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JP7799997B2 - Gas diffusion electrode manufacturing method, gas diffusion electrode, and gas diffusion electrode roll - Google Patents
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JP7799997B2 - Gas diffusion electrode manufacturing method, gas diffusion electrode, and gas diffusion electrode roll - Google Patents

Gas diffusion electrode manufacturing method, gas diffusion electrode, and gas diffusion electrode roll

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Description

燃料電池は、水素と酸素を反応させて水が生成する際に生起するエネルギーを電気的に取り出す機構であり、エネルギー効率が高く、排出物が水しかないことから、クリーンエネルギーとしてその普及が期待されている。本発明は、燃料電池に用いられるガス拡散電極に関し、特に、燃料電池の中でも燃料電池車などの電源として使用される高分子電解質型燃料電池に用いられるガス拡散電極およびその製造方法に関する。 Fuel cells are a mechanism that electrically extracts the energy generated when hydrogen and oxygen react to produce water. Because they are highly energy efficient and produce only water as an exhaust, they are expected to become widespread as a clean energy source. This invention relates to gas diffusion electrodes used in fuel cells, and in particular to gas diffusion electrodes used in polymer electrolyte fuel cells, which are used as power sources for fuel cell vehicles and the like, and to a method for manufacturing such electrodes.

高分子電解質型燃料電池に使用される電極は、高分子電解質型燃料電池において2つのセパレータで挟まれてその間に配置されるもので、高分子電解質膜の両面において、高分子電解質膜の表面に形成される触媒層と、この触媒層の外側に形成されるガス拡散層とからなる構造を有する。電極でのガス拡散層を形成するための個別の部材として、ガス拡散電極が流通している。このガス拡散電極に求められる性能としては、例えばガス拡散性、触媒層で発生した電気を集電するための導電性、および触媒層表面に発生した水分を効率よく除去する排水性などがあげられる。このようなガス拡散電極を得るため、ガス拡散性および導電性を兼ね備えた導電性多孔質基材が用いられる。 The electrodes used in polymer electrolyte fuel cells are sandwiched between two separators in the polymer electrolyte fuel cell and are constructed with a catalyst layer formed on the surface of the polymer electrolyte membrane and a gas diffusion layer formed on the outside of this catalyst layer on both sides of the polymer electrolyte membrane. Gas diffusion electrodes are available as individual components for forming the gas diffusion layer in the electrode. Performance requirements for gas diffusion electrodes include gas diffusivity, conductivity for collecting electricity generated in the catalyst layer, and drainage properties for efficiently removing moisture generated on the surface of the catalyst layer. To obtain such gas diffusion electrodes, conductive porous substrates that combine gas diffusivity and conductivity are used.

導電性多孔質基材(以下、単に「基材」と呼称することもある)としては、具体的には、炭素繊維からなるカーボンフェルト、カーボンペーパーおよびカーボンクロスなどが好ましく用いられ、中でも機械的強度などの点からカーボンペーパーが最も好ましいとされる。 Specific examples of conductive porous substrates (hereinafter sometimes simply referred to as "substrates") that are preferably used include carbon felt, carbon paper, and carbon cloth, all of which are made from carbon fibers, with carbon paper being the most preferred from the standpoint of mechanical strength, etc.

上記のような基材をそのままガス拡散電極として用いると、その繊維の目が粗いため、水蒸気が凝縮すると大きな水滴が発生し、フラッディングを起こしやすい。このため、撥水処理を施した基材の上に、カーボンブラックなどの導電性粒子を分散した微多孔層塗液(以下、単に「塗液」と呼称することもある)を塗布し乾燥焼結することにより、微多孔層と呼ばれる層(マイクロポーラスレイヤーともいう)を設ける場合がある。微多孔層を設けることで、基材の粗さを電解質膜に転写させないための化粧直し効果や、基材の空隙を適度に埋めて、触媒層とガス拡散層の接触抵抗(電気抵抗)を低下する効果などが得られる。化粧直し効果を得る場合には、基材の粗さ(算術平均粗さ)は通常10~30μmであるため、基材上の微多孔層厚み(乾燥・焼結後)を10~80μm、とウェットコーティングとしては大きな厚みとする必要がある。このような厚みを確保するため、また、上記塗液が多孔質基材にしみこまないようにするため、上記塗液は、高粘度であることが求められる。また、発電性能の高効率化のため、燃料電池を90℃あるいはそれ以上の温度で運転する需要もある。このような場合、特に電解質膜の乾燥(ドライアップ)による発電性能低下を防ぐことが求められ、孔径2~10μmの微細な貫通孔(ピンホール)の数を極力低減する必要がある。 If the above-mentioned substrate is used as a gas diffusion electrode without modification, the coarse fibers can easily generate large droplets when water vapor condenses, resulting in flooding. For this reason, a microporous layer (also called a microporous layer) can be formed by applying a microporous layer coating (hereinafter simply referred to as "coating") containing dispersed conductive particles such as carbon black to a water-repellent substrate, followed by drying and sintering. The microporous layer provides a cosmetic effect by preventing the substrate's roughness from being transferred to the electrolyte membrane, and by adequately filling the substrate's voids, reducing the contact resistance (electrical resistance) between the catalyst layer and the gas diffusion layer. To achieve this cosmetic effect, the substrate's roughness (arithmetic mean roughness) is typically 10 to 30 μm, so the microporous layer thickness on the substrate (after drying and sintering) must be 10 to 80 μm, a large thickness for a wet coating. To ensure this thickness and to prevent the coating liquid from soaking into the porous substrate, the coating liquid must have a high viscosity. Furthermore, to improve power generation efficiency, there is also a demand for fuel cells to be operated at temperatures of 90°C or higher. In such cases, it is particularly important to prevent a decline in power generation performance due to drying up of the electrolyte membrane, and it is necessary to minimize the number of fine through-holes (pinholes) with a pore size of 2 to 10 μm.

一方、燃料電池車が普及するためには、コストをガソリン車並みに低くすることが重要であり、これを達成するために材料費、加工費等すべてのコストを低減しなければならず、ガス拡散層も例外ではない。 On the other hand, for fuel cell vehicles to become more widespread, it is important to reduce costs to the same level as gasoline vehicles. To achieve this, all costs, including material costs and processing costs, must be reduced, and gas diffusion layers are no exception.

今後、燃料電池および燃料電池車が普及していくにつれ、ガス拡散電極も量産適性を高め、品質の向上、コストの低減を進めていく必要がある。ガス拡散電極の製造方法として、枚葉で製造する場合と連続的に加工して製造する場合があるが、量産性という点では、連続的に1000mあるいはそれ以上の長尺のロール状のガス拡散電極として製造することが好ましく、その場合には全長に渡り、面内ガス拡散性などの物性が均一であることが求められる。 As fuel cells and fuel cell vehicles become more widespread in the future, gas diffusion electrodes will also need to be made more suitable for mass production, with improvements in quality and cost reductions. Gas diffusion electrodes can be manufactured using either sheet-like production or continuous processing, but from the perspective of mass production, it is preferable to continuously manufacture long rolled gas diffusion electrodes of 1,000 m or more, in which case physical properties such as in-plane gas diffusivity must be consistent over the entire length.

微多孔層形成のための塗液の調製方法として、特許文献1では、導電性粒子と撥水性樹脂(PTFE)に対して、剪断力を制御して、分散および凝集抑制を図る技術が開示されている。特許文献2では、分散機の型式を特定することにより導電性粒子の分散性を高めている。また、特許文献3では、調製した微多孔層塗液を容器内で放置することにより、容器の底に凝集させ、微多孔層にクラックを発生させて排水性を向上する技術が開示されている。特許文献4には、上記貫通孔の大きさ、数を制御する方法が記載されている。 As a method for preparing a coating liquid for forming a microporous layer, Patent Document 1 discloses a technique for controlling shear force applied to conductive particles and a water-repellent resin (PTFE) to disperse and suppress aggregation. Patent Document 2 discloses a technique for improving the dispersibility of conductive particles by specifying the type of disperser. Patent Document 3 discloses a technique for leaving the prepared microporous layer coating liquid in a container to cause aggregation at the bottom of the container, generating cracks in the microporous layer and improving drainage. Patent Document 4 describes a method for controlling the size and number of the through-holes.

特許第5148036号公報Patent No. 5148036 特許第4425364号公報Patent No. 4425364 特許第5922552号公報Patent No. 5922552 特開2018-156818号JP 2018-156818 A

しかしながら、ガス拡散電極の量産化にむけて、品質およびその均一性、生産性を高いレベルにするためには、上記特許文献1、2に記載の微多孔層調製方法では不十分、特許文献3の技術でも、品質の均一化を担保するには不十分であり、むしろ塗液を凝集させる工程を追加する分、生産性低下の要因となる可能性がある。また、特許文献4は燃料電池の高温運転に対応するには、貫通孔の制御のレベルが不十分である。 However, the microporous layer preparation methods described in Patent Documents 1 and 2 are insufficient to achieve high levels of quality, uniformity, and productivity for mass production of gas diffusion electrodes, and the technology described in Patent Document 3 is also insufficient to ensure uniform quality; rather, the additional step of agglomerating the coating liquid may be a factor in reducing productivity. Furthermore, the level of control of the through-holes in Patent Document 4 is insufficient to accommodate high-temperature operation of fuel cells.

本発明の目的は、品質の均一なガス拡散電極を提供するとともに、生産性高く低コストにガス拡散電極を生産するための技術を提供することである。 The object of the present invention is to provide gas diffusion electrodes of uniform quality and to provide technology for producing gas diffusion electrodes with high productivity and low cost.

本発明のガス拡散電極の製造方法、ガス拡散電極、およびガス拡散電極ロール状物は上記の課題を解決するため、次の構成を有する。
[1]導電性多孔質基材に導電性粒子、撥水性樹脂および分散媒を含む微多孔層塗液を塗布して微多孔層を形成する塗布工程、微多孔層塗液から分散媒を除去する乾燥工程、微多孔層および導電性多孔質基材の撥水性樹脂を焼結する焼結工程を含むガス拡散電極の製造方法であって、
当該塗布工程において、
攪拌するための容器、ならびに少なくとも攪拌軸と攪拌翼からなる攪拌機を有する微多孔層塗液攪拌装置、
微多孔層塗液を導電性多孔質基材に塗布するための塗布機、
微多孔層塗液攪拌装置から塗布機に微多孔層塗液を送るための配管および送液装置を有するガス拡散電極の攪拌装置を用い、当該攪拌機を容器内の微多孔層塗液に上下対流が発生する条件で微多孔層塗液を攪拌しながら、当該送液装置による送液および当該塗布を行い、かつこの時の当該攪拌翼の最外周の周速が0.8m/s以下であることを特徴とするガス拡散電極の製造方法。
[2]当該微多孔層塗液が水系塗液であることを特徴とする[1]に記載のガス拡散電極の製造方法。
[3]当該微多孔層塗液の粘度が1.0Pa・s以上であることを特徴とする[1]または[2]に記載のガス拡散電極の製造方法。
[4]当該微多孔層塗液の、明細書中に定義するシェアシニング性の指標(シェアシニング指数)が1.5以上であることを特徴とする[1]~[3]のいずれかに記載のガス拡散電極の製造方法。
[5]当該攪拌翼の形状がヘリカルリボン翼ないしパドル翼である[1]~[4]のいずれかに記載のガス拡散電極の製造方法。
[6]当該攪拌翼の回転数が20rpm以下であることを特徴とする[1]~[5]のいずれかに記載のガス拡散電極の製造方法。
[7]導電性多孔質基材と、導電性粒子と撥水性樹脂を含むガス拡散層用微多孔層を含むガス拡散電極であって、当該微多孔層に含まれる導電性粒子がカーボンブラックであり、微多孔層表面からガス拡散電極を貫通する貫通孔が10cm四方(100cm)あたり5個未満、最大バブルポイント径が2.0μm以下であることを特徴とするガス拡散電極。
[8]当該微多孔層表面からガス拡散電極を貫通する貫通孔が10cm四方(100cm)あたり2個未満、最大バブルポイント径が1.0μm以下であることを特徴とする[7]に記載のガス拡散電極。
[9]当該カーボンブラックがアセチレンブラックであることを特徴とする[7]または[8]に記載のガス拡散電極。
[10]導電性多孔質基材と、導電性粒子と撥水性樹脂を含むガス拡散層用微多孔層を含む長尺のガス拡散電極ロール状物であって、当該ガス拡散電極ロール状物の長さが1000m以上であり、かつその全長に渡り、面内ガス拡散性の相対標準偏差が5%以下であることを特徴とするガス拡散電極ロール状物。
In order to solve the above problems, the method for producing a gas diffusion electrode, the gas diffusion electrode, and the rolled gas diffusion electrode of the present invention have the following configurations.
[1] A method for producing a gas diffusion electrode, comprising: a coating step of applying a microporous layer coating liquid containing conductive particles, a water-repellent resin, and a dispersion medium to a conductive porous substrate to form a microporous layer; a drying step of removing the dispersion medium from the microporous layer coating liquid; and a sintering step of sintering the microporous layer and the water-repellent resin of the conductive porous substrate,
In the coating step,
a microporous layer coating liquid stirring device having a container for stirring and an agitator comprising at least a stirring shaft and a stirring blade;
a coater for applying the microporous layer coating liquid to the conductive porous substrate;
A method for producing a gas diffusion electrode, comprising: using an agitator for a gas diffusion electrode having piping and a liquid delivery device for delivering the microporous layer coating liquid from the microporous layer coating liquid agitator to a coater; delivering the microporous layer coating liquid by the liquid delivery device and applying the coating liquid while stirring the microporous layer coating liquid with the agitator under conditions that generate vertical convection in the microporous layer coating liquid in a container; and wherein the peripheral speed of the outermost periphery of the agitator blade during this process is 0.8 m/s or less.
[2] The method for producing a gas diffusion electrode according to [1], wherein the microporous layer coating liquid is a water-based coating liquid.
[3] The method for producing a gas diffusion electrode according to [1] or [2], wherein the viscosity of the microporous layer coating liquid is 1.0 Pa·s or more.
[4] The method for producing a gas diffusion electrode according to any one of [1] to [3], wherein the microporous layer coating liquid has a shear thinning index (shear thinning index) defined in the specification of 1.5 or more.
[5] The method for producing a gas diffusion electrode according to any one of [1] to [4], wherein the shape of the stirring blade is a helical ribbon blade or a paddle blade.
[6] The method for producing a gas diffusion electrode according to any one of [1] to [5], wherein the rotation speed of the stirring blade is 20 rpm or less.
[7] A gas diffusion electrode comprising a conductive porous substrate and a microporous layer for a gas diffusion layer containing conductive particles and a water-repellent resin, wherein the conductive particles contained in the microporous layer are carbon black, the number of through-holes extending from the surface of the microporous layer through the gas diffusion electrode is less than 5 per 10 cm square (100 cm 2 ), and the maximum bubble point diameter is 2.0 μm or less.
[8] The gas diffusion electrode according to [7], wherein the number of through-holes extending from the surface of the microporous layer through the gas diffusion electrode is less than 2 per 10 cm square (100 cm 2 ), and the maximum bubble point diameter is 1.0 μm or less.
[9] The gas diffusion electrode according to [7] or [8], wherein the carbon black is acetylene black.
[10] A long gas diffusion electrode roll comprising a conductive porous substrate and a microporous layer for a gas diffusion layer, the microporous layer comprising conductive particles and a water-repellent resin, wherein the length of the gas diffusion electrode roll is 1000 m or more and the relative standard deviation of in-plane gas diffusivity over the entire length is 5% or less.

