JP6973202B2 - Manufacturing method of gas diffusion layer for fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池用ガス拡散層の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a gas diffusion layer for a fuel cell.
燃料電池は、電気的に接続された2つの電極に燃料ガス(水素ガス)と酸化剤ガス(酸素ガス)を供給し、電気化学的に燃料の酸化を起こさせることで、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。この燃料電池は、通常、電解質膜を一対の電極で挟持した膜電極接合体を基本構造とする単セルを複数積層して構成されている。中でも、電解質膜として固体高分子電解質膜を用いた固体高分子電解質型燃料電池は、小型化が容易であること、低い温度で作動すること、などの利点があることから、特に携帯用、移動体用電源として注目されている。 A fuel cell supplies fuel gas (hydrogen gas) and oxidant gas (oxygen gas) to two electrically connected electrodes, and electrochemically causes the fuel to oxidize, thereby directly supplying chemical energy. Convert to energy. This fuel cell is usually configured by stacking a plurality of single cells having a membrane electrode assembly in which an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrodes. Among them, the polymer electrolyte fuel cell using the polymer electrolyte membrane as the electrolyte membrane has advantages such as easy miniaturization and operation at a low temperature, so that it is particularly portable and mobile. It is attracting attention as a body power source.
固体高分子電解質型燃料電池において、水素が供給されたアノード(燃料極)では下記(1)式の反応が進行する。
H2 → 2H+ + 2e- ・・・(1)
In the polymer electrolyte fuel cell, the reaction of the following equation (1) proceeds at the anode (fuel electrode) to which hydrogen is supplied.
H 2 → 2H + + 2e - ··· (1)
上記(1)式で生じる電子は、外部回路を経由し、外部の負荷で仕事をした後、カソード(酸化剤極)に到達する。他方で、上記(1)式で生じたプロトンは、水と水和した状態で、電気浸透により固体高分子電解質膜内をアノード側からカソード側に移動する。 The electrons generated by the above equation (1) pass through an external circuit, work with an external load, and then reach the cathode (oxidizing agent electrode). On the other hand, the protons generated by the above equation (1) move from the anode side to the cathode side in the solid polymer electrolyte membrane by electroosmosis in a state of being hydrated with water.
一方、カソードでは下記(2)式の反応が進行する。
2H+ + 1/2O2 + 2e- → H2O ・・・(2)
On the other hand, at the cathode, the reaction of the following equation (2) proceeds.
2H + + 1 / 2O 2 + 2e - → H 2 O ··· (2)
従って、電池全体では下記(3)に示す化学反応が進行し、起電力が生じて外部負荷に対して電気的仕事がなされる。
H2 + 1/2O2 → H2O ・・・(3)
Therefore, the chemical reaction shown in (3) below proceeds in the entire battery, an electromotive force is generated, and electrical work is performed on the external load.
H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O ・ ・ ・ (3)
アノード及びカソードの各電極は、一般的に、電解質膜側から順に触媒層、ガス拡散層が積層した構造を有する。触媒層には、通常、上記電極反応を促進させるための白金や白金合金等の電極触媒、プロトン伝導性を確保するための高分子電解質、電子伝導性を確保するための導電性材料が含まれている。また、ガス拡散層は、通常、触媒層への反応ガスの供給、電極中の余剰の水分の排出等を可能とする導電性多孔質体を用いて形成される。 Each electrode of the anode and the cathode generally has a structure in which a catalyst layer and a gas diffusion layer are laminated in this order from the electrolyte membrane side. The catalyst layer usually contains an electrode catalyst such as platinum or a platinum alloy for promoting the electrode reaction, a polyelectrolyte for ensuring proton conductivity, and a conductive material for ensuring electron conductivity. ing. Further, the gas diffusion layer is usually formed by using a conductive porous body capable of supplying the reaction gas to the catalyst layer, discharging excess water in the electrode, and the like.
パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂膜に代表される固体高分子電解質膜を備えた燃料電池では、イオン伝導性を確保するために、電解質膜や触媒層の湿潤状態を維持することが重要である。そのため、一般的に、反応ガスを予め加湿した状態で電極に供給することが行われている。 In a fuel cell provided with a solid polymer electrolyte membrane represented by a perfluorocarbon sulfonic acid resin membrane, it is important to maintain a wet state of the electrolyte membrane and the catalyst layer in order to ensure ionic conductivity. Therefore, in general, the reaction gas is supplied to the electrode in a pre-humidified state.
一方で、燃料電池では、上記したように発電に伴い、水が生成する。生成した水の多くは電極から排出される未反応ガス(電極反応に寄与しなかった反応ガス)や水蒸気として供給される加湿水と共に、セル外へと排出される。しかしながら、生成水や、反応ガスと共に電極に水蒸気として供給された加湿水の一部は、燃料電池内の環境によっては凝縮し、電極内に液体の状態で存在することになる。このとき、凝縮した水(液水)が電極内に滞留すると液水がつまり、いわゆるフラッディングが起きて、反応ガスの供給が妨げられ、発電性能が低下してしまう。特に、燃料電池を高加湿条件下で運転する場合には、液水が多く発生するため、電極の液水の排出性を確保する必要がある。 On the other hand, in a fuel cell, water is generated with power generation as described above. Most of the generated water is discharged to the outside of the cell together with the unreacted gas (reaction gas that did not contribute to the electrode reaction) discharged from the electrode and the humidified water supplied as steam. However, a part of the generated water and the humidified water supplied as steam to the electrode together with the reaction gas is condensed depending on the environment inside the fuel cell and exists in the electrode in a liquid state. At this time, if the condensed water (liquid water) stays in the electrode, the liquid water is clogged, that is, so-called flooding occurs, the supply of the reaction gas is hindered, and the power generation performance is deteriorated. In particular, when the fuel cell is operated under high humidification conditions, a large amount of liquid water is generated, so it is necessary to ensure the dischargeability of the liquid water of the electrode.
従って、電極内の液水を、速やかにセル外へと排出し、電極内での滞留を防止することが望まれている。 Therefore, it is desired that the liquid water in the electrode is quickly discharged to the outside of the cell to prevent the liquid water from staying in the electrode.
このフラッディングを抑制するためのガス拡散層として、多孔質構造を有する多孔質基材層に、多孔質基材層よりも小さな細孔径を有する微細多孔質層(マイクロポーラス層、以下MPLとも呼ぶ)が積層された構造を有するものが知られている。この微細多孔質層を設けることにより、微細多孔質層の極微細な多孔質構造が液水膜の形成を阻害し、ガス拡散層の排水性を向上させるとされている。 As a gas diffusion layer for suppressing this flooding, a porous base material layer having a porous structure and a fine porous layer having a pore diameter smaller than that of the porous base material layer (microporous layer, hereinafter also referred to as MPL). Is known to have a laminated structure. By providing this fine porous layer, it is said that the ultrafine porous structure of the fine porous layer inhibits the formation of a liquid water film and improves the drainage property of the gas diffusion layer.
このような微細多孔質層を有するガス拡散層の課題の一つとして、前記微細多孔質層の表面粗さが大きいことから、燃料電池に組み込んだ際に、電解質膜を傷つけ、燃料電池の耐久性が低下するという問題が知られている。 One of the problems of the gas diffusion layer having such a fine porous layer is that the surface roughness of the fine porous layer is large, so that when it is incorporated into a fuel cell, the electrolyte membrane is damaged and the durability of the fuel cell is durable. The problem of reduced sex is known.
