气体扩散层、膜电极接合体、燃料电池及气体扩散层的制造方法技术

本发明专利技术提供气体扩散层、膜电极接合体、燃料电池及气体扩散层的制造方法。提供具有优异的机械强度的气体扩散层。气体扩散层包含导电性粒子和氟树脂，氟树脂含有具有第1平均纤维直径的第1纤维和具有与第1平均纤维直径不同的第2平均纤维直径的第2纤维。的第2平均纤维直径的第2纤维。的第2平均纤维直径的第2纤维。

【技术实现步骤摘要】
气体扩散层、膜电极接合体、燃料电池及气体扩散层的制造方法


[0001]本公开涉及气体扩散层、膜电极接合体、燃料电池及气体扩散层的制造方法。

技术介绍

[0002]气体扩散层具有透气性和气体扩散性，可用于例如燃料电池。在作为燃料电池的一个例子的高分子电解质型燃料电池中，分别将氢离子传导性高分子电解质膜的一个面暴露于氢等燃料气体中，将另一个面暴露于氧中，通过介由电解质膜的化学反应来合成水，由此以电的方式取出此时产生的反应能量。
[0003]高分子电解质型燃料电池的单电池具有膜电极接合体(以下，记载为“MEA”)和配置于MEA的两面的一对导电性的间隔件。MEA具备氢离子传导性高分子电解质膜和夹持该电解质膜的一对电极层。一对电极层具有催化剂层和气体扩散层，所述催化剂层形成于高分子电解质膜的两面，以担载了铂族催化剂的碳粉末为主成分，所述气体扩散层形成于该催化剂层上，兼具集电作用、透气性和疏水性。
[0004]MEA中的气体扩散层将从间隔件供给的气体均匀地供给至催化剂层。另外，气体扩散层也作为催化剂层与间隔件之间的电子的导电路径发挥功能。因此，MEA中使用的气体扩散层有时使用导电性多孔质构件。
[0005]另外，对于MEA中的气体扩散层而言，要求将利用催化剂层通过电池反应而生成的多余的水分迅速地除去，使其排出到MEA体系外，并且要求高疏水性，使得气体扩散层的细孔不会被生成水堵塞。因此，通常使用如下的气体扩散层：用氟树脂等对导电性多孔质构件进行疏水处理，进一步在导电性基材的与催化剂层接触的一侧设置以碳粉末和氟树脂等疏水性树脂为主成分的疏水层。
[0006]专利文献1中公开了由以导电性粒子和高分子树脂为主成分的多孔质构件构成的气体扩散层。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：日本专利第4938133号公报

