多孔質(zhì)層部件的制造方法、和包含多孔質(zhì)層部件的膜電極氣體擴散層接合體的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及燃料電池所使用的多孔質(zhì)層部件、和包含該多孔質(zhì)層部件的膜電極氣 體擴散層接合體。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為燃料電池，有時使用具有在催化劑層與氣體擴散層之間配置了形成有多個細 微的氣孔的層下稱為"多孔質(zhì)層"）的結(jié)構(gòu)的燃料電池。作為多孔質(zhì)層的形成方法，有 時采用例如專利文獻1所記載那樣，將包含炭黑粉末和聚四氣己締（PTFE)的粉體、與PTFE 的分散液混合而生成漿液，將該漿液涂布于氣體擴散層的方法。另外，有時采用例如專利文 獻2所記載那樣，首先，通過混合機將碳粉體與PTFE的細粉混合，進而添加加工助劑來得到 混合物。接著，通過對混合物進行擠出和軸制加工而得到膜，用催化劑層和氣體擴散層夾持 該膜的方法。另外，有時采用例如專利文獻2所記載那樣，首先，向碳粉體與PTFE的分散液 的混合液中添加沉淀劑，使碳和PTFE共沉淀，在將共沉淀物過濾和干燥后添加加工助劑而 得到混合物。接著，通過對混合物進行擠出和軸制加工而得到膜，用催化劑層和氣體擴散層 夾持該膜的方法。
[0003] 在先技術(shù)文獻
[0004] 專利文獻1 ;日本特開2008-243767號公報
[0005] 專利文獻2 ;日本特開2006-252948號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 專利文獻1所記載的方法中，在漿液的涂布時，漿液會滲入氣體擴散層。在采用該 樣的方法得到的多孔質(zhì)層被用于燃料電池的情況下，具有在該漿液滲入的部分積存水，燃 料電池的排水性降低該樣的課題。另外，由于漿液滲入氣體擴散層，因此具有氣體擴散區(qū)域 減小、氣體擴散性降低該樣的課題。
[0007] 專利文獻2所記載的方法之中，通過混合機將碳粉體與PTFE的細粉混合的方法 中，由于粉體彼此（固體彼此）被混合、W及細粉中所含的PTFE粒子的平均粒徑與碳粉體 的平均粒徑相比非常大，因此具有難W使碳粉體和PTFE粒子均勻分散的課題。在碳粉體和 PTFE粒子沒有均勻分散的情況下，有可能在燃料電池中發(fā)生發(fā)電不均，發(fā)電性能降低。
[000引另外，專利文獻2所記載的方法之中，向碳粉體與PTFE的分散液的混合液添加沉 淀劑而使碳和PTFE共沉淀的方法中，隨著時間的經(jīng)過，PTFE的分散液內(nèi)的PTFE的均勻性 降低，因此在共沉淀物中，在上層部和下層部的組成可能不同。因此，具有在共沉淀物內(nèi)，不 能使碳和PTFE均勻分散的課題。此外，在該方法中，由于沉淀、干燥工序需要長的時間，因 此具有生產(chǎn)率低該樣的課題。此外，在W往的多孔質(zhì)層的形成方法中，期望其低成本化、操 作的容易化等。
[0009] 本發(fā)明是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，能夠作為W下方式實現(xiàn)。
[0010] (1)根據(jù)本發(fā)明的一方式，提供一種用于形成多孔質(zhì)層的多孔質(zhì)層部件的制造方 法，所述多孔質(zhì)層在燃料電池中配置于氣體擴散層與催化劑層之間。該制造方法具備；工序 (a)，所述工序通過對包含碳和疏水性樹脂的混合液進行噴霧干燥，得到包含碳和疏水性樹 脂的粉體；工序化），所述工序生成包含所述粉體的糊；W及工序（C)，所述工序通過對所述 糊進行擠出或軸制，得到片狀的所述多孔質(zhì)層部件。采用該方式的制造方法，可得到片狀的 多孔質(zhì)層部件，因此通過將該多孔質(zhì)層部件與氣體擴散層或催化劑層接合，能夠形成多孔 質(zhì)層。因此，能夠抑制多孔質(zhì)層部件向氣體擴散層的浸透，因此能夠抑制氣體擴散層的排水 性和氣體擴散性的降低。此外，由于通過對包含碳和疏水性樹脂的混合液進行噴霧干燥，得 到作為多孔質(zhì)層部件的基材的粉體，因此能夠在該粉體中使碳和疏水性樹脂大致均勻地分 散。因此，能夠在多孔質(zhì)層中抑制碳和疏水性樹脂的存在不均，因此能夠抑制多孔質(zhì)層的排 水性發(fā)生不均。另外，由于通過噴霧干燥生成包含碳和疏水性樹脂的粉體，因此能夠在較短 時間內(nèi)得到該粉體。另外，由于作為多孔質(zhì)層部件可得到片狀的部件，因此能夠使接合多孔 質(zhì)層部件的工序、和接合氣體擴散層用的部件的工序成為相互不同的工序。
