[发明专利]气体扩散电极、微多孔层涂料及其制造方法

说明书

一种气体扩散电极，是在导电性多孔基材的至少单面具有微多孔层的气体扩散电极，上述气体扩散电极的厚度为30μm～180μm，上述微多孔层的厚度为10μm～100μm，且在对上述微多孔层的表面以0.25mm²的面积观察4000视野时，该4000视野中，最大高度Rz为50μm以上的视野的数量为0视野～5视野。本发明提供一种气体扩散电极，其兼得因气体扩散层所致的对电解质膜的损伤的抑制以及气体扩散层的气体扩散性，作为燃料电池示出良好的性能。

技术领域

燃料电池是将使氢与氧反应而生成水时产生的能量以电能形式取出的机构，由于能量效率高，排出物只有水，因此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使用的高分子电解质型燃料电池中使用的气体扩散电极以及用于其的微多孔层涂料。

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个隔离件夹持而配置于其间。电极配置于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个构件，流通的是气体扩散电极。作为对该气体扩散电极要求的性能，可举出气体扩散性、用于将在催化剂层产生的电进行集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。为了得到这种气体扩散电极，一般使用兼具气体扩散性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，可使用由碳纤维构成的碳毡、碳纸和碳布等。其中，从机械强度等的方面出发，最优选为碳纸。

在将这些导电性多孔基材直接用作气体扩散电极时，有时上述电解质膜由于导电性多孔基材的粗糙表面而损伤，燃料电池的耐久性下降。因此，为了防止该耐久性的下降，有时在导电性多孔基材上设置被称为微多孔层(微孔层、microporous layer)的层。由于微多孔层成为气体扩散电极的一部分，因此需要气体扩散性和导电性，因此要求含有导电性微粒且具有空隙。

微多孔层是通过将分散有导电性微粒的微多孔层涂料在导电性多孔基材上进行涂布、干燥和烧结而得到的。因此，若在微多孔层涂料中存在粗大的异物，则有可能成为涂布瑕疵的原因。若在由微多孔层涂料形成的涂膜的表面上存在因异物产生的凸状物，则有时该凸状物成为电解质膜损伤的原因，或者成为由于凸状物而在催化剂层与微多孔层的界面产生的空间积蓄生成水从而阻碍气体的扩散(以下，将该现象称为水淹(flooding))的原因。因此，要求减少微多孔层涂料中的异物，为了极力减少尘埃等，在进行制造工序的防污化。然而，为了减少微多孔层涂料中的异物，仅防污化是不充分的。作为其理由之一可举出微多孔层涂料中含有的导电性微粒的凝聚物。

因此，以往，对微多孔层涂料长时间给予强的剪切，提高分散性，由此试图减少凝聚物(专利文献1、2)。然而，若为了减少微多孔层涂料中的凝聚物而提高微多孔层涂料的分散性，则微多孔层涂料的粘度下降，在导电性多孔基材上涂布时，存在渗入到导电性多孔基材的问题。若微多孔层渗入导电性多孔基材，则无法减少导电性多孔质电极基材的表面粗糙度，因此要求抑制微多孔层的向导电性多孔基材的渗入。因此，在微多孔层涂料中添加增稠剂等来实现流动性的控制(专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003－100305号公报

专利文献2：日本特开平11－273688号公报

专利文献3：日本特开2015－138656号公报

发明内容

根据本发明的发明人等的研究的结果可知，如果为了减少微多孔层中的凝聚物而提高微多孔层涂料的分散性，则无法抑制其向导电性多孔基材渗入。因此，通过上述专利文献1～3中公开的技术制作的气体扩散电极难以实现兼具对电解质膜的损伤的抑制和气体扩散性。