技术实现思路

[0010]专利技术要解决的课题
[0011]然而，专利文献1的气体扩散层的机械强度弱，气体扩散层有可能因气体、水的压力而破裂。因此，要求提高气体扩散层的机械强度。
[0012]本公开的目的在于提供具有优异的机械强度的气体扩散层。
[0013]用于解决课题的手段
[0014]本公开的气体扩散层包含导电性粒子和氟树脂，上述氟树脂含有具有第1平均纤维直径的第1纤维以及具有与上述第1平均纤维直径不同的第2平均纤维直径的第2纤维。
[0015]本公开的膜电极接合体具备上述气体扩散层、一对电极和电解质膜。
[0016]本公开的燃料电池具备上述气体扩散层和集电板。
[0017]本公开的气体扩散层的制造方法包括：
[0018]将导电性粒子、具有第1平均粒径的第1氟树脂以及具有与第1平均粒径不同的第2平均粒径的第2氟树脂混炼的步骤，
[0019]对上述混炼得到的混炼物进行压延，将上述第1氟树脂和上述第2氟树脂纤维化的步骤。
[0020]专利技术的效果
[0021]根据本公开，能够提供具有优异的机械强度的气体扩散层以及使用了该气体扩散层的膜电极接合体和燃料电池。
附图说明
[0022]图1是表示本公开的实施方式1的高分子电解质型燃料电池组(Battery stack)的构成的示意图。
[0023]图2是表示本公开的实施方式的高分子电解质型燃料电池单元的构成的示意截面图。
[0024]图3A是本公开的实施方式1的气体扩散层的概略示意图。
[0025]图3B是本公开的实施方式1的气体扩散层的截面的局部放大示意图。
[0026]图4A是本公开的实施方式1的气体扩散层的概略示意图。
[0027]图4B是本公开的实施方式1的气体扩散层的截面的局部放大示意图。
[0028]图5A是本公开的实施方式1的气体扩散层的概略示意图。
[0029]图5B是本公开的实施方式1的气体扩散层的截面的局部放大示意图。
[0030]图6是表示本公开的实施方式1的气体扩散层的制造方法的流程图。
[0031]图7是表示实施例1～8和比较例1～4中的原料的条件和评价结果的表1。
[0032]附图标记说明
[0033]100：燃料电池
[0034]1：高分子电解质膜
[0035]2：催化剂层
[0036]2a：阳极催化剂层
[0037]2b：阴极催化剂层
[0038]3：气体扩散层
[0039]3a：阳极侧气体扩散层
[0040]3b：阴极用气体扩散层
[0041]4：间隔件
[0042]4a：阳极侧间隔件
[0043]4b：阴极侧间隔件
[0044]5：流体流路
[0045]6：肋部
[0046]10：电池单元
[0047]11：集电板
[0048]12：绝缘板
[0049]13：端板
[0050]20：膜电极接合体
[0051]30：多孔质结构
[0052]31：导电性粒子
[0053]32：氟树脂
[0054]32
‑
f1：第1纤维
[0055]32
‑
f2：第2纤维
[0056]32
‑
p：氟树脂粒子
[0057]33：导电性纤维
具体实施方式
[0058]第1方式的气体扩散层包含导电性粒子和氟树脂，
[0059]上述氟树脂含有具有第1平均纤维直径的第1纤维以及具有与上述第1平均纤维直径不同的第2平均纤维直径的第2纤维。
[0060]关于第2方式的气体扩散层，在上述第1方式的基础上，可以是上述第1平均纤维直径为10nm以上且100nm以下，
[0061]上述第2平均纤维直径为0.5μm以上且50μm以下。
[0062]关于第3方式的气体扩散层，在上述第1或第2方式的基础上，上述第2纤维相对于上述氟树脂整体的比例可以为10质量％以上且90质量％以下。
[0063]关于第4方式的气体扩散层，在上述第1～第3的任一方式的基础上，可以进一步包含导电性纤维。
[0064]关于第5方式的气体扩散层，在上述第1～第4的任一方式的基础上，上述氟树脂可以含有粒子状的氟树脂。
[0065]关于第6方式的气体扩散层，在上述第5方式的基础上，上述粒子状的氟树脂的平均粒径可以为0.1μm以上且10μm以下。
[0066]关于第7方式的气体扩散层，在上述第5或第6方式的基础上，上述粒子状的氟树脂相对于上述氟树脂整体的比例可以为1质量％以上且50质量％以下。
[0067]关于第8方式的气体扩散层，在上述第1～第7的任一方式的基础上，上述气体扩散层可以具有由上述导电性粒子和上述氟树脂构成的多孔质构件。
[0068]关于第9方式的气体扩散层，在上述第1～第8的任一方式的基础上，上述气体扩散层的拉伸断裂强度可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体扩散层，其包含导电性粒子和氟树脂，所述氟树脂含有具有第1平均纤维直径的第1纤维和具有与所述第1平均纤维直径不同的第2平均纤维直径的第2纤维。2.根据权利要求1所述的气体扩散层，其中，所述第1平均纤维直径为10nm以上且100nm以下，所述第2平均纤维直径为0.5μm以上且50μm以下。3.根据权利要求1或2所述的气体扩散层，其中，所述第2纤维相对于所述氟树脂整体的比例为10质量％以上且90质量％以下。4.根据权利要求1～3中任一项所述的气体扩散层，其还包含导电性纤维。5.根据权利要求1～4中任一项所述的气体扩散层，其中，所述氟树脂含有粒子状的氟树脂。6.根据权利要求5所述的气体扩散层，其中，所述粒子状的氟树脂的平均粒径为0.1μm以上且10μm以下。7.根据权利要求5或6所述的气体扩散层，其中，所述粒子状的氟树脂相对于所述氟树脂整体的比例为1质量％以上且50质量％以下。8.根据权利要求1～7中任一项所述的气体扩散层，其中，所述气体扩散层具有由所述导电性粒子和所述氟树脂形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：川岛勉，山本曜子，吉本美由纪，小川孝二，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：