(57)【要約】【課題】ガス拡散層基材に撥水材含有液を含浸して撥水性を付与し、かつロールツーロール法により連続的にガス拡散層を製造する際、ガイドローラによるガス拡散層基材からの撥水材含有液の染み出しを防止し、所望の撥水材がガス拡散層基材に充填されるようにする。【解決手段】ガイドローラとしてその両端部にフランジが設けられたものを用い、撥水材含有液が含浸されたガス拡散層基材はその幅方向の端部で前記ガイドローラの前記フランジに掛けられて前記ガイドローラを通り、多孔質基材の幅方向の中央部は前記ガイドローラと接触しない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質基材中に撥水材を充填した燃料電池用ガス拡散層の製造方法であって、
長尺の前記多孔質基材を撥水材含有液中に浸漬して、前記多孔質基材の細孔中に前記撥水材含有液を含浸し、次いでガイドローラを介して前記撥水材含有液が含浸された多孔質基材を乾燥炉内で乾燥して、連続的に前記多孔質基材中に前記撥水材を充填するロールツーロール法によるものであって、
前記ガイドローラはその両端部にフランジが設けられており、前記撥水材含有液が含浸された多孔質基材はその幅方向の端部で前記ガイドローラの前記フランジに掛けられて前記ガイドローラを通り、多孔質基材の幅方向の中央部は前記ガイドローラと接触しないことを特徴とする燃料電池用ガス拡散層の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に用いられるガス拡散層の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の駆動源として注目されている燃料電池は、一般に、平板状の電極構造体（ＭＥＡ:Membrane Electrode Assembly）の両側にセパレータが積層された積層体（セル）が１ユニットとされ、複数のユニットが積層されて燃料電池スタックとして構成される。電極構造体は、正極（カソード）および負極（アノード）を構成する一対のガス拡散電極の間にイオン交換樹脂等からなる電解質膜が挟まれた三層構造である。ガス拡散電極は、電解質膜に接触する電極触媒層の外側にガス拡散層が形成されたものである。また、セパレータは、電極構造体のガス拡散電極に接触するように積層され、ガス拡散電極との間にガスを流通させるガス流路や冷媒流路が形成されている。このような燃料電池によると、例えば、負極側のガス拡散電極に面するガス流路に燃料である水素ガスを流し、正極側のガス拡散電極に面するガス流路に酸素や空気等の酸化性ガスを流すと電気化学反応が起こり、電気が発生する。 
【０００３】
また、燃料電池は上記電気化学反応により水を発生させる。発生した水は上記セル内に滞留すると、水素ガスや酸素ガスの電極触媒層への供給が阻害されるため効率的に外部へ排出される必要がある。そこで、前記ガス拡散層に撥水性を付与し、排水性を高めることが提案されている。
【０００４】
例えば特許文献１〜３において、ガス拡散層として多孔質であるカーボンペーパーやカーボンクロスを基材とし、これら基材の内部にポリテトラフルオロエチレン（PTFE）などの撥水材を充填したものが記載されている。また、このようにカーボンペーパーなどの基材に撥水材を充填する方法としては、カーボンペーパーなどの基材を撥水材を分散させた分散液中に浸漬することが知られている。
【０００５】
ここで、図５を用いて従来のガス拡散層の製造方法を説明する。図５はガス拡散層の製造工程を示すものである。ここで、カーボンペーパーなどのガス拡散層基材５１にはロールツーロール製法で撥水材が充填される。当初、ガス拡散層基材５１はロール状に巻かれた基材ロール５２の状態とされる。基材ロール５１から引き出されたガス拡散層基材５１はガイドローラ５７ａを経て、撥水材が分散された分散液５３で満たされた浸漬槽５４に入る。ガス拡散層基材５１にはその細孔中に浸漬槽５４内で分散液５３が含浸され、浸漬槽５４内のガイドローラ５７ｂを経て、浸漬槽５４より出る。そして、ガイドローラ５７ｃを経て、乾燥炉５５内でガス拡散層基材５１中に取り込まれた分散液５３の分散媒が蒸発することで除去され、撥水材がガス拡散基材５１中に残ることになる。このようにして撥水材が充填されたガス拡散層基材５１は再びロール状に巻き取られ、ガス拡散層ロール５６とされる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１９４００４号公報
【特許文献２】特開２００４−１７９０９５号公報
【特許文献３】特開２００８−３００１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のロールツーロール製法においては、ガイドローラ５７ａ（５７ｂ、５７ｃ）として図４（ａ）に示すように円筒形状のローラを用いており、ガス拡散層基材５１はガイドローラ５７ａ（５７ｂ、５７ｃ）の側面に接触し、その進行方向を変えることになる。例えば、図５中において、浸漬槽５４から出たガス拡散層基材５１はその幅全体をガイドローラ５７ｃの側面に接触させて乾燥炉５５に向けて進行方向を変える。
【０００８】
