(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材層と微細多孔質層とを有する燃料電池用ガス拡散層の製造方法であって、
前記基材層の形成に用いられる多孔質な基材の一方の面に、前記微細多孔質層を形成するための第１の塗工液を塗工するとともに、重力方向に対して下側を向いた前記基材の他方の面に、前記第１の塗工液よりも低い粘度で、かつ、毛管現象により前記基材中に浸透できる粘度を有する撥水処理用の第２の塗工液を塗工する工程を備える、燃料電池用ガス拡散層の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池用ガス拡散層の製造方法であって、
前記第１の塗工液および前記第２の塗工液を塗工する工程は、前記第１の塗工液を塗工した後に、前記第２の塗工液を塗工する、燃料電池用ガス拡散層の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池用ガス拡散層の製造方法であって、さらに、
前記第１の塗工液および前記第２の塗工液が塗工された前記基材を加熱処理する工程を備える、燃料電池用ガス拡散層の製造方法。
【請求項４】
基材層と微細多孔質層とを有する燃料電池用ガス拡散層の製造装置であって、
前記基材層の形成に用いられる基材を搬送するための搬送部と、
前記基材の一方の面に前記微細多孔質層を形成するための第１の塗工液を塗工するための第１の塗工部と、
前記基材の搬送路中に配置され、前記基材を挟んで前記第１の塗工部とは反対側に配置され、重力方向に対して下側を向く前記基材の他方の面に、前記第１の塗工液よりも低い粘度で、かつ、毛管現象により前記基材中に浸透できる粘度を有する撥水処理用の第２の塗工液を塗工するための第２の塗工部と、
を備える、燃料電池用ガス拡散層の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質型燃料電池のガス拡散電極に用いられるガス拡散層の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガスとしての水素と酸化ガスとしての酸素との電気化学反応によって発電する装置である。なお、以下では、燃料ガスや酸化ガスを、特に区別することなく単に「反応ガス」あるいは「ガス」と呼ぶ場合もある。燃料電池は、通常、複数のユニットセルを積層したスタック構造を有している。１つのユニットセルは、通常、発電体としての膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を導電性のセパレータで挟持した構造を有している。ＭＥＡは（プロトン（Ｈ+）伝導性を有する固体高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」とも呼ぶ）の両面に、触媒電極層（以下、単に「触媒層」とも呼ぶ）およびガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion Layer）で構成されるガス拡散電極（アノード，カソード）が接合された発電体である。なお、ＭＥＡは、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly）とも呼ばれる。
【０００３】
ガス拡散層は、ガス拡散層のセパレータ側の面に配置されるガス流路から触媒層に反応ガスを均一に供給するために、供給される反応ガスを拡散させる機能と、触媒層で生成された水をガス流路に排出する機能と、電気化学反応のための電子を導電する機能と、を有することが望まれる。これらの機能を有するガス拡散層として、多孔質構造を有する基材層に、基材層の多孔質の孔よりも小さな径の孔の多孔質構造を有する微細多孔質層（マイクロポーラス層、以下、「ＭＰＬ」とも呼ぶ）が積層された構造のものが知られている。そして、ＭＰＬを備えるガス拡散層の製造方法として、例えば、特許文献１，２に記載の製造方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０３０７２０号パンフレット
