根据本发明专利技术，提供导电片材，是（1）包含芳香族聚酰胺浆、熔融粘着于前述芳香族聚酰胺浆的氟树脂、和碳系导电性物质的导电片材，提供导电片材，是（2）包含芳香族聚酰胺浆、熔融粘着于前述芳香族聚酰胺浆的氟树脂、和碳系导电性物质的导电片材，导电片材的第一面的水的静止接触角比作为第一面的相反面的第二面的水的静止接触角大，第一面的水的静止接触角与第二面的水的静止接触角之差为20～180度，提供导电片材，是（3）包含芳香族聚酰胺浆、熔融粘着于前述芳香族聚酰胺浆的氟树脂、和碳系导电性物质的导电片材，导电片材的第一面的水的注入压力比作为第一面的相反面的第二面的水的注入压力小，第一面的水的注入压力与第二面的水的注入压力之差为20～50kPa。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。更详细地说，涉及包含氟树脂和导电物质的。本专利技术的导电片材可用于电极材料，特别是燃料电池用电极材料。
技术介绍
燃料电池，根据使用的电解质的种类，分类为熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)、固体氧化物型燃料电池(SOFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、固体高分子型燃料电池(PEFC)这4类。最近，以酶、微生物作为催化剂的燃料电池(生物电池)的开发在进行。构成固体高分子型燃料电池的单电池通过在薄板状的高分子电解质膜的两面分别层叠具有催化剂层的气体扩散电极而成。再有，将具有催化剂层的气体扩散电极称为膜-电极接合体(以下也称为“MEA”)。固体高分子燃料电池具有介由隔板将多个前述单电池层叠的堆叠构造。上述高分子电解质膜选择性地使氢离子(质子)透过。上述催化剂层以负载由钼等组成的贵金属系催化剂的碳微粒为主成分。对于上述气体扩散电极，要求将燃料气体、空气导入催化剂层的同时将生成气体、过剩气体排出的气体扩散性能、不使发生的电流损失而取出到外部的高导电性和对于起因于生成的质子的强酸性气氛的耐性。对于该气体扩散电极的材料，出于机械特性、耐酸性和导电性优异，为轻质的原因，多使用碳纤维布、碳纤维毡、碳纤维纸等碳纤维片材。作为碳纤维片材的制造方法，可例示以下的方法。有通过采用织制、抄纸等对长丝、短纤、短切纤维等碳纤维进行片材加工，从而制造碳纤维片材的方法。此外，还有通过预先对作为碳纤维的前体纤维的耐焰化纤维进行片材加工，在1000°c以上将该片材烧成，从而制造碳纤维片材的方法(例如专利文献I)。此外，还有将碳纤维和抄浆用粘结剂混合，抄浆片材，使得到的片材含浸酚醛树脂等热固化性树脂，使其固化后，在1000°c以上的温度下烧成，从而制造碳纤维片材的方法(例如专利文献2)。对于气体扩散电极，要求具有将由发电反应发生的生成水向隔板排出的功能。其理由是因为，如果生成水在MEA内滞留，则阻碍燃料气体向催化剂层的供给(以下也将该现象称为“溢流”)。为了促进由发电反应产生的生成水的排出，抑制溢流，一般是对构成气体扩散电极的碳纤维片材赋予了防水性。作为对碳纤维片材赋予防水性的方法，使碳纤维片材等导电片材含浸聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等防水性物质，在200 500°C下烧结处理的方法是一般的方法(例如专利文献3 )。对于气体扩散电极，要求在催化剂层使燃料气体均一地扩散的功能、控制MEA内的湿润性的功能。如果使燃料气体在催化剂层均一地扩散，则燃料气体与催化剂层的反应面积增加。此外，如果控制MEA内的湿润性，则抑制高分子电解质膜的干燥，高分子电解质膜的电阻降低。其结果，使用该气体扩散电极构成的燃料电池能够产生高电压。