燃料电池用气体扩散层、燃料电池以及燃料电池用气体扩散层的形成方法专利检索-燃料气体燃料种类专利检索查询-专利查询网

燃料 电池用气体扩散层、燃料电池以及燃料电池用气体扩散层的形成方法

阅读：1030发布：2020-05-19

专利汇可以提供燃料电池用气体扩散层、燃料电池以及燃料电池用气体扩散层的形成方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且第一多孔质层(42)具有在一个主表面开口的槽状的流体流路(44)。第二多孔质层(46)配置在第一多孔质层(42)的另一个主表面侧。在此，第一多孔质层(42)的截面中的每单元面积的导电性纤维 (28)的占有面积率小于第二多孔质层(46)的截面中的导电性纤维(28)的占有面积率。此外，在流体流路(44)的表面的一部分露出有第二多孔质层(46)。，下面是燃料电池用气体扩散层、燃料电池以及燃料电池用气体扩散层的形成方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种燃料电池用气体扩散层，其具备：
第一多孔质层，具有在一个主表面开口的槽状的流体流路；以及
第二多孔质层，配置在所述第一多孔质层的另一个主表面一侧，
所述第一多孔质层的截面中的每单元面积的导电性纤维的占有面积率小于所述第二多孔质层的截面中的该占有面积率，
在所述流体流路的表面的一部分露出有所述第二多孔质层，在所述第二多孔质层还挖有并设置所述流体流路。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用气体扩散层，其中，
在从所述第一多孔质层的一个主表面侧进行投影的情况下，所述第一多孔质层与所述第二多孔质层重叠的部分的投影面积大于所述第二多孔质层所露出的部分的投影面积。
3.一种燃料电池，其具备：
膜电极接合体，由电解质膜、设置在所述电解质膜的一个面的阴极催化剂层、以及设置在所述电解质膜的另一个面的阳极催化剂层构成；
阳极气体扩散层，配置在所述膜电极接合体的所述阳极催化剂层一侧；以及阴极气体扩散层，配置在所述膜电极接合体的所述阴极催化剂层一侧，所述阳极气体扩散层和所述阴极气体扩散层的至少一方由权利要求1或2所述的燃料电池用气体扩散层构成。
4.一种燃料电池用气体扩散层的形成方法，其包括：
在将第一多孔质片材和第二多孔质片材重叠之后，进行加热和加压的步骤；以及形成流体流路的步骤，所述流体流路是在所述第一多孔质片材的一个主表面开口的槽状的流体流路，并且是在表面的一部分露出有所述第二多孔质片材的流体流路，在所述形成流体流路的步骤中形成有流体流路的所述第一多孔质片材的截面中的每单元面积的导电性纤维的占有面积率小于所述第二多孔质片材的截面中的该占有面积率。

说明书全文

燃料 电池用气体扩散层、燃料电池以及燃料电池用气体扩散

层的形成方法

技术领域

[0001] 本发明涉及燃料电池用气体扩散层、具有燃料电池用气体扩散层的燃料电池、以及燃料电池用气体扩散层的形成方法。

背景技术

[0002] 燃料电池是用氢和氧产生电能的装置，能够得到高的发电效率。作为燃料电池的主要的特征，可举出如下特征：由于不用像以往的发电方式那样经过热能、动能的过程，是直接发电，因此以小规模也能够期待高的发电效率；因为氮化合物等的排出少，且噪音、振动也小，所以环保性好等等。像这样，燃料电池具备能够有效地利用燃料所具有的化学能且环保的特性，因此作为承担21世纪的能量供给系统而被期待，并且作为能够使用于从航天用到汽车用、便携式设备用且从大规模发电到小规模发电的各种用途的具有未来前景的新的发电系统而倍受关注，并且朝向实用化正式进行着技术开发。

[0003] 在专利文献1公开了在高分子电解质膜的两面依次层叠有催化剂层、气体扩散层、以及隔膜的燃料电池。该燃料电池的气体扩散层由导电性碳片构成，在与隔膜抵接的表面具有流体流路。

