[发明专利]气体扩散电极

说明书

一种气体扩散电极，其特征在于，在导电性多孔基材的至少单面具有微多孔层，上述微多孔层至少具有与导电性多孔基材相接的第1微多孔层、和第2微多孔层，气体扩散电极的细孔直径分布至少在10μm～100μm的第1区域、0.2μm以上且小于1.0μm的第2区域和0.050μm以上且小于0.2μm的第3区域具有峰，第2区域中的细孔的容积之和为第1区域中的细孔的容积之和的10％～40％，第3区域中的细孔的容积之和为第2区域中的细孔的容积之和的40％～80％。提供兼具耐干涸性和耐溢流性、作为气体扩散电极的发电性能良好且成本低的气体扩散电极。

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，特别涉及在燃料电池中作为燃料电池车等的电源所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2个隔离件夹住而配置于其间，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独立部件，流通有气体扩散电极。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、收集在催化剂层中产生的电的导电性以及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力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、碳纸和碳纤维布等，其中从机械强度等方面考虑，最优选碳纸。

另外，由于燃料电池是将氢与氧反应生成水时产生的能量以电的形式导出的系统，所以如果电负荷增大，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)。

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

另外，如果将如上所述的经疏水处理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，所以水蒸气凝结时产生大水滴，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的涂布液进行干燥烧结，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，还有不使导电性多孔基材的粗糙度转印于电解质膜的补妆(化粧直し)效果。

另一方面，在燃料电池车用的燃料电池等中还要求高温时的运行条件下的发电性能。高温时，电解质膜容易干燥，因此电解质膜的离子传导性降低，发电性能降低(将该现象称为干涸)。

现有技术文献

专利文献

为了对上述微多孔层赋予疏水性以防止溢流，已知含有氟树脂作为疏水性树脂(专利文献1、2、3)。作为微多孔层的作用，除上述以外，还有防止催化剂层侵入到网眼较粗的气体扩散电极基材中的效果(专利文献4)。

为了防止上述溢流、干涸，有效的手段是对气体扩散电极中的细孔直径的大小的分布进行控制，该技术被记载于专利文献5中。

专利文献1：日本专利第3382213号公报

专利文献2：日本特开2002-352807号公报

专利文献3：日本特开2000-123842号公报

专利文献4：日本专利第3773325号公报

专利文献5：日本专利第4780814号公报

发明内容