为了赋予气体扩散电极使燃料气体均一扩散的功能，一般在碳纤维片材的表面上设置微多孔层(Micro Porous Layer (MPD)0该MPL由炭黑等碳质粒子和氟系树脂构成，具有平均径为数μ m左右的孔。具有MPL的碳纤维片材与不具有MPL的碳纤维片材相比，能够使气体均一地扩散。此外，具有MPL的碳纤维片材由于保持水分，因此能够控制湿润性。MPL采用将以适度的浓度包含碳质粒子和氟系树脂的浆料喷涂、刮刀涂布的方法等形成。涂布方法一般是在碳纤维片材的表面涂布而形成(例如专利文献4)。如上所述，固体高分子型燃料电池用的气体扩散电极一般使用对碳纤维片材进行防水加工，接下来形成MPL而制造的防水性的导电片材。上述的防水性导电片材，不仅作为固体高分子型燃料电池，而且作为生物燃料电池、空气锌电池等要求燃料气体、燃料液体的扩散性和排水性这两者的燃料电池用的电极材料，广泛地利用。但是，该防水性导电片材，如前面所示，经过多个工序制造，因此生产效率差。其结果，将该片材作为电极材料使用的燃料电池的价格高。对于这些问题，提出了各种方案。专利文献5中记载了在氟树脂和炭黑等碳材料分散而成的浆料中将由聚芳酯无纺布构成的基材浸溃后，使其干燥的燃料电池用电极材料的制造方法。专利文献6中记载了使丙烯酸系树脂、醋酸乙烯酯树脂附着于由玻璃纤维无纺布构成的基材，接下来使在溶剂中加入了 PVDF、PTFE和碳粒子的导电性糊被覆、干燥的燃料电池用电极材料的制造方法。专利文献5、6中记载的制造方法，与以往的方法相比，生产效率好。但是，由于成为基材的聚芳酯无纺布和玻璃纤维无纺布的导电性低，因此使用该电极材料构成的燃料电池的内部电阻高。其结果，没有获得高的电池性能。此外，作为具有导电性并且生产率高的燃料电池用电极材料，提出了各种方案(例如专利文献7、专利文献8)。专利文献7中记载了通过对金属筛网实施贵金属涂布而使金属筛网的耐酸性提高的燃料电池用电极材料。但是，用于涂布的贵金属材料的价格高，因此燃料电池的价格变高。没有实施贵金属涂布的金属筛网，伴随腐蚀而溶出的金属离子使电解质膜劣化。因此，对金属筛网有必要实施贵金属涂布等耐酸处理。专利文献8中，记载了使碳纤维、碳微粒和树脂附着于由玻璃纤维等无机纤维、有机纤维构成的织造布、无纺布、或金属筛网构成的基材片材而制造的燃料电池用电极材料。该电极材料，由于在碳纤维间存在碳微粒，因此与专利文献5、专利文献6中记载的电极材料相比，导电性高。但是，为了制造导电性高的电极材料，有必要使充分的量的碳纤维和碳微粒在基材片材的内部含浸。为了使碳纤维和碳微粒的充分的量在基材片材的内部含浸，反复进行以下操作直至达到规定的含浸量:将碳纤维和碳微粒分散的稀树脂溶液涂布于基材片材，干燥。但是，该方法由于反复进行树脂溶液的涂布和干燥，因此生产效率差。作为通过抄浆制造的具有防水性的片材，提出各种方案。通过抄浆制造的片材的生产效率好。专利文献9中记载了使芳香族聚酰胺和氟树脂粒子在水中分散、进行抄浆的防水性片材的制造方法。采用该方法得到的片材不具有导电性。因此，使用该片材构成的燃料电池的电池性能低。燃料电池根据其用途、发电方法，在各种发电条件下使用。因此，构成燃料电池的气体扩散电极在各种发电条件下要求高性能。其中，特别是要求低温加湿条件下的高性能。有制作碳纤维片材后，对其进行防水加工，进而形成MPL而制造的防水性导电片材(例如专利文献4)。该防水性导电片材的片材全体的防水性过高。因此，特别是在低温加湿条件下，高分子膜干燥，电池性能降低(以下也将该现象称为“干透”)。为了抑制干透，使防水性降低的情况下，发生溢流，电池性能降低。这样，为了在各种加湿条件、特别是低温加湿条件下具有良好的性能，要求燃料电池内部的水分管理。对于该问题，提出了各种方案(例如专利文献10、11)。专利文献10中记载了将防水性不同的导电性多孔基材层叠的多孔碳电极基材的制造方法。但是，该方法与前面的专利文献3同样地，工序烦杂，生产效率差。此外，由于在层间存在波节，因此接触电阻升高，电池性能低。