本発明の製造方法を用いることにより、貫通孔が皆無または非常に少ないガス拡散電極が得られるため、高温運転におけるドライアップ抑制に対して有利であり、微多孔層が均一に塗布されたガス拡散電極を高い収率で生産効率よく得られ、ガス拡散電極、ひいては燃料電池の製造コストを低減することができる。 By using the manufacturing method of the present invention, gas diffusion electrodes with no or very few through-holes can be obtained, which is advantageous for preventing dry-up during high-temperature operation. Gas diffusion electrodes with a uniformly coated microporous layer can be produced efficiently with high yields, reducing the manufacturing costs of gas diffusion electrodes and, ultimately, fuel cells.

本発明の微多孔層塗液の塗布時に塗液の攪拌に用いる装置の一例の略図1 is a schematic diagram of an example of an apparatus used to stir the coating liquid when applying the microporous layer coating liquid of the present invention. 本発明のガス拡散電極の製造装置の一例の略図1 is a schematic diagram of an example of an apparatus for manufacturing a gas diffusion electrode of the present invention. 本発明の対象となるガス拡散電極の構成を示す概略図1 is a schematic diagram showing the configuration of a gas diffusion electrode to which the present invention is applied; FIG. 比較例2で使用した攪拌翼形状を示す図1 shows the shape of the stirring blade used in Comparative Example 2. 本発明で扱う塗液の性質を示す図1 is a diagram showing the properties of the coating liquid used in the present invention. 本発明の実施例で用いた面内ガス拡散評価装置の概略図Schematic diagram of an in-plane gas diffusion evaluation device used in the examples of the present invention.

本発明の第1の態様としては、ガス拡散電極の量産に用いるシェアシニング性を有する微多孔層塗液を塗布した後のガス拡散電極の物性の均一性を高め、また塗液の使用効率を高めるための、塗布時における塗液の取り扱い方法を規定した製造方法に関するものである。 The first aspect of the present invention relates to a manufacturing method that specifies how to handle the coating liquid during application, in order to improve the uniformity of the physical properties of the gas diffusion electrode after application of a microporous layer coating liquid with shear-thinning properties used in the mass production of gas diffusion electrodes, and to increase the use efficiency of the coating liquid.

本発明の第2の態様としては、導電性多孔質基材と、導電性粒子と撥水性樹脂を含むガス拡散用微多孔層を含むガス拡散電極であって、当該導電性粒子がカーボンブラックであり、微多孔層表面からガス拡散電極を貫通する貫通孔の数が少なく、最大バブルポイント径が小さいガス拡散電極に関するものである。 A second aspect of the present invention relates to a gas diffusion electrode comprising a conductive porous substrate and a microporous layer for gas diffusion containing conductive particles and a water-repellent resin, wherein the conductive particles are carbon black, the gas diffusion electrode has a small number of through-holes penetrating from the surface of the microporous layer through the gas diffusion electrode, and has a small maximum bubble point diameter.

本発明の第1の態様の製造方法で製造するガス拡散電極、および第2の態様のガス拡散電極は、導電性多孔質基材の少なくとも片面に微多孔層を有する。初めに導電性多孔質基材について説明する。 The gas diffusion electrode manufactured by the manufacturing method of the first aspect of the present invention and the gas diffusion electrode of the second aspect have a microporous layer on at least one side of the conductive porous substrate. First, we will explain the conductive porous substrate.

固体高分子型燃料電池において、ガス拡散電極は、セパレータから供給されるガスを触媒へと拡散するための高いガス拡散性、電気化学反応に伴って生成する水をセパレータへ排出するための高い排水性、発生した電流を取り出すための高い導電性が要求される。このためガス拡散電極には、導電性を有し、通常10μm以上100μm以下の領域に細孔径のピークを有する多孔体からなる導電性多孔質基材が用いられる。 In solid polymer fuel cells, the gas diffusion electrode must have high gas diffusivity to diffuse the gas supplied from the separator to the catalyst, high drainage properties to discharge water produced during the electrochemical reaction back to the separator, and high conductivity to extract the generated current. For this reason, the gas diffusion electrode uses a conductive porous substrate made of a porous material that is conductive and typically has a peak pore size in the 10 μm to 100 μm range.

導電性多孔質基材としては、具体的には、例えば、炭素繊維織物、炭素繊維抄紙体、炭素繊維不織布、カーボンフェルト、カーボンペーパー、カーボンクロスなどの炭素繊維を含む多孔質基材、発泡焼結金属、金属メッシュ、エキスパンドメタルなどの金属多孔質基材を用いることが好ましい。中でも、耐腐食性が優れることから、炭素繊維を含む多孔質基材を用いることが好ましく、中でも、電解質膜の厚み方向の寸法変化を吸収する特性、すなわち「ばね性」に優れることから、炭素繊維抄紙体を炭化物で結着してなる基材、すなわちカーボンペーパーを用いることが好適である。 Specific examples of conductive porous substrates that can be used include porous substrates containing carbon fibers such as carbon fiber woven fabric, carbon fiber paper, carbon fiber nonwoven fabric, carbon felt, carbon paper, and carbon cloth, as well as metal porous substrates such as foamed sintered metal, metal mesh, and expanded metal. Among these, porous substrates containing carbon fibers are preferred due to their excellent corrosion resistance. Of these, carbon paper, a substrate made by bonding carbon fiber paper with carbide, is particularly suitable due to its excellent "springiness," or ability to absorb dimensional changes in the thickness direction of the electrolyte membrane.

ガス拡散電極のガス拡散性を高めて燃料電池の発電性能を極力高めるため、基材には高い空隙率が求められる。空隙率は好ましくは80%以上、さらに好ましくは85%以上である。空隙率の上限は基材がその構造を保ちうる限界として95%である。 In order to improve the gas diffusion properties of the gas diffusion electrode and maximize the power generation performance of the fuel cell, the substrate must have a high porosity. The porosity is preferably 80% or higher, and more preferably 85% or higher. The upper limit for porosity is 95%, as this is the limit at which the substrate can maintain its structure.

また、カーボンペーパーなどの基材の厚みを薄くすることによっても、ガス拡散電極のガス拡散性を高めることができるので、カーボンペーパーなどの基材の厚みは220μm以下が好ましく、150μm以下がより好ましく、さらに好ましくは120μm以下である。基材の厚み下限を50μmとすると、機械的強度を保ち、製造工程でのハンドリングを容易にできるので好ましい。導電性基材の厚みを薄くすることは、燃料電池としたときの厚み方向の電気抵抗を低減する意味でも有効である。 Furthermore, the gas diffusion properties of the gas diffusion electrode can be improved by reducing the thickness of the substrate, such as carbon paper. Therefore, the thickness of the substrate, such as carbon paper, is preferably 220 μm or less, more preferably 150 μm or less, and even more preferably 120 μm or less. Setting the lower limit of the substrate thickness at 50 μm is preferable, as it maintains mechanical strength and facilitates handling during the manufacturing process. Reducing the thickness of the conductive substrate is also effective in reducing electrical resistance in the thickness direction when used in a fuel cell.

上記基材を用いてガス拡散電極を効率よく製造するためには、基材を長尺に巻いた状態のものを巻き出して、巻き取るまでの間に連続的に微多孔層を形成することが好ましい。 To efficiently manufacture a gas diffusion electrode using the above substrate, it is preferable to unwind a long roll of the substrate and form a microporous layer continuously during the process.

基材は、排水性を高めるため撥水処理が施されていても良い。撥水処理は、フッ素樹脂などの撥水性樹脂を用いて行うことが好ましい。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)(たとえば“テフロン(登録商標)”)、四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体(FEP)、ペルフルオロアルコキシフッ化樹脂(PFA)、エチレン四フッ化エチレン共重合体(ETFA)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニル(PVF)等が挙げられるが、強い撥水性を発現するPTFE、あるいはFEPが好ましい。 The substrate may be treated with a water-repellent coating to improve drainage. The water-repellent coating is preferably performed using a water-repellent resin such as a fluororesin. Examples of fluororesins include polytetrafluoroethylene (PTFE) (such as Teflon (registered trademark)), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), perfluoroalkoxy fluoride resin (PFA), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFA), polyvinylidene fluoride (PVDF), and polyvinyl fluoride (PVF). PTFE or FEP, which exhibit strong water-repellent properties, are preferred.

撥水性樹脂の量は特に限定されないが、基材100質量%に対して0.1質量%以上20質量%以下が好ましい。この範囲であると、撥水性が十分に発揮され、一方、撥水性樹脂がガスの拡散経路あるいは排水経路となる細孔を塞いでしまったり、電気抵抗が上がったりする可能性が低い。 The amount of water-repellent resin is not particularly limited, but is preferably 0.1% by mass or more and 20% by mass or less relative to 100% by mass of the substrate. Within this range, water repellency is fully exhibited, while the water-repellent resin is unlikely to clog pores that serve as gas diffusion or drainage paths, or increase electrical resistance.

基材を撥水処理する方法は、一般的に知られている撥水性樹脂を含むディスパージョンに基材を浸漬する処理技術のほか、ダイコート、スプレーコートなどによって基材に撥水性樹脂を塗布する塗布技術も適用可能である。また、フッ素樹脂のスパッタリングなどのドライプロセスによる加工も適用できる。なお、撥水処理の後、必要に応じて乾燥工程、さらには焼結工程を加えても良い。 Methods for making a substrate water-repellent include the commonly known treatment technique of immersing the substrate in a dispersion containing a water-repellent resin, as well as coating techniques such as die coating and spray coating, which apply a water-repellent resin to the substrate. Dry processes such as sputtering of fluororesin can also be used. After the water-repellent treatment, a drying process and even a sintering process can be added as needed.

次いで、微多孔層について説明する。微多孔層は、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、炭素繊維のチョップドファイバー、グラフェン、黒鉛などの導電性粒子を含んだ層である。導電性粒子としては、コストが低く、安全性や製品の品質の安定性の点から、カーボンブラックが好適に用いられる。微多孔層中に含まれるカーボンブラックとしては、不純物が少なく触媒の活性を低下させにくいという点でアセチレンブラックが好適に用いられる。 Next, the microporous layer will be described. The microporous layer is a layer containing conductive particles such as carbon black, carbon nanotubes, carbon nanofibers, chopped carbon fibers, graphene, and graphite. Carbon black is preferably used as the conductive particles due to its low cost, safety, and stable product quality. Acetylene black is preferably used as the carbon black contained in the microporous layer because it contains few impurities and is less likely to reduce catalyst activity.

