燃料电池用金属制气体扩散层及其制造方法技术

[课题]提供具有良好的电子电导率和拒水性、且低成本的燃料电池用金属制气体扩散层及其制造方法。[解决手段]为配置于高分子电解质膜和分隔件之间的包含金属多孔体的燃料电池用金属制气体扩散层的制造方法，所述制造方法具备如下工序：导电性层形成工序，在金属多孔体上形成包含碳皮膜层的导电性层；和拒水层形成工序，在形成有导电性层的金属多孔体上形成拒水层。拒水层形成工序具备如下工序：浸渍工序，在金属多孔体上涂敷含有构成拒水层的氟树脂的溶液；热处理工序，将涂敷有溶液的金属多孔体以溶液中所含且不构成拒水层的挥发性成分的蒸发温度以上、并且低于导电性层的破坏温度的条件进行热处理，形成由氟树脂构成的拒水层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。
技术介绍
作为燃料电池的气体扩散层，提出了形成有用于提高电子电导率的导电性层和用于赋予拒水性的拒水层的金属多孔体(例如参照专利文献1。)。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2005-302610号公报
技术实现思路
_6] 专利技术要解决的问题然而，导电性层包含金、铂等贵金属，难以降低成本。另一方面，拒水层的形成必须在导电性层的形成后实施，并且需要高温的热处理。此处，应用低成本的碳皮膜层作为导电性层时，存在由于用于形成拒水层的高温的热处理而使碳皮膜层被破坏，电子电导率降低的问题。本专利技术是为了解决伴随上述现有技术的问题而作出的，目的在于，提供具有良好的电子电导率和拒水性、且低成本的。_9] 用于解决问题的方案用于达成上述目的的本专利技术的一个方式为:配置于高分子电解质膜和分隔件之间的包含金属多孔体的燃料电池用金属制气体扩散层的制造方法，所述制造方法具备如下工序:工序(A)，在前述金属多孔体上形成包含碳皮膜层的导电性层；和工序(B)，在形成有前述导电性层的前述金属多孔体上形成拒水层。前述工序(B)具备如下工序:工序(B1)，在前述金属多孔体上涂敷含有构成前述拒水层的氟树脂的溶液；工序(B2)，将涂敷有前述溶液的前述金属多孔体以前述溶液中所含且不构成前述拒水层的挥发性成分的蒸发温度以上、并且低于前述导电性层的破坏温度的条件进行热处理，形成由前述氟树脂构成的前述拒水层。用于达成上述目的的本专利技术的其他方式为一种燃料电池用金属制气体扩散层，其是通过前述燃料电池用金属制气体扩散层的制造方法而制造的。_3] 专利技术的效果根据本专利技术，导电性层包含碳皮膜层，因此与包含金、铂等贵金属的导电性层相比，可以廉价地形成。另外，热处理温度低于导电性层的破坏温度，因此形成拒水层时可以抑制导电性层的破坏。即，可以维持通过形成导电性层而赋予的良好的电子电导率、且赋予良好的拒水性。因此，可以提供具有良好的电子电导率和拒水性、且低成本的。本专利技术的进一步的其他目的、特征和特质通过参照以下的说明和附图中示例的优选的实施方式而清楚揭示。【附图说明】图1为用于说明本专利技术的实施方式的燃料电池的立体分解图。图2为用于说明图1所示的单电池的截面图。图3为用于说明图2所示的金属制气体扩散层的俯视图。图4为用于说明本专利技术的实施方式的金属制气体扩散层的制造方法的流程图。图5为用于说明图4所示的导电性层形成工序的概要图。图6为用于说明图4所示的拒水层形成工序的概要图。图7为用于说明本专利技术的实施方式的变形例的概要图。图8为用于说明实施例和比较例的电阻的测定结果的图。图9为用于说明实施例的深度方向的元素分析结果的图。图10为用于说明比较例的深度方向的元素分析结果的图。图11为用于说明拒水层形成工序中应用的氟树脂溶液中所含的表面活性剂的TGA和DTA测定结果的图。图12为示出水接触角和接触电阻相对于氟树脂溶液中的氟树脂浓度的关系的图。【具体实施方式】以下，边参照附图边说明本专利技术的实施方式。图1为用于说明本专利技术的实施方式的燃料电池的立体分解图。实施方式1的燃料电池100由例如以氢气作为燃料的固体高分子型燃料电池构成，可以作为电源利用。