[发明专利]多孔电极基材及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池中使用的多孔电极基材的制造方法、通过该制造方法制造的多孔电极基材、含有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。

本申请基于2015年4月2日在日本提出申请的日本特愿2015－075672号和2016年2月16日在日本提出申请的日本特愿2016－026631号主张优先权，将其内容援用于此。

背景技术

固体高分子型燃料电池一般由间隔件、电解质膜、催化剂层、以及多孔电极基材构成。其中，多孔电极基材主要具有以下作用。第一，从在多孔电极基材的外侧配置的间隔件上形成的气体流道向催化剂层中的贵金属系催化剂尽量均匀地供给燃料气体或氧化气体的功能。第二，将在催化剂层通过反应而生成的水排出的功能。第三，将催化剂层的反应所需的电子或所生成的电子向间隔件导电的功能。因此，期望多孔电极基材的反应气体和氧化气体透过性、水的排出性以及电子导电性优异，期望通过提高这些性能来提高发电性能。

为了使制造成本低且赋予高气体透过性和电子导电性，提出了一种在抄造碳纤维后，通过添加水溶性酚醛树脂和水分散性酚醛树脂中的一者或两者，利用连续的加热加压处理进行成型，进而，在高温下煅烧使其碳化，从而制造的多孔电极基材(参照专利文献1)。

同样地，提出了在抄造碳纤维后，通过添加酚醛树脂，利用上下的热板进行加热加压处理，进而，在高温下煅烧使其碳化，从而制造的多孔电极基材(参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开2010/102195号

专利文献2：国际公开2014/126002号

发明内容

作为提高多孔电极基材的气体透过性的方法，可举出多孔电极基材的低体积密度化。专利文献1、专利文献2均在添加酚醛树脂后进行了加热加压处理，但在该步骤中，通常在加热加压处理时树脂容易向面内方向扩展，难以向面垂直方向扩展。在如以往那样使多孔电极基材高体积密度化时，面内方向和面垂直方向的纤维间距离短，因此即使在树脂附着方向产生偏差，面内方向和面垂直方向的纤维间粘接也容易，其结果，可得到操作良好的多孔电极基材。另一方面，在使多孔电极基材低体积密度化时，面内方向和面垂直方向的纤维间距离长，因此树脂所致的面内方向和面垂直方向的纤维间粘接变难，其结果，得到难以操作的多孔电极基材。

本发明的目的在于，通过按照与以往不同的制法制作多孔电极基材，提供一种以往难以制作的操作性、气体透过性良好、低体积密度化的多孔电极基材。

本发明的主旨在于以下的[1]～[14]。

[1]一种多孔电极基材，是具有利用碳化物将碳纤维(A)接合而成的结构的多孔电极基材，施加1.5×10^-1MPa的压力时的体积密度为1.0×10^-1g/cm³～2.0×10^-1g/cm³，弯曲强度为10MPa以上。

[2]根据上述[1]所述的多孔电极基材，其中，施加1.5×10^-1MPa的压力时的厚度为50μm～500μm。

[3]根据上述[1]或[2]所述的多孔电极基材，其中，厚度方向的通气度为500ml/cm²/hr/Pa以上。

[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的多孔电极基材，其中，施加3MPa的压力时的厚度为施加5.0×10^-2MPa的压力时的厚度的10％～70％。

[5]根据上述[1]～[4]中任一项所述的多孔电极基材，其中，施加3MPa的压力后，释压至5.0×10^-2MPa时的厚度是施加3MPa加压前的施加5.0×10^-2MPa的压力时的厚度的40％～95％。

[6]根据上述[1]～[5]中任一项所述的多孔电极基材，其中，施加3MPa的压力时的厚度方向的电阻值为1.0mΩ·cm²～10.0mΩ·cm²。

[7]一种膜－电极接合体，含有上述[1]～[6]中任一项所述的多孔电极基材。

[8]一种固体高分子型燃料电池，含有上述[7]所述的膜－电极接合体。

[9]一种多孔电极基材的制造方法，按照以下的工序(1)～(5)的顺序进行制造，

工序(1)：制造分散有碳纤维(A)和含热塑性树脂的纤维(B)的前体片状物的工序；