[go: up one dir, main page]

JP2005243295A - Gas diffusion layer and fuel cell MEA using the same - Google Patents

Gas diffusion layer and fuel cell MEA using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2005243295A
JP2005243295A JP2004048337A JP2004048337A JP2005243295A JP 2005243295 A JP2005243295 A JP 2005243295A JP 2004048337 A JP2004048337 A JP 2004048337A JP 2004048337 A JP2004048337 A JP 2004048337A JP 2005243295 A JP2005243295 A JP 2005243295A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas diffusion
water repellent
carbon
layer
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004048337A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norihisa Waki
憲尚 脇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2004048337A priority Critical patent/JP2005243295A/en
Publication of JP2005243295A publication Critical patent/JP2005243295A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】 拡散分極および抵抗分極の双方が低減されたカーボン撥水層を提供する。
【解決手段】 撥水剤でコーティングされてなるカーボン粒子と、撥水剤粒子とを含むカーボン撥水層をガス拡散基材表面に有することを特徴とするガス拡散層により上記課題を解決する。
【選択図】 なし
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon water repellent layer in which both diffusion polarization and resistance polarization are reduced.
A gas diffusion layer characterized by having a carbon water repellent layer containing carbon particles coated with a water repellent and water repellent particles on the surface of the gas diffusion substrate.
[Selection figure] None

Description

本発明は、ガス拡散層に関し、より詳細にはカーボン撥水層を有するガス拡散層に関する。   The present invention relates to a gas diffusion layer, and more particularly to a gas diffusion layer having a carbon water repellent layer.

近年、エネルギー・環境問題を背景とした社会的要求や動向と呼応して、常温でも作動し高出力密度が得られる固体高分子型燃料電池が電気自動車用電源、定置型電源として注目されている。固体高分子型燃料電池は、フィルム状の固体高分子電解質膜を用いるのが特徴である。   In recent years, in response to social demands and trends against the background of energy and environmental issues, polymer electrolyte fuel cells that can operate at room temperature and obtain high output density have attracted attention as power sources for electric vehicles and stationary power sources. . The solid polymer fuel cell is characterized by using a film-like solid polymer electrolyte membrane.

固体高分子型燃料電池の構成は、一般的には、膜−電極接合体(以下、「MEA」とも記載する。)をセパレータで挟持した構造となっている。MEAは、固体高分子電解質膜を二つの電極により挟持し、さらにこれをガス拡散層で挟持した構造となっている。また、電極は、電極触媒と固体高分子電解質との混合物により形成された多孔性のものであり、電極触媒層とも呼ばれる。   The polymer electrolyte fuel cell generally has a structure in which a membrane-electrode assembly (hereinafter also referred to as “MEA”) is sandwiched between separators. The MEA has a structure in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two electrodes and is further sandwiched between gas diffusion layers. The electrode is a porous material formed of a mixture of an electrode catalyst and a solid polymer electrolyte, and is also called an electrode catalyst layer.

燃料電池では、以下のような電気化学的反応などを通して、電気を外部に取り出すことが可能となる。まず、燃料極(アノード)側に供給された燃料ガスに含まれる水素が、触媒粒子により酸化され、プロトンおよび電子となる。次に、生成したプロトンは、燃料極側電極触媒層に含まれる固体高分子電解質、さらに電極触媒層と接触している固体高分子電解質膜を通り、酸素極(カソード)側電極触媒層に達する。また、燃料極側電極触媒層で生成した電子は、電極触媒層を構成している導電性担体、さらに電極触媒層の固体高分子電解質膜と異なる側に接触しているガス拡散層、セパレータおよび外部回路を通して酸素極側電極触媒層に達する。そして、酸素極側電極触媒層に達したプロトンおよび電子は酸素極側に供給されている酸化剤ガスに含まれる酸素と反応し水を生成する。かような電気化学的反応は、主に、触媒粒子と、プロトン導電性電解質と、供給ガスとが接触する三相界面において進行するのである。従って、ガス拡散層は、供給されたガスを電極へと均一に供給することが必要とされる。   In a fuel cell, electricity can be taken out through the following electrochemical reaction or the like. First, hydrogen contained in the fuel gas supplied to the fuel electrode (anode) side is oxidized by the catalyst particles to become protons and electrons. Next, the generated protons pass through the solid polymer electrolyte contained in the fuel electrode side electrode catalyst layer and the solid polymer electrolyte membrane in contact with the electrode catalyst layer, and reach the oxygen electrode (cathode) side electrode catalyst layer. . Electrons generated in the fuel electrode side electrode catalyst layer include a conductive carrier constituting the electrode catalyst layer, a gas diffusion layer in contact with a different side of the electrode catalyst layer from the solid polymer electrolyte membrane, a separator, and It reaches the oxygen electrode side electrode catalyst layer through an external circuit. The protons and electrons that reach the oxygen electrode side electrode catalyst layer react with oxygen contained in the oxidant gas supplied to the oxygen electrode side to generate water. Such an electrochemical reaction mainly proceeds at a three-phase interface where the catalyst particles, the proton conductive electrolyte, and the supply gas are in contact. Therefore, the gas diffusion layer is required to uniformly supply the supplied gas to the electrodes.

また、燃料電池における固体高分子電解質膜は、湿潤していないと高いプロトン導電性を示さない。そのため、固体高分子型燃料電池に供給するガスは、ガス加湿装置などを用いて加湿することにより、固体高分子電解質膜の湿度分布を均一にする必要がある。   In addition, a solid polymer electrolyte membrane in a fuel cell does not exhibit high proton conductivity unless it is wet. Therefore, it is necessary to make the humidity distribution of the solid polymer electrolyte membrane uniform by humidifying the gas supplied to the solid polymer fuel cell using a gas humidifier or the like.

高加湿、高電流密度などの運転条件下では、アノードからカソードに向けて固体高分子電解質膜を移動するプロトンに伴って移動する水の量、および酸素極側電極触媒層内により生成して凝集する生成水の量が増加する。この時、これらの生成水は、特に酸素極側電極触媒層内に滞留し、反応ガス供給路となっていた細孔を閉塞するフラッディング現象を招く。これにより、反応ガスの拡散を阻害するため、拡散分極が増大する。これに対して、低加湿、低電流密度などの運転条件下では、生成水が少ないためフラッディング現象は生じる恐れはないが、供給される水分の量が不足して固体高分子電解質膜が乾燥し、プロトン導電性が低下するドライアウト現象を招く。   Under operating conditions such as high humidification and high current density, the amount of water that moves with protons that move through the polymer electrolyte membrane from the anode to the cathode, and the amount of water that is generated in the oxygen electrode side electrode catalyst layer and aggregates The amount of generated water increases. At this time, these produced waters particularly stay in the oxygen electrode-side electrode catalyst layer and cause a flooding phenomenon that closes the pores that have become the reaction gas supply path. As a result, the diffusion polarization is increased in order to inhibit the diffusion of the reaction gas. In contrast, under operating conditions such as low humidification and low current density, there is little risk of flooding due to the small amount of water produced, but the amount of water supplied is insufficient and the polymer electrolyte membrane dries out. This causes a dry-out phenomenon in which proton conductivity decreases.

そこで、従来では、ガス拡散基材表面に導電性粒子および撥水剤などからなるカーボン撥水層を有するガス拡散層が燃料電池用MEAに用いられている。前記カーボン撥水層は、カーボンなどの導電性粒子等の集合体からなる多孔質構造を有する。従って、加湿して供給されたガスを拡散させて電極触媒層に均一に供給するだけでなく、過剰な水を速やかに排出することが可能となる。   Therefore, conventionally, a gas diffusion layer having a carbon water-repellent layer made of conductive particles, a water repellent and the like on the surface of the gas diffusion base material has been used for the fuel cell MEA. The carbon water repellent layer has a porous structure made of an aggregate of conductive particles such as carbon. Therefore, it is possible not only to diffuse the gas supplied by humidification and uniformly supply the gas to the electrode catalyst layer, but also to quickly discharge excess water.

また、特許文献1には、固体高分子電解質膜の湿度分布を均一に保つため、カーボン撥水層における撥水剤の含有量をガスの流れ方向に従い傾斜させる方法が開示されている。
特開2003−92112号公報
Patent Document 1 discloses a method of inclining the water repellent content in the carbon water repellent layer in accordance with the gas flow direction in order to keep the humidity distribution of the solid polymer electrolyte membrane uniform.
JP 2003-92112 A

しかしながら、上記特許文献1のガス拡散層では、燃料電池の性能を低下させる基本的要因である抵抗分極が増大する場合がある。燃料電池の高出力化の観点からは、拡散分極だけでなく抵抗分極も低減させることが必要であり、さらなる改善が所望される。   However, in the gas diffusion layer of Patent Document 1, resistance polarization, which is a basic factor that degrades the performance of the fuel cell, may increase. From the viewpoint of increasing the output of the fuel cell, it is necessary to reduce not only diffusion polarization but also resistance polarization, and further improvement is desired.

そこで、本発明が目的とするところは、拡散分極および抵抗分極の双方が低減されたガス拡散層を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas diffusion layer in which both diffusion polarization and resistance polarization are reduced.

本発明は、撥水剤でコーティングされてなるカーボン粒子と、撥水剤粒子とを含むカーボン撥水層をガス拡散基材表面に有することを特徴とするガス拡散層により上記課題を解決するものである。   The present invention solves the above problems by a gas diffusion layer characterized in that it has a carbon water repellent layer containing carbon particles coated with a water repellent and water repellent particles on the surface of the gas diffusion substrate. It is.

