[发明专利]燃料电池的气体扩散层的制造方法和制造设备及燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池的气体扩散层的制造方法和制造设备及燃料电池。

背景技术

例如，在聚合物电解质燃料电池中，通过用两个隔板80夹着膜电极组件（MEA），将电池形成为最小单位，该膜电极组件如图8所示由夹着电解质膜72的燃料电极70和空气电极74构成，其中电解质膜72由聚合物电解质膜形成，并且通常层叠多个电池以形成可提供高电压的燃料电池叠层（FC叠层）。

作为通过聚合物电解质燃料电池发电的机制，通常，诸如含氢气体的燃料气体被供给到燃料电极（即，阳极侧电极），并且诸如主要包含氧气（O₂）的气体或空气的氧化剂气体被供给到空气电极（即，阴极侧电极）。含氢气体通过燃料气体流动通道而被供给到燃料电极70，并且通过电极的催化剂的作用而被分解为电子和氢离子（H⁺）。电子通过外部电路而从燃料电极70移动到空气电极74并产生电流。同时，氢离子（H⁺）穿过电解质膜72到达空气电极74，在那里氢离子接合到氧和穿过外部电路的电子，从而产生反应水（H₂O）。与氢气（H₂）和氧气（O₂）以及电子的接合反应同时产生的热被冷却水收集。此外，在存在空气电极的阴极侧产生的水（下文中，称为“生成水”）被从阴极侧排放。

上述燃料电池的燃料电极和空气电极由包括用于分别扩散含氢气体和氧化剂气体的气体扩散层的叠层形成。这里，如果通过上述反应产生的生成水的排放在阴极侧被中断，则存在出现堵塞现象（也称为“泛滥现象”）的可能性。为了解决该问题，气体扩散层通常由碳纤维制成的层和防水层形成，并通过促进生成水的排放而防止泛滥现象。

然而，如果气体扩散层中的碳纤维的至少一部分突出，则当气体扩散层被层叠以形成膜电极组件时，碳纤维的该突出的部分会损伤膜电极组件。

专利文件1提议了一种用于燃料电池的具有平滑表面且是薄的气体扩散层材料，其是通过使包括用于碳纤维的耐火丝作为主要成分的织物或无纺织物通过热压辊以平滑化表面并减小其厚度，之后对所产生的织物或无纺织物进行在800到3000℃的温度下的最终热处理而获得的。此外，专利文件2提议了在将气体扩散层设置在聚合物电解质膜上之前预加热用于燃料电池的气体扩散层的表面以由此平滑化碳纤维的不平坦表面，该气体扩散层这样的织物形成，该织物由碳纤维制成的经纱和纬纱构成的织物形成。

另外，专利文件3提议了一种将包括纤维的气体扩散层基材（base）置于辊上以使气体扩散层基材弯曲并使从气体扩散层基材突出的纤维突出物起来（rise），并去除所述纤维突出物。专利文件4提议了一种通过使用具有导电材料和防水剂的两种类型的防水糊来制造具有两层结构的防水气体扩散层的方法。

专利文件1：JP 2004-111341A

专利文件2：WO2003/081700的小册子

专利文件3：JP 2008-198526A

专利文件4：JP 2009-181891A

发明内容

技术问题

然而，通过预加热处理来平滑化气体扩散层的技术需要增加工艺的数目，从而使操作复杂。此外，即使气体扩散层被弯曲以去除纤维突出物或者形成具有包括导电材料和防水剂的双层结构的气体扩散层，当以叠层形式层叠通过用气体扩散层夹着膜电极组件的相反表面并进一步用隔板对夹着膜电极组件而形成的燃料电池的单体时，存在以下可能性：纤维的掩埋在气体扩散层内的部分将因气体扩散层的厚度从初始厚度减小而突出。

本发明鉴于上述问题而被构思并提供了燃料电池的气体扩散层的制造方法和制造设备以及燃料电池，其中防止了由包括在气体扩散层中的碳纤维的突出导致的膜电极组件或电解质膜的损伤。

解决问题的方案

为了达到上述目的，根据本发明的燃料电池的气体扩散层的制造方法和制造设备以及燃料电池具有以下特征。

（1）一种燃料电池的气体扩散层的制造方法，包括：沿气体扩散层的厚度方向将预定压力施加到所述气体扩散层的步骤，所述气体扩散层是通过层叠由碳纤维制成的层和防水层而形成的；以及当用所述预定压力对所述气体扩散层加压时去除从所述防水层突出的碳纤维的步骤。

通过例如沿气体扩散层的厚度方向施加与在层叠燃料电池的单体时使用的压力对应的压力作为预定压力并在该加压状态下去除从防水层突出的碳纤维，可以在层叠其中使用气体扩散层的燃料电池的单体时防止由气体扩散层的碳纤维的突出导致的对膜电极组件或电解质膜的损伤。