制造气体扩散层的方法技术

本发明专利技术的一个方面涉及一种制造气体扩散层的方法，所述方法包括：斥水材料分散液制备工序，其中将斥水材料、粘度调节剂和溶剂混合以得到斥水材料分散液；浸渍工序，其中利用所述斥水材料分散液浸渍基材；和烧成工序，其中将浸渍有所述斥水材料分散液的所述基材进行烧成，其中在所述斥水材料分散液制备工序中的所述斥水材料分散液的粘度为0.04Pa

【技术实现步骤摘要】
制造气体扩散层的方法


[0001]本专利技术涉及一种制造燃料电池中使用的气体扩散层的方法。

技术介绍

[0002]在燃料电池中，通过氢与氧的电化学反应获得电动势。伴随燃料电池发电产生的产物原则上仅为水。因此，燃料电池作为一种对地球环境几乎没有负担的清洁发电系统受到了关注。
[0003]燃料电池由膜电极组件(下文中称作“MEA”)作为基本单元而构成，所述MEA中电极催化剂层设置在电解质膜的两个表面上。当燃料电池工作时，通过向阳极(anode，燃料电极)侧的电极催化剂层供应含氢的燃料气体并向阴极(cathode，空气电极)侧的电极催化剂层供应含氧的氧化气体来获得电动势。阳极中进行氧化反应，阴极中进行还原反应，并向外部电路供应电动势。
[0004]通常，在燃料电池中，气体扩散层被设置在MEA的各电极催化剂层的外部，并且另外隔板被设置在气体扩散层的外部以形成燃料电池。基于期望的功率，燃料电池通常作为所需多个燃料电池的组合(下文中称作“燃料电池堆”)来使用。
[0005]气体扩散层通常具有包含斥水层和多孔基材(例如碳纸)的双层结构。通常通过将斥水化合物(例如聚四氟乙烯(下文中称作“PTFE”))、碳和表面活性剂与水混合而得到糊料并将该糊料施涂至多孔基材的表面来形成所述斥水层。
[0006]例如，日本特开平10
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32009号(JP 10
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32009A)描述，其中PTFE和表面活性剂分散在水中的分散液被喷雾或施涂至多孔碳基材上以进行斥水处理。
[0007]日本特开2020
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145075号(JP 2020
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145075 A)描述了一种制造微多孔层糊料的方法，所述方法包括：将导电粒子、斥水粒子、分散剂和水以预定比例混合并分散的第一工序；和将作为增稠剂的疏水性有机溶剂添加到在第一工序中得到的分散液中并进行混合的第二工序。