本発明のガス拡散層は、上記カーボン撥水層を有することにより、拡散分極だけでなく、抵抗分極をも低減させることができる。従って、本発明のガス拡散層を燃料電池に用いれば、特にカソードにおいてフラッディング現象を抑制できるだけでなく、高い発電量を安定して供給することが可能となる。   The gas diffusion layer of the present invention can reduce not only diffusion polarization but also resistance polarization by having the carbon water-repellent layer. Therefore, when the gas diffusion layer of the present invention is used for a fuel cell, not only can the flooding phenomenon be suppressed, particularly at the cathode, but also a high power generation amount can be stably supplied.

本発明の第一は、撥水剤でコーティングされてなるカーボン粒子と、撥水剤粒子とを含むカーボン撥水層をガス拡散基材表面に有することを特徴とするガス拡散層である。   A first aspect of the present invention is a gas diffusion layer characterized by having a carbon water repellent layer containing carbon particles coated with a water repellent and water repellent particles on the surface of the gas diffusion substrate.

カーボン撥水層には、水を固体高分子電解質膜などに均一に供給して余分な水はガス拡散層側に排出する機能だけでなく、電気抵抗を下げることにより発電特性を向上させる機能も有することが求められる。しかしながら、従来のカーボン撥水層では、水の排出などを促進して拡散分極の低減は可能であったが、抵抗分極が増大する問題があった。   The carbon water-repellent layer not only has the function of supplying water uniformly to the solid polymer electrolyte membrane and discharging excess water to the gas diffusion layer side, but also has the function of improving the power generation characteristics by lowering the electrical resistance. It is required to have. However, the conventional carbon water-repellent layer can reduce the diffusion polarization by promoting the discharge of water, but there is a problem that the resistance polarization increases.

本発明では、かような問題に鑑みて鋭意検討した結果、以下のようなことが判明した。従来のカーボン撥水層の製造方法は、溶媒と、カーボン粒子およびポリテトラフルオロエチレンなどの撥水剤とを混合して調製したスラリーを、ガス拡散基材表面に塗布する方法が用いられている。そのため、図1(a)に示すように、カーボン粒子1は撥水剤2により覆われている。撥水剤はバインダーとしても作用することが可能であるため、カーボン粒子を絡み合わせることができる他、電極とガス拡散基材との物理的な結着性を高めることができる。また、水の排出を促進する場合などは、カーボン撥水層の撥水剤の含有量を増加させる必要がある。この場合、従来では、撥水剤濃度を高くして調整したスラリーを用いてカーボン撥水層を作製するため、図1(b)に示すように、カーボン粒子1をコーティングする撥水剤2の厚さが増すのである。   In the present invention, as a result of intensive studies in view of such problems, the following has been found. As a conventional method for producing a carbon water repellent layer, a method is used in which a slurry prepared by mixing a solvent, a water repellent such as carbon particles and polytetrafluoroethylene is applied to the surface of a gas diffusion substrate. . Therefore, the carbon particles 1 are covered with a water repellent 2 as shown in FIG. Since the water repellent agent can also act as a binder, the carbon particles can be entangled and the physical binding between the electrode and the gas diffusion substrate can be enhanced. Moreover, when promoting discharge | emission of water etc., it is necessary to increase content of the water repellent of a carbon water repellent layer. In this case, conventionally, since the carbon water-repellent layer is produced using the slurry adjusted by increasing the water-repellent concentration, as shown in FIG. 1B, the water-repellent agent 2 that coats the carbon particles 1 is used. The thickness increases.

電極において発生した電子は、カーボン撥水層中のカーボン粒子表面を介してガス拡散基材、外部回路などへ流れる。また、撥水剤として、一般的に用いられているポリテトラフルオロエチレンなどは絶縁体である。従って、従来のカーボン撥水層では、撥水剤の厚さが増すことにより、カーボン粒子間の電気抵抗が増加し、抵抗分極の増大を招いていたことが考えられる。   Electrons generated in the electrode flow to the gas diffusion base material, the external circuit, etc. via the carbon particle surface in the carbon water-repellent layer. Moreover, polytetrafluoroethylene generally used as a water repellent is an insulator. Therefore, in the conventional carbon water repellent layer, it is conceivable that the electrical resistance between the carbon particles increases due to the increase in the thickness of the water repellent, resulting in an increase in resistance polarization.

これに対し、本発明のカーボン撥水層は、図1(C)に示すように、撥水剤2でコーティングされるカーボン粒子1の他に、さらに撥水剤粒子3を含む。カーボン撥水層において、撥水剤の含有量を多くするには、撥水剤粒子の含有量を多くすればよく、カーボン粒子を覆う撥水剤の厚さを薄くすることができる。従って、前記カーボン撥水層は、水の排出などを促進してガス透過性を確保できるだけでなく、カーボン粒子間の電気抵抗を小さくすることができ、拡散分極および抵抗分極の双方の低減を実現させることが可能となる。   On the other hand, the carbon water repellent layer of the present invention further includes water repellent particles 3 in addition to the carbon particles 1 coated with the water repellent 2 as shown in FIG. In the carbon water repellent layer, in order to increase the content of the water repellent, the content of the water repellent particles may be increased, and the thickness of the water repellent covering the carbon particles can be reduced. Therefore, the carbon water-repellent layer not only promotes the discharge of water and ensures gas permeability, but also reduces the electrical resistance between the carbon particles, realizing both reduction of diffusion polarization and resistance polarization. It becomes possible to make it.

以下に本発明のガス拡散層に関して、順を追って説明する。   Hereinafter, the gas diffusion layer of the present invention will be described in order.

本発明のガス拡散層は、上述した通りであるが、ガス拡散基材表面にカーボン撥水層を有する。   The gas diffusion layer of the present invention is as described above, and has a carbon water-repellent layer on the surface of the gas diffusion substrate.

前記ガス拡散基材としては、特に限定されず、炭素製の織物、紙状抄紙体、フェルト、不織布といった導電性及び多孔質性を有するシート状材料を基材とするものなどが挙げられる。   The gas diffusion base material is not particularly limited, and examples thereof include a base material made of a sheet-like material having conductivity and porosity such as a carbon woven fabric, a paper-like paper body, a felt, and a non-woven fabric.

また、前記ガス拡散基材は、撥水性を高めてフラッディング現象などを防ぐために、公知の手段を用いて撥水処理を行ってもよい。前記撥水処理を行う方法としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレンといったフッ素系樹脂など撥水剤の分散液にガス拡散基材を浸漬した後、オーブン等で加熱乾燥させる方法などが挙げられる。また、撥水処理を行うことで、ガス拡散基材の剛性を高めることもできる。   In addition, the gas diffusion base material may be subjected to water repellency treatment using a known means in order to enhance water repellency and prevent a flooding phenomenon or the like. Examples of the water repellent treatment include a method in which a gas diffusion base material is immersed in a dispersion of a water repellent such as a fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene and then heated and dried in an oven or the like. Moreover, the rigidity of a gas diffusion base material can also be improved by performing water-repellent treatment.

次に、前記ガス拡散基材上に配置されるカーボン撥水層は、撥水剤でコーティングされてなるカーボン粒子の他に、さらに撥水剤粒子を含む。   Next, the carbon water repellent layer disposed on the gas diffusion substrate further includes water repellent particles in addition to the carbon particles coated with the water repellent.

前記カーボン粒子としては、電子伝導性に優れるものであればよく、カーボンブラック粉末、黒鉛粉末、膨張黒鉛粉末、金属粉末、セラミックス粉末などが挙げられる。電子伝導性に優れ、比表面積が大きいことから、オイルファーネスブラック、チャネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラックが好ましく挙げられる。   The carbon particles may be those having excellent electron conductivity, and examples thereof include carbon black powder, graphite powder, expanded graphite powder, metal powder, and ceramic powder. Carbon blacks such as oil furnace black, channel black, lamp black, thermal black, and acetylene black are preferred because of their excellent electron conductivity and large specific surface area.

前記カーボン粒子は、市販品を用いることができ、キャボット社製バルカンXC−72、バルカンP、ブラックパールズ880、ブラックパールズ1100、ブラックパールズ1300、ブラックパールズ2000、リーガル400、ライオン社製ケッチェンブラックEC、三菱化学社製#3150、#3250などのオイルファーネスブラック;電気化学工業社製デンカブラックなどのアセチレンブラック等が挙げられる。またカーボンブラックのほか、天然の黒鉛、ピッチ、コークス、ポリアクリロニトリル、フェノール樹脂、フラン樹脂などの有機化合物から得られる人工黒鉛や炭素などがある。また、耐食性などを向上させるために、カーボン粒子を熱処理などの加工を行ってもよい。   Commercially available products can be used as the carbon particles, such as Cabot Vulcan XC-72, Vulcan P, Black Pearls 880, Black Pearls 1100, Black Pearls 1300, Black Pearls 2000, Legal 400, Ketjen Black EC manufactured by Lion. Oil furnace black such as # 3150 and # 3250 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation; acetylene black such as Denka Black manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd. and the like. In addition to carbon black, there are artificial graphite and carbon obtained from organic compounds such as natural graphite, pitch, coke, polyacrylonitrile, phenol resin and furan resin. In order to improve the corrosion resistance and the like, the carbon particles may be subjected to processing such as heat treatment.

前記カーボン粒子の平均粒径としては、1〜10μm、好ましくは3〜7μm程度のものを用いるのがよい。平均粒径が1μm未満ではカーボン撥水層の空隙率が低下する恐れがあり、10μmを超えるとカーボン撥水層の厚さが増して、ガス透過性、電子伝導性などの低下を招く恐れがある。   The average particle diameter of the carbon particles is 1 to 10 μm, preferably about 3 to 7 μm. If the average particle size is less than 1 μm, the porosity of the carbon water-repellent layer may decrease. If the average particle size exceeds 10 μm, the thickness of the carbon water-repellent layer may increase, leading to a decrease in gas permeability, electronic conductivity, and the like. is there.