また、微多孔層には、導電性、ガス拡散性、水の排水性、あるいは保湿性、熱伝導性といった特性、さらには燃料電池内部のアノード側での耐強酸性、カソード側での耐酸化性が求められるため、微多孔層は、導電性粒子に加えて、フッ素樹脂をはじめとする撥水性樹脂を含む。微多孔層に含まれるフッ素樹脂としては、基材を撥水する際に好適に用いられるフッ素樹脂と同様、PTFE、FEP、PFA、ETFA等が挙げられる。撥水性が特に高いという点でPTFE、あるいはFEPが好ましい。 The microporous layer is required to have properties such as electrical conductivity, gas diffusion, water drainage or moisture retention, and thermal conductivity, as well as strong acid resistance on the anode side inside the fuel cell and oxidation resistance on the cathode side. Therefore, the microporous layer contains a water-repellent resin such as a fluororesin in addition to conductive particles. The fluororesins contained in the microporous layer include PTFE, FEP, PFA, ETFA, etc., similar to fluororesins that are preferably used to make substrates water-repellent. PTFE or FEP is preferred because of its particularly high water repellency.

ガス拡散電極が微多孔層を有するためには、基材に、微多孔層を形成するための塗液、すなわち微多孔層塗液を塗布することが一般的である。塗液は通常、上記導電性粒子と水やアルコールなどの分散媒を含むが、環境負荷低減、塗布乾燥工程の簡略化の観点から水を分散媒として用いる水系塗液であることが好ましい。ここで水系塗液とは分散媒の50重量%以上,好ましくは70重量%以上さらに好ましくは90%以上が水である塗液とする。また、導電性粒子を分散するための分散剤として、界面活性剤などが配合されることが多い。また、本発明において取り扱う塗液は、微多孔層に撥水性樹脂を含ませるために、塗液に予め撥水性樹脂を含ませておく。 For a gas diffusion electrode to have a microporous layer, a coating liquid for forming the microporous layer, i.e., a microporous layer coating liquid, is typically applied to the substrate. The coating liquid typically contains the above-mentioned conductive particles and a dispersant such as water or alcohol. However, from the perspective of reducing environmental impact and simplifying the coating and drying process, a water-based coating liquid using water as the dispersant is preferred. Here, a water-based coating liquid is a coating liquid in which water accounts for 50% or more by weight of the dispersant, preferably 70% or more by weight, and even more preferably 90% or more. Furthermore, a surfactant or other dispersant is often added as a dispersant to disperse the conductive particles. Furthermore, the coating liquid used in the present invention is pre-loaded with a water-repellent resin in order to incorporate the water-repellent resin into the microporous layer.

微多孔層塗液を調製するためには、プラネタリーミキサー、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、ニーダー、加圧ニーダー、連続式ニーダー、ホモジナイザー、ホモミキサーなどの各種分散機、混練機を用いることができる。また、分散剤として界面活性剤を添加した水系塗液を調製する場合には、泡立ち易いので、空気を巻き込まないあるいは真空脱泡しながら調製できる装置が好ましい。この観点からは、プラネタリーミキサーなどの多軸混練機などが好適である。 To prepare the microporous layer coating liquid, various dispersing machines and kneaders can be used, such as a planetary mixer, ball mill, bead mill, jet mill, kneader, pressure kneader, continuous kneader, homogenizer, and homomixer. Furthermore, when preparing an aqueous coating liquid to which a surfactant has been added as a dispersant, foaming is likely to occur, so an apparatus that does not incorporate air or that can perform preparation while vacuum degassing is preferred. From this perspective, multi-screw kneaders such as planetary mixers are suitable.

基材上に微多孔層を形成する方法としては、基材に塗液を塗布する方法が好ましい。 A preferred method for forming a microporous layer on a substrate is to apply a coating liquid to the substrate.

塗液中の導電性粒子の濃度は、塗液の生産性の点から、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上である。粘度、導電性粒子の分散安定性、塗液の塗布性などが好適であれば濃度に上限はない。導電性粒子としてアセチレンブラックを用いる場合には、水系塗液の場合、塗液中のアセチレンブラックの濃度は25質量%を上限とするのが好ましく、この好ましい範囲であると、アセチレンブラック同士が再凝集して、いわゆるパーコレーションが発生することはなく、急激な粘度増加で塗液の塗布性が損なわれる可能性が低い。 From the perspective of coating liquid productivity, the concentration of conductive particles in the coating liquid is preferably 5% by mass or more, and more preferably 10% by mass or more. There is no upper limit to the concentration, as long as the viscosity, dispersion stability of the conductive particles, and coatability of the coating liquid are suitable. When acetylene black is used as the conductive particles, the upper limit of the acetylene black concentration in the coating liquid for an aqueous coating liquid is preferably 25% by mass. Within this preferred range, the acetylene black particles do not re-aggregate, preventing so-called percolation, and reducing the likelihood of a sudden increase in viscosity impairing the coatability of the coating liquid.

微多孔層の役割としては、(1)触媒の保護、(2)目の粗い基材の表面が電解質膜に転写しないようにする化粧直し効果、(3)カソードで発生する水蒸気の凝縮防止などである。上記のうち、化粧直し効果を発現するためには、微多孔層がある程度の厚みを有することが好ましい。 The roles of the microporous layer include (1) protecting the catalyst, (2) providing a cosmetic effect by preventing the surface of the coarse substrate from being transferred to the electrolyte membrane, and (3) preventing condensation of water vapor generated at the cathode. In order to achieve the cosmetic effect, it is preferable that the microporous layer have a certain thickness.

微多孔層の厚みは、10μm以上60μm以下であることが好ましい。微多孔層の厚みが10μm未満であると、上記の化粧直し効果が不足することがあり、化粧直し効果を十分に発揮するためにはさらに20μm以上であることが好ましい。また、微多孔層厚みが60μmを超えるとガス拡散電極自体のガス拡散性が低下したり、電気抵抗が高くなったりすることがある。ガス拡散性を高める、あるいは電気抵抗を下げるという観点からは、微多孔層の厚みは、より好ましくは50μm以下、さらに好ましくは40μm以下である。なお、塗液を基材の表面に塗布して微多孔層を形成することから、基材の空孔に塗液が浸み込んでしまい、図3に示すように基材中に微多孔層の染み込み部分203が形成される場合があるが、各微多孔層の厚みは、この浸み込み部分は除いた、基材の外側に存在する部分の厚みを意味する。 The thickness of the microporous layer is preferably 10 μm or more and 60 μm or less. If the thickness of the microporous layer is less than 10 μm, the above-mentioned touch-up effect may be insufficient. To fully achieve the touch-up effect, a thickness of 20 μm or more is preferable. Furthermore, if the thickness of the microporous layer exceeds 60 μm, the gas diffusion properties of the gas diffusion electrode itself may decrease or the electrical resistance may increase. From the perspective of improving gas diffusion properties or reducing electrical resistance, the thickness of the microporous layer is more preferably 50 μm or less, and even more preferably 40 μm or less. Note that, because the microporous layer is formed by applying a coating liquid to the surface of the substrate, the coating liquid may penetrate into the pores of the substrate, forming a soaked portion 203 of the microporous layer in the substrate as shown in Figure 3. However, the thickness of each microporous layer refers to the thickness of the portion outside the substrate, excluding this soaked portion.

本発明においては、上記の通り、空隙率の高い基材に微多孔層を厚塗りすることが好ましい。空隙率の高い基材に極力塗液を染み込ませずに厚塗りするためには、剪断力のかかる塗布の瞬間には粘度が低く、分散媒を乾燥する際には高粘度であることが好ましい。すなわち、塗液はシェアシニング性を有することが好ましい。シェアシニング性とは、剪断力を加えた際に粘度が一時的に低下する(剪断力を取り除くと粘度は回復する)性質である。 In the present invention, as described above, it is preferable to apply a thick coating of a microporous layer to a substrate with high porosity. In order to apply the coating liquid thickly without soaking it into a substrate with high porosity as much as possible, it is preferable that the viscosity be low at the moment of application when shear force is applied, and high when the dispersion medium is dried. In other words, it is preferable that the coating liquid have shear thinning properties. Shear thinning properties are the property whereby viscosity temporarily decreases when shear force is applied (and then recovers when the shear force is removed).

本発明で扱う微多孔層塗液においては、シェアシニング性の定量的指標(以下、シェアシニング指数と呼称)として、剪断速度(シェアレート)が17(/秒)での粘度の値(a)と、剪断速度が127(/秒)での粘度の値(b)の比(a/b)を定義する。シェアシニング指数が高ければ、剪断力のかからない状態では粘度が高く、高い剪断力がかかっている状態では粘度が低い。本発明で扱う微多孔層塗液では、このシェアシニング指数が1.5以上であることが好ましく、より好ましくは2.0以上である。シェアシニング指数の上限としては10.0以下であることが好ましく、より好ましくは8.0以下である。 For the microporous layer coating liquid used in the present invention, a quantitative indicator of shear thinning properties (hereinafter referred to as the shear thinning index) is defined as the ratio (a/b) of the viscosity value (a) at a shear rate (shear rate) of 17 (/sec) to the viscosity value (b) at a shear rate of 127 (/sec). A high shear thinning index indicates high viscosity when no shear force is applied and low viscosity when high shear force is applied. For the microporous layer coating liquid used in the present invention, this shear thinning index is preferably 1.5 or greater, and more preferably 2.0 or greater. The upper limit of the shear thinning index is preferably 10.0 or less, and more preferably 8.0 or less.

塗液は、分散媒中に導電性粒子を分散して調製する。導電性粒子を分散させるためには、分散剤として界面活性剤を用いて分散させることが好ましい。この分散を長時間安定させて塗液が分離しないようにするために、分散剤の添加量は、塗液中の導電性粒子の10質量%以上であることが好ましい。10質量%未満では、塗液の分散安定が確保できず、塗液の物性の低下などの変化を起こしやすい。また、撥水性樹脂を用いる場合は、撥水性樹脂の分散を妨げない分散剤を用いるのが好ましい。 The coating liquid is prepared by dispersing conductive particles in a dispersion medium. To disperse the conductive particles, it is preferable to use a surfactant as a dispersant. To keep this dispersion stable for a long period of time and prevent the coating liquid from separating, the amount of dispersant added is preferably 10% by mass or more of the conductive particles in the coating liquid. If the amount is less than 10% by mass, the coating liquid's dispersion stability cannot be ensured, and changes such as a decrease in the physical properties of the coating liquid are likely to occur. Furthermore, when using a water-repellent resin, it is preferable to use a dispersant that does not interfere with the dispersion of the water-repellent resin.

また、微多孔層の厚みを焼結後の塗膜として10μmより大きくする場合、塗液の粘度は1.0Pa・s以上であることが好ましく、3.0Pa・s以上であることはより好ましく、5.0Pa・s以上であることはさらに好ましい。塗液の粘度が1.0Pa・s未満だと、塗液が基材の表面上で流れて所望の厚みを確保できないことがあったり、基材の細孔に塗液が流入して裏抜けを起こしてしまったりすることがある。逆に、塗液の粘度が高すぎると、塗布性が低下することがあるため、塗液の粘度は25Pa・s以下が好ましく、20Pa・s以下はより好ましく、15Pa・s以下はさらに好ましい。 Furthermore, if the thickness of the microporous layer is to be greater than 10 μm as a coating film after sintering, the viscosity of the coating liquid is preferably 1.0 Pa·s or more, more preferably 3.0 Pa·s or more, and even more preferably 5.0 Pa·s or more. If the viscosity of the coating liquid is less than 1.0 Pa·s, the coating liquid may flow on the surface of the substrate, making it impossible to achieve the desired thickness, or the coating liquid may flow into the pores of the substrate, causing bleed-through. Conversely, if the viscosity of the coating liquid is too high, the coatability may be reduced, so the viscosity of the coating liquid is preferably 25 Pa·s or less, more preferably 20 Pa·s or less, and even more preferably 15 Pa·s or less.

塗液の粘度を高粘度に保つためには、増粘剤を添加することが有効である。ここで用いる増粘剤は、一般的に良く知られたもので良い。例えば、メチルセルロース系、ポリエチレングリコール系、ポリビニルアルコール系などが好適に用いられる。 Adding a thickener is effective in maintaining a high viscosity of the coating liquid. The thickener used here may be any commonly known thickener. For example, methyl cellulose-based, polyethylene glycol-based, or polyvinyl alcohol-based thickeners are suitable.

