燃料电池的制作方法

专利名称：燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池，详细地说是一种能够提高固体高分子型燃料电池的气体扩散层的生产性的燃料电池。另外，本发明还涉及一种能够维持或提高固体高分子型燃料电池的电池性能，提高气体扩散层的生产性的燃料电池。
背景技术：
现在虽然到了IT与生物等新技术在世界规模展开的时代，但该状况下，能源产业是最大的骨干产业这一点并没有变。最近，伴随着以防止地球变暖为代表的环境意识的浸透，对所谓的新能源的期待也在增高。新能源除了环境性之外，还能够靠近电能需求点以分散型进行生成，因此还具有送电损失方面与供电的安全性方面的优点。另外，新能源的开发还具有创造新的周边产业的副效果。对新能源的致力，以约30年前的石油危机为契机开始正式化，现在，太阳能发电等可再生能源、废弃物发电等回收能源、燃料电池等高效能源、以及以清洁能源为代表的新领域能源等能源，分别处于面向实用化的开发阶段。
其中，燃料电池是业界最关注的能源之一。燃料电池让天然气或甲醇等与水蒸气进行反应所产生的氢气，与大气中的氧气进行化学反应，同时产生电能与热，发电的副产品只有水，在低输出区也能够获得高效率，且发电不受天气的影响而很稳定。特别是固体高分子型燃料电池，在以居住用为代表的固定型，以及车载或携带用等用途中，被看作下一代的一种标准电源。
在该固体高分子型燃料电池的正式普及之前，进行了电池性能的提高、燃料电池的长寿化、燃料电池的低成本化等各种研究。特别是为了促进普及，需要降低用户的经济负担，燃料电池的低成本化是非常重要的问题。但是，作为背景技术所列举出的专利文献1这样的扩散层，虽然电池性能优异，但制造较费时间，生产性中存在问题。
专利文献1特开2004-185905号公报。

发明内容
本发明鉴于以上问题，目的在于提供一种能够提高气体扩散层的生产性，也即能够缩短制造气体扩散层的作业时间的燃料电池。
本发明的目的还在于，提供一种能够实现电池性能的维持或提高，同时，能够实现气体扩散层的生产性提高，也即能够缩短制造气体扩散层的作业时间的燃料电池。
为了实现上述目的，发明之一所述的气体扩散层料浆，其特征在于，含有具有导电性的导电物质、具有防水性的防水性物质、以及具有粘结性的粘结性物质。这里，粘结性是指能够将没有粘性的物质或容易破碎的物质连接起来，使其成为具有粘性的物质(状态)的性质。通过这样，能够制作出具有给定的防水性，以及适于作业的粘性的气体扩散层料浆。
发明之二所述的发明是一种如发明之一所述的气体扩散层料浆，其特征在于，上述防水性物质是第1氟树脂，上述粘结性物质是平均分子量比上述第1氟树脂大的第2氟树脂。发明之三所述的发明是一种如发明之二所述的气体扩散层料浆，其特征在于，上述第1氟树脂是聚四氟乙烯。通过这样，由于将第1氟树脂以及平均分子量比第1氟树脂大的第2氟树脂混合起来，因此通过设定其混合比就能够容易地调整给定的防水性与粘性。另外，材料的获取也较容易。
发明之四所述的气体扩散层，其特征在于，具备具有导电性的基材，以及形成在上述基材的一方主面中，具有导电性同时对水的移动进行管理的水管理层；发明之五所述的发明，是一种如发明之四所述的气体扩散层料浆，其特征在于上述水管理层，含有具有导电性的导电性物质，与具有防水性的防水性物质。通过这样，能够防止气体扩散层淤水(溢流)，特别是水管理层中，内部使反应流体等气体与生成水等液体不会滞留而能够流通。
发明之六所述的发明，是一种如发明之四或五所述的气体扩散层，其特征在于上述基材，含有具有防水性与固着性的第3氟树脂。这里，固着性是指将某物牢固粘在另一物上的性质。通过这样，基材的部分中也能够防止溢流，并且能够将水管理层牢固固定在基材上。