このような微細多孔質層の表面粗さの問題を解決するため、多くの取り組みがなされている。例えば、特許文献1では、ジブチルフタレート(DBP)吸油量が特定範囲にある炭素粒子を含む微細多孔質層形成用塗工液(以下、MPL塗工液とも呼ぶ)を、炭素シート上に塗布することを含む、ガス拡散層の製造方法が提案されている。
Many efforts have been made to solve the problem of surface roughness of such a fine porous layer. For example, in
特許文献1に記載のガス拡散層の製造方法によれば、MPLを形成するための炭素のDBP吸油量を高くすることにより、MPL塗工液の炭素シートへの浸み込みが抑制され、この浸み込みを抑制することによってMPLの表面粗さを小さくするとしている。しかしながら、特許文献1に記載のガス拡散層の製造方法においては、MPL塗工液中の炭素粒子の二次粒子径が大きくなるため、MPL塗工液の炭素シートへの浸み込みを抑制しても、MPLの表面粗さを十分に小さくすることが困難であるという問題がある。
According to the method for producing a gas diffusion layer described in
本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、MPL塗工液の多孔質基材層内部への浸み込みを抑制し、かつMPLの表面粗さを十分に小さくする、ガス拡散層の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a gas diffusion layer that suppresses the infiltration of the MPL coating liquid into the inside of the porous base material layer and sufficiently reduces the surface roughness of the MPL. It is an object of the present invention to provide the manufacturing method of.
本発明は、以下の手段により上記目的を達成するものである。 The present invention achieves the above object by the following means.
多孔質基材層と微細多孔質層とを備えた燃料電池用ガス拡散層の製造方法であって、
前記多孔質基材層の一方の面に、ポリマーシートを圧着させること、
前記ポリマーシート上に前記微細多孔質層形成用塗工液を塗布すること、
前記微細多孔質層形成用塗工液を塗布した多孔質基材層を加熱して焼成すること、
を含み、前記ポリマーシートが、前記焼成によって揮発するポリマー製のシートである、燃料電池用ガス拡散層の製造方法。
A method for manufacturing a gas diffusion layer for a fuel cell, which comprises a porous base material layer and a fine porous layer.
By crimping a polymer sheet to one surface of the porous substrate layer,
Applying the coating liquid for forming the fine porous layer onto the polymer sheet,
The porous base material layer coated with the coating liquid for forming the fine porous layer is heated and fired.
A method for producing a gas diffusion layer for a fuel cell, wherein the polymer sheet is a sheet made of a polymer that volatilizes by firing.
本発明の燃料電池用ガス拡散層の製造方法によれば、多孔質基材層の一方の面にポリマーシートを圧着させた後にMPL塗工液を塗布することにより、MPL塗工液の多孔質基材層内部への浸み込みを抑制し、かつMPLの表面粗さを十分に小さくすることができる。 According to the method for producing a gas diffusion layer for a fuel cell of the present invention, the MPL coating liquid is made porous by applying the MPL coating liquid after crimping a polymer sheet to one surface of the porous base material layer. It is possible to suppress the penetration into the base material layer and sufficiently reduce the surface roughness of the MPL.
本発明のガス拡散層の製造方法は、
多孔質基材層の一方の面に、ポリマーシートを圧着させること、
前記ポリマーシート上に微細多孔質層形成用塗工液を塗布すること、
前記微細多孔質層形成用塗工液を塗布した多孔質基材層を加熱して焼成すること、
を含み、前記ポリマーシートが、前記焼成によって揮発するポリマー製のシートである。
The method for producing a gas diffusion layer of the present invention is
To crimp a polymer sheet to one surface of the porous substrate layer,
Applying a coating liquid for forming a fine porous layer on the polymer sheet,
The porous base material layer coated with the coating liquid for forming the fine porous layer is heated and fired.
The polymer sheet is a polymer sheet that volatilizes by firing.
ガス拡散層の多孔質基材層として一般に用いられている炭素繊維は、細孔径が1〜50μmであるのに対し、MPLを構成する導電性微粒子、例えば炭素粒子の一次粒径は、通常0.1μm以下である。この導電性微粒子の二次粒径を、例えば50μm以上とすると、MPLの形成の際における、MPL塗工液中の導電性微粒子の多孔質基材層中への浸み込みを抑制することができる。しかしながら、この場合、導電性微粒子の二次粒径が大きくなったことにより、形成されるMPLの表面粗さが悪化する。逆に、導電性微粒子の二次粒径を1μm以下に小さくすると、MPLの形成の際に、MPL塗工液中の導電性微粒子が多孔質基材層中に浸み込んでしまう。 The carbon fiber generally used as the porous base material of the gas diffusion layer has a pore diameter of 1 to 50 μm, whereas the primary particle size of the conductive fine particles constituting the MPL, for example, the carbon particles is usually 0. .1 μm or less. When the secondary particle size of the conductive fine particles is, for example, 50 μm or more, it is possible to suppress the infiltration of the conductive fine particles into the porous substrate layer in the MPL coating liquid at the time of forming the MPL. can. However, in this case, the surface roughness of the MPL formed deteriorates due to the increase in the secondary particle size of the conductive fine particles. On the contrary, when the secondary particle size of the conductive fine particles is reduced to 1 μm or less, the conductive fine particles in the MPL coating liquid permeate into the porous base material layer at the time of forming the MPL.