[0004] 在先技术文献

[0005] 专利文献

[0006] 专利文献1：国际公开第11/045889号单行本

发明内容

[0007] 发明要解决的课题

[0008] 本申请的发明人对上述的燃料电池反复进行了认真研究，结果认识到以往的燃料电池的气体扩散层仍有谋求排水性的提高的余地。

[0009] 本发明是鉴于这样的状况而完成的，其目的在于，提供一种谋求燃料电池用气体扩散层中的排水性的提高的技术。

[0010] 用于解决课题的技术方案

[0011] 为了解决上述课题，本发明的某个方式的燃料电池用气体扩散层具备：第一多孔质层，具有在一个主表面开口的槽状的流体流路；以及第二多孔质层，配置在第一多孔质层的另一个主表面一侧。第一多孔质层的截面中的每单元面积的导电性纤维的占有面积率小于第二多孔质层的截面中的该占有面积率，在流体流路的表面的一部分露出有第二多孔质层。

[0012] 本发明的另一个方式是燃料电池。该燃料电池具备：膜电极接合体，由电解质膜、设置在电解质膜的一个面的阳极催化剂层、以及设置在电解质膜的另一个面的阴极催化剂层构成；阳极气体扩散层，配置在膜电极接合体的阳极催化剂层一侧；以及阴极气体扩散层，配置在膜电极接合体的阴极催化剂层一侧。阳极气体扩散层和阴极气体扩散层的至少一方由上述的方式的燃料电池用气体扩散层构成。

[0013] 本发明的另一个方式是燃料电池用气体扩散层的形成方法。该方法包括：在将第一多孔质片材和第二多孔质片材重叠之后，进行加热和加压的步骤；以及形成流体流路的步骤，所述流体流路是在第一多孔质片材的一个主表面开口的槽状的流体流路，并且是在表面的一部分中露出有第二多孔质片材的流体流路。在形成流体流路的步骤中形成有流体流路的第一多孔质片材的截面中的每单元面积的导电性纤维的占有面积率小于第二多孔质片材的截面中的该占有面积率。

[0014] 发明效果

[0015] 根据本发明，能够谋求燃料电池用气体扩散层中的排水性的提高。附图说明

[0016] 图1是示意性地示出实施方式涉及的燃料电池的构造的立体图。

[0017] 图2是沿着图1的A-A线的概略剖视图。

[0018] 图3是示意性地示出燃料电池用气体扩散层的构造的剖视图。

[0019] 图4中的（A）（D）是示意性地示出实施方式涉及的燃料电池用气体扩散层的制造~方法的工序剖视图。

[0020] 图5中的（A）（B）是示意性地示出变形例涉及的燃料电池的构造的剖视图。~

[0021] 图6中的（A）（B）是示意性地示出另一个变形例涉及的燃料电池的构造的剖视图。~

具体实施方式

[0022] 以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在全部的附图中，对相同的构成要素标注相同的附图标记，并适当地省略说明。此外，实施方式并不限定发明，只是例示，实施方式记载的全部的特征及其组合未必一定是发明的本质性的特征。

[0023] 图1是示意性地示出实施方式涉及的燃料电池的构造的立体图。图2 是沿着图1的A-A线的概略剖视图。本实施方式的燃料电池1具备大致平板状的膜电极接合体10以及作为燃料电池用气体扩散层的阳极气体扩散层20和阴极气体扩散层40。以下，在不区分阳极气体扩散层20和阴极气体扩散层40的情况下，统称为燃料电池用气体扩散层。阳极气体扩散层20和阴极气体扩散层40设置为彼此的主表面夹着膜电极接合体10 而对置。此外，在阳极气体扩散层20和阴极气体扩散层40各自的与膜电极接合体10相反的主表面侧设置有隔膜2、4。虽然在本实施方式中示出了一组膜电极接合体10、阳极气体扩散层20以及阴极气体扩散层40，但是也可以隔着隔膜2、4层叠多组而构成燃料电池堆。

