氣體擴散電極基材的制作方法
【專利摘要】一種氣體擴散電極基材，其用于燃料電池，所述氣體擴散電極基材在電極基材的一面形成有由碳系填料和氟樹脂構(gòu)成的微多孔層，其中，與形成有微多孔層的面相反側(cè)的面的水的滑移角為30度以下，所述氣體擴散電極基材的垂直于面的方向的氣體透過阻力為15～190mmAq。
【專利說明】
氣體擴散電極基材
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種適用于燃料電池、特別是固體高分子型燃料電池的氣體擴散電極 基材。更詳言而言，涉及一種耐溢流性、抗阻塞性優(yōu)異，在低溫下可顯示高的發(fā)電性能，而且 機械特性、導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性優(yōu)異的氣體擴散電極基材。
【背景技術(shù)】
[0002] 固體高分子型燃料電池將含氫的燃料氣體供給至陽極，將含氧的氧化氣體供給至 陰極，通過在兩極引起的電化學(xué)反應(yīng)而得到電動勢，一般而言，該固體高分子型燃料電池依 次層疊隔板、氣體擴散電極基材、催化劑層、電解質(zhì)膜、催化劑層、氣體擴散電極基材、隔板 而構(gòu)成。氣體擴散電極基材需要用于使從隔板供給的氣體擴散至催化劑層的高的氣體擴散 性、將伴隨電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的水向隔板排出的高的排水性、將所產(chǎn)生的電流導(dǎo)出的高的 導(dǎo)電性，從而由碳纖維等構(gòu)成的電極基材被廣泛使用。
[0003] 然而，作為課題，已知有：（1)當(dāng)使固體高分子型燃料電池在低于70°C的較低溫且 高電流密度區(qū)域工作時，大量產(chǎn)生的液態(tài)水導(dǎo)致電極基材堵塞，燃料氣體的供給不足，結(jié)果 產(chǎn)生發(fā)電性能降低的問題（以下，記載為溢流）；（2)當(dāng)在低于70°C的較低的溫度且高電流密 度區(qū)域使固體高分子型燃料電池動作時，大量產(chǎn)生的液態(tài)水導(dǎo)致隔板的氣體流路（以下記 載為流路)堵塞，燃料氣體的供給不足，結(jié)果產(chǎn)生發(fā)電性能瞬間性降低的問題（以下記載為 阻塞）。為解決這些(1)、（2)的問題，進行了諸多嘗試。
[0004] 專利文獻1中提出了一種使微多孔層的一部分滲入至電極基材內(nèi)部的氣體擴散電 極基材。根據(jù)使用該氣體擴散電極基材的燃料電池，由于隔板側(cè)的氣體擴散電極基材表面 平滑且具有高的疏水性，從而液態(tài)水不易在流路中滯留，可改善阻塞。但是，由于電極基材 內(nèi)部的空隙率減小，所以存在氣體擴散性下降，發(fā)電性能降低的問題。
[0005] 專利文獻2中提出了一種使用FEP作為電極基材的氟樹脂的氣體擴散電極基材。根 據(jù)使用該氣體擴散電極基材的燃料電池，由于FEP被覆電極基材的碳纖維，所以隔板側(cè)的氣 體擴散電極基材表面具有高的疏水性，液態(tài)水不易在流路中滯留，可改善阻塞。然而，由于 FEP被覆電極基材的碳纖維，所以存在隔板與氣體擴散電極基材的界面阻力增大的問題。
[0006] 專利文獻3中提出了一種在電極基材的兩面使用形成有由碳黑、氟樹脂構(gòu)成的微 多孔層的氣體擴散電極基材的燃料電池。根據(jù)使用該氣體擴散電極基材的燃料電池，由于 隔板側(cè)的微多孔層平滑且具有高的疏水性，從而液態(tài)水不易在流路中滯留，可改善阻塞。然 而，由于隔板側(cè)的微多孔層阻礙從電極基材向隔板的排水，所以存在溢流顯著的問題。
[0007] 雖已進行了諸如此類的諸多嘗試，但尚未發(fā)現(xiàn)可滿足作為耐溢流性、抗阻塞性優(yōu) 異，且機械特性、導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性優(yōu)異的氣體擴散電極基材的情況。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0009] 專利文獻
[0010] 專利文獻1:日本特開2008-127661號公報 [0011] 專利文獻2:日本特開2006-120508號公報
[0012] 專利文獻3:日本特開平9-245800號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明要解決的課題
[0014] 本發(fā)明的目的在于，鑒于該現(xiàn)有技術(shù)的背景，提供一種耐溢流性、抗阻塞性優(yōu)異， 在低溫下可顯示高的發(fā)電性能，進而機械特性、導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性優(yōu)異的氣體擴散電極基 材。
[0015] 用于解決課題的手段
[0016] 為解決所述課題，本發(fā)明的氣體擴散電極基材采用如下方案。即，一種氣體擴散電 極基材，其用于燃料電池，所述氣體擴散電極基材在電極基材的一面形成有由碳系填料和 氟樹脂構(gòu)成的微多孔層，其中，與形成有微多孔層的面相反側(cè)的面的水的滑移角為30度以 下，所述氣體擴散電極基材的垂直于面的方向的氣體透過阻力為15~190_Aq。
[0017] 另外，為解決所述課題，本發(fā)明的氣體擴散電極基材的制造方法采用如下方案。 即，一種氣體擴散電極基材的制造方法，所述制造方法用于制造所述的氣體擴散電極基材， 其中，在厚度為160μπι以下的電極基材的一面涂布含有碳系填料、氟樹脂及分散介質(zhì)的碳涂 布液，然后將涂布有碳涂布液的氣體擴散電極基材水平地保持10秒以上且低于5分鐘的時 間，接著進行干燥及燒結(jié)，在上述過程中，在涂布碳涂布液之前不涂布氟樹脂，或者在涂布 碳涂布液之前涂布氟樹脂，之后不進行燒結(jié)。
[0018] 另外，為解決所述課題，本發(fā)明的膜電極接合體系用如下方案。即，一種膜電極接 合體，在電解質(zhì)膜的兩側(cè)具有催化劑層，在所述催化劑層的外側(cè)還具有所述的氣體擴散電 極基材、或通過所述的制造方法得到的氣體擴散電極基材。
[0019] 進而，為解決所述課題，本發(fā)明的燃料電池采用如下方案。即，一種燃料電池，其在 所述的膜電極接合體的兩側(cè)具有隔板。
[0020] 發(fā)明效果
[0021] 本發(fā)明的氣體擴散電極基材由于與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相 反側(cè)的面的水的滑移角為30度以下，所以流經(jīng)流路內(nèi)的液態(tài)水不易受氣體擴散電極基材影 響，抗阻塞性高。而且，本發(fā)明的氣體擴散電極基材由于其垂直于面的方向的氣體透過阻力 為15~190mmAq，所以氣體擴散性高，當(dāng)使用本發(fā)明的氣體擴散電極基材時，可顯示高的發(fā) 電性能。電極基材由于可以使用碳紙等，所以本發(fā)明的氣體擴散電極基材的機械強度、導(dǎo)電 性、熱傳導(dǎo)性也良好。
【具體實施方式】
[0022] 目前，作為疏水性的指標(biāo)，大多使用水的接觸角，在電極基材的一面形成有微多孔 層的氣體擴散電極基材，上與形成有微多孔層的面相反側(cè)的面的水的接觸角大致為140度 以上，采用水的接觸角時無法看出疏水性的差異，但以水的滑移角進行測定時，便可看出氣 體擴散電極基材的種類帶來的差異，本發(fā)明人利用該指標(biāo)深入重復(fù)研究，結(jié)果完成了本發(fā) 明。
[0023 ]本發(fā)明的氣體擴散電極基材在電極基材的一面形成有微多孔層。
[0024]此外，本發(fā)明中，將僅由碳紙等構(gòu)成且未設(shè)置微多孔層的基材、或"氣體擴散電極 基材"中的該部分稱為"電極基材"，將在電極基材設(shè)有微多孔層的基材稱為"氣體擴散電極 基材"。
[0025] 以下，針對各要素進行說明。
[0026] 本發(fā)明的電極基材需要用于將從隔板供給的氣體向催化劑擴散的高的面內(nèi)方向 的氣體擴散性及垂直于面的方向的氣體擴散性、用于將伴隨電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的液態(tài)水向 隔板排出的高的排水性、用于將所產(chǎn)生的電流導(dǎo)出的高的導(dǎo)電性。此外，"垂直于面的方向" 是指與基材面正交的方向。
[0027] 因此，作為電極基材，優(yōu)選使用碳纖維織物、碳纖維無紡布、碳纖維抄紙體等含有 碳纖維的多孔體、發(fā)泡燒結(jié)金屬、金屬網(wǎng)、膨脹金屬等金屬多孔體，其中，從耐腐蝕性優(yōu)異的 觀點出發(fā)，優(yōu)選使用含有碳纖維的多孔體，進而，從機械強度優(yōu)異的觀點出發(fā)，優(yōu)選使用通 過碳化物粘接碳纖維抄紙體而成的基材，即"碳紙"。在本發(fā)明中，通過碳化物粘結(jié)碳纖維抄 紙體而成的基材通常如后所述，通過將樹脂含浸于碳纖維的抄紙體中并進行碳化而得到。 [0028]作為碳纖維，可舉出聚丙烯腈(PAN)系、瀝青系及人造絲系等碳纖維。其中，從機械 強度優(yōu)異觀點的觀點出發(fā)，在本發(fā)明中優(yōu)選使用PAN系、瀝青系碳纖維。
[0029] 本發(fā)明中的碳纖維的單纖維的平均直徑優(yōu)選為3μπι以上，更優(yōu)選為5μπι以上。另外， 單纖維的平均直徑優(yōu)選為20μπι以下，更優(yōu)選為ΙΟμπι以下。當(dāng)平均直徑為3μπι以上時，細孔徑 增大，排水性提高，可抑制溢流。另一方面，當(dāng)平均直徑為20μπι以下時，水蒸氣擴散性變小， 高溫下的發(fā)電性能提高。另外，若使用具有不同平均直徑的2種以上的碳纖維，則可提高電 極基材的表面平滑性，故而優(yōu)選。
[0030] 在此，碳纖維中的單纖維平均直徑是通過掃描式電子顯微鏡等顯微鏡將碳纖維放 大1000倍以上進行照相攝影，隨機選取30根不同的單纖維，測量其直徑，再求出其平均值而 得到的。作為掃描式電子顯微鏡，可使用日立制作所(株)制S-4800或與其同等的產(chǎn)品。
[0031] 本發(fā)明中的碳纖維，其單纖維的平均長度優(yōu)選為3mm以上，更優(yōu)選為5mm以上。另 外，單纖維的平均長度優(yōu)選為20mm以下，更優(yōu)選為15mm以下。平均長度為3mm以上時，電極基 材的機械強度、導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性優(yōu)異，從而優(yōu)選。另一方面，平均長度為20mm以下時，抄紙 時的碳纖維的分散性優(yōu)異，可獲得均質(zhì)的電極基材，故而優(yōu)選。具有該平均長度的碳纖維可 通過將連續(xù)的碳纖維切成所希望的長度的方法等得到。
[0032]在此，碳纖維的平均長度是通過掃描式電子顯微鏡等顯微鏡將碳纖維放大50倍以 上，并進行照相攝影，隨機選取30根不同的單纖維，測量其長度，再求出其平均值而得到的。 作為掃描式電子顯微鏡，可采用(株）日立制作所制S-4800或與其同等的產(chǎn)品。此外，碳纖維 中的單纖維的平均直徑及平均長度通常是對作為原料的碳纖維直接觀察其碳纖維來測定 的，但也可以觀察電極基材來測定。
[0033]本發(fā)明中，電極基材的單位面積重量優(yōu)選為50g/m2以下這樣的低單位面積重量， 更優(yōu)選為45g/m2以下，進一步優(yōu)選為40g/m2以下。另外，電極基材的單位面積重量優(yōu)選為 20g/m2以上，更優(yōu)選為25g/m2以上，進一步優(yōu)選為30g/m2以上。電極基材的單位面積重量若 為20g/m 2以上，則構(gòu)成電極基材的碳纖維的單位面積的量更為合適，導(dǎo)電性進一步提高，所 得的氣體擴散電極基材的導(dǎo)電性更高，在高溫、低溫下，發(fā)電性能均進一步提高。另外，電極 基材的單位面積重量若為20g/m 2以上，則電極基材的機械強度進一步提高，更容易支持電 解質(zhì)膜、催化劑層。另一方面，電極基材的單位面積重量若為50g/m 2以下，則電極基材的垂 直于面的方向的氣體擴散性進一步提高，所得的氣體擴散電極基材的垂直于面的方向的氣 體擴散性更大，在高溫、低溫下，發(fā)電性能均進一步提高。
[0034] 具有該單位面積重量的電極基材通過在后述的制法中控制預(yù)浸體中的碳纖維單 位面積重量、樹脂成分相對于碳纖維的配合量而得到。此外，本發(fā)明中，將樹脂組合物含浸 于含碳纖維的抄紙體中的結(jié)構(gòu)記載為"預(yù)浸體"。在此，通過減少預(yù)浸體的碳纖維單位面積 重量，得到低單位面積重量的基材，通過增加碳纖維單位面積重量，得到高單位面積重量的 基材。另外，通過減小樹脂成分相對于碳纖維的配合量，得到低單位面積重量的基材，通過 增大樹脂成分的配合量，得到高單位面積重量的基材。此外，本發(fā)明中，單位面積重量是指 每單位面積的質(zhì)量。