次に、前記撥水剤としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)などのフッ素系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが挙げられる。なかでも、撥水性、電極反応時の耐食性などに優れることから、フッ素系樹脂が好ましく用いられる。   Next, examples of the water repellent include fluorine resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyhexafluoropropylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), and polypropylene. And polyethylene. Of these, fluororesins are preferably used because of their excellent water repellency and corrosion resistance during electrode reaction.

撥水剤でコーティングされてなるカーボン粒子において、撥水剤の含有量は、5〜40質量%、好ましくは10〜20質量%程度とするのがよい。撥水剤の含有量が5質量%未満ではカーボン粒子を十分に結着させることができない恐れがあり、40質量%を超えると電気抵抗の増加、すなわち、抵抗分極の増加を招く恐れがあるため望ましくない。なお、「撥水剤でコーティングされてなるカーボン粒子」は、カーボン粒子の表面全体が撥水剤でコーティングされているのが好ましいが、表面の一部が撥水剤でコーティングされていなくともよい。   In the carbon particles coated with the water repellent, the content of the water repellent is 5 to 40% by mass, preferably about 10 to 20% by mass. If the water repellent content is less than 5% by mass, the carbon particles may not be sufficiently bound. If the content exceeds 40% by mass, the electrical resistance may increase, that is, the resistance polarization may increase. Not desirable. The “carbon particles coated with a water repellent” are preferably coated with the water repellent on the entire surface of the carbon particles, but a part of the surface may not be coated with the water repellent. .

カーボン撥水層に用いられる撥水剤粒子の平均粒径は、1〜10μm、好ましくは3〜7μm程度のものを用いるのがよい。平均粒径が1μm未満ではカーボン撥水層の空隙率が低下する恐れがあり、10μmを超えるとカーボン撥水層の厚さが増して、ガス透過性、電子伝導性などの低下を招く恐れがある。   The average particle diameter of the water repellent particles used in the carbon water repellent layer is 1 to 10 μm, preferably about 3 to 7 μm. If the average particle size is less than 1 μm, the porosity of the carbon water-repellent layer may decrease. If the average particle size exceeds 10 μm, the thickness of the carbon water-repellent layer may increase, leading to a decrease in gas permeability, electronic conductivity, and the like. is there.

カーボン撥水層の厚さは、50〜150μm、好ましくは75〜100μmとすればよい。しかし、これに特に限定されず、得られるガス拡散層のガス透過性、電子伝導性などを考慮して決定すればよい。   The thickness of the carbon water-repellent layer may be 50 to 150 μm, preferably 75 to 100 μm. However, it is not particularly limited to this, and it may be determined in consideration of gas permeability, electron conductivity, and the like of the obtained gas diffusion layer.

本発明のカーボン撥水層は、撥水剤にコーティングされたカーボン粒子のみからなる層を、前記カーボン撥水層の厚さの全長に亘り少なくとも1つ有するのが好ましい。かようなカーボン撥水層の模式図を図2に示す。   The carbon water-repellent layer of the present invention preferably has at least one layer composed of only carbon particles coated with a water-repellent agent over the entire length of the carbon water-repellent layer. A schematic diagram of such a carbon water repellent layer is shown in FIG.

図2のカーボン撥水層6において、撥水剤2にコーティングされたカーボン粒子1が電極5からガス拡散基材7へと連通している。かような構造を有することにより、撥水剤の電気的抵抗に妨げられることなく電極からガス拡散基材への電子伝導経路を確保することができ、抵抗分極をより低減させることができるのである。   In the carbon water repellent layer 6 of FIG. 2, the carbon particles 1 coated with the water repellent 2 are communicated from the electrode 5 to the gas diffusion base material 7. By having such a structure, the electron conduction path from the electrode to the gas diffusion base material can be secured without being hindered by the electrical resistance of the water repellent, and the resistance polarization can be further reduced. .

また、ガス拡散基材と、カーボン撥水層とは、異なる平均空孔径とすることで、水の排出を促進させてもよい。すなわち、カーボン撥水層の平均空孔径を、ガス拡散基材の平均空孔径より小さくするのである。これにより、毛細管力による水吸収力が増大して、水が移動し易くなり、ガス拡散基材へと拡散されて排出するのを促進させることができるのである。   Further, the gas diffusion base material and the carbon water-repellent layer may have different average pore diameters to promote water discharge. That is, the average pore diameter of the carbon water repellent layer is made smaller than the average pore diameter of the gas diffusion base material. Thereby, the water absorption power by capillary force increases, it becomes easy to move water, and it can promote that it is diffused and discharged | emitted to a gas diffusion base material.

一般的に、燃料電池では固体高分子電解質膜を湿潤させるために、燃料として供給するガスは加湿される。また、電極反応により、特にカソードにおいては水が多量に生成する。従って、ガス入口部からガス出口部に向かって水分含有量は漸増し、ガス出口部付近では水分含有量がかなり多くなり拡散分極が増加する。従って、カーボン撥水層において水が停留し易くフラッディング現象の原因となる部位の撥水性を高めて、拡散分極の低減を行うのが望ましい。   In general, in a fuel cell, a gas supplied as fuel is humidified in order to wet a solid polymer electrolyte membrane. In addition, a large amount of water is generated by the electrode reaction, particularly at the cathode. Therefore, the moisture content gradually increases from the gas inlet portion toward the gas outlet portion, and the moisture content increases considerably in the vicinity of the gas outlet portion to increase diffusion polarization. Therefore, it is desirable to reduce the diffusion polarization by increasing the water repellency of the portion that causes water flooding easily in the carbon water repellent layer and causes the flooding phenomenon.

この点を考慮して、カーボン撥水層では、ガス入口部からガス出口部へと面方向に前記撥水剤の含有量を大きくしてもよい。前記撥水剤の含有量は、段階的に大きくなってもよく、傾斜して徐々に大きくなってもよい。前者の場合、例えば、カーボン撥水層の前半部分が撥水剤でコーティングされてなるカーボン粒子のみを配置し、後半部分は図2と同様にして撥水剤でコーティングされてなるカーボン粒子および撥水剤粒子を配置したカーボン撥水層などが挙げられるが、特にこれに限定されない。撥水剤含有量は、得られるカーボン撥水層の撥水性などを考慮して決定すればよいが、ガス出口部/ガス入口部=1〜4、好ましくは1〜2程度とすればよい。   In consideration of this point, in the carbon water repellent layer, the content of the water repellent may be increased in the surface direction from the gas inlet portion to the gas outlet portion. The content of the water repellent may be increased stepwise or may be gradually increased with an inclination. In the former case, for example, only carbon particles in which the first half of the carbon water-repellent layer is coated with a water repellent are disposed, and the latter half in the same manner as in FIG. Examples thereof include, but are not limited to, a carbon water repellent layer in which liquid agent particles are arranged. The water repellent content may be determined in consideration of the water repellency of the obtained carbon water repellent layer, but may be gas outlet / gas inlet = 1-4, preferably about 1-2.

さらに、カーボン撥水層は、燃料電池のカソード側に用いた場合、電極からガス拡散基材へと水を排出するとともに、外部回路を伝わってきた電子をガス拡散基材から電極へと伝導させる必要がある。そこで、図3に示すように、電極側から前記ガス拡散基材側へと厚さ方向に前記撥水剤の含有量を小さくするのが好ましい。これにより、撥水性を高めるだけでなく、ガス拡散基材側にカーボン粒子が多く配置されているため外部回路から伝わってきた電子を効率よく電極へと伝導させることができる。また、含有量は、段階的に大きくなってもよく、傾斜して徐々に大きくなってもよい。この際、撥水剤含有量は、得られるカーボン撥水層の撥水性などを考慮して決定すればよいが、電極近傍/ガス拡散基材近傍=1〜4、好ましくは1〜2程度とすればよい。   Furthermore, the carbon water-repellent layer, when used on the cathode side of the fuel cell, discharges water from the electrode to the gas diffusion base material and conducts electrons transmitted through the external circuit from the gas diffusion base material to the electrode. There is a need. Therefore, as shown in FIG. 3, it is preferable to reduce the content of the water repellent in the thickness direction from the electrode side to the gas diffusion base material side. Thereby, not only is the water repellency improved, but since many carbon particles are arranged on the gas diffusion base material side, electrons transmitted from the external circuit can be efficiently conducted to the electrode. Further, the content may be increased stepwise, or may be gradually increased with an inclination. At this time, the water repellent content may be determined in consideration of the water repellency of the carbon water repellent layer to be obtained, and the vicinity of the electrode / near the gas diffusion substrate = 1 to 4, preferably about 1-2. do it.

本発明のカーボン撥水層の作成方法としては、まず、水、パーフルオロベンゼン、ジクロロペンタフルオロプロパン、メタノール、エタノールなどのアルコール系有機溶媒などの溶媒中に、カーボン粒子、撥水剤等を、分散・混合させることによりスラリーを調製する。次に、ガス拡散基材の所定の部位を予めマスキングし、前記スラリーを塗布した後にマスキングを外し、塗布したスラリー上に別のマスキングをし、残りの部位に撥水剤粒子を散布する方法によりカーボン撥水層が得られる。   As a method for producing the carbon water repellent layer of the present invention, first, carbon particles, a water repellent, etc., in a solvent such as water, perfluorobenzene, dichloropentafluoropropane, methanol, ethanol and other alcohol-based organic solvents, A slurry is prepared by dispersing and mixing. Next, by masking a predetermined portion of the gas diffusion base material in advance, removing the mask after applying the slurry, performing another masking on the applied slurry, and spraying water repellent particles on the remaining portion A carbon water repellent layer is obtained.

