燃料電池用金屬制氣體擴(kuò)散層及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池用金屬制氣體擴(kuò)散層及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為燃料電池的氣體擴(kuò)散層，提出了形成有用于提高電子電導(dǎo)率的導(dǎo)電性層和用于賦予拒水性的拒水層的金屬多孔體(例如參照專利文獻(xiàn)1。)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2005-302610號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

_6] 發(fā)明要解決的問題
[0007]然而，導(dǎo)電性層包含金、鉑等貴金屬，難以降低成本。另一方面，拒水層的形成必須在導(dǎo)電性層的形成后實(shí)施，并且需要高溫的熱處理。此處，應(yīng)用低成本的碳皮膜層作為導(dǎo)電性層時，存在由于用于形成拒水層的高溫的熱處理而使碳皮膜層被破壞，電子電導(dǎo)率降低的問題。
[0008]本發(fā)明是為了解決伴隨上述現(xiàn)有技術(shù)的問題而作出的，目的在于，提供具有良好的電子電導(dǎo)率和拒水性、且低成本的燃料電池用金屬制氣體擴(kuò)散層及其制造方法。
_9] 用于解決問題的方案
[0010]用于達(dá)成上述目的的本發(fā)明的一個方式為:
[0011]配置于高分子電解質(zhì)膜和分隔件之間的包含金屬多孔體的燃料電池用金屬制氣體擴(kuò)散層的制造方法，所述制造方法具備如下工序:工序(A)，在前述金屬多孔體上形成包含碳皮膜層的導(dǎo)電性層；和工序(B)，在形成有前述導(dǎo)電性層的前述金屬多孔體上形成拒水層。前述工序(B)具備如下工序:工序(B1)，在前述金屬多孔體上涂敷含有構(gòu)成前述拒水層的氟樹脂的溶液；工序(B2)，將涂敷有前述溶液的前述金屬多孔體以前述溶液中所含且不構(gòu)成前述拒水層的揮發(fā)性成分的蒸發(fā)溫度以上、并且低于前述導(dǎo)電性層的破壞溫度的條件進(jìn)行熱處理，形成由前述氟樹脂構(gòu)成的前述拒水層。
[0012]用于達(dá)成上述目的的本發(fā)明的其他方式為一種燃料電池用金屬制氣體擴(kuò)散層，其是通過前述燃料電池用金屬制氣體擴(kuò)散層的制造方法而制造的。
_3] 發(fā)明的效果
[0014]根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)電性層包含碳皮膜層，因此與包含金、鉑等貴金屬的導(dǎo)電性層相比，可以廉價(jià)地形成。另外，熱處理溫度低于導(dǎo)電性層的破壞溫度，因此形成拒水層時可以抑制導(dǎo)電性層的破壞。即，可以維持通過形成導(dǎo)電性層而賦予的良好的電子電導(dǎo)率、且賦予良好的拒水性。因此，可以提供具有良好的電子電導(dǎo)率和拒水性、且低成本的燃料電池用金屬制氣體擴(kuò)散層及其制造方法。
[0015]本發(fā)明的進(jìn)一步的其他目的、特征和特質(zhì)通過參照以下的說明和附圖中示例的優(yōu)選的實(shí)施方式而清楚揭示。
【附圖說明】
[0016]圖1為用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料電池的立體分解圖。
[0017]圖2為用于說明圖1所示的單電池的截面圖。
[0018]圖3為用于說明圖2所示的金屬制氣體擴(kuò)散層的俯視圖。
[0019]圖4為用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式的金屬制氣體擴(kuò)散層的制造方法的流程圖。
[0020]圖5為用于說明圖4所示的導(dǎo)電性層形成工序的概要圖。
[0021]圖6為用于說明圖4所示的拒水層形成工序的概要圖。
[0022]圖7為用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式的變形例的概要圖。
[0023]圖8為用于說明實(shí)施例和比較例的電阻的測定結(jié)果的圖。
[0024]圖9為用于說明實(shí)施例的深度方向的元素分析結(jié)果的圖。
[0025]圖10為用于說明比較例的深度方向的元素分析結(jié)果的圖。
[0026]圖11為用于說明拒水層形成工序中應(yīng)用的氟樹脂溶液中所含的表面活性劑的TGA和DTA測定結(jié)果的圖。