[0035] 在此，電極基材的單位面積重量是使用電子天秤秤量的電極基材的質(zhì)量除以電極 基材的XY面的面積而獲得的。此外，以下，XY面是指基材面。此外，也可以將電極基材從氣體 擴散電極基材分離，并測定電極基材的單位面積重量。例如，可以將氣體擴散電極基材在大 氣中于600°C下加熱30分鐘，使氣體擴散電極基材中的微多孔層中所含的樹脂組合物氧化 分解后，在乙醇等溶劑中進行超聲波處理，由此去除微多孔層的殘渣后取出電極基材。 [0036]本發(fā)明中，氣體擴散電極基材的單位面積重量優(yōu)選為80g/m2以下，更優(yōu)選為50g/m2 以下。另外，氣體擴散電極基材的單位面積重量優(yōu)選為30g/m2以上，更優(yōu)選為35g/m2以上。在 氣體擴散電極基材的單位面積重量低于30g/m 2時，會成為構(gòu)成氣體擴散電極基材的碳纖 維、碳系填料的每單位面積的量減少、導(dǎo)電性低的氣體擴散電極基材，而在高溫、低溫下，均 有發(fā)電性能降低的情況。另一方面，在氣體擴散電極基材的單位面積重量超過80g/m 2時，由 于氣體擴散電極基材的面內(nèi)方向的氣體擴散性及垂直于面的方向的氣體擴散性均降低，所 以在高溫、低溫下，均有發(fā)電性能降低的情況。具有該單位面積重量的氣體擴散電極基材通 過控制電極基材的單位面積重量和微多孔層的單位面積重量而得到。
[0037]在此，氣體擴散電極基材的單位面積重量是使用電子天秤秤量的氣體擴散電極基 材的質(zhì)量除以氣體擴散電極基材的XY面的面積而得到的。
[0038]本發(fā)明中，電極基材內(nèi)部的細孔徑優(yōu)選為30μπι以上，更優(yōu)選為40μπι以上，進一步優(yōu) 選為50μηι以上。另外，電極基材內(nèi)部的細孔徑優(yōu)選為80μηι以下，更優(yōu)選為75μηι以下，進一步 優(yōu)選為7〇Wn以下。細孔徑若為30μηι以上，貝lj排水性進一步提高，能夠進一步抑制溢流。細孔 徑若為80μπι以下，則導(dǎo)電性更高，在高溫、低溫下，均可進一步提高發(fā)電性能。為了設(shè)為該細 孔徑范圍，包含單纖維的平均直徑為3μπι~8μπι的碳纖維、和單纖維的平均直徑超過8μπι的碳 纖維這兩者是有效的。
[0039] 在此，電極基材的細孔徑是通過水銀壓入法求得在測定壓力6kPa~414MPa(細孔 徑30nm~400μπι)的范圍測得的細孔徑分布的峰值徑而得到的。此外，出現(xiàn)多個峰值時，采用 最高峰的峰值直徑。作為測定裝置，可采用島津制作所制才一卜求79520或與其同等的產(chǎn) 品。
[0040]本發(fā)明中，電極基材的厚度優(yōu)選為160μηι以下，更優(yōu)選為140μηι以下，進一步優(yōu)選為 120μηι以下。另外，電極基材的厚度優(yōu)選為50μηι以上，更優(yōu)選為60μηι以上，進一步優(yōu)選為70μηι 以上。電極基材的厚度若為160μηι以下，則排水路徑縮短，因此，排水性進一步提尚，能夠進 一步抑制溢流，并且，導(dǎo)電路徑縮短，導(dǎo)電性進一步提高，在高溫、低溫下，發(fā)電性能均進一 步提尚。另外，電極基材的厚度若為160ym以下，則在將碳涂布液涂布于電極基材時，由于碳 涂布液容易向與涂布碳涂布液的面相反側(cè)滲出，所以能夠通過碳涂布液的涂布工序進行碳 系填料向碳纖維的附著，能夠提高氣體擴散電極基材的生產(chǎn)性。另一方面，電極基材的厚度 若為50μπι以上，則面內(nèi)方向的氣體擴散進一步提高，可以更容易地向位于隔板的肋下的催 化劑供給氣體，因此，在高溫、低溫下，發(fā)電性能均進一步提高。另外，電極基材的厚度若為 50μπι以上，則電極基材的機械強度進一步提高，更容易支持電解質(zhì)膜、催化劑層。
[0041] 具有該厚度的電極基材通過在后述的制法中控制熱處理時的厚度而得到。在此， 電極基材的厚度可以在以表面壓力〇.15MPa加壓的狀態(tài)下，使用測微計求得。將10處的單獨 的測定值加以平均所得的值作為其厚度。
[0042] 此外，也可以將電極基材從氣體擴散電極基材分離，并測量電極基材的厚度。例 如，可以將氣體擴散電極基材在大氣中于600 °C下加熱30分鐘，使氣體擴散電極基材中的微 多孔層中所含的樹脂組合物氧化分解后，在乙醇等溶劑中進行超聲波處理，由此去除微多 孔層的殘渣后再取出電極基材。
[0043] 就本發(fā)明中使用的電極基材而言，相對于上述電極基材的形成有微多孔層的那一 偵啲表面粗糙度，其相反側(cè)的表面粗糙度更大，且它們的差優(yōu)選為1. Own以上，更優(yōu)選為2.0 Mi以上，進一步優(yōu)選為2.5μπι以上。如果在電極基材的表面和背面的表面粗糙度有一定的 差，則將碳涂布液涂布于電極基材時，碳涂布液容易向與涂布碳涂布液的面相反側(cè)滲出，因 此，能夠通過碳涂布液的涂布工序進行碳系填料向碳纖維上的附著，提高氣體擴散電極基 材的生產(chǎn)性。另一方面，該表面粗糙度的差優(yōu)選為5.Ομπι以下，更優(yōu)選為4.5μπι以下，進一步 優(yōu)選為4.Ομπι以下。由于該表面粗糙度的差為5.Ομπι以下，從而電極基材的機械強度進一步 提高，更容易支持電解質(zhì)膜、催化劑層。在此，電極基材的表面粗糙度可通過使用激光顯微 鏡等，在電極基材的表面測定5mm見方的范圍，再進行面斜率校正，之后求出表面的算術(shù)平 均粗糙度(Ra) [μπι]而得到。
[0044] 本發(fā)明中，氣體擴散電極基材的厚度優(yōu)選為190μπι以下，更優(yōu)選為170μπι以下，進一 步優(yōu)選為150μηι以下。另外，氣體擴散電極基材的厚度優(yōu)選為70μηι以上，更優(yōu)選為80μηι以上， 進一步優(yōu)選為90μπι以上。氣體擴散電極基材的厚度若為70μπι以上，則面內(nèi)方向的氣體擴散 進一步提高，可更容易向位于隔板的肋下的催化劑供給氣體，因此，在低溫、高溫下，發(fā)電性 能均進一步提高。另一方面，氣體擴散電極基材的厚度若為190μπι以下，則排水性進一步提 高，能夠進一步抑制溢流，并且，用于導(dǎo)電的路徑縮短，導(dǎo)電性進一步提高，在高溫、低溫下， 發(fā)電性能均進一步提高。具有該厚度的氣體擴散電極基材可通過控制電極基材的厚度和微 多孔層的厚度而得到。
[0045] 在此，氣體擴散電極基材的厚度可以在以表面壓力0.15MPa加壓的狀態(tài)下，利用測 微計求出。將10處的單獨的測定值加以平均所得的值作為厚度。
[0046] 本發(fā)明中，需要在電極基材的一面配置有微多孔層。微多孔層需要有用于將所供 給的氣體從隔板向催化劑擴散的高的垂直于面的方向的氣體擴散性、用于將伴隨電化學(xué)反 應(yīng)而產(chǎn)生的液態(tài)水向隔板排出的高的排水性、用于將所產(chǎn)生的電流導(dǎo)出的高的導(dǎo)電性。進 而，還具有促進水分向電解質(zhì)膜的逆擴散，潤濕電解質(zhì)膜的功能。本發(fā)明中，微多孔層僅配 置于電極基材的一面是重要的。當(dāng)微多孔層配置于電極基材的兩面時，由于在電極基材和 隔板之間配置有疏水性比電極基材高的微多孔層，所以會阻礙來自電極基材內(nèi)部的排水， 導(dǎo)致低溫下的發(fā)電性能降低。
[0047] 本發(fā)明中，微多孔層的單位面積重量優(yōu)選為35g/m2以下，更優(yōu)選為30g/m2以下，進 一步優(yōu)選為25g/m 2以下。另外，微多孔層的單位面積重量優(yōu)選為10g/m2以上，更優(yōu)選為12g/ m2以上，進一步優(yōu)選為14g/m 2以上。微多孔層的單位面積重量若為10g/m2以上，則可進一步 覆蓋電極基材表面，可進一步促進生成水的逆擴散，能夠抑制電解質(zhì)膜的干涸。另外，微多 孔層的單位面積重量若為35g/m 2以下，則排水性進一步提高，能夠進一步抑制溢流。
[0048] 從提高導(dǎo)電性和排水性觀點出發(fā)，微多孔層由包含碳系填料和氟樹脂的多孔體構(gòu) 成。
[0049] 作為碳系填料，可使用碳黑、線狀碳等。作為碳黑，優(yōu)選使用體積電阻低、純度高的 乙炔黑。作為線狀碳，優(yōu)選使用縱橫比為30~5000的線狀碳。優(yōu)選為并用該碳黑和該線狀 碳。通過使用該線狀碳，相較于僅使用碳黑作為碳系填料的情況，微多孔層的空隙率提高， 使垂直于面的方向的氣體擴散性改善，因此，能夠抑制溢流。在并用碳黑和線狀填料作為碳 系填料時，相較于僅使用線狀碳作為碳系填料的情況，可以在涂布碳涂布液時促進碳涂布 液向電極基材的滲入，更容易引起碳系填料向碳纖維的附著，能夠縮小滑移角。線狀碳相對 于碳系填料的混合質(zhì)量比優(yōu)選為0.05以上，更優(yōu)選為0.15以上，進一步優(yōu)選為0.2以上。另 外，線狀碳相對于碳系填料的混合質(zhì)量比優(yōu)選為0.8以下，更優(yōu)選為0.7以下，進一步優(yōu)選為 0.65以下。
[0050]進而，通過使用縱橫比為30~5000的線狀碳，微多孔層的導(dǎo)電路徑縮短，從而電阻 變小。線狀碳的縱橫比若為30以上，則碳涂布液中的線狀碳的交纏增加，碳涂布液的粘度增 加。其結(jié)果，碳涂布液向電極基材的滲入成適度的狀態(tài)，微多孔層的表面粗糙度減小，氣體 擴散電極基材的電阻變小。另一方面，線狀碳的縱橫比若為5000以下，則碳涂布液中的線狀 碳的交纏成為適度的狀態(tài)，在碳涂布液中不易引起固體成分的凝聚、沉降。本發(fā)明中，線狀 碳的縱橫比更優(yōu)選為3000以下，進一步優(yōu)選為1000以下。另外，線狀碳的縱橫比更優(yōu)選為35 以上，進一步優(yōu)選為40以上。
[0051] 在此，線狀碳的縱橫比是指平均長度(μπι)/平均直徑(μπι)。平均長度是利用掃描式 電子顯微鏡、透射式電子顯微鏡等顯微鏡，放大1000倍以上以進行照相攝影，隨機選取10個 不同的線狀碳，測量其長度，求出平均值而得到的，平均直徑是利用掃描式電子顯微鏡、透 射式電子顯微鏡等顯微鏡，放大1000倍以上以進行照相攝影，隨機選取10個不同的線狀碳， 測量其直徑，求出平均值而得到的。作為掃描式電子顯微鏡，可使用（株）日立制作所制S-4800或與其同等的產(chǎn)品。
[0052] 作為線狀碳，可舉出氣相生長碳纖維、單層碳納米管、雙層碳納米管、多層碳納米 管、碳納米角、碳納米卷、疊杯型碳納米管、竹節(jié)狀碳納米管、石墨納米纖維。其中，從可增加 縱橫比，導(dǎo)電性、機械特性優(yōu)異的觀點出發(fā)，可舉出氣相生長碳纖維、單層碳納米管、雙層碳 納米管、多層碳納米管作為較適合用于本發(fā)明中的纖維狀碳。氣相生長碳纖維是指使氣相 中的碳通過催化劑生長而成的纖維，優(yōu)選為平均直徑為5nm~200nm、平均纖維長度為Ιμπι~ 20μπι的范圍的纖維。
[0053] 本發(fā)明中，從促進液態(tài)水的排放、耐腐蝕性優(yōu)異的觀點出發(fā)，微多孔層包含氟樹 月旨。作為氟樹脂，可舉出聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-全 氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)等。其中，優(yōu)選使用熔點為200°C以上320Γ以下的氟樹脂。在 使用這種氟樹脂時，氟樹脂在熔融時呈低粘度，氟樹脂的偏置較少，發(fā)電性能提高。作為這 種氟樹脂，可舉出FEP或PFA，特別優(yōu)選為FEP。
[0054] 氟樹脂的含量，以相對于碳系填料的質(zhì)量比率計，優(yōu)選為5質(zhì)量％以上，更優(yōu)選為 10質(zhì)量％以上，進一步優(yōu)選為15質(zhì)量％以上。另外，氟樹脂的含量以相對于碳系填料的質(zhì)量 比率計，優(yōu)選為50質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為35重量％以下，進一步優(yōu)選為30質(zhì)量％以下。通過 使氟樹脂的含量在該范圍，可以維持充分的疏水性，同時可進一步提高微多孔層的氣體擴 散性。