发明之七所述的气体扩散层，其特征在于，至少包括具有防水性的上述第1氟树脂，与具有粘结性的上述第2氟树脂；发明之八所述的发明，是一种如发明之七所述的气体扩散层，其特征在于还含有具有防水性与固着性的上述第3氟树脂。通过这样，在气体扩散层中不但能够防止溢流，通过使用多种性质不同的氟树脂，还能够提高作业性、使用本发明的气体扩散层的燃料电池的初期性能，或耐久性。
为了实现上述目的，发明之九中所述的气体扩散层，在具有具有导电性的基材，以及形成在上述基材的一方主面中，含有导电性物质与防水性物质的水管理层的气体扩散层中，其特征在于上述水管理层以1.92mg/cm2～2.24mg/cm2形成在上述基材中。通过这样，能够防止在水管理层中淤水(溢流)，提高使用本发明的气体扩散层的燃料电池的初期性能以及耐久性能。
发明之十所述的发明，是一种如发明之九所述的气体扩散层，其特征在于上述水管理层，含有第1氟树脂作为上述防水物质，以及具有粘结性且平均分子量比上述第1氟树脂大的第2氟树脂。这里，粘结性是指能够将没有粘性的物质或容易破碎的物质连接起来，使其成为具有粘性的物质(状态)的性质。通过这样，除了防止水管理层中的溢流的作用之外，在水管理层的制作工序中还能够调整适于作业的粘性，使得水管理层具有必要的防水性与固着性(用来将水管理层牢固固定在基材上的性质)。
发明之十一所述的发明，是一种如发明之九或十述的气体扩散层，其特征在于上述基材，含有具有防水性与固着性的第3氟树脂。这里，固着性是指将某物牢固粘在另一物上的性质。通过这样，基材的部分中也能够防止滞留，并且能够将水管理层牢固固定在基材上。
本发明的发明之十二所述的固体高分子型燃料电池，在这种具有电解质层，与设置在上述电解质层的一方的面中的第1电极，以及设置在上述电解质层的另一方面中的第2电极的固体高分子型燃料电池中，其特征在于上述第1电极具备具有催化剂作用的催化剂层、具有导电性的基材、以及具有导电性同时对上述催化剂层与上述基材之间的水的移动进行管理的水管理层。通过这样，能够让向催化剂层的反应流体的供给与来自催化剂层的生成水的排出流通而不会滞留。
发明之十三中所述的固体高分子型燃料电池，在这种具有电解质层，与设置在上述电解质层的一方的面中的第1电极，以及设置在上述电解质层的另一方面中的第2电极的固体高分子型燃料电池中，其特征在于上述第1电极具有具有催化剂作用的催化剂层，以及发明之四～八中任一项所述的气体扩散层。通过这样，能够让向催化剂层的反应流体的供给与来自催化剂层的生成水的排出流通而不会滞留，此外，通过使用作业性良好的气体扩散层，还能够提高固体高分子型燃料电池的生产性。
发明之十四所述的固体高分子型燃料电池，在这种具有电解质层，与设置在上述电解质层的一方的面中的第1电极，以及设置在上述电解质层的另一方面中的第2电极的固体高分子型燃料电池中，其特征在于上述第1电极具有具有催化剂作用的第1催化剂层，以及使用发明之九～十一中任一项所述的气体扩散层的第1气体扩散层。通过这样，能够实现电池性能的维持或提高，同时还能够提高气体扩散层的生产性。
发明之十五所述的发明，是一种如发明之十四所述的固体高分子燃料电池，其特征在于上述第2电极具有具有催化剂作用的第2催化剂层，以及具有上述基材与上述水管理层的第2气体扩散层；形成在上述第1气体扩散层中的上述水管理层，比形成在上述第2气体扩散层中的上述水管理层每单位面积的重量大。通过这样，第1气体扩散层中能够平衡地进行对第1催化剂层的反应流体供给与来自第1催化剂层的生成水的排出，第2气体扩散层中能够平衡地进行向第2催化剂层的反应流体以及加湿水等的供给。