[0024] 膜电极接合体10由电解质膜12、设置在电解质膜12的一面的阳极催化剂层14、以及设置在电解质膜12的另一面的阴极催化剂层16构成。

[0025] 电解质膜12在湿润状态下表现出良好的离子传导性，作为使质子在阳极催化剂层14与阴极催化剂层16之间移动的离子交换膜发挥功能。电解质膜12例如由含氟聚合物、非氟聚合物等固体高分子材料形成。作为电解质膜12的材料，能够使用磺酸型全氟化碳聚合物、聚砜树脂、具有膦酸基或碳酸基的全氟化碳聚合物等。此外，作为磺酸型全氟化碳聚合物的例子，可举出Nafion(杜邦公司制造：注册商标)112等。作为非氟聚合物的例子，可举出磺化了的芳香族聚醚醚酮、聚砜等。电解质膜12的厚度例如为10μm以上且200μm以下。

[0026] 阳极催化剂层14和阴极催化剂层16分别具有离子交换树脂和催化剂粒子，根据情况还具有承载催化剂粒子的碳粒子。阳极催化剂层14和阴极催化剂层16所具有的离子交换树脂发挥连接催化剂粒子和电解质膜12 并在两者之间传递质子的作用。该离子交换树脂能够用与电解质膜12相同的高分子材料形成。作为催化剂粒子，可举出选自Sc、Y、Ti、Zr、V、 Nb、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Pt、Os、Ir、镧系元素、锕系元素的合金、单体这样的催化剂金属。此外，作为碳粒子，能够使用乙炔黑、科琴黑、碳纳米管等。阳极催化剂层14和阴极催化剂层16的厚度分别为例如 10μm以上且40μm以下。

[0027] 阳极气体扩散层20配置在膜电极接合体10的阳极催化剂层14侧。阳极气体扩散层20具有第一多孔质层22、流体流路24、以及第二多孔质层26。阳极气体扩散层20的厚度例如为50μm以上且500μm以下。

[0028] 图3是示意性地示出燃料电池用气体扩散层的构造的剖视图。第一多孔质层22含有多个导电性粒子和对该导电性粒子彼此进行粘结的粘合剂树脂。在图3中，未分开描绘导电性粒子和粘合剂树脂，图示了两者混合的状态。

[0029] 作为导电性粒子，例如能够使用碳黑、人造石墨、天然石墨、膨胀石墨等碳粒子、金属粒子等。关于导电性粒子的平均粒径，例如，以一次粒子为0.01μm以上且50μm以下。作为粘合剂树脂，能够使用PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物)、FEP(四氟乙烯 -六氟丙烯共聚物)、ETFE(四氟乙烯-乙烯共聚物)等氟类树脂。第一多孔质层22的厚度例如为30μm以上且300μm以下。

[0030] 第二多孔质层26配置在第一多孔质层22的另一个主表面侧，即配置在阳极催化剂层14侧的主表面侧。第二多孔质层26含有长度为30μm以上的多个导电性纤维28和热塑性树脂30。作为导电性纤维28，例如能够使用聚丙烯腈类碳纤维、人造纤维类碳纤维、沥青类碳纤维、碳纳米管等碳纤维、金属纤维等。通过改变长度为30μm以上的导电性纤维28以及热塑性树脂30的种类、组成并且增减导电性纤维28彼此粘接的粘接点的数目，从而能够在宽范围控制第二多孔质层26的透气度。由此，能够对第二多孔质层26赋予所希望的排水性。另外，第二多孔质层26的厚度例如为20μm以上且200μm以下。