[0055] 本發(fā)明中，優(yōu)選在從氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè)能夠觀察到 的碳纖維表面附著有碳系填料。進而，作為該碳系填料，優(yōu)選為包含上述的縱橫比為30~ 5000的線狀碳。在此，碳系填料是否附著的確認(rèn)例如可根據(jù)以下順序來進行。首先，對與氣 體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè)表面的碳纖維以2000倍的觀察倍率進行照 相攝影。作為掃描式電子顯微鏡，可使用(株）日立制作所制S-4800或與其同等的產(chǎn)品。對于 上述表面的碳纖維的圖像，從氣體擴散電極基材隨機對不同的10處進行照相攝影。然后以 目視確認(rèn)在得到的各圖像的碳纖維上是否存在碳系填料，如果可以在1張以上的照片中確 認(rèn)出碳系填料，則判斷為在碳纖維表面附著有碳系填料。
[0056]通過在碳纖維表面附著碳系填料，在碳纖維表面形成凹凸，從而疏水性提高。然 而，碳纖維表面的碳系填料的附著量增加時，電極基材的細孔會堵塞而導(dǎo)致排水性降低，因 此，優(yōu)選將碳系填料的附著量控制在與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè)的 電極基材表面具有直徑?〇μπι以上的細孔的程度。另外，上述電極基材表面的細孔的直徑更 優(yōu)選為20μηι以上，進一步優(yōu)選為30μηι以上。
[0057]在此，與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè)的電極基材表面的細孔 徑通過掃描式電子顯微鏡進行測定。從與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè) 的電極基材表面隨機選取10處，以400倍的觀察倍率進行照相攝影，在各圖像中測量細孔的 直徑。對于非圓形的細孔，以內(nèi)切圓的直徑作為細孔的直徑。作為掃描式電子顯微鏡，可使 用(株）日立制作所制S-4800或與其同等的產(chǎn)品。在得到的圖像內(nèi)存在多個細孔的情況下， 使用細孔的直徑最大的細孔。以各圖像中得到的值的平均作為細孔的直徑。
[0058]作為上述碳系填料對碳纖維表面的附著量的指標(biāo)，可使用上述碳系填料在碳纖維 表面的被覆率。即，從與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè)能夠觀察到的該 被覆率優(yōu)選在1~70 %的范圍內(nèi)。該被覆率優(yōu)選為50 %以下，進一步優(yōu)選為30%以下。另外， 該被覆率更優(yōu)選為6 %以上，進一步優(yōu)選為8 %以上。上述被覆率若為1 %以上，則在碳纖維 表面形成凹凸，從而疏水性提高。另外，上述被覆率若為70%以下，則電極基材的細孔不易 堵塞，因此，成為垂直于面的方向的氣體擴散性高、發(fā)電性能高的氣體擴散電極基材。
[0059]在此，碳系填料在碳纖維表面的被覆率例如可根據(jù)以下順序求出。首先，對與氣體 擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè)表面的碳纖維以2000倍的觀察倍率進行照相 攝影。作為掃描式電子顯微鏡，可使用(株）日立制作所制S-4800或與其同等的產(chǎn)品。從氣體 擴散電極基材隨機選取不同的部位進行照相攝影直至獲得10張上述表面的碳纖維的圖像。 接著，從得到的圖像切出碳纖維部分，進行二值化。二值化的方法有多種，在可以明確判別 由碳系填料被覆的部分和未由碳系填料被覆的部分的情況下，也可以采用目視判別的方 法，但在本發(fā)明中，優(yōu)選采用使用圖像處理軟件等的方法。在此，作為圖像處理軟件，可使用 Adobe System公司制Adobe "PHOTOSHOP"（注冊商標(biāo))或者JTrim。接著，對使用Jtrim vl .53c 時的處理方法進行說明。優(yōu)選的是，在各圖像中，進行了標(biāo)準(zhǔn)化處理后，以閾值128進行二階 調(diào)化，而得到二值化圖像。在得到的各二值化圖像中，算出由碳系填料被覆的部分的面積相 對于碳纖維的面積（由碳系填料被覆的部分和未由碳系填料被覆的部分的面積之和）的比 例（％ )，求取其平均值，作為上述的被覆率。用圖像處理軟件進行二值化時，在因碳纖維的 形狀效果而使碳纖維的側(cè)面部分變白的情況下，優(yōu)選在切出碳纖維部分時，去除碳纖維側(cè) 面0.5μπι的量。在用圖像處理軟件求取面積的比例時，優(yōu)選計數(shù)像素數(shù)來算出。
[0060] 本發(fā)明中，在從與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè)能夠觀察到的 碳纖維表面及碳系填料表面，優(yōu)選存在氟樹脂。通過是否檢測出氟，可確認(rèn)氟樹脂的存在。 由于在從與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè)能夠觀察到的碳纖維表面及 碳系填料表面具有氟樹脂，從而與形成有微多孔層的面相反側(cè)的面顯示滑移角30度以下的 較強的疏水性。在此，氟的檢測可使用掃描式電子顯微鏡(SEM) -EDX測定，以加速電壓1 OkV、 放大倍率400倍以上的條件進行測定。在通過測定得到的光譜資料中，將在0.68~0.69keV 觀測到峰的情況定義為檢測出氟。作為掃描式電子顯微鏡，可使用（株）日立制作所制S-4800或與其同等的產(chǎn)品。作為能量分散型X射線分析裝置，可使用(株)堀場制作所EX-220SE 或與其同等的產(chǎn)品。
[0061] 本發(fā)明中，微多孔層的空隙率優(yōu)選為60%以上，更優(yōu)選為65%以上，進一步優(yōu)選為 70%以上。另外，微多孔層的空隙率優(yōu)選為85%以下，更優(yōu)選為80%以下，進一步優(yōu)選為 75%以下?？障堵嗜魹?0%以上，則排水性進一步提高，能夠進一步抑制溢流?？障堵嗜魹?85%以下，則水蒸氣擴散性更小，可進一步抑制干涸。此外，導(dǎo)電性高，在高溫、低溫下，發(fā)電 性能均提尚。
[0062] 具有該空隙率的微多孔層可通過在后述的制法中，控制微多孔層的單位面積重 量、碳系填料相對于氟樹脂、其它材料的配合量、碳系填料的種類、及微多孔層的厚度而得 到。其中，控制碳系填料相對于氟樹脂、其它材料的配合量、碳系填料的種類是有效的。在 此，通過增大碳系填料相對于氟樹脂、其它材料的配合量，可以得到高空隙率的微多孔層， 通過減小碳系填料相對于氟樹脂、其它材料的配合量，可以得到低空隙率的微多孔層。
[0063] 在此，微多孔層的空隙率是使用利用離子束剖面加工裝置的剖面觀察用樣品，通 過掃描式電子顯微鏡等顯微鏡，將截面放大1〇〇〇倍以上以進行照相攝影，測量空隙部分的 面積，求得空隙部分相對于觀察面積的面積比而得到的。作為掃描式電子顯微鏡，可使用 (株）日立制作所制S-4800或與其同等的產(chǎn)品。
[0064] 本發(fā)明中，需在電極基材的一面配置有微多孔層，但從可降低氣體擴散電極基材 的滑移角及可降低隔板和氣體擴散電極基材間的電阻的觀點出發(fā)，優(yōu)選一部分的微多孔層 含埋于電極基材。
[0065] 本發(fā)明中，作為抗阻塞性的指標(biāo)，使用與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的 面相反側(cè)的面的水的滑移角。上述滑移角越小，抗阻塞性越高?；平切枰獮?0度以下，更 優(yōu)選為25度以下，進一步優(yōu)選為20度以下。滑移角若為30度以下，則在燃料電池的發(fā)電時可 抑制流經(jīng)流路內(nèi)的液態(tài)水附著于氣體擴散電極基材，可以使流路內(nèi)的液態(tài)水迅速地排出， 抗阻塞性提高?；平鞘侵甘古c氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè)朝上呈水 平，在上述面上載置1 OyL純水，以1度/秒的速度傾斜時，純水開始滾落的角度?；平强墒?用協(xié)和界面科學(xué)(株)制自動接觸角計DM-501或與其同等的產(chǎn)品來測定。
[0066] 具有該滑移角的氣體擴散電極基材可通過在后述的制法中控制線狀碳相對于碳 系填料的混合質(zhì)量比、氟樹脂的種類和配合量、碳系填料在碳纖維表面的被覆率、涂布碳涂 布液后至進行干燥為止的水平保持時間等而得到。其中，控制氟樹脂的配合量、碳系填料在 碳纖維表面的被覆率是有效的。在此，通過增大氟樹脂的配合量、碳系填料在碳纖維表面的 被覆率，可以減小滑移角。
[0067] 本發(fā)明中，使用垂直于面的方向的氣體透過阻力作為垂直于面的方向的氣體擴散 性的指標(biāo)。氣體擴散電極基材的垂直于面的方向的氣體透過阻力越小，垂直于面的方向的 氣體擴散性越高。垂直于面的方向的氣體透過阻力需要在15~190_Aq的范圍內(nèi)。垂直于面 的方向的氣體透過阻力更優(yōu)選為180_Aq以下，進一步優(yōu)選為170_Aq以下。另外，垂直于面 的方向的氣體透過阻力更優(yōu)選為25mmAq以上，進一步優(yōu)選為50mmAq以上。當(dāng)垂直于面的方 向的氣體透過阻力為15mmAq以上時，可進一步縮小水蒸氣擴散性，可進一步抑制電解質(zhì)膜 的干涸。另外，當(dāng)垂直于面的方向的氣體透過阻力為190mmAq以下時，垂直于面的方向的氣 體擴散性進一步提高，更容易在從低溫至高溫的廣泛溫度范圍顯示高的發(fā)電性能。其中，氣 體擴散電極基材的垂直于面的方向的氣體透過阻力可以如下測定。即，使用從氣體擴散電 極基材切出的直徑4.7cm的圓形樣品，用差壓計測定使空氣以58cc/min/cm 2的流速從微多 孔層側(cè)的面透過其相反面時的、微多孔層側(cè)的面和其相反面的差壓，并設(shè)為垂直于面的方 向的氣體透過阻力。此外，由于無法取得氣體擴散電極基材單體等原因，從而在無法求出氣 體擴散電極基材的垂直于面的方向的氣體透過阻力時，可從膜電極接合體中取出氣體擴散 電極基材，根據(jù)上述的方法求出氣體擴散電極基材的垂直于面的方向的氣體透過阻力。
[0068] 具有該垂直于面的方向的氣體透過阻力的氣體擴散電極基材可通過在后述的制 法中控制電極基材及氣體擴散電極基材的單位面積重量、電極基材及氣體擴散電極基材的 空隙率、碳涂布液的滲入等而得到。在此，通過減小電極基材及氣體擴散電極基材的單位面 積重量、和/或增大電極基材及氣體擴散電極基材的空隙率，可以減小垂直于面的方向的氣 體透過阻力。
[0069]本發(fā)明中，對氣體擴散電極基材以IMPa加壓的狀態(tài)下的垂直于面的方向的電阻優(yōu) 選為7.4ηιΩ .cm2以下，更優(yōu)選為7ηιΩ .cm2以下，進一步優(yōu)選為6.5ηιΩ .cm2以下。由于電阻為 7.4m Ω . cm2以下，從而可減小燃料電池的電阻過電壓，燃料電池堆棧的發(fā)電性能提高。要降 低電阻，可通過增大上述碳系填料在碳纖維表面的被覆率、或減小氟樹脂的配合量來調(diào)整。 另外，對氣體擴散電極基材以IMPa加壓的狀態(tài)下的垂直于面的方向的電阻的下限沒有特別 限定，為降低電阻而過度增大上述碳系填料在碳纖維表面的被覆率時，垂直于面的方向的 氣體擴散阻力增大，過度減小氟樹脂的配合量時，滑移角變大，因此，優(yōu)選為限制在2πιΩ ? cm2左右。
[0070]接著，作為電極基材，以由碳纖維抄紙體得到的碳纖維燒成體為例，對適于獲得本 發(fā)明的氣體擴散電極基材的方法進行具體說明。
[0071 ]〈抄紙體、及抄紙體的制造方法〉
[0072] 為了獲得含有碳纖維的抄紙體，可以使用使碳纖維分散于液體中而制造的濕式抄 紙法、或分散于空氣中而制造的干式抄紙法等。其中，從生產(chǎn)性優(yōu)異的觀點出發(fā)，優(yōu)選使用 濕式抄紙法。
[0073] 為了提高電極基材的排水性、面內(nèi)方向氣體擴散性，可以在碳纖維中混合有機纖 維進行抄紙。作為有機纖維，可以使用聚乙烯纖維、維尼綸纖維、聚縮醛纖維、聚酯纖維、聚 酰胺纖維、人造絲纖維、乙酸酯纖維等。
[0074]另外，出于提高抄紙體的形態(tài)保持性、操作性的目的，可以包含有機高分子作為粘 合劑。在此，作為有機高分子，可以使用聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯腈、纖維素等。 [0075]出于各向同性地保持面內(nèi)的導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性的目的，抄紙體優(yōu)選為碳纖維隨機 分散于二維平面內(nèi)而成的片狀。
[0076]抄紙體中得到的空隙徑分布雖然受到碳纖維的含有率、分散狀態(tài)的影響，但可以 形成為大致20μηι~500μηι左右的大小。
