第2002/042534号小册子

专利文献4:日本特开2007－273466号公报

专利文献5:日本特开2004－363018号公报

专利文献6:日本特表2008－503043号公报

发明内容

但是，专利文献1中公开的多孔电极基材(多孔碳电极基材)虽然具有充分的气体透气度和导电性，但由于制造工序复杂，所以存在制造成本增高的趋势。

专利文献2中公开的多孔电极基材虽然在机械强度、表面平滑性以及气体透气度方面具有优异的性质，并且通过添加碳粉末而提高了导电性，但由于制造工序复杂，所以存在制造成本增高的趋势。

专利文献3中公开的碳纤维片(多孔电极基材)虽然能够降低成本，但采用该文献记载的制造方法时有时煅烧时的收缩大，有时得到的多孔电极基材的厚度不均匀、片的起伏大。若多孔电极基材发生收缩、厚度不均，则根据基材的位置而性能变得不均匀，品质降低。并且，如果多孔电极基材的起伏变大，则在燃料电池内与其它部件的接触变得不充分，产生燃料电池的性能和耐久性降低这样的问题。

专利文献4中公开的多孔电极基材虽然能够降低成本，但使用的腈纶浆粕有时碳化时的碳化率低，为了提高操作性，需要添加大量的腈纶浆粕。

专利文献5中公开的多孔电极基材虽然在制造过程中没有碳化工序而能够大幅降低成本，但有时粘结碳短纤维间的具有由疏水性物质和导电性物质构成的原纤部的分割纤维的导电性不充分，有时多孔电极基材的导电性低。

专利文献6中公开的多孔电极基材由碳短纤维、碳粉和氟系树脂形成，由于在制造过程中能够省略在高温下进行煅烧的碳化工序所以能够降低成本，但没有粘结碳短纤维的成分，为了提高片强度和厚度方向的导电性而需要大量碳粉和氟系树脂，存在难以兼得导电性和气体扩散性这样的问题。

本发明的目的是克服如上所述的问题点，提供片强度大、具有充分的气体透气度和导电性、且制造成本低的多孔电极基材及其制造方法。另外，本发明的另一个目的是提供使用了该多孔电极基材的膜－电极接合体和固体高分子型燃料电池。

本发明人等发现通过以下的发明[1]～[20]解决了上述课题。