【特許文献２】特開２０１０−２６７５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の製造方法は、撥水処理を施した基材であって、基材層を形成するための基材の表面に、導電性微粒子層（ＭＰＬに対応する）を形成するための塗工液を塗布し、導電性微粒子層（以下、「ＭＰＬ」とも呼ぶ）を塗工した基材を加熱処理することにより、ガス拡散層を製造する方法である。この製造方法は、通常、２段階の製造過程（「パス」とも呼ぶ）に分割され、別箇に実行される。第１のパスは、撥水処理のための塗工液（以下、「撥水塗工液」とも呼ぶ）を基材に塗工し乾燥処理することによって、撥水処理を施した基材を製造する過程である。第２のパスは、撥水処理を施した基材にＭＰＬ形成のための塗工液（以下、「ＭＰＬ塗工液」とも呼ぶ）を塗工し加熱処理することによって、ガス拡散層を製造する過程である。この２パス式の製造方法は、生産性の向上の観点から、工数の削減や、工程数の削減、製造コストの低減等が望まれている。
【０００６】
工数や工程数の削減による製造コストの低減を図る方法として、単純には、乾燥処理を省略して、基材に撥水塗工液を塗工した後、乾燥処理を施さないで、そのままその上にＭＰＬ塗工液を塗工し、加熱処理を行う、１パスでの製造方法とすること、が考えられる。しかしながら、この場合、撥水塗工液が塗工された下地内へのＭＰＬ塗工液の染み込みが発生し、ＭＰＬ塗工液の裏抜けが発生すると、ガス拡散層の撥水性やガス拡散性の低下を招く、という問題がある。また、ＭＰＬ塗工液の塗膜内の粘性の乱れが発生することによって、塗膜品質の低下（面内目付ばらつきの発生，厚さバラツキの発生）を招く、という問題もある。
【０００７】
特許文献２に記載の製造方法は、撥水処理を施さない基材の一方の面に、導電性部材および撥水剤を少なくとも含む混合溶液（塗工液）をＭＰＬ構成材として塗布し、混合溶液側をシールドした状態で乾燥処理を行った後、焼成処理（加熱処理に対応）を行うことによって、１パスでガス拡散層を製造するものである。この場合、撥水塗工液およびＭＰＬ塗工液の塗工の工程を２工程から１工程に削減することができる。しかしながら、乾燥処理工程が必須の工程である点は、２パスの製造工程と同じである。乾燥処理工程に要する時間は塗工工程に要する時間に比べて非常に長く、工数削減の観点から見れば効果は小さく、同様に、生産性向上の点で不十分である。
【０００８】
以上説明したように、ガス拡散層の生産性の向上の観点から、品質を確保しつつ工数を削減し製造コストを低減することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態は、基材層と微細多孔質層とを有する燃料電池用ガス拡散層の製造方法である。この燃料電池用ガス拡散層の製造方法は、前記基材層の形成に用いられる多孔質な基材の一方の面に、前記微細多孔質層を形成するための第１の塗工液を塗工するとともに、重力方向に対して下側を向いた前記基材の他方の面に、前記第１の塗工液よりも低い粘度で、かつ、毛管現象により前記基材中に浸透できる粘度を有する撥水処理用の第２の塗工液を塗工する工程を備える。この形態の燃料電池用ガス拡散層の製造方法によれば、第１の塗工液が塗工される面とは反対の、重力方向に対して下側を向く面に、重力方向の下側から第２の塗工液が塗工される。この場合、第２の塗工液の基材内への浸透は、主に毛管現象によって重力に逆らって行なわれるため、第２の塗工液が、第１の塗工液の塗工面にまで到達することを抑制することができる。これにより、課題で説明したような、微細多孔質層を形成するための第１の塗工液と撥水処理用の第２の塗工液とが混ざり合うことによって発生する、ガス拡散層の撥水性の低下や、ガス拡散性の低下、微細多孔質層を形成するための第１の塗工液の塗膜の品質の低下、を抑制することが可能である。この結果、従来の製造方法で必須であった乾燥処理工程を省略することが可能となり、製造工数の削減および加工費の低減が可能となる。