技术实现思路

[0008]如上所述，在已知的气体扩散层的制造中，其中斥水化合物如PTFE与表面活性剂一起分散在水中的糊料被施涂至基材表面以形成斥水层。然而，在通过这种方法制造的气体扩散层的情况下，形成斥水层的糊料可能渗入基材，结果，存在阻碍气体扩散性的风险。糊料渗透的原因包括例如糊料的表面张力低和基材的润湿性高。糊料的低表面张力是由用于分散斥水化合物的表面活性剂引起的。
[0009]专利技术人已经发现，通过利用等离子体照射得到具有亲水性基团的PTFE衍生物，能够在不使用表面活性剂的条件下制备具有亲水性基团的PTFE衍生物的糊料，并且开发了一种使用所述糊料制造气体扩散层的方法(日本特愿2020
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046655号(JP 2020
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046655 A))。在所述方法中，不使用降低表面张力的表面活性剂。因此，根据所述方法，能够在不降低糊料的表面张力的情况下制造燃料电池的气体扩散层。然而，在这种方法的情况下，存在成本
高的问题。
[0010]因此，本专利技术提供一种以低成本制造具有低润湿性基材的燃料电池的气体扩散层的方法。
[0011]为了解决上述问题，专利技术人已经研究了多种方法。专利技术人已经发现，当使用具有调节至预定范围的粘度的斥水材料分散液在基材上进行斥水处理时，能够在不进行高成本处理的条件下制造具有低润湿性基材的气体扩散层。专利技术人基于上述发现而完成了本专利技术。
[0012]即，本专利技术包括如下方面和实施方式。
[0013](1)一种制造气体扩散层的方法，包括：
[0014]斥水材料分散液制备工序，其中将斥水材料、粘度调节剂和溶剂混合以得到斥水材料分散液；
[0015]浸渍工序，其中利用所述斥水材料分散液浸渍基材；和
[0016]烧成工序，其中将浸渍有所述斥水材料分散液的所述基材进行烧成，
[0017]其中在所述斥水材料分散液制备工序中的所述斥水材料分散液的粘度为0.04Pa
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‑1以上。
[0018](2)根据实施方式(1)所述的方法，其中所述粘度调节剂为选自由以下组成的组中的一种以上化合物：聚氧化乙烯、羟乙基纤维素和羧甲基纤维素。
[0019](3)根据实施方式(1)或(2)所述的方法，其中所述斥水材料分散液相对于总质量含有0.5质量％以上的所述粘度调节剂。
[0020](4)根据实施方式(1)～(3)中任一项所述的方法，其中所述斥水材料为氟树脂。
[0021]根据本专利技术，可以提供一种以低成本制造具有低润湿性基材的燃料电池的气体扩散层的方法。
附图说明
[0022]下面将参考附图对本专利技术示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义进行描述，其中相似的符号表示相似的要素，其中：
[0023]图1是显示实验I
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1中斥水材料分散液的粘度调节剂浓度与粘度之间的关系的图；
[0024]图2是显示在实验I
‑
2中用于碳纸表面处理的斥水材料分散液的粘度与在碳纸表面上的评价用糊料的接触角之间的关系的图；
[0025]图3A显示了实验I
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2中在测量接触角时碳纸表面的图像，并且图3A是浸渍有不含PEO的斥水材料分散液的碳纸的图像；
[0026]图3B显示了实验I
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2中在测量接触角时碳纸表面的图像，并且图3B为浸渍有含有0.1质量％PEO的斥水材料分散液的碳纸的图像；
[0027]图3C显示了实验I
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2中在测量接触角时碳纸表面的图像，并且图3C是浸渍有含有0.5质量％PEO的斥水材料分散液的碳纸的图像；并且
[0028]图3D显示了实验I
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2中在测量接触角时碳纸表面的图像，并且图3D是浸渍有含有1质量％PEO的斥水材料分散液的碳纸的图像。
具体实施方式
[0029]下文中，将对本专利技术的优选实施方式进行详细描述。
[0030]<1.制造气体扩散层的方法>
[0031]在通过相关技术中的方法制造的燃料电池气体扩散层的情况下，形成斥水层的糊料可能渗入基材，结果存在阻碍气体扩散性的风险。糊料渗透的原因包括例如糊料的表面张力低和基材的润湿性高。糊料的低表面张力是由用于分散斥水化合物的表面活性剂引起的。
[0032]在由专利技术人开发的制造气体扩散层的方法中，当通过等离子体照射得到具有亲水性基团的PTFE衍生物时，能够在不使用表面活性剂的条件下制备具有亲水性基团的PTFE衍生物的糊料(JP 2020
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046655 A)。在所述方法中，不使用降低表面张力的表面活性剂。因此，根据所述方法，能够在不降低糊料表面张力的情况下制造燃料电池的气体扩散层。然而，在这种方法的情况下，存在等离子体处理的成本高的问题。成本高的原因在于，例如需要增加通过等离子体照射得到PTFE衍生物粉末的工序，并且由等离子体处理产生的产物具有粉末形式，因此难以将产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制造气体扩散层的方法，包括：斥水材料分散液制备工序，其中将斥水材料、粘度调节剂和溶剂混合以得到斥水材料分散液；浸渍工序，其中利用所述斥水材料分散液浸渍基材；和烧成工序，其中将浸渍有所述斥水材料分散液的所述基材进行烧成，其中在所述斥水材料分散液制备工序中的所述斥水材料分散液的粘度为0.04Pa
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【专利技术属性】
技术研发人员：曾根豊大，前川谅介，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：