[发明专利]气体扩散电极及其制造方法

说明书

本发明为具有微多孔层的气体扩散电极，其特征在于，上述微多孔层至少具有第1微多孔层及第2微多孔层，上述第1微多孔层含有疏水性树脂1，所述第1微多孔层在微多孔层中位于一方的最外表面，上述第2微多孔层含有疏水性树脂2，所述第2微多孔层在微多孔层中位于与第1微多孔层不同侧的最外表面并且位于气体扩散电极的最外表面，上述疏水性树脂1为熔点低于上述疏水性树脂2的熔点的树脂。本发明提供同时实现了性能和耐久性的燃料电池气体扩散电极。

技术领域

燃料电池是将使氢与氧反应而生成水时所产生的能量以电的形式取出的机构，由于能量效率高且排出物仅为水，因此期待作为清洁能源得以普及。本发明涉及燃料电池中使用的气体扩散电极，尤其涉及燃料电池中用作燃料电池车等的电源的高分子电解质型燃料电池中使用的气体扩散电极。

背景技术

就高分子电解质型燃料电池中使用的电极而言，如图1所示，在高分子电解质型燃料电池中被两个隔膜104所夹持而配置于两个隔膜104之间，在高分子电解质膜101的两面具有由形成于高分子电解质膜的表面的催化剂层102、和形成于该催化剂层的外侧的气体扩散层103构成的结构。

气体扩散电极作为用于形成电极中的气体扩散层的单独构件而流通。而且，作为该气体扩散电极所要求的性能，例如可举出气体扩散性、用于收集在催化剂层中产生的电的导电性、及高效地除去在催化剂层表面产生的水分的排水性等。为了得到这样的气体扩散电极，通常使用兼具气体扩散能力及导电性的导电性多孔质基材。

作为导电性多孔质基材，具体而言，使用了由碳纤维形成的碳毡、碳纸及碳布等，其中，从机械强度等方面考虑，认为碳纸是最优选的。

此外，燃料电池是将氢与氧反应生成水时所产生的能量以电的形式取出的系统，因此，若电负荷变大(也即，使向电池外部取出的电流增大)，则产生大量的水(水蒸气)，若该水蒸气于低温凝聚成水滴，堵塞气体扩散电极的细孔，则气体(氧或氢)向催化剂层的供给量降低，最终全部的细孔被堵塞时，发电停止(将该现象称为水淹(flooding))。

为了尽可能地不使该水淹发生，对气体扩散电极要求排水性。作为提高该排水性的手段，通常，对导电性多孔质基材实施疏水处理来提高疏水性。

此外，将上述那样的经疏水处理的导电性多孔质基材直接用作气体扩散电极时，由于其纤维的网眼粗，因此水蒸气凝聚时产生大的水滴，容易引起水淹。因此，有时在实施了疏水处理的导电性多孔质基材上涂布分散有炭黑等导电性微粒和疏水性树脂的涂布液并进行干燥烧结，由此设置被称为微多孔层的层(也称为微孔层)。作为微多孔层的作用，除上述外，还具有下述作用：防止催化剂层侵入网眼粗的导电性多孔质基材；降低与催化剂层的接触电阻；防止由于导电性多孔质基材的凹凸不平被转印至电解质膜而导致的电解质膜的物理性损伤。

为了进一步降低与催化剂层的接触电阻，而且为了使气体扩散电极追随因电解质膜的溶胀(其在燃料电池发电时发生)所带来的厚度变化并同时实现性能和耐久性，有时将催化剂层与微多孔层压接而粘接。在该情况下，催化剂层与微多孔层中的导电性微粒的接触面积越大越好。

另一方面，为了防止水淹(其为设置微多孔层的目的之一)，对于微多孔层而言疏水性是必需的。

现有技术文献

专利文献

作为用于提高催化剂层与微多孔层的粘接性的现有技术，例如提出了专利文献1、2中公开的技术。

专利文献1：日本特开2010-049933号公报

专利文献2：日本专利第5862485号

发明内容

发明要解决的课题