その他、本発明は、以下の形態としても実現することが可能である。
【００１０】
（１）本発明の一形態は、基材層と微細多孔質層とを有する燃料電池用ガス拡散層の製造方法である。この燃料電池用ガス拡散層の製造方法は、前記基材層の形成に用いられる多孔質な基材の一方の面に、前記微細多孔質層を形成するための第１の塗工液を塗工するとともに、重力方向に対して下側を向いた前記基材の他方の面に、前記第１の塗工液よりも低い粘度を有する撥水処理用の第２の塗工液を塗工する工程を備える。この形態の燃料電池用ガス拡散層の製造方法によれば、第１の塗工液が塗工される面とは反対の、重力方向に対して下側を向く面に、重力方向の下側から第２の塗工液が塗工される。この場合、第２の塗工液の基材内への浸透は、主に毛管現象によって重力に逆らって行なわれるため、第２の塗工液が、第１の塗工液の塗工面にまで到達することを抑制することができる。これにより、課題で説明したような、微細多孔質層を形成するための第１の塗工液と撥水処理用の第２の塗工液とが混ざり合うことによって発生する、ガス拡散層の撥水性の低下や、ガス拡散性の低下、微細多孔質層を形成するための第１の塗工液の塗膜の品質の低下、を抑制することが可能である。この結果、従来の製造方法で必須であった乾燥処理工程を省略することが可能となり、製造工数の削減および加工費の低減が可能となる。
【００１１】
（２）上記形態の燃料電池用ガス拡散層の製造方法において、前記第１の塗工液および前記第２の塗工液を塗工する工程は、前記第１の塗工液を塗工した後に、前記第２の塗工液を塗工するようにしてもよい。この場合、撥水処理用の第２の塗工液を微細多孔質層形成用の第１の塗工液よりも先に塗工する場合に比べて、第２の塗工液が基材に浸透する時間を短くできるため、微細多孔質層形成用の第１の塗工液が塗工された面にまで到達する撥水処理用の第１の塗工液の抑制効果をより高めることができる。
【００１２】
（３）上記形態の燃料電池用ガス拡散層の製造方法において、さらに、前記第１の塗工液および前記第２の塗工液が塗工された前記基材を加熱処理する工程を備えるようにしてもよい。この場合、撥水処理用の第２の塗工液が塗工されてから、基材が加熱処理されるまでの時間を短くすることができるので、微細多孔質層形成用の第１の塗工液が塗工された面にまで到達する撥水処理用の第１の塗工液の抑制効果をより高めることができる。
【００１３】
本発明は、上記形態の燃料電池用ガス拡散層の製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、上記形態のガス拡散層の製造方法を実現する燃料電池用ガス拡散層の製造装置等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態としての燃料電池用ガス拡散層の製造方法を示す説明図である。
【図２】実施形態の製造方法により作製したガス拡散層のＭＰＬ目付の状態を比較例１および２の製造方法により作製したガス拡散層のＭＰＬ目付の状態と比較して示すグラフである。
【図３】作製されたガス拡散層におけるＭＰＬ目付の測定箇所を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
Ａ．実施形態：
（１）実施形態の製造方法