前記スラリーは、例えば、撥水剤としてPTFEを用いる場合、カーボン粉末とPTFEディスパージョンと、さらに必要であれば水を混合することによっても調製できる。また、スラリーには、ガス拡散基材へ塗布し易くするため、増粘剤などを添加してもよい。   For example, when PTFE is used as a water repellent, the slurry can also be prepared by mixing carbon powder, PTFE dispersion, and, if necessary, water. Moreover, in order to make it easy to apply | coat to a gas diffusion base material, you may add a thickener etc. to a slurry.

前記スラリーを塗布するには、スプレー、ナイフコーター、スピンコーターなど各種公知技術を用いて塗布すればよい。なお、前記スラリーは、乾燥および粉砕することで粉体とした後、予めマスキングしたガス拡散基材上に散布してもよい。   In order to apply the slurry, it may be applied using various known techniques such as spray, knife coater, and spin coater. In addition, after making the said slurry into powder by drying and grind | pulverizing, you may spread on the gas diffusion base material masked beforehand.

カーボン撥水層表面は、電極との密着性を向上させるために、平滑であることが好ましい。そのため作製したカーボン撥水層は、ポリエチレン系樹脂でコーティングされた離型フィルムなどを介して、押出またはロール圧延などの公知の手段により成形するのが好ましい。   The surface of the carbon water repellent layer is preferably smooth in order to improve adhesion to the electrode. Therefore, the produced carbon water-repellent layer is preferably formed by a known means such as extrusion or roll rolling through a release film coated with a polyethylene resin.

カーボン撥水層が形成されたガス拡散基材は、乾燥させた後、マッフル炉や焼成炉を用いて、300〜400℃程度で熱処理を施すとよい。これにより、撥水剤が長期に亘って安定した撥水性を確保することが可能となる。   The gas diffusion base material on which the carbon water-repellent layer is formed is preferably dried and then subjected to heat treatment at about 300 to 400 ° C. using a muffle furnace or a firing furnace. This makes it possible for the water repellent to ensure stable water repellency over a long period of time.

また、上述した方法では、ガス拡散基材上にカーボン撥水層を作製する方法であったが、特にこれに限定されない。すなわち、フッ素系樹脂などの離型フィルム上に、所定の部位にマスキングをして前記スラリーを塗布した後にマスキングを外し、前記スラリーを塗布した部位に別のマスキングをして残りの部位に撥水剤粒子を散布し、その表面にガス拡散基材を配置して熱処理を施し、離型フィルムを剥がす方法などによっても、本発明のガス拡散層を作製することができる。この時に行う熱処理は、上述した方法と同様にして行えばよい。   In the above-described method, the carbon water-repellent layer is formed on the gas diffusion base material. However, the method is not particularly limited thereto. That is, on a release film such as a fluorine-based resin, a predetermined portion is masked and the slurry is applied, and then the masking is removed, and another portion of the slurry is applied to the remaining portion and water repellent is applied to the remaining portion. The gas diffusion layer of the present invention can also be produced by a method of spraying agent particles, disposing a gas diffusion base material on the surface, performing heat treatment, and peeling off the release film. The heat treatment performed at this time may be performed in the same manner as described above.

カーボン撥水層の撥水剤の含有量を、ガス入口からガス出口に向かって大きくするには、スラリーを塗布する部位が、ガス入口付近では多くし、ガス出口に向かって少なくなるようにマスキングすればよい。   In order to increase the water repellent content of the carbon water repellent layer from the gas inlet to the gas outlet, masking is performed so that more slurry is applied near the gas inlet and less toward the gas outlet. do it.

また、カーボン撥水層の撥水剤の含有量を、前記電極側から前記ガス拡散基材側へと厚さ方向に小さくするには、例えば、まず、(i)マスキングをせずにガス拡散基材上にスラリーを塗布する。次に、(ii)その上に所定の部位にマスキングをして再度スラリーを塗布してマスキングを外し、スラリーを再度塗布した部位のみマスキングをした後、残りの部位に撥水剤粒子を散布する。さらに、撥水剤の含有量が所望の勾配を有するように、前記(ii)の工程を繰り返せばよい。この際、得られるカーボン撥水層が厚さの全長に亘り、カーボン粒子のみからなる層を少なくとも1つ有するように、スラリーを重ねて塗布するようにマスキングする部位を調整するのが好ましい。   In order to reduce the water repellent content of the carbon water repellent layer in the thickness direction from the electrode side to the gas diffusion substrate side, for example, first, (i) gas diffusion without masking Apply the slurry onto the substrate. Next, (ii) masking a predetermined part on it, applying the slurry again to remove the masking, masking only the part where the slurry is applied again, and then spraying the water repellent particles on the remaining part . Furthermore, the step (ii) may be repeated so that the content of the water repellent agent has a desired gradient. At this time, it is preferable to adjust a portion to be masked so that the slurry is applied in layers so that the obtained carbon water-repellent layer has at least one layer composed of only carbon particles over the entire length.

上述したように、本発明のカーボン撥水層は、撥水剤にコーティングされたカーボン粒子と、撥水剤粒子とを含むことにより、電気抵抗の増大の要因となるカーボン粒子を覆っている撥水剤の厚さを薄くすることができる。これにより、カーボン粒子間の距離が短くなり、抵抗分極を低下させることが可能となる。さらに、カーボン撥水層において、所望の撥水剤の含有量を得るためには、カーボン粒子を覆う撥水剤の厚さを変えずに、撥水剤粒子の含有量を増やせばよい。従って、抵抗分極だけでなく、拡散分極の双方を低減させることができるため、本発明のカーボン撥水層を表面に有するガス拡散層を燃料電池用MEAとして用いれば、優れた発電特性を発揮することができる。   As described above, the carbon water repellent layer of the present invention includes carbon particles coated with a water repellent and the water repellent particles, thereby covering the carbon particles that cause an increase in electrical resistance. The thickness of the liquid medicine can be reduced. Thereby, the distance between carbon particles becomes short, and it becomes possible to reduce resistance polarization. Further, in order to obtain a desired water repellent content in the carbon water repellent layer, the content of the water repellent particles may be increased without changing the thickness of the water repellent covering the carbon particles. Accordingly, since not only resistance polarization but also diffusion polarization can be reduced, if the gas diffusion layer having the carbon water-repellent layer of the present invention on the surface is used as the MEA for fuel cells, excellent power generation characteristics are exhibited. be able to.

本発明の第二は、固体高分子電解質膜と、電極と、ガス拡散層とを有する燃料電池用MEAにおいて、前記ガス拡散層の少なくとも1つが、上述した本発明の第一のガス拡散層であり、前記電極と接する面に前記カーボン撥水層が配置されることを特徴とする燃料電池用MEAである。   The second of the present invention is a fuel cell MEA having a solid polymer electrolyte membrane, an electrode, and a gas diffusion layer, wherein at least one of the gas diffusion layers is the above-described first gas diffusion layer of the present invention. The fuel cell MEA is characterized in that the carbon water-repellent layer is disposed on a surface in contact with the electrode.

前記固体高分子電解質膜は、特に限定されず、従来からMEAに一般的に用いられているものであれば、如何なるものも適用し得る。一例を挙げると、少なくとも高いプロトン伝導性を有する部材からなるものが挙げられ、具体的には、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体、リン酸などの無機酸を炭化水素系高分子化合物にドープさせたもの、一部がプロトン伝導性の官能基で置換された有機/無機ハイブリッドポリマー、高分子マトリックスにリン酸溶液や硫酸溶液を含浸させたプロトン伝導体などの固体高分子電解質からなる膜が挙げられる。   The solid polymer electrolyte membrane is not particularly limited, and any solid polymer electrolyte membrane can be used as long as it has been conventionally used in MEA. An example is a material composed of a member having at least high proton conductivity. Specifically, a perfluorocarbon polymer having a sulfonic acid group, an inorganic acid such as phosphoric acid is doped into a hydrocarbon polymer compound. A membrane made of a solid polymer electrolyte, such as an organic / inorganic hybrid polymer partially substituted with a proton conductive functional group, or a proton conductor obtained by impregnating a polymer matrix with a phosphoric acid solution or a sulfuric acid solution. Can be mentioned.

また、固体高分子電解質膜は、デュポン社製の各種のNAFIONやフレミオンに代表されるパーフルオロスルホン酸膜、ダウケミカル社製のイオン交換樹脂、エチレン−四フッ化エチレン共重合体樹脂膜、トリフルオロスチレンをベースポリマーとする樹脂膜などのフッ素系高分子電解質や、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂系膜などの市販されているものを用いてもよい。   Solid polymer electrolyte membranes include perfluorosulfonic acid membranes represented by various NAFION and Flemion manufactured by DuPont, ion exchange resins manufactured by Dow Chemical Company, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer resin membranes, Commercially available products such as fluoropolymer electrolytes such as resin membranes based on fluorostyrene and hydrocarbon resin membranes having sulfonic acid groups may be used.

前記固体高分子電解質膜の厚みとしては、得られるMEAの特性を考慮して適宜決定すればよいが、好ましくは5〜300μm、より好ましくは10〜200μm、特に好ましくは15〜150μmである。前記厚みが5μm未満であると製造工程またはMEA運転時に容易に破損しやすくなる恐れがあり、また、300μmを超えると得られるMEAの出力特性の低下を招く恐れがある。   The thickness of the solid polymer electrolyte membrane may be appropriately determined in consideration of the properties of the obtained MEA, but is preferably 5 to 300 μm, more preferably 10 to 200 μm, and particularly preferably 15 to 150 μm. If the thickness is less than 5 μm, it may be easily damaged during the manufacturing process or MEA operation, and if it exceeds 300 μm, the output characteristics of the resulting MEA may be deteriorated.

