[发明专利]气体扩散层、膜电极接合体、以及燃料电池

说明书

本发明的气体扩散层包含导电性粒子、导电性纤维和高分子树脂，导电性粒子的表面官能团量为0.25mmol/g以下。

技术领域

本发明涉及气体扩散层、膜电极接合体、以及燃料电池。

背景技术

气体扩散层具有透气性及气体扩散性，例如用于燃料电池中。在作为燃料电池的一例的高分子电解质型燃料电池中，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中，将另一个面暴露于氧中，利用经由电解质膜的化学反应合成水，由此作为电能取出此时产生的反应能。

高分子电解质型燃料电池的单电池具有膜电极接合体(以下记作“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、和夹持该电解质膜的一对电极层。一对电极层具有：催化剂层，其形成于高分子电解质膜的两面，以担载有铂族催化剂的碳粉末作为主成分；和气体扩散层，其形成于该催化剂层上，兼具集电作用、透气性和疏水性。

MEA中的气体扩散层将从间隔件供给的气体向催化剂层均匀地供给。另外，气体扩散层也作为催化剂层与间隔件间的电子的导电路径发挥作用。由此，MEA中使用的气体扩散层有时使用导电性多孔构件。

另外，对于MEA中的气体扩散层，为了将催化剂层中因电池反应而生成的多余的水分迅速地除去并向MEA系统外排出，同时使气体扩散层的细孔不被生成水堵塞，要求高疏水性。为此，一般使用如下的气体扩散层，即，将导电性多孔构件用氟树脂等进行疏水处理，此外在导电性基材的与催化剂层接触的一侧，设有以碳粉末和氟树脂等疏水性树脂作为主成分的疏水层。

通过像这样对导电性基材进行疏水处理，来防止生成水堵塞气体扩散层的细孔的情况。另外，通过使疏水层的疏水性高于导电性基材，来实行将催化剂层中生成的多余的水分迅速地向MEA系统外排出的操作。

例如，专利文献1中，公开过一种气体扩散层，其由以导电性粒子和高分子树脂作为主成分、添加有比高分子树脂少的重量的碳纤维的多孔结构构成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4938133号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明的第一方式的气体扩散层包含导电性粒子、导电性纤维和高分子树脂，

所述导电性粒子的表面官能团量为0.25mmol/g以下。

本发明的第二方式的气体扩散层包含导电性粒子、导电性纤维和高分子树脂，

所述导电性粒子的全部酸性官能团量为0.15mmol/g以下。

本发明的第三方式的气体扩散层包含导电性粒子、导电性纤维和高分子树脂，

导电性粒子的碱性官能团量为0.10mmol/g以下。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的高分子电解质型燃料电池堆的构成的示意图。

图2是表示本发明的实施方式1的高分子电解质型燃料电池单元的构成的示意剖视图。

图3A是本发明的实施方式1的气体扩散层的示意图。

图3B是本发明的实施方式1的气体扩散层的一部分的放大示意图。

图4是表示本发明的实施方式1的气体扩散层的制造方法的流程图。

图5是表示作为各实施例及比较例的材料使用的导电性粒子及导电性纤维的官能团量的测定结果的表1。

图6是表示对实施例1～6及比较例1～2进行评价试验的结果的表2。