図１は、一実施形態としての燃料電池用ガス拡散層の製造方法を示す説明図である。本実施形態の燃料電池用ガス拡散層の製造方法は、第１の塗工装置２０と、第２の塗工装置３０と、加熱処理装置４０と、搬送装置５０と、裁断装置６０と、を備える製造装置１００により実行される。この製造装置１００では、ガス拡散層の基材層の形成に用いられる長尺シート状の基材ＢＳが、搬送装置５０によって基材ロール１０から巻き出されて、第１の塗工装置２０、第２の塗工装置３０、加熱処理装置４０、裁断装置６０へ順に送り込まれることにより、各装置に対応する工程１、工程２、工程３、工程４が順に実行される。従って、第１の塗工装置２０と第２の塗工装置３０と加熱処理装置４０は、基材ＢＳが搬送装置５０によって基材ロール１０から巻き出されて搬送される搬送路中に順に配置されている。なお、搬送装置５０による基材ＢＳの搬送は、上下一対の駆動搬送ロール５２ｍ及び従動搬送ロール５２ｓが、加熱処理装置４０で形成された長尺シート状のガス拡散層Ｇｓを挟んで順に引き込むのに連動して、基材ロール１０から巻き出されることによって実行される。基材ＢＳとしては、導電性および多孔質性を有するシート状材料、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス、カーボン不織布等のカーボン繊維による多孔性シート材料を用いることができる。
【００１６】
＜工程１＞
工程１に対応する第１の塗工装置２０は、ダイ方式のコーターにより構成されている。第１の塗工装置２０は、バックアップロール２２と、バックアップロール２２に対向するように配置されたダイヘッド２４と、を備える。ダイヘッド２４には、塗工液２６が充填されている。基材ＢＳの一方の面に微細多孔質層（以下、「ＭＰＬ」とも呼ぶ）を形成するための微細多孔質形成用の塗工液（以下、「ＭＰＬ塗工液」と呼ぶ）２６が充填されている。なお、微細多孔質層は、基材ＢＳの多孔質構造を構成する孔よりも小さな径の微細な孔で構成された多孔質構造を有している。ダイヘッド２４の配置位置は、図１に示した位置に限定されるものではなく、バックアップロール２２に対向して配置されていれば、特に制限はない。
【００１７】
工程１では、基材ロール１０から送り込まれる基材ＢＳのバックアップロール２２に接する側の面とは反対側の面に、ダイヘッド２４によってＭＰＬ塗工液２６の塗工が実行される。塗工目付は２〜６［ｍｇ／ｃｍ2］である。塗工されたＭＰＬ塗工液２６の塗膜Ｍｃの厚さは、基材ＢＳがダイヘッド２４とバックアップロール２２との間を通過する速度およびダイヘッド２４から吐出されるＭＰＬ塗工液２６の吐出速度によって決定される。
【００１８】
ＭＰＬ塗工液２６が塗工済みの基材ＢＳは、第２の塗工装置３０において、塗工された面が重力方向に対して上側を向き、塗工されていない面が下側を向くように、搬送される。
【００１９】
ここで、ＭＰＬ塗工液２６は、主に導電性材料とバインダーと溶剤とを混合分散させたペースト状あるいはスラリー状のものである。ＭＰＬ塗工液２６には、必要に応じて分散剤等の添加剤を加えることができるが、コンタミネーションを回避するために金属を含まないことが好ましい。なお、以下の説明では、ＭＰＬ塗工液２６は、導電性材料とバインダーと分散剤と溶剤とを混合分散させたペーストであるとして説明する。導電性材料としては、平均粒径が２０〜１５０［ｎｍ］のカーボン、例えば、導電性に優れ、比表面積が大きいカーボンブラックが用いられ、特に、導電性が高いアセチレンブラックが好ましい。バインダーとしては、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等のフッ素系の高分子材料や、ポリプロピレン、ポリエチレン等が用いられる。そして、これらの材料のうち、フッ素系の高分子材料、特に、ＰＴＦＥが好ましく用いられる。溶剤としては、特に制限されず、水、メタノール、エタノール等の種々の液剤が用いられる。分散剤である界面活性剤も、特に制限されず、エステル型やエーテル型、エステル・エーテル型等の種々の非イオン系界面活性剤等の種々の界面活性剤が用いられる。なお、本例では、カーボンとしてアセチレンブラックを用い、バインダーとしてＰＴＦＥを用いるものとした。