これらの分散剤や増粘剤としては、分散剤と増粘剤の両方の機能を持つ一つの物質を選んでも良く、分散剤や増粘剤以外としての、例えば防黴等の機能を有していても良い。分散剤と増粘剤の両方の機能を持つ物質としては、界面活性剤が好ましく用いられる。また、分散剤と増粘剤として、それぞれの機能に適した別の物質を選んでも良く、その場合には、導電性粒子や撥水性樹脂の分散を妨げないような増粘剤を選定するのが好ましい。塗液の粘度、分散安定を保つために、分散剤と増粘剤の総量が、導電性粒子の添加質量の10質量%以上であることが好ましく、50質量%以上がより好ましく、100質量%以上がさらに好ましい。分散剤と増粘剤の総量の好ましい上限としては、通常導電性粒子の添加質量の500質量%以下であり、500質量%以下であると後の焼結工程において蒸気や分解ガスが発生しにくく、安全性、生産性を確保できる。 These dispersants and thickeners may be a single substance that functions as both a dispersant and a thickener, or they may have other functions, such as antifungal properties. Surfactants are preferably used as substances that function as both dispersants and thickeners. Alternatively, different substances suitable for each function may be selected as dispersants and thickeners. In such cases, it is preferable to select a thickener that does not interfere with the dispersion of the conductive particles or water-repellent resin. To maintain the viscosity and dispersion stability of the coating liquid, the total amount of dispersant and thickener is preferably 10% by weight or more of the added weight of conductive particles, more preferably 50% by weight or more, and even more preferably 100% by weight or more. The preferred upper limit of the total amount of dispersant and thickener is typically 500% by weight or less of the added weight of conductive particles. At 500% by weight or less, steam and decomposition gases are less likely to be generated during the subsequent sintering process, ensuring safety and productivity.

上記の塗液は、各種の分散装置で分散することができるが、分散させすぎると粘度が低下する場合が多く、増粘剤で粘度を調整しても多孔質基材に塗液がしみこむ傾向にある。このため、分散を低いレベルで留めておき、これを保つことが必要となる場合がある。すなわち、塗液調製後、基材へ塗布するまで、導電性粒子の分散状態を変化させるようなせん断力を極力かけないことが好ましい。 The above coating liquid can be dispersed using various dispersing devices, but excessive dispersion often results in a decrease in viscosity, and even if the viscosity is adjusted with a thickener, the coating liquid tends to soak into the porous substrate. For this reason, it may be necessary to keep the dispersion at a low level and maintain it. In other words, after preparing the coating liquid, it is preferable to avoid applying shear forces that could change the dispersion state of the conductive particles as much as possible until it is applied to the substrate.

上記の塗液は、特に分散媒が水系でかつ分散剤や増粘剤として界面活性剤が添加されている場合、攪拌などの操作により気泡が発生しやすい。気泡を含む塗液が基材に塗布されると、気泡の存在する部分に塗膜が形成されずに、いわゆる塗布抜けという現象が起き、微多孔層の機能が低下してしまう恐れがあるため、塗液は塗布前に十分脱泡しておく必要がある。 The above-mentioned coating liquids are prone to generating bubbles during stirring and other operations, particularly when the dispersion medium is aqueous and surfactants are added as dispersants or thickeners. When a coating liquid containing bubbles is applied to a substrate, a coating film will not form in the areas where the bubbles exist, resulting in a phenomenon known as coating gaps, which can reduce the functionality of the microporous layer. Therefore, the coating liquid must be thoroughly degassed before application.

本発明におけるガス拡散電極の製造装置は、微多孔層塗液を調製するための容器と攪拌機を有する微多孔層塗液攪拌装置、微多孔層を基材に塗布するための塗布機、微多孔層攪拌装置から塗布機に微多孔層塗液を送るための配管および送液装置を少なくとも備え、塗液を、塗布装置によって基材に塗布することで、ガス拡散電極が製造される。 The gas diffusion electrode manufacturing apparatus of the present invention includes at least a microporous layer coating liquid agitator having a container and agitator for preparing the microporous layer coating liquid, a coater for applying the microporous layer to the substrate, and piping and a liquid delivery device for sending the microporous layer coating liquid from the microporous layer agitator to the coater. The coating liquid is applied to the substrate by the coater, thereby producing a gas diffusion electrode.

上記の通り、容器から塗布機への送液や塗布の際に、塗液に泡を発生させるのは塗布抜けの原因となるため避けるのが好ましい。泡の発生を避けるために容器内の攪拌を止める場合があるが、特に長時間止めておくと、容器内で塗液の密度あるいは粘度に分布を生じる。すなわち、容器の底に近くなるほど塗液の密度が高くなり、粘度も高くなる傾向がある。分布が生じた状態で、ガス拡散電極の長尺塗布を行うと、塗布の開始時に容器の底近くの密度と粘度が高い塗液を基準として狙いとする塗液の目付、厚みとなるように時間あたりの塗布量を設定しても塗布が進むにつれ、容器の上部にあった底部にくらべ低密度、低粘度の塗液が塗布されることになり、同じ体積速度で塗布を続ける場合には、目付が小さくなり、また粘度が下がって染み込みやすくなるため、ガス拡散電極の厚みが小さくなる傾向にある。この傾向は量産において大容量の塗液を連続で塗布する際に顕著である。すなわち、長尺塗布によるガス拡散電極の連続製造を行う場合には、塗液を調整する容器の中で塗液の組成を均一にし、かつ塗液中に泡が発生しないようにすることが重要なポイントとなる。 As mentioned above, it is preferable to avoid generating bubbles in the coating liquid during transfer from the container to the applicator or during application, as this can lead to coating defects. Stirring in the container may be stopped to prevent bubbles from forming. However, stopping for long periods of time, in particular, can result in a distribution of the coating liquid's density or viscosity within the container. That is, the closer to the bottom of the container, the higher the density and viscosity of the coating liquid tend to be. If a long-length gas diffusion electrode is coated with a distribution of these fluids, even if the coating volume per unit time is set to achieve the desired coating weight and thickness based on the high-density and high-viscosity coating liquid near the bottom of the container at the start of coating, as coating progresses, a coating liquid with a lower density and viscosity than the coating liquid at the top of the container will be applied. If coating is continued at the same volumetric rate, the coating weight will decrease and the viscosity will decrease, making it easier to penetrate, resulting in a smaller thickness of the gas diffusion electrode. This tendency is particularly pronounced when continuously coating large volumes of coating liquid in mass production. In other words, when continuously manufacturing gas diffusion electrodes by long-length coating, it is important to ensure that the composition of the coating liquid is uniform in the container in which it is prepared and to prevent bubbles from forming in the coating liquid.

また、本発明で扱う微多孔層塗液としては粘度が高いものを用いるのが好ましいが、粘度の高い塗液を大容量容器下部の抜き出し口からポンプなどを用いて抜き出す場合、ある程度液面が下がってくると、抜き出し口の直上の領域のみに液の流れが生じ、図5に例示されるように壁面付近の塗液が送液されない現象が起こりやすく、微多孔層塗液の使用率が低下する。 In addition, it is preferable to use a microporous layer coating liquid with a high viscosity in the present invention. However, when a highly viscous coating liquid is extracted from an extraction port at the bottom of a large-capacity container using a pump or the like, once the liquid level drops to a certain level, the liquid flows only in the area directly above the extraction port, which is likely to result in the coating liquid near the wall surface not being transported, as shown in Figure 5, and the usage rate of the microporous layer coating liquid decreases.

このような問題を解決するため検討を行った結果、本発明者らは、塗布機へ送液する際に、攪拌機を容器内の塗液に上下方向の対流が発生するように運転することで、容器内の塗液組成が最後まで均一に保たれ、長尺のガス拡散電極の微多孔層物性を最初から最後まで均一にできるとともに、容器内の塗液の使用効率を高くできることを見いだした。 As a result of investigations into solving these problems, the inventors discovered that by operating the agitator so that vertical convection occurs in the coating liquid in the container when the liquid is sent to the coater, the coating liquid composition in the container can be maintained uniform to the end, the physical properties of the microporous layer in the long gas diffusion electrode can be made uniform from start to finish, and the utilization efficiency of the coating liquid in the container can be increased.

これより本発明の第1の態様であるガス拡散電極の製造方法の一例を具体的に記載するが、本発明は以下の記載に制限されるものではない。 We will now describe in detail one example of a method for manufacturing a gas diffusion electrode, which is the first aspect of the present invention, but the present invention is not limited to the following description.

本発明の微多孔層塗液攪拌装置では、図1に例示するように、攪拌翼21と攪拌軸22を有する攪拌機2が装備された容器1に塗液4は入れられ、攪拌翼21により攪拌される。容器1は減圧手段(不図示)と減圧手段接続口3で接続されており、容器1の内圧は真空ポンプ等の当該減圧手段により制御される。容器1内には、塗液の攪拌状態を調整する邪魔板が設けられていても良い。 In the microporous layer coating liquid stirring device of the present invention, as illustrated in Figure 1, a coating liquid 4 is placed in a vessel 1 equipped with an agitator 2 having an agitator blade 21 and an agitator shaft 22, and is stirred by the agitator blade 21. The vessel 1 is connected to a pressure reducing means (not shown) via a pressure reducing means connection port 3, and the internal pressure of the vessel 1 is controlled by the pressure reducing means, such as a vacuum pump. A baffle plate may be provided inside the vessel 1 to adjust the agitation state of the coating liquid.

容器は密閉可能に構成されており、脱泡時にはその内圧は減圧手段により制御される。容器の容量は特に制限されるものではないが、量産に適用する場合には、好ましくは200リットル以上、より好ましくは300リットル以上、さらに好ましくは1000リットル以上である。設置スペース、温度制御を外側から行う場合の効率を考慮すれば、容量の上限は3000リットル程度と考えられる。 The container is designed to be airtight, and its internal pressure is controlled by a pressure reducing means during degassing. There are no particular restrictions on the container's capacity, but for mass production applications, it is preferably 200 liters or more, more preferably 300 liters or more, and even more preferably 1000 liters or more. Considering installation space and the efficiency of external temperature control, the upper limit on capacity is thought to be around 3000 liters.

容器の形状としては、例えば、円筒形の直胴部と鏡型の底面とを有する槽などを用いることができるが、塗液をできる限り余すことなく使用するためには底部は椀型であることが好ましい。容器の天面の形状にも制限はなく、平板状や鏡板状の天面を採用することができる。天面は蓋状の構造として、開閉が可能、あるいは取り外しが可能とする事もなんら制限はない。容器の材質も特に制限はなく、塗液の性状に応じて自由に選定できる。 The shape of the container can be, for example, a tank with a cylindrical straight body and a mirror-shaped bottom, but in order to use as much of the coating liquid as possible, it is preferable that the bottom be bowl-shaped. There are no restrictions on the shape of the container's top, and a flat or mirror-shaped top can be used. There are no restrictions on the top having a lid-like structure, and it can be openable, closable, or removable. There are also no particular restrictions on the material of the container, and it can be freely selected depending on the properties of the coating liquid.

容器は、減圧手段と接続するための減圧手段接続口を有することが好ましい。減圧手段接続口と減圧手段(例えば真空ポンプ)とを接続することにより、容器内を大気圧以下の圧力に減圧することができる。減圧手段接続口の大きさや形状に制限はない。また、減圧手段としては、真空ポンプに限らず、容器内の圧力を制御できる公知の機器を使用することができる。 The container preferably has a pressure reduction means connection port for connecting to pressure reduction means. By connecting the pressure reduction means connection port to pressure reduction means (e.g., a vacuum pump), the pressure inside the container can be reduced to below atmospheric pressure. There are no restrictions on the size or shape of the pressure reduction means connection port. Furthermore, the pressure reduction means is not limited to a vacuum pump; any known device capable of controlling the pressure inside the container can be used.

容器には、塗液を塗布装置へ送り出すための排出口を設ける。また塗液の供給部を設けても良い。また、減圧状態から大気圧状態に戻す際にガスを供給するためのガス供給接続口を別途設けてもよい。塗液の温度管理が必要な場合は、塗液中にコイル状の熱媒配管を浸して温調する、または容器をジャケット構造にし、このジャケット部に熱媒を流す、または容器の側面などにヒーターを取り付ける等、温度制御可能に構成することも可能である。 The container is provided with an outlet for sending the coating liquid to the coating device. A coating liquid supply section may also be provided. A separate gas supply connection port may also be provided for supplying gas when returning the pressure from a reduced pressure state to atmospheric pressure. If temperature control of the coating liquid is required, it is possible to configure the container to be temperature controllable by immersing a coiled heat transfer medium pipe in the coating liquid, or by giving the container a jacket structure and running a heat transfer medium through this jacket, or by attaching a heater to the side of the container, etc.