次に、本発明のMEAにおいて、前記固体高分子電解質膜を挟持する一対の電極は、導電性担体に触媒粒子が担持されてなる電極触媒と、固体高分子電解質とを少なくとも含む。   Next, in the MEA of the present invention, the pair of electrodes sandwiching the solid polymer electrolyte membrane includes at least an electrode catalyst in which catalyst particles are supported on a conductive carrier, and a solid polymer electrolyte.

前記導電性担体は、主成分がカーボンであるのが好ましい。導電性担体の電気抵抗が高いと、電極の内部抵抗が高くなり、結果として電池性能の低下を招く。導電性担体は、カーボンを主成分とすることにより十分に高い電子導電率を得ることができ、電気抵抗を低くすることができる。   The conductive carrier is preferably composed mainly of carbon. When the electrical resistance of the conductive carrier is high, the internal resistance of the electrode is increased, resulting in a decrease in battery performance. The conductive carrier can obtain a sufficiently high electronic conductivity by using carbon as a main component, and can reduce electric resistance.

前記導電性担体として、より具体的には、チャンネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック;種々の炭素原子を含む材料を炭化、賦活処理した活性炭;グラファイト化カーボン等のカーボンを主成分とするものが挙げられる。   More specifically, as the conductive carrier, carbon black such as channel black, furnace black, and thermal black; activated carbon obtained by carbonizing and activating a material containing various carbon atoms; carbon such as graphitized carbon as a main component To do.

次に、前記電極触媒における触媒粒子としては、水素の酸化反応、及び酸素の還元反応に対して触媒作用を有することが求められ、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属、及びそれらの合金等から選択される1種以上が挙げられる。また、前記触媒粒子は、白金単独で用いてもよいが、前記触媒粒子の安定性や活性を高めるために、白金を主成分とする合金などであってもよい。   Next, the catalyst particles in the electrode catalyst are required to have a catalytic action for hydrogen oxidation reaction and oxygen reduction reaction, such as platinum, ruthenium, iridium, rhodium, palladium, osmium, tungsten, lead, Examples thereof include one or more selected from metals such as iron, chromium, cobalt, nickel, manganese, vanadium, molybdenum, gallium, and aluminum, and alloys thereof. The catalyst particles may be used alone, but may be an alloy containing platinum as a main component in order to increase the stability and activity of the catalyst particles.

触媒粒子の平均粒径は、1〜30nmであることが好ましい。触媒粒子は、平均粒径が小さいほど比表面積が大きくなるため触媒活性も向上すると推測されるが、実際は、触媒粒子径を極めて小さくしても、比表面積の増加分に見合った触媒活性は得られない恐れがあるため、上記範囲とするのが好ましい。なお、本発明における「触媒粒子の平均粒径」は、X線回折における触媒粒子の回折ピークの半値幅より求められる結晶子径あるいは透過型電子顕微鏡像より調べられる触媒粒子の粒子径の平均値により測定することができる。   The average particle diameter of the catalyst particles is preferably 1 to 30 nm. The catalyst particles are estimated to have a higher specific surface area as the average particle size is smaller, so the catalytic activity is also improved. However, in practice, even if the catalyst particle size is extremely small, catalyst activity commensurate with the increase in specific surface area is obtained. Therefore, the above range is preferable. The “average particle diameter of the catalyst particles” in the present invention is the average value of the particle diameter of the catalyst particles determined from the crystallite diameter or transmission electron microscope image obtained from the half width of the diffraction peak of the catalyst particles in X-ray diffraction. Can be measured.

導電性担体への触媒粒子の担持は公知の方法で行うことができる。電極触媒における導電性担体に担持する触媒粒子の担持量は特に限定されないが、電極中の電極触媒の全量に対して、10〜80質量%、好ましくは30〜70質量%、より好ましくは40〜60質量%程度とするのがよい。担持量が10質量%未満であると、触媒粒子による十分な触媒活性がえられない恐れがある。そのため、高い活性を得るためには電極を厚くしなければならず、これによる電極の内部抵抗の増加などに起因して電池性能の低下が生じる恐れがあるため望ましくない。また、80質量%を超えた場合には、導電性担体表面に担持する触媒粒子の重なりが多くなることから、十分な触媒粒子の反応面積が得られず触媒活性が低下する恐れがある。なお、触媒粒子の担持量は、誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)によって調べることができる。   The catalyst particles can be supported on the conductive support by a known method. The amount of catalyst particles supported on the conductive support in the electrode catalyst is not particularly limited, but is 10 to 80% by mass, preferably 30 to 70% by mass, more preferably 40 to 40% by mass with respect to the total amount of the electrode catalyst in the electrode. It is good to set it as about 60 mass%. If the supported amount is less than 10% by mass, sufficient catalytic activity by the catalyst particles may not be obtained. For this reason, in order to obtain high activity, the electrode must be thickened, which is undesirable because the battery performance may be deteriorated due to an increase in the internal resistance of the electrode. On the other hand, when the amount exceeds 80% by mass, the overlapping of the catalyst particles supported on the surface of the conductive carrier increases, so that a sufficient reaction area of the catalyst particles cannot be obtained and the catalytic activity may be lowered. The amount of catalyst particles supported can be examined by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP).

次に、電極に含まれる固体高分子電解質としては、電極に従来から用いられているものであれば特に限定されず、具体的には固体高分子電解質膜において列挙した固体高分子電解質を用いればよい。また、固体高分子電解質膜と電極とで用いる固体高分子電解質は、異なっていてもよいが、膜と電極の接触抵抗などを考慮すると同じものを用いるのが好ましい。   Next, the solid polymer electrolyte contained in the electrode is not particularly limited as long as it is conventionally used for the electrode, and specifically, if the solid polymer electrolyte listed in the solid polymer electrolyte membrane is used. Good. Further, the solid polymer electrolyte used for the solid polymer electrolyte membrane and the electrode may be different, but it is preferable to use the same one in consideration of the contact resistance between the membrane and the electrode.

前記固体高分子電解質は、バインダーポリマーとして電極触媒を被覆しているのが好ましい。これにより、電極の構造を安定に維持できるとともに、電極反応が進行する反応サイト(三相界面)を十分に確保して、高い触媒活性を得ることができる。電極中に含まれる前記固体高分子電解質の含有量は、特に限定されないが、触媒粒子の全量に対して20〜60質量%とするのがよい。   The solid polymer electrolyte preferably covers an electrode catalyst as a binder polymer. Thereby, while being able to maintain the structure of an electrode stably, the sufficient reaction site (three-phase interface) where an electrode reaction advances can be ensured, and high catalyst activity can be acquired. Although content of the said solid polymer electrolyte contained in an electrode is not specifically limited, It is good to set it as 20-60 mass% with respect to the whole quantity of a catalyst particle.

電極の製造方法としては、触媒粒子、プロトン導電性部材の他に必要に応じて、撥水剤、造孔剤、増粘剤、希釈溶媒などを混合してペースト状あるいはスラリー状にし、これをガス拡散層(カーボン撥水層)または固体高分子電解質膜上にスクリーン印刷法、沈積法、あるいはスプレー法などで所望の厚さに塗布・乾燥させて電極を形成する公知の方法などが挙げられる。   As an electrode manufacturing method, in addition to the catalyst particles and the proton conductive member, a water repellent, a pore former, a thickener, a diluting solvent, etc. are mixed as necessary to form a paste or slurry. Examples include a known method of forming an electrode by applying and drying to a desired thickness on a gas diffusion layer (carbon water repellent layer) or a solid polymer electrolyte membrane by a screen printing method, a deposition method, or a spray method. .

本発明のMEAは、上述した、固体高分子電解質膜、および、電極を、さらにガス拡散層を用いて、ガス拡散層/電極(アノード)/固体高分子電解質膜/電極(カソード)/ガス拡散層となるように配置することで得られる。   The MEA of the present invention uses the above-described solid polymer electrolyte membrane and electrode, and further, a gas diffusion layer, gas diffusion layer / electrode (anode) / solid polymer electrolyte membrane / electrode (cathode) / gas diffusion. It is obtained by arranging so as to form a layer.

ガス拡散層としては、本発明の第一のカーボン撥水層を有するガス拡散層が、アノード側ガス拡散層またはカソード側ガス拡散層の少なくともいずれかに用いられればよいが、好ましくはカソード側ガス拡散層に用いる。これにより、電極反応による生成水などを排出してフラッディング現象を抑制するだけでなく、電子を電極へと効率よく伝導させることができるため、発電特性に優れた燃料電池用MEAが得られる。また、ガス拡散基材は、一般的に繊維織布などからなるため、これが電極や固体高分子電解質膜に突き刺さりして破壊する恐れがあった。しかしながら、カーボン撥水層を設けることで緩衝層としての役割も副次的に得られる。   As the gas diffusion layer, the gas diffusion layer having the first carbon water repellent layer of the present invention may be used in at least one of the anode side gas diffusion layer and the cathode side gas diffusion layer. Used for diffusion layer. Thus, not only can water generated by the electrode reaction be discharged to suppress the flooding phenomenon, but also electrons can be efficiently conducted to the electrode, so that a fuel cell MEA having excellent power generation characteristics can be obtained. Further, since the gas diffusion base material is generally made of a fiber woven fabric or the like, there is a risk that the gas diffusion base material may pierce and break the electrode or the solid polymer electrolyte membrane. However, providing a carbon water-repellent layer also provides a secondary role as a buffer layer.

