[发明专利]燃料电池用气体扩散层、膜电极接合体以及燃料电池

说明书

本公开提供一种燃料电池用气体扩散层、膜电极接合体以及燃料电池，使用如下燃料电池用气体扩散层，该燃料电池用气体扩散层由以导电性粒子、导电性纤维以及高分子树脂为主要成分的多孔质构件构成，在所述多孔质构件的内部形成有所述导电性纤维的凝集体，所述多孔质构件的任意的截面中的所述凝集体的面积比率为0.5％以上且8％以下。此外，使用具备上述燃料电池用气体扩散层的膜电极接合体。进而，使用具备上述燃料电池用气体扩散层的燃料电池。

技术领域

本公开涉及燃料电池中使用的膜电极接合体所具备的气体扩散层。

背景技术

作为燃料电池的一例，例如有高分子电解质型燃料电池。高分子电解质型燃料电池的基本原理是，分别将氢离子传导性高分子电解质膜的一个面暴露于氢等燃料气体，将另一个面暴露于氧，通过经由电解质膜的化学反应而合成水，将此时产生的反应能量以电的方式取出。

高分子电解质型燃料电池的单电池具有膜电极接合体(以下，记载为MEA)、和配置于MEA的两面的一对导电性的间隔件。

MEA具备氢离子传导性高分子电解质膜和夹着该电解质膜的一对电极层。一对电极层具有：催化剂层，形成于高分子电解质膜的两面，以担载了铂族催化剂的碳粉末为主要成分；以及气体扩散层，形成于该催化剂层上且兼具集电作用、气体透过性和疏水性。

气体扩散层发挥将从间隔件供给的气体均匀地供给至催化剂层的作用，因此需要具备良好的气体透过性以及气体扩散性。此外，气体扩散层作为催化剂层与间隔件之间的电子的导电路径，需要具有优异的导电性。因此气体扩散层使用了导电性多孔质构件。

此外，对于气体扩散层，为了使在催化剂层中通过电池反应而生成的多余的水分迅速地除去，排出到MEA体系外，并且使气体扩散层的细孔不被生成水堵塞，要求高的疏水性。因此，对于气体扩散层，一般使用如下气体扩散层，即，利用氟树脂等对导电性多孔质构件进行疏水处理，进而在导电性基材的与催化剂层相接的一侧设置有以碳粉末和氟树脂等疏水性树脂为主要成分的疏水层。

这样，通过对导电性基材进行疏水处理，防止了气体扩散层的细孔的由生成水引起的堵塞。此外，通过使疏水层的疏水性高于导电性基材，能够将在催化剂层中生成的多余的水分迅速地排出到MEA体系外。

这样的气体扩散层例如在专利文献1、2、3中被公开。

专利文献1的气体扩散层由以导电性粒子和高分子树脂作为主要成分并添加了重量比该高分子树脂少的碳纤维的多孔质构件构成。

专利文献2的气体扩散层由以导电性粒子和高分子树脂为主要成分并添加了重量比该高分子树脂少的碳纤维的多孔质构件构成，在内部具有0.01～0.05μm的细孔和1～200μm的空孔。

专利文献3的气体扩散层是对纤维直径为0.5～500nm、纤维长度为1000μm以下且中心轴由空洞构造构成的微细碳纤维、导电性粒子和疏水性树脂粒子的混合物进行抄造而得到的厚度为0.05～2mm的片材。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4938133号公报

专利文献2：国际公开第2017/085901号

专利文献3：国际公开第2005/043656号

发明内容

发明要解决的课题

然而，期望进一步提高气体扩散层的气体透过性以及水的排出性。

本公开的目的在于提供具有充分的气体透过性、水的排出性的燃料电池用气体扩散层、膜电极接合体以及燃料电池。

用于解决课题的手段