また、導電性微粒子の二次粒径を所定の大きさに制御する場合、MPL塗工液を塗布するにあたり、溶媒中の導電性微粒子の二次粒径を制御する必要がある。しかしながら、MPL塗工液の調製においては、ミキサーや撹拌機を用いて導電性微粒子を機械的に分散させるため、導電性微粒子の二次粒径を均一にすることは困難である。 Further, when controlling the secondary particle size of the conductive fine particles to a predetermined size, it is necessary to control the secondary particle size of the conductive fine particles in the solvent when applying the MPL coating liquid. However, in the preparation of the MPL coating liquid, it is difficult to make the secondary particle size of the conductive fine particles uniform because the conductive fine particles are mechanically dispersed using a mixer or a stirrer.
さらに、MPL塗工液においては、導電性微粒子と、撥水機能を付与するためのフッ素系の樹脂などを混合することがあるが、この場合、導電性微粒子とフッ素系樹脂が均一に分散した二次粒子を製造することはさらに困難である。 Further, in the MPL coating liquid, conductive fine particles and a fluorine-based resin for imparting a water-repellent function may be mixed. In this case, the conductive fine particles and the fluorine-based resin are uniformly dispersed. Producing secondary particles is even more difficult.
さらに、MPL塗工液を多孔質基材層に塗布する場合、一般にダイコーターやグラビア塗工などの方法が用いられ、この場合、MPL塗工液の粘度制御が必要である。しかしながら、MPL塗工液中の導電性微粒子の二次粒径を制御することによって、MPL塗工液の粘度が変化し、MPL塗工液の塗工性が悪化する可能性がある。 Further, when the MPL coating liquid is applied to the porous base material layer, a method such as a die coater or a gravure coating is generally used, and in this case, it is necessary to control the viscosity of the MPL coating liquid. However, by controlling the secondary particle size of the conductive fine particles in the MPL coating liquid, the viscosity of the MPL coating liquid may change, and the coatability of the MPL coating liquid may deteriorate.
これに対して本発明の方法によると、多孔質基材層の一方の面上に、焼成によって揮発するポリマー製のシートを圧着させた後、このポリマーシート上にMPL塗工液の塗布を行っている。その結果、MPL塗工液の多孔質基材層内部への浸み込みが抑制され、MPL塗工液中の導電性微粒子の二次粒径を小さくすることができ、かつMPLの表面粗さを十分に小さくすることができる。 On the other hand, according to the method of the present invention, a polymer sheet that volatilizes by firing is pressure-bonded onto one surface of the porous substrate layer, and then the MPL coating liquid is applied onto the polymer sheet. ing. As a result, the infiltration of the MPL coating liquid into the porous base material layer is suppressed, the secondary particle size of the conductive fine particles in the MPL coating liquid can be reduced, and the surface roughness of the MPL can be reduced. Can be made small enough.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be variously modified and implemented within the scope of the gist of the present invention.
本発明の燃料電池用ガス拡散層の製造方法は、例えば図1に示すように、ポリマーシート圧着工程(工程1)、微細多孔質層形成用塗工液塗布工程(工程2)、及び焼成工程(工程3)が順に実行される。以下、本発明の燃料電池用ガス拡散層の製造方法の各工程について説明する。 The method for producing the gas diffusion layer for a fuel cell of the present invention is, for example, as shown in FIG. 1, a polymer sheet crimping step (step 1), a coating liquid coating step for forming a fine porous layer (step 2), and a firing step. (Step 3) is executed in order. Hereinafter, each step of the method for manufacturing the gas diffusion layer for a fuel cell of the present invention will be described.