本発明にて扱う塗液は、粘度等の物性の温度依存性が大きい場合がある。このような場合には、脱泡工程から塗液の塗布装置への送液、塗布機から塗液を吐出して基材へ塗布する瞬間に至るまで、塗液の温度を一定に制御することが好ましく、塗液の分散機、分散機から攪拌容器までの送液部、さらにはこれらの装置の設置されている建屋の区画の温度も同じ温度に保つことが望ましい。温度の変動幅としては、中心値±5℃、好ましくは±3℃、更に好ましくは±1℃である。温度制御は一定であればあるほど液物性の均一化という面では好ましいが、制御のための機構が高価になるため、現実的には±1℃程度が限度である。 The coating fluid used in the present invention may exhibit significant temperature dependence of physical properties such as viscosity. In such cases, it is preferable to control the temperature of the coating fluid constant from the degassing process, through the transfer of the coating fluid to the coating device, and until the moment the coating fluid is discharged from the coater and applied to the substrate. It is also desirable to maintain the same temperature in the coating fluid disperser, the transfer section from the disperser to the mixing vessel, and even the building section in which these devices are installed. The temperature fluctuation range is ±5°C from the center value, preferably ±3°C, and more preferably ±1°C. The more constant the temperature control, the better in terms of uniforming the fluid properties, but because the control mechanism is expensive, a practical limit is around ±1°C.

容器中の塗液は、攪拌機により攪拌される。容器中には、攪拌機構の構成部である攪拌翼が装備されることが好ましい。攪拌機は、内部の高粘度かつシェアシニング性を有する塗液に対して上下方向の対流を発生させ、内部を均一に攪拌できものであれば、特に制限はなく、公知の攪拌装置を使用することができる。例えば、パドル翼やタービン翼といった攪拌翼を攪拌軸に固定したタイプの攪拌機構を使用することができる。攪拌翼は攪拌軸に1段で設けられていても良いし、2段以上で設けられていてもよいが、本発明で扱う塗液の場合は、ヘリカルリボン翼と呼ばれる攪拌翼を使用することが好ましい。また、構造が単純であるため品種切り替え時の洗浄作業が容易に行えるという観点から、“マックスブレンド(登録商標)”翼(住友重機械プロセス機器株式会社)や“フルゾーン(登録商標)”翼(株式会社神鋼環境ソリューション)など、一般的にパドル翼と呼ばれる攪拌翼を使用しても良い。 The coating liquid in the container is stirred by a stirrer. It is preferable that the container be equipped with a stirring blade, which is a component of the stirring mechanism. There are no particular limitations on the stirrer, as long as it can generate vertical convection in the highly viscous, shear-thinning coating liquid inside and stir the inside uniformly. Any known stirring device can be used. For example, a stirring mechanism with stirring blades such as paddle blades or turbine blades fixed to the stirring shaft can be used. The stirring blades may be provided in a single stage on the stirring shaft, or in two or more stages. However, for the coating liquids used in this invention, it is preferable to use stirring blades known as helical ribbon blades. Furthermore, stirring blades commonly known as paddle blades, such as the "Maxblend®" blade (Sumitomo Heavy Industries Process Equipment Co., Ltd.) or the "Fullzone®" blade (Kobe Eco-Solutions Co., Ltd.), may also be used, due to their simple structure and ease of cleaning when switching product types.

また、容器内に攪拌機構を設置する位置は、塗液を攪拌できれば、特に制限はない。攪拌機構の材質も特に制限はなく、塗液の性状に応じて適宜選択できる。 Furthermore, there are no particular restrictions on the location of the stirring mechanism within the container, as long as it can stir the coating liquid. There are also no particular restrictions on the material of the stirring mechanism, and it can be selected appropriately depending on the properties of the coating liquid.

また上下方向の対流の発生の確認は、例えば、塗液と同等の見掛密度を有するビーズを液体中に入れておき、攪拌させたときにビーズの動きを目視することで確認可能である。上下対流が発生していれば液面に落下したビーズが攪拌により容器底に向かう流れに乗って沈み込み、再び上昇する流れに乗って液表面に現れ、これを繰り返す。上下対流が形成されていなければ、ビーズは液表面付近を漂い続けるか、沈み込んでそのまま液表面に上昇してこない。ここで用いるビーズとしては、塗液とほぼ同等の密度(好ましくは液の密度±0.1g/cm3)のもので塗液に不溶のものを使用すれば良い。 The occurrence of vertical convection can be confirmed, for example, by placing beads having an apparent density equivalent to that of the coating liquid in the liquid and visually observing the movement of the beads when the liquid is stirred. If vertical convection is occurring, beads that have fallen to the liquid surface will sink with the current toward the bottom of the container due to stirring, then reappear on the liquid surface with the rising current, and this process will be repeated. If vertical convection is not occurring, the beads will continue to float near the liquid surface or will sink and not rise to the liquid surface. The beads used here should have a density approximately equivalent to that of the coating liquid (preferably within ±0.1 g/cm 3 of the liquid density) and be insoluble in the coating liquid.

また、容器内に邪魔板を設けることもできる。邪魔板の形状には特に制限はなく、平板状や円柱状などの公知形状を使用することができる。 A baffle plate can also be installed inside the vessel. There are no particular restrictions on the shape of the baffle plate, and any known shape such as a flat plate or a cylindrical shape can be used.

攪拌装置中の塗液は、容器の底部付近にある排出口から抜き出され、ポンプなど上流から下流へ圧力差を発生させる手段を用いて塗布機へ向けて送液される。このとき、必要に応じて容器内を加圧して塗液の送液を行っても良い。送液の際には、攪拌翼を、気泡を発生させない、あるいは塗液へ気泡を巻き込まない範囲の回転数あるいは周速で運転しながら送液することにより、容器内で上下対流を発生させ、容器内組成あるいは物性を均一に保つことができ、好ましい。気泡の発生については例えば以下の方法で調べることができる。一辺15cm、厚み0.5cmのガラス板を2枚用意し、1枚の四隅にフッ素テープ(中興化成工業社製 ASF-110FR)を貼付し、液体サンプル0.2gを上下から挟んで30分間静置する。その後、オーツカ光学社製 ILLMINATED MAGNIFIERS OSL-1を用いて観察したサンプルについて、デジタルカメラ等で撮影し、画像中の泡数を目視でカウントするなどして、判定することができる。 The coating liquid in the stirring device is extracted from an outlet near the bottom of the container and pumped toward the coater using a pump or other means for generating a pressure differential from upstream to downstream. If necessary, the container may be pressurized to pump the coating liquid. During pumping, it is preferable to operate the stirring blades at a rotation speed or peripheral speed that does not generate bubbles or entrain them into the coating liquid, thereby generating vertical convection within the container and maintaining uniform composition and physical properties within the container. The generation of bubbles can be investigated, for example, using the following method: Two glass plates, each 15 cm on a side and 0.5 cm thick, are prepared. Fluorine tape (ASF-110FR, manufactured by Chukoh Chemical Industry Co., Ltd.) is attached to the four corners of one plate. 0.2 g of the liquid sample is sandwiched between them and allowed to stand for 30 minutes. The sample observed using the Otsuka Optical Co., Ltd. ILLMINATED MAGNIFIERS OSL-1 can then be photographed with a digital camera or other device, and the number of bubbles in the image can be visually counted, allowing for a judgment.

攪拌翼の回転数としては、塗液の粘度等の物性にもよるが、攪拌翼の最外周の周速(翼先端速度)が0.8m/s以下となる回転数であれば、気泡が発生せず、塗液物性をほぼ均一に保つことができる。本発明で扱う塗液はシェアシニング性を有するため、高速で回転させると、容器壁面あるいは底面との剪断により粘度が下がる恐れがあり、そのままの粘度で塗布されると基材が高空隙の場合には、染み込みが大きくなる可能性がある。したがって、翼先端速度は低い方が好ましく、0.5m/s以下、さらには0.1m/s以下が好ましい。また、翼先端速度の下限については、攪拌翼に動きが生じ、上下方向の対流が生じる大きさであれば特に限定されないが、攪拌機構を安定に稼働させるという観点から、0.01m/s以上に設定することが好ましい。ここで、翼先端速度は、攪拌翼の直径(m)と、攪拌機の回転数(rpm)を用いて、次の式から算出できる。
翼先端速度(m/s)=攪拌機の回転数(rpm)/60×攪拌翼の直径(m)×円周率
ここで、攪拌翼の直径は、翼の液面に平行な面が円形の場合はその直径であり、円形でない場合は、回転時に翼が描く軌跡の外接円の直径である。
The rotation speed of the stirring blade depends on the physical properties of the coating liquid, such as the viscosity, but as long as the peripheral speed of the outermost periphery of the stirring blade (tip speed) is 0.8 m/s or less, bubbles will not be generated and the coating liquid properties can be maintained at a nearly uniform level. Because the coating liquid used in the present invention has shear-thinning properties, rotating it at high speed may result in a decrease in viscosity due to shear with the wall or bottom of the container. If the coating liquid is applied at this viscosity, there is a possibility of significant penetration if the substrate has high porosity. Therefore, a low tip speed is preferable, with a tip speed of 0.5 m/s or less, and even 0.1 m/s or less being preferable. The lower limit of the tip speed is not particularly limited as long as it generates movement in the stirring blade and generates vertical convection, but it is preferable to set it to 0.01 m/s or more from the perspective of stable operation of the stirring mechanism. Here, the tip speed can be calculated using the diameter (m) of the stirring blade and the rotation speed (rpm) of the stirrer using the following formula:
Impeller tip speed (m/s) = stirrer rotation speed (rpm) / 60 × impeller diameter (m) × pi Here, the impeller diameter is the diameter of the impeller's plane parallel to the liquid surface if it is circular, or if it is not circular, the diameter is the diameter of the circumscribed circle of the path that the impeller traces as it rotates.

また、攪拌翼の最外周の周速が0.8m/s以下であることを満たしていても翼径が小さい場合等で気泡巻き込みの可能性がある場合には、回転数を抑えると良く、この場合には20rpm以下が好ましく、15rpm以下であれば更に好ましい。 Also, even if the peripheral speed of the outermost periphery of the stirring blades is 0.8 m/s or less, if the blade diameter is small and there is a possibility of air bubble entrapment, it is advisable to reduce the rotation speed. In this case, 20 rpm or less is preferable, and 15 rpm or less is even more preferable.

送液された塗液の基材への塗布は、市販されている各種の塗布装置を用いて行うことができる。塗布方式としては、スクリーン印刷、ロータリースクリーン印刷、スプレー噴霧、凹版印刷、グラビア印刷、ダイコーター塗布、バー塗布、ブレード塗布、ロールナイフコーター塗布などが使用できるが、基材の表面粗さによらず塗布量の定量化を図ることができるため、ダイコーターによる塗布が好ましい。また、燃料電池にガス拡散電極を組み込んだ際の触媒層との密着を高めるため、塗布面の平滑性を求める場合には、ブレードコーターやロールナイフコーターによる塗布が好適に用いられる。以上に示した塗布方法はあくまでも例示であり、必ずしもこれらに限定されるものではない。上記の各種塗布方法については、「コンバーティングのすべて」((株)加工技術研究会編、2014年3月)など、既存の多数の文献に記載されている。 The delivered coating liquid can be applied to the substrate using a variety of commercially available coating devices. Coating methods include screen printing, rotary screen printing, spray atomization, intaglio printing, gravure printing, die coater coating, bar coating, blade coating, and roll knife coater coating. However, die coater coating is preferred because it allows for quantification of the coating amount regardless of the substrate's surface roughness. Furthermore, blade coater and roll knife coater coating are preferred when a smooth coating surface is required to improve adhesion with the catalyst layer when the gas diffusion electrode is incorporated into a fuel cell. The coating methods listed above are merely examples and are not necessarily limited to these. The various coating methods listed above are described in numerous existing publications, such as "All About Converting" (edited by Processing Technology Research Institute, Inc., March 2014).

塗液を塗布した後、必要に応じ、塗液の分散媒を乾燥除去する。塗布後の乾燥の温度は、分散媒が水の場合、20℃以上150℃以下が望ましく、さらに好ましくは60℃以上140℃以下が好ましい。上記の上限のいずれかと下限のいずれかの組み合わせによる範囲であってもよい。この分散媒の乾燥は後の焼結工程において一括して行なっても良い。 After the coating liquid is applied, the dispersion medium of the coating liquid is dried and removed as necessary. When the dispersion medium is water, the drying temperature after application is preferably 20°C or higher and 150°C or lower, and more preferably 60°C or higher and 140°C or lower. The drying temperature may be within a range that combines any of the upper and lower limits listed above. This drying of the dispersion medium may be performed all at once in the subsequent sintering process.

塗液を塗布した後、塗液に用いた分散剤および増粘剤を除去する目的および撥水性樹脂を一度溶解して導電性粒子を結着させる目的で、焼結を行なうことが一般的である。 After the coating liquid is applied, sintering is generally carried out to remove the dispersant and thickener used in the coating liquid and to dissolve the water-repellent resin and bind the conductive particles.