[0031] 在此，第一多孔质层22也可以含有第二多孔质层26中含有的导电性纤维28，其含量小于第二多孔质层26中的含量。例如，第一多孔质层22 的截面中的每单位面积的导电性纤维28的占有面积率小于第二多孔质层 26中的导电性纤维28的截面中的该占有面积率。导电性纤维28的占有面积率能够像以下那样求出。即，首先使用扫描型电子显微镜(SEM) 拍摄第二多孔质层26的截面。然后，在得到的SEM图像中，测定截面上的每单元面积的导电性纤维28的面积。利用图像处理来检测针状的纤维，从而可测定导电性纤维28的面积。然后，计算出导电性纤维28的面积相对于单位面积的比例，得到导电性纤维28的占有面积率。
SEM图像的倍率例如为100倍，用该倍率拍摄的SEM图像中的测定区域的大小为 1000μm×
1000μm。

[0032] 第二多孔质层26中的导电性纤维28的占有面积率大于第一多孔质层 22中的导电性纤维28的占有面积率，因此第二多孔质层26的透气度的控制范围广，能够实现透气度相对高的第二多孔质层26和透气度相对低的第一多孔质层22。即，第二多孔质层26的透气度比第一多孔质层22 高。

[0033] 流体流路24具有槽状的形状，在第一多孔质层22的一个主表面开口。流体流路24配置在隔膜2侧，作为燃料气体的流路发挥功能。氢气等燃料气体从燃料供给用的分流器(未图示)分配到流体流路24，从流体流路24经过第一多孔质层22和第二多孔质层26供给到膜电极接合体10 的阳极催化剂层14。

[0034] 流体流路24的表面由第一面80、第二面82、第三面84、第四面86、第五面88构成。第一面80设置为从第一多孔质层22的一个主表面到达第一多孔质层22的内部。此外，第五面88设置为与第一面80对置。在此，第一面80和第五面88相对于垂直于第一多孔质层22的一个主表面的轴(以下，称为“垂直轴”)而倾斜，使得第一面80与第五面88的距离随着远离第一多孔质层22的一个主表面而变窄。

[0035] 第二面82设置为与第一面80连续地从第一多孔质层22的内部到达第二多孔质层26。此外，第四面86设置为与第二面82对置。在此，与第一面80和第五面88同样地，第二面82和第四面86相对于垂直轴倾斜，但是第二面82和第四面86的倾斜的角度与第一面80和第五面88的倾斜的角度不同。第三面84设置在第二多孔质层26的表面，具有从第二面 82与第二多孔质层26相接的部分到第四面86与第二多孔质层26相接的部分的宽度。通过这样的结构，在作为流体流路24的表面的一部分的第三面84露出有第二多孔质层26。

[0036] 流体流路24主要形成在第一多孔质层22中。第一多孔质层22几乎不含有导电性纤维28，并且含有导电性粒子和粘合剂树脂，因此成型性高。因此，容易成型流体流路24。

[0037] 第二多孔质层26中包含的导电性纤维28的长轴倾斜，使得与垂直于电解质膜12的主表面的方向相比，更接近沿着电解质膜12的主表面的方向，由此来配置导电性纤维28。因此，在第二多孔质层26中，沿着电解质膜12的主表面的方向上的导电性提高。导电性提高，相当于电阻减小。此外，因为第一多孔质层22重叠在第二多孔质层26，所以第一多孔质层 22进入到第二多孔质层26之中。由此，两者的接点增加，因此与将第二多孔质层26彼此进行重叠的情况相比，电阻减小。

[0038] 进而，如图3所示，在从第一多孔质层22的一个主表面侧进行投影的情况下，作为第一多孔质层22与第二多孔质层26重叠的部分的第一区域90的投影面积大于作为露出有第二多孔质层26的部分的第二区域92 的投影面积。第二区域92相当于前述的第三面84。第一区域90的投影面积大于第二区域92的投影面积，因此即使在设置了第二区域92的情况下，也可抑制第一多孔质层22与第二多孔质层26的接触面积的减小，可抑制电阻的增加。