<ポリマーシート圧着工程(工程1)>
ポリマーシート圧着工程では、多孔質基材層11の一方の面に、ポリマーシート12を圧着させる。
<Polymer sheet crimping process (process 1)>
In the polymer sheet crimping step, the
ここで、多孔質基材層11としては、燃料電池のガス拡散層の基材に一般的に用いられている導電性および多孔質性を有するシート状材料、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス、カーボン不織布等のカーボン繊維による多孔性シート材料を用いることができる。 Here, the porous base material layer 11 is a sheet-like material having conductivity and porosity generally used as a base material of a gas diffusion layer of a fuel cell, for example, carbon paper, carbon cloth, or carbon. A porous sheet material made of carbon fiber such as a non-woven fabric can be used.
この多孔質基材層11は、撥水剤を含ませていてもよい。この撥水剤は、例えば多孔質基材層11の一方の面に、撥水剤を含む撥水処理用塗工液を塗布し、その後乾燥させることによって、多孔質基材層11内に含ませることができる。この撥水処理用塗工液は、撥水剤の分散液である。撥水剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ素系の高分子材料や、ポリプロピレン、ポリエチレン等が利用可能である。そして、これらの材料のうち、フッ素系の高分子材料、特に、ポリテトラフルオロエチレンが好ましく用いられる。 The porous base material layer 11 may contain a water repellent. This water-repellent agent is contained in the porous base material layer 11 by, for example, applying a water-repellent treatment coating liquid containing a water-repellent agent to one surface of the porous base material layer 11 and then drying the mixture. Can be made. This water-repellent coating coating liquid is a dispersion liquid of a water-repellent agent. As the water repellent, fluorine-based polymer materials such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polypropylene, polyethylene, and the like can be used. Among these materials, a fluorine-based polymer material, particularly polytetrafluoroethylene, is preferably used.
ポリマーシート12は、その後の焼成工程によって揮発するポリマー製のシートである。このポリマーとしては、ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、及びポリトリブチレンテレフタレート、並びにフッ素系樹脂、例えばポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、等を用いることができる。また、このポリマーシート12は、多孔質であり、特にその細孔径が0.05〜1μmであること、厚さが1〜100μmであること、融点が40〜400℃であること、表面が親水化されていること等が好ましい。
The
<微細多孔質層形成用塗工液塗布工程(工程2)>
微細多孔質層形成用塗工液(MPL塗工液)塗布工程では、多孔質基材層11上に圧着させたポリマーシート12上に、MPL塗工液13を塗布する。
<Coating liquid coating process for forming a fine porous layer (process 2)>
In the coating liquid for forming a fine porous layer (MPL coating liquid), the
このMPL塗工液塗布工程は、各種の塗工装置を用いて行うことができるが、ダイ方式のコーターを用いることが好ましい。このダイ方式のコーターは、ダイヘッドを備えていてよく、このダイヘッドに、MPL塗工液が充填されていてよい。MPL塗工液の塗工目付は、例えば2〜6mg/cm2である。 This MPL coating liquid coating step can be performed using various coating devices, but it is preferable to use a die-type coater. This die-type coater may include a die head, and the die head may be filled with an MPL coating liquid. The basis weight of the MPL coating liquid is, for example, 2 to 6 mg / cm 2.
従来のガス拡散層の製造方法においては、多孔質基材層の一方の面にMPL塗工液を直接塗布し、MPLを形成していた。この場合、多孔質基材層は多孔質であるため、多孔質基材層内へのMPL塗工液の浸み込みを避けることができなかった。本発明では、多孔質基材層上にポリマーシートを圧着させ、このポリマーシート上にMPL塗工液を塗布しているため、多孔質基材層内へのMPL塗工液の浸み込みを避けることができる。 In the conventional method for producing a gas diffusion layer, the MPL coating liquid is directly applied to one surface of the porous base material layer to form MPL. In this case, since the porous base material layer is porous, it was not possible to avoid the infiltration of the MPL coating liquid into the porous base material layer. In the present invention, the polymer sheet is pressure-bonded onto the porous base material layer, and the MPL coating liquid is applied onto the polymer sheet. Therefore, the MPL coating liquid is impregnated into the porous base material layer. Can be avoided.