焼結の温度は、添加されている分散剤および増粘剤の沸点あるいは分解温度にもよるが、250℃以上、400℃以下で行なうことが好ましい。さらに好ましくは、300℃以上、380℃以下である。焼結の温度がこの好ましい範囲であると、分散剤および増粘剤の除去が十分に達成でき、一方、撥水性樹脂の分解が起こる可能性も低い。 The sintering temperature depends on the boiling point or decomposition temperature of the added dispersant and thickener, but is preferably 250°C or higher and 400°C or lower. It is even more preferably 300°C or higher and 380°C or lower. Sintering temperatures within this preferred range ensure sufficient removal of the dispersant and thickener, while also reducing the likelihood of decomposition of the water-repellent resin.

焼結を完了したガス拡散電極は、巻き取り機によって巻き取りコアに巻き取られる。巻き取りに用いるコアの材質は、紙管、プラスチック、金属などが用いられる。またコアの外径は、小さすぎると基材の割れを生じる可能性が有り、大きすぎるとハンドリング性が低下するので、80mmから180mmの範囲が妥当である。巻き取りにおいては、ガス拡散電極の表面を保護するため、合い紙を共巻きにしても良い。 Once sintering is complete, the gas diffusion electrode is wound onto a winding core by a winding machine. The core material used for winding can be a paper tube, plastic, metal, or other material. The outer diameter of the core should be in the range of 80 mm to 180 mm, as a too small diameter can cause the substrate to crack, while a too large diameter can reduce handling. During winding, a paper insert can be wound around the gas diffusion electrode to protect its surface.

次に第2の態様としてのガス拡散電極の特徴についてさらに述べる。本発明のガス拡散電極は、導電性多孔質基材の少なくとも片面に、導電性粒子と撥水性樹脂を含むガス拡散用微多孔層を有する。また、本発明の第2の態様のガス拡散電極を製造するための好ましい方法として、本発明の第1の態様の製造方法が挙げられる。 Next, the characteristics of the gas diffusion electrode of the second embodiment will be further described. The gas diffusion electrode of the present invention has a microporous gas diffusion layer containing conductive particles and a water-repellent resin on at least one surface of a conductive porous substrate. Furthermore, a preferred method for producing the gas diffusion electrode of the second embodiment of the present invention is the manufacturing method of the first embodiment of the present invention.

本発明の第2の態様のガス拡散電極は貫通孔が少ないという特性を持つ。通常、微多孔層には径が1.0μm未満の微細な空孔が無数に存在し、それらが面直方向のガス拡散性に寄与するが、径が特異的に2.0μmより大きくなり、かつ貫通孔となると、ガス拡散電極の微多孔層側に触媒インクを塗布するいわゆるGDE法で電極(触媒層)を形成する場合、貫通孔から触媒インクが流出し、触媒の発電に対する寄与を低下させる可能性がある。また、高温での発電において、貫通孔より水蒸気が漏れ出てしまい、いわゆるドライアップを発生させる可能性もある。本発明の第2の態様のガス拡散電極においては、貫通孔が、10cm四方(100cm)あたり5個未満である。5個以上であると高温での発電性能が低下する可能性がある。貫通孔の数について好ましくは、2個未満、更に好ましくは1個未満である。 The gas diffusion electrode of the second embodiment of the present invention has the characteristic of having few through-holes. Typically, a microporous layer contains countless fine pores with diameters of less than 1.0 μm, which contribute to gas diffusion in the direction perpendicular to the surface. However, if the diameters are specifically larger than 2.0 μm and form through-holes, when an electrode (catalyst layer) is formed using the so-called GDE method in which a catalyst ink is applied to the microporous layer side of the gas diffusion electrode, the catalyst ink may leak out of the through-holes, potentially reducing the catalyst's contribution to power generation. Furthermore, during power generation at high temperatures, water vapor may leak out of the through-holes, potentially causing so-called dry-up. In the gas diffusion electrode of the second embodiment of the present invention, the number of through-holes is less than 5 per 10 cm square (100 cm 2 ). More than 5 through-holes may result in reduced power generation performance at high temperatures. The number of through-holes is preferably less than 2, more preferably less than 1.

ガス拡散電極の貫通孔の数を調べるためには、光学顕微鏡(実体顕微鏡)を用い、ガス拡散電極の微多孔層面を上にした状態で、下側から光を照らし、光が透過してくる部分を貫通孔として計数する。 To check the number of through-holes in a gas diffusion electrode, use an optical microscope (stereomicroscope) and, with the microporous layer of the gas diffusion electrode facing up, shine light from below and count the areas through which the light passes as through-holes.

また、バブルポイント法によって貫通孔の径を求めることができる。バブルポイント法によって測定した孔径のことをバブルポイント径と呼称する(以下BP径と呼称することもある)。測定方法等については後述する。本発明の第2の態様においては、最大バブルポイント径が2.0μm以下、好ましくは1.0μm以下であり、さらに好ましくは0.5μm以下である。 The diameter of the through holes can also be determined by the bubble point method. The pore diameter measured by the bubble point method is called the bubble point diameter (hereinafter sometimes referred to as the BP diameter). The measurement method will be described later. In the second aspect of the present invention, the maximum bubble point diameter is 2.0 μm or less, preferably 1.0 μm or less, and more preferably 0.5 μm or less.

微多孔層空隙率は、高温でのドライアップ防止のためには、80%未満であることが好ましい。しかし、空隙率が低すぎるとガス拡散性が損なわれるため、60%が下限である。このようなガス拡散電極を燃料電池に組み込むと、ドライアップが抑制でき高温での発電性能が良好となる。 The porosity of the microporous layer is preferably less than 80% to prevent drying-up at high temperatures. However, if the porosity is too low, gas diffusion properties are impaired, so the lower limit is 60%. When such a gas diffusion electrode is incorporated into a fuel cell, drying-up can be suppressed and power generation performance at high temperatures is improved.

次に、本発明の第3の態様であるガス拡散電極ロール状物について説明する。 Next, we will explain the third aspect of the present invention, the gas diffusion electrode roll.

本発明の第3の態様はガス拡散電極の量産に適したロール状物であり、面内ガス拡散性の全長に渡るバラツキ(相対標準偏差)が5%以内であることを特徴とする。第3の態様のガス拡散電極のロール状物を製造するために好ましい方法として、第1の態様の製造方法が挙げられる。 A third aspect of the present invention is a roll-shaped material suitable for mass production of gas diffusion electrodes, characterized in that the variation (relative standard deviation) of in-plane gas diffusivity over the entire length is within 5%. A preferred method for producing the roll-shaped gas diffusion electrode of the third aspect is the manufacturing method of the first aspect.

ガス拡散電極の量産に際してはロールの長尺化が好ましく、本発明のガス拡散電極ロール状物の有効部分の長さは1000m以上が必要であり、好ましくは3000m以上、更に好ましくは5000m以上である。ガス拡散電極の厚みは薄くとも60μm程度であることから、ハンドリング性の観点から10万m程度が長さの上限である。 When mass-producing gas diffusion electrodes, longer rolls are preferred, and the length of the effective portion of the gas diffusion electrode roll of the present invention must be 1,000 m or more, preferably 3,000 m or more, and more preferably 5,000 m or more. Since the thickness of a gas diffusion electrode is at most about 60 μm, the upper limit for length is about 100,000 m from the standpoint of ease of handling.

ガス拡散電極の最も基本的な特性として厚みおよび微多孔層の目付があり、これらは、燃料電池の設計事項として任意の値を設定できるが、厚みおよび微多孔層の目付が均一でないと燃料電池に組み込んだ際に必要な締め付け圧力が均一で無いなどの問題を生じる可能性がある。従い、厚み、微多孔層の目付のバラツキ(相対標準偏差)は5%以内であることが好ましい。 The most basic characteristics of a gas diffusion electrode are its thickness and the basis weight of the microporous layer, which can be set to any value as a design factor for the fuel cell. However, if the thickness and basis weight of the microporous layer are not uniform, problems such as uneven tightening pressure may occur when the electrode is incorporated into a fuel cell. Therefore, it is preferable that the variation (relative standard deviation) in thickness and basis weight of the microporous layer be within 5%.

微多孔層塗液の物性(粘度)が均一でないと、微多孔層の目付を一定に合わせようとしたときに、空隙の多い導電性多孔質基材への微多孔層塗液の染み込みの度合いが変わり、同一目付で一定の厚みを維持することが難しくなる。この染み込みの大きさの指標としてガス拡散電極の面内ガス拡散性があり、面内ガス拡散性のバラツキは5%以内に収めることが必要であり、好ましくは3%以内である。このようなロール全長に渡る物性の均一性を得る上で、第1の態様の製造方法を微多孔層塗液の塗布時に適用、すなわち塗液中に上下対流を発生させながら攪拌し、塗布機へ送液することが好ましい。 If the physical properties (viscosity) of the microporous layer coating liquid are not uniform, when attempting to maintain a constant basis weight of the microporous layer, the degree of penetration of the microporous layer coating liquid into the highly porosity conductive porous substrate will vary, making it difficult to maintain a constant thickness at the same basis weight. The in-plane gas diffusivity of the gas diffusion electrode is an indicator of the degree of this penetration, and variation in in-plane gas diffusivity needs to be kept within 5%, preferably within 3%. To achieve such uniformity of physical properties over the entire length of the roll, it is preferable to apply the manufacturing method of the first embodiment when applying the microporous layer coating liquid, i.e., to generate vertical convection in the coating liquid while stirring and then send it to the coater.

以下に実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below using examples, but the present invention is not limited to these examples in any way.

(a)導電性多孔質基材
厚み100μm、幅550mm、長さ5000m、空隙率85%、密度0.25g/cmのカーボンペーパーを用意し、予めダイコーターを用いて、PTFEディスパージョン(ダイキン工業(株)製 “ポリフロン(登録商標)”D-210C)の希釈溶液により撥水処理および分散媒の乾燥を行った。
(a) Conductive porous substrate Carbon paper having a thickness of 100 μm, a width of 550 mm, a length of 5000 m, a porosity of 85%, and a density of 0.25 g/ cm3 was prepared, and a water-repellent treatment was performed in advance using a die coater with a diluted solution of PTFE dispersion ("Polyflon (registered trademark)" D-210C manufactured by Daikin Industries, Ltd.), and the dispersion medium was dried.

(b)塗液の調製
電気化学工業(株)製“デンカブラック(登録商標)”10質量部、PTFEディスパージョン(ダイキン工業(株)製 “ポリフロン(登録商標)”D-210C)6質量部、界面活性剤(ナカライテスク(株)製、“TRITON(登録商標)”X-100)10質量部、イオン交換水 74質量部を実容量200リットルとなるようにプラネタリーミキサーで混練した。
(b) Preparation of Coating Liquid 10 parts by mass of "Denka Black (registered trademark)" manufactured by Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha, 6 parts by mass of PTFE dispersion ("Polyflon (registered trademark)" D-210C manufactured by Daikin Industries, Ltd.), 10 parts by mass of surfactant ("TRITON (registered trademark)" X-100 manufactured by Nacalai Tesque, Inc.), and 74 parts by mass of ion-exchanged water were kneaded in a planetary mixer to a working volume of 200 liters.

(c)粘度測定
スペクトリス社製ボーリン回転型レオメーターの粘度測定モードにおいて、直径40mm、傾き2°の円形コーンプレートを用いプレートの回転数を増加させながら(せん断速度を上昇させながら)応力を測定した。このとき、せん断速度17(1/s)における粘度の値aを読み取り、塗液の粘度とした。また、せん断速度127(1/s)での粘度の値bも測定し、両者の比率a/bをシェアシニング指数とした。
(c) Viscosity Measurement In the viscosity measurement mode of a Bohlin rotational rheometer manufactured by Spectris, a circular cone plate with a diameter of 40 mm and an inclination of 2° was used to measure stress while increasing the rotation speed of the plate (while increasing the shear rate). At this time, the viscosity value a at a shear rate of 17 (1/s) was read and used as the viscosity of the coating liquid. The viscosity value b at a shear rate of 127 (1/s) was also measured, and the ratio a/b of the two was used as the shear thinning index.

実施例、比較例に用いた塗液の粘度は8.8~9.8Pa・s、シェアシニング指数(a/b)は4.3~4.5の範囲に収まっており、ほぼ同一の液物性と判断した。 The viscosity of the coating liquid used in the examples and comparative examples was 8.8 to 9.8 Pa·s, and the shear thinning index (a/b) was within the range of 4.3 to 4.5, and it was determined that the liquid properties were nearly identical.