[0039] 当流体流路24的宽度较大时，由于电子的移动路径变长，电阻会增大。另一方面，当流体流路24的宽度较小时，气体的压损增大，气体难以流动，因此流体流路24的尺寸例如为，深度为500μm以上且1000μm 以下，宽度为0.1mm以上且0.5mm以下，相邻的流体流路24之间的距离为500μm以上且1000μm以下。此外，当第二区域92的宽度较大时，第一多孔质层22与第二多孔质层26的接触面积减小，因此电阻增大。另一方面，当第二区域92的宽度较小时，后面说明的流体流路44中的排水性降低，因此第二区域92的宽度优选为0.02mm以上且0.05mm以下。另外，虽然在本实施方式中设置有5个流体流路24，但是其数目没有特别限定，能够根据阳极气体扩散层20的大小等适宜地进行设定。

[0040] 阴极气体扩散层40配置在膜电极接合体10的阴极催化剂层16侧。阴极气体扩散层40具有第一多孔质层42、流体流路44、以及第二多孔质层46。阴极气体扩散层40的厚度例如为50μm以上且500μm以下。

[0041] 第一多孔质层42含有多个导电性粒子和对该导电性粒子彼此进行粘结的粘合剂树脂。作为导电性粒子和粘合剂树脂，能够使用与在第一多孔质层22中使用的导电性粒子和粘合剂树脂相同的导电性粒子和粘合剂树脂。此外，第一多孔质层42的组成和尺寸与第一多孔质层22相同。

[0042] 第二多孔质层46配置在第一多孔质层42的另一个主表面侧，即，配置在阴极催化剂层16侧的主表面侧。第二多孔质层46含有长度为30μm 以上的多个导电性纤维48和热塑性树脂50。作为导电性纤维48和热塑性树脂50，能够举出与阳极气体扩散层20包含的导电性纤维28和热塑性树脂30相同的导电性纤维48和热塑性树脂50。此外，第二多孔质层 46的组成和尺寸与第二多孔质层26相同。第一多孔质层42的截面中的每单元面积的导电性纤维48的占有面积率小于第二多孔质层46的截面中的该占有面积率。此外，第二多孔质层46的透气度比第一多孔质层42 高。

[0043] 流体流路44具有槽状的形状，并设置在第一多孔质层42的一个主表面。流体流路44与流体流路24同样地构成。流体流路44作为氧化剂气体的流路发挥功能。此外，流体流路
44还作为在阴极催化剂层16中生成的水的排水通路发挥功能。空气等氧化剂气体从氧化剂供给用的分流器 (未图示)分配到流体流路44，并且不仅从流体流路44通过第二多孔质层
46供给到膜电极接合体10的阴极催化剂层16，还在从流体流路44经过第一多孔质层42之后通过第二多孔质层46供给到膜电极接合体10的阴极催化剂层16。因此，在从第一多孔质层
42的一个主表面侧进行投影的情况下，氧化剂气体不仅充分供给到与从第一多孔质层42露出的第二多孔质层46的露出面(即，第三面84)重叠的阴极催化剂层16的第二部分，还充分供给到与第一多孔质层42重叠的阴极催化剂层16的第一部分。另外，流体流路44的尺寸与流体流路24相同。

[0044] 第二多孔质层46的透气度比第一多孔质层42高，因此通过电化学反应在阴极催化剂层16中生成的水、从电解质膜12移动到阴极催化剂层 16的水容易通过。因此，第二多孔质层46的排水性比第一多孔质层42 高。因为这样的第二多孔质层46配置为比第一多孔质层42更靠近阴极催化剂层16，所以阴极催化剂层16附近的排水性提高。当阴极催化剂层16 附近的排水性提高时，阴极催化剂层16附近的水减少，气体扩散性提高。此外，因为在第三面84中露出有第二多孔质层46，所以来自阴极催化剂层16的水可不经由第一多孔质层42而直接排出到流体流路44。其结果是，排水性进一步提高。另外，虽然在本实施方式中设置有5个流体流路 44，但是其数目没有特别限定，能够根据阴极气体扩散层40的大小等适宜地进行设定。