ここで、MPL塗工液13は、主に導電性粒子とバインダーと溶剤とを混合分散させたペースト状あるいはスラリー状のものであってよい。MPL塗工液13には、必要に応じて分散剤等の添加剤を加えることができるが、コンタミネーションを回避するために金属を含まないことが好ましい。
Here, the
導電性粒子としては、カーボン粒子、特に平均粒径が20〜150nmのカーボン粒子、例えば、導電性に優れ、比表面積が大きいカーボンブラックを用いることができ、特に、導電性が高いアセチレンブラックが好ましい。バインダーとしては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ素系の高分子材料や、ポリプロピレン、ポリエチレン等を用いることができる。そして、これらの材料のうち、フッ素系の高分子材料、特に、ポリテトラフルオロエチレンが好ましく用いられる。溶剤としては、特に制限されず、水、メタノール、エタノール等の種々の液剤を用いることができる。分散剤である界面活性剤も、特に制限されず、エステル型やエーテル型、エステル・エーテル型等の種々の非イオン系界面活性剤等の種々の界面活性剤を用いることができる。 As the conductive particles, carbon particles, particularly carbon particles having an average particle size of 20 to 150 nm, for example, carbon black having excellent conductivity and a large specific surface area can be used, and acetylene black having high conductivity is particularly preferable. .. As the binder, a fluorine-based polymer material such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, or tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polypropylene, polyethylene, or the like can be used. Among these materials, a fluorine-based polymer material, particularly polytetrafluoroethylene, is preferably used. The solvent is not particularly limited, and various liquids such as water, methanol, and ethanol can be used. The surfactant as a dispersant is also not particularly limited, and various surfactants such as various nonionic surfactants such as an ester type, an ether type, and an ester ether type can be used.
MPL塗工液13の組成は、例えば、導電性粒子とバインダーと分散剤の全固形分を100質量%として、導電性粒子が70〜90質量%、バインダーが15〜25質量%、分散剤が5〜15質量%となるように調整してよい。また、MPL塗工液13の物性は、固形分の割合が15〜25質量%で、粘度がずり速度50s-1において500〜2500mPa・s(50/s)で、貯蔵弾性率が500〜5500Paとなるように設定してよい。
The composition of the
<焼成工程(工程3)>
焼成工程では、ポリマーシート12上にMPL塗工液13を塗布した多孔質基材層11を加熱して焼成する。
<Baking step (step 3)>
In the firing step, the porous base material layer 11 coated with the
この焼成工程は、焼成工程において一般に用いられる加熱炉において行ってよい。焼成工程では、ポリマーシート12上にMPL塗工液13を塗布した多孔質基材層11をヒーターにより加熱することにより、MPL塗工液13による塗膜の焼成処理が行われる。この際、ポリマーシート12は、この焼成によって揮発するポリマーにより構成されているため、焼成によってポリマーシート12は揮発し、MPL塗工液13の塗膜がMPL14として多孔性基材層11上に定着され、多孔性基材層11とMPL14とが積層されたガス拡散層が形成される。
This firing step may be performed in a heating furnace generally used in the firing step. In the firing step, the porous base material layer 11 on which the
焼成温度は、MPL塗工液12中の導電性粒子とバインダーとを熱融着するための温度であり、好ましくは250℃以上、より好ましくは400℃以上の温度に設定される。なお、加熱温度の上限に特に制限はない。また、焼成時間は、MPL塗工液の塗工量及び焼成温度等に応じて、適切な時間、例えば、1分〜120分程度の時間に設定してよい。なお、加熱時間の上限にも特に制限はない。
The firing temperature is a temperature for heat-sealing the conductive particles and the binder in the
<実施例1>
2cm×2cmの寸法の炭素繊維シート(東レ製、TGP−H060)と2cm×2cmの寸法のポリマーシート(メルク製、オムニポアメンブレンフィルターJGWP14225)を重ね、SUS製の平板で挟み、3MPaにおいて10分間プレスした。なお、このポリマーシートの物性は、細孔径:0.2μm、厚さ:80μm、材質:ポリテトラフルオロエチレン、空隙率:80%であった。
<Example 1>
A 2 cm x 2 cm carbon fiber sheet (Toray, TGP-H060) and a 2 cm x 2 cm polymer sheet (Merck, Omnipore Membrane Filter JGWP14225) are stacked, sandwiched between SUS flat plates, and at 3 MPa for 10 minutes. Pressed. The physical characteristics of this polymer sheet were pore diameter: 0.2 μm, thickness: 80 μm, material: polytetrafluoroethylene, and porosity: 80%.