ＭＰＬ塗工液２６の組成は、カーボンとバインダーと分散剤の全固形分を１００［質量％］として、カーボン粒子が７０〜９０［質量％］、バインダーが１５〜２５［質量％］、分散剤が５〜１５［質量％］となるように調整される。また、ＭＰＬ塗工液２６の物性は、固形分の割合が１５〜２５［質量％］で、粘度がずり速度５０［ｓ-1］において５００〜２５００［ｍＰａ・ｓ（５０／ｓ）］で、貯蔵弾性率が５００〜５５００［Ｐａ］となるように設定される。ここで、ＭＰＬ塗工液２６の粘度は、基材ＢＳ内への染み込みを抑制し、塗膜Ｍｃを設定した厚さに維持することができるような大きさに設定される。なお、粘度および貯蔵弾性率は粘度計で測定される。
【００２０】
＜工程２＞
工程２に対応する第２の塗工装置３０は、バックアップロールを備えず、グラビアロール３４と、基材ＢＳに撥水性を付与するための撥水処理用の塗工液（以下、「撥水塗工液」と呼ぶ）３６を溜める容器３２と、を備える、キス方式のグラビアコーターにより構成されている。第２の塗工装置３０に送り込まれた基材ＢＳは、ＭＰＬ塗工液２６の塗工面が重力方向に対して上側を向き、塗工されていない面が下側を向いている。グラビアロール３４は、基材ＢＳの重力方向に対して下側を向いている面に対向するように、基材ＢＳよりも重力方向に対して下側に配置されている。
【００２１】
工程２では、第１の塗工装置２０から送り込まれた基材ＢＳの重力方向に対して下側を向く面、すなわち、工程１におけるＭＰＬ塗工液２６の塗工面とは反対側の面に、グラビアロール３４によって撥水塗工液３６の塗工が実行される。塗工目付は０．１〜１［ｍｇ／ｃｍ2］である。
【００２２】
なお、第２の塗工装置３０を、バックアップロールを備えないキス方式のグラビアコーターで構成しているのは、撥水塗工液３６を塗工する面とは反対の面は、第１工程でＭＰＬ塗工液２６が塗工されて濡れた状態の塗膜Ｍｃが形成されているので、バックアップロールが接触することによって塗膜Ｍｃの品質の低下（面内目付ばらつきの発生，厚さバラツキの発生）を抑制するためである。
【００２３】
ここで、撥水塗工液３６は、撥水剤の分散液である。撥水剤としては、ＰＴＦＥ、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等のフッ素系の高分子材料や、ポリプロピレン、ポリエチレン等が利用可能である。そして、これらの材料のうち、フッ素系の高分子材料、特に、ＰＴＦＥが好ましく用いられる。なお、本例では、撥水剤としてＰＴＦＥを用いるものとして、ＰＴＦＥ（粒径：１００〜４００［ｎｍ］）のディスパージョンを希釈する（濃度：３〜５［質量％］）ことにより、撥水塗工液３６の粘度がずり速度５０［ｓ-1］において１〜１００［ｍＰａ・ｓ］となるように調整される。撥水塗工液３６の粘度は、上述したＭＰＬ塗工液２６の粘度と比較して小さくなるように設定されている。
【００２４】
塗工された撥水塗工液３６は、その塗工面から毛管現象によって上昇し、基材ＢＳ内へ浸透する。これにより、基材ＢＳの表面および内部に対して撥水剤を分布させて撥水性を付与する撥水処理を施すことが可能となる。
【００２５】
＜工程３＞
工程３に対応する加熱処理装置４０は、一般的な焼成炉により構成されている。工程３では、ＭＰＬ塗工液２６および撥水塗工液３６の塗工済み基材ＢＳｃが、第２の塗工装置３０から順に送り込まれて装置内を順に移動し、外部へ送り出されるまでの間に、塗工済み基材ＢＳｃを加熱することにより、撥水塗工液３６の乾燥およびＭＰＬ塗工液２６による塗膜Ｍｃの焼成処理を実行する。これにより、撥水塗工液３６に含まれる撥水剤よって基材ＢＳに撥水性が付与されるとともに、ＭＰＬ塗工液２６の塗膜ＭｃがＭＰＬとして基材ＢＳ上に定着され、基材層とＭＰＬとが積層された長尺シート状のガス拡散層Ｇｓが形成される。
【００２６】