[0027]圖12為示出水接觸角和接觸電阻相對于氟樹脂溶液中的氟樹脂濃度的關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下，邊參照附圖邊說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0029]圖1為用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料電池的立體分解圖。
[0030]實(shí)施方式1的燃料電池100由例如以氫氣作為燃料的固體高分子型燃料電池構(gòu)成，可以作為電源利用。固體高分子型燃料電池(PEFC)可以小型化、高密度化和高功率化，優(yōu)選用作搭載空間有限的車輛等移動體的驅(qū)動用電源，尤其，特別優(yōu)選系統(tǒng)的啟動和停止、功率變動頻繁發(fā)生的汽車用途。上述情況下，可以搭載于汽車(燃料電池車)的車體中央部的座位下、后部行李倉的下部、車輛前方的發(fā)動機(jī)艙。從擴(kuò)大車內(nèi)空間和行李倉的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選搭載于座位下。
[0031]如圖1所示那樣，燃料電池100具有:堆棧部110、緊固板130、加強(qiáng)板135、集電板140、隔板145、端板150和螺栓155。
[0032]堆棧部110由單電池120的層疊體構(gòu)成。單電池120如后述那樣具有膜電極組件(MEA:membrane electrode assembly)和分隔件。
[0033]緊固板130配置于堆棧部110的底面和上表面，加強(qiáng)板135配置于堆棧部110的兩側(cè)。緊固板130和加強(qiáng)板135構(gòu)成包圍堆棧部110的周圍的殼體。
[0034]集電板140由致密質(zhì)碳、銅板等不透氣的導(dǎo)電性構(gòu)件形成，設(shè)有用于輸出由堆棧部110產(chǎn)生的電動勢的輸出端子，配置于單電池120的層疊方向的兩端(堆棧部110的正面和背面)。
[0035]隔板145配置在堆棧部110的背面所配置的集電板140的外側(cè)。
[0036]端板150由具備剛性的材料形成、例如由鋼等金屬材料形成，配置在堆棧部110的正面所配置的集電板140的外側(cè)和隔板145的外側(cè)。端板150為了使燃料氣體(氫氣)、氧化劑氣體(氧氣)和冷卻介質(zhì)(冷卻水)流通而具備燃料氣體導(dǎo)入口、燃料氣體排出口、氧化劑氣體導(dǎo)入口、氧化劑氣體排出口、冷卻水導(dǎo)入口和冷卻水排出口。
[0037]螺栓155用于通過將端板150、緊固板130和加強(qiáng)板135緊固，使其緊固力作用于單電池120的層疊方向，從而將位于內(nèi)部的堆棧部110保持為擠壓狀態(tài)。螺栓155的根數(shù)和螺栓孔的位置可以適當(dāng)變更。緊固機(jī)構(gòu)不限定于螺合，也可以應(yīng)用其他手段。
[0038]圖2為用于說明圖1所示的單電池的截面圖，圖3為用于說明圖2所示的金屬制氣體擴(kuò)散層的俯視圖。
[0039]單電池120具有膜電極組件40和分隔件50、55。膜電極組件40具有:高分子電解質(zhì)膜20、作為電極(陰極)發(fā)揮功能的催化劑層30、作為電極(陽極)發(fā)揮功能的催化劑層35、和金屬制氣體擴(kuò)散層10。
[0040]金屬制氣體擴(kuò)散層10如圖3所示那樣為金屬多孔體，如后述那樣，具有良好的電子電導(dǎo)率和拒水性且為低成本。本實(shí)施方式中，金屬制氣體擴(kuò)散層10包含編織多個金屬制線材12而形成的金屬絲網(wǎng)，具有良好的強(qiáng)度，因此容易減薄氣體擴(kuò)散層。線材12的織造方法(編織方法)沒有特別限定，例如可以應(yīng)用平紋編織、斜紋編織、平紋密紋編織、斜紋密紋編織。另外，金屬絲網(wǎng)也可以不進(jìn)行編織而是將線材彼此固定(例如焊接)來形成。
[0041]金屬制氣體擴(kuò)散層10配置于分隔件50和催化劑層30之間、以及分隔件55和催化劑層35之間，用于向催化劑層30、35供給氣體。位于分隔件50和催化劑層30之間的金屬制氣體擴(kuò)散層10為用于使供給至陽極側(cè)的燃料氣體分散的陽極氣體擴(kuò)散層，位于分隔件55和催化劑層35之間的金屬制氣體擴(kuò)散層10為用于使供給至陰極側(cè)的氧化劑氣體分散的陰極氣體擴(kuò)散層。金屬制氣體擴(kuò)散層10的目數(shù)從氣體的供給性和電池電壓的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為100以上，更優(yōu)選為100?500。
[0042]催化劑層30包含催化劑成分、負(fù)載催化劑成分的導(dǎo)電性