アノード側ガス拡散層には、カーボン撥水層を有しないガス拡散層を配置してもよい。この場合のガス拡散層としては、本発明の第一のガス拡散層で用いたガス拡散基材のみを用いればよい。なお、前記ガス拡散基材は、上述した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。   A gas diffusion layer having no carbon water-repellent layer may be disposed in the anode side gas diffusion layer. As the gas diffusion layer in this case, only the gas diffusion substrate used in the first gas diffusion layer of the present invention may be used. In addition, since the said gas diffusion base material is as having mentioned above, detailed description is abbreviate | omitted here.

MEAの製造方法としては、固体高分子電解質膜上に電極を直接形成した後、これをガス拡散層で挟持する方法、セパレータ上にガス拡散層、電極を形成しこれを固体高分子電解質膜と接合する方法、離型フィルムなどの平板上に電極を形成しこれを固体高分子電解質膜に転写した後、ガス拡散層で挟持する方法等の種々の方法が挙げられる。なお、電極を固体高分子電解質膜とは別個に形成した場合には、電極と固体高分子電解質膜とは、ホットプレス法等により接合することが好ましい。   As a manufacturing method of MEA, after forming an electrode directly on a solid polymer electrolyte membrane, a method of sandwiching this with a gas diffusion layer, a gas diffusion layer and an electrode are formed on a separator, and this is used as a solid polymer electrolyte membrane. Various methods such as a method of bonding, a method of forming an electrode on a flat plate such as a release film, transferring the electrode to a solid polymer electrolyte membrane, and sandwiching it with a gas diffusion layer can be used. When the electrode is formed separately from the solid polymer electrolyte membrane, the electrode and the solid polymer electrolyte membrane are preferably joined by a hot press method or the like.

本発明の第三は、上述した各種特性を示すことができる燃料電池用MEAを有する燃料電池である。前記燃料電池は、車両などの移動体用電源、定置用電源などとして有用であり、高電流密度の運転条件下などで高い発電量を安定して供給することができる。   A third aspect of the present invention is a fuel cell having a fuel cell MEA capable of exhibiting the various characteristics described above. The fuel cell is useful as a power source for a moving body such as a vehicle, a stationary power source, and the like, and can stably supply a high power generation amount under a high current density operation condition.

燃料電池の種類としては、所望する電池特性が得られるのであれば特に限定されないが、実用性・安全性などの観点から固体高分子型燃料電池(単に「PEFC」とも記載する。)として用いるのが好ましい。PEFCは、MEAをセパレータで挟持した構造を有する。   The type of fuel cell is not particularly limited as long as desired cell characteristics can be obtained, but it is used as a polymer electrolyte fuel cell (also simply referred to as “PEFC”) from the viewpoints of practicality and safety. Is preferred. The PEFC has a structure in which an MEA is sandwiched between separators.

セパレータとしては特に限定されず、カーボンセパレータ、金属セパレータなど公知のものを用いればよい。セパレータ8は、空気と燃料ガスとを分離する機能を有するものであり、それらの流路を確保するために、図2に示すように、ガスの流れに沿って平行に伸びる流路溝9が複数形成されてもよい。前記ガス流路溝9は、リブとも呼ばれる凸部10が複数配置されることにより区画形成されている。   It does not specifically limit as a separator, What is necessary is just to use well-known things, such as a carbon separator and a metal separator. The separator 8 has a function of separating air and fuel gas, and in order to secure the flow paths thereof, as shown in FIG. 2, a flow path groove 9 extending in parallel along the gas flow is formed. A plurality may be formed. The gas channel groove 9 is partitioned by a plurality of convex portions 10 called ribs.

セパレータの流路溝の溝幅やピッチに関しては特に限定されないが、細くなるほど電極へのガス拡散性が改善され、通常は0.5〜1.0mm程度の溝幅が用いられている。また、カソードにおいて生成した水がセパレータの流路に滞留するのを防ぐため、流路を長くして流速を早めたり、セパレータを立てて生成水が上から下へと流れ易くなるようにしてもよい。   The groove width and pitch of the flow path groove of the separator are not particularly limited, but the gas diffusibility to the electrode is improved as the thickness is reduced, and a groove width of about 0.5 to 1.0 mm is usually used. In addition, in order to prevent water generated at the cathode from staying in the separator flow path, the flow path can be lengthened to increase the flow rate, or the separator can be set up so that the generated water can easily flow from top to bottom. Good.

本発明の燃料電池において、カーボン撥水層における撥水剤でコーティングされてなるカーボン粒子のみからなる層は、図2に示すように、前記凸部と対向する領域に配置されるのが好ましい。これにより、電子の流れをスムーズにすることができ、電子伝導率を向上させることが可能となる。   In the fuel cell of the present invention, it is preferable that the layer made of only carbon particles coated with the water repellent in the carbon water repellent layer is disposed in a region facing the convex portion as shown in FIG. Thereby, the flow of electrons can be made smooth, and the electron conductivity can be improved.

さらに、PEFCが所望する電圧等を得られるように、セパレータを介してMEAを複数積層して直列に繋いだスタックを形成してもよい。PEFCの形状などは、特に限定されず、所望する電圧などの電池特性が得られるように適宜決定すればよい。   Furthermore, a stack in which a plurality of MEAs are stacked via a separator and connected in series may be formed so that a desired voltage or the like can be obtained by the PEFC. The shape of the PEFC is not particularly limited, and may be determined as appropriate so that desired battery characteristics such as voltage can be obtained.

上述した本発明の燃料電池用MEAおよび燃料電池は、本発明の第一のガス拡散層を含むことを特徴とするものである。よって、その他の要件に関して、上述したものは一例を示したに過ぎず、従来公知技術において利用することができる他の構成成分を本発明の燃料電池用MEAおよび燃料電池に適宜用いることができる。   The fuel cell MEA and the fuel cell of the present invention described above include the first gas diffusion layer of the present invention. Therefore, what has been described above is merely an example regarding the other requirements, and other constituent components that can be used in the conventionally known technology can be used as appropriate for the fuel cell MEA and the fuel cell of the present invention.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。下記実施例は、本発明の好ましい一実施形態を示したに過ぎず、本発明がこれに限定されないことはいうまでもない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. The following example shows only one preferred embodiment of the present invention, and it goes without saying that the present invention is not limited thereto.

<実施例1>
1.ガス拡散層の形成
(1−1)ガス拡散基材の撥水処理
厚さ270μmのカーボンペーパー(東レ社製TGP−H−090)を、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)分散液(ダイキン工業社製ポリフロンD−1E、60wt%)に浸漬後、オーブン内にて80℃、1時間乾燥させることにより、カーボンペーパー中にPTFEを分散させ、撥水処理を行ったガス拡散基材(PTFE含有量25wt%)を得た。その後、ガス拡散基材を一辺6cmの正方形に切り出した。
<Example 1>
1. Formation of gas diffusion layer (1-1) Water repellent treatment of gas diffusion base material Carbon paper having a thickness of 270 μm (TGP-H-090 manufactured by Toray Industries, Inc.) was dispersed in a polytetrafluoroethylene (PTFE) dispersion (manufactured by Daikin Industries, Ltd.). Gas diffusion base material (PTFE content: 25 wt.) Obtained by dispersing PTFE in carbon paper and dipping it in carbon paper by drying in an oven at 80 ° C. for 1 hour after being immersed in Polyflon D-1E (60 wt%) %). Thereafter, the gas diffusion base material was cut into a square having a side of 6 cm.

(1−2)カーボン撥水層の形成
カーボン粒子(2800℃熱処理ケッチェンブラックEC600JD)5.4g、(1−1)で用いたのと同じPTFE分散液1.0g、水29.6gをホモジナイザーを用いて3時間混合分散し、スラリー化した。先に撥水処理したガス拡散基材の片面上に、スラリーを塗布する部位が、図2に示すように、幅(w)1mm、高さ(h)100μm、間隔(w)1mmとなるようにマスキングをし、バーコーターを用いて前記スラリーを塗布後、マスキングを外した。次に、塗布したスラリー上のみにマスキングをし、残りの部位に撥水剤粒子としてPTFE粉末(平均粒径1μm)を散布した後、オーブン内にて80℃、1時間乾燥させ、さらにマッフル炉にて350℃、1時間熱処理を行った。
(1-2) Formation of carbon water repellent layer 5.4 g of carbon particles (2800 ° C. heat-treated Ketjen black EC600JD), 1.0 g of the same PTFE dispersion used in (1-1), and 29.6 g of water were homogenizer. Was mixed and dispersed for 3 hours to form a slurry. As shown in FIG. 2, the part where the slurry is applied on one side of the gas diffusion base material that has been subjected to the water-repellent treatment is a width (w 1 ) of 1 mm, a height (h 1 ) of 100 μm, and an interval (w 2 ) of 1 mm. Then, the slurry was applied using a bar coater, and then the masking was removed. Next, masking is performed only on the applied slurry, and PTFE powder (average particle size: 1 μm) is sprayed as water-repellent particles on the remaining portion, followed by drying in an oven at 80 ° C. for 1 hour, and further a muffle furnace At 350 ° C. for 1 hour.

2.MEAの作製
(2−1)電極インクの調製
カーボン粒子(2800℃熱処理ケッチェンブラックEC600JD ケッチェン・ブラック・インターナショナル社製)に白金を担持させた白金担持カーボン(白金含有率43wt%)10g、固体高分子電解質溶液(DuPont社製NAFION溶液DE520、電解質含量5wt%)90g、純水3g、および、2−プロパノール(和光純薬工業社製特級試薬)1gを、25℃で保持するよう設定したウォーターバス中のガラス容器内で、ホモジナイザーを用いて3時間混合分散することで、電極インクとした。
2. Preparation of MEA (2-1) Preparation of electrode ink 10 g of platinum-supported carbon (platinum content 43 wt%) in which platinum is supported on carbon particles (2800 ° C. heat-treated Ketjen Black EC600JD manufactured by Ketjen Black International), solids high Water bath set to hold a molecular electrolyte solution (DuPont NAFION solution DE520, electrolyte content 5 wt%) 90 g, pure water 3 g, and 2-propanol (special grade reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) at 25 ° C. An electrode ink was obtained by mixing and dispersing in a glass container inside for 3 hours using a homogenizer.