[0077]抄紙體優(yōu)選碳纖維的單位面積重量為10g/m2以上，更優(yōu)選為15g/m2以上，進一步優(yōu) 選為20g/m2以上。另外，抄紙體中，碳纖維的單位面積重量優(yōu)選為40g/m2以下，更優(yōu)選為35g/ m2以下，進一步優(yōu)選為30g/m2以下。碳纖維的單位面積重量若為10g/m2以上，則電極基材的 機械強度優(yōu)異，從而優(yōu)選。碳纖維的單位面積重量若為40g/m 2以下，則電極基材的面內(nèi)方向 的氣體擴散性和排水性優(yōu)異，從而優(yōu)選。此外，在貼合多片抄紙體時，優(yōu)選貼合后的碳纖維 的單位面積重量在上述的范圍內(nèi)。
[0078]在此，抄紙體中的碳纖維單位面積重量可通過將切成10cm見方的抄紙體在氮氣環(huán) 境下保持于溫度450°C的電爐內(nèi)15分鐘，將去除有機物而得到的殘渣的質(zhì)量除以抄紙體的 面積(0.01m2)而求出。
[0079]〈樹脂組合物的含浸〉
[0080] 通過在含有碳纖維的抄紙體中含浸樹脂組合物而形成預(yù)浸體。作為將樹脂組合物 含浸于含有碳纖維的抄紙體的方法，可使用：將抄紙體浸漬于含有樹脂組合物的溶液中的 方法、將含有樹脂組合物的溶液涂布于抄紙體的方法、將由樹脂組合物構(gòu)成的薄膜重疊于 抄紙體并進行轉(zhuǎn)印的方法等。其中，從生產(chǎn)性優(yōu)異的觀點出發(fā)，優(yōu)選使用將抄紙體浸漬于含 有樹脂組合物的溶液中的方法。
[0081] 本發(fā)明中使用的樹脂組合物優(yōu)選在燒成時進行碳化而成為導(dǎo)電性的碳化物。樹脂 組合物是指可根據(jù)需要在樹脂成分中添加溶劑等而成的組合物。在此，樹脂成分是指包含 熱固化性樹脂等的樹脂，進一步根據(jù)需要包含碳系填料、表面活性劑等的添加物而成的成 分。
[0082] 更詳言而言，樹脂組合物中所含的樹脂成分的碳化收率優(yōu)選為40質(zhì)量％以上。碳 化收率為40質(zhì)量％以上時，電極基材的機械特性、導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性優(yōu)異，從而優(yōu)選。
[0083] 作為構(gòu)成樹脂成分的樹脂，可舉出酚樹脂、環(huán)氧樹脂、三聚氰胺樹脂、呋喃樹脂等 熱固化性樹脂等。其中，從碳化收率高的觀點出發(fā)，優(yōu)選使用酚樹脂。另外，作為可根據(jù)需要 添加于樹脂成分的添加物，出于提高電極基材的機械特性、導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性的目的，可以 包含碳系填料。在此，作為碳系填料，可以使用碳黑、碳納米管、納米碳纖維、碳纖維的磨碎 纖維、石墨、薄片石墨等。
[0084] 本發(fā)明中使用的樹脂組合物也可以直接使用通過上述構(gòu)成得到的樹脂成分，根據(jù) 需要，出于提高對抄紙體的含浸性的目的，可以包含各種溶劑。在此，作為溶劑，可使用甲 醇、乙醇、異丙醇等。
[0085]本發(fā)明中使用的樹脂組合物優(yōu)選為在25°C且0.1 MPa的狀態(tài)下為液狀。為液狀時， 對于抄紙體的含浸性優(yōu)異，電極基材的機械特性、導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性優(yōu)異，故而優(yōu)選。
[0086]相對于100質(zhì)量份的碳纖維，優(yōu)選含浸30~400質(zhì)量份的樹脂成分，更優(yōu)選含浸50 ~300質(zhì)量份的樹脂成分。如果樹脂成分的含浸量為30質(zhì)量份以上，則電極基材的機械特 性、導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性優(yōu)異，從而優(yōu)選。另一方面，如果樹脂成分的含浸量為400質(zhì)量份以下， 則電極基材的面內(nèi)方向的氣體擴散性和垂直于面的方向的氣體擴散性優(yōu)異，從而優(yōu)選。 [0087]〈貼合、熱處理〉
[0088] 可以在含有碳纖維的抄紙體中含浸樹脂組合物，來形成預(yù)浸體，然后可以在進行 碳化之前，先進行預(yù)浸體的貼合或熱處理。
[0089] 出于將電極基材形成規(guī)定厚度的目的，可以貼合多片的預(yù)浸體。該情況下，可以貼 合多片具有同一性狀的預(yù)浸體，也可以貼合多片具有不同性狀的預(yù)浸體。具體而言，也可以 貼合碳纖維的平均直徑、平均長度、抄紙體的碳纖維單位面積重量、樹脂成分的含浸量等不 同的多片預(yù)浸體。
[0090] 出于將樹脂成分進行增稠、部分交聯(lián)的目的，可以將預(yù)浸體進行熱處理。作為熱處 理的方法，可以使用噴吹熱風(fēng)的方法、夾持于加壓裝置等的熱板間進行加熱的方法、夾持于 連續(xù)帶進行加熱的方法等。
[0091 ]〈碳化〉
[0092]將樹脂組合物浸漬于含有碳纖維的抄紙體后，為了進行碳化，在惰性氣體環(huán)境下 進行燒成。該燒成可以使用間歇式加熱爐，也可以使用連續(xù)式加熱爐。另外，惰性氣體環(huán)境 可以通過將氮氣、氬氣等惰性氣體流通于爐內(nèi)而得到。
[0093]本發(fā)明中，燒成的最高溫度優(yōu)選在1300 °C~3000 °C的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在1700 °C~ 3000°C的范圍內(nèi)，進一步優(yōu)選在1900°C~3000°C的范圍內(nèi)。在該最高溫度為1300°C以上時， 樹脂成分會進行碳化，電極基材的導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性優(yōu)異，從而優(yōu)選。另一方面，該最高溫度 為3000°C以下時，加熱爐的運轉(zhuǎn)成本變低，所以優(yōu)選。
[0094] 在燒成時，升溫速度優(yōu)選在80°C/分鐘~5000°C/分鐘的范圍內(nèi)。當(dāng)升溫速度為80 °C以上時，由于生產(chǎn)性優(yōu)異，故而優(yōu)選。另一方面，當(dāng)升溫速度為5000°C以下時，由于樹脂成 分的碳化緩緩地進行而形成致密的構(gòu)造，所以電極基材的導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性優(yōu)異，故而優(yōu) 選。
[0095] 此外，本發(fā)明中，將樹脂組合物含浸于含有碳纖維的抄紙體后進行碳化而成的材 料記載為"碳纖維燒成體"。
[0096] 〈疏水加工〉
[0097] 如后述，使碳系填料附著于從與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè) 能夠觀察到的碳纖維表面時，在碳涂布液的涂布前，使電極基材浸漬于包含碳系填料和氟 樹脂的含浸液的情況下，出于提高排水性的目的，也可以對碳纖維燒成體實施疏水加工。另 一方面，如后述，在使碳系填料附著于從與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反 側(cè)能夠觀察到的碳纖維表面時，在通過涂布碳涂布液而使碳涂布液的一部分滲入至電極基 材來進行的情況下，優(yōu)選在對電極基材涂布碳涂布液之前，不實施疏水加工。
[0098]疏水加工可通過將氟樹脂涂布于碳纖維燒成體并進行熱處理來進行。在此，作為 氟樹脂，可舉出聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-全氟烷基 乙烯基醚共聚物(PFA)等。氟樹脂的涂布量相對于碳纖維燒成體100質(zhì)量份，優(yōu)選為1~50質(zhì) 量份，更優(yōu)選為3~40質(zhì)量份。當(dāng)氟樹脂的涂布量為1質(zhì)量份以上時，電極基材的排水性優(yōu) 異，從而優(yōu)選。另一方面，當(dāng)氟樹脂的涂布量為50質(zhì)量份以下時，電極基材的導(dǎo)電性優(yōu)異，從 而優(yōu)選。在氟樹脂涂布后，優(yōu)選在90 °C以上且低于200°C下進行干燥，但不應(yīng)在碳涂布液的 涂布前進行燒結(jié)。具體而言，應(yīng)避免在200°C以上的熱處理。對涂布了氟樹脂的電極基材在 200°C以上的溫度下進行熱處理時，附著于氟樹脂周圍的表面活性劑熱分解，電極基材呈疏 水性。通過在90°C以上且低于200°C下進行氟樹脂涂布后的干燥，促進碳涂布液向電極基材 的滲入，碳系填料對碳纖維的附著所需的時間為短時間。
[0099]此外，碳纖維燒成體相當(dāng)于"電極基材"。如上所述，碳纖維燒成體可根據(jù)需要實施 疏水加工，但在本發(fā)明中，實施了疏水加工的碳纖維燒成體也相當(dāng)于"電極基材"（未實施疏 水加工的碳纖維燒成體當(dāng)然相當(dāng)于"電極基材"）。
[0100]〈微多孔層的形成〉
[0101] 微多孔層可通過在電極基材的一面涂布包含碳系填料、氟樹脂及分散介質(zhì)的碳涂 布液而形成。此外，作為此時的電極基材，厚度為160μπι以下較合適。
[0102] 碳涂布液中也可以含有表面活性劑等分散助劑。作為分散介質(zhì)，可使用水或有機 溶劑等，但使用乙二醇等醇類作為分散介質(zhì)時，碳涂布液向電極基材的滲入過快而不易進 行控制，因此，作為分散介質(zhì)優(yōu)選使用水。分散助劑更優(yōu)選使用非離子性的表面活性劑。另 外，作為碳系填料，優(yōu)選使用如上述的特定縱橫比的線狀碳，但也可以含有除此之外的各種 碳系填料。
[0103] 碳涂布液對電極基材的涂布可使用市售的各種涂布裝置來進行。作為涂布方式， 可以使用網(wǎng)版印刷、旋轉(zhuǎn)網(wǎng)版印刷、噴灑噴霧、凹版印刷、照相凹版印刷、模涂機涂布、棒式 涂布、刀涂布、刮刀涂布等。以上例示的涂布方法僅為例示，并非限定于此。
[0104] 為了使碳系填料附著于從氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面的相反側(cè)能 夠觀察到的碳纖維表面，可以通過上述碳涂布液的涂布使碳涂布液的一部分滲入至電極基 材來進行，也可以通過在上述碳涂布液的涂布前，將電極基材浸漬于包含碳系填料和氟樹 脂的含浸液并加以干燥而使其附著，為了提高氣體擴散電極基材的生產(chǎn)性，優(yōu)選為通過上 述碳涂布液的涂布使碳涂布液的一部分滲入至電極基材來進行。
[0105] 使碳系填料附著于從氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面的相反側(cè)能夠觀 察到的碳纖維表面時，在通過碳涂布液的涂布使碳涂布液的一部分滲入至電極基材來進行 的情況下，優(yōu)選在對電極基材涂布碳涂布液之前，不實施疏水加工(未涂布氟樹脂）。由于未 進行疏水加工，所以可以促進碳涂布液向電極基材的滲入，碳系填料對碳纖維的附著所需 的時間為短時間。進而，能夠消減疏水加工的工序，所以氣體擴散電極基材的生產(chǎn)性提高。
[0106] 對電極基材涂布碳涂布液后到進行干燥前，優(yōu)選為以10秒以上且低于5分鐘的時 間將涂布有碳涂布液的氣體擴散電極基材保持水平。即，以ΧΥ面呈水平的方式保持該氣體 擴散電極基材。在此，水平是指能夠以基材內(nèi)的碳涂布液在面內(nèi)不移動的程度保持水平的 平面。通過保持水平10秒以上，碳涂布液滲入至電極基材，在碳纖維表面附著有碳系填料。 通過保持時間低于5分鐘，氣體擴散電極基材的生產(chǎn)性提高。在此，碳涂布液的粘度優(yōu)選在1 ~25Pa. s的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在2~20Pa. s的范圍內(nèi)，進一步優(yōu)選在3~15Pa. s的范圍內(nèi)。粘度 通過剪率-剪應(yīng)力制控型粘度計進行測定。在碳涂布液調(diào)溫成23°C的粘度計中使用圓錐角1 度的圓錐體，測量剪率17JT 1下的粘度。作為剪率-剪應(yīng)力制控型粘度計，可以使用t''只3テッ 夕（株)制剪率-剪應(yīng)力制控型流變儀RC30型與其同等的產(chǎn)品。
[0107] 在碳涂布液對電極基材涂布后，為了去除分散介質(zhì)，優(yōu)選在80~150°C的溫度下烘 干涂布液。即，將涂布物投入至設(shè)定為80~150°C的溫度的干燥器，以5~30分鐘的范圍進行 干燥。干燥風(fēng)量只要適當(dāng)決定即可，劇烈的干燥由于有時會在微多孔層的表面誘發(fā)微小裂 痕，所以不優(yōu)選。這樣，碳涂布液中的固體成分(碳系填料、氟樹脂、表面活性劑等)在干燥后 殘留下來。
