碳片、气体扩散电极基材和燃料电池制造技术

本发明专利技术提供一种可适用于气体扩散电极基材的碳片，其耐溢流性优异，并且能够防止气体流路的挠曲，进而，机械特性、导电性和导热性优异，且能够稳定地生产。用于实现上述目的的本发明专利技术的碳片的实施方式之一为一种碳片，其特征在于，是包含碳纤维和粘合材料的多孔碳片，在从离一个表面最近的具有50％填充率的面到离另一个表面最近的具有50％填充率的面为止的区间，对于将所述碳片在面垂直方向3等分而得到的层，如果将离一个表面近且层的填充率最大的层设为层X，将离另一个表面近且层的填充率小于层X的层设为层Y，将位于层X与层Y之间的层设为层Z，则层的填充率按照层X、层Y、层Z的顺序依次变小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳片、气体扩散电极基材和燃料电池
本专利技术涉及可适用于燃料电池、特别是固体高分子型燃料电池的碳片，以及包含微孔层的气体扩散电极基材、包含该气体扩散电极基材的燃料电池。
技术介绍
将包含氢的燃料气体供给至阳极，将包含氧的氧化气体供给至阴极，通过在两极发生的电化学反应而得到电动势的固体高分子型燃料电池一般而言依次层叠隔离件、气体扩散电极基材、催化剂层、电解质膜、催化剂层、气体扩散电极基材和隔离件而构成。对于上述气体扩散电极基材，需要用于将从隔离件供给的气体向催化剂层扩散的高气体扩散性、用于将伴随电化学反应而生成的水向隔离件排出的高排水性以及用于将产生的电流取出的高导电性。因此，广泛使用以由碳纤维等构成的碳片作为基材并在其表面形成有微孔层的气体扩散电极基材。然而，作为这样的气体扩散电极基材的课题，已知有如下问题：(1)使固体高分子型燃料电池在小于70℃的较低温度且高电流密度区域中工作时，气体扩散电极基材因大量生成的水而堵塞，气体的供给不足，结果发电性能降低(以下，记载为溢流(flooding))；以及(2)在组装固体高分子型燃料电池时，在隔离件上按压气体扩散电极基材时，气体扩散电极基材在担负气体的供给、生成水的排出的隔离件的流路发生挠曲，阻碍气体的供给，或阻碍生成水从气体流路的排出。因此，对于气体扩散电极基材，要求实现高的生成水的排水性以及在局部压缩时不向气体流路变形的低挠曲性，同时还要求作为气体扩散电极基材所要求的机械强度。于是，例如提出了一种碳片，其为了减小碳片表面的压缩残留应变来抑制向设置于隔离件的槽的挠曲，在面垂直方向层叠堆积密度不同的层，两表面的多孔结构的密度比内部的多孔结构的堆积密度高(专利文献1)。另外，提出了一种燃料电池用气体扩散基材，其通过使碳片的树脂密度在面垂直方向连续地减少来防止燃料电池性能的降低(专利文献2)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2007－176750号公报专利文献2：日本特开2013－145640号公报
技术实现思路
然而，对于专利文献1中记载的专利技术，残留有如下问题：由于碳片的两表面的堆积密度相同，因此，在产生生成水时容易滞留于内部，明显产生溢流。另外，对于专利文献2中记载的专利技术，残留有如下问题：由于向隔离件侧的碳化树脂量变少，因此，不仅碳片向隔离件流路的挠曲变大，而且表面的碳纤维的粘结脱落、碳纤维在隔离件内起毛，堵住流路内的生成水，堵塞流路内部。于是，鉴于上述现有技术的背景，本专利技术的目的在于提供一种可适用于气体扩散电极基材的碳片，其以往困难的耐溢流性优异，并且能够防止气体流路的挠曲。进而，本专利技术的其它目的在于提供一种使用上述碳片作为基材而成的气体扩散电极基材、包含该气体扩散电极的燃料电池。用于解决上述课题的本专利技术的第一实施方式如下所述。即，一种碳片，其特征在于，是包含碳纤维和粘合材料的多孔碳片，在从离一个表面最近的具有50％填充率的面到离另一个表面最近的具有50％填充率的面为止的区间，对于将所述碳片在面垂直方向3等分而得到的层，如果将离一个表面近且层的填充率最大的层设为层X，将离另一个表面近且层的填充率小于层X的层设为层Y，将位于层X与层Y之间的层设为层Z，则层的填充率按层X、层Y、层Z的顺序依次变小。在此，50％填充率是指从碳片的一个表面朝向另一个表面，每隔一定长度测定面的填充率，接着，求出得到的面的填充率的平均值并进一步得到的平均值的50％的值。进而，层的填充率是指使用形成层的面的填充率而得到的平均值。另外，本专利技术的第二实施方式如下所述。即，一种碳片，其特征在于，是包含碳纤维和粘合材料的多孔碳片，在从一个表面到另一个表面为止的区间，对于将所述碳片在压缩下在面垂直方向6等分而得到的层，在从包含一个表面的层朝向包含另一个表面的层依次设为层1、层2、层3、层4、层5、层6时，压缩下的填充率最大的层为层2，层2、层3、层4、层5的压缩下的填充率的关系按层2的填充率、层5的填充率、层3与层4的平均填充率的顺序依次变小。根据本专利技术，能够得到一种可适用于气体扩散电极基材的碳片，其以往困难的耐溢流性优异，并且能够防止气体流路的挠曲。附图说明图1是用于说明本专利技术的第一实施方式的碳片的构成的截面示意图。图2是用于说明本专利技术的第二实施方式的碳片的构成的截面示意图。图3是用于说明使用了本专利技术的碳片的气体扩散电极基材的构成的截面示意图。