发明之十六中所述的气体扩散层料浆的制造方法，其特征在于，包括将粒子状的导电性物质与表面活性剂以及溶媒混合起来，制造导电性物质料浆的导电性物质混合步骤；以及将上述导电性物质料浆与上述第1氟树脂以及上述第2氟树脂混合起来的氟树脂混合步骤；发明之十七所述的发明，是一种如发明之十六所述的气体扩散层料浆的制造方法，其特征在于包括设置在上述氟树脂混合步骤的前段，冷却上述导电性物质料浆的冷却步骤。通过这样，能够容易地制作混合有多种氟树脂的气体扩散层料浆。
通过本发明，能够在燃料电池的电池性能中，确保与以前相同或其以上的性能，缩短制造气体扩散层的作业时间。


图1为模式地说明本发明的相关单电池的构成的电池构成模式图。
图2为说明本发明的实施例1的相关气体扩散层的制造工序的流程图。
图3为说明本发明的实施例2的相关气体扩散层的制造工序的流程图。
图4为说明使用本发明的气体扩散层的单电池的电池电压的曲线图。
图中10-电池(单电池)，12-固体高分子膜，14-阴极侧催化剂层，16-阴极侧水管理层(阴极侧气体扩散层料浆)，18-阴极侧基材，20-阴极侧气体扩散层，22-阳极侧催化剂层，24-阳极侧水管理层(阳极侧气体扩散层基层)，26-阳极侧基材，28-阳极侧气体扩散层。
具体实施例方式
本发明的燃料电池中，气体扩散层以碳纸、碳的纺布或无纺布为基材，在基材中涂布以碳黑为主的具有粘性的碳料浆并制作。如图1所示，考虑到气体扩散层的生产性，在两个气体扩散层20、28的基材18、26中使用共同的碳纸。另外，阴极侧从催化剂层14排出生成水，阳极侧将加湿水提供给固体高分子膜12，或者，为了保持对固体高分子膜12进行保湿的功能，涂布在基材18、26中的气体扩散层料浆(水管理层)16、24在阴极侧与阳极侧使用不同的材料。也即，在基材18中涂布气体扩散层料浆并进行干燥/热处理所制作出的阴极侧水管理层16，为了防止生成水将气体供给通路堵塞，阻碍向催化剂层14供给反应流体，而利用毛细管现象，从催化剂层14抽出生成水，而使其比阳极侧防水性低(减少氟树脂量)。另外，在基材26中涂布气体扩散层料浆并进行干燥·热处理所制作出的阳极侧水管理层24，为了关闭从阴极侧所扩散来的移动水，对固体高分子膜12进行保湿，而提高防水性(增加氟树脂量)。
但是，一般的氟树脂(以下称作高分子氟树脂)由于具有粘结性，因此如果在气体扩散层料浆中投入很多高分子氟树脂，则由于混合作业或涂布作业，粘性升高，变成丸子状。因此，涂布工序变得非常困难。所以，以下在实施例中便对使用比高分子氟树脂材料平均分子量小，具有粘结性非常低的性质的低分子氟树脂，让低分子氟树脂承担防水性，让高分子氟树脂承担粘结性，通过这样让各个气体扩散层料浆，平衡具有防水性与粘结性的方法进行说明。
实施例1如图2所示，气体扩散层的基材的碳纸(东菱公司制TGPH060H)，以重量比为碳纸∶FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)为95∶5(阴极用)、60∶40(阳极用)浸渍在FEP分散液中，之后，在60℃下进行1小时的干燥后，在380℃下进行约15分钟的热处理(FEP防水处理)(S10)。通过这样，对碳纸实施几乎均匀的防水处理。
将碳块(CABOT公司制Vulcan XC72R)与作为溶媒的萜品醇(岸田(キシダ)化学公司制)与非离子性表面活性剂的氚核(岸田化学公司制)，以重量比为碳黑∶萜品醇∶氚核＝20∶150∶3，在万能混合机(DALTON公司制)中在常温下混合60分钟使其均匀，制作出碳料浆(S11)。
将低分子氟树脂(ダイキン化学公司制蛇麻酮LDW40E)与高分子氟树脂(杜邦(デュポン)公司制PTFE30J)混合，并使分散液中含有的氟树脂的重量比为低分子氟树脂∶高分子氟树脂＝20∶3，制作出阴极用混合氟树脂(Sc12)。将上述碳料浆投入到混合器用容器中，将碳料浆冷却到10～12℃(Sc13)。在冷却了的碳料浆中，以重量比为碳料浆∶阴极用混合氟树脂(分散液中所含有的氟树脂成分)＝31∶1的比率投入上述阴极用混合氟树脂，在混合器(キ一エンス公司制EC500)的混合模式中进行12～18分钟的混合(Sc14)。混合停止的时刻为料浆的温度达到50～55℃，适当调节混合时间。在料浆的温度达到50～55℃之后，将混合器从混合模式切换成脱泡模式，进行1～3分钟的脱泡(Sc15)。将脱泡过的料浆自然冷却(Sc16)，完成阴极用气体扩散层料浆。
在混合器用容器中，投入上述碳料浆与上述低分子氟树脂，且使其重量比为碳料浆∶低分子氟树脂(以下称作阳极用氟树脂)(分散液中所含有的氟树脂成分)＝26∶3，在混合器的混合模式中进行15分钟的混合(Sa14)。混合之后，将混合器从混合模式切换成脱泡模式，进行4分钟的脱泡(Sa15)。在脱泡结束后的料浆的上部留存有上澄清液的情况下，将该上澄清液体废弃，自然冷却料浆(Sa16)，完成阳极用气体扩散层料浆。
将冷却到了常温的各个气体扩散层料浆，涂布在实施了FEP防水处理的上述碳纸的表面，且使得碳纸面内的涂布状态均匀，通过热风干燥机(サ一マル公司制)进行60℃60分钟的干燥(S 17)。最后，在360℃下进行2小时的热处理，完成气体扩散层(S19)。
实施例2如图3所示，对作为气体扩散层的基材的碳纸(东菱公司制TGPH060H)，进行与实施例1相同的FEP防水处理(S20)。
与实施例1一样，将碳黑、萜品醇、氚核以重量比为碳块∶萜品醇∶氚核＝20∶150∶3，在万能混合机中在常温下混合60分钟，制作出碳料浆(S21)。
与实施例1一样，制作出阴极用气体扩散层料浆与阳极用气体扩散层料浆。
将冷却到了常温的各个气体扩散层料浆，涂布在实施了FEP防水处理的上述碳纸的表面，且使得碳纸面内的涂布状态均匀，通过热风干燥机进行60℃60分钟的干燥(S27)。阴极侧气体扩散层，在通过热风干燥机进行了干燥之后，再次涂布阴极用气体扩散层料浆，通过热风干燥机进行60℃60分钟的干燥(S28)。最后，在360℃下进行2小时的热处理，完成气体扩散层(S29)。
对作为气体扩散层的基材的碳纸(东菱公司制TGPH060H)，进行与实施例1相同的FEP防水处理。碳料浆也与实施例1一样制造。
在混合器用容器中，投入上述碳料浆与低分子氟树脂分散液(ダイキン化学公司制蛇麻酮LDW40E)，且使其重量比为碳料浆∶低分子氟树脂(分散液中所含有的氟树脂成分)＝20∶1，在混合器的混合模式中进行15分钟的混合。混合之后，将混合器从混合模式切换成脱泡模式，进行1～3分钟的脱泡。将脱泡结束后对料浆进行自然冷却，完成阴极用气体扩散层料浆。
阳极用气体扩散层料浆，与实施例1以及2一样制作。
将气体扩散层料浆，涂布在实施了FEP防水处理的上述碳纸的表面，且使得碳纸面内的涂布状态均匀，通过热风干燥机进行60℃60分钟的干燥。阴极侧气体扩散层，在通过热风干燥机进行了干燥之后，再次涂布阴极用气体扩散层料浆，通过热风干燥机进行60℃60分钟的干燥。最后，在360℃下进行2小时的热处理，完成气体扩散层。
对作为气体扩散层的基材的碳纸(东菱公司制TGPH060H)，进行与实施例1相同的FEP防水处理。碳料浆也与实施例1一样制造。
将上述碳料浆投入到加热器内，冷却到碳料浆变为10～12℃。在冷却了的碳料浆中投入上述高分子氟树脂(杜邦公司制PTFE30J)，使其重量比为碳料浆∶高分子氟树脂(分散液中所含有的氟树脂成分)＝173∶5，为了不变成丸子状，而一边进行冷却一边用玻璃制搅拌棒进行3分钟的混合，完成气体扩散层料浆。