(d)ガス拡散電極の製造
図2に示すガス拡散電極の製造装置を用いて長尺のガス拡散電極ロール状物を製造した。すなわち、上記(a)で用意した基材(101)を巻き出し機(102)から巻き出し、塗布機(ダイコーター、104)にて上記(b)で調製した塗液を基材の全長に渡り塗布した。この時、塗液は容器1内で攪拌されながら、タンク下の排出口からポンプを用いて、塗布機に送られた。ポンプの流量は微多孔層の焼結後目付が15g/mとなるように設定し、塗液の液温は23±1℃に保たれていた。ついで、塗液を塗布された基材は乾燥機(107)、焼結機(108)を経て、巻き取り機(109)にてガス拡散電極として巻き取られた。なお、塗液の塗布は容器1内の塗液が十分に脱泡されてから開始し、塗液の送液の際に容器底からエアーを巻き込んで塗膜に塗布抜けや泡が大量に発生した時点まで続けた。
(d) Production of Gas Diffusion Electrode A long gas diffusion electrode roll was produced using the gas diffusion electrode production apparatus shown in FIG. 2 . That is, the substrate (101) prepared in (a) above was unwound from the unwinder (102), and the coating liquid prepared in (b) above was applied to the entire length of the substrate using a coater (die coater, 104). During this process, the coating liquid was stirred in the container 1 and sent to the coater from the outlet below the tank using a pump. The pump flow rate was set so that the basis weight of the microporous layer after sintering would be 15 g/ , and the temperature of the coating liquid was maintained at 23±1°C. Next, the substrate coated with the coating liquid was passed through a dryer (107) and a sinterer (108) and then wound up as a gas diffusion electrode by a winder (109). The application of the coating liquid was started after the coating liquid in the container 1 was sufficiently degassed, and continued until air was sucked in from the bottom of the container during the transfer of the coating liquid, causing coating voids and a large amount of bubbles to appear in the coating film.

製造されたガス拡散電極の各物性値については、巻き取られたガス拡散電極を巻きほぐしていき、200m毎にサンプルを切り出し、塗布厚み、微多孔層目付、面内ガス拡散性の測定を行った。表面品位(貫通孔数、バブルポイント径)と発電性能の測定については、塗布の開始部分、つまり巻き取られたガス拡散電極の巻き芯に近いところからサンプリングを行い、測定した。 To measure the physical properties of the manufactured gas diffusion electrode, the wound gas diffusion electrode was unwound and samples were cut out every 200 m to measure the coating thickness, microporous layer weight, and in-plane gas diffusivity. For measurements of surface quality (number of through-holes, bubble point diameter) and power generation performance, samples were taken from the start of the coating, i.e., close to the core of the wound gas diffusion electrode.

(e)塗布厚みの測定
上記(a)で用意した基材の厚みと上記(d)で製造したガス拡散電極の厚みの差を塗布厚みとした。測定にあたっては、接触式の厚み計(ミツトヨ製デジマイクロ)を用い、接圧は0.15MPaとした。
(e) Measurement of coating thickness The difference between the thickness of the substrate prepared in (a) above and the thickness of the gas diffusion electrode manufactured in (d) above was taken as the coating thickness. For the measurement, a contact type thickness meter (Mitutoyo Digimicro) was used, and the contact pressure was set to 0.15 MPa.

(f)塗液使用効率の算出
上記(d)内の記載の通りにガス拡散電極の製造を行った後、終了後の塗液残量と塗液の最初の仕込み量の差を差し引き仕込み量とし、これを最初の仕込み量で除した値(%)を塗液使用効率とした。
(f) Calculation of coating liquid usage efficiency After producing a gas diffusion electrode as described in the above (d), the difference between the remaining amount of coating liquid after completion and the initial amount of coating liquid was subtracted to obtain the initial amount of coating liquid, and the value (%) obtained by dividing this by the initial amount of coating liquid was defined as the coating liquid usage efficiency.

(g)微多孔層の目付の測定
上記(d)で製造したガス拡散電極と塗液が塗布される前の基材の5cm×5cmの試験片から目付の差を測定し微多孔層目付(g/m2)とした。
(g) Measurement of basis weight of microporous layer The difference in basis weight between a 5 cm x 5 cm test piece of the gas diffusion electrode produced in (d) above and the substrate before the coating liquid was applied was measured and recorded as the basis weight (g/ m2 ) of the microporous layer.

(h)面内ガス拡散性
面内ガス拡散評価装置として西華産業製水蒸気ガス水蒸気透過拡散評価装置(MVDP-200C)を用い、図6に示すような配管系において、最初にバルブA(303)のみ開いて、バルブB(305)を閉じた状態にしておいて、窒素ガス313を一次側配管A(302)に流し、マスフローコントローラー(301)に所定量(190cc/分)のガスが流れ、圧力コントローラー(304)にガス圧力が大気圧に対して5kPaかかるように調整する。ガス室A(307)とガス室B(309)の間にあるシール材(312)の上に上記(d)で製造したガス拡散電極試料(308)をセットする。次いで、バルブA(303)を閉じ、バルブB(305)を開いて、配管B(306)に窒素ガスが流れるようにする。ガス室A(307)に流入する窒素ガスは、ガス拡散電極試料(308)の空隙を通ってガス室B(309)に移動し、配管C(310)を通過、さらにガス流量計(311)を通過して大気中に放出される。このときのガス流量計(311)を流れる窒素ガス流量(cc/分)を測定し、この値を面内のガス透過性とした。
(h) In-plane gas diffusion property A water vapor gas water vapor permeation diffusion evaluation device (MVDP-200C) manufactured by Seika Corporation was used as an in-plane gas diffusion evaluation device. In a piping system such as that shown in FIG. 6, first, only valve A (303) was opened, and valve B (305) was closed. Nitrogen gas 313 was flowed into the primary piping A (302), and a predetermined amount of gas (190 cc/min) was flowed into the mass flow controller (301). The pressure controller (304) was adjusted so that the gas pressure was 5 kPa relative to atmospheric pressure. The gas diffusion electrode sample (308) manufactured in (d) above was set on the sealing material (312) located between gas chamber A (307) and gas chamber B (309). Next, valve A (303) was closed, valve B (305) was opened, and nitrogen gas was allowed to flow into piping B (306). Nitrogen gas flowing into gas chamber A (307) moves through the gaps in the gas diffusion electrode sample (308) to gas chamber B (309), passes through pipe C (310), and then passes through the gas flow meter (311) before being released into the atmosphere. The flow rate (cc/min) of the nitrogen gas flowing through the gas flow meter (311) at this time was measured, and this value was taken as the in-plane gas permeability.

(i)貫通孔数の測定
ガス拡散電極サンプルの微多孔層面について、実体顕微鏡(ライカ製 MC206)を用い、対物レンズ1倍、中間レンズ2倍でサンプルの下から光を当てながら落射モードにて表面を観察し、画像処理装置上で6.8mm×4.5mmの矩形視野において貫通孔(透過してくる光)の数を計数する。これを330視野について行い、100cmあたりの貫通孔数を求めた。
(i) Measurement of the number of through-holes The surface of the microporous layer of the gas diffusion electrode sample was observed in epi-illumination mode using a stereomicroscope (Leica MC206) with a 1x objective lens and a 2x intermediate lens, illuminating the sample from below, and the number of through-holes (light passing through) was counted in a rectangular field of view of 6.8 mm x 4.5 mm on an image processor. This was performed for 330 fields of view, and the number of through-holes per 100 cm2 was determined.

(j)バブルポイント径
ポーラスマテリアルズ社製パームポロメータを用い、25mm径に打ち抜いたガス拡散電極サンプルを低表面張力の液体(“Galwick(米国登録商標)”)に浸し、直径1/2インチの穴のあいた専用のホルダーで挟み装置のシリンダー内にセットする。サンプルの上方の空気の圧力を増していくと、サンプルの貫通孔内に充填されている低表面張力液体は径の大きな空孔から順次下方で排出される。この時最初に排出される圧力(バブルポイント圧力)に対応する空孔の径をバブルポイント径とする。ここで、バブルポイント圧力(kPa)とバブルポイント径(μm)の関係は下記式の通りとなる。
バブルポイント径(μm)=45.6÷バブルポイント圧力(kPa)
この方法は、JISK3832、ASTM F316-86に準拠するものである。
10cm×10cmのガス拡散電極から25mm直径の円形サンプルを16カ所打ち抜き、パブルポイント圧力(径)を測定し、バブルポイント圧力については最小値、バブルポイント径については最大値をそのガス拡散電極の値とした。ちなみに上記低表面張力液体(“Galwick(米国登録商標)”)の代わりに純水を用いるといわゆる「透水圧」の測定となるが、本発明のガス拡散電極では、圧力が高くなりすぎて(150kPa超)測定不能であった。
(j) Bubble Point Diameter Using a Perm Porometer manufactured by Porous Materials, Inc., a gas diffusion electrode sample punched to a diameter of 25 mm is immersed in a low surface tension liquid (Galwick (USA registered trademark)), and is clamped in a dedicated holder with a 1/2 inch diameter hole and set in the cylinder of the device. As the air pressure above the sample is increased, the low surface tension liquid filling the through-holes of the sample is gradually expelled downward, starting with the larger diameter holes. The diameter of the hole corresponding to the pressure at which the liquid is first expelled (bubble point pressure) is taken as the bubble point diameter. The relationship between bubble point pressure (kPa) and bubble point diameter (μm) is given by the following formula:
Bubble point diameter (μm) = 45.6 ÷ bubble point pressure (kPa)
This method complies with JIS K3832 and ASTM F316-86.
Sixteen circular samples with a diameter of 25 mm were punched out from a 10 cm x 10 cm gas diffusion electrode, and the bubble point pressure (diameter) was measured. The minimum bubble point pressure and the maximum bubble point diameter were taken as the values for that gas diffusion electrode. Incidentally, if pure water is used instead of the low surface tension liquid ("Galwick (USA)"), the so-called "water permeation pressure" is measured, but with the gas diffusion electrode of the present invention, the pressure became too high (over 150 kPa) and was not measurable.

(k)空隙率
導電性多孔質基材の空隙率は、走査型電子顕微鏡などの顕微鏡で、ガス拡散電極の、面直断面から微多孔層の部分において無作為に異なる20箇所を選び、20000倍程度で拡大して写真撮影を行い、それぞれの画像で空隙部と非空隙部を2値化して空隙率を計測した平均値で表すことができる。導電性多孔質基材の断面の作製方法としては(株)日立ハイテクノロジーズ製イオンミリング装置IM4000、あるいはその同等品を用いることができる。
(k) Porosity The porosity of the conductive porous substrate can be expressed as the average value of 20 randomly selected different locations in the microporous layer of the gas diffusion electrode from the perpendicular cross section, magnified by about 20,000 times, photographed, and binarized to measure the porosity of each image. The cross section of the conductive porous substrate can be prepared using an ion milling device IM4000 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation or its equivalent.

(l)発電性能
得られたガス拡散電極を用いて、電解質膜・触媒層一体化品(日本ゴア製の電解質膜“ゴアセレクト(登録商標)”に、日本ゴア製触媒層“PRIMEA(登録商標)”を両面に形成したもの)の両側に、触媒層と微多孔層が接するように挟み、130℃にてホットプレスすることにより、膜電極接合体(MEA)を作製した。この膜電極接合体を燃料電池用単セルに組み込み、冷媒に高沸点溶媒を用い、セル温度120℃、ガス圧力を3気圧、相対湿度90%、となるように加湿して発電させ、電流密度を1.5A/cmの時の電圧値を耐ドライアップの指標とした。
(l) Power generation performance Using the obtained gas diffusion electrodes, an electrolyte membrane/catalyst layer integrated product (a Gore Select (registered trademark) electrolyte membrane manufactured by Gore Japan with PRIMEA (registered trademark) catalyst layers manufactured by Gore Japan formed on both sides) was sandwiched so that the catalyst layer and the microporous layer were in contact with each other, and hot-pressed at 130°C to produce a membrane electrode assembly (MEA). This membrane electrode assembly was incorporated into a single fuel cell, and electricity was generated using a high-boiling point solvent as a refrigerant at a cell temperature of 120°C, a gas pressure of 3 atmospheres, and humidification at a relative humidity of 90%, and the voltage value at a current density of 1.5 A/ cm2 was used as an index of dry-up resistance.

(実施例1)
上記(d)に記載の方法でガス拡散電極を製造した。この時、図1に示すダブルヘリカルリボン翼を攪拌翼として設置した容器を、容器1として用いた。この攪拌翼の直径は0.90mで、攪拌の回転数は16rpm、攪拌翼の外周部の周速は、0.75m/sとした。この時、ポリプロピレン(PP)製のビーズを攪拌時に塗液中に投入し、ビーズの動きを目視したところ、一度容器の下方に沈み込んだビーズが再び液表面に現れ、上下対流の存在が確認できた。攪拌機の運転は、タンク内の塗液を塗布機に送液できなくなり、塗布面に気泡が発生するまで連続して継続した。基材に塗液が塗布され始めてから塗布終了までに、塗液が塗布されているカーボンペーパーの長さ(塗布収量)は3400mで、上記(f)に記載の方法で算出した塗液使用効率は96%であった。
Example 1
A gas diffusion electrode was manufactured using the method described in (d) above. A vessel equipped with a double helical ribbon impeller as shown in FIG. 1 was used as vessel 1. The impeller diameter was 0.90 m, the stirring speed was 16 rpm, and the peripheral speed of the outer periphery of the impeller was 0.75 m/s. Polypropylene (PP) beads were added to the coating solution during stirring, and the movement of the beads was visually observed. The beads that had once sunk to the bottom of the vessel reappeared on the surface of the liquid, confirming the presence of vertical convection. The agitator was operated continuously until the coating solution in the tank could no longer be delivered to the applicator and bubbles appeared on the coating surface. From the start of coating of the coating solution on the substrate to the end of coating, the length of the carbon paper coated with the coating solution (coating yield) was 3,400 m, and the coating solution usage efficiency calculated using the method described in (f) above was 96%.