[0045] 另外，有时将层叠了阳极催化剂层14和阳极气体扩散层20的构造称为阳极，并将层叠了阴极催化剂层16和阴极气体扩散层40的构造称为阴极。

[0046] 在上述的固体高分子型的燃料电池1中，发生以下的反应。即，当作为燃料气体的氢气经由阳极气体扩散层20供给到阳极催化剂层14时，在阳极催化剂层14中发生下述式(1)所示的反应，氢分解为质子和电子。质子在电解质膜12中向阴极催化剂层16侧移动。电子移动到外部电路(未图示)，并从外部电路流入到阴极催化剂层16。另一方面，当作为氧化剂气体的空气经由阴极气体扩散层40供给到阴极催化剂层16时，在阴极催化剂层16中发生下述式(2)所示的反应，空气中的氧与质子以及电子反应而成为水。其结果是，在外部电路中电子从阳极朝向阴极流动，能够导出电力。在阳极催化剂层14和阴极催化剂层16中发生的反应如下。

[0047] 阳极催化剂层14：H2→2H++2e- (1)

[0048] 阴极催化剂层16：2H++(1/2)O2+2e-→H2O (2)

[0049] (燃料电池用气体扩散层的制造工序)

[0050] 接下来，对实施方式涉及的燃料电池用气体扩散层的制造方法进行说明。图4中的（A）（D）是示意性地示出实施方式涉及的燃料电池用气体扩散层的制造方法的工序剖视~图。在此，以阳极气体扩散层20为例，对燃料电池用气体扩散层的制造方法进行说明。

[0051] 首先，如图4中的(A)所示，准备第一多孔质片材21和第二多孔质片材 25。第二多孔质片材25是含有多个导电性纤维28(参照图3)和热塑性树脂30(参照图3)的片材。第一多孔质片材21是含有多个导电性粒子和粘合剂树脂且上述的导电性纤维28的占有面积率小于第二多孔质片材 25的截面中的该占有面积率的片材。

[0052] 接着，如图4中的(B)所示，将第一多孔质片材21和第二多孔质片材 25重叠，并配置在第一模具70与第二模具72之间。在第一模具70设置有与流体流路24的形状对应的凸部74。与凸部74对置的第二模具72的表面是平坦的。

[0053] 接着，如图4中的(C)所示，对第一模具70和第二模具72进行合模，并以给定的温度和压力对重叠的第一多孔质片材21和第二多孔质片材25 进行加热和加压。由此，在第一多孔质片材21的一个主表面形成槽状的流体流路24。在该流体流路24中，在表面的一部分露出有第二多孔质片材25。在热塑性树脂30为PTFE的情况下，成型时的压力和温度为10MPa、 200℃。此外，与此同时，将第一多孔质片材21和第二多孔质片材25彼此压接。在经过给定时间之后，对第一模具70和第二模具72进行开模。

[0054] 通过以上的工序，如图4中的(D)所示，可得到具备在一个主表面具有流体流路24的第一多孔质层22和层叠在第一多孔质层22的另一个主表面的第二多孔质层26的阳极气体扩散层20。

[0055] (变形例)

[0056] 图5中的（A）（B）、图6中的（A）（B）是示意性地示出变形例涉及的燃料电池1的构~ ~造的剖视图。在图5中的（A）（B）、图6中的（A）（B）中，流体流路24的形状或第二多孔质层46~ ~
的性质与至今为止的不同。在图5中的(A)中示出了阴极气体扩散层40、阴极催化剂层16。流体流路44的表面由第一面110、第二面112、第三面114、第四面116构成。第一面110设置为从第一多孔质层42的一个主表面到达第二多孔质层46。此外，第四面116设置为与第一面110对置。在此，第一面110 以及第四面116从垂直轴倾斜，使得第一面110与第四面116的距离随着远离第一多孔质层42的一个主表面而变窄。

[0057] 第二面112设置为与第一面110连续地从第二多孔质层46的一个主表面到达第二多孔质层46之中。此外，第三面114设置为与第二面112 对置，并且在第二多孔质层46之中与第二面112相连。与第一面110以及第四面116同样地，第二面112和第三面114从垂直轴倾斜，第二面 112以及第三面114的倾斜的角度可以与第一面110以及第四面116的倾斜的角度相同，也可以不同。通过这样的结构，在作为流体流路44的表面的一部分的第二面112、第三面114露出有第二多孔质层46。为了形成第二面112、第三面114，在第二多孔质层46也挖有槽，因此排水性提高。