将气体扩散层料浆，涂布在实施了FEP防水处理的上述碳纸的表面，且使得碳纸面内的涂布状态均匀，通过热风干燥机进行60℃60分钟的干燥。阴极侧气体扩散层，在通过热风干燥机进行了干燥之后，再次涂布阴极用气体扩散层料浆，通过热风干燥机进行60℃60分钟的干燥。最后，在360℃下进行2小时的热处理，完成气体扩散层。在伴随着涂布，上述气体扩散层料浆的丸子化不断发展，变成了涂布困难状态的情况下，或碳纸面内的涂布状态无法涂布得均匀的情况下，进行涂布装置的清洁、气体扩散层料浆的交换，继续作业。
<料浆量测定>
使用以上的实施例1、实施例2、比较例1以及比较例2的气体扩散层，测定各个气体扩散层中所涂布的气体扩散层的重量，将气体扩散层每单位面积所涂布的扩散层料浆量进行比较。气体扩散层料浆的涂布量D按照式(1)那样规定。
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这里，WA是涂布/干燥/热处理气体扩散层料浆之后的气体扩散层全体的重量，Wc是涂布气体扩散层料浆之前的碳纸的重量，S是碳纸主面的面积。该结果如表1所示。
表1


在本实施例中，由于在对碳纸涂布气体扩散层料浆时采用了刮刀，因此在阴极侧气体扩散层的作业工序中，将气体扩散层料浆的涂布作为一个工序的实施例1中，涂布量减小到1.44mg/cm2，但是如果采用丝网印刷法等的涂布方法，则在该一个工序中也可涂布与实施例2相同的气体扩散层料浆。
<作业性比较>
接下来，为了对在基材中涂布各气体扩散层料浆的作业性进行比较，对实施例2、比较例1以及2的气体扩散层，测定在室温20℃，湿度35～50％的环境下，在40个基材中涂布气体扩散层料浆所需要的时间。其结果如表2所示。另外，同样对为了在40个基材中涂布气体扩散层料浆所需要准备(需要)的气体扩散层料浆的量进行测定。结果如表3所示。
表2以及表3中，以涂布比较例2的气体扩散层料浆所需要的时间以及涂布气体扩散层料浆所需要的量为基准(100％)，分别通过％来表示涂布实施例2以及比较例1的气体扩散层料浆所需要的时间以及涂布气体扩散层料浆所需要的量。
表2


表3


比较例1的气体扩散层料浆，由于只使用低分子氟树脂，因此在基材中涂布气体扩散层料浆时，粘结性非常低，延展很好。因此，涂布所需要的时间也较少，由于在涂布气体扩散层料浆的期间气体扩散层料浆还没有凝固，因此不需要中途插入清洁作业，就能够涂布40个。实施例2的阴极用气体扩散层料浆，由于混合有高分子氟树脂作为粘接材料，因此与比较例1相比粘性较高，涂布需要若干时间，但由于不需要中途插入清洁作业，就能够涂布40个左右，因此与比较例2相比，能够大幅缩短涂布的时间(提高作业性)。
另外，阳极侧的气体扩散层料浆，虽然只有低分子氟树脂，但与阴极侧气体扩散层料浆相比，氟树脂量较多，或给作为基材的碳纸所实施的防水处理剂的FEP量比阴极侧多，因此，与比较例1的阴极侧气体扩散层料浆相比，涂布要花费时间，能够通过比实施例2的阴极侧气体扩散层料浆短的时间进行涂布。
与涂布所需要的时间一样，在基材中涂布气体扩散层料浆所需要的气体扩散层料浆的量，实施例2与只使用高分子氟树脂的比较例2相比，也能够大幅削减要准备的料浆量。特别是，由于使用在阴极侧涂布两次的方法，因此比阳极侧所削减的比率大。
本实施例以及比较例中，使用刮刀的涂布方法，但涂布方法并不仅限于此。不管是哪一种涂布方法，实施例与比较例2相比，由于气体扩散层料浆具有适于涂布的粘性或固着性，因此削减了涂布时间以及涂布所需要的气体扩散层料浆的量，认为其提高了作业性。
<性能试验>