[0011] (2)在上述方式的制造方法中，所述疏水性樹脂可W包含聚四氣己締。采用該方式 的制造方法，能夠得到多孔質(zhì)層的高的疏水性。
[0012] (3)根據(jù)本發(fā)明的另一方式，提供一種包含采用上述方式的制造方法制造出的多 孔質(zhì)層部件的膜電極氣體擴散層接合體的制造方法。該制造方法具備；工序（d)，所述工序 施加第1力，將所述多孔質(zhì)層部件和所述催化劑層用的部件進行接合；W及工序（e)，所述 工序施加比所述第1力弱的第2力，將氣體擴散層用部件和接合有所述催化劑層用的部件 的所述多孔質(zhì)層部件進行接合。采用該方式的制造方法，使將多孔質(zhì)層部件與氣體擴散層 用部件接合時施加的第2力、成為比將多孔質(zhì)部件與催化劑層用的部件進行接合時施加的 第1力弱的力，因此能夠抑制氣體擴散層用部件貫穿被接合的多孔質(zhì)層、兩極的催化劑層、 和電解質(zhì)膜。因此，能夠抑制兩極的短路。
[0013] (4)在上述方式的制造方法中，還具備；工序（f)，所述工序準備電解質(zhì)膜片，所述 電解質(zhì)膜片具有載體膜和配置于所述載體膜上的電解質(zhì)膜；工序（g)，所述工序在所述電 解質(zhì)膜片的所述電解質(zhì)膜上配置所述催化劑層用的部件；W及工序化)，所述工序從所述 電解質(zhì)膜片剝離所述載體膜，可W通過在所述工序（g)之后實行所述工序（d)，形成一方的 電極的所述多孔質(zhì)層，然后，通過實行所述工序化）進而實行所述工序（d)，形成另一方的 電極的所述多孔質(zhì)層。采用該方式的制造方法，在從電解質(zhì)膜片剝離載體膜之前，在一方的 電極側(cè)接合有多孔質(zhì)層部件，因此在剝離載體膜之后，該多孔質(zhì)層部件能夠代替載體膜保 護電解質(zhì)膜，抑制電解質(zhì)膜的變形。
[0014] 再者，本發(fā)明能夠W各種方式實現(xiàn)，例如能夠W包含多孔質(zhì)層部件和膜電極氣體 擴散層接合體的燃料電池、該燃料電池的制造方法、搭載燃料電池的車輛等方式實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0015] 圖1是表示燃料電池所使用的膜電極擴散層接合體的制造方法的順序的流程圖。
[0016] 圖2是表示步驟S105的MPL片的制作的順序的流程圖。
[0017] 圖3是示意性地表示圖1的步驟S115和步驟S120的處理的說明圖。
[0018] 圖4是示意性地表示圖1的步驟S125、S130、S135和S140的處理的說明圖。
【具體實施方式】
[0019]A.實施方式；
[0020] 圖1是表示燃料電池所使用的膜電極擴散層接合體（MembraneElectrode&Gas diffusionLayerAssembly,W下稱為"MEGA")的制造方法的順序的流程圖。如圖1所示， 首先，進行MPL(Micro化rousLayer)片的制作（步驟S105)。MPL片在燃料電池中配置于 催化劑層與氣體擴散層之間，形成MI^L層。
[002U 圖2是表示步驟S105中的MI^L片的制作順序的流程圖。首先，生成作為導電性材 料的碳與作為疏水性樹脂的聚四氣己締（PTFE)的混合液（步驟S205)。具體而言，向離子 交換水中添加表面活性劑并進行攬拌后，加入碳，進一步使混合液分散。通過向該混合液中 添加PTFE的分散液并進行攬拌，生成碳與PTFE的混合液。作為表面活性劑，由于難W受到 抑值的影響，因此優(yōu)選非離子表面活性劑。作為碳，可W采用例如己訣黑、爐黑、熱裂炭黑、 石墨等。再者，通過采用市售的己訣黑、化leanXC、科琴黑，能夠得到高的導電性，并且在與 PTFE混合的情況下能夠得到容易形成PTFE的高級結(jié)構(gòu)該樣的優(yōu)點?？蒞代替上述的PTFE， 采用PFA(正式名稱為聚四氣己締的四氣己締樹脂）、ET陽（通過四氣己締與己締共聚物而 得到的氣樹脂）等的具有疏水性的任意樹脂。
[0022] 通過對在步驟S205中得到的碳與PTFE的混合液進行噴霧干燥，生成被覆PTFE的 碳粉體（步驟S210)。通過向在步驟S210中生成的被覆PTFE的碳粉體中添加潤滑劑并進 行混合，生成包含被覆PTFE的碳粉體的糊（步驟S215)