[0108] 干燥后的涂布物投入至馬弗爐、燒成爐或高溫型干燥機，在300~380 °C進行5~20 分鐘的加熱，使氟樹脂熔融，成為碳系填料彼此的粘合劑而進行燒結(jié)。通過進行燒結(jié)，表面 活性劑熱分解，形成包含碳系填料和氟樹脂的多孔體即微多孔層。
[0109] 在碳涂布液的涂布工序或疏水加工工序任一工序中，在使用四氟乙烯-六氟丙烯 共聚物(FEP)作為氟樹脂的情況下，馬弗爐、燒成爐或高溫型的干燥機的溫度優(yōu)選為370°C 以下。通過設(shè)為370°C以下的溫度，可以抑制四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)的熱分解。 [0110]〈膜電極接合體〉
[0111]通過將上述的氣體擴散電極基材接合于兩面具有催化劑層的固體高分子電解質(zhì) 膜的至少一面，可構(gòu)成膜電極接合體。此時，通過將微多孔層配置在催化劑層側(cè)，更容易引 起生成水的逆擴散，而且，催化劑層與氣體擴散電極基材的接觸面積增大，可降低接觸電 阻。
[0112] 〈燃料電池〉
[0113] 本發(fā)明的燃料電池在上述膜電極接合體的兩側(cè)具有隔板。即，由于在上述膜電極 接合體的兩側(cè)具有隔板，從而構(gòu)成燃料電池。通常，通過將經(jīng)由墊圈用隔板夾持該膜電極接 合體的兩側(cè)的結(jié)構(gòu)層疊多個，來構(gòu)成固體高分子型燃料電池。催化劑層由包含固體高分子 電解質(zhì)和催化劑擔(dān)載碳的層構(gòu)成。作為催化劑，一般使用鉑。在向陽極側(cè)供給含有一氧化碳 的改質(zhì)氣體的燃料電池中，優(yōu)選使用鉑及釕作為陽極側(cè)的催化劑。固體高分子電解質(zhì)優(yōu)選 使用質(zhì)子傳導(dǎo)性、耐氧化性、耐熱性高的全氟磺酸系高分子材料。該燃料電池單元及燃料電 池的構(gòu)成自身是眾所周知的。此外，在本發(fā)明的燃料電池中，氣體擴散電極基材的微多孔層 優(yōu)選為與催化劑層相接。
[om]實施例
[0115] 以下，通過實施例具體地說明本發(fā)明。實施例中使用的材料、電極基材及氣體擴散 電極基材的制作方法、燃料電池的電池性能評價方法如下。
[0116] 〈電極基材的制作〉
[0117]將東麗(株)制聚丙烯腈系碳纖維"卜レ力（注冊商標(biāo))"T300(平均碳纖維徑:7μπι)切 成平均長度12_，使其分散于水中并通過濕式抄紙法連續(xù)進行抄紙。進而，將作為粘合劑的 10質(zhì)量％的聚乙烯醇水溶液涂布于該抄紙，使其干燥，制作碳纖維單位面積重量15.5g/m 2 的抄紙體。相對于100質(zhì)量份的抄紙體，聚乙稀醇的涂布量為22質(zhì)量份。
[0118] 使用以1:1的質(zhì)量比混合有可溶型酚樹脂和酚醛清漆型酚樹脂而成的樹脂作為熱 固化性樹脂，使用鱗片狀石墨(平均粒徑5μπι)作為碳系填料，使用甲醇作為溶劑，以熱固化 性樹脂/碳系填料/溶劑=10質(zhì)量份/5質(zhì)量份/85質(zhì)量份的配合比將它們混合，使用超聲波 分散裝置進行1分鐘的攪拌，獲得均勻分散的樹脂組合物。
[0119] 將切成15cmX 12.5cm的抄紙體浸漬于裝滿鋁盤的樹脂組合物中，以相對于碳纖維 100質(zhì)量份，樹脂成分(熱固化性樹脂+碳系填料)為130質(zhì)量份的方式含浸，然后在100°C下 進行5分鐘的加熱使之干燥，制作預(yù)浸體。其次，一邊利用平板壓制機進行加壓，一邊在180 °C下進行5分鐘的熱處理。此外，加壓時，在平板壓制機上配置間隔件，并調(diào)整上下壓制面板 的間隔，以使熱處理后的預(yù)浸體的厚度為130μπι。
[0120]將對預(yù)浸體進行熱處理得到的基材導(dǎo)入加熱爐，在加熱爐中保持氮氣環(huán)境的最高 溫度為2400°C，得到碳纖維燒成體。
[0121 ]相對于碳纖維燒成體95質(zhì)量份，施加5質(zhì)量份的PTFE，在100 °C下進行5分鐘的加熱 使之干燥，制作了厚度1 ΟΟμπι、單位面積重量24g/m2、電極基材內(nèi)部的細孔徑為35μπι的電極 基材。
[0122] 〈微多孔層的形成〉
[0123] 使用縫模涂機在電極基材形成微多孔層。在此使用的碳涂布液使用的是:作為碳 系填料，使用作為碳黑的一種的乙炔黑（電氣化學(xué)工業(yè)株式會社制"テ'レ力ッyック"（注冊 商標(biāo)））、氣相生長碳纖維（昭和電工株式會社制"VGCF"（注冊商標(biāo)），平均直徑:0.15μπι，平均 纖維長:8μπι，縱橫比：50,線狀碳的一種）、氣相生長碳纖維(昭和電工株式會社制VGCF-S，平 均直徑:〇.1〇μπι，平均纖維長：11μπι，縱橫比：110,線狀碳的一種）、或多層碳納米管（于一7° 于二一文只社制，平均直徑:0 · 015μπι，平均纖維長:20μπι，縱橫比：1300，線狀碳的一種）中的 至少1種，作為氟樹脂，使用PTFE(夕''彳工業(yè)株式會社制"求口7口乂'（注冊商標(biāo))D-1E) 或者FEP(夕'V奪^工業(yè)株式會社制"氺才7 口 乂'（注冊商標(biāo))ND-110)，作為表面活性劑，使 用于力7彳于只夕株式會社制"TRITON"（注冊商標(biāo))Χ-100,作為分散介質(zhì)，使用純水或者乙 二醇（于力7彳于只夕株式會社制），調(diào)制表1~5所示的配合量以質(zhì)量份記載的碳涂布液的 組成。此外，表1~5所示的PTFE及FEP的配合量表示作為PTFE及FEP的水分散液的配合量。使 用模涂機對電極基材涂布碳涂布液后，再保持水平60秒，之后，在120Γ下加熱(燒結(jié)）10分 鐘，在380Γ下加熱(燒結(jié)）10分鐘，制作氣體擴散電極基材的碳纖維表面附著有碳系填料的 氣體擴散電極基材。
[0124] 〈固體高分子型燃料電池的發(fā)電性能評價〉
[0125] 通過依次添加鉑擔(dān)載碳（田中貴金屬工業(yè)(株）制，鉑擔(dān)載量:50質(zhì)量％ ) 1.00g、純 水1.0(^、"祖?10礦（注冊商標(biāo))溶液以1(^吐社制"祖?10礦（注冊商標(biāo))8.0質(zhì)量％)8.00 8、 異丙醇（于力歹彳于只夕社制）18.00g，制作催化劑液。
[0126] 接著，在切成7cmX7cm的"口 注冊商標(biāo)）PTFE帶"Τ0ΜΒ0"（注冊商標(biāo)） No . 9001 ((二只（株）制）上，以噴灑方式涂布催化劑液，在室溫下干燥，制作鉑量為 0.3mg/cm2的帶催化劑層的PTFE片。接著，用兩片帶催化劑層的PTFE片夾住切成10cm X 10cm 的固體高分子電解質(zhì)膜"NAFI0N"（注冊商標(biāo))NRE-211CS(DuPont社制），一邊用平板壓制機 加壓到5MPa，一邊以130°C加壓5分鐘，將催化劑層轉(zhuǎn)印于固體高分子電解質(zhì)膜。加壓后，將 PTFE片剝離，制作帶催化劑層的固體高分子電解質(zhì)膜。
[0127] 接著，用切成7 c m X 7 c m的兩片氣體擴散電極基材夾住帶催化劑層的固體高分子電 解質(zhì)膜，一邊用平板壓制機加壓到3MPa，一邊以130°C加壓5分鐘，制作膜電極接合體。此外， 氣體擴散電極基材以具有微多孔層的面與催化劑層側(cè)相接的方式配置。
[0128] 將得到的膜電極接合體裝入燃料電池評價用單電池，測定使電流密度變化時的電 壓。在此，作為隔板，使用槽寬度1 .〇mm、槽深度1.0mm、肋寬度1.0mm的一條流路的蛇紋石型 隔板。另外，對陽極側(cè)供給未加壓的氫氣，對陰極側(cè)供給未加壓的空氣，進行評價。此外，氫 氣、空氣均是通過設(shè)定為80°C的增濕瓶進行增濕。另外，氫氣、空氣中的氧氣的利用率分別 設(shè)為 80 %、67 %。
[0129] 首先，測定運轉(zhuǎn)溫度設(shè)為65°C、增濕溫度設(shè)為80°C、電流密度設(shè)為2.2A/cm2的情況 下的輸出電壓，將其作為耐溢流性(低溫性能）的指標(biāo)使用。另外，對運轉(zhuǎn)溫度設(shè)為65°C、電 流密度設(shè)為2.2A/cm 2,保持30分鐘時的輸出電壓降低次數(shù)進行計數(shù)，將其作為抗阻塞性的 指標(biāo)使用。即，對30分鐘內(nèi)輸出電壓成為0.20V以下的次數(shù)進行計數(shù)，將7次以上的評為C、將 次數(shù)5~6次的評為B、將3~4次的評為A、將2次以下的評為S。
[0130] 〈滑移角的測定〉
[0131] 滑移角是指使氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面的相反側(cè)朝上呈水平，在 上述面上載置i〇yL純水，以1度/秒的速度傾斜時，純水開始滾落的角度?；平鞘褂脜f(xié)和界 面科學(xué)(株)制自動接觸角計DM-501測定。測定時改變部位實施8次，采用其平均值。
[0132] 〈電阻的測定〉
[0133] 氣體擴散電極基材的垂直于面的方向的電阻是在將切成2.23mmX 2.23mm的氣體 擴散電極基材夾持于2片鍍金板之間，并施加1 .OMPa的均等的表面壓力時，流通1.0A的電 流，測量電阻并乘以面積而求得的。
[0134] 〈垂直于面的方向的氣體透過阻力的測定〉
[0135] 使用從氣體擴散電極基材切出的直徑4.7cm的圓形樣品，用差壓計測定使空氣以 58cC/min/cm 2的流速從微多孔層側(cè)的面透過其相反面時的、微多孔層側(cè)的面和其相反面的 差壓，將其作為垂直于面的方向的氣體透過阻力。
[0136] 〈氟樹脂的熔點的測定〉
[0137] 通過差示掃描熱分析來測定氟樹脂的熔點。裝置使用七彳3-彳株式會 社(SII社）制DSC6220，在氮氣中以升溫速度2°C/分鐘使溫度從30°C變化至400°C，觀察此時 的吸放熱峰，以150°C以上的溫度下的吸熱峰作為氟樹脂的熔點。
[0138] 〈表面粗糙度的測定〉
[0139] 使用激光顯微鏡測定電極基材的表面粗糙度。測定裝置使用VK_X100(奪一工 (株)制），以倍率10的物鏡掃描5mm見方的范圍進行測定，再進行面斜率校正后，求出5mm見 方中的算術(shù)平均粗糙度(Ra)。對隨機選取的10處進行測定，以各處的算術(shù)平均粗糙度的平 均作為表面粗糙度[μπι]。
[0140]〈碳系填料是否附著的確認(rèn)〉
[0141] 對與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè)表面的碳纖維以2000倍的 觀察倍率進行照相攝影。作為掃描式電子顯微鏡，使用(株）日立制作所制S-4800,對于上述 表面的碳纖維的圖像，從氣體擴散電極基材隨機針對不同的10處進行照相攝影。然后，目視 確認(rèn)在得到的各圖像的碳纖維上是否存在碳系填料，如果在1張以上的照片中能夠確認(rèn)出 碳系填料，則判斷為在碳纖維表面附著有碳系填料。
[0142] 〈氟樹脂的存在的確認(rèn)〉
[0143 ]使用掃描式電子顯微鏡(SEM) -EDX對從氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面 相反側(cè)觀察到的碳纖維表面及碳系填料表面進行測定，以加速電壓10kV、放大倍率400倍以 上的條件進行測定，在通過測定得到的光譜數(shù)據(jù)中，確認(rèn)是否在0.68~0.69keV觀測到峰。 作為掃描式電子顯微鏡，使用(株）日立制作所制S-4800,作為能量分散型X射線分析裝置， 使用(株)堀場制作所EX-220SE。在0.68~0.69keV觀測到峰的情況下，定義為存在氟樹脂。
[0144] (實施例1)
[0145] 根據(jù)〈電極基材的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表1所示的 組成的微多孔層的氣體擴散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如 表1所記載，抗阻塞性良好，輸出電壓為0.39V(運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度 2.2A/cm 2)，耐溢流性也良好。另外，滑移角及電阻良好，垂直于面的方向的氣體透過阻力極 為良好。對實施例1中得到的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在327Γ確 認(rèn)有吸熱峰。即，確認(rèn)包含熔點為327°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形 成有微多孔層的面相反側(cè)表面的碳纖維表面附著有碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表 面存在氟樹脂。