(2−2)電極形成
厚さ200μmのPTFE製シート(ニチアス社製ナフロンシート)の片面上に、スクリーンプリンターを用いて先に調製した電極インクを塗布し、オーブン中で100℃、30分間乾燥させた後、一辺5cmの正方形に切り出し、電極形成PTFE製シートを形成した。
(2-2) Electrode formation The electrode ink previously prepared using a screen printer was applied on one side of a 200 μm thick PTFE sheet (Naflon sheet manufactured by Nichias) and dried in an oven at 100 ° C. for 30 minutes. Then, it was cut into a square with a side of 5 cm to form an electrode-formed PTFE sheet.

(2−3)MEA化
一辺8cmの正方形で厚さ25μmの固体高分子電解質膜(DuPont社製NAFION NR−111)を挟んで、先に作製した2枚の電極形成PTFE製シートの電極形成側が対向するように重ねて、片側PTFE製シート面積あたり2.5MPaの圧力で、130℃、10分間ホットプレスし、冷却後PTFE製シートのみを剥がすことで、固体高分子電解質膜に電極を転写させ積層体を得た。このとき、ポリテトラフルオロエチレン製シートから固体高分子電解質膜への電極の転写率は100%であり、固体高分子電解質膜上の片面電極面積1cmあたりの白金重量は0.40mg、片面電極の厚みは10μmであった。作製した積層体を挟んで2枚のガス拡散層をカーボン撥水層が対向するように重ねることでMEAとし、これを図2に示すように高さ(h)1mm、幅(w)1mmの凸部を間隔(w)1mmで設けられたガス流路溝を有するグラファイト製セパレータで、凸部と撥水剤によりコーティングされたカーボン粒子のみからなる層とが対向するように挟持し、さらにこれを金メッキしたステンレス製集電板で挟持し、評価用単セルとした。
(2-3) MEA conversion The electrode-forming side of the two electrode-forming PTFE sheets prepared earlier with a solid polymer electrolyte membrane (NAFION NR-111 made by DuPont) having a square of 8 cm on each side and a thickness of 25 μm is sandwiched between them. The electrodes are transferred to the solid polymer electrolyte membrane by stacking them so as to face each other and hot-pressing at 130 ° C. for 10 minutes at a pressure of 2.5 MPa per one-side PTFE sheet area, and then removing only the PTFE sheet after cooling. A laminate was obtained. At this time, the transfer rate of the electrode from the polytetrafluoroethylene sheet to the solid polymer electrolyte membrane was 100%, the platinum weight per 1 cm 2 of the single-sided electrode area on the solid polymer electrolyte membrane was 0.40 mg, and the single-sided electrode The thickness was 10 μm. Two gas diffusion layers are stacked so that the carbon water-repellent layer faces each other with the produced laminate sandwiched therebetween, thereby forming an MEA, which has a height (h 2 ) of 1 mm and a width (w 3 ) as shown in FIG. A graphite separator having a gas flow channel groove provided with a 1 mm convex portion at an interval (w 4 ) of 1 mm, and sandwiching the convex portion and a layer made of only carbon particles coated with a water repellent. Further, this was sandwiched between gold-plated stainless steel current collector plates to form single cells for evaluation.

<実施例2>
実施例1の(1−2)において、ガス拡散基材のガス入口から3cmはマスキングをせず、残部は実施例1と同様にしてマスキングをし、さらに、作製したMEAをセパレータで挟持する際にセパレータの凸部とガス拡散基材の後半部分に形成された撥水剤によりコーティングされたカーボン粒子のみからなる層とが対向するように挟持した以外は、実施例1と同様にして評価用単セルを組み立て、評価用単セルとした。
<Example 2>
In (1-2) of Example 1, 3 cm from the gas inlet of the gas diffusion base material is not masked, the remaining part is masked in the same manner as in Example 1, and when the produced MEA is sandwiched between separators For evaluation in the same manner as in Example 1, except that the convex portion of the separator and the layer composed of only the carbon particles coated with the water repellent agent formed on the latter half of the gas diffusion base material were sandwiched to face each other. A single cell was assembled into a single cell for evaluation.

<実施例3>
実施例1の(1−2)において、スラリーを、図3に示すように、撥水処理したガス拡散基材の片面上にバーコーターを用いて高さ(h)20μmとなるように塗布した。次に、スラリーを塗布する部位が、幅(w)1mm、高さ(h)20μm、間隔(w)1mmとなるようにマスキングをしてスラリーを再度塗布後、マスキングを外し、再度塗布した前記スラリー上のみに別のマスキングをし、残りの部位に撥水剤粒子としてPTFE(平均粒径1μm)を散布し、マスキングを外した。さらに、スラリーを塗布する部位が幅(w)1mm、高さ(h)20μm、間隔(w)1mmとなるようにマスキングをしてスラリーをさらに塗布してマスキングを外し、さらに塗布した前記スラリー上のみに別のマスキングをした後に、残りの部位に撥水剤粒子としてPTFE(平均粒径1μm)を散布し、マスキングを外した。これをオーブン内にて80℃、1時間乾燥させ、さらにマッフル炉にて350℃、1時間熱処理を行った。これにより、図3示すように、ガス拡散基材上にカーボン撥水層(厚さ60μm)を得た。
<Example 3>
In Example 1-2 (1-2), as shown in FIG. 3, the slurry was applied on one side of a water-repellent gas diffusion base material using a bar coater to a height (h 1 ) of 20 μm. did. Next, masking is performed so that the part where the slurry is applied has a width (w 1 ) of 1 mm, a height (h 2 ) of 20 μm, and an interval (w 2 ) of 1 mm. Another masking was performed only on the applied slurry, and PTFE (average particle size: 1 μm) was sprayed as water repellent particles on the remaining portion to remove the masking. Furthermore, masking was performed so that the part to which the slurry was applied had a width (w 1 ) of 1 mm, a height (h 3 ) of 20 μm, and an interval (w 2 ) of 1 mm, and the slurry was further applied to remove the masking and further applied After another masking only on the slurry, PTFE (average particle size 1 μm) was sprayed as water repellent particles on the remaining portion to remove the masking. This was dried in an oven at 80 ° C. for 1 hour, and further heat-treated in a muffle furnace at 350 ° C. for 1 hour. As a result, as shown in FIG. 3, a carbon water-repellent layer (thickness: 60 μm) was obtained on the gas diffusion substrate.

このようにして作製したガス拡散層を用いた以外は、実施例1と同様にして、評価用単セルを組み立て、評価用単セルとした。   An evaluation single cell was assembled into an evaluation single cell in the same manner as in Example 1 except that the gas diffusion layer thus prepared was used.

<比較例1>
実施例1の(1−2)において、調製したスラリーを、撥水処理したガス拡散基材の片面上にバーコーターを用いてマスキングせずに塗布(厚さ100μm)し、オーブン内にて80℃、1時間乾燥させ、さらにマッフル炉にて350℃、1時間熱処理した後、一辺6cmの正方形に切り出すことにより、ガス拡散基材上にカーボン撥水層を得た以外は、実施例1と同様にして評価用単セルを組み立て、評価用単セルとした。
<Comparative Example 1>
In Example 1-2 (1-2), the prepared slurry was applied to one side of a water-repellent gas diffusion substrate without masking using a bar coater (thickness: 100 μm), and the slurry was 80 in an oven. Except for obtaining a carbon water-repellent layer on the gas diffusion substrate by drying it at 350 ° C. for 1 hour in a muffle furnace and then cutting it into a square of 6 cm on each side after drying at 350 ° C. for 1 hour. Similarly, an evaluation single cell was assembled into an evaluation single cell.

<評価>
各実施例および比較例で作製した評価用単セルの性能測定を以下に従って行った。
<Evaluation>
The performance measurement of the single cell for evaluation produced by each Example and the comparative example was performed according to the following.

本測定では燃料電池を発電運転させる場合にはアノード側に燃料として水素を供給し、カソード側には空気を供給した。両ガスとも供給圧力は大気圧とし、水素は80℃で飽和加湿し、空気は80℃で飽和加湿し、燃料電池本体の温度は80℃に設定し、水素利用率は70%、空気利用率は40%として、電流密度0A/cmから1.2A/cmへと変化させた時のセル電圧の変化を見ることによって、単セルの発電特性を評価した。得られた結果を図4〜6に示す。 In this measurement, when the fuel cell was operated for power generation, hydrogen was supplied as fuel to the anode side and air was supplied to the cathode side. The supply pressure of both gases is atmospheric pressure, hydrogen is saturated and humidified at 80 ° C, air is saturated and humidified at 80 ° C, the temperature of the fuel cell body is set at 80 ° C, the hydrogen utilization rate is 70%, and the air utilization rate Was 40%, and the power generation characteristics of the single cell were evaluated by observing the change in cell voltage when the current density was changed from 0 A / cm 2 to 1.2 A / cm 2 . The obtained results are shown in FIGS.