具体实施方式本专利技术的第一实施方式为一种碳片，其特征在于，是包含碳纤维和粘合材料的多孔碳片，在从离一个表面最近的具有50％填充率的面到离另一个表面最近的具有50％填充率的面为止的区间，对于将上述碳片在面垂直方向3等分而得到的层，如果将离一个表面近且层的填充率最大的层设为层X，将离另一个表面近且层的填充率小于层X的层设为层Y，将位于层X与层Y之间的层设为层Z，则层的填充率按层X、层Y、层Z的顺序依次变小。在此，50％填充率是指从碳片的一个表面朝向另一个表面，每隔一定长度测定面的填充率，接着，求出得到的面的填充率的平均值并进一步得到的平均值的50％的值。进而，层的填充率是指使用形成层的面的填充率而得到的平均值。另外，本专利技术的第二实施方式为一种碳片，其特征在于，是包含碳纤维和粘合材料的多孔碳片，在从一个表面到另一个表面为止的区间，对于将上述碳片在压缩下在面垂直方向6等分而得到的层，在从包含一个表面的层朝向包含另一个表面的层依次设为层1、层2、层3、层4、层5、层6时，压缩下的填充率最大的层为层2，层2、层3、层4、层5的压缩下的填充率的关系按层2的填充率、层5的填充率、层3与层4的平均填充率的顺序依次变小。应予说明，在本专利技术中，对于层1、层2、层3、层4、层5、层6，仅记载为“填充率”时，表示压缩下的填充率。即，“层1的填充率”和“层1的压缩下的填充率”均表示层1的压缩下的填充率。以下，对本专利技术的碳片、气体扩散电极基材和燃料电池详细地进行说明。首先，使用附图对本专利技术的碳片和气体扩散电极基材的构成进行说明。图1是用于说明本专利技术的第一实施方式的碳片的构成的示意图。另外，图2是用于说明本专利技术的第二实施方式的碳片的构成的截面示意图。图3是用于例示说明使用了本专利技术的第一实施方式的碳片的气体扩散电极基材的构成的截面示意图。在图1中，在从离一个表面(面X(2))最近的具有50％填充率的面(面XX(5))到离另一个表面(面Y(3))最近的具有50％填充率的面(面YY(6))为止的区间，对于将上述碳片在面垂直方向3等分而得到的层，如果将离一个表面(面X(2))近且层的填充率最大的层设为层X(7)，将离另一个表面(面Y(3))近且层的填充率小于层X的层设为层Y(9)，将位于层X与层Y之间的层设为层Z(8)，则层的填充率按层X(7)、层Y(9)、层Z(8)的顺序依次变小。如此，本专利技术的碳片(1)的第一实施方式由层X(7)、层Y(9)、层Z(8)和区域(4)构成，所述区域(4)由小于50％填充率的面构成。另外，在图2中，在从一个表面(面1(10))到另一个表面(面6(11))为止的区间，对于将上述碳片在压缩下在面垂直方向6等分而得到的层，在从包含一个表面(面1(10))的层朝向包含另一个表面(面6(11))的层依次设为层1(12)、层2(13)、层3(14)、层4(15)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳片，其特征在于，是包含碳纤维和粘合材料的多孔碳片，在从离一个表面最近的具有50％填充率的面到离另一个表面最近的具有50％填充率的面为止的区间，对于将所述碳片在面垂直方向3等分而得到的层，如果将离一个表面近且层的填充率最大的层设为层X，将离另一个表面近且层的填充率小于层X的层设为层Y，将位于层X与层Y之间的层设为层Z，则层的填充率按层X、层Y、层Z的顺序依次变小，在此，50％填充率是指从碳片的一个表面朝向另一个表面，每隔一定长度测定面的填充率，接着，求出得到的面的填充率的平均值并进一步得到的平均值的50％的值，进而，层的填充率是指使用形成层的面的填充率而得到的平均值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.17 JP 2014-2124231.一种碳片，其特征在于，是包含碳纤维和粘合材料的多孔碳片，在从离一个表面最近的具有50％填充率的面到离另一个表面最近的具有50％填充率的面为止的区间，对于将所述碳片在面垂直方向3等分而得到的层，如果将离一个表面近且层的填充率最大的层设为层X，将离另一个表面近且层的填充率小于层X的层设为层Y，将位于层X与层Y之间的层设为层Z，则层的填充率按层X、层Y、层Z的顺序依次变小，在此，50％填充率是指从碳片的一个表面朝向另一个表面，每隔一定长度测定面的填充率，接着，求出得到的面的填充率的平均值并进一步得到的平均值的50％的值，进而，层的填充率是指使用形成层的面的填充率而得到的平均值。2.根据权利要求1所述的碳片，其中，在将层Y的填充率设为1时，层X的填充率为1.03以上，层Z的填充率为0.97以下。3.根据权利要求1或2所述的碳片，其中，在从一个表面到另一个表面为止的区间，对于将所述碳片在压缩下在面垂直方向6等分而得到的层，在从包含一个表面的层朝向包含另一个表面的层依次设为层1、层2、层3、层4、层5、层6时，压缩下的填充率最大的层为层2，层2、层3、层4、层5的压缩下的填充率的关系按层2的填充率、层5的填充率、层3与层4的平均填充率的顺序依次变小。4.根据权利要求3所述的碳片，其中，在将层5的填充率设为1时，层2的填充率为1.03以上，层3与层4的平均填充率为0.97以下。5.根据权利要求1～4中任一项所述的碳片，其中，在将离层Y最近的表面设为面Y时，所述面Y的水的滑落角为40度以...

【专利技术属性】
技术研发人员：岨手胜也，千田崇史，宇都宫将道，菅原透，安藤隆，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP