[发明专利]气体扩散电极基材及其制造方法

说明书

本发明提供能够抑制由细孔堵塞所引起的气体扩散性的降低、抑制发电性能的降低、而且水向系统外的排出性优异的气体扩散电极基材。本发明为一种气体扩散电极基材，其是在电极基材的一个表面配置有微多孔层(以下称为MPL)的气体扩散电极基材，厚度为110μm以上240μm以下，在将气体扩散电极基材的截面分为具有MPL的部分和不具有MPL的部分，而且将不具有MPL的部分二等分为与MPL接触的部分(以下称为CP1截面)和不与MPL接触的部分(以下称为CP2截面)时，CP1截面的F/C比为0.03以上0.10以下，CP2截面的F/C比小于0.03。在此，“F”表示氟原子的质量，“C”表示碳原子的质量。

技术领域

燃料电池是以电的形式获取在使氢和氧反应生成水时产生的能量的机构，由于能量效率高，排出物只有水，因此被期待着作为清洁能源。本发明涉及在燃料电池中使用的气体扩散电极基材及其制造方法，特别是涉及燃料电池之中的、作为燃料电池车等的电源使用的固体高分子型燃料电池所使用的气体扩散电极基材及其制造方法。

背景技术

固体高分子型燃料电池所使用的电极，在高分子电解质膜的两面具有由形成于高分子电解质膜表面的催化剂层、和在该催化剂层的外侧形成的气体扩散层构成的结构。作为用于形成电极中的气体扩散层的独立的构件，电极基材广泛通用。而且，作为对该电极基材要求的性能，例如可举出气体扩散性、用于将在催化剂层中产生的电集电的导电性、和将在催化剂层表面产生的水分效率好地除去的排水性等。为了得到这样的电极基材，一般地使用具备气体扩散能力和导电性的导电性多孔质基材。

作为导电性多孔质基材，具体而言，可使用由碳纤维构成的碳毡、碳纸和碳布等，其中，从机械强度等方面出发，最优选碳纸。

另外，燃料电池是以电的形式获取在氢和氧反应生成水时产生的能量的系统，因此当电负载变大时，即，当增大向电池外部获取的电流时，会产生大量的水(水蒸气)，该水蒸气在低温下凝结而变为水滴，如果堵塞气体扩散层的细孔，则气体(氧或氢)向催化剂层的供给量降低，如果最终全部的细孔被堵塞，则发电会停止。将该现象称为水淹。

为了尽可能避免发生该水淹，反过来说，为了尽可能增大引起水淹的电流值，对气体扩散层要求排水性。作为提高该排水性的手段，通常使用对导电性多孔质基材实施了憎水处理的电极基材来提高憎水性。

另外，曾提出了通过电极基材内的憎水材料的量从催化剂层侧朝向另一侧连续性地减少，来使排水性进一步提高的技术。(专利文献1、2)

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利第5079195号公报

专利文献2:特开2014－63730号公报

发明内容

在专利文献1中，为了仅抑制憎水液向导电性多孔质基材的渗入，提出了一边将导电性多孔质基材加热一边涂敷憎水液的方法。但是，如果一边将导电性多孔质基材加热一边涂敷憎水液，则导电性多孔质基材的催化剂层侧的憎水材料的量变得不充分，在憎水性缺乏的部位水凝聚，阻碍水向系统外的排出。

在专利文献2中，提出了从导电性多孔质基材的一面涂敷由碳粉和憎水材料构成的涂敷液，使涂敷液中的憎水材料渗入到导电性多孔质基材的方法。提出了：对导电性多孔质基材不进行任何处理的情况、和作为基底处理使表面活性剂溶液浸渗导电性多孔质基材，使涂敷液更容易渗入到导电性多孔质基材中的情况。但是，不仅涂敷液中的憎水材料，碳粉也渗入到导电性多孔质基材中，由此，细孔被堵塞，气体扩散性降低，发电性能降低。另外，特别是使用表面活性剂进行了基底处理的情况下，存在憎水材料和碳粉到达涂敷了涂敷液的那侧的相反侧，阻碍水向系统外的排出的问题。

本发明为了解决上述的课题，采用了如下方案。

一种气体扩散电极基材，是在电极基材的一个表面配置有微多孔层(以下称为MPL)的气体扩散电极基材，