[0058] 另外，在图5中的(A)中，在第二多孔质层46与阴极催化剂层16之间层叠有微多孔质层100。微多孔质层100致密且透气度低，但是憎水性高，能够使在阴极催化剂层16中产生的水在不成为液体的情况下以水蒸气的状态向第二多孔质层46移动。因此，阴极催化剂层16中的排水性进一步提高。

[0059] 在图5中的(B)也示出了阴极气体扩散层40、阴极催化剂层16。流体流路44的表面由第一面120、第二面122、槽部124、第三面126、第四面 128构成。第一面120设置为从第一多孔质层42的一个主表面到达第一多孔质层42之中。此外，第四面128设置为与第一面120对置。在此，第一面120和第四面128沿着垂直轴配置。

[0060] 第二面122设置为与第一面120相连并且与第一多孔质层42的一个主表面大致平行，第三面126设置为与第四面128相连并且与第一多孔质层42的一个主表面大致平行。进而，从第二面122与第三面126近接的位置向第二多孔质层46之中设置有槽部124。通过这样的结构，在作为流体流路44的表面的一部分的槽部124的一部分露出有第二多孔质层 46。

[0061] 在图6中的(A)也示出了阴极气体扩散层40、阴极催化剂层16。第二多孔质层46的透气度的控制范围广，能够实现透气度相对高的第一多孔质层42和透气度相对低的第二多孔质层46。在图6中的(A)中，第一多孔质层42的透气度比第二多孔质层46高。通过这样的结构，与微多孔质层 100同样地，第二多孔质层46能够将在阴极催化剂层16中产生的水以水蒸气的状态排出到流体流路44。

[0062] 在图6中的(B)也示出了阴极气体扩散层40、阴极催化剂层16。在从第一多孔质层42的一个主表面侧进行投影的情况下，与第一多孔质层42 重叠的第二多孔质层46的第一部分46a的憎水性比与从第一多孔质层42 露出的露出面(即，第三面84)重叠的第二多孔质层46的第二部分46b 的憎水性高。在阴极气体扩散层40中生成的水被吸引到憎水性低的第二多孔质层46的第二部分46b。另一方面，氧化剂气体经过第一多孔质层 42、憎水性高的第二多孔质层46的第一部分46a供给到阴极催化剂层16。进而，剩余的氧化剂气体从憎水性高的第二多孔质层46的第一部分46a 流入到憎水性低的第二多孔质层46的第二部分46b，将被吸引到第二多孔质层46的第二部分46b的生成水压出到流体流路44而排出。像这样，可设置各种形状的流体流路44和各种性质的第二多孔质层46。在图5中的（A）（B）、图6中的（A）~ ~
（B）)中，对设置在阴极气体扩散层40的流体流路44的形状和第二多孔质层46进行了说明，设置在阳极气体扩散层 20的流体流路24和第二多孔质层26也可以是同样的形状。进而，虽然在图5中的(A) (B)、图6中的(A)～(B)中设置有微多孔顾层100，但是可以省略微多孔质~
层100，也可以在图1、图2中设置微多孔质层100。

[0063] 根据本实施方式，设置有在导电性纤维的占有面积率小的第一多孔质层的一个主表面开口的槽状的流体流路，因此能够容易地对流体流路进行成型。此外，因为流体流路的成型变得容易，所以处理变得容易，能够降低成本。此外，在第一多孔质层的另一个主表面侧配置有导电性纤维的占有面积率大的第二多孔质层，因此能够提高催化剂层附近的排水性。此外，因为催化剂层附近的排水性提高，所以能够提高气体扩散性。此外，流体流路部分地贯通第一多孔质层而使第二多孔质层露出，因此能够使催化剂层中的生成水不积蓄在第一多孔质层而排出到流体流路。此外，因为使催化剂层中的生成水不积蓄在第一多孔质层而排除到流体流路，所以能够提高排水性。