ここで、ガス拡散層基材５１はガイドローラ５７ｃとの接触面においてガイドローラ５７ｃからの反力を受けることになる。したがって、ガス拡散層基材５１はガイドローラ２３との接触面において、図４（ｂ）に示すように自身の張力と前記ガイドローラ２３からの反力によって一時的に圧縮されることとなる。ところがこのように圧縮されると、ガス拡散層基材５１の多孔度が低下し、その内部に含浸された分散液５３がガス拡散基材５１から染み出てしまい、所望量の撥水材を充填できないという問題が生じた。本発明は上記の問題に鑑み、所望量の撥水材をガス拡散層基材に充填できるガス拡散層の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題を解決するため、本発明は、多孔質基材中に撥水材を充填した燃料電池用ガス拡散層の製造方法であって、長尺の前記多孔質基材を撥水材含有液中に浸漬して、前記多孔質基材の細孔中に前記撥水材含有液を含浸し、次いでガイドローラを介して前記撥水材含有液が含浸された多孔質基材を乾燥炉内で乾燥して、連続的に前記多孔質基材中に前記撥水材を充填するロールツーロール法によるものであって、前記ガイドローラはその両端部にフランジが設けられており、前記撥水材含有液が含浸された多孔質基材はその幅方向の端部で前記ガイドローラの前記フランジに掛けられて前記ガイドローラを通り、多孔質基材の幅方向の中央部は前記ガイドローラと接触しないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の燃料電池用セパレータの製造方法によれば、撥水材含有液（分散液）が含浸された多孔質基材（ガス拡散層基材）を、両端部にフランジを有するガイドローラの前記フランジに前記多孔質基材の幅方向の両端部を掛けて通し、この多孔質基材の中央部は前記ガイドローラに接触しないようにしたことにより、多孔質基材において圧縮される部分は前記フランジに掛かる幅方向の両端部に限定されることになる。
【００１１】
したがって、前記ガイドローラに接触しない多孔質基材の中央部はガイドローラによって圧縮されず含浸された液の染み出しがないため、所望量の撥水材をこの中央部に充填することができるようになる。
なお、圧縮され充填された撥水材量が低くなった多孔質基材の両端部部分を後に切断して除去してガス拡散層を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のガス拡散層の製造方法に係るガイドローラの図である。
【図２】本発明のガス拡散層の製造方法に係る製造工程の図である。
【図３】本発明のガス拡散層の製造方法に係るガイドローラの他の形態を示す図である。
【図４】従来のガス拡散層の製造方法に係るガイドローラの図である。
【図５】従来のガス拡散層の製造方法に係る製造工程の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図２は本発明の製造工程を示すものである。図５に示す従来のガス拡散層製造工程と同様、ガス拡散層基材２１は基材ロール２２から巻き出され、ガイドローラ２７ａを経て、浸漬槽２４で分散液を含浸する。そして、浸漬槽２４内のガイドローラ２７ｂを経て、浸漬槽２４より出ることになる。
【００１４】
ここで、さらにガス拡散層基材２１はガイドローラ２７ｃを通ることになるが、本発明では従来の製造方法と異なり、図１（ａ）（ｂ）に示すようなガイドローラとして円筒形状本体部Ａの両端部側面にフランジＢ１、Ｂ２が形成されたものを用いる。このフランジＢ１、Ｂ２も前記本体部Ａのように円筒状であり、その円筒底面は前記本体部と同心円となるよう形成される。そして図１（ｃ）に示すように、ガス拡散層基材２１は、前記フランジＢ１、Ｂ２の円筒側面に基材の幅方向端部Ｋ１、Ｋ２を掛けて（接触して）ガイドローラ２７ｃを通る。したがって、ガス拡散層基材において自身の張力とガイドローラからの反力により圧縮される部分は、前記フランジＢ１、Ｂ２に掛かる幅方向両端部Ｋ１、Ｋ２に限定され、幅方向の中央部Ｊは浸漬槽２４で含浸された分散液２３をそのまま保持することが可能となる。
【００１５】
ガイドローラ２７ｃを経たガス拡散層基材は、乾燥炉２５内で分散液２３の分散媒を蒸発させて除去し、撥水材が充填されたガス拡散層基材２１はロール状に巻き取られ、ガス拡散層ロール２６となる。この撥水材が充填されたガス拡散層基材２１は、前記フランジ部に掛かった両端部Ｋ１、Ｋ２の撥水材の充填量がフランジに掛からなかった中央部Ｊの充填量に比べて低くなっている。
なお、撥水材が充填されたガス拡散層基材は、この後の工程で所定形状に切断されガス拡散層となる。このとき、撥水材の充填量が低い両端部Ｋ１、Ｋ２は切断して除去される。
【００１６】
上述のとおり、撥水材含有液がガス拡散層基材に含浸された後に通るガイドローラの両端部にフランジを設け、ガス拡散層基材がその幅方向の両端部で前記フランジに掛かかるようにしたので、ガス拡散層基材がガイドローラを通るときに含浸された撥水材含有液の染み出しが端部に限定され、後にガス拡散層として用いられる中央部に所定量の撥水材を充填することができる。
【００１７】
なお、以上フランジのついたガイドローラの形状については図１に限られず、例えば図３（ａ）のように、幅方向のずれ防止用のガイド板３３を、本体部３１にフランジ３２を用いて設けたもの、あるいは図３（ｂ）のようにガイドローラ本体部３４の端部の一部にフランジ３５を設けたものを用いることも可能である。
【００１８】
さらに、フランジのついたガイドローラを上記実施の形態では、浸漬槽２４から出て通るガイドローラ２７ｃに用いる例を示したが、他のガイドローラ、例えば浸漬槽内のガイドローラ２７ｂに用いることも可能である。フランジのついたガイドローラをガイドローラ２７ｂとして用いることにより、ガス拡散層基板中央部への撥水材含有液の含浸が促進されるため、ガス拡散層基板の浸漬層への浸漬時間の短縮、ひいてはラインスピードを高め、生産性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００１９】
２１、５１  ガス拡散層基材（多孔性基材）
２４、５４  浸漬槽
２５、５５  乾燥炉
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、５７ａ、５７ｂ、５７ｃ    ガイドローラ
Ａ  本体部      Ｂ１、Ｂ２  フランジ    Ｊ  中央部      Ｋ１、Ｋ２  端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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