[0146] (實施例2)
[0147] 除在〈微多孔層的形成〉中，將碳涂布液變更為表1所示的組成以外，根據(jù)〈電極基 材的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表1所示的組成的微多孔層的氣體 擴散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表1所記載，抗阻塞性更 良好，輸出電壓為〇. 40V(運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度2.2A/cm2)，耐溢流性也更 良好。另外，滑移角及電阻更良好，垂直于面的方向的氣體透過阻力極為良好。對實施例2中 得到的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在327°C確認(rèn)有吸熱峰。即，確認(rèn) 包含熔點為327°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相 反側(cè)表面的碳纖維表面附著有碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面存在氟樹脂。
[0148] (實施例3)
[0149] 除未實施電極基材的疏水加工，即未對碳纖維燒成體賦予PTFE以外，根據(jù)〈電極基 材的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表1所示的組成的微多孔層的氣體 擴散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表1所記載，抗阻塞性極 為良好，輸出電壓為0.43V(運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度2.2A/cm 2)，耐溢流性也 極為良好。另外，滑移角及電阻及垂直于面的方向的氣體透過阻力均極為良好。對實施例3 中得到的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在260°C確認(rèn)有吸熱峰。即，確 認(rèn)包含熔點為260°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面 相反側(cè)表面的碳纖維表面附著有碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面存在氟樹脂。
[0150] (實施例4)
[0151] 除在〈微多孔層的形成〉中，將碳涂布液變更為表1所示的組成以外，根據(jù)〈電極基 材的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表1所示的組成的微多孔層的氣體 擴散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表1所記載，抗阻塞性更 良好，輸出電壓為〇. 40V(運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度2.2A/cm2)，耐溢流性也更 良好。另外，滑移角更良好，垂直于面的方向的氣體透過阻力及電阻極為良好。對實施例4中 得到的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在327°C確認(rèn)有吸熱峰。即，確認(rèn) 包含熔點為327°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相 反側(cè)表面的碳纖維表面附著有碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面存在氟樹脂。
[0152] (實施例5)
[0153] 除在〈微多孔層的形成〉中，將碳涂布液涂布后的水平狀態(tài)下的保持時間變更為30 秒以外，根據(jù)〈電極基材的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表1所示的組 成的微多孔層的氣體擴散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表1 所記載，抗阻塞性更良好，輸出電壓為0.40V(運轉(zhuǎn)溫度65 °C、增濕溫度80 °C、電流密度2.2A/ cm2)，耐溢流性也更良好。另外，滑移角良好，垂直于面的方向的氣體透過阻力及電阻極為 良好。對實施例5中得到的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在327Γ確認(rèn) 有吸熱峰。即，確認(rèn)包含熔點為327°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成 有微多孔層的面相反側(cè)表面的碳纖維表面附著有碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面 存在氟樹脂。
[0154] (實施例6)
[0155] 除未實施電極基材的疏水加工，即未對碳纖維燒成體賦予PTFE以外，根據(jù)〈電極基 材的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表1所示的組成的微多孔層的氣體 擴散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表1所記載，抗阻塞性極 為良好，輸出電壓為0.42V(運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度2.2A/cm 2)，耐溢流性也 極為良好。另外，垂直于面的方向的氣體透過阻力更良好，滑移角及電阻極為良好。對實施 例6中得到的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在260°C確認(rèn)有吸熱峰。即， 確認(rèn)包含熔點為260°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的 面相反側(cè)表面的碳纖維表面附著有碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面存在氟樹脂。
[0156] (實施例7)
[0157] 在〈電極基材的制作〉中將抄紙體的碳纖維單位面積重量設(shè)為23.3g/m2、將預(yù)浸體 的厚度調(diào)整為195μπι，且未實施電極基材的疏水加工，即未對碳纖維燒成體賦予PTFE，將電 極基材的厚度變更為150Μ1、單位面積重量變更為34.2g/m 2;在〈微多孔層的形成〉中，將碳 涂布液涂布后的水平狀態(tài)下的保持時間變更為120秒，除此以外，根據(jù)〈電極基材的制作〉及 〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表2所示的組成的微多孔層的氣體擴散電極基 材。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表2所記載，抗阻塞性極為良好，輸出 電壓為0.41V(運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度2.2A/cm 2)，耐溢流性也極為良好。另 外，滑移角及電阻極為良好，垂直于面的方向的氣體透過阻力良好。對實施例7中得到的氣 體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在260°C確認(rèn)有吸熱峰。即，確認(rèn)包含熔點 為260°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè)表面 的碳纖維表面附著有碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面存在氟樹脂。
[0158] (實施例8)
[0159]未實施電極基材的疏水加工，即未對碳纖維燒成體賦予PTFE;在〈微多孔層的形成 >中，將碳涂布液涂布后的水平狀態(tài)下的保持時間變更為120秒，除此以外，根據(jù)〈電極基材 的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表2所示的組成的微多孔層的氣體擴 散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表2所記載，抗阻塞性極為 良好，輸出電壓為〇. 42V(運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度2.2A/cm2)，耐溢流性也極 為良好。另外，滑移角及垂直于面的方向的氣體透過阻力極為良好、電阻更良好。對實施例8 中得到的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在260°C確認(rèn)有吸熱峰。即，確 認(rèn)包含熔點為260°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面 相反側(cè)表面的碳纖維表面附著有碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面存在氟樹脂。
[0160] (實施例9)
[0161] 未實施電極基材的疏水加工，即未對碳纖維燒成體賦予PTFE;在〈微多孔層的形成 >中，將碳涂布液涂布后的水平狀態(tài)下的保持時間變更為180秒，除此以外，根據(jù)〈電極基材 的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表2所示的組成的微多孔層的氣體擴 散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表2所記載，抗阻塞性極為 良好，輸出電壓為〇. 41V(運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度2.2A/cm2)，耐溢流性也極 為良好。另外，滑移角及垂直于面的方向的氣體透過阻力極為良好，電阻良好。對實施例9中 得到的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在260°C確認(rèn)有吸熱峰。即，確認(rèn) 包含熔點為260°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相 反側(cè)表面的碳纖維表面附著有碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面存在氟樹脂。
[0162](實施例 10)
[0163] 除在〈微多孔層的形成〉中，將碳涂布液變更為表3所示的組成以外，根據(jù)〈電極基 材的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表3所示的組成的微多孔層的氣體 擴散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表3所記載，抗阻塞性更 良好，輸出電壓為〇. 40V(運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度2.2A/cm2)，耐溢流性也更 良好。另外，滑移角更良好，垂直于面的方向的氣體透過阻力及電阻極為良好。另外確認(rèn)到： 在與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè)表面的碳纖維表面附著有碳系填料， 在碳纖維表面及碳系填料表面存在氟樹脂。
[0164] (實施例11)
[0165] 除在〈微多孔層的形成〉中，將碳涂布液變更為表3所示的組成以外，根據(jù)〈電極基 材的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表3所示的組成的微多孔層的氣體 擴散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表3所記載，抗阻塞性良 好，輸出電壓為〇 . 39V(運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度2.2A/cm2)，耐溢流性也良 好。另外，滑移角更良好，垂直于面的方向的氣體透過阻力及電阻極為良好。另外，實施例11 中所使用的碳涂布液相較于實施例10中所使用的碳涂布液更容易發(fā)生沉降。對實施例11中 得到的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在327°C確認(rèn)有吸熱峰。即，確認(rèn) 包含熔點為327°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相 反側(cè)表面的碳纖維表面附著有碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面存在氟樹脂。