加熱処理装置４０における乾燥および焼成のための加熱時間（乾燥・焼成時間）は、加熱処理装置４０に送り込まれた塗工済み基材ＢＳｃが、外部へ送り出されるまでの時間に相当する。この時間は、塗工済み基材ＢＳｃが加熱処理装置４０内を移動する速度および移動する長さで決定される。なお、加熱処理装置４０における加熱温度（乾燥・焼成温度）は、ＭＰＬ塗工液２６のカーボン粒子とバインダーとを熱融着するための温度であるので、用いたバインダーに応じて適宜適切な温度に選択することができる。例えば、バインダーがＰＴＦＥの場合は例えば、３００℃〜４００℃の温度に設定される。なお、加熱温度の上限に特に制限はない。また、加熱時間（乾燥・焼成時間）は、塗工液の塗工量および加熱温度等に応じて、適切な時間、例えば、１分〜１２０分程度の時間に設定される。なお、加熱時間の上限にも特に制限はない。
【００２７】
ＭＰＬの構造の安定性を考慮した場合、単純には、加熱温度は４００℃程度で加熱時間は１２０分程度であることが好ましい。これに対して、基材ＢＳに付加する撥水性を考慮した場合、以下で説明するようにすることが好ましい。
【００２８】
上述したように、基材ＢＳに塗工された撥水塗工液３６は、毛管現象によって基材ＢＳ内を上昇し浸透するため、撥水塗工液３６の浸透速度と加熱温度および加熱時間に応じた乾燥速度と、の関係によって、基材ＢＳの重力方向に対して下側の下面から反対側の上面までの間における撥水剤の分布が変化する。単純には、基材ＢＳの下面側ほど撥水剤の分布濃度は高く、上面側ほど分布濃度は低くなる傾向にある。ただし、加熱温度が低く加熱時間が長いほど乾燥速度が遅くなるので、撥水塗工液３６の浸透が進み、基材ＢＳの上面側での撥水剤の分布度濃度も高くなる。これに対して、加熱温度が高く加熱時間が短いほど乾燥速度が速くなるので、基材ＢＳの上面側での撥水剤の分布濃度は低くなる。このように、加熱温度および加熱時間を調整することにより、基材ＢＳ中の撥水剤の分布を調整することが可能となる。
【００２９】
ここで、基材ＢＳに付加する撥水性の分布が基材ＢＳの全体に及ぶようにする場合、加熱温度を低く加熱時間を長く設定することが好ましい。ただし、この場合の加熱温度は、ＭＰＬの安定性を考慮した加熱温度とは相反することになる。従って、加熱温度および加熱時間は、ＭＰＬの形成および撥水剤の分布の両方を考慮して適切な温度および時間に設定されるのが好ましい。
【００３０】
なお、仮に、撥水塗工液３６の浸透が進んでＭＰＬ塗工液２６の塗工面にまで到達したとしても、上述したように、ＭＰＬ塗工液２６の粘度が撥水塗工液３６の粘度に比べて非常に大きいので、ＭＰＬ塗工液２６の塗膜Ｍｃ内への染み込みは抑制されるため、形成されるＭＰＬの品質の低下は抑制される。
【００３１】
<工程４＞
工程４に対応する裁断装置６０は、一般的な裁断機により構成されている。工程４では、加熱処理装置４０から搬送装置５０を介して搬送されてくる長尺シート状のガス拡散層Ｇｓを所望の形状に裁断することにより、所望形状のガス拡散層が形成される。
【００３２】
（２）効果
実施形態の製造方法の効果を確認するため、実施形態の製造方法により作製したガス拡散層と、比較例１の製造方法により作製したガス拡散層と、比較例２の製造方法により作製したガス拡散層のＭＰＬの品質を、それぞれのＭＰＬの目付［ｍｇ／ｃｍ2］を測定することにより評価した。
【００３３】
なお、比較例１の製造方法は、課題で説明した２パスの製造方法である。簡単に説明すると、まず、第１のパスにおいて、工程１で基材に撥水塗工液を塗工し、工程２で乾燥処理を行って、撥水処理済み基材を作製する。そして、第２のパスにおいて、工程３で撥水処理済み基材にＭＰＬ塗工液を塗工し、工程４で焼成処理を行い、工程５で裁断処理を行ってガス拡散層を作製する。なお、比較例１の製造方法の各工程を実行する塗工装置と乾燥装置と焼成装置と裁断装置は、一般的な種々の装置を用いることができる。
【００３４】