[0064] 此外，因为在第一多孔质层的另一个主表面侧配置导电性纤维的占有面积率大的第二多孔质层，所以能够通过沿着主表面配置的导电性纤维降低沿着主表面的电阻。此外，因为电阻降低，所以能够提高导电性。此外，因为将第一多孔质层和第二多孔质层重叠，所以能够增加接触点。此外，因为接触点增加，所以能够降低电阻。此外，因为第一多孔质层与第二多孔质层重叠的部分的投影面积大于露出有第二多孔质层的部分的投影面积，所以即使在露出了第二多孔质层的情况下，也能够降低电阻。

[0065] 本发明不限定于上述的实施方式，能够基于本领域技术人员的知识施加各种设计变更等变形，施加了这样的变形的实施方式也包含于本发明的范围。

[0066] 在上述的实施方式中，阳极气体扩散层20和阴极气体扩散层40均具有包含第一多孔质层22、42、流体流路24、44、以及第二多孔质层26、 46的结构。然而，并不特别限定于此，也可以是只有阳极气体扩散层20 和阴极气体扩散层40中的任一方具有上述的结构。

[0067] 在上述的实施方式中，同时实施形成流体流路24的工序和将第二多孔质片材25层叠在第一多孔质片材21的工序。因此，与独立地实施两个工序的情况相比，能够简化燃料电池用气体扩散层的制造工序。然而，并不特别限定于该制造工序，将第二多孔质片材25层叠在第一多孔质片材 21的工序也可以在形成流体流路24的工序之前或之后。

[0068] 在流体流路24的形成工序之后实施第二多孔质片材25的层叠工序的情况下，首先，只将第一多孔质片材21配置在第一模具70与第二模具 72之间，并进行压制成型而形成流体流路24。接下来，将设置了流体流路24的第一多孔质片材21和第二多孔质片材25重叠并配置在第一模具 70与第二模具72之间，进行压制成型而将第二多孔质片材25层叠在第一多孔质片材21。

[0069] 在流体流路24的形成工序之前实施第二多孔质片材25的层叠工序的情况下，首先将第一多孔质片材21和第二多孔质片材25重叠，并配置在第一模具70与第二模具72之间，进行压制成型。此时，第一模具70是不具有凸部74的平坦状的模具。由此，在第一多孔质片材21层叠第二多孔质片材25。接下来，将得到的层叠体配置在第一模具70与第二模具72 之间，并进行压制成型。此时，第一模具70是具有凸部74的模具。由此，在第一多孔质片材21形成流体流路24。

[0070] 附图标记说明

[0071] 1：燃料电池，10：膜电极接合体，12：电解质膜，14：阳极催化剂层，16：阴极催化剂层，20：阳极气体扩散层，22、42：第一多孔质层， 24、44：流体流路，26、46：第二多孔质层，28、48：导电性纤维，30、 50：热塑性树脂，40：阴极气体扩散层。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种燃料电池发动机试验的安全系统及其控制方法	2020-05-08	584
无井地下煤气化点火装置	2020-05-08	156
煅烧碳酸盐矿物的外热式旋窑和余热收回系统及实现方法	2020-05-11	655
一种燃料电池用气体扩散层及其制备方法	2020-05-08	661
一种增程器冷启动系统及汽车	2020-05-11	559
一种风冷型燃料电池双极板	2020-05-08	603
一种新型燃料电池保压实验台架	2020-05-08	691
一种燃烧器用气体燃料输送调节装置	2020-05-08	112
一种液态燃料膨化裂变器	2020-05-08	814
一种轴流式气体增压风机及其应用的燃料电池	2020-05-08	997

燃料电池用气体扩散层、燃料电池以及燃料电池用气体扩散层的形成方法

燃料电池用气体扩散层、燃料电池以及燃料电池用气体扩散

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：