[0166](實施例 12、13)
[0167]除以在〈樹脂組合物的含埋〉中控制電極基材的表背的樹脂成分的附著量，并相對 于電極基材的形成有微多孔層的那一側(cè)的表面粗糙度增大其相反側(cè)的表面粗糙度的方式 進行變更以外，根據(jù)〈電極基材的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表3所 示的組成的微多孔層的氣體擴散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果 是，如表3所記載，相較于比較例，抗阻塞性及耐溢流性提高。另外，滑移角及電阻及垂直于 面的方向的氣體透過阻力也提高。特別是在實施例13中，相對于電極基材的形成有微多孔 層的那一側(cè)的表面粗糙度，其相反側(cè)的表面粗糙度最佳，因此，發(fā)電性能提高極大幅度。對 實施例12及13中得到的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在260 °C確認(rèn)有 吸熱峰。即，確認(rèn)包含熔點為260°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成有 微多孔層的面相反側(cè)表面的碳纖維表面附著有碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面存


[0174] (比較例1)
[0175] 除在〈微多孔層的形成〉中，將碳涂布液涂布后的水平狀態(tài)下的保持時間變更為5 秒以外，根據(jù)〈電極基材的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表4所示的組 成的微多孔層的氣體擴散電極基材。氣體擴散電極基材的附著于碳纖維的碳系填料實現(xiàn)的 碳纖維表面的被覆率為0%。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表4所記載， 抗阻塞性降低，輸出電壓為0.34V(運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度2.2A/cm 2)，耐溢 流性也降低。另外，垂直于面的方向的氣體透過阻力極為良好，但電阻更加不良，滑移角極 為不良。對比較例1中得到的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在327°C確 認(rèn)有吸熱峰。即，確認(rèn)包含熔點為327°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形 成有微多孔層的面相反側(cè)表面的碳纖維表面未附著碳系填料;在碳纖維表面及碳系填料表 面存在氟樹脂。
[0176] (比較例2)
[0177] 在〈電極基材的制作〉中，將氟樹脂(PTFE)的賦予量變更為20質(zhì)量份;在〈微多孔層 的形成〉中，將碳涂布液涂布后的水平狀態(tài)下的保持時間變更為5秒，除此以外，根據(jù)〈電極 基材的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表4所示的組成的微多孔層的氣 體擴散電極基材。氣體擴散電極基材的附著于碳纖維的碳系填料實現(xiàn)的碳纖維表面的被覆 率為0%。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表4所記載，抗阻塞性降低，輸 出電壓為〇. 33V(運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度2.2A/cm2)，耐溢流性也降低。因電 極基材的細孔中填充有氟樹脂，從而垂直于面的方向的氣體透過阻力也更加不良?；平?也更加不良，電阻非常不良。對比較例2中得到的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的 結(jié)果是，在327°C確認(rèn)有吸熱峰。即，確認(rèn)包含熔點為327°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體 擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè)表面的碳纖維表面未附著碳系填料，在碳纖維 表面及碳系填料表面存在氟樹脂。
[0178] (比較例3)
[0179] 在〈電極基材的制作〉中，將氟樹脂變更為FEP;在〈電極基材的制作〉中，將碳涂布 液涂布后的水平狀態(tài)下的保持時間變更為5秒，除此以外，根據(jù)〈電極基材的制作〉及〈微多 孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表4所示的組成的微多孔層的氣體擴散電極基材。氣 體擴散電極基材的附著于碳纖維的碳系填料實現(xiàn)的碳纖維表面的被覆率為〇%。評價該氣 體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表4所記載，抗阻塞性更良好，但輸出電壓為0.35V (運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度2.2A/cm 2)，耐溢流性降低。垂直于面的方向的氣 體透過阻力極為良好，但滑移角不良，電阻非常不良。對比較例3中得到的氣體擴散電極基 材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在327°C確認(rèn)有吸熱峰。即，確認(rèn)包含熔點為327°C的氟樹 月旨。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè)表面的碳纖維表面 未附著碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面存在氟樹脂。
[0180] (比較例4)
[0181] 在〈電極基材的制作〉中，將氟樹脂變更為FEP;將氟樹脂(FEP)的賦予量變更為2質(zhì) 量份;在〈電極基材的制作〉中，將碳涂布液涂布后的水平狀態(tài)下的保持時間變更為5秒，除 此以外，根據(jù)〈電極基材的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表4所示的組 成的微多孔層的氣體擴散電極基材。氣體擴散電極基材的附著于碳纖維的碳系填料實現(xiàn)的 碳纖維表面的被覆率為0%。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表4所記載， 抗阻塞性降低，輸出電壓為0.22V(運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度2.2A/cm 2)，耐溢 流性降低。垂直于面的方向的氣體透過阻力極為良好，但滑移角更加不良，電阻不良。對比 較例4中得到的的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在327Γ確認(rèn)有吸熱 峰。即，確認(rèn)包含熔點為327°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成有微多 孔層的面相反側(cè)表面的碳纖維表面未附著碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面存在氟 樹脂。
[0182] (比較例δ)
[0183] 在〈電極基材的制作〉中，將碳纖維燒成體變更為東麗(株)制TGP-H-030,將氟樹脂 變更為FEP;在〈電極基材的制作〉中，將碳涂布液涂布后的水平狀態(tài)下的保持時間變更為5 秒;在〈微多孔層的形成〉中，將分散介質(zhì)變更為乙二醇，且未使用表面活性劑，除此以外，根 據(jù)〈電極基材的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表4所示的組成的微多 孔層的氣體擴散電極基材。氣體擴散電極基材的附著于碳纖維的碳系填料實現(xiàn)的碳纖維表 面的被覆率為0%。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表4所記載，抗阻塞性 良好，但輸出電壓為0.25V(運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度2.2A/cm 2)，耐溢流性降 低。電阻極為良好，但滑移角及垂直于面的方向的氣體透過阻力極為不良。對比較例5中得 到的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在327°C確認(rèn)有吸熱峰。即，確認(rèn)包 含熔點為327°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反 側(cè)表面的碳纖維表面未附著碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面存在氟樹脂。
[0184] (比較例6)
[0185]除在〈電極基材的制作〉中，將氟樹脂的干燥溫度變更為380°C，并且在碳涂布液的 涂布前提高電極基材的疏水性以外，根據(jù)〈電極基材的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的 方法，得到具有表4所示的組成的微多孔層的氣體擴散電極基材。氣體擴散電極基材的附著 于碳纖維的碳系填料實現(xiàn)的碳纖維表面的被覆率為0%。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電 性能的結(jié)果是，如表4所記載，抗阻塞性降低，輸出電壓為0.35V(運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80 °C、電流密度2.2A/cm 2)，耐溢流性也降低。垂直于面的方向的氣體透過阻力極為良好，但滑 移角非常不良，電阻更加不良。對比較例6中得到的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析 的結(jié)果是，在327°C確認(rèn)有吸熱峰。即，確認(rèn)包含熔點為327°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣 體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè)表面的碳纖維表面未附著碳系填料，在碳纖 維表面及碳系填料表面存在氟樹脂。
[0186] (比較例7)
[0187] 除在〈電極基材的制作〉中，將抄紙體的碳纖維單位面積重量設(shè)為38.8g/m2,將預(yù) 浸體的厚度調(diào)整為260μπι，且未實施電極基材的疏水加工，即未對碳纖維燒成體賦予PTFE， 將電極基材的厚度變更為200Μ1、單位面積重量變更為63.2g/m2以外，根據(jù)〈電極基材的制 作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表5所示的組成的微多孔層的氣體擴散電 極基材。氣體擴散電極基材的附著于碳纖維的碳系填料實現(xiàn)的碳纖維表面的被覆率為0%。 評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表5所記載，抗阻塞性降低，輸出電壓為 0.32V(運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度2.2A/cm 2)，耐溢流性也降低。滑移角及垂直 于面的方向的氣體透過阻力極為不良，電阻良好。對比較例7中得到的氣體擴散電極基材進 行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在327°C確認(rèn)有吸熱峰。即，確認(rèn)包含熔點為327°C的氟樹脂。 另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè)表面的碳纖維表面未附 著碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面未存在氟樹脂。
