[发明专利]气体扩散电极及其制造方法

说明书

技术领域

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中的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

如图1所示，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2个隔离件104夹持而配置在其间，在高分子电解质膜101的两面具有由形成于高分子电解质膜的表面的催化剂层102和形成于该催化剂层的外侧的气体扩散层103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、用于集电在催化剂层中产生的电的导电性和高效地除去在催化剂层表面产生的水分的排水性等。为了得到这样的气体扩散电极，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，其中从机械强度等观点考虑，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)，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，最终全部细孔被阻塞，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，通常对导电性多孔基材实施疏水处理来提高疏水性。

另外，如果将如上所述的经疏水处理过的导电性多孔基材直接用作气体扩散电极，则由于其纤维的网眼较粗，所以水蒸气凝结则产生大水滴，容易引起溢流。因此，有时在实施过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和疏水性树脂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，除上述作用以外，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。

为了进一步降低与催化剂层的接触电阻，并且为了使气体扩散电极追随因燃料电池发电时所发生的电解质膜的溶胀导致的厚度变化而兼顾性能和耐久性，有时对催化剂层和微多孔层进行压接而粘接。此时，优选阻碍粘接的疏水性树脂的比例在微多孔层表面较少。

另一方面，作为设置微多孔层的目的之一，为防止溢流，需要使微多孔层中具有一定程度的疏水性树脂。

作为用于提高催化剂层与微多孔层的粘接性的技术以及减少微多孔层表面的疏水性树脂的比例且增加微多孔层中的疏水性树脂的比例的现有技术，例如有专利文献1～3中公开的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2010－049933号公报

专利文献2:国际公开第2013－161971号

专利文献3:日本特许第5696722号公报

发明内容

在专利文献1公开的技术中，为了提高催化剂层与微多孔层的粘接强度，使粘接粉体散布在催化剂层或微多孔层的任一个的表面，进行热压使粘接粉体软化。该情况下，与没有粘接粉体的状态相比，产生接触电阻增大、阻碍水的排出、气体扩散性降低之类的问题。

在专利文献2公开的技术中，为了提高微多孔层与导电性多孔基材的密合性，增大了微多孔层的与导电性多孔基材相接的一侧的疏水性树脂比例。该情况下，阻碍水的排出，产生溢流。另外，由于微多孔层与导电性多孔基材之间的密合性由作为绝缘体的疏水性树脂确保，所以微多孔层与导电性多孔基材间的接触电阻变大。

在专利文献3公开的技术中，为了在低加湿或无加湿的运转条件下获得高的发电性能，将微多孔层设置成与气体扩散电极接触的层和与催化剂层接触的层这2层，并使与催化剂层接触的层的疏水性树脂的比例低于与气体扩散电极接触的层的疏水性树脂的比例。但是，该文献中的微多孔层中疏水性树脂的比例高，疏水性树脂堵塞微多孔层中的空隙，因此气体扩散性降低。

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，具有微多孔层，

上述微多孔层至少具有第1微多孔层和第2微多孔层，

上述第1微多孔层的截面F/C比为0.06～0.33，

上述第2微多孔层的截面F/C比小于0.06，