図4〜6によれば、各実施例の単セルは、発電特性に優れることがわかる。本願発明のガス拡散層を用いた単セルは、ガス拡散層の抵抗分極の抑制および撥水剤の最適な配置がなされていると考えられる。特に、一般的にフラッディング現象が生じやすい高加湿、高電流密度下においても、生成水を排出して拡散分極を抑制することができ、本発明のガス拡散層によれば優れた発電特性を示すことが可能であることがわかる。   4-6, it turns out that the single cell of each Example is excellent in a power generation characteristic. The single cell using the gas diffusion layer according to the present invention is considered to have the resistance polarization of the gas diffusion layer suppressed and the optimal arrangement of the water repellent. In particular, even under high humidification and high current density, where flooding is generally likely to occur, the generated water can be discharged to suppress diffusion polarization, and the gas diffusion layer of the present invention exhibits excellent power generation characteristics. It can be seen that it is possible.

カーボン撥水層の従来例と本発明との構成の比較を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the comparison of the structure of the conventional example of a carbon water repellent layer, and this invention. 実施例1において作製したMEAの空気極側片面の模式断面図を示す。The schematic cross section of the air electrode side single side | surface of MEA produced in Example 1 is shown. 実施例3において作製したMEAの空気極側片面の模式断面図を示すThe schematic cross section of the air electrode side single side | surface of MEA produced in Example 3 is shown. 実施例1および比較例で作製した各単セルの評価結果を示す。The evaluation result of each single cell produced in Example 1 and the comparative example is shown. 実施例2および比較例で作製した各単セルの評価結果を示す。The evaluation result of each single cell produced in Example 2 and the comparative example is shown. 実施例3および比較例で作製した各単セルの評価結果を示す。The evaluation result of each single cell produced in Example 3 and the comparative example is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1…カーボン粒子、
2…撥水剤、
3…撥水剤粒子、
4…固体高分子電解質膜、
5…電極、
6…カーボン撥水層、
7…ガス拡散基材、
8…セパレータ、
9…ガス流路溝、
10…凸部(リブ)。
1 ... carbon particles,
2 ... water repellent,
3 ... water repellent particles,
4 ... Solid polymer electrolyte membrane,
5 ... Electrode,
6 ... carbon water repellent layer,
7: Gas diffusion substrate,
8 ... separator,
9: Gas channel groove,
10: Convex part (rib).

Claims (9)

撥水剤でコーティングされてなるカーボン粒子と、撥水剤粒子とを含むカーボン撥水層をガス拡散基材表面に有することを特徴とするガス拡散層。   A gas diffusion layer having a carbon water repellent layer containing carbon particles coated with a water repellent and water repellent particles on the surface of the gas diffusion substrate. 前記カーボン撥水層は、前記カーボン粒子のみからなる層を、前記カーボン撥水層の厚さの全長に亘り少なくとも1つ有することを特徴とする請求項1記載のガス拡散層。   The gas diffusion layer according to claim 1, wherein the carbon water repellent layer has at least one layer composed of only the carbon particles over the entire length of the thickness of the carbon water repellent layer. 前記カーボン撥水層は、前記ガス拡散基材より平均空孔径が小さいことを特徴とする請求項1または2記載のガス拡散層。   The gas diffusion layer according to claim 1, wherein the carbon water repellent layer has an average pore diameter smaller than that of the gas diffusion base material. 前記カーボン撥水層は、ガス入口部からガス出口部へと面方向に前記撥水剤の含有量が大きい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層。   The gas diffusion layer according to any one of claims 1 to 3, wherein the carbon water repellent layer has a large content of the water repellent in a surface direction from a gas inlet portion to a gas outlet portion. 前記カーボン撥水層は、電極側からガス拡散基材側へと厚さ方向に前記撥水剤の含有量が小さいことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のガス拡散層。   The gas diffusion layer according to any one of claims 1 to 4, wherein the carbon water repellent layer has a small content of the water repellent in the thickness direction from the electrode side to the gas diffusion base material side. 固体高分子電解質膜と、電極と、ガス拡散層とを有する燃料電池用MEAにおいて、
前記ガス拡散層の少なくとも1つが、請求項1〜5に記載のガス拡散層であり、前記電極と接する面に前記カーボン撥水層が配置されることを特徴とする燃料電池用MEA。
In an MEA for a fuel cell having a solid polymer electrolyte membrane, an electrode, and a gas diffusion layer,
6. The fuel cell MEA according to claim 1, wherein at least one of the gas diffusion layers is the gas diffusion layer according to claim 1, and the carbon water-repellent layer is disposed on a surface in contact with the electrode.
請求項6に記載の燃料電池用MEAを用いたことを特徴とする燃料電池。   A fuel cell comprising the fuel cell MEA according to claim 6. 前記燃料電池用MEAが、ガス流路溝を形成する凸部を有するセパレータで挟持されてなることを特徴とする請求項7に記載の燃料電池。   8. The fuel cell according to claim 7, wherein the fuel cell MEA is sandwiched between separators having convex portions forming gas flow channel grooves. 前記カーボン粒子のみからなる層が、前記凸部と対向する領域に配置されることを特徴とする請求項8記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 8, wherein the layer made of only the carbon particles is disposed in a region facing the convex portion.
JP2004048337A 2004-02-24 2004-02-24 Gas diffusion layer and fuel cell MEA using the same Pending JP2005243295A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004048337A JP2005243295A (en) 2004-02-24 2004-02-24 Gas diffusion layer and fuel cell MEA using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004048337A JP2005243295A (en) 2004-02-24 2004-02-24 Gas diffusion layer and fuel cell MEA using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005243295A true JP2005243295A (en) 2005-09-08

Family

ID=35024818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004048337A Pending JP2005243295A (en) 2004-02-24 2004-02-24 Gas diffusion layer and fuel cell MEA using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005243295A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007250411A (en) * 2006-03-17 2007-09-27 Sanyo Electric Co Ltd Fuel cell
JP2008059917A (en) * 2006-08-31 2008-03-13 Aisin Seiki Co Ltd Method for producing gas diffusion layer for fuel cell, coating composition for fuel cell, and gas diffusion layer for fuel cell
JP2014235910A (en) * 2013-06-03 2014-12-15 三菱レイヨン株式会社 Porous carbon electrode
US9466851B2 (en) 2012-07-02 2016-10-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel-cell gas diffusion layer and method of forming the same
WO2018135381A1 (en) * 2017-01-19 2018-07-26 東レ株式会社 Gas diffusion electrode and fuel cell
US11063284B2 (en) 2016-12-20 2021-07-13 3M Innovative Properties Company Membrane electrode assembly and solid polymer fuel cell
KR102539783B1 (en) * 2022-11-21 2023-06-07 홍원기 Polymer electrolyte menbrane fuel cell using gas diffusion layer containing metal felt

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007250411A (en) * 2006-03-17 2007-09-27 Sanyo Electric Co Ltd Fuel cell
JP2008059917A (en) * 2006-08-31 2008-03-13 Aisin Seiki Co Ltd Method for producing gas diffusion layer for fuel cell, coating composition for fuel cell, and gas diffusion layer for fuel cell
US9466851B2 (en) 2012-07-02 2016-10-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel-cell gas diffusion layer and method of forming the same
JP2014235910A (en) * 2013-06-03 2014-12-15 三菱レイヨン株式会社 Porous carbon electrode
US11063284B2 (en) 2016-12-20 2021-07-13 3M Innovative Properties Company Membrane electrode assembly and solid polymer fuel cell
WO2018135381A1 (en) * 2017-01-19 2018-07-26 東レ株式会社 Gas diffusion electrode and fuel cell
CN110168788A (en) * 2017-01-19 2019-08-23 东丽株式会社 Gas-diffusion electrode and fuel cell
JPWO2018135381A1 (en) * 2017-01-19 2019-11-07 東レ株式会社 Gas diffusion electrode and fuel cell
US11430995B2 (en) 2017-01-19 2022-08-30 Toray Industries, Inc. Gas diffusion electrode and fuel cell
KR102539783B1 (en) * 2022-11-21 2023-06-07 홍원기 Polymer electrolyte menbrane fuel cell using gas diffusion layer containing metal felt

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5556434B2 (en) Gas diffusion electrode and method for producing the same, membrane electrode assembly and method for producing the same
JP4691914B2 (en) Gas diffusion electrode and solid polymer electrolyte fuel cell
JP5488254B2 (en) Hydrophilic porous layer for fuel cell, gas diffusion electrode, production method thereof, and membrane electrode assembly
JP2006012476A (en) Membrane-electrode assembly for fuel cell
JP2008186798A (en) Electrolyte membrane-electrode assembly
US20070231672A1 (en) Cell for fuel cell, production method for the same and polymer electrolyte fuel cell
JP2006012832A (en) ELECTRODE FOR FUEL CELL, MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY INCLUDING THE SAME AND FUEL CELL
JP5105888B2 (en) Gas diffusion electrode, fuel cell, and method of manufacturing gas diffusion electrode
JP2005026174A (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP2008204664A (en) Membrane-electrode assembly for fuel cell, and fuel cell using it
JP2007141588A (en) Membrane-electrode assembly for fuel cell, and polymer electrolyte fuel cell using it
JP5034172B2 (en) Gas diffusion layer for fuel cell and fuel cell using the same
JP2006324104A (en) Gas diffusion layer for fuel cell and fuel cell using this
JP2006339018A (en) Gas diffusion layer for fuel cell and its manufacturing method
JP2006085984A (en) Mea for fuel cell and fuel cell using this
JP2005243295A (en) Gas diffusion layer and fuel cell MEA using the same
JP2006040767A (en) Solid polymer fuel electrode
JP2007172909A (en) Direct fuel cell and direct fuel cell system
JP2005174835A (en) electrode
JP2013175368A (en) Anode gas diffusion layer
JP4180556B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP2007165025A (en) Membrane electrode assembly
KR20100068028A (en) Catalyst layer for fuel cell and method for preparing the same
JP2006079938A (en) Gas diffusion layer and fuel cell using it
JP2006179317A (en) Gas diffusion layer and fuel cell using this