また、比較例２の製造方法は、課題で説明した単純に乾燥処理を省略した１パスの製造方法である。簡単に説明すると、基材の一方の面に、工程１で撥水塗工液を塗工した後、工程２でその塗工面上にさらにＭＰＬ塗工液を塗工し、工程３で焼成処理を行い、工程４で裁断処理を行ってガス拡散層を作製する。なお、比較例２の製造方法の各工程を実行する塗工装置と焼成装置と裁断装置も、一般的な種々の装置を用いることができる。
【００３５】
なお、ＭＰＬ塗工液および撥水塗工液は、比較例１の製造方法と比較例２の製造方法のいずれにおいても、実施形態の製造方法における塗工液と同じものを用いた。ＭＰＬ塗工液の導電性材料として平均粒径が３５［ｎｍ］のアセチレンブラックを用い、バインダーとしてＰＴＦＥを用いた。また、ＭＰＬ塗工液の組成は、カーボンとバインダーと分散剤の全固形分を１００［質量％］として、カーボン粒子を８０［質量％］、バインダーを１５［質量％］、分散剤を５［質量％］とした。また、ＭＰＬ塗工液の物性を、固形分の割合が２０［質量％］で、粘度がずり速度５０［ｓ-1］において１５００［ｍＰａ・ｓ（５０／ｓ）］で、貯蔵弾性率が３０００［Ｐａ］とした。なお、撥水塗工液は、ＰＴＦＥ（粒径：２００〜３００［ｎｍ］）のディスパージョンを４［質量％］の濃度に希釈したものとし、その粘度は、ずり速度５０［ｓ-1］において５０［ｍＰａ・ｓ］とした。
【００３６】
図２は、実施形態の製造方法により作製したガス拡散層のＭＰＬ目付の状態を比較例１および２の製造方法により作製したガス拡散層のＭＰＬ目付の状態と比較して示すグラフである。ＭＰＬ目付の測定箇所は、以下の通りである。
【００３７】
図３は、作製されたガス拡散層におけるＭＰＬ目付の測定箇所を示す説明図である。図３に示すように、作製したガス拡散層の各部分を切り出し、それぞれのＭＰＬ目付を測定することとした。具体的には、ガス拡散層が裁断時における搬送方向の下流側から上流側に沿って下流ブロックと中流ブロックと上流ブロックの３つのブロックに区分し、それぞれにおいて、搬送方向に垂直な方向に沿って、中央部およびその両側部分の３箇所（下流ブロック：Ｓ１〜Ｓ３，中流ブロックＳ４〜Ｓ６，上流ブロックＳ７〜Ｓ９）の部分を切り出して、ＭＰＬ目付を測定した。
【００３８】
図２に示すように、狙い目付が４［ｍｇ／ｃｍ2］であったのに対して、比較例１の従来の２パス方式により作製されたガス拡散層では、下流ブロックの測定箇所Ｓ１〜Ｓ３、中流ブロック測定箇所Ｓ４〜Ｓ６、上流ブロックの測定箇所Ｓ７〜Ｓ９のいずれにおいても、３．９〜４．１［ｍｇ／ｃｍ2］の範囲内であった。これに対して、比較例２の１パス方式により作製されたガス拡散層では、中流ブロックの測定箇所Ｓ４〜Ｓ６および上流ブロックの測定箇所Ｓ７〜Ｓ９においては、比較例１と同様に３．９〜４．１［ｍｇ／ｃｍ2］の範囲内であったが、下流ブロックの測定箇所Ｓ１〜Ｓ３において３．５［ｍｇ／ｃｍ2］以下と低い値を示し、安定性の低い結果となった。一方、実施形態の１パス方式により作製されたガス拡散層では、下流ブロックの測定箇所Ｓ１〜Ｓ３、中流ブロック測定箇所Ｓ４〜Ｓ６、上流ブロックの測定箇所Ｓ７〜Ｓ９のいずれにおいても、３．９〜４．１［ｍｇ／ｃｍ2］の範囲内であり、比較例１の従来の２パス方式と同様の安定性を有していることを確認した。
【００３９】
本実施形態の製造方法では、基材の一方の面にＭＰＬ塗工液を塗工した後、乾燥処理を行うことなく、他方の面にＭＰＬ塗工液に比べて粘性の低い撥水塗工液を塗工し、焼成を行っている。このため、乾燥処理に要する工数を削減し、乾燥処理のための装置を省略して、製造コストを低減することが可能である。
【００４０】
