[发明专利]气体扩散电极

说明书

技术领域

燃料电池是将在氢与氧反应而生成水时产生的能量以电的形式导出的机构，由于能量效率高、排出物仅为水，所以作为清洁能源其普及备受期待。本发明涉及燃料电池中使用的气体扩散电极，特别是涉及燃料电池之中作为燃料电池车等的电源被使用的高分子电解质型燃料电池中使用的气体扩散电极。

背景技术

高分子电解质型燃料电池中使用的电极在高分子电解质型燃料电池中被两个隔离件夹持而配置于其间，在高分子电解质膜的两面，具有由形成于高分子电解质膜的表面的催化剂层和形成于该催化剂层的外侧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单独部件，流通的是气体扩散电极。而且，作为该气体扩散电极所要求的性能，例如可举出气体扩散性、用于集电催化剂层中产生的电力的导电性和高效地除去催化剂层表面产生的水分的排水性等。为了得到这种气体扩散电极，一般使用兼具气体扩散能和导电性的导电性多孔基材。

作为导电性多孔基材，具体而言，使用由碳纤维构成的碳毡、炭纸和碳纤维布等，其中，从机械强度等方面来看最优选炭纸。

另外，由于燃料电池是将氢与氧反应而生成水时产生的能量以电的形式导出的系统，所以若电负荷增大，即向电池外部导出的电流增大，则产生大量的水(水蒸气)，若该水蒸气在低温下凝结成水滴，阻塞气体扩散电极的细孔，则气体(氧或氢)向催化剂层的供给量降低，最终全部细孔阻塞，停止发电(将该现象称为溢流(Flooding))。

为了尽可能不产生该溢流，对于气体扩散电极要求排水性。作为提高该排水性的方式，通常使用对导电性多孔基材实施了疏水处理的气体扩散电极来提高疏水性。

另外，若将如上所述的经过疏水处理的导电性多孔基材直接用作气体扩散电极，则因其纤维的网眼较粗，所以若水蒸气凝结则产生大水滴，容易引起溢流。因此，有时在实施了疏水处理的导电性多孔基材上涂布分散有炭黑等导电性微粒的涂布液并进行干燥烧结，由此设置被称为微多孔层的层(也称为微孔层)。作为微多孔层的作用，除了上述作用之外，还有防止催化剂层侵入网眼粗的导电性多孔基材、降低与催化剂层的接触电阻、防止因导电性多孔基材的粗糙度被转印于电解质膜所致的电解质膜的物理损伤。

即便是通过微多孔层缓和了导电性多孔基材的粗糙度，若微多孔层的表面粗糙或者表面存在裂纹，则电解质膜的物理损伤也是不可避免的。因此，对微多孔层要求表面平滑且无裂纹。

为了防止电解质膜的物理损伤，例如在专利文献1中，提出了一种气体扩散电极，其由于催化剂层比阴极侧薄，气体扩散电极对电解质膜造成的影响更大，降低了阳极侧的微多孔层的表面粗糙度。另外，在专利文献2中，提出了通过将微多孔层形成为2层而降低了微多孔层的表面粗糙度的气体扩散电极。

专利文献1：日本特开2015－79639号公报

专利文献2：日本特开2014－239028号公报

发明内容

在专利文献1公开的技术中，通过刮刀涂布和冲压成型来形成微多孔层，但通过仅1层的刮刀涂布不能充分降低表面粗糙度，另外虽然冲压成型能够降低表面粗糙度，但微多孔层的空隙被破坏而气体扩散性能降低。在专利文献2公开的技术中，虽通过涂布2层的微多孔层能够降低表面粗糙度，但由于使用了碳粉作为形成微多孔层的物质，所以在微多孔层产生裂纹。

本发明为了解决上述的课题，采用如下的方式。

一种气体扩散电极，其特征在于，是在导电性多孔基材的至少一面具有微多孔层的气体扩散电极，

上述微多孔层至少具有与导电性多孔基材接触的第1微多孔层和第2微多孔层，

上述第2微多孔层含有具有线状部分的导电性材料。

通过使用本发明的气体扩散电极，能够在确保高气体扩散性、高导电性的同时形成表面粗糙度小且裂纹少的微多孔层，能够兼顾性能和耐久性。

附图说明

图1是表示本发明的气体扩散电极的构成的示意图。

图2是表示本发明的气体扩散电极的制造装置的优选的实施例的示意配置图。

图3是表示本发明的气体扩散电极的制造装置的另一个优选的实施例的示意配置图。

具体实施方式

本发明的气体扩散电极在导电性多孔基材的至少一面具有微多孔层。而且，微多孔层至少具有与导电性多孔基材接触的第1微多孔层和第2微多孔层。

关于这种本发明的气体扩散电极，首先对导电性多孔基材进行说明。