アセチレンブラック7.2wt%、ポリテトラフルオロエチレン1.8wt%、水90wt%及び分散材1wt%含むMPLスラリーをスポイトで吸い取り、ポリマーシートを圧着させた炭素繊維の、ポリマーシート上に数滴滴下した。 The MPL slurry containing 7.2 wt% of acetylene black, 1.8 wt% of polytetrafluoroethylene, 90 wt% of water and 1 wt% of the dispersant was sucked up with a dropper, and a few drops of carbon fiber crimped with the polymer sheet were dropped onto the polymer sheet. ..
MPLスラリーを塗布した炭素繊維を管状炉にセットし、炉内にアルゴンガスを0.2L/分で流しながら、室温から360℃まで30分かけて昇温させ、360℃に15分保持し、その後、炉冷の熱履歴を加えた。炉内温度が室温になった後、炭素繊維−MPLの積層体を炉から取り出した。 The carbon fiber coated with the MPL slurry was set in a tubular furnace, and the temperature was raised from room temperature to 360 ° C. over 30 minutes while flowing argon gas in the furnace at 0.2 L / min, and the temperature was maintained at 360 ° C. for 15 minutes. After that, the heat history of furnace cooling was added. After the temperature in the furnace reached room temperature, the carbon fiber-MPL laminate was taken out from the furnace.
<比較例1>
ポリマーシートを用いないことを除き、実施例1と同様にして、炭素繊維−MPLの積層体を得た。
<Comparative Example 1>
A carbon fiber-MPL laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except that a polymer sheet was not used.
実施例1及び比較例1において得られた積層体の各々について断面のSEM画像を撮影した。この結果を図2及び図3に示す。比較例1の積層体に比して、実施例1の積層体において、MPLの炭素繊維への浸み込みが抑制されていることが示された。 SEM images of cross sections were taken for each of the laminates obtained in Example 1 and Comparative Example 1. The results are shown in FIGS. 2 and 3. It was shown that the infiltration of MPL into the carbon fibers was suppressed in the laminate of Example 1 as compared with the laminate of Comparative Example 1.
11 多孔質基材層
12 ポリマーシート
13 微細多孔質層形成用塗工液
14 微細多孔質層
11 Porous
Claims (1)
前記多孔質基材層の一方の面に、ポリマーシートを圧着させること、
前記ポリマーシート上に微細多孔質層形成用塗工液を塗布すること、
前記微細多孔質層形成用塗工液を塗布した多孔質基材層を加熱して焼成すること、
を含み、前記ポリマーシートが、前記焼成によって揮発するポリマー製のシートである、燃料電池用ガス拡散層の製造方法。 A method for manufacturing a gas diffusion layer for a fuel cell, which comprises a porous base material layer and a fine porous layer.
By crimping a polymer sheet to one surface of the porous substrate layer,
Applying fine fine porous layer forming coating solution onto the polymer sheet,
The porous base material layer coated with the coating liquid for forming the fine porous layer is heated and fired.
A method for producing a gas diffusion layer for a fuel cell, wherein the polymer sheet is a sheet made of a polymer that volatilizes by firing.
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