使用实施例1、2、比较例1以及2的气体扩散层，制作如图1所示的单电池10，测定电池电压的经时变化。单电池10，通过在实施例1、2、比较例1以及2的各个气体扩散层20、28的涂布有气体扩散层料浆并形成水管理层16、24的面中，形成催化剂层14、22，夹持固体高分子膜(Nafion112)12而进行制作。阴极侧的催化剂层14，将Pt担载碳与电解质溶液(20％Nafion溶液)，以Pt担载碳∶电解质溶液＝3∶8的比率混合起来，阳极侧的催化剂层22，将Pt-Ru担载碳与电解质溶液(20％Nafion溶液)，以Pt-Ru担载碳∶电解质溶液＝1∶2的比率混合起来，进行制作。
单电池10的运转条件为氧气利用率40％，氢气利用率70％。使用实施例1、2、比较例1以及2的各气体扩散层的单电池中的电池电压的经时变化如图4所示。
根据图4，可以得知使用实施例1的气体扩散层的单电池中，初期性能与比较例相比较差。在运转初期时为发挥性能，阴极侧气体扩散层料浆的涂布量，需要比阳极侧气体扩散层料浆的涂布量多，通过其他实验得知，最好是阴极侧在1.92～2.24mg/cm2，在阳极侧在1.28～1.80mg/cm2程度的范围内涂布气体扩散层料浆。另外，比较例1如果运转时间超过1000小时，电池电压就会大幅降低，在1800小时便停止运转。比较例1的气体扩散层料浆，特别是阴极侧气体扩散层料浆，由于只有低分子氟树脂，因此粘结性较低，且阴极侧在基材的碳纸中所实施的防水处理剂的FEP也比阳极侧少，因此随着时间的经过，水管理层从基材剥离，不再起阴极侧气体扩散层所需要的氧化剂的供给与生成水的排出的作用。实施例1虽然初期性能是4种中最低的，但之后显示出了稳定的性能，在4000小时的电池电压虽然值较低，但每单位时间的电压降低率比比较例2高(实施例1的电压降低率为5mV/1000h，比较例2为7.5mV/1000h)。
将以上几点通过作业性、初期性能与耐久性，以及面向实用化(正式普及)的综合评价观点进行总结，则如表4所示。
表4


<其他事项>
本实施方式中，采用使用刮刀在基材中涂布料浆的方法，但涂布方法并不仅限于此，还可以是丝网印刷等涂布方法，只要能够将给定量的气体扩散层料浆涂布在基材中的方法就可以。另外，实施例1以及2中，使用ダイキン化学公司制的蛇麻酮LDW40E作为低分子氟树脂，使用杜邦公司制的PTFE30J作为高分子氟树脂，但低分子氟树脂只要是具有防水性且没有粘结性(粘结性较低)的物质就可以，高分子氟树脂只要是具有粘结性的物质就可以，还可以使用FEP代替高分子氟树脂。但是，由于FEP通过进行热处理而发挥出粘结性，因此在使用FEP的情况下，在将气体扩散层料浆涂布在基材中之后，需要增加热处理的工序。另外，在给基材的碳纸实施防水处理时虽然使用了FEP，但也可以将其替换成高分子氟树脂(PTFE)。
本发明能够适用于固定型燃料电池系统以及车载用、携带用燃料电池系统等，将高分子电解质用作燃料电池的电解质层的类型的燃料电池。
权利要求
1.一种气体扩散层料浆，含有具有导电性的导电性物质、具有防水性的防水性物质、以及具有粘结性的粘结性物质。
2.如权利要求1所述的气体扩散层料浆，其特征在于，所述防水性物质是第1氟树脂，所述粘结性物质是平均分子量比所述第1氟树脂大的第2氟树脂。
3.如权利要求2所述的气体扩散层料浆，其特征在于，所述第1氟树脂是聚四氟乙烯。
4.一种气体扩散层，具备具有导电性的基材，以及形成在所述基材的一方主面中，具有导电性同时对水的移动进行管理的水管理层。
5.如权利要求4所述的气体扩散层，其特征在于，所述水管理层，含有具有导电性的导电性物质，与具有防水性的防水性物质。
6.如权利要求4或5所述的气体扩散层，其特征在于，所述基材，含有具有防水性与固着性的第3氟树脂。