塗布開始から終了まで200m毎に上記(e)(g)(h)に記載の方法で測定した微多孔層目付、塗布厚み、ガス拡散電極の面内ガス透過性の平均値、標準偏差、相対標準偏差の値は、それぞれ表1に示すようになった。 The average value, standard deviation, and relative standard deviation of the microporous layer basis weight, coating thickness, and in-plane gas permeability of the gas diffusion electrode, measured every 200 m from the start to the end of coating using the methods described above in (e), (g), and (h), are shown in Table 1.

また、巻き取り後のガス拡散電極ロール状物の塗布開始に近い部分からサンプリングしたガス拡散電極サンプルについて、上記(i)(j)(l)に記載の方法で、貫通孔数、バブルポイント径、および高温(120℃)での発電性能を測定した。これらの値についても、表1に示す。 In addition, gas diffusion electrode samples were taken from a portion of the wound gas diffusion electrode roll near the start of coating, and the number of through-holes, bubble point diameter, and power generation performance at high temperature (120°C) were measured using the methods described above in (i), (j), and (l). These values are also shown in Table 1.

(実施例2)
攪拌翼の回転数を5rpmとし、攪拌翼の外周部の周速を0.24m/sとした以外は全て実施例1と同様にして、ガス拡散電極の製造を行った。攪拌中は実施例1と同様に上下対流の存在を確認できた。実施例1とほぼ同等の塗液使用効率および各物性の長尺均一性が得られた。また貫通孔数、バブルポイント径、発電性能についても実施例1と同等であった。
Example 2
A gas diffusion electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the rotation speed of the stirring blade was set to 5 rpm and the peripheral speed of the stirring blade's outer periphery was set to 0.24 m/s. During stirring, the presence of vertical convection was confirmed, as in Example 1. The coating liquid usage efficiency and longitudinal uniformity of each physical property were almost equivalent to those in Example 1. The number of through-holes, bubble point diameter, and power generation performance were also equivalent to those in Example 1.

(実施例3)
攪拌翼の回転数を2rpmとし、攪拌翼の外周部の周速を0.09m/sとした以外は全て実施例1と同様にして、ガス拡散電極の製造を行った。攪拌中は実施例1と同様に上下対流の存在を確認でき、実施例1とほぼ同等の塗液使用効率および各物性の長尺均一性が得られた。また貫通孔数、バブルポイント径、発電性能についても実施例1と同等であった。
Example 3
A gas diffusion electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the rotation speed of the stirring blade was set to 2 rpm and the peripheral speed of the outer periphery of the stirring blade was set to 0.09 m/s. During stirring, the presence of vertical convection was confirmed as in Example 1, and almost the same coating liquid usage efficiency and longitudinal uniformity of each physical property as in Example 1 were obtained. The number of through-holes, bubble point diameter, and power generation performance were also similar to those in Example 1.

(比較例1)
攪拌翼の回転数を19rpmとし、攪拌翼の外周部の周速を0.89m/sとした以外は全て実施例1と同様にして、ガス拡散電極の製造を行った。攪拌中は実施例1と同様に上下対流の存在を確認できた。
(Comparative Example 1)
A gas diffusion electrode was produced in the same manner as in Example 1, except that the rotation speed of the stirring blade was set to 19 rpm and the peripheral speed of the stirring blade at its outer periphery was set to 0.89 m/s. During stirring, the presence of vertical convection was confirmed, as in Example 1.

(比較例2)
塗液の脱泡後、攪拌機の運転を止めて、塗液の送液から塗布を行った以外は全て実施例1と同様にして、ガス拡散電極の製造を行った。
(Comparative Example 2)
After degassing the coating liquid, the operation of the stirrer was stopped, and the coating liquid was fed and applied. Except for this, a gas diffusion electrode was produced in the same manner as in Example 1.

(比較例3)
攪拌翼の形状を図4のアンカー翼に変えた以外は全て実施例2と同じようにしてガス拡散電極を製造した。この例ではポリプロピレン(PP)製のビーズを攪拌時に塗液中に投入し、ビーズの動きを目視したところ、ビーズが一度沈み込むと液表面で再確認できず、上下対流が存在していないものと判断した。また、容器内の塗液に発泡が若干見られた。
(Comparative Example 3)
A gas diffusion electrode was manufactured in the same manner as in Example 2, except that the shape of the stirring blade was changed to the anchor blade shown in Figure 4. In this example, polypropylene (PP) beads were added to the coating solution during stirring, and their movement was visually observed. Once the beads sank, they could not be seen again on the liquid surface, and it was determined that no vertical convection was present. In addition, some foaming was observed in the coating solution in the container.

比較例1~3では、実施例1~3に比べ、塗液使用効率が低下し、各物性値のバラツキ(相対標準偏差)も大きい結果となった。また、微多孔層表面の貫通孔の数も比較例は実施例に比べ多く、高温での発電性能も悪化した。 Comparative Examples 1 to 3 showed a lower coating fluid usage efficiency and larger variations (relative standard deviations) in the physical property values compared to Examples 1 to 3. Furthermore, the number of through-holes on the microporous layer surface was greater in the comparative examples than in the examples, and power generation performance at high temperatures also deteriorated.

本発明の製造方法は長尺のガス拡散電極を製造する上で有効であり、微多孔層塗液の使用効率を向上でき、微多孔層に関するガス拡散電極の物性を均一に生産することができるため、製造コストの低減、品質の均一化を図ることができる。 The manufacturing method of the present invention is effective for producing long gas diffusion electrodes, improving the efficiency of use of the microporous layer coating liquid and enabling the production of gas diffusion electrodes with uniform physical properties related to the microporous layer, thereby reducing manufacturing costs and achieving uniform quality.

1 容器
2 攪拌機
21 攪拌翼
22 攪拌軸
3 減圧手段接続口
4 塗液
5 攪拌翼の直径
6 タンク内径
7 排出口
101 導電性多孔質基材
102 巻き出し機
103 ガイドロール(非駆動)
104 塗布機
106 バックロール(駆動)
107 乾燥機
108 焼結炉
109 巻き取り機
110 合い紙
111 合い紙巻き出し機
113 送液ポンプ
114 フィルター
202 微多孔層
203 導電性多孔質基材への微多孔層の浸み込み
204 微多孔層の厚み
205 導電性多孔質基材の厚み
301 マスフローコントローラー
302 一次側配管A
303 バルブA
304 圧力コントローラー
305 バルブB
306 配管B
307 ガス室A
308 ガス拡散電極試料
309 ガス室B
310 配管C
311 ガス流量計
312 シール材
313 窒素ガス
REFERENCE SIGNS LIST 1 Container 2 Stirrer 21 Stirring blade 22 Stirring shaft 3 Pressure reducing means connection port 4 Coating liquid 5 Stirring blade diameter 6 Tank inner diameter 7 Discharge port 101 Conductive porous substrate 102 Unwinder 103 Guide roll (non-driven)
104 Coating machine 106 Back roll (drive)
107 Dryer 108 Sintering furnace 109 Winder 110 Insertion paper 111 Insertion paper unwinder 113 Liquid feed pump 114 Filter 202 Microporous layer 203 Permeation of microporous layer into conductive porous substrate 204 Thickness of microporous layer 205 Thickness of conductive porous substrate 301 Mass flow controller 302 Primary side piping A
303 Valve A
304 Pressure controller 305 Valve B
306 Piping B
307 Gas Chamber A
308 Gas diffusion electrode sample 309 Gas chamber B
310 Piping C
311 Gas flow meter 312 Sealing material 313 Nitrogen gas

Claims (9)

導電性多孔質基材に導電性粒子、撥水性樹脂および分散媒を含む微多孔層塗液を塗布して微多孔層を形成する塗布工程、微多孔層から分散媒を除去する乾燥工程、微多孔層および導電性多孔質基材の撥水性樹脂を焼結する焼結工程を含むガス拡散電極の製造方法であって、
前記塗布工程において、
攪拌するための容器、ならびに少なくとも攪拌軸と攪拌翼からなる攪拌機を有する微多孔層塗液攪拌装置、
微多孔層塗液を導電性多孔質基材に塗布するための塗布機、
微多孔層塗液攪拌装置から塗布機に微多孔層塗液を送るための配管および送液装置を有するガス拡散電極の攪拌装置を用い、前記攪拌機を容器内の微多孔層塗液に上下対流が発生する条件で微多孔層塗液を攪拌しながら、前記送液装置による送液および前記塗布を行い、かつこの時の前記攪拌翼の最外周の周速が0.8m/s以下であることを特徴とするガス拡散電極の製造方法。
A method for producing a gas diffusion electrode, comprising: a coating step of applying a microporous layer coating liquid containing conductive particles, a water-repellent resin, and a dispersion medium to a conductive porous substrate to form a microporous layer; a drying step of removing the dispersion medium from the microporous layer; and a sintering step of sintering the microporous layer and the water-repellent resin of the conductive porous substrate,
In the coating step,
a microporous layer coating liquid stirring device having a container for stirring and an agitator comprising at least a stirring shaft and a stirring blade;
a coater for applying the microporous layer coating liquid to the conductive porous substrate;
A method for producing a gas diffusion electrode, comprising: using an agitator for a gas diffusion electrode having piping and a liquid delivery device for delivering the microporous layer coating liquid from a microporous layer coating liquid agitator to a coater; delivering the microporous layer coating liquid by the liquid delivery device and applying the coating liquid while stirring the microporous layer coating liquid with the agitator under conditions that generate vertical convection in the microporous layer coating liquid in a container; and wherein the peripheral speed of the outermost periphery of the agitating blade during this process is 0.8 m/s or less.
前記微多孔層塗液が水系塗液であることを特徴とする請求項1に記載のガス拡散電極の製造方法。 The method for manufacturing a gas diffusion electrode according to claim 1, characterized in that the microporous layer coating liquid is a water-based coating liquid. 前記微多孔層塗液の粘度が1.0Pa・s以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のガス拡散電極の製造方法。 The method for manufacturing a gas diffusion electrode according to claim 1 or 2, characterized in that the viscosity of the microporous layer coating liquid is 1.0 Pa·s or more. 前記微多孔層塗液の、シェアシニング性の指標(シェアシニング指数)(剪断速度(シェアレート)が17(/秒)での粘度の値(a)と、剪断速度が127(/秒)での粘度の値(b)の比(a/b))が1.5以上であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のガス拡散電極の製造方法。 The method for manufacturing a gas diffusion electrode according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the shear thinning index (the ratio (a/b) of the viscosity value (a) at a shear rate (shear rate) of 17 (/sec) to the viscosity value (b) at a shear rate of 127 (/sec)) of the microporous layer coating liquid is 1.5 or greater. 前記攪拌翼の形状がヘリカルリボン翼ないしパドル翼である請求項1~4のいずれかに記載のガス拡散電極の製造方法。 The method for manufacturing a gas diffusion electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the shape of the stirring blade is a helical ribbon blade or a paddle blade. 前記攪拌翼の回転数が20rpm以下であることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載のガス拡散電極の製造方法。 A method for manufacturing a gas diffusion electrode according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the rotation speed of the stirring blade is 20 rpm or less. 導電性多孔質基材と、導電性粒子と撥水性樹脂を含むガス拡散層用微多孔層を含むガス拡散電極であって、前記微多孔層に含まれる導電性粒子がカーボンブラックであり、微多孔層表面からガス拡散電極を貫通する貫通孔が10cm四方(100cm)あたり5個未満、最大バブルポイント径が2.0μm以下であることを特徴とするガス拡散電極。 A gas diffusion electrode comprising a conductive porous substrate and a microporous layer for a gas diffusion layer containing conductive particles and a water-repellent resin, wherein the conductive particles contained in the microporous layer are carbon black, the number of through-holes extending from the surface of the microporous layer through the gas diffusion electrode is less than 5 per 10 cm square (100 cm 2 ), and the maximum bubble point diameter is 2.0 μm or less. 前記微多孔層表面からガス拡散電極を貫通する貫通孔が10cm四方(100cm)あたり2個未満、最大バブルポイント径が1.0μm以下であることを特徴とする請求項7に記載のガス拡散電極。 8. The gas diffusion electrode according to claim 7, wherein the number of through-holes extending from the surface of the microporous layer through the gas diffusion electrode is less than 2 per 10 cm square (100 cm 2 ), and the maximum bubble point diameter is 1.0 μm or less. 前記カーボンブラックがアセチレンブラックであることを特徴とする請求項7または8に記載のガス拡散電極。 A gas diffusion electrode as described in claim 7 or 8, characterized in that the carbon black is acetylene black.
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