[0188] (比較例8)
[0189] 在〈電極基材的制作〉中，將抄紙體的碳纖維單位面積重量設(shè)為38.8g/m2,將預(yù)浸 體的厚度調(diào)整為260μπι，且未實施電極基材的疏水加工，即未對碳纖維燒成體賦予PTFE，將 電極基材的厚度變更為200Μ1、單位面積重量變更為63.2g/m 2;在〈電極基材的制作〉中，將 碳涂布液涂布后的水平狀態(tài)下的保持時間變更為5秒，除此以外，根據(jù)〈電極基材的制作〉及 〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表5所示的組成的微多孔層的氣體擴散電極基 材。氣體擴散電極基材的附著于碳纖維的碳系填料實現(xiàn)的碳纖維表面的被覆率為0%。評價 該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表5所記載，抗阻塞性降低，輸出電壓為0.32V (運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度2.2A/cm 2)，耐溢流性也降低?；平羌按怪庇诿?的方向的氣體透過阻力極為不良，電阻良好。對比較例8中得到的氣體擴散電極基材進行差 示掃描熱分析的結(jié)果是，在327°C確認(rèn)有吸熱峰。即，確認(rèn)包含熔點為327°C的氟樹脂。另外 確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè)表面的碳纖維表面未附著碳 系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面未存在氟樹脂。
[0190](比較例9)
[0191]未實施電極基材的疏水加工，即未對碳纖維燒成體賦予PTFE;在〈微多孔層的形成 >中，將碳涂布液涂布后的水平狀態(tài)下的保持時間變更為350秒，除此以外，根據(jù)〈電極基材 的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表5所示的組成的微多孔層的氣體擴 散電極基材。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表5所記載，抗阻塞性更良 好，但輸出電壓為0.25V(運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度2.2A/cm 2)，耐溢流性非常 不良。另外，滑移角極為良好，但垂直于面的方向的氣體透過阻力極為不良，電阻良好。對比 較例9中得到的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在260Γ確認(rèn)有吸熱峰。 即，確認(rèn)包含熔點為260°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成有微多孔 層的面相反側(cè)表面的碳纖維表面附著有碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面存在氟樹 脂。
[0192] (比較例10)
[0193] 將碳涂布液用水稀釋得到的溶液在燒結(jié)后以成為單位面積重量15g/m2的方式含 埋于〈電極基材的制作〉中得到的電極基材，并在l〇〇°C下加熱5分鐘;在〈微多孔層的形成〉 中，將碳涂布液涂布后的水平狀態(tài)下的保持時間變更為5秒，除此以外，根據(jù)〈電極基材的制 作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表5所示的組成的微多孔層的氣體擴散電 極基材。氣體擴散電極基材的附著于碳纖維的碳系填料實現(xiàn)的碳纖維表面的被覆率為 100%，在與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面相反側(cè)的電極基材表面未確認(rèn)有直 徑10M1以上的細孔。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表5所記載，抗阻塞 性更良好，但輸出電壓為〇. 32V(運轉(zhuǎn)溫度65 °C、增濕溫度80 °C、電流密度2.2A/cm2)，耐溢流 性降低?；平歉鼮榱己?，但垂直于面的方向的氣體透過阻力及電阻非常不良。對比較例10 中所得的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在327°C確認(rèn)有吸熱峰。即，確 認(rèn)包含熔點為327°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成有微多孔層的面 相反側(cè)表面的碳纖維表面附著有碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面存在氟樹脂。
[0194] (比較例11)
[0195] 在〈微多孔層的形成〉中，通過在380°C下進行燒結(jié)前，將以氣相生長碳纖維/PTFE/ 表面活性劑/純水=7.7質(zhì)量份/2.5質(zhì)量份/14質(zhì)量份/75.8質(zhì)量份的配合比混合的碳涂布 液也涂布于之前形成有微多孔層者的相反側(cè)的面，并在l〇〇°C下加熱5分鐘而形成第二微多 孔層，除此以外，根據(jù)〈電極基材的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到兩面具有 表5所示的組成的微多孔層的氣體擴散電極基材。此外，將之前進行的碳涂布液涂布后的水 平狀態(tài)下的保持時間設(shè)為5秒。氣體擴散電極基材的附著于碳纖維的碳系填料實現(xiàn)的碳纖 維表面的被覆率為100%，在氣體擴散電極基材的與之前形成有微多孔層的面相反側(cè)的電 極基材表面(第二微多孔層表面)未確認(rèn)有直徑?〇μπι以上的細孔。將該氣體擴散電極基材配 置成使之前形成有微多孔層的面與催化劑層側(cè)相接并評價發(fā)電性能的結(jié)果是，如表5所記 載，抗阻塞性極為良好，但輸出電壓為0.25V(運轉(zhuǎn)溫度65 °C、增濕溫度80 °C、電流密度2.2Α/ cm2)，耐溢流性降低?；平羌半娮铇O為良好，但垂直于面的方向的氣體透過阻力非常不 良。對比較例11中得到的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在327Γ確認(rèn)有 吸熱峰。即，確認(rèn)包含熔點為327°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成有 微多孔層的面相反側(cè)表面的碳纖維表面附著有碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面存 在氟樹脂。
[0196] (比較例12)
[0197] 在〈電極基材的制作〉中，將碳纖維燒成體變更為東麗(株)制TGP-H-030,將氟樹脂 變更為FEP;在〈電極基材的制作〉中，將碳涂布液涂布后的水平狀態(tài)下的保持時間變更為5 秒，除此以外，根據(jù)〈電極基材的制作〉及〈微多孔層的形成〉所記載的方法，得到具有表5所 示的組成的微多孔層的氣體擴散電極基材。氣體擴散電極基材的附著于碳纖維的碳系填料 實現(xiàn)的碳纖維表面的被覆率為0%。評價該氣體擴散電極基材的發(fā)電性能的結(jié)果是，如表5 所記載，抗阻塞性更良好，但輸出電壓為0.25V(運轉(zhuǎn)溫度65°C、增濕溫度80°C、電流密度 2.2A/cm 2)，耐溢流性降低?；平羌按怪庇诿娴姆较虻臍怏w透過阻力不良，電阻更加不良。 對比較例12中得到的氣體擴散電極基材進行差示掃描熱分析的結(jié)果是，在327Γ確認(rèn)有吸 熱峰。即，確認(rèn)包含熔點為327°C的氟樹脂。另外確認(rèn)到:在與氣體擴散電極基材的形成有微 多孔層的面相反側(cè)表面的碳纖維表面未附著碳系填料，在碳纖維表面及碳系填料表面存在 氟樹脂。
[0198] [表 4]

【主權(quán)項】
1. 一種氣體擴散電極基材，其用于燃料電池，所述氣體擴散電極基材在電極基材的一 面形成有含有碳系填料和氟樹脂的微多孔層，其中，與形成有微多孔層的面相反側(cè)的面的 水的滑動角為30度以下，所述氣體擴散電極基材的垂直于面方向的氣體透過阻力為15~ 190mmAq〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體擴散電極基材，其中，氣體擴散電極基材在受壓IMPa的狀 態(tài)下的垂直于面方向的電阻為7.4ι?Ω · cm2以下。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體擴散電極基材，其中，在從氣體擴散電極基材的形成 有微多孔層的面的相反側(cè)能夠觀察到的碳纖維表面附著有碳系填料，且在氣體擴散電極基 材的形成有微多孔層的面的相反側(cè)的電極基材表面具有直徑1〇μπι以上的細孔。4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項所述的氣體擴散電極基材，其中，在從氣體擴散電極基 材的形成有微多孔層的面的相反側(cè)能夠觀察到的碳纖維表面附著有碳系填料，且作為碳系 填料包含縱橫比為30~5000的線狀碳。5. 根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項所述的氣體擴散電極基材，其中，從氣體擴散電極基材 的形成有微多孔層的面的相反側(cè)能夠觀察到的碳纖維表面的1~70%被碳系填料覆蓋。6. 根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項所述的氣體擴散電極基材，其中，所述電極基材的厚度 為160μηι以下。7. 根據(jù)權(quán)利要求1~6中任一項所述的氣體擴散電極基材，其中，相對于所述電極基材 的形成有微多孔層的那一側(cè)的表面粗糙度，其相反側(cè)的表面粗糙度更大，且它們的差為1.0 Mi以上且5.0μηι以下。8. 根據(jù)權(quán)利要求1~7中任一項所述的氣體擴散電極基材，其中，在從氣體擴散電極基 材的形成有微多孔層的面的相反側(cè)觀察到的碳纖維表面及碳系填料表面有氟樹脂存在。9. 根據(jù)權(quán)利要求1~8中任一項所述的氣體擴散電極基材，包含熔點為200 °C以上且320 °(：以下的氟樹脂。10. 根據(jù)權(quán)利要求1~9中任一項所述的氣體擴散電極基材，其中，氟樹脂為四氟乙烯-六氟丙烯共聚物即FEP。11. 根據(jù)權(quán)利要求1~1 〇中任一項所述的氣體擴散電極基材，其中，所述碳系填料包含 氣相生長碳纖維。12. -種氣體擴散電極基材的制造方法，所述制造方法用于制造權(quán)利要求1~11中任一 項所述的氣體擴散電極基材，其中，在厚度為160μπι以下的電極基材的一面涂布含有碳系填 料、氟樹脂及分散介質(zhì)的碳涂布液，然后將涂布有碳涂布液的氣體擴散電極基材水平地保 持10秒以上且低于5分鐘的時間，接著進行干燥及燒結(jié)，在上述過程中， 在涂布碳涂布液之前不涂布氟樹脂，或者 在涂布碳涂布液之前涂布氟樹脂，之后不進行燒結(jié)。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的氣體擴散電極基材的制造方法，其中，分散介質(zhì)為水。14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的氣體擴散電極基材的制造方法，其中，在涂布碳涂布液 之前涂布氟樹脂，之后不進行燒結(jié)的情況下，涂布氟樹脂之后在90°C以上且低于200°C的溫 度下進行干燥。15. -種膜電極接合體，在電解質(zhì)膜的兩側(cè)具有催化劑層，在所述催化劑層的外側(cè)還具 有權(quán)利要求1~11中任一項所述的氣體擴散電極基材、或通過權(quán)利要求12~14中任一項所 述的制造方法得到的氣體擴散電極基材。16.-種燃料電池，在權(quán)利要求15所述的膜電極接合體的兩側(cè)具有隔板。
【文檔編號】H01M8/0234GK106030879SQ201580010040
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月17日
【發(fā)明人】宇都宮將道, 谷村寧昭, 釜江俊也
【申請人】東麗株式會社