また、本実施形態の製造方法では、ＭＰＬ塗工液が塗工された一方の面とは反対の他方の面が重力方向に対して下側を向いた状態を維持しつつ、他方の面に撥水塗工液を塗工し、撥水塗工液が毛管現象により基材中に浸透することを利用して基材に対して撥水処理を行っている。このため、この浸透量を制御することにより基材中の撥水剤の分布の状態を制御することが可能であり、ＭＰＬ塗工液の塗工面に撥水塗工液が到達してＭＰＬ塗工液の塗膜内に混入することを抑制することができる。これにより、ガス拡散層の撥水性やガス拡散性の低下を抑制するとともに、ＭＰＬ塗工液の塗膜内の粘性の乱れが発生することを抑制し、ＭＰＬの品質の低下を抑制することができる。
【００４１】
また、本実施形態の製造方法では、工程１において第１の塗工装置によってＭＰＬ塗工液を塗工する位置に対して、基材の搬送方向の下流側の位置で、工程２において第２の塗工装置によって撥水塗工液を塗工することにより、撥水塗工液の浸透時間を低減することができる。このため、基材への浸透を抑制し、ＭＰＬ塗工液の塗工面に撥水塗工液が到達してＭＰＬ塗工液の塗膜内に混入することを抑制することができ、ガス拡散層の撥水性やガス拡散性の低下を抑制するとともに、ＭＰＬ塗工液の塗膜内の粘性の乱れが発生することを抑制し、ＭＰＬの品質の低下を抑制することができる。
【００４２】
なお、ＭＰＬ塗工液は、通常、ペースト状であって粘度が高く、撥水塗工液の粘度は、毛管現象による浸透を可能とするために、ＭＰＬ塗工液に比べて非常に低く設定されている。このため、仮に、ＭＰＬ塗工液の塗工面に撥水塗工液が到達したとしてもＭＰＬ塗工液の塗膜に撥水塗工液が混入することを抑制することができる。これによっても、ガス拡散層の撥水性やガス拡散性の低下を抑制するとともに、ＭＰＬ塗工液の塗膜内の粘性の乱れが発生することを抑制し、ＭＰＬの品質の低下を抑制することができる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態の製造方法では、品質を確保しつつ、乾燥処理工程を省略することにより工数を削減し、製造コストを低減することが可能であり、燃料電池用のガス拡散層の生産性を向上することが可能である。
【００４４】
Ｂ．変形例：
なお、上記実施形態では、第１の塗工装置としてダイコーターを例に説明しているが、これに限定されるものではなく、リップコーターやドクターコーター等の種々の塗工装置を用いることができる。
【００４５】
また、上記実施形態では、第２の塗工装置としてキス方式のグラビアコーターを例に説明しているが、吹付塗工装置を用いるようにしてもよい。第２の塗工装置としては、ＭＰＬ塗工液の塗膜に接触するバックアップロール等の機構がなく、重力方向に対して下側を向いた状態の基材の面に対して撥水塗工液を塗工することができる機構であればよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、工程１において第１の塗工装置によってＭＰＬ塗工液を塗工する位置に対して、基材の搬送方向の下流側の位置で、工程２において第２の塗工装置によって撥水塗工液を塗工する場合を例に説明したが、基材の一方の面にＭＰＬ塗工液を塗工すると同時に、他方の面に撥水塗工液と塗工するようにしてもよい。
【００４７】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、前述した実施形態および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…基材ロール
２０…第１の塗工装置
２２…バックアップロール
２４…ダイヘッド
２６…ＭＰＬ塗工液
３０…第２の塗工装置
３２…容器
３４…グラビアロール
３６…撥水塗工液
４０…加熱処理装置
５０…搬送装置
５２ｍ…駆動搬送ロール
５２ｓ…従動搬送ロール
６０…裁断装置
１００…製造装置
ＢＳ…基材
Ｍｃ…塗膜
Ｇｓ…ガス拡散層
ＢＳｃ…塗工済み基材
【図１】
0005935781.tif 000002
【図２】
0005935781.tif 000003
【図３】
0005935781.tif 000004