7.一种气体扩散层，至少含有具有防水性的所述第1氟树脂，与具有粘结性的所述第2氟树脂。
8.如权利要求7所述的气体扩散层，其特征在于，还含有具有防水性与固着性的所述第3氟树脂。
9.一种气体扩散层，具备具有导电性的基材和水管理层，该水管理层形成在所述基材的一方主面中，含有导电性物质与防水性物质，所述水管理层以1.92mg/cm2～2.24mg/cm2形成在所述基材中。
10.如权利要求9所述的气体扩散层，其特征在于，所述水管理层，含有第1氟树脂和第2氟树脂，该第1氟树脂作为所述防水物质，该第2氟树脂具有粘结性且平均分子量比所述第1氟树脂大。
11.如权利要求9或10所述的气体扩散层，其特征在于，所述基材，含有具有防水性与固着性的第3氟树脂。
12.一种固体高分子型燃料电池，具有电解质层、第1电极以及第2电极，该第1电极设置在所述电解质层的一方的面中，该第2电极设置在所述电解质层的另一方的面中，所述第1电极具备具有催化剂作用的催化剂层；具有导电性的基材；以及具有导电性同时对所述催化剂层与所述基材之间的水的移动进行管理的水管理层。
13.一种固体高分子型燃料电池，具有电解质层、第1电极以及第2电极，该第1电极设置在所述电解质层的一方的面中，该第2电极设置在所述电解质层的另一方的面中，所述第1电极具备具有催化剂作用的催化剂层；以及权利要求4～8中任一项所述的气体扩散层。
14.一种固体高分子型燃料电池，具有电解质层、第1电极以及第2电极，该第1电极设置在所述电解质层的一方的面中，该第2电极设置在所述电解质层的另一方的面中，所述第1电极具备具有催化剂作用的第1催化剂层；以及使用权利要求9～11中任一项所述的气体扩散层的第1气体扩散层。
15.如权利要求14所述的固体高分子燃料电池，其特征在于，所述第2电极具备具有催化剂作用的第2催化剂层；以及具备所述基材与所述水管理层的第2气体扩散层，形成在所述第1气体扩散层中的所述水管理层，比形成在所述第2气体扩散层中的所述水管理层每单位面积的重量大。
16.一种气体扩散层料浆的制造方法，包括导电性物质混合步骤，将粒子状的导电性物质与表面活性剂以及溶媒混合起来，制造导电性物质料浆；以及氟树脂混合步骤，将所述导电性物质料浆与所述第1氟树脂以及所述第2氟树脂混合起来。
17.如权利要求16所述的气体扩散层料浆的制造方法，其特征在于，包括冷却步骤，设置在所述氟树脂混合步骤的前段，冷却所述导电性物质料浆。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种能够实现缩短制作气体扩散层的作业时间的燃料电池，以及提供一种能够维持或提高固体高分子型燃料电池的电池性能，并缩短制造气体扩散层的作业时间的燃料电池。具备电解质层(12)、第1电极(14、20)、以及第2电极(22、28)的固体高分子型燃料电池(10)的特征在于，第1电极具备具有催化剂作用的催化剂层(14)、具有导电性的基材(18)、以及具有导电性同时对催化剂层与基材之间的水的移动进行管理的水管理层(16)。在具备导电性的基材(18)和水管理层(16)的气体扩散层(20)中，该水管理层含有作为导电性物质与防水物质的第1氟树脂以及具有粘结性且平均分子量比第1氟树脂大的第2氟树脂，该水管理层(16)以每单位面积给定重量的方式形成在基材(18)中，制造使用该气体扩散层的燃料电池(10)。
文档编号H01M8/00GK1841826SQ200610071608
公开日2006年10月4日 申请日期2006年3月28日 优先权日2005年3月28日
发明者高见洋史, 门胁正天, 宫井惠吾, 坂本滋 申请人:三洋电机株式会社