此外，由于水容易在层间滞留，因此容易发生由溢流引起的性能降低。专利文献11中记载了片材的制造方法，其中，将碳粉末和防水性树脂粉末和碳纤维用空气喷射到具有通气性的片材，进而从其上喷射碳粉末和防水性树脂粉末，从而制作二层构造。但是，该方法由于在片材中不含粘结剂，因此片材的强度低，处理性差。因此，电池组装困难。此外，对于采用空气的喷射，由于碳纤维的刚性高，因此成为第I层的包含碳纤维的片材的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.27 JP 2010-191353;2011.04.05 JP 2011-083231.导电片材，其特征在于，包含芳香族聚酰胺浆、熔融粘着于前述芳香族聚酰胺浆的氟树脂、和碳系导电性物质而成。2.权利要求1所述的导电片材，其中，前述碳系导电性物质为从碳纤维、炭黑、石墨粒子、碳纳米管、磨碎碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米突中选择的I或2种以上。3.权利要求1所述的导电片材，其中，面间电阻值为6500mQ/cm2以下，并且水的静止接触角为120度以上。4.权利要求1所述的导电片材的制造方法，其特征在于，调制包含芳香族聚酰胺浆、在前述芳香族聚酰胺浆中沉积的氟树脂、和碳系导电物质的浆料；对前述浆料抄浆，得到导电片材前体；将前述导电片材前体在空气中、温度120 250°C、接触压力0.1 50MPa下热压I 300分钟后，在200 500°C的非活性气体中烧成。5.权利要求1所述的导电片材的制造方法，其特征在于，调制包含芳香族聚酰胺浆、在前述芳香族聚酰胺浆中沉积的氟树脂、碳系导电物质、和在非活性气氛下的分解温度比后面实施的烧成工序的烧成温度低30°C以上的物质的浆料；对前述浆料进行抄浆，得到导电片材前体；将前述导电片材前体在空气中、温度120 250°C、接触压力0.1 50MPa下热压I 300分钟后，在200 500°C的非活性气体中烧成。6.导电片材，其为包含芳香族聚酰胺浆、熔融粘着于前述芳香族聚酰胺浆的氟树脂、和碳系导电性物质的导电片材，其特征在于，前述导电片材的第一面的水的静止接触角比作为第一面的相反面的第二面的水的静止接触角大，第一面的水的静止接触角与第二面的水的静止接触角之差为20 180度。7.权利要求6所述的导电片材，其中，第一面的水的静止接触角为100 150度。8.权利要求6所述的导电片材，其中，第二面的水的静止接触角为50 130度。9.权利要求6所述的导电片材，其中，前述碳系导电性物质为从碳纤维、炭黑、石墨粒子、碳纳米管、磨碎碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米突、石墨烯中选择的I或2种以上。10.权利要求6所述的导电片材，其中，面间电阻值为3000mΩ/Cm2以下。11.权利要求6所述的导电片材，其为在厚度方向上具有2层以上的层构造的导电片材，在前述导电片材的一方的最外层具有包含芳香族聚酰胺浆12.5 50质量％、氟树脂12.5 50质量％、碳系导电性物质O 75质量％而成的形成第一面的层,在前述导电片材的另一方的最外层具有包含芳香族聚酰胺浆O 33质量％、氟树脂O 33质量％、碳系导电性物质34 100质量％而成的形成第二面的层，并且形成第一面的层的氟树脂的含有率比形成第二面的层的氟树脂的含有率高。12.权利要求6所述的导电片材的制造方法，其中，调制浆料I和浆料II，浆料I包含芳香族聚酰胺浆12.5 50质量％、碳系导电性物质O 75质量％和氟树...
【专利技术属性】
技术研发人员：黑川一真，赤松哲也，
申请(专利权)人：东邦泰纳克丝株式会社，
类型：
国别省市：
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