固体高分子型燃料电池(PEFC)可以小型化、高密度化和高功率化，优选用作搭载空间有限的车辆等移动体的驱动用电源，尤其，特别优选系统的启动和停止、功率变动频繁发生的汽车用途。上述情况下，可以搭载于汽车(燃料电池车)的车体中央部的座位下、后部行李仓的下部、车辆前方的发动机舱。从扩大车内空间和行李仓的观点出发，优选搭载于座位下。如图1所示那样，燃料电池100具有:堆栈部110、紧固板130、加强板135、集电板140、隔板145、端板150和螺栓155。堆栈部110由单电池120的层叠体构成。单电池120如后述那样具有膜电极组件(MEA:membrane electrode assembly)和分隔件。紧固板130配置于堆栈部110的底面和上表面，加强板135配置于堆栈部110的两侧。紧固板130和加强板135构成包围堆栈部110的周围的壳体。集电板140由致密质碳、铜板等不透气的导电性构件形成，设有用于输出由堆栈部110产生的电动势的输出端子，配置于单电池120的层叠方向的两端(堆栈部110的正面和背面)。隔板145配置在堆栈部110的背面所配置的集电板140的外侧。端板150由具备刚性的材料形成、例如由钢等金属材料形成，配置在堆栈部110的正面所配置的集电板140的外侧和隔板145的外侧。端板150为了使燃料气体(氢气)、氧化剂气体(氧气)和冷却介质(冷却水)流通而具备燃料气体导入口、燃料气体排出口、氧化剂气体导入口、氧化剂气体排出口、冷却水导入口和冷却水排出口。螺栓155用于通过将端板150、紧固板130和加强板135紧固，使其紧固力作用于单电池120的层叠方向，从而将位于内部的堆栈部110保持为挤压状态。螺栓155的根数和螺栓孔的位置可以适当变更。紧固机构不限定于螺合，也可以应用其他手段。图2为用于说明图1所示的单电池的截面图，图3为用于说明图2所示的金属制气体扩散层的俯视图。单电池120具有膜电极组件40和分隔件50、55。膜电极组件40具有:高分子电解质膜20、作为电极(阴极)发挥功能的催化剂层30、作为电极(阳极)发挥功能的催化剂层35、和金属制气体扩散层10。金属制气体扩散层10如图3所示那样为金属多孔体，如后述那样，具有良好的电子电导率和拒水性且为低成本。本实施方式中，金属制气体扩散层10包含编织多个金属制线材12而形成的金属丝网，具有良好的强度，因此容易减薄气体扩散层。线材12的织造方法(编织方法)没有特别限定，例如可以应用平纹编织、斜纹编织、平纹密纹编织、斜纹密纹编织。另外，金属丝网也可以不进行编织而是将线材彼此固定(例如焊接)来形成。金属制气体扩散层10配置于分隔件50和催化剂层30之间、以及分隔件55和催化剂层35之间，用于向催化剂层30、35供给气体。位于分隔件50和催化剂层30之间的金属制气体扩散层10为用于使供给至阳极侧的燃料气体分散的阳极气体扩散层，位于分隔件55和催化剂层35之间的金属制气体扩散层10为用于使供给至阴极侧的氧化剂气体分散的阴极气体扩散层。金属制气体扩散层10的目数从气体的供给性和电池电压的观点出发，优选为100以上，更优选为100?500。催化剂层30包含催化剂成分、负载催化剂成分的导电性当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池用金属制气体扩散层的制造方法，其为配置于高分子电解质膜和分隔件之间的包含金属多孔体的燃料电池用金属制气体扩散层的制造方法，所述制造方法具备如下工序：工序(A)，在所述金属多孔体上形成包含碳皮膜层的导电性层；和工序(B)，在形成有所述导电性层的所述金属多孔体上形成拒水层，所述工序(B)具备如下工序：工序(B1)，在所述金属多孔体上涂敷含有构成所述拒水层的氟树脂的溶液；工序(B2)，将涂敷有所述溶液的所述金属多孔体以所述溶液中所含且不构成所述拒水层的挥发性成分的蒸发温度以上、并且低于所述导电性层的破坏温度的条件进行热处理，形成由所述氟树脂构成的所述拒水层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：青谷幸一郞，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP