一种气体扩散电极基材，其用于燃料电池，所述气体扩散电极基材由电极基材和微多孔部构成，其中，在电极基材的一面形成有微多孔部(A)，在电极基材内部的一部分形成有微多孔部(B)，且所述气体扩散电极基材具有以下部分：从形成有微多孔部(A)的那一侧的电极基材表面至相反侧的电极基材表面附近，微多孔部(B)连续存在的部分；以及，从形成有微多孔部(A)的那一侧的电极基材表面至相反侧的电极基材表面，空隙连续分布的部分。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种适用于燃料电池、特别是固体高分子型燃料电池的气体扩散电极基材。更详言而言，涉及一种气体扩散电极基材，其由于具有高温下的耐干涸性，并且在低温且高增湿条件下的气体扩散性与排水性也良好，所以耐溢流性优异，能够在维持机械特性、导电性、热传导性的情况下，在从低温到高温的广泛温度范围内显示高的发电性能。
技术介绍
固体高分子型燃料电池将含氢的燃料气体供给至阳极，将含氧的氧化气体供给至阴极，通过在两极引起的电化学反应而得到电动势，一般而言，该固体高分子型燃料电池的构成如下：依次层叠隔板、气体扩散电极基材、催化剂层、电解质膜、催化剂层、气体扩散电极基材、隔板。气体扩散电极基材要求用于使从隔板供给的气体扩散至催化剂层的高的气体扩散性、将伴随电化学反应而产生的液态水向隔板排出的高的排水性、将所产生的电流的导出的高的导电性，从而由碳纤维等构成的电极基材被广泛使用。然而，已知：(1)当使固体高分子型燃料电池在低于70℃的较低温且高电流密度区域工作时，大量产生的液态水导致电极基材堵塞，燃料气体的供给不足，结果产生发电性能降低的问题(以下，记载为溢流)；(2)当在80℃以上的较高温下使固体高分子型燃料电池工作时，水蒸气扩散导致电解质膜干燥，质子传导性下降，结果产生发电性能降低的问题(以下，记载为干涸)，为了解决这些(1)、(2)的问题而进行了诸多尝试。作为其基本的解决方法，采用在气体扩散电极基材的表面形成微多孔部，并在该微多孔部内形成空隙，从而提高气体的扩散性和排水性的方法。专利文献1中公开了，通过采用使碳多孔体，即微多孔部含埋于电极基材的结构，使含埋层的密度成为一定范围，可以获得在低增湿条件和高增湿条件下呈稳定的发电性能。然而，在以该方法得到的使微多孔部含埋于电极基材的结构中，不能同时满足高的气体扩散性和高的排水性，特别是低温下的发电性能不够充分。专利文献2中公开了一种通过对微多孔部的内部加载大量的造孔粒子而形成贯通孔，将水与气体的流路分离，由此可以分别在干燥条件和增湿条件下获得高性能的技术。然而，在专利文献2所公开的方法中，存在虽然在微多孔部的排水性提高，但排出的水分累积在碳纸中而阻碍气体扩散的问题，未能获得充分的性能。虽然已进行诸如此类的诸多尝试，但尚未发现可满足在不使耐干涸性能降低的情况下，尤其是低温下的耐溢流性优异的气体扩散电极基材的方案。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2009-129599号公报专利文献2：日本特开2008-277093号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本专利技术的目的在于，提供一种气体扩散电极基材、膜电极接合体及燃料电池，所述气体扩散电极基材由于具有高温下的耐干涸性，并且在低温且高增湿条件下的气体扩散性和排水性也良好，所以耐溢流性优异，能够在不大幅损及机械特性、导电性、热传导性的情况下，在从低温到高温的广泛温度范围下显示高的发电性能。用于解决课题的手段为了解决所述课题，本专利技术的气体扩散电极基材采用如下方案。即，一种气体扩散电极基材，其用于燃料电池，所述气体扩散电极基材由电极基材和微多孔部构成，其中，在电极基材的一面形成有微多孔部(A)，在电极基材内部的一部分形成有微多孔部(B)，且气体扩散电极基材具有以下部分：从形成有微多孔部(A)的那一侧的电极基材表面至相反侧的电极基材表面附近，微多孔部(B)连续存在的部分；以及从形成有微多孔部(A)的那一侧的电极基材表面至相反侧的电极基材表面，空隙连续分布的部分。另外，为了解决所述课题，本专利技术的膜电极接合体采用如下方案。即，一种膜电极接合体，在电解质膜的两侧具有催化剂层，进而在所述催化剂层的外侧具有所述的气体扩散电极基材。进而，为了解决所述课题，本专利技术的燃料电池采用如下方案。即，一种燃料电池，在所述的膜电极接合体的两侧具有隔板。专利技术效果根据本专利技术，通过在高温发电时维持耐干涸性，并且在保持气体扩散电极基材中的气体扩散性的同时，促进液态水的排出，由此，可以大幅度抑制低温发电时的溢流。因此，若将本专利技术的气体扩散电极基材用于燃料电池，则可以在从低温到高温的广泛温度范围显示高的发电性能。另外，本专利技术的气体扩散电极基材的机械强度、导电性、热传导性也良好。附图说明图1是表示在电极基材形成有微多孔部的状态的气体扩散电极基材的剖面示意图。具体实施方式现有方法中，由于不能兼具电极基材的垂直于面的方向的气体扩散性与从电极基材向隔板流路的排水性，所以无法进行性能提高，本专利技术人等鉴于此，发现通过形成将有助于气体扩散性的路径和有助于排水性的路径分离的结构，可保持气体扩散性，同时促进液态水的排出，从而完成了本专利技术。本专利技术的气体扩散电极基材需要由电极基材和微多孔部构成，且在电极基材的一面形成有微多孔部(A)，在电极基材内部的一部分形成有微多孔部(B)。微多孔部(A)为在电极基材的表面以层状层叠的微多孔部，有别于形成于电极基材内部的一部分的微多孔部即后述的微多孔部(B)。此外，本专利技术中，将仅由碳纸等构成且未设有微多孔部的基材、或“气体扩散电极基材”中的该部分称为“电极基材”，将在电极基材设有微多孔部的基材称为“气体扩散电极基材”。以下，对各要素加以说明。本专利技术的电极基材需要用于使从隔板供给的气体扩散至催化剂层的高的气体扩散性、用于将伴随电化学反应而产生的液态水向隔板排出的高的排水性、用于将所产生的电流的导出高的导电性。因此，作为电极基材，使用导电性的多孔体，具体而言，使用碳纤维织物、碳纤维无纺布、碳纤维抄纸体等含有碳纤维的多孔体、或发泡烧结金属、金属网、膨胀金属等金属多孔体，其中，从耐腐蚀性优异的观点出发，优选使用含有碳纤维的多孔体。作为碳纤维织物，可以为将碳纤维进行制织而作成织物的材料、或对碳纤维的前体纤维经制织的织物进行烧成而得的材料。另外，作为碳纤维无纺布，可以为将碳纤维加工成无纺布而成的材料、或将碳纤维的前体纤维加工成无纺布后根据需要实施压缩等加工后再进行烧成而得的所谓毛毡型的材料。特别是，在包含碳纤维的多孔体中，从机械强度优异的观点出发，优选使用通过碳化物将碳纤维抄纸体粘接而成的基材，即“碳纸”。在本专利技术中，通过碳化物将碳纤维抄纸体粘接而成的基材，通常如后述，通过将在碳纤维的抄纸体中含浸树脂并加以碳化而得到。作为碳纤维，可举出聚丙烯腈(PAN)系、沥青系、人造丝系等碳纤维。其中，从机械强度优异的观点出发，在本专利技术中优选使用PAN系、沥青系碳纤维。电极基材的厚度优选为50μm以上，更优选为60μm以上。另外，电极基材的厚度优选为190μm以下，更优选为160μm以下。这样，通过将电极基材设为190μm以下的厚度，在含埋微多孔部(B)时，容易含埋至电极基材的内部，可以有效形成本专利技术所需的从形成有微多孔部(A)的那一侧的电极基材表面至相反侧的电极基材表面有微多孔部(B)连续存在的部分，即微多孔部(B)连续存在的结构。另一方面，若将电极基材形成为50μm以上的厚度，则气体在基材中朝面内方向扩散至隔板的肋下，气体更容易向肋下的催化剂层扩散，因此，有助于发电性能的提高。电极基材的厚度可以在以表面压力0.15MPa加压的状态下，利用测微计来求取。将10处的单独测定值平均后的值作为其厚度。此外，电极基材的厚度也可以使用从气体扩散电极基材分离出的电极基材来测定。例如本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种气体扩散电极基材，其用于燃料电池，所述气体扩散电极基材由电极基材和微多孔部构成，其中，在电极基材的一面形成有微多孔部A，在电极基材内部的一部分形成有微多孔部B，且所述气体扩散电极基材具有以下部分：从形成有微多孔部A的那一侧的电极基材表面至相反侧的电极基材表面附近微多孔部B连续存在的部分；以及从形成有微多孔部A的那一侧的电极基材表面至相反侧的电极基材表面空隙连续分布的部分。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.24 JP 2014-0328281.一种气体扩散电极基材，其用于燃料电池，所述气体扩散电极基材由电极基材和微多孔部构成，其中，在电极基材的一面形成有微多孔部A，在电极基材内部的一部分形成有微多孔部B，且所述气体扩散电极基材具有以下部分：从形成有微多孔部A的那一侧的电极基材表面至相反侧的电极基材表面附近微多孔部B连续存在的部分；以及从形成有微多孔部A的那一侧的电极基材表面至相反侧的电极基材表面空隙连续分布的部分。2.根据权利要求1所述的气体扩散电极基材，其中，在电极基材内部的一部分中含埋有微多孔部B。3.根据权利要求1或2所述的气体扩散电极基材，其中，微多孔部B的单位面积重量在电极基材单位面积重量的0.25～0.55倍的范围内。4.根据权利要求1～3中任一项所述的气体扩散电极基材，其中，微多孔部B含有碳系填料，且作为所述碳系填料含有纵横比为30～5000的碳系填料。5.根据权利要求4所述的气体扩散电极基材，其中，纵横比为30～5000的碳系填料为纵横比为30～5000的纤维状碳。6.根据权利要求1～5中任一项所述的气体扩散电极基材，其中，在电极基材的截面中，所述微多孔部B连续存在的部分的密度为1个/mm以上。7.根据权利要求1～6中任一项所述的气体扩散电极基材，其中，在电极基材的截面中，所述空隙连续分布的部分的密度为1个\...
【专利技术属性】
技术研发人员：谷